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Capítulo 1

Introdução

1

1 - Introdução • Uma rede de comunicação é composta de três elementos básicos: — Terminais de usuário — Enlaces de comunicação — Nós de comutação

• Para haver comunicação entre terminais é necessário: — Definir o protocolo a ser utilizado pelo usuário para indicar que deseja se comunicar e com quem. — Estabelecer um caminho de interconexão entre os terminais.

2

1.1 – Funções de Uma Central Telefônica

3

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Comunicação entre dois terminais de usuário • Pode ser feita a 2 ou 4 fios A

B enlace de comunicação

receptor

microfone

4

1.1 Funções de Uma Central Telefônica A necessidade da central telefônica • Comunicação entre quatro terminais: A

B

Rede em Malha

C

D

• Com quatro terminais a rede terá 6 enlaces. • Com N terminais a rede terá N!/2!(N-2)! enlaces. 5

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Topologias de redes de comunicação

6

1.1 Funções de Uma Central Telefônica A necessidade da central telefônica • Comutação descentralizada:

A

CH

CH

B

C

CH

CH

D

CH = Chave Seletora

7

1.1 Funções de Uma Central Telefônica A necessidade da central telefônica • Características da comutação descentralizada: — Cada usuário tem enlaces de uso exclusivo. — No caso do usuário ―A‖ ocupar 100% do tempo seu terminal, os enlaces associados a este usuário serão ocupados, em média, 33,3% do tempo. — O fator de ocupação de um terminal na RN (Rede Nacional) é de 6% do tempo. Considerando o exemplo anterior (Slide 7), os enlaces seriam ocupados apenas 2% do tempo.

• Desvantagens da comutação descentralizada: — Baixa utilização dos enlaces — Cada expansão provoca: • Multiplicação dos enlaces, o que provoca altos custos • Aumento da complexidade das chaves comutadoras • Necessidade de readaptação 8

1.1 Funções de Uma Central Telefônica A necessidade da central telefônica • Solução: utilizar a comutação centralizada

. . .

Linhas telefônicas

Central

Telefônica

Linhas telefônicas

. . .

9

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Diagrama simplificado de uma central telefônica CPA . . .

Estágio de Linhas

Matriz de Comutação

Controle

• Estágio de Linhas: realiza a interface entre a central e as linhas de assinantes. • Controle: detecta usuários que querem serviço e aloca os recursos necessários. • Matriz de Comutação: possibilita a interconexão entre terminais. 10

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Exemplo: Matriz de Comutação NxK ponto de cruzamento

N entradas

K saídas

• A matriz NxK é denominada ―Matriz Retangular‖ — Número de pontos de cruzamento = N.K

• Se K=N, a matriz NxN é denominada ―Matriz Quadrada‖ — Número de pontos de cruzamento = N2 – N = N(N – 1)

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1.1 Funções de Uma Central Telefônica Matriz quadrada e a central CPA

Matriz de Comutação

1

. . .

Estágio de Linhas

Estágio de Linhas

(entrada)

(saída)

4

Controle

12

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Matriz quadrada e a central CPA - exemplo

Matriz de Comutação

1

. . .

Estágio de Linhas

Estágio de Linhas

(entrada)

(saída)

4

Controle

13

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Matriz retangular NxK

N entradas

NxK

K saídas

Para: • N > K tem-se concentração • N = K tem-se neutralidade • N < K tem-se expansão Uso: estágios da matriz de comutação 14

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Exemplo: comutação de 6 terminais • Com matriz quadrada: N(N – 1) = 6x5 = 30 pontos de cruzamento • Com matriz retangular e 2 estágios: Estágio 1 concentração

Estágio 2 expansão

p q

1 2 . . .

6x2

2x6

. . .

6

• Número de pontos de cruzamento = 6x2x2 = 24 pontos • Problema desta configuração: ―bloqueio‖ 15

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Probema do bloqueio • Dado que dois terminais estão livres, a probabilidade de que não consigam caminho livre na matriz de comutação corresponde ao ―bloqueio‖. • Seja: p = fator de ocupação de um terminal q = fator de ocupação de um par de saídas do primeiro estágio

Para K saídas no primeiro estágio: Prob{bloqueio} = (q)K/2

Usando a equivalência de tráfego: p.N = q.K tem-se o valor de q = p.N/K 16

1.1 Funções de Uma Central Telefônica Exemplo: comutação de 100 terminais com p = 6% • Com matriz quadrada: N(N – 1) = 9.900 pontos de cruzamento • Com matriz retangular e 2 estágios: 1

1 2

2 . . .

100

100x30

. . .

30

30x100

. . .

q = p.N/K = (0,06 x 100) / 30 = 0,2

Prob{bloqueio} = q(K/2) = (0,2)15 ≈ 3 x 10-11 Número de pontos de cruzamento = N.K.2 = 6.000 pontos Economia = 3.900 pontos de cruzamento 17

1.2 Fases da Chamada Telefônica usuário telefônico - protocolo • Retira o monofone do gancho • Espera tom de discar • Disca o número de lista do assinante chamado • Espera tom de controle de chamada • Inicia conversação

• Desliga (repõe monofone no gancho)

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1.2 Fases da Chamada Telefônica usuário telefônico - protocolo Orgãos alocados por etapa: • Tom de discar: — Fonte geradora de tom de discar

• Discagem: — Registrador

• Conversação: — Matriz de comutação

19

1.2 Fases da Chamada Telefônica Sinalização acústica (Central => Assinante)

20

Exemplo: Chamada Interna

21

1.3 Comunicação entre Centrais • Central Local (CL)

. . .

CL1

Rota

CL2

. . .

• Uma rota corresponde a vários troncos. • Cada tronco: CL1 Juntor de Saída

meio físico de transmissão

tráfego

CL2 Juntor de Entrada

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1.3 Comunicação entre Centrais • Juntor: circuito comutação

de

conexão

entre

estágios

de

• Tronco analógico: — Meio físico de transmissão: • par trançado em circuitos a 2 ou a 4 fios

• Tronco digital: — Enlace TDM

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1.3 Comunicação entre Centrais algumas configurações a) Entroncamento Direto

CL1

CL3

rota

CL2

CL4

24

1.3 Comunicação entre Centrais algumas configurações b) Entroncamento Alternativo via Central Trânsito Local (antiga Tandem Local) CL1

CL2 rota

Central Trânsito Local

CL3

CL4

25

1.3 Comunicação entre Centrais algumas configurações c) Entroncamento Alternativo via Central Trânsito Local e com ―Linha de Junção‖ CL1

linha de junção (ou rota direta)

CL2 rota

Central Trânsito Local

CL3

CL4

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1.3 Comunicação entre Centrais 1.3.1 – Tipos de Chamadas a) Chamada Interna Central Ass. A

LC = Circuito de Linha

LC

Ass. A = Assinante A

. . . Ass. B

Ass. B = Assinante B LC

b) Chamada de Saída Central Ass. A

LC

JS

p/ outra Central

tronco

JS = Juntor de Saída

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1.3 Comunicação entre Centrais 1.3.1 – Tipos de Chamadas c) Chamada de Entrada Central Ass. B

LC

JE

de outra Central JE = Juntor de Entrada

tronco

d) Chamada Trânsito Central Trânsito

Central A Ass. A

LC

JE

JS

tronco

Central B JS

JE

tronco

LC

Ass. B

1.3 Comunicação entre Centrais 1.3.2 – Tipos de tráfego de uma central local Assinante Chamador A Juntor de Entrada JE

ti ts te

Assinante Chamado B Juntor de Saída JS

• ti = tráfego interno • ts = tráfego de saída • te = tráfego de entrada • Tráfego Originado = ti + ts • Tráfego Terminado = ti + te • Tráfego Comutado = ti + te + ts 29

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Classificação hierárquica das redes telefônicas Redes Telefônicas

Redes Interurbanas (IU)

Redes Locais (Urbanas)

Redes de Assinantes

Redes de Alimentação (Primária)

Redes de Distribuição (Secundária)

Redes de Troncos

Redes Internas (Terciária)

30

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Exemplo:

•

Fonte: Soares Neto, V.; ―Telefonia em Sistemas Locais: Tópicos Avançados‖, Editora Érica.

31

32

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Tipos de Centrais

RN

33

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Tipos de Centrais

34

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Classes de Centrais Trânsito Interurbanas • Central Trânsito Classe I — Atende uma área primária de grande extensão. Esta central trânsito tem acesso a pelo menos uma central que processa tráfego internacional.

• Central Trânsito Classe II — Uma área primária é dividida em áreas secundárias. Cada área secundária é servida por uma Central Trânsito Classe II.

35

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Classes de Centrais Trânsito Interurbanas (cont.) • Central Trânsito Classe III — Uma área secundária é dividida em áreas terciárias. Cada área terciária é servida por uma Central Trânsito Classe III.

• Central Trânsito Classe IV — Uma área terciária é dividida em áreas quaternárias. Cada área quaternária é servida por uma Central Trânsito Classe IV.

• Central Trânsito Internacional — Tem por finalidade receber e tratar o tráfego oriundo das centrais trânsito interurbanas destinado a outros países.

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1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Rotas • Rota: é o caminho composto por troncos que interligam duas centrais telefônicas. • Classificação das rotas: a) Quanto às áreas envolvidas: . Rota Local: é aquela que interliga centrais locais. . Rota Interurbana: interliga centrais em diferentes localidades. b) Quanto ao sentido do tráfego: . Rota Unidirecional: o tráfego é cursado em um único sentido. . Rota Bidirecional: o tráfego é cursado nos dois sentidos. c) Quanto ao encaminhamento das chamadas: . Rota Direta: (ou de primeira escolha) interliga duas centrais diretamente sem a necessidade de subordinação hierárquica entre elas. . Rota Alternativa: cursada por chamadas originalmente dirigidas a uma rota direta, mas que encontraram todos os troncos ocupados naquela rota. . Rota Final: (ou de última escolha) é o último caminho possível para o escoamento das chamadas entre duas centrais subseqüentes. 37

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Rotas – Exemplo 1: • Rota A1: é uma rota local, unidirecional e direta (para chamadas originadas na Central 2 e destinadas à Central 1).

• Rota B2: é uma rota local e

1

2

unidirecional. É uma rota final para chamadas originadas na Central 1 e destinadas à Central 3. É rota alternativa e final para chamadas originadas na Central 1 e destinadas à Central 2.

• Rota C2: é uma rota local e unidirecional. É uma rota final para chamadas da Central 3 para a Central 2. É rota alternativa e final para chamadas originadas na Central 1 e destinadas à Central 2.

3

38

1.4 Estrutura das Redes Telefônicas Rotas – Exemplo 2: Ilustração do conceito de rotas e hierarquia entre centrais:

39

1.5 O Aparelho Telefônico A invenção do telefone

40

1.5 O Aparelho Telefônico A invenção do telefone

41

1.5 O Aparelho Telefônico A invenção do telefone - receptor

42

1.5 O Aparelho Telefônico A invenção do telefone

43

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico - partes constituintes

44

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico - partes constituintes

45

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico - partes constituintes

• Transmissor (microfone ou cápsula transmissora) • Receptor (cápsula receptora) • Dispositivo de seleção (teclador decádico ou multifrequencial)

• Circuito de fonia (circuitos anti-ruído, supressor de voz, compensação do comprimento da linha, cancelador de efeito local, híbrida, etc.) • Campainha

46

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico - campainha

47

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico com disco

Exemplo: discagem do algarismo 4

Pausa interdigital = 200 ms

pausa interdigital

48

1.5 O Aparelho Telefônico Telefone com teclas – teclador emulador de disco • Utiliza uma memória para armazenar os dígitos teclados e um gerador de pulsos na linha que simula o disco.

49

1.5 O Aparelho Telefônico Telefone com teclas – proteção contra sobretensões

Exemplo: L = 1 Henry ∆I = 10 mA ∆t = 10 μs V = L.∆I/∆t V = 1000 volts

50

1.5 O Aparelho Telefônico Telefone com teclas – teclador multifrequencial DTMF: dual-tone multifrequency

Tempo requerido para reconhecimento de um dígito teclado: 50 ms Pausa interdigital = 50 ms Tempo total para o reconhecimento de um dígito qualquer = 100 ms

51

1.5 O Aparelho Telefônico Transmissor ou microfone de carvão

52

1.5 O Aparelho Telefônico Microfone de carvão

53

1.5 O Aparelho Telefônico Microfone eletrodinâmico

54

1.5 O Aparelho Telefônico Microfone de eletreto O eletreto é um material dielétrico utilizado para armazenar cargas elétricas quase que indefinidamente.

55

1.5 O Aparelho Telefônico Receptor (Cápsula Receptora) eletromagnético É constituída, basicamente, de um ímã permanente com duas peças polares, providas de bobinas, através das quais circulam as correntes Icc e Iac; uma membrana metálica fecha o circuito magnético, e a força que atua sobre a mesma é proporcional ao quadrado da indução resultante.

56

1.5 O Aparelho Telefônico Receptor (Cápsula Receptora) eletrodinâmico A bobina pela qual circulam as correntes Icc e Iac está unida à membrana, movendo-se num campo magnético cilíndrico; a força que atua sobre a bobina e a membrana é proporcional à força do campo magnético do imã permanente e à energia que passa pela bobina.

Alto-Falante 57

1.5 O Aparelho Telefônico Alimentação do aparelho telefônico

Efeito Local (side tone ): a pessoa que fala ouve a sua própria voz com maior intensidade que o som proveniente do microfone de seu interlocutor. 58

1.5 O Aparelho Telefônico Circuito para atenuar o efeito local

59

1.5 O Aparelho Telefônico Funções da híbrida

60

1.5 O Aparelho Telefônico Operação da híbrida: transmissão

Transmissor

.

. .

.

Receptor

61

1.5 O Aparelho Telefônico Operação da híbrida: recepção

62

1.5 O Aparelho Telefônico Exemplo: aparelho convencional (1)

63

1.5 O Aparelho Telefônico Exemplo: aparelho convencional (2) Caminho da corrente de toque: monofone no gancho

64

1.5 O Aparelho Telefônico Exemplo: aparelho convencional (3) Monofone fora do gancho – circuito equivalente DC: monofone fora do gancho

chave S1 fechada

chave S2 aberta

65

1.5 O Aparelho Telefônico Exemplo: aparelho convencional (4) Circuito equivalente AC e a Impedância Z b compensa automaticamente o sinal AC com a distância

66

1.5 O Aparelho Telefônico Exemplo: aparelho convencional (1) Circuito equivalente AC simplificado:

Linhas cheias - correntes de recepção Linhas pontilhadas - correntes de transmissão

67

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico eletrônico Partes constituintes:

Vide: BIGELOW, S. J.; CARR, J. J.; WINDER, S.; ―Understanding Telephone Electronics‖, Quarta edição, Newnes, 2001.

68

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico eletrônico Circuito equivalente do circuito de voz e a anulação do efeito local:

R1

ZL

R2

ZB

69

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico eletrônico Circuito equivalente de transmissão:

R1

R2

R1

ZL

ZB = ZL

Anulação do efeito local requer: ZBR1 = ZLR2

70

1.5 O Aparelho Telefônico Aparelho analógico eletrônico Circuito equivalente de recepção:

R1

R2

ZL ZB = ZL

71

1.5 O Aparelho Telefônico Digital

72

1.5 O Aparelho Telefônico Digital Códigos de linha AMI (Alternate Mark Invertion) e 2B1Q

Regra de codificação 2B1Q:

73

1.5 O Aparelho Telefônico Digital Códigos de linha AMI e 2B1Q

Seja R a taxa em que os bits são gerados (taxa de bits). A taxa de modulação D será dada por:

onde, D = taxa de modulação, em bauds R = taxa de bits, em bps b = número de bits por elemento do sinal codificado L = número de elementos diferentes do sinal codificado

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