Convergência de Dados e Voz na Próxima Geração de Redes

A convergência, atualmente um dos temas mais discutidos na indústria de redes, nos apresenta uma nova visão sobre o futuro da próxima geração das redes (NGN – Next Generation Network) e de aplicações multimídia. Será concretizado o velho sonho de uma plataforma de transporte comum para vídeo, voz e dados. A NGN permitirá aplicações do tipo telefonia via IP, acesso a Web através de telefones móveis e o streaming de vídeo se tornará uma realidade.

Os protocolos da Internet suportam o transporte de dados, praticamente, de qualquer tipo de rede, desde pequenas LAN de escritórios até redes globais com vários provedores de redes. Embora as tradicionais redes de dados, como o SNA da IBM e das redes legadas de alguns provedores de telecomunicações (X.25, Frame Relay), estejam fazendo um grande esforço para se acomodarem nas redes IP, esse artigo concentra-se apenas nos novos protocolos de suporte aos serviços de telefonia.

Um dos desafios da NGN é a complexidade de testes para a determinação de problemas e garantia de disponibilidade e performance. Isso é importante para reduzir os custos de operação, reduzir o número de reparos e melhorar o tempo de reestabelecimento dos serviços. Possibilitando, o mais possível, antecipar e evitar a ruptura do serviço, através de um eficiente processo de coleta de eventos e uma constante monitoração da rede.

As Novas Aplicações da Próxima Geração de Redes (NGN)

A NGN integra infra-estruturas de redes tais como WAN – Wide Area Network, LAN –Local Area Network, MAN – Metropolitan Area Network, e redes sem fio, antes discutidas em separado. A integração de recursos e a convergência do tráfego reduz os custos totais dos recursos da rede, permitindo o compartilhamento da operação, a administração da rede, a manutenção e aprovisionamento de equipamentos, e facilidades para o desenvolvimento de aplicações multimídia. As tecnologias da Internet criam oportunidades para combinar os serviços de voz, dados e vídeo, criando sinergia entre eles.

A figura 1 mostra os elementos de uma NGN desenhada para suportar comunicação de voz e transporte de dados. Embora, não exista uma definição única para uma NGN. De fato, as características de implementação de NGN podem variar. Essas diferentes características são resultado de:

  • Várias tecnologias convergentes.
  • Vários padrões que competem entre si ou especificações de diferentes padrões.
  • Vários fornecedores e provedores de telecomunicações que utilizam diferentes tecnologias que competem em mercados não regulamentados.
  • Várias definições de serviços com diferentes QoS (Quality of Service).

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Figura 1: Próxima Geração de Redes de Voz/Dados

O maior estímulo para a mudança das redes é a redução de custos. Os custos dos equipamentos de telecomunicações têm caído na mesma proporção dos PCs e isso têm estimulado o crescimento e o uso das redes. Outra economia é o uso compartilhado da infraestrutura, operação, manutenção e uso dos serviços de rede. Por exemplo, uma NGN introduz soluções que usam um acesso IP para várias redes privadas, para acesso à Internet e para os tradicionais PBXs, resultando em reduções significativas de custos.

A Internet e os acessos on-line trouxeram milhões de consumidores potenciais, entretanto, a convergência dos serviços será a grande oportunidade para novos negócios, não apenas a redução de custos. Os novos serviços serão orientados pelas seguintes itens:

Novas aplicações avançadas que organizam a forma de trabalho. Streaming de vídeo, e-commerce e os leilões on-line são exemplos do é chamado “aplicações de conteúdo especifico”, enquanto a vídeo conferencia com o compartilhamento de documentos através da Web é um exemplo de “aplicação de rede”.

A desregulamentação das telecomunicações permitirá que os provedores de telecomunicações possam explorar novas tecnologias e oferecer serviços sofisticados aos clientes. A conectividade universal, os devices multifuncionais, o aprovisionamento de serviços e facilidades, e os serviços que ultrapassem os limites das redes dos provedores de telecomunicações são alguns dos requerimentos do mercado, independente do ambiente regulamentário.

A opção da indústria por sistemas abertos torna a integração das redes viável. A consolidação do mundo da voz (VoIP, voz através de rede sem fio e a telefonia tradicional) e o mundo dos dados (Internet, Intranet, transmissão sem fio e transmissão através da rede de voz) – dois ambientes distintos – é uma significativa mudança sem ter que usar gateways e configurar interfaces.

Mesmo que o foco atual sejam as aplicações e os serviços competitivos, é praticamente impossível introduzir uma NGN sem considerar as seguintes tecnologias de rede:

Processamento Digital de Sinais: o processamento dos sinais digitais é a tecnologia chave para a integração do trafego de voz e dados.  A vantagem dessa área é a facilidade de compressão de voz e a sua conversão para pacotes de dados.

Roteamento dos pacotes: os recentes protocolos de roteamento permitem priorizar as filas e pacotes das aplicações que exijam qualidade de serviço (QoS).

Redes Ópticas: as redes ópticas aumentam, dramaticamente, a banda de transmissão que está disponível pelos provedores de telecomunicações e dos usuários. As vantagens da multiplexação por onda de luz e o roteamento por comprimento de onda deverá consolidar o roteamento nas redes ópticas.

Protocolos Avançados: desde que o TCP/IP tornou-se um protocolo estratégico, muitos esforços estão sendo feitos para conceber novas funções e aumentar sua performance. As redes baseadas em IP em breve deverão ser capazes de prover a mesma qualidade de serviço encontradas nas redes ATM atualmente. Recentes avanços incluem o protocolo RTP (Realtime Transfer Procotocol), o MPLS (Multi-Protocol Label Switching), o SS7-to-IP e a classe de serviço diferenciada (DiffServ).

O tráfego convergente tem trazido considerável interesse para os administradores de rede e tem levado os provedores de serviços de rede a introduzir soluções que vão ao encontro com os requerimentos dos clientes. Nem os tradicionais serviços de telefonia nem os novos provedores de NGN serão competitivos apenas reduzindo os custos de transmissão, entretanto, o ponto chave é o QoS, características como performance, disponibilidade, flexibilidade e adaptabilidade, serão padrão de mercado.

Protocolos para Redes Convergentes

As NGNs necessitam suportar uma grande variedade de funções de rede, incluindo os tradicionais protocolos orientados a dados e os mais recentes protocolos orientados a convergência. Até o protocolo básico TCP/IP deve ser desenvolvido para atender os rígidos requerimentos de crescimento, gerenciamento, segurança e qualidade das NGNs.

Os novos protocolos, incluindo protocolos padronizados e proprietários, estão sendo introduzidos quase tão rápido quanto eles estão sendo desenvolvidos. Esses protocolos são a chave para consolidar a convergência das redes. O termo “convergência” cobre normalmente uma ampla gama de possibilidades incluindo as redes sem fio, distribuição de rádio e vídeo, serviços remotos, portais de informações, etc. Entretanto, ainda é a convergência da telefonia e de dados baseados em IP que produzem as aplicações “killers”, ou seja, aquelas aplicações que destronam aplicações de sucesso que usam antigas tecnologias.

Os padrões de transmissão de voz sobre IP (VoIP) e de voz sobre ATM foram desenvolvidos nos últimos anos e estão agora sendo implementados pelos provedores de telecomunicações e empresas em suas redes corporativas. O protocolo VoIP é fruto de fóruns como o IETF (Internet Engineering Task Force), o International Softswitch Consortium, e o ETSI TIPHON.

Os protocolos usados pelo VoIP podem ser divididos em quatro áreas especificas, como apresentada na tabela 1.

Padrões Protocolos Proposta
SS7 over IP SIGTRAN, TALI, Q.2111 As redes IP precisam ter interfaces com o protocolo de sinalização SS7 e também prover transporte entre elas. Permitir que a sinalização de voz possa ser manipulada em um ambiente IP.
Session Set-up H.323, SIP, BICC, SIP-T As redes convergentes devem ter o “melhor esforço” de transporte para suportar as sessões que representam o fluxo de dados e ter definido as especificações de QoS. Permitir estabilidade, modificação e terminação das chamadas multimídia.
Gateway Control MGCP, MEGACO (H.248) Iniciar e terminar sessões. Interfaces são necessárias para tarifação, aprovisionamento e a sistemas de atendimento a clientes.
Transporte RTP (Voz sobre IP) ou AAL1/AAL2 (Voz sobre ATM) Comunicações em tempo real são requeridas para redes convergentes que suportam telefonia, e isso deve ser combinado com o transporte tradicional de dados.

Tabela 1: Áreas de Padronização para VoIP

A figura 2 ilustra os elementos fundamentais de um backbone de rede SS7/IP e onde os protocolos são requeridos para suporte de voz.

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Figura 2: Componentes e protocolos para Voz sobre IP

O Media Gateway Controller (MGC) executa funções de estabelecimento e finalização de sessões na rede IP. Ele mantém o estado de todas as chamadas e dos recursos alocados para elas. O MGC possui interfaces para vários bancos de dados em redes IP e SS7 (por exemplo, políticas de diretórios) para acessar usuários e serviços. O MGC também possui a facilidade de prover endereços e um protocolo de tradução entre elementos de diferentes redes necessários para invocar uma chamada. Até o final de uma chamada o MGC coleta informações para bilhetagem. Existem dois protocolos básicos que são utilizados para controle: o Media Gateway Control Protocol (MGCP) e o MEGACO (também chamado H.248). A interface com as redes SS7 são feitas através dos protocolos SS7/IP. A política de diretórios no ambiente IP são acessadas usando os protocolos LDAP (Lightweight Directory Access Protocol ) e COPS (Common Open Policy Service). No caso de um cliente IP, o MGC irá usar o SIP ou o H.323 para estabelecer a chamada e alocar os recursos e serviços necessários. O MGC também fará a tradução entre o H.323 e SIP para a interconexão de clientes com diferentes protocolos.

O Signaling Gateway executa as funções de conversão entre as mensagens SS7 transmitidas através dos circuitos telefônicos e as mensagens SS7 através das redes IP. Os atuais protocolos de conectividade para IP-SS7 são o SIGTRAN. TALI e Q.2111. Em todos os casos a regra do Signaling Gateway é estabelecer e encerrar uma ou mais conexões IP-SS7 e manter o estado de conexão entre as duas redes. Mantendo a sequencia de números, confirmações de conexões, retransmissões e notificações da existência de pacotes fora de sequencia. O controle de congestionamento, a detecção de falhas nas sessões e segurança são outras funções importantes executadas peloSignaling Gateway.

O Media Gateway faz a adaptação da mídia entre redes. Uma das mídias é presumível ser pacotes, frames ou células de redes do tipo IP ou ATM. Como uma especificação de um Media Gateway, o Trunking Gateway faz a conversão básica de circuitos E1/T1 e os ambientes ATM ou IP. Um Media Gateway mantém a informação de todos os recursos e, em caso de links ocupados ele assegura o tratamento apropriado de gerenciamento para cada situação. Até o encerramento de uma chamada o Media Gateway provê o MGC (Media Gateway Controller) de informações do QoS para fins de bilhetagem. O Media Gateway poderá terminar uma conexão de circuitos (linhas troncos, loops), transformar em pacotes o stream de dados se a chamada ainda não estiver nesse estado, e então liberar o tráfego para a rede IP. O Media Gateway realiza conexões ponto-a-ponto e conferencias, e suporta funções como conversão da mídia, alocação de recursos (incluindo reserva) e notificações de eventos.

Um Access Gateway, que combina informações do Signaling Gateway com o Trunking Gateway, é usado pelo ISDN ou CAS (Common Access Signaling) para inserir a sinalização em uma rede TDM. O Access Gateway extrai uma informação de controle dos protocolos de sinalização como o DMTF (Dual-Tone MultiFrequency) ou PRI (Primary Rate Interface) e envia a informação para o MGC para processamento. Os problemas encontrados entre domínios, onde uma conexão entre os pontos finais requer o roteamento em diferentes redes de provedores de telecomunicações, não são geralmente cobertas pelos atuais padrões ou pela estrutura mostrada na figura 2.

Gerenciamento de Protocolos nas NGNs

Os padrões de VoIP não são apenas pré-requisitos para o sucesso da convergência em larga escala. O gerenciamento dos protocolos assumirá um papel importante nas NGNs, especialmente quando envolver vários provedores de telecomunicações. O SNMP (Simple Network Management Protocol) é necessário para o gerenciamento de qualquer elemento da rede, através de mensagens MIB (Management Information Base). Outros protocolos são utilizados para suportar as políticas de controle das redes, tais como LDAP, COPS e XML.

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