NGN e IMS I: Redes Legadas e Redes Convergentes O ... - Teleco

Como as operadoras tentavam minimizar os novos custos, equipamentos de pequenas dimensões foramessenciais. O custo do espaço de co-localização poderia ser tão alto quanto US$ 250 mil por ano; se forçadoa usar uma central de comutação tradicional e extremamente grande, uma operadora concorrente teria taxasmuito altas de co-localização adicionais ao enorme capital gasto pela aquisição da central. Ficou mais difícilde obter grandes ambientes, ainda mais do tamanho de um escritório central, então equipamentos com umtamanho menor e que pôde ser escalado para suportar um grande número de assinantes foi extremamenteimportante [3].Soluções baseadas em ATM poderiam entregar voz com qualidade e taxa de erro de bit constante, enquantoo processamento distribuído SS7 garantiu rapidamente e economicamente a escala de sinalizaçãoproporcional ao número de portas (DS0’s).Uma comutação convergente que tinha uma arquitetura com sinalização distribuída suportava aconsolidação de múltiplos links SS7 de comutações convergentes e, portanto, oferecia operação egerenciamento de bilhetagem eficientes e centralizados. Estes, junto com a utilização dos circuitos virtuaisATM (melhor que os circuitos físicos providos pela TDM), melhoram extremamente a operação, gerência eadministração do sistema como um todo.Em resumo, a arquitetura de comutação convergente removeu as barreiras restantes para a eficiência decusto por entregar [1]:Classe de confiabilidade telefônica;Cobertura da qualidade de voz;Total integração com a sinalização SS7;Extrema escalabilidade de número de portas;Uma arquitetura aberta para o rápido e simplificado serviço distribuído.A arquitetura convergente pôde alavancar os investimentos existentes em infra-estrutura, comoequipamentos tradicionais de comutação por circuito, enquanto suportava o crescimento do tráfego dedados. A arquitetura pode unificar a série de múltiplas redes sobrepostas que necessárias para acomunicação do momento.Figura 13: Arquitetura de redes convergentes [3].O alívio da PSTN e a facilidade da rápida distribuição de serviços em novos mercados permitiram aosprovedores entregar serviços de dados e voz em novas geografias com o mínimo de equipamentos. Estes9

Figura 18: Cronograma do projeto 21CN da BT [6].A padronização da NGN iniciou-se separadamente e em vários órgãos que focavam em pesquisar edesenvolver novos serviços direcionados as suas áreas de atuação, ou seja, seguindo o modelo verticalhabitual. Mas com a nova tendência de integração e convergência de serviços exigida pelos usuários e asnecessidades de redução de custos, o conceito logo mudou e então passaram a compartilhar as pesquisas eunir forças para chegarem à padronização de protocolos, interfaces e arquiteturas comuns e que interoperemcom todas as demais já existentes para proporcionar a maior flexibilidade possível.Figura 19: Integração dos órgãos de padronização [1].Observou-se que para controlar e possibilitar a entrega de diversos conteúdos e serviços a qualquer tipo deacesso fazia-se necessário um core bem definido e estruturado. Assim surgiu o IMS (IP MultimídiaSubsystem) com o propósito de prover a integração completa das redes e serviços como ilustrado na figura aseguir.14

Figura 20: Arquitetura IMS como controle central de todas as redes [5].15

NGN e IMS I: Padrão e Modelo Funcional NGNPadrãoOs movimentos das operadoras para alcançarem os benefícios de minimização dos custos em suas múltiplasredes e a maximização da qualidade e flexibilidade no fornecimento de novos serviços começaram com aevolução e sinergia de suas redes. Porém não havia ainda uma padronização completa, e pelas justificativasjá apresentadas no capítulo anterior, a maioria das operadoras iniciou a evolução das redes praticamente emparalelo com as atividades dos órgãos de padronização.O objetivo principal da NGN é facilitar a convergência das redes e dos serviços, sendo que a principal tarefaé assegurar que todos os elementos requeridos para interoperar e as características da rede para sustentaraplicações globais através da NGN estejam dirigidos pelas atividades de padronização.Os principais órgãos envolvidos na padronização da NGN são o TISPAN (Telecoms & Internet ConvergedServices & Protocols for Advanced Networks) que é um grupo de trabalho do ETSI (EuropeanTelecommunications Standards Institute), o FGNGN (Focus Group on NGN) e o NGN-GSI (NGN-GlobalSdandards Initiative) ambos os grupos são pertencentes ao ITU-T (International Telecommunication Union- Telecommunication Standardization Sector).A NGN é uma rede baseada em pacotes capaz de fornecer serviços de telecomunicações e de fazer uso demúltiplas tecnologias de transporte broadband e com QoS habilitado. As funções relacionadas a serviço sãoindependentes das camadas inferiores relacionadas às tecnologias de transporte.Os usuários têm acesso irrestrito às redes, e podem selecionar os fornecedores de serviços e/ou os serviços,conforme sua e o acesso irrestrito para os usuários às redes e competindo aos fornecedores de serviço e/ouos serviços de sua escolha. Suporta a mobilidade generalizada que permite a provisão consistente e ubíquados serviços aos usuários [7].Algumas características intrínsecas a NGN:Modelo de arquitetura funcional padronizado e aberto com suporte as redes legadas.Qualidade de serviço fim-a-fim.Plataformas de serviço com provisionamento e controle para múltiplas redes.Segurança adequando protocolos e API’s (Application Programming Interfaces).Mobilidade generalizada, garantindo a interconectividade e o roaming ao usuário.A primeira versão do padrão NGN (Release 1 ou apenas Rel-1) foi concluída em Dezembro de 2005 peloTISPAN, onde provê o primeiro conjunto de especificações para implementação da NGN, e agora está sendoutilizado pela indústria na construção da NGN.Os principais objetivos das especificações envolvem a substituição da PSTN, provendo suporte aos telefonesexistentes, e a introdução de serviços multimídia, novos serviços baseados em IP, além de prover aarquitetura completa para a NGN, definir vários subsistemas e como eles interoperam [1]:PSTN/ISDN Emulation Subsystem (PES).PSTN/ISDN Simulation Services (PSS).Network Attachment Subsystem (NASS).Resource and Administration Control Subsystem (RACS).16

Figura 21: Conceito de Subsistemas de NGN do TISPAN [7].O TISPAN está agora progredindo o trabalho no Rel-2 considerando os seguintes novos itens [1]:Análise de exigências para o FMC em conjunto com o FMCA (Fixed-Mobile Convergence Alliance).Análise de exigências para o Home Networking em cooperação com o HGI (Home GatewayInitiative).Análise das capacidades da rede em suportar os serviços de IPTV (IP Television) com ATIS IIF(Automatic Terminal Information Service – IPTV Interoperability Forum) e DVB (Digital VideoBroadcasting).Integração do IPTV com a NGN Services and Capabilities utilizando IMS.Suporte para os serviços deBusiness e interoperabilidade com redes Enterprise.Com a necessidade da interoperabilidade e da convergência também com os sistemas móveis, surgiu anecessidade do alinhamento dos padrões (interfaces e protocolos) entre os órgãos responsáveis pelapadronização nos universos das telecomunicações fixas e móveis (TISPAN e 3GPP – 3rd GenerationPartnership Project).A sincronização entre o TISPAN e o 3GPP iniciou após o término da TISPAN NGN Rel-1, que sofreualterações até Maio de 2007 quando alinhou com a 3GPP Rel-7 concluída em Março de 2007. A TISPANNGN Rel-2, finalizada no fim de 2006, está sendo alinhada com a 3GPP Rel-8, que trabalha com FMC e temprevisão de conclusão para o fim de 2007, quando as exigências terminarão.Já existem temas previstos para um novo trabalho do TISPAN, o NGN Rel-3, que terá entre outras asseguintes abordagens [9]:Introdução da nomadicidade completa entre domínios.Roaming controlado pelo usuário.Acesso com alta largura de banda (VDSL, FTTh, Wi-Max, etc.).Modelo FuncionalA principal característica da NGN é a divisão entre serviços e transporte (figura 22), permitindo serem17

oferecidos separadamente e desenvolvidos independentemente. As funções de transporte são realizadas porredes de comutação de pacotes IP, o protocolo SIP (Session Iniciation Protocol) é usado para o controle desessões e a separação entre serviços e transporte é representada por dois blocos distintos ou estratos(stratum) de funcionalidade.Figura 22: Separação entre serviço e transporte [7].Cada estrato (divisões horizontais) compreende de uma ou mais camadas (divisões verticais), onde cadacamada é composta conceitualmente de um plano de dados (ou de usuário), controle e gerência (figura 23).No general, cada estrato tem suas próprias funções de transferência de dados para controlar as operaçõesdas entidades envolvidas nestas transferências e para gerenciar as entidades contidas em cada estrato.Figura 23: Camadas e planos dos estratos do padrão NGN [7].O desenvolvimento de uma metodologia funcional e um modelo geral (figura 24) permitiu descrever a NGNem termos de funções de controle que podem ser abstraídas e representadas separadamente das áreasprincipais a serem controladas (tais como recursos, serviços e transporte). O principal motivo para odesenvolvimento deste novo modelo foi a não aplicabilidade do conceito de hierarquia de camadas eprotocolos do modelo OSI diretamente à NGN devido à separação das funções na rede.Desta forma, o novo modelo permite decompor a NGN dentro de um conjunto de funções apropriadas, orelacionamento e a interconexão entre funções são mostrados em termos de pontos de referência e oagrupamento de funções é utilizado para representar uma realização física.18

Figura 24: Modelo geral da NGN [7].A figura 24 mostra, em três dimensões, o relacionamento entre os NGN Service Resources as funções doNGN Service Stratum, e entre os NGN Transport Resources e as funções do NGN Transport Stratum. Noteque a figura também mostra os planos do controle e da gerência separados, mas não mostra a possibilidadede funções de controle ou de gerência comum para o estrato de serviço e transporte.O trabalho do ITU-T na definição da arquitetura funcional da NGN se concentrou em:Desenvolver técnicas de modelamento de referência genérica, para ajudar a identificar padrõesnecessários a NGN.Definir funções de interconexão, para dar suporte aos terminais legados.Determinar como os serviços, controles de chamada e mobilidade de usuário poderão ser suportadosfim-a-fim através de redes heterogêneas.Definir a funcionalidade dos terminais NGN, em termos de mecanismos para atualização de software,redundância, upgrade de terminais, negociação de versão de software e gerenciamento.19

NGN e IMS I: Arquitetura NGNA figura 25 apresenta o diagrama da arquitetura NGN com suas principais funções, subsistemas e redes deacesso.Figura 25: Diagrama da arquitetura NGN [8].Já a arquitetura padronizada da NGN pode ser vista na figura 26 com suas interfaces e elementos funcionaisdefinidos.20

Figura 26: Arquitetura padronizada da NGN [10].As Transport Functions (Funções de Transporte) fornecem conectividade para todos os componentes efunções fisicamente separadas na NGN, ou seja, transferência de mídia, bem como transferência deinformações de controle e gerência, e são controladas diretamente pelas Transport Control Functions(Funções de Controle de Transporte) com o auxílio das informações das Transport User Profiles (Perfis deUsuário de Transporte).O Service Stratum é composto de Service Control Functions (Funções de Controle de Serviço), Applicationand Service Functions (Funções de Suporte a Aplicações e Serviços) e Service User Profiles (Perfis deUsuários de Serviço).As Interfaces UNI (User-Network Interface) /NNI (Network-Network Interface) /ANI (Automatic NumberIdentification) são os pontos gerais de referência da NGN, podendo ser mapeadas para interfaces físicasdependendo das tecnologias utilizadas na implementação.Os elementos funcionais e as interfaces da Arquitetura NGN são descritos a seguir.Funções de TransporteAs Funções de Transporte (Transport Functions) são divididas em quatro tipos: Funções de Acesso à Rede,Funções de Borda, Funções de Núcleo e Funções de Gateway.As Funções de Acesso à Rede preocupam-se com o acesso dos usuários à rede, bem como com a agregaçãode tráfego, controle de QoS, gerenciamento de buffer, armazenamento, escalonamento, filtragem de pacotes,classificação de tráfego, marcação, policiamento e formatação.As Funções de Borda são usadas para o processamento de tráfego agregado vindo de diferentes redes deacesso, e incluem funções relativas ao controle de QoS e controle de tráfego. Também podem ser usadasentre redes de núcleo.As Funções de Núcleo são responsáveis por assegurar o transporte de longa distância, oferecendo os meiospara diferenciar a qualidade do transporte oferecido.Estas funções fornecem mecanismos de QoS (Qualidade de Serviço) que lidam diretamente com o tráfegodos usuários, incluindo gerenciamento de buffer, armazenamento, escalonamento, filtragem de pacotes,classificação de tráfego, marcação, policiamento, formatação, controle de portas e firewall.As Funções de Gateway permitem a interconexão com funções de usuário final e de outras redes, incluindooutros tipos de NGN’s, PSTN/ISDN, Internet Pública, etc.Funções de Controle de TransporteAs Funções de Controle de Transporte (Transport Control Functions) dividem-se em Funções de Controlede Recursos e Admissão (RACF’s – Resource and Admission Control Functions) e Funções de Controle deLigação à Rede (NACF’s – Network Attachment Control Functions).As RACF’s fornecem controle de QoS (incluindo reserva de recursos, controle de admissão e controle de21