Interfaces para sistemas de comunicação de dados

Parte 3: A interface de acesso básico à RDSI.

A interface básica de usuário ou interface de acesso básico é muito importante do ponto de vista dos testes que ela permite na RDSI. Este artigo trata das características dessa interface, a estrutura de sinais do quadro e o significado dos bits do quadro. Antes de mais nada, porém, esporemos aqui um sumário geral das interfaces definidas para RDSI. As designações e terminologias usadas neste artigo correspondem aos termos e definições encontrados na série I das recomendações do CCITT.

1- Pontos de referência da RDSI

A representação da configuração de referência para a interface de acesso básico, encontrada na recomendação CCITT I.411, é mostrada na figura la. Os pontos de referência são S, T e U. O ponto de referência U localiza-se na interface entre a terminação de rede (TR) e a linha de transmissão e não está ainda precisamente definido. As seguintes definições são usadas na figura la:

ET1 = equipamento terminal tipo 1 (com interface básica de usuário para RDSI).
TR1 = terminação de rede 1 (inclui funções largamente equivalentes à camada 1 (física) do modelo OSI de referência.
TR2 = terminação de rede 2 (inclui funções largamente equivalentes à camada 1 e superiores do modelo de referência da recomendação X.20; veja seção 4). Pode ser, por exemplo, um PABX (figura 1b). Se as funções TR2 não são necessárias, os pontos S e T são coincidentes (figura 1c).
A interface S na figura 1b é assim chamada interface de rede com taxa de transmissão primária, que opera a 2048 ou 1544 bit/s. A recomendação CCITT I.431 é a especificação para a camada 1 dessa interface. Neste artigo, contudo, concentraremos nossa atenção na interface de acesso básico e configurações associadas, definidas pelo CCITT nas recomendações I.412, I.430, I.440 e I.451.

2- A interface de acesso básico à RDSI

A interface I.420, padronizada internacionalmente, é definida em várias recomendações do CCITT. A camada 1 é especificada na recomendação I.430.
Genéricamente falando, emprega-se uma estrutura em barramento (veja figura 2). A seção 2.4 descreve as propriedades elétricas desse barramento. Outras conexões possíveis para terminais RDSI são discutidos na seção 2.3.
O canal B é usado para transporte de dados a uma taxa de 64 Kbit/s. Dois canais desse tipo são previstos na configuração básica. As funções de controle, como as necessárias, por exemplo, para estabelecimento e desconexão de uma ligação, são transportados por um canal separado, operando a 16 Kbit/s, conhecido como canal D.
Os canais B são completamente independentes, de maneira que é possível estabelecer-se, simultaneamente, uma ligação telefônica e uma conexão por fac-símile através da central local RDSI. Equipamentos que podem ser conectados a um canal B:
- telefone RDSI
- máquina de teletexto RDSI
- equipamento de fac-símile RDSI
- equipamento multi-funcional RDSI
A taxa de transmissão para a interface de acesso básico é a soma das taxas de bits dos dois canais B e do canal D, isto é:
2 x 64 Kbit/s + 16 Kbit/s = 144 Kbit/s
A taxa real utilizada pode ser de até 192 Kbit/s para permitir a transmissão de informação adicional. Isso é discutido em conexão com a estrutura de quadro, na seção 3.1.

2.1- Interface R

O equipamento terminal que ainda não possui uma interface conforme o padrão RDSI (ET2) pode ser conectado à estrutura do barramento I.420 at ravés de um adaptador de terminal (AT, veja figura 3). Equipamentos operando a taxas menores que 64 Kbit/s são conectados ao barramento através de uma interface tipo R, definida através das seguintes especificações:
- CCITT X.21, X.21 bis e X.25;
- recomendações da série V do CCITT e
- interface analógica padrão a 2 fios, usada para modems conectados à rede telefônica.

2.2 - Conexão de assinante (loop local), ponto de referência U

Não se definiu, até agora, um padrão internacional para o ponto de referência U (figura 1a).
O Correio Federal Alemão definiu um padrão próprio, designado como UKO (veja figura 1c e 2).
Outras administrações nacionais usam outras configurações e o ponto de referência U é, atualmente, objeto de muita discussão. Esta interface é a junção entre o loop de assinante a dois fios e a termi nação de rede TR1 (veja figura 2).

Em muitos países, a TR1 é parte da instalação do usuário (no Reino Unido, por exemplo, é um simples conector de parede, contendo alguma eletrônica) e é propriedade da administração que opera a rede. O Correio Federal Alemão e outras autoridades nacionais tomaram a decisão de empregar compensação por eco como método de comunicação para o lado de assinante a dois fios. O código de linha usado é o 4B/3T, no qual cada grupo de 4 bits é convertido em um sinal ternário de 3 bauds. Isso trás as seguintes vantagens:
- Não há componentes D.C. no sinal,
- A taxa de transmissão é reduzida, e dessa maneira reduzida também a atenuação no cabo. Isso permite operar enlaces de assinante de até 8km, usando pares de 0,6mm de diâmetro, sem o uso de regeneradores.
- O código é construído em redundância, pois 24 estados possíveis são convertidos em 33, permitindo monitoração de erros.
A taxa de transmissão gerada pela TR1 é 160Kbit/s, composta pelos dois canais B, pelo canal D e pelos bits de serviço e de alinhamento de quadro. Isso é reduzido pela codificação 4B/3T, de modo que o código de linha torna-se:
l6OKbit/s x 3/4 = l20Kkbaud.
O espectro de frequências concentra-se ao redor de 40Khz, que é a frequência determinante para o cálculo de atenuação no enlace.
A impedância característica para a linha a dois fios é 150 Ohms. A amplitude do sinal transmitido é 2 V.

2.3 - Configuração de Interface I.420

Até 8 terminais RDSI podem ser conectados ao barramento I.420, em qualquer configuração desejada. O tempo de propagação do sinal no barramento determina seu comprimento (veja seção 2.4). De qualquer maneira, o comprimento da linha entre o ET e o conector de assinante não deve ser maior que 10m. (veja figura 2). Na configuração ponto-a-ponto (figura 1c) um equipamento terminal individual é ligado a uma TR1. O comprimento do cabo é determinado por sua atenuação a 96Khz, a frequência de linha predominant e (metade de 192Kbit/s). A atenuação máxima permitida é 6dB, possibilitando cabos entre 750 e 1500 m. Um grupo de até 4 terminais podem ser conectados através de um extensor, conhecido como barramento I.420 extendido. O comprimento do extensor é também determinado por uma atenuação máxima de 6dB a 96Khz.

2.4 - Interface I.420: Características elétricas

Essa seção descreve as características físicas (camada 1) da interface I.420. Elas correspondem à recomendação I.430 e são importantes para determinar-se testes e tipos de medidas.

2.4.1 - Forma e código do sínal na interface.

O sinal de 192 kbit/s é transmitido usando-se o sinal AMI modificado mostrado na fig. 4. A amplitude do sinal transmitido é 0,75 V. Outros detalhes relacionados à forma do sinal são mostrados na figura 5. Há um regulador de voltagem no circuito de saída que limita a amplitude do pulso em 1,6 vezes a amplitude do sinal, isto é, 1,2 V. Isso é necessário porque o ET1 transmite também o sinal de alinhamento de quadro (figura 9), quando em estado ativo.

2.4.2 - Impedâncias.

No barramento I.420 (figura 2), cada par de condutores é terminado com um resistor de 100 ohms. A entrada de recepção em ET1 e TR1 possui alta impedância, | Z | sendo maior que 2500 ohms.
As frequências usadas são:
ET1 de 20 Khz a 80 Khz e
TR1 de 20 Khz a 160 KHz.

2.4.3 - Sínal de temporização, atraso e comprimento da linha.

A TR1 (figura 2) gera o sinal de temporização (e também o relógio da interface I.420) a partir do relógio fornecido pela central local. O ET1 regenera o relógio para o sinal a ser transmitido à TR1 a partir do sinal recebido da TR1. O jitter e o atraso gerados pelo ET1 na recuperação do sinal do relógio não devem exceder 7 e 8 % da largura de pulso de um bit, respec tivamente (por ex. max. atraso = 0,08 x 5,2us= 0,42us). O ET1 mais próximo da TR1 no barramento I.420 (figura 2) recebe o sinal da TR1 praticamente sem atraso, o mesmo sendo verdadeiro para a direção oposta. O ET1 mais distante da TR1 recebe o sinal após um dado atraso (veja abaixo) e gera o sinal de relógio a partir desse sinal. O ET1 recebe o sinal de retorno igualmente atrasado. Para assegurar que os sinais vindos tanto do ET1 mais próximo quanto do mais distante possam ser regenerados na TR1, o atraso deve ser muito menor que a largura do pulso de 5,2us. Um atraso máximo de 2,7us pode ser tolerado para o percurso completo entre a TR1 e o ET1 mais distante, ida e volta. Valores típicos na frequência de 100 KHz para linhas com diâmetro de 0,6 mm são:
7,6 dB/Km
C’~ 66 nF/Km e L’~ 0,68 mH/Km
O atraso do sinal (tempo de propagação) é calculado por:
t = Raiz Quadrada de (L’ * C’) ~ 7us/Km
e o comprimento máximo do barramento I.420 é:
Lmax = ½ * 2,7ms / 7ms/km ~ 190m
Se são ainda levad o s em conta desvios de relógio, jitter e as tolerâncias para as características da linha, o comprimento máximo recomendado para o barramento I.420 situa-se entre 100 e 150 m.

2.4.4 - Alimentação.

Equipamentos RDSI com funções de telefone são alimentados pela TR1 através de um circuito fantasma (figura 6). A carga máxima é 4 W. Isso é automaticamente reduzido para 0,4 W em caso de emergência (quando falha a fonte de alimentação, por exemplo).

3- Sinais da interface I.420

A comunicação entre ET1 e TR1 através do barramento I.420 é bit serial. O padrão de bits transmitido preenche as seguintes funções:
- sincronização de padrão
- controle de acesso ao equipamento terminal
- ativação (estabelecimento de uma via para aligação)
- transmissão dos dado s do usuário
- desativação (liberação da via).

3.1 - Formação do sinal na interface

O padrão de bits consiste de um quadro de 48 bits (figura 7), repetidos a cada 250us, gerando a taxa de 192 Kbit/s. Cada quadro transmitido contém:
- canal B1 : 2 x 8 bits = 16 bits
- canal B2 : 2 x 8 bits = 16 bits
- canal D : 1 x 4 bits
As taxas de transmissão para os canais são:
- canal B: 16 bits/250ms = 64 kbit/s
- canal D: 4 bits/250ms = 16 Kbitls
Os 12 bits restantes do quadro de 48 bits são importantes por comandarem as funções da interface I.420. Eles são descritos em maiores detalhes abaixo.
De qualquer maneira, deve-se notar que há sempre uma margem de 2 bits entre os quadros recebidos e transmitidos para a TR1 (veja figura 7). Isso propicia tempo suficiente à TR1 para transmitir os bits do canal D recebidos de volta ao ET1. Este efeito de eco é descrito na seção 4.

3.2 Sincronização de quadro

Como descrito na seção 2.4.3, o ET1 é sincronizado a partir do sinal proveniente da TR1. A sincronização dos bits de temporização ocorre durante a fase de ativação (veja seção 4). A sincronização de quadro é comandada por violações no código.
Como mostrado na figura 7, o início de cada quadro é indicado por um bit F (framing bit). Se dois bits consecutivos tem a mesma polaridade, ocorreu uma violação no código. O bit L (bit de balanceamento DC) e o primeiro bit 0 para o canal B1 representam essa violação de código (figura 8).
No estado vago ativo, os bits B1 estão todos no nível lógico 1. Para forçar uma violação nesse estado, provê-se um bit de quadro auxiliar FA (veja figura 9) como o primeiro bit após os estados em nível 1.

3.3 Balanceamento DC do quadro

A componente DC do quadro de 48 bits deve permanecer em zero porqu e há transformadores ao longo da linha de transmissão. No quadro de 48 bits enviado do ET1 à TR1, um bit de balanceamento DC (L) segue após cada sequência de 8 bits B1, 8 bits B2 e dos bits D. Isso é necessário após cada um desses grupos porque os dois canais B são independentes, assim como os bits de quadro F e FA. Existem dez bits L em cada quadro (figura 7).
O quadro de 48 bits enviado da TR1 para o ET1 é formado na TR1, de maneira que apenas os bits F e os demais bits restantes precisam ser balanceados.

4- O protocolo do canal D

As camadas 1 e 2 do modelo OSI são necessárias para que o equipamento terminal tenha acesso à RDSI, como indicado na seção 1. As camadas 4 a 7 determinam as funções ponta-a-ponta dos terminais e são transmitidas de forma transparente pela RDSI.
A camada 1 (camada física), empregada para o transporte físico dos dados através da interface I.420, é descrita na recomendação CCITT I.430. Os processos de a tivação e desativação, assim como o controle de acesso aos terminais (veja seção 5), estão incluídos nessa camada.
A camada 2 (camada de enlace de dados) determina o protocolo de transporte para a transferência segura de dados entre os terminais e a central RDSI. Emprega-se o procedimento bit-orientado HDLC (high levei data link control), com uma estrutura de quadro definida, compreendendo flags, endereços, campo de controle, campo de informação e sequência de verificação de quadro.
A camada 3 (camada de rede) contém a informação de sinalização necessária para conexão, desconexão e indicação do serviço em uso. O protocolo da camada 3 é transmitido no primeiro campo do quadro HDLC.
Uma descrição detalhada do protocolo do canal D e das camadas 2 e 3 está fora dos limites deste artigo.

5. Sequências de sinal na interface I.420

A camada 1 controla a conexão e a desconexão das ligações através de procedimentos de ativação, desativação e controle de acesso aos terminais.

5.1 Ativação

A mudança de estado vago (ausência de sinal) ao estado de transmissão transparente de dados é chamado de ativação. Os passos descritos abaixo são usados para esse processo na interface I.420. Os vários estados de sinal são designados por INFO 0 até INFO 4. Esses estados de sinal devem ser reconhecidos e respondidos pela ponta distante dentro de um dado período de tempo.
Vamos primeiro considerar uma ativação comandada por ET1. Ocorrem os seguinte passos (figura 10):
- Após INFO 0 (ausência de sinal), ET1 transmite um sinal contínuo a uma taxa nominal de 192 kbit/s com o seguinte padrão: zero positivo, zero negativo, seis uns (INFO 1); veja figura 11.
- TR1 responde com INFO 2 (figura 12), que é um quadro de 48 bits com todos os bits dos canais B, D, D eco em zero binário. O bit A (bit de ativação) é também posicionado em zero e os bits N e L são empregados segundo as regras normais de codificação. INFO 2 é usado por ET1 para sincronização de quadro e relógio.
- ET1 transmite então o sinal INFO 3, composto por quadros sincronizados de 48 bits, contendo dados operacionais nos canais B e D.
- Assim que o receptor em TR1 esteja sincronizado, TR1 transmite INFO 4, consistindo de quadros de 48 bits com dados operacionais nos canais B, D e B eco (veja seção 5.3) e o bit A posicionado em 1. A ativação está, então, completa.
Se a ativação é comandada a partir de TR1, INFO 1 é omitido (veja figura 13). O procedimento é o seguinte:
- Após INFO 0, TR1 transmite INFO 2 (veja figura 12). ET1 sincroniza-se com os sinais de quadro e relógio.
- ET1 responde então com INFO 3 (veja acima), usado para sincronizar o receptor em TR1. - A ativação é completada pelo sinal INFO 4 (como descrito acima) enviado por TR1.

5.2 Desativação

A desativação de um terminal é sempre comandada pela central RDSI, isto é, a partir de TR1 .(veja figura 14). O procedimento inicia-se quando não há conexão com outro usuário e toda atividade de sinalização houver cessado. TR1 transmite, então, o sinal INFO 0 (ausência de sinal) através das interfaces de linha, que é devolvido, na forma de eco, por ET1.

5.3 Controle de acesso a um terminal através do canal D

Os bits do canal D e do canal D eco, dentro do quadro de 48 bits, preenchem as seguintes funções, assim que a ativação é processada:
- Acesso à central RDSI, requisitado por qualquer terminal ligado ao barramento I.420,
- Conexão, desconexão e características do serviço.
O procedimento abaixo considera apenas os controles de acesso aos terminais ligados à interface I. 420.
Os controles de acesso permitem que todos os ET1s utilizem o canal D. O procedimento seguinte é usado para garantir que um ET1 requerendo o uso do canal D não interfira com qualquer outro. Note que dois ET1s (isto é, dois usuários) podem transmitir dados operacionais simultaneamente:
- ET1 transmite os bits D à TR1, indicando um pedido de acesso.
- Os bits D transmitidos são devolvidos (eco) ao ET1, os bits do canal D eco são chamados bits E (veja figura 7).
- ET1 compara os bits D com os bits E, como indicado na figura 7.
- Se os bits D e E não correspondem, a linha é suspensa e os bits D não são mais transmitidos por ET1, isto é, a central RDSI indica que não há canal B disponível.
- ET1 continua a monitorar, contudo, os bits E. Quando mais que sete bits E consecutivos são posicionados em 1, ET1 pode reassumir a transmissão dos bits D.
O número de 1’s é também usado para determinar-se prioridades. A prioridade máxima para informação de sinalização é indicada por oito 1’s co n secutivos. Outra informação é indicada por dez 1’s consecutivos.
O controle de prioridade pode ser usado para estabelecer-se uma graduação de importância entre os vários terminais.
Mais que sete 1’s consecutivos indicam que o canal D (na direção de TR1) não está ocupado. Apenas nesse caso ET1 inicia o estabelecimento da ligação. ET1 pode verificar ainda suas próprias transmissões no canal D, através dos bits E.