UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

RAFAEL CAMILO DE SOUZA

ESTUDO DO FUNCIONAMENTO DE TV E INTERNET A CABO

Niterói

2016

RAFAEL CAMILO DE SOUZA

ESTUDO DO FUNCIONAMENTO DE TV E INTERNET A CABO

Trabalho de Conclusão de Curso subme-

tido ao Curso de Tecnologia em Siste-

mas de Computação da Universidade

Federal Fluminense como requisito par-

cial para obtenção do título de Tecnólo-

go em Sistemas de Computação.

Orientadora:

HELGA D. BALBI

NITERÓI

2016

Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca da Escola de Engenharia e Instituto de Computação da UFF

S729 Souza, Rafael Camilo de

Estudo do funcionamento de TV e internet a cabo / Rafael Camilo

de Souza. – Niterói, RJ : [s.n.], 2016.

59 f.

Projeto Final (Tecnólogo em Sistemas de Computação) –

Universidade Federal Fluminense, 2016.

Orientador: Helga D. Balbi.

1. Internet. 2. Televisão a cabo. 3. Rede de comunicação. I.

Título.

CDD 004

RAFAEL CAMILO DE SOUZA

ESTUDO DO FUNCIONAMENTO DE TV E INTERNET A

CABO

Trabalho de Conclusão de Curso subme-

tido ao Curso de Tecnologia em Siste-

mas de Computação da Universidade

Federal Fluminense como requisito par-

cial para obtenção do título de Tecnólo-

go em Sistemas de Computação.

Niterói, 08 de junho de 2016.

Banca Examinadora:

_________________________________________

Profa. Helga Dolorico Balbi, Msc. – Orientadora

UFF- Universidade Federal Fluminense

_________________________________________

Prof. Cledson Oliveira de Sousa, Msc. – Avaliador

UFF- Universidade Federal Fluminense

Dedico este trabalho às duas mulheres da

minha vida: Ana, minha mãe e Mariana, mi-

nha futura esposa.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente a Deus que permitiu seguir em

frente em meio a tantas turbulências e dificul-

dades.

A minha orientadora Helga Dolorico Balbi pela

atenção, estímulo e incentivo, concedido du-

rante o curso.

A todos os professores e tutores que estive-

ram presentes nos momentos de dúvidas.

A todos os meus familiares e amigos pelo

apoio e colaboração.

“Lutemos por um mundo novo... Um mundo

bom que a todos assegure o ensejo de tra-

balho, que dê futuro à mocidade e seguran-

ça à velhice.”

Charles Chaplin

RESUMO

Este estudo aborda o funcionamento do sistema de TV e internet a cabo, apresen-tando as tecnologias que tornam possível a transmissão simultânea de sinais de di-versos canais de TV e também o sinal de internet através de um mesmo meio físico de comunicação. Serão apresentados estudos de estrutura, protocolos de rede, taxa de transmissão de dados obtidas entre outras informações importantes para o en-tendimento sobre o funcionamento desta tecnologia. Além disso, o trabalho traz uma análise sobre as melhorias tecnológicas que vêm sendo realizadas nos últimos anos e o que as grandes empresas do ramo têm feito para atrair novos clientes. O objetivo principal deste estudo é unificar informações relativas às estruturas de redes a cabo, de forma a facilitar o aprendizado por parte do leitor.

Palavras-chaves: comunicação, rede, tecnologia.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1: Sônia Maria Dorce com cinco anos de idade. [33] ..................................... 16

Figura 2: logomarca [6] ............................................................................................. 19

Figura 3: logomarca [1] ............................................................................................. 20

Figura 4: Estrutura simples do modo de transmissão de TV e internet a cabo [13]. . 26

Figura 5 - Ligação dos cabos na residência do cliente [17] ....................................... 28

Figura 6: Exemplo de uma arquitetura HFC. [15] ...................................................... 30

Figura 7 - Ilustração de uma das formas de sinais recebidos, codificados e

combinados [13]. ................................................................................................ 31

Figura 8: Antenas parabólicas que recebem o sinal de TV do satélite [19]. .............. 33

Figura 9: Imagem mostra o interior de um headend [18]. .......................................... 34

Figura 10: Reflexão interna de uma fibra óptica. [15] ................................................ 35

Figura 11: Cabo de Fibra óptica. [21] ........................................................................ 37

Figura 12: Amplificador Óptico em uma rede HFC. [23] ............................................ 38

Figura 13 - exemplo de topologias. [23] .................................................................... 39

Figura 14: Nó óptico em uma rede [22]. .................................................................... 40

Figura 15 - Feeder com pontos de expansão. [23] .................................................... 41

Figura 16 - Ilustração de uma rede HFC ................................................................... 41

Figura 17 - Fonte de alimentação [23]. ...................................................................... 43

Figura 18 - Injetor de força. [23] ................................................................................ 43

Figura 19 - Exemplo de um Tap de 4 saídas secundárias [23]. ................................ 44

Figura 20 - Bolsa coletora. [23] ................................................................................. 45

Figura 21 - Visão dos conectores de um CMTS. [23] ................................................ 46

Figura 22 - Modem a cabo [25] ................................................................................. 47

Figura 23 - MTA (Embedded Multimedia Terminal Adapter) [26] .............................. 48

Figura 24 - Decodificador a cabo [27] ....................................................................... 49

Figura 25 - Alocação de espectro em uma rede DOCSIS. [30] ................................. 52

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Número de assinantes de TV de Junho a Dezembro de 2015 [8]. ............ 21

Tabela 2: Número de acessos à internet de Julho de 2015 a Janeiro de 2016 [9]. ... 23

Tabela 3 - Comparativo entre taxas de transmissão. [30] ......................................... 53

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1: Assinantes de TV de Junho a Dezembro de 2015 [8]. .............................. 22

Gráfico 2: Acesso à internet de Julho de 2015 a Janeiro de 2016 [9]. ...................... 23

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

P2P – Peer-to-peer (Par-a-par)

HD– Higth Definition (alta definição)

TV – Televisão

ANATEL – Agência Nacional de Telecomunicações

VoIP – Voice over Internet Protocol (voz sobre protocolo de internet)

SaAc – Serviço de Acesso Condicionado

Wi-Fi – Wireless Fidelity (fidelidade sem fio)

DTH– Direct to Home (direto para casa)

FTTH – Fibre to the Home (fibra para casa)

MMDS – Serviço de Distribuição Multiponto Multicanal

TVA – Televisão por Assinatura

ATM – Asynchronous Transfer Mode (modo de transferência assíncrono)

FR – Frame Relay (transmissão quadro)

xDSL – Digital Subscriber Line (linha de assinante digital)

PLC – Power Line Communication (comunicação via rede elétrica)

ISP – Internet Service Provider (Provedor de serviço internet)

MDF – Multiplexação por Divisão de Frequência

DOCSIS – Data Over Cable Service Interface Specification (especificação de interfa-ce de serviço de dados sobre cabos)

NTSC – National Television System Committee (comitê nacional dos sistemas de televisão)

PAL-M – Phase Alternating Line (linha de fase alternada)

HFC – Hybrid Fiber Coax (híbrida fibra coaxial)

RF – Radio Frequency (Radiofrequência)

CMTS – Cable Modem Termination System (sistema de terminação de modem a cabo)

MPEG - Moving Picture Experts Group (Grupo de Especialistas em Imagens com Movimento)

-TS - Transport stream (fluxo de transporte)

FULL-HD – Full High Definition (máxima alta definição)

EMTA – Embedded Multimedia Terminal Adapter (adaptador de terminal multimídia incorporado)

PABX – Private Automatic Branch Exchange (troca automática de ramais privados)

SIP – Session Initiation Protocol (protocolo de iniciação de sessão)

CODEC – Encoder/Decoder (codificador/decodificador)

SUMÁRIO

RESUMO..................................................................................................................... 7

LISTA DE ILUSTRAÇÕES .......................................................................................... 8

LISTA DE TABELAS ................................................................................................... 9

LISTA DE GRÁFICOS ............................................................................................... 10

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................................................................... 11

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................... 15

2 HISTÓRICO DA TECNOLOGIA NO BRASIL ..................................................... 16

2.1 Tipos de serviços oferecidos para os clientes .............................................. 19

2.1.1 NET ....................................................................................................... 19

2.1.2 GVT ....................................................................................................... 20

2.2 Estatísticas de crescimento .......................................................................... 21

3 DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA ....................................................................... 24

3.1 Visão geral da tecnologia ............................................................................. 26

3.2 Evolução da Arquitetura ............................................................................... 29

3.3 Equipamentos .............................................................................................. 30

3.3.1 Headend: ............................................................................................... 30

3.3.2 Provedor de Internet e Serviços (ISP) ................................................... 35

3.3.3 Fibra óptica: ........................................................................................... 35

3.3.4 Amplificador de Sinal óptico: ................................................................. 37

3.3.5 Trunk ..................................................................................................... 38

3.3.6 Nó óptico: .............................................................................................. 39

3.3.7 Feeder ................................................................................................... 40

3.3.1 Fonte de alimentação ............................................................................ 41

3.3.2 Tap ........................................................................................................ 43

3.3.1 Drop ....................................................................................................... 44

3.3.2 Fiber Dome Clousure ............................................................................. 44

3.3.1 CMTS (Cable Modem Termination System) .......................................... 45

3.3.2 Cable Modem ........................................................................................ 47

3.3.1 EMTA(Embedded Multimedia Terminal Adapter) .................................. 48

3.3.1 Decodificador ......................................................................................... 49

3.4 Protocolos .................................................................................................... 49

3.4.1 DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification) .................. 50

3.4.2 PacketCable. ......................................................................................... 53

4 FUTURO DA TECNOLOGIA .............................................................................. 54

5 CONCLUSÕES DE TRABALHOS FUTUROS ................................................... 55

6 Referências Bibliográficas .................................................................................. 56

15

1 INTRODUÇÃO

Este estudo busca apresentar ao leitor informações sobre o funcionamento, os

pontos fortes e fracos dos sistemas de conexão à internet e TV a cabo, através de

uma abordagem simples. O objetivo principal é unificar informações relativas a estes

sistemas, de forma a facilitar o aprendizado por parte do leitor. Tais sistemas utilizam

o mesmo meio físico de transporte dos dados também para TV, compondo um servi-

ço que cresce a cada dia, possibilitando que mais pessoas tenham acesso ao uso

destas tecnologias que, com o passar dos anos, vêm ganhando destaque no merca-

do. Utilizando uma estrutura composta por fibras ópticas e cabos coaxiais, empresas

oferecem um serviço que geralmente é composto de TV por assinatura com diversos

canais e internet, na qual a velocidade de download pode ultrapassar de 100Mbps e

velocidades de upload podem passar dos 50Mbps, dependendo do plano contratado

[1].

Continuamente as empresas de comunicação têm empregado esforços para de-

senvolver tecnologias que possibilitem o uso da internet com maior velocidade, ten-

do em vista que, nos dias atuais, com o surgimento de novos aplicativos, com pro-

postas de compartilhamentos P2P, armazenamento de dados em nuvem, vídeos em

alta resolução (HD), entre outros, o uso de uma conexão com maiores velocidades é

requerido a cada dia pelos usuários que não querem ficar esperando em uma cone-

xão lenta.

Todos os dias, mais cabos são instalados nas cidades e centrais de comunica-

ção são montadas para atender um número cada vez maior de usuários. Este tipo de

serviço vem se popularizando devido às velocidades oferecidas a preços cada vez

mais atraentes disponibilizados pelas operadoras. Tendo uma grande vantagem no

custo sobre o modo de transmissão de dados, a internet utiliza a mesma estrutura

que é usada na transmissão da TV por assinatura, onde o cliente tem a opção de

contratar vários serviços em um único pacote, o que pode tornar os preços ainda

mais atraentes. Vive-se em uma época na qual a internet já faz parte do cotidiano

16

de um número muito grande de pessoas ao redor do mundo. Sendo assim, o uso de

uma forma de conexão que traga estabilidade e confiança deixou de ser conforto e

passou a ser necessidade. As residências hoje em dia dispõem de conexões sem fio

aos computadores, dispositivos móveis e TVs e em um futuro não muito distante,

outros equipamentos domésticos vão utilizar a conexão com a internet. Com isso a

cada dia a demanda de uma conexão melhor vem sendo necessária.

O restante do trabalho está organizado da seguinte forma: no segundo capítulo,

será apresentado um breve histórico da evolução da tecnologia de TV a cabo no

Brasil, com os tipos de serviços mais comuns oferecidos aos clientes, e as estatísti-

cas de crescimento; o terceiro capítulo traz uma descrição mais aprofundada da tec-

nologia e detalha as estruturas mais utilizadas, a arquitetura e os equipamentos que

compõem todo o sistema, além dos protocolos encarregados pelo controle da comu-

nicação entre os dispositivos; o capítulo 4 mostra algumas perspectivas sobre o futu-

ro da tecnologia; finalmente, o capitulo 5 apresenta as conclusões do trabalho e su-

gestões para trabalhos futuros.

2 HISTÓRICO DA TECNOLOGIA NO BRASIL

Figura 1: Sônia Maria Dorce com cinco anos de idade. Primeira imagem.... [39]

17

No ano de 1922 nos primórdios da comunicação, surgiu a primeira estação de

rádio no Brasil, sendo instalada na cidade do Rio de Janeiro. Na época, todo o servi-

ço de radiodifusão e telecomunicação era de controle total do governo. Com a evo-

lução da tecnologia, a primeira emissora de TV, denominada TV TUPI, surgiu como

um marco muito importante no país na cidade de São Paulo. A atualmente extinta

TV TUPI teve seu início marcado na história no dia 18 de setembro de 1950. A Figu-

ra 1 mostra a atriz Sônia Dorce com cinco anos de idade vestida de índia. Esta foi à

primeira imagem transmitida pela TV brasileira [2] [3].

Em 27 de agosto 1962 foi instituído o Código Brasileiro de Telecomunicações

(Lei nº 4.117), definindo que todos os serviços de telefonia, telegrafia, transmissão

de dados e outros serviços públicos de telecomunicações eram prestados exclusi-

vamente pela União, diretamente ou mediante concessão a empresas sob o controle

estatal [2].

As primeiras transmissões de TV por assinatura foram iniciadas no Brasil nos

anos 80. Os canais CNN e MTV eram oferecidos e transmitidos em processos nor-

mais de radiodifusão, ou seja, transmitidos em UHF com canal fechado e codificado,

de forma que, caso o usuário se interessasse pelo serviço, deveria pagar uma taxa

mensal. O serviço era regulamentado pelo decreto de 1988 (Decreto nº 95.744/88),

em amparo da Portaria nº 250 em 13 de dezembro de 1989, que introduziu oficial-

mente a TV a cabo no País. A partir desta regulamentação, em 1990 foram emitidas

96 autorizações para a instalação de redes de cabos em 62 cidades do Brasil [4].

O ano de 1991 foi muito importante para a tecnologia no País. Neste ano, impor-

tantes grupos entraram no setor investindo muito em novas tecnologias. As Organi-

zações Globo, por exemplo, tiveram seu marco com o desenvolvimento do Globosat.

Outro exemplo foi o Grupo Abril, que criou a TVA, entre outros. Com o passar dos

anos o sistema de TV do País obteve melhorias e aumentou sua complexidade, pos-

sibilitando a evolução do mercado e a criação de novos serviços. A TV por assinatu-

ra, por exemplo, obteve muitas melhorias e passou a disponibilizar canais específi-

cos para clientes exigentes. Este serviço foi oficialmente reconhecido e regulamen-

tado pela Lei n.º8.977/95, conhecida como “Lei do cabo”, que definiu a forma explo-

ração dos serviços de TV a cabo no Brasil por meio de concessão, autorização ou

permissão, outorgada pelo Ministério de Comunicações [4].

18

Com mudanças e privatizações no setor de Telecomunicações no País, no ano

de 1997 o controle das licitações para expansão de empresas no setor de serviços

de telecomunicações, inclusive a TV por assinatura, deixou de ser realizado pelo

Ministério das Comunicações e passou para a então criada Anatel (Agência Nacional

de Telecomunicações), que concluiu os processos de licitações no ano de 1998. As

empresas vencedoras iniciaram a implantação de bases operacionais em 1999 e

iniciaram as operações no ano de 2000.

Com o início das operações e os serviços em diversas cidades, em 2004 houve

uma grande mudança na parte administrativa de duas grandes empresas no ramo: a

entrada da Telmex como acionista da Net Serviços e a fusão da Sky e DirectTV. Já

em 2005 houve também a primeira oferta do serviço VoiP (Voz sobre IP), oferecido

pela empresa TVA. Em 2006 com a compra da TVA pela Telefônica e a compra da

empresa Vivax pela Net Serviços, a união de serviços de internet, telefonia e TV por

assinatura estava se consolidando.

Com o intuito de organizar ainda mais a prestação de serviços de TV por assina-

tura, no ano de 2011 aconteceu a sanção da Lei 12.485 que foi aprovada no ano de

2012, regulamentando o Serviço de Acesso Condicionado (SeAc).

Serviço de Acesso Condicionado - SeAC é o serviço de telecomunicações de interesse coletivo, prestado no regime privado, cuja recepção é condicio-nada à contratação remunerada por assinantes e destinado à distribuição de conteúdos audiovisuais na forma de pacotes, de canais de programação nas modalidades avulsa de programação e avulsa de conteúdo programado e de canais de programação de distribuição obrigatória, por meio de tecno-logias, processos, meios eletrônicos e protocolos de comunicação quais-quer. [5]

Para diferenciar os serviços de telecomunicações e serviços de radiodifusão se

aplica a Emenda Constitucional nº 8, onde:

O serviço de radiodifusão é definido como o serviço de comunicação eletrô-nica de massa, público gratuito, prestado diretamente pelo Estado ou por sua delegação pela iniciativa privada, com finalidade educativa, cultural, re-creativa e informativa, é considerado serviço de interesse nacional, sendo permitido somente para exploração comercial, na medida em que não venha a ferir esse interesse e aquela finalidade. Já os serviços de TV por assinatu-ra (Cabo, MMDS e DTH) também são serviços de comunicação eletrônica de massa, e enquadram-se entre os serviços de telecomunicações presta-dos no regime privado. Tais serviços não têm obrigação de universalização e são oferecidos aos assinantes que os contratarem para veiculação da programação que tiver sido previamente estabelecida pela operadora com os produtores [2].

19

Figura 2: logomarca [6]

2.1 Tipos de serviços oferecidos para os clientes

As empresas de TV a cabo, buscando atender a um número maior de clientes,

geralmente oferecem serviços envolvendo internet, TV por assinatura e telefonia fi-

xa. Atualmente, existem duas maiores empresas que atendem no Brasil, com dispo-

nibilidades de serviço em quase todas grandes cidades do País.

2.1.1 NET

A NET é a maior empresa de serviços de telecomunicações e entretenimento

via cabo da América Latina e uma das 10 maiores operadoras de cabo do mundo. A

empresa lidera os mercados de TV por assinatura e banda larga no Brasil. Além dis-

so, também lidera o crescimento do mercado de telefonia fixa, sendo a empresa que

mais recebe números portados. Desde sua criação, em 1991, a NET se destaca pelo

perfil inovador, dinâmico e pioneiro, sempre atenta às melhores oportunidades de

mercado, buscando crescer de forma sustentável e segura. Na Figura 2 é mostrada

a atual logomarca da empresa [6].

A empresa NET está presente em 3.728 municípios segundo estatísticas obti-

das em 2015. [7, p. 4]

20

Figura 3: logomarca [1]

2.1.2 GVT

A GVT é uma empresa brasileira com atuação desde novembro do ano 2000,

que oferece, nacionalmente, serviços de banda larga com ultra velocidade, TV por

assinatura e telefonia fixa convergente para clientes residenciais e soluções corpora-

tivas para empresas. Guiada pelo respeito e transparência no relacionamento com

clientes e a comunidade, tem compromisso com o crescimento contínuo e sustentá-

vel. Conhecida pelo caráter de inovação e qualidade, busca defender e apoiar cau-

sas relevantes para a sociedade [1].

A empresa GVT, cuja logomarca é apresentada na Figura 3, está presente em

158 municípios segundo estatística obtida em 2015 [7, p. 4].

As duas operadoras de serviços NET e GVT oferecem serviços bastante pare-

cidos compostos de TV por assinatura com telefone fixo e Internet inclusa no pacote,

com diversos preços, destinada a atender públicos variados. Neste tipo de serviço, o

cliente pode escolher contratar um serviço em separado, ou escolher um pacote

chamado geralmente de “Combo”. Uma novidade para atrair ainda mais clientes é a

parceria de empresas de serviços a cabo com empresas de telefonia móvel. A NET,

por exemplo, tem uma parceria com a empresa de telefonia móvel Claro, e a GVT

com a Vivo. Ambas estão oferecendo “Combos” com serviços de telefonia móvel e

conexão sem fio Wi-Fi inclusos. As duas empresas também contam com tipos de

serviços destinados a empresas e a pessoas físicas (residencial).

21

2.2 Estatísticas de crescimento

Dados levantados pela Anatel mostram que, em dezembro de 2015, o Brasil ti-

nha 19.113.873 assinantes de TV por assinatura, o que representa 28,66% dos do-

micílios brasileiros, segundo as informações presentes no site da ANATEL [8]. Do

total de assinantes, 7.817.218 utilizam o sistema de TV a Cabo (TVC), representan-

do 40,70% [8].

Tabela 1, as estatísticas são exibidas com mais detalhes. Na primeira coluna,

estão os meses de junho a dezembro. Na segunda coluna, é apresentado o número

de assinantes de TV a cabo (TVC) relativo a cada mês. A terceira coluna informa

somatório do número de usuários que utilizam de outras tecnologias, como: Direct to

home (DTH); Fibre to the home (FTTH); Serviço de Distribuição Multiponto Multica-

nal (MMDS); e Serviço Especial de TV por Assinatura (TVA). Na quarta coluna é

apresentado o total de assinantes para cada mês.

Tabela 1: Número de assinantes de TV de junho a dezembro de 2015 [8].

TV a cabo Outras Tecnologias Total

Junho 7.698.786 11.977.258 19.676.044

Julho 7.729.057 11.916.330 19.645.387

Agosto 7.736.422 11.876.251 19.612.673

Setembro 7.755.673 11.755.572 19.511.245

Outubro 7.796.210 11.614.913 19.411.123

Novembro 7.805.490 11.420.276 19.225.766

Dezembro 7.817.218 11.296.655 19.113.873

22

Gráfico 1: Assinantes de TV de junho a dezembro de 2015 [8].

A partir dos dados da Tabela 1, foi criado, para melhor compreensão, o

Gráfico 1, que mostra a evolução do número de assinantes durante os meses de

junho a dezembro de 2015. No eixo vertical, é mostrado o número de assinantes e,

no eixo horizontal, os meses do ano de 2015. As linhas diferenciadas pelas cores

azul (TV a cabo) e vermelha (outras Tecnologias) nos mostram a evolução do núme-

ro de usuários durante os meses. Percebe-se que houve queda do número de assi-

nantes de outras tecnologias (citadas acima), porém o uso de TV a cabo apresentou

um pequeno aumento.

Na Tabela 2, são apresentados dados referentes ao número de acessos

de banda larga fixa. O termo “acesso” é comumente utilizado para se referir à forma

com que o usuário conecta à internet. Na primeira coluna, estão os meses de julho

de 2015 a janeiro de 2016. Na segunda coluna, encontra-se o número de acessos

que utilizam tecnologia Cable Modem para cada mês. A terceira coluna informa o

somatório do número de acessos utilizando-se outras tecnologias, como: Asynchro-

nous Transfer Mode (ATM); Ethernet; Fibra; Frame Relay (FR); xDSL; ePower Line

Communication (PLC). Considerando que internet e TV são dois serviços oferecidos

separadamente que só utilizam o mesmo meio físico de transmissão e podem ser

adquiridos junto ou separados, através da análise destes dados, pode-se perceber

0

2.000.000

4.000.000

6.000.000

8.000.000

10.000.000

12.000.000

14.000.000

Progressão do número de assinantes de Junho a Dezembro

TV a cabo

Outras Tecnologias

23

que, em janeiro de 2016, o número de acessos foi de 25.444.247. Segundo a Anatel

[9], isto indica que o serviço estava presente em 37,52% dos domicílios. Deste total,

8.259.533 acessos foram feitos utilizando a tecnologia “Cable Modem” (modem a

cabo), totalizando 32,47% do acesso nacional realizado no mês [9].

Tabela 2: Número de acessos à internet de julho de 2015 a janeiro de 2016 [9].

Cable Modem Outras Tecnologias Total

Julho 8.087.165 17.018.290 25.105.455

Agosto 8.114.561 17.114.872 25.229.435

Setembro 8.173.732 17.261.550 25.435.744

Outubro 8.209.612 17.274.235 25.483.857

Novembro 8.233.628 17.204.150 25.437.808

Dezembro 8.253.655 17.215.605 25.478.168

Janeiro 8.259.533 17.180.305 25.444.247

Gráfico 2: Acesso à internet de julho de 2015 a janeiro de 2016 [9].

0

5.000.000

10.000.000

15.000.000

20.000.000

25.000.000

30.000.000

Progressão do número de acessos de Julho de 2015 a Janeiro de 2016.

Outras Tecnologias

Cable Modem

24

Com os dados da Tabela 2, foi criado, para melhor compreensão, o Gráfi-

co 2, que mostra a evolução do número de acessos à internet durante os meses de

julho de 2015 a janeiro de 2016. No eixo vertical é mostrado o número dos acessos

a cada mês, e no eixo horizontal são mostrados os meses. As linhas diferenciadas

pela core vermelha (outras tecnologias) e azul (Cable Modem) mostram a real evolu-

ção do número de acessos durante os meses. Através destes dados, pode ser ob-

servado que o número de acessos para as tecnologias lista das sofreu um leve

acréscimo nos seis meses (julho a dezembro e uma pequena queda no total referen-

te ao mês de janeiro de 2016.

3 DESCRIÇÃO DA TECNOLOGIA

É oferecido ao assinante um sofisticado conjunto de informações e servi-

ços diferenciados. Com a visão de otimizar os serviços para ganhar mais clientes, a

conexão em alta velocidade foi incorporada ao serviço de TV por assinatura, junta-

mente com o serviço de telefonia fixa na mesma estrutura de cabos, viabilizando e

barateando sua aquisição.

Com o acesso em alta velocidade, a consulta a conteúdo de informações

em provedores é maior, e viabilizada a utilização de modernos jogos eletrônicos que

são desenvolvidos para internet, download de softwares, trailers de filmes e chats de

alta performance (isto é, conversa ao vivo contendo áudio e vídeo de boa qualida-

de), além de disponibilizar serviços de TV com programação variada e qualidade

igual ou superior a outras tecnologias, como o sistema de transmissão via satélite

que, apesar de oferecer um serviço de TV por assinatura de qualidade, ainda não

conta com serviços de internet a usuários residenciais.

A velocidade de conexão pode variar muito dependendo do plano dispo-

nível na região onde é oferecido o serviço, pois depende muito do investimento feito

na aquisição de equipamentos e engenharia da arquitetura de toda a rede, porém,

na maioria dos casos, as empresas oferecem velocidades de acesso maiores que a

25

que seria obtida através do uso de outras tecnologias, como as oferecidas por ondas

de rádio.

No Brasil, a comercialização do serviço é feita, geralmente, por operado-

ras de TV a cabo, que fornecem, por meio de locação, todo o material necessário

para a utilização. A operadora, além de controlar a oferta de canais de TV, assume o

papel de gerenciar o provedor de serviço de internet chamado de provedor ISP, que

controla todo o seu uso. [10, p. 31] [6] [1]

Na internet a cabo, as taxas de transferências de arquivos podem sofrer

oscilações de velocidade, pois está relacionada à quantidade de usuários conecta-

dos ao mesmo nó óptico. Por mais que as empresas procurem reduzir essas oscila-

ções investindo na implantação de equipamentos mais eficazes, elas podem aconte-

cer e são protegidas por lei. Segundo a resolução 574/2011 da Anatel, a velocidade

instantânea mínima para o serviço é de 40% da velocidade máxima, e a velocidade

média é de 80% da velocidade máxima contratada. Ou seja, a velocidade instantâ-

nea requerida a cada medição, por meio de software, de uma conexão de download

de 10Mbps não pode ser inferior a 6Mbs, e a velocidade média, resultante de várias

medições realizadas no decorrer de um mês na rede prestadora para esta mesma

velocidade, não pode ser inferior a 8Mbps. Para garantir as altas taxas de transfe-

rências, as empresas investem em sistemas de armazenamento em cachê de servi-

dores Proxy [11] [12].

Na próxima seção, será apresentada uma visão geral da tecnologia abor-

dando a principal arquitetura implantada nos dias atuais.

26

3.1 Visão geral da tecnologia

Figura 4: Estrutura simples do modo de transmissão de TV e internet a cabo [13].

Como mostra a Figura 4, na central de distribuição, os sinais de TV e in-

ternet são recebidos e preparados para serem distribuídos. Geralmente o sinal de

TV chega a essas centrais por meio de antenas de satélites específicas com potên-

cias muito além das comercializadas ao usuário comum. Também pode chegar por

meio de fibras óticas, mas esse tipo de estrutura torna-se mais cara dependendo da

região onde a central é montada. O sinal de internet é fornecido por empresas auto-

rizadas pela Anatel [14], que vendem o sinal a empresas menores.

O sinal chega a um provedor de serviço de internet (ISP) responsável por

controlar o tráfego por meio de um roteador e realiza a cobrança de taxas de servi-

ços, então o sinal vai para a central de distribuição ou headend, junto com o sinal de

TV [13] [15] [16].

27

Nos headend os sinais de TV são preparados, ou seja, são feitas as pro-

teções em canais codificados para “pay-per-view”, geração de um menu eletrônico

de todos os canais entre outras adaptações específicas de cada operadora de servi-

ço. Logo em seguida, os sinais são processados para condicioná-los para a distri-

buição. O sinal de cada emissora, juntamente com o sinal de internet, é transmitido

utilizando-se a técnica de Multiplexação por Divisão de Frequência (MDF). Esta téc-

nica permite que os sinais sejam modulados e transmitidos simultaneamente em di-

ferentes faixas de frequência em um mesmo meio físico.

A modulação é a técnica onde as características da portadora (sinal que é

modulado) são modificadas com a finalidade de transmitir as informações,

sendo feitas as alterações combinadas de frequência, amplitude ou fase.

Essa onda portadora modulada trafega por um canal de comunicações

transportando toda informação [17, p. 2].

A largura de banda disponível para cada canal de comunicação é de

6MHZ. A internet também utiliza esses canais para trafegar os dados onde um canal

serve para o downstream (download) e é necessário outro canal para upstream

(upload). Em alguns casos, para aumentar a velocidade, mais de um canal é reser-

vado. O padrão de transmissão dos dados nesse tipo de sistema é gerenciado pelo

protocolo DOCSIS (Data Over Cable Service Interfece Specification). Esse sistema é

atualmente utilizado em operadoras de TV a cabo no mundo todo [13] [15] [16]. Mais

detalhes específicos sobre a transmissão dos sinais serão apresentados na Seção

3.3.1.

O tipo de rede geralmente utilizado para distribuição do sinal é denomina-

do HFC (do inglês Hybrid Fiber-Coaxial ou Rede Híbrida Coaxial/Fibra Óptica). Con-

forme será descrito na Seção 3.2, a utilização de redes híbridas oferece diversas

vantagens em relação às redes compostas apenas por cabos coaxiais, por isso, é a

mais utilizada atualmente. O sistema de distribuição HFC consiste em transmitir os

sinais em fibra óptica da central até pontos espalhados pela cidade chamados de

“nós ópticos”. A distância entre a central e os nós ópticos pode chegar até 40Km

sem perda de qualidade. Ao chegar aos “nós ópticos” o sinal é convertido, por meio

de conversores para sinal elétrico, que trafega até as residências por meio de cabos

coaxiais. Cada nó óptico pode atender em média entre 500 e 2.000 clientes. O sinal

28

transmitido pelo cabo coaxial ser atenuado com distâncias mais longas, por isso po-

de ser necessária a instalação de amplificadores em pontos estratégicos.

Ao chegar à residência, o sinal de internet é separado do sinal de TV por

um dispositivo chamado de splitter, ou divisor de sinal, que separa os sinais que vão

até o modem a cabo e também a um cable Box. Os dois aparelhos funcionam simul-

taneamente, ou seja, a programação da TV não interfere no envio e recebimento de

dados da internet e vice-versa, pois são transmitidos em faixas de frequência dife-

rente. O sinal de internet que sai do cable modem é enviado para uma placa de rede

ou roteador por meio de cabos de rede, que geralmente são constituídos por “pares

trançados”. Os sinais de TV vão para o cable Box da operadora, que são descom-

pactadas e enviadas para o aparelho de TV [12] [13] [16].

Figura 5 - Ligação dos cabos na residência do cliente [18]

Na Figura 5 é mostrado um exemplo simples de conexão dos cabos ao

cable modem. Na parte superior esquerda encontra-se a fonte de alimentação ligada

ao equipamento; O cabo cinza claro é o cabo Ethernet que será ligado à placa de

rede do computador ou roteador; O cabo preto é um cabo coaxial, que é responsável

pelo envio do sinal que sai do splitter ao cable modem; Ao lado direito da figura en-

contra-se o splitter, que recebe o sinal vindo da operadora de serviço e o envia para

o cable Box, e para o cable modem.

29

3.2 Evolução da Arquitetura

As primeiras arquiteturas utilizadas para transmissão de TV a cabo eram

arquiteturas do tipo árvore (o nome foi dado a esse tipo de estrutura devido à seme-

lhança a uma árvore). O sinal era transportado por meio de cabos coaxiais que iam

do headend até os assinantes. Amplificadores troncais eram colocados em pontos

estratégicos para compartilhar e corrigir os sinais transmitidos. Além disso, os sinais

também passavam por amplificadores de linha para correção de sinal antes de irem

para os assinantes. O serviço era muito limitado, podendo sofrer interferências a

longas distâncias e o sinal seguia para um só lado (headend-cliente) impossibilitan-

do a oferta de serviços de internet de banda larga, telefonia e interatividade.

Com o surgimento da fibra óptica houve um avanço nas arquiteturas de

telecomunicações que possibilitou o surgimento de novos serviços, alavancando o

mercado. Uma das melhorias foi a arquitetura Hybrid Fiber Coax (HFC), que consiste

em transmitir, por meio da fibra óptica, o sinal vindo das centrais headends até pon-

tos chamados de nós ópticos. Estes nós são instalados em locais mais próximos às

residências, diminuindo assim as perdas de sinal, visto que, com a fibra óptica, as

perdas são quase nulas, o que possibilita alcançar clientes a maiores distâncias. Po-

de-se dizer que os nós ópticos simulam headends virtuais, pois o sinal chega ao

ponto quase com a mesma qualidade que parte do headend físico. Com a arquitetu-

ra HFC foi possível criar a interatividade com o assinante, o que possibilitou a im-

plantação de novos serviços. Com a implantação de transmissores que reservam

bandas de frequências de retorno, a rede se tornou bidirecional, possibilitando o

transporte de dados nos dois sentidos, que são: Downstream (ou banda de descida),

no qual o sinal trafega no sentido do cliente; e Upstream (ou banda de retorno), no

qual o sinal trafega no sentido do headend.

Na Figura 6, é mostrado um exemplo básico de uma arquitetura de rede

HFC, e seus componentes principais, que são: Central de Processamento de Sinais,

ou Headend; Rede de Transporte, que é composta por fibra óptica e o receptor ópti-

co; a Rede Troncal, ou Rede de Distribuição, que engloba diversos equipamentos

que serão descritos a seguir; e a Rede Interna. Entre a Rede de Transporte e a Re-

de Troncal, ocorre à interligação da fibra óptica com o cabo coaxial, que é realizada

30

através do Nó Óptico. Este nó contém um Amplificador Troncal, que converte o sinal

óptico em pulsos elétricos utilizando uma fonte de alimentação LPI (Line Power In-

serter) para regular a tensão da rede para o circuito. A seguir, o sinal passa pela Re-

de de Distribuição, que geralmente atende a um bairro. Nesta rede, existe o tap, que

é o equipamento utilizado para distribuir, filtrar, ou combinar os sinais de RF (Radio

Frequency). Na próxima etapa, para amplificar o sinal que pode sofrer perdas no

cabo coaxial, existe o Amplificador de Distribuição, que pode ser ligado ou não a ou-

tro tap. Por fim, o sinal é enviado aos equipamentos que recebem o sinal na Rede

Interna [12] [13] [16] [15].

Figura 6: Exemplo de uma arquitetura HFC. [15]

3.3 Equipamentos

São vários os equipamentos que compõe toda a estrutura de uma rede a

cabo, e, com o avanço da tecnologia, eles podem mudar com o tempo. Nesta seção

serão apresentados os equipamentos mais comuns utilizado nos dias atuais pela

maioria das empresas prestadoras do serviço de TV e internet a cabo.

3.3.1 Headend:

O headend é o ponto mais importante da rede a cabo, sendo

composto por diversos equipamentos. O headend é um local onde ficam

31

os equipamentos de recepção (antenas), codificadores de sinal analógico

para digital (canais locais), moduladores de sinal, processadores de sinal

digital, controladores de acesso condicional (embaralhador), transmisso-

res de TV, amplificadores de sinais, e antenas de transmissão.

Figura 7 - Ilustração de uma das formas de sinais recebidos, codificados e combinados [13].

Na Figura 7 é mostrado, de forma simplificada, como os sinais

são recebidos, codificados e combinados em um headend. O processo é

32

feito da seguinte forma: os sinais de TV são recebidos e separados por

meio de um divisor, e são demodulados para que os componentes de áu-

dio e vídeo possam ser separados. Logo, os sinais de áudio e vídeo pas-

sam pela matriz roteadora e são alocados nas posições da faixa de RF. O

operador determina onde ficará cada canal de TV na faixa de frequência

disponível. Os canais que terão pagamento por assinatura ou pay-per-

view, isto é, que não são acessíveis aos assinantes comuns, são codifica-

dos pelos codificadores e, logo em seguida, são modulados na portadora

de RF na faixa de frequência anteriormente alocada. Em seguida, todos

os canais de TV passam por um combinador de canais que os agrupam

em um único cabo, pois foram modulados em faixas de frequência dife-

rentes. Posteriormente, passam por outro combinador de canais que adi-

ciona o serviço de internet vindo de um CMTS (Cable Modem Termination

System), que é um roteador que centraliza toda a comunicação com os

cable modems da estrutura HFC. Então, o sinal é enviado a conversores

elétricos x ópticos, e distribuído pelas redes de fibra óptica. A qualidade

de transmissão dos canais de TV vai depender dos equipamentos utiliza-

dos e do pacote assinado pelo cliente. Atualmente, a maioria dos canais

básicos é oferecida na qualidade de som e imagem digital com resolução

SD (Standard-Definition). Existem, também, canais analógicos abertos

que o governo obriga as operadoras a transmiti-los. Existe uma data limite

para a mudança desses canais para a tecnologia digital de até 2018 [19,

p. 11], que vem sofrendo mudança gradativa. As operadoras também ofe-

recem canais em HD (High-Definition) ou até Full HD (Full High Definition).

Em relação à construção, existem empresas especializadas em

projeto e instalação de headend [20] [15].

33

Figura 8: Antenas parabólicas que recebem o sinal de TV do satélite [21].

34

Na Figura 8 é mostrado um parque de antenas parabólicas especiais, que

recebem os sinais transmitidos via satélite e os enviam ao interior do He-

adend para serem processados.

Na Figura 9 é mostrado o interior de um Headend e o operador

responsável por controlar o funcionamento da central. Cada monitor mos-

tra, em tempo real, o funcionamento de cada canal.

Figura 9: Imagem mostra o interior de um headend [20].

35

3.3.2 Provedor de Internet e Serviços (ISP)

Para oferecer internet aos seus assinantes, a operadora preci-

sa ter uma conexão com a internet, e é importante que possua a taxa de

transmissão adequada ao nível de tráfego de dados esperado. Comumen-

te esta taxa deve ser alta, tendo em vista que será redistribuída aos usuá-

rios da rede. Esta conexão é feita através de elementos de rede, roteado-

res, estações, etc., do lado Internet. No lado da malha de TV a Cabo, um

modem que tenha as propriedades bridge ou gateway é suficiente. O ISP

não precisa ficar necessariamente no headend da operadora de TV a ca-

bo. Na maioria dos casos, o serviço é contratado de um provedor de in-

ternet que fornece o serviço que é inserido na malha [20].

3.3.3 Fibra óptica:

Utilizada para o transporte de sinais do headend até os centros

de distribuição (Nós Ópticos). A fibra óptica é um filamento feito de vidro

ou polímero que possui alta capacidade de transmitir raios de luz. Em um

cabo pode haver vários filamentos, e cada um deles é composto por um

núcleo central e uma casca envolvente que tem um índice de refração

menor em relação ao núcleo. Ao ser lançado em uma das extremidades, o

feixe de luz, devido ao princípio de reflexão, percorre o cabo em sucessi-

vas reflexões chegando ao final do filamento.

Figura 10: Reflexão interna de uma fibra óptica. [15]

Na Figura 10 é mostrada uma ilustração de como o feixe de luz

se propaga dentro de um filamento de fibra óptica. Sofrendo sucessivas

reflexões na superfície de separação entre os dois materiais dielétricos, a

36

luz pode percorrer vários quilômetros sem sofrer perdas. O uso da fibra

óptica é muito comum no ramo de telecomunicações, pois oferece diver-

sas vantagens sobre outros tipos de cabos: maior capacidade de trans-

portar informações, não sofre interferências magnéticas e elétricas, são

resistentes às oxidações, imunes a falhas comuns de comunicação en-

contradas em redes de cabos coaxiais e possuem baixo custo de produ-

ção [22] [15].

As fibras ópticas assumem tipos diferentes, que variam de

acordo com a fonte de luminosidade e a quantidade de sinais que podem

ser propagados no interior da fibra. No geral as fibras podem ser Mono-

modo ou Multimodo.

Monomodo: Esse tipo de fibra apresenta um núcleo pe-

queno se comparado ao tipo multimodo. A propagação

da luz é feita por um único modo, com isso a largura da

banda utilizada é maior e há menor dispersão da luz la-

ser emitida. Este tipo apresenta uma qualidade superior

quando comparado ao tipo multimodo, o que faz com

que seja utilizada na transmissão de sinais a grandes

distâncias. Sua desvantagem está no custo mais alto,

manuseio difícil e exige técnicas avançadas.

Multimodo: Podem utilizar como fonte de luminosidade o

diodo emissor de luz ou laser. Esse tipo de fibra possui

um diâmetro do núcleo maior do que comparado ao mo-

nomodo e com isso, mais de um sinal pode transitar no

filamento. Este tipo de fibra é utilizado na instalação em

distâncias menores e limitadas quando comparadas as

fibras ópticas monomodo. Possui baixo custo, não só a

fibra, mas também dos materiais agregados, como co-

nectores, componentes eletrônicos e, outros. [23] [24, p.

4 e 5].

37

Figura 11: Cabo de Fibra óptica. [25]

A Figura 11 mostra um cabo de fibra óptica com seus filamen-

tos.

3.3.4 Amplificador de Sinal óptico:

Os Amplificadores de Sinais Ópticos são utilizados em pontos

estratégicos para amplificar o sinal que pode sofrer atenuação devido às

altas frequências utilizadas em uma rede HFC. Este equipamento é utili-

zado com o simples intuito de amplificar os sinais, independente da modu-

lação ou protocolo utilizado. Com isso, distâncias muito maiores podem

ser atingidas dependendo a arquitetura planejada. A amplificação geral-

mente é bidirecional, ou seja, downstream e upstream, porém, devido as

suas características eletrônicas, pode haver distorções no sinal e, com is-

so, a quantidade de amplificadores deve ser limitada e bem calculada. Na

Figura 12 é mostrado um Amplificador Óptico ligado à rede. Amplificado-

res são também utilizados nos Headends para amplificar o sinal de saída

com destino à rede [26].

38

Figura 12: Amplificador Óptico em uma rede HFC. [27]

3.3.5 Trunk

Composto por cabos de fibra óptica monomodo , é responsável

por transportar sinal da central (headend) até os nós ópticos. A topologia

em anel é a mais utilizada, porém a topologia em estrela também é possí-

vel. Nas redes mais antigas, existia menor número de nós ópticos que

atendiam maior número de clientes, mas, com o intuito de melhorar o ser-

viço aumentando a largura de banda de internet oferecida, se tornou ne-

cessária a diminuição do número de clientes em cada nó óptico. Com is-

so, a topologia em anel se tornou mais viável, tendo em vista que, na to-

pologia em estrela, cada cabeamento (trunk) sai direto da central (hea-

dend) até o nó óptico e na topologia em anel esses nós ópticos são inter-

ligados. As empresas proprietárias das redes HFC, geralmente utilizam

vários anéis para cobrir uma determinada área ao invés de um único

grande anel, com isso, pode se isolar eventuais problemas que possam

vir a existir impactando o menor número de usuários possível. A Figura 13

ilustra os dois tipos de topologias [27] [20].

39

Figura 13 - exemplo de topologias. [27]

3.3.6 Nó óptico:

O Nó Óptico é o equipamento responsável pela conversão de

sinal óptico em sinal elétrico de RF (rádio frequência) e vice-versa. A con-

versão óptica em sinal elétrico é feita por meio de fotodetectores, e a con-

versão inversa por meio de transmissores, que podem ser Laser Semi-

condutor ou Laser em Estado Sólido. Um único Nó Óptico serve uma úni-

ca célula contendo centenas de assinantes. Geralmente, este equipamen-

to pode possuir até quatro saídas coaxiais, que podem se destinar a am-

plificadores separados. Isto possibilita que cada saída coaxial possa

atender a uma área específica limitada a pequenas distâncias especifica-

das pelos aparelhos utilizados. Os Nós Ópticos utilizam comprimentos de

ondas diferentes para transmitir o sinal de downstream e upstream. Estes

nós não processam os sinais, mas apenas os transmitem de um meio físi-

co para outro não alterando seu conteúdo. Na Figura 14 é mostrado um

Nó Óptico instalado e funcionando em uma rede HFC [27] [28].

40

Figura 14: Nó óptico em uma rede [22].

3.3.7 Feeder

Iniciando no nó óptico, que, dependendo da arquitetura, pode

se estender por até 3 km, o feeder é um cabo coaxial, que se encarrega

em atender uma determinada área (Geralmente um ou mais bairros). São

suspensos e presos aos postes por cabos de aço nas redes aéreas ou co-

locados em dutos na rede subterrânea. É necessário criar pontos de ex-

pansão ou barrigas nos Feeders, pois o cabo coaxial sofre mais expansão

térmica do que o cabo de aço. Esses pontos de expansão também podem

ser utilizados quando houver a necessidade de se instalar novos equipa-

mentos. Na Figura 15 é mostrado um exemplo de Feeder. As setas ver-

melhas apontam os pontos de expansão. Na

Figura 16 é uma ilustração de uma rede HFC que mostra os

Feeders saindo dos nós ópticos [27].

41

Figura 15 - Feeder com pontos de expansão. [27]

Figura 16 - Ilustração de uma rede HFC

3.3.1 Fonte de alimentação

É o equipamento responsável por converter a tensão da rede

para uma tensão menor que pode variar de 60 ou 90 Volts dependendo

do tipo de equipamento. Então, a tensão é transmitida simultaneamente

(multiplicação) com os sinais de RF em um cabo coaxial, e alimentará os

elementos ativos como nós ópticos e amplificadores existentes na rede.

Essas fontes contam com baterias recarregáveis para alimentar os equi-

42

pamentos em caso de falta de energia elétrica por um período de 2 a 8

horas (dependendo da quantidade de baterias e equipamentos instala-

dos).

Na fonte de alimentação, existe também um equipamento que

protege os demais contra descargas elétricas ocasionadas por fatores ex-

ternos que podem alterar o fornecimento de energia como, queda de ar-

vores nos cabos, raios, problemas de manutenção na rede elétrica e etc.

Na Figura 17 é mostrado um armário em um poste que, no seu interior,

abriga uma fonte de alimentação. Logo atrás do armário, está o protetor

contra descargas na rede exemplo, muito típico nas cidades [20] [27].

Através de um “injetor de força”, a alimentação é inserida no

feeder. Um dos segmentos do feeder é acoplado ao injetor, juntamente

com um cabo coaxial energizado vindo da fonte de alimentação. A cone-

xão geralmente é realizada cerca de um metro a partir da fonte de alimen-

tação. Na Figura 18 é mostrado um exemplo de conexão do “injetor de

força” [20] [27].

43

Figura 17 - Fonte de alimentação [27].

Figura 18 - Injetor de força. [27]

3.3.2 Tap

O tap, ou torneira, é um equipamento responsável por distribuir

ou combinar os sinais de RF (Radio Frequency). Ele possui uma entrada

e algumas saídas secundárias que, dependendo do modelo, podem ser

44

duas, quatro ou oito, e uma saída principal, que liga o cabo coaxial da re-

de aos cabos coaxiais que vão para o cliente. São instalados ao longo da

malha de cabos coaxiais em locais próximos as residências ou empresas.

Além da distribuição do sinal aos clientes, o tap também combina o sinal

de upstream originado no cliente aos outros sinais de RF que passam por

ele e vão para o nó óptico. Na Figura 4 é mostrado um tap com 4 saídas

secundárias [27] [20].

Figura 19 - Exemplo de um Tap de 4 saídas secundárias [27].

3.3.1 Drop

O drop é um cabo coaxial que tem seu comprimento menor que

200 metros e é responsável por levar o sinal do tap até a residência do

cliente ou empresa [27] [20].

3.3.2 Fiber Dome Clousure

Recipiente geralmente feito de plástico resistente, com partes internas de

aço inoxidável, dentro do qual são criadas as emendas nos cabos de fibra

óptica. Quando a distância entre dois pontos é muito grande para a utili-

zação de um único cabo, ou quando se tem cabos diferentes como cabo

45

48 fibras à quatro cabos de 12 fibras, ou por ruptura, tem se a necessida-

de do uso da emenda. Quando elas ocorrem, os cabos precisam ficar pro-

tegidos do meio externo, então utiliza-se a bolsa coletora, que após a

emenda, é fechada e selada automaticamente, ficando impedida a entra-

da de ar e impurezas que possam afetar a emenda. Na

Figura 20 é mostrada uma bolsa coletora [27].

Figura 20 - Bolsa coletora. [27]

3.3.1 CMTS (Cable Modem Termination System)

Possui a tarefa de gerar, processar, transmitir e receber dados,

e também de gerenciar sua transmissão por meio de protocolo DOCSIS,

cuja descrição será apresentada no item 3.4. O CMTS possui uma ou

mais interfaces Ethernet que são ligadas à rede IP da operadora, e uma

interface ligada à rede HFC. Realiza a função de rotear pacotes IP do cli-

ente para a rede da operadora ou internet e vice-versa. Na Figura 21 são

mostrados à esquerda os conectores RF, e à direita, a interface Ethernet

[27].

46

Figura 21 - Visão dos conectores de um CMTS. [27]

Dados do cliente chegam ao CMTS em pacotes IP através de

frames Ethernet encapsulados em frames DOCSIS (protocolo de comuni-

cação que será apresentado na seção 3.4). Os pacotes IP são extraídos

dos frames e é efetuado o roteamento: se forem dados de telefonia utili-

zando o protocolo Packet Cable (protocolo de comunicação que será

apresentado na seção 3.4), são encaminhados aos equipamentos anexos

ao CMTS que controlam a rede PacketCable. Se for uma ligação telefôni-

ca externa, será encaminhada para rede convencional de telefonia por um

dos equipamentos que faz a devida conversão e roteamento. Se forem

dados do usuário, eles são encaminhados até um roteador de borda que

atua como gateway para a internet. O número de clientes que um CMTS

atende depende de diversos fatores complexos, como a qualidade da re-

de HFC, performance dos serviços de rede, número de usuários por

upstream, número total de clientes, entre outros. Com a utilização de vá-

rios módulos instalados em conjunto, pode atender números ainda maio-

res de clientes [27].

47

3.3.2 Cable Modem

Transforma o sinal de RF vindo do CMTS por meio do cabo co-

axial que chega à residência ou estabelecimento, em pacotes IP que são

enviados para a placa de rede ou roteador e vice-versa. Possui uma inter-

face RF e uma interface Ethernet. Seu funcionamento básico ocorre da

seguinte forma: no sentido de dowstream, os sinais de RF que são rece-

bidos da rede HFC são demodulados pelo cable modem e os pacotes IP

são extraídos e encapsulados em frames MPEG-TS (Moving Picture Ex-

perts Group - Transport stream), que são enviados para a interfece ether-

net. No sentido inverso (upstream), os frames ethernet recebidos são en-

capsulados em frames DOCSIS, modulados e enviados para a interface

RF. Atualmente, com o serviço de telefonia oferecido na rede a cabo, os

modems geralmente não são oferecidos aos clientes. Ao invés do modem,

é comum utilizar-se um equipamento chamado de EMTA (Embedded Mul-

timedia Terminal Adapter) que será apresentado na seção 3.3.1 a seguir.

Na Figura 22é mostrado um exemplo típico de modem a cabo [27].

Figura 22 - Modem a cabo [29]

48

3.3.1 EMTA (Embedded Multimedia Terminal Adapter)

Equipamento que tem as mesmas funcionalidades de um mo-

dem a cabo com um adaptador de multimídia embutido que transporta si-

nal de voz sobre a rede HFC. Tem as mesmas interfaces do modem so-

mado a duas interfaces RJ-11 para conexão de aparelhos telefônicos.

Devido à similaridade, os usuários costumam confundi-lo com um modem

a cabo. Na Figura 23 é mostrado as conexões de um EMTA. Abaixo exis-

te o plug da fonte de energia, na sequência acima existem duas conexões

Rj-11 para conexão dos aparelhos telefônicos, um conector Rj-45 para o

cabo Ethernet, um botão para reiniciar o aparelho, e o cabo coaxial da re-

de [27].

Figura 23 - MTA (Embedded Multimedia Terminal Adapter) [30]

49

3.3.1 Decodificador

Aparelho que recebe o sinal vindo do cabo coaxial e descodifi-

ca os canais que o assinante contratou. Atualmente existem aparelhos

com entrada apropriada para TV a cabo. Caso o sinal não esteja codifica-

do, o cabo pode ser ligado diretamente no aparelho de TV. Na Figura 24 é

mostrado um decodificador utilizado pela empresa Net [28].

Figura 24 - Decodificador a cabo [31]

3.4 Protocolos

Para que haja tráfego de informações na rede HFC, um conjun-

to de regras entre as partes deve ser obedecido e, para isso, foram cria-

dos os protocolos. Atualmente existe uma padronização desses protoco-

los utilizados para que, com isso, equipamentos de diversos fabricantes

possam trabalhar em conjunto em uma rede complexa sem incompatibili-

dades. Os protocolos mais utilizados em uma rede HFC para o tráfego de

dados são os protocolos DOCSIS (Data Over Cable Service Interface

Specification), para envio e recebimento de dados, e o protocolo Packet-

Cable, para a transmissão baseada em IP de Voz. Nas próximas seções

esses protocolos serão descritos com mais detalhes.

50

3.4.1 DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specification)

Protocolo mais utilizado em redes HFC do mundo todo, criado

por um consórcio de empresas sem fins lucrativos (CableLabs) [32]. Na

Europa esse protocolo foi criado em outra versão, o Euro DOCSIS que foi

desenvolvido por uma entidade semelhante a anterior, a Cable Europe

[33]. A versão EuroDOCSIS surgiu devido à diferença do tamanho da fai-

xa de frequência utilizada para a transmissão dos canais de TV na Euro-

pa. O protocolo DOCSIS passou por várias melhorias durante os anos, e

hoje está na versão 3.0. A seguir é mostrado um histórico das versões:

1.0 – Primeira versão do padrão, emitido em 1997, pro-

porcionava conexão básica à internet para um ou mais

dispositivos do cliente. Podia limitar a taxa de transmis-

são por cliente, provia recursos de segurança e a inte-

roperabilidade entre cable modems de vários fabrican-

tes.

1.1. – Foram introduzidos recursos de qualidade de ser-

viços (QoS), requerido para a aplicação de telefonia de

Voz sobre IP. Foram realizadas melhorias na segurança

e flexibilidade operacional. Foi emitido em 1999.

2.0. Emitido em 2001. A versão ganhou melhores taxas

de transferências e confiabilidade de fluxo em upstream.

Houve a possibilidade de permitir uma extensão para o

uso do atual protocolo de internet IPv6.

3.0. Última versão do protocolo (até os dias atuais), emi-

tido em 2006. Proporciona a utilização do protocolo de

internet IPv6.Possui suporte para IPTV e recurso chen-

nel bonding, que permite agregar vários canais para a

transmissão tanto para o fluxo de downstream quanto

no de upstream.

51

O CTMS utiliza a versão mais nova do protocolo DOCSIS que

pode suportar versões mais antigas existentes nos modems espalhados

pela rede. O protocolo DOCSIS é responsável pela transmissão dos da-

dos sobre a rede HFC, porém, quem determina a largura de banda para o

tráfego dos dados é o meio físico. Atualmente podem ser de 100 Mhz

(que é chamado de espectro utilizável), mas existem arquiteturas que tra-

balham com 750 ou 860Mhz. Utilizando o conceito de que a informação

recebida é maior que a informação enviada, o protocolo DOCSIS reserva

uma pequena parte do espectro para o envio (upstream), enquanto a par-

te maior é reservada para o recebimento (dowstream). Nas versões do

DOCSIS 1.x e 2.0 é reservado uma faixa de upstream que vai de 5 a 42

Mhz, enquanto a faixa de downstream é de 50 a 1000Mhz. Na versão do

DOCSIS 3.0 essa faixa vai de 5 a 85 Mhz para upstream e de 108 a 1000

Mhz para dowstream. O protocolo EuroDOCSIS utiliza a faixa de 5 a

65Mhz para upstream e 80.6 a 1000 Mhz para dowstream em todas as

versões. O DOCSIS foi desenvolvido para o padrão americano NTSC

(Cable Modem Termination System), denominado atualmente de ATSC

(Advanced Television System Committee), onde os canais de comunica-

ção ocupam uma faixa de 6 Mhz (tamanho de um canal analógico). Na

Europa o padrão utilizado é o PAL (Phase Alternating Line), que ocupa 8

Mhz por canal. Com isso, houve a necessidade de se ter um protocolo

que atendesse a esta região, que veio a ser o então EuroDOCSIS. No

Brasil, o padrão utilizado é o PAL-M, que é praticamente parecido com o

padrão NTSC, e ocupa a faixa de canal de 6 Mhz. Por isso, o protocolo

utilizado no país pelas operadoras é o DOCSIS. Na Figura 25 ilustra a

alocação de espectro em uma rede DOCSIS na versão 2.0, onde a faixa

de 5 até 42 Mhz é reservada para upstream, existe uma faixa entre 42

Mhz e 50 Mhz que é “vazia” para evitar interferência, a partir de 50 Mhz

estão os canais analógicos, logo após, os canais digitais e VoD (Vídeo on

Demand) e, em seguida, os canais de downstream [27] [34] [10].

52

Figura 25 - Alocação de espectro em uma rede DOCSIS. [34]

Na versão 2.0 do protocolo DOCSIS era possível reservar ape-

nas um canal para upstream e um para downstream, já na versão 3.0 po-

dem ser reservados até 8 canais (dependendo da capacidade dos equi-

pamentos CMTS e cable modem). Na Tabela 3 são mostradas as taxas

de transferências em Mbps alcançadas e um comparativo entre os proto-

colos DOCSIS e EuroDOCSIS. Na versão 3.0 para ambos os protocolos

são exibidas as taxas alcançadas com 4 e 8 canais agregados. Dois valo-

res de taxa são apresentados, o máximo e o praticável devido ao efeito de

overhead causado pelos vários protocolos utilizados na transferência das

informações. A taxa de transferência teórica é mais alta do que a obtida

de fato devido a fatores como: codificação para correção de erros, es-

quema de modulação e a compressão MPEG (Moving Picture Experts

Group), além dos cabeçalhos DOCSIS e Ethernet [34].

53

Tabela 3 - Comparativo entre taxas de transmissão. [34]

Os canais de TV, principalmente os analógicos que ocupam

uma faixa inteira de 6 Mhz no padrão NTSC ou 8 Mhz no padrão PAL, es-

tão dificultando o empenho das operadoras em melhorar a capacidade de

transmissão. Para cada canal analógico que ocupa 6 Mhz pode ser possí-

vel transportar de 6 a 10 canais digitais em SD (Standard Definiton) ou de

3 a 5 em HD (Higth Definition), dependendo do algoritmo de compressão

utilizado [34].

3.4.2 PacketCable.

Protocolo também criado pela CableLabs [32], permite a trans-

missão baseada em IP (Internet Protocol) de voz e multimídia sobre a re-

de DOCSIS. Atualmente possui três versões:

1.0. Serviço residencial de telefonia digital sobre a rede

DOCSIS;

1.5. Foi adicionado suporte à fax, entroncamento analó-

gico para PABX (Private Automatic Branch Exchange) e

SIP (Session Initiation Protocol).

2.0. Foi desenvolvida uma nova arquitetura, incluindo,

além da telefonia digital, serviços de vídeo telefonia e

recursos de mobilidade.

54

Todo o tráfego transportado pelo PacketCable será convertido

em IP pelo EMTA e serão transportados pela rede utilizando o protocolo.

O EMTA é equipado com um CODEC (coder-decoder) que converte voz

em pacotes IP. Esse CODEC é um software responsável por converter os

sinais de áudio analógicos vindo do aparelho telefônico em sinais digitais

e os comprime para ocupar uma banda menor. Uma vez comprimidos, os

pacotes são enviados através do PacketCable sobre o protocolo DOCSIS

até o CMTS, que irá direcioná-los até o destino que poderá ser um outro

EMTA ou uma rede de telefonia convencional. Os fluxos de conversão te-

lefônica via PacketCable são todos unidirecionais, ou seja, utilizam dois

fluxos de dados, o que sai do EMTA até o CMTS e o que faz o sentido in-

verso. Um dos maiores problemas que podem acontecer nesse tipo de

tecnologia são os atrasos e perdas de pacotes que tornaria inviável a co-

municação de voz. Para evitar este problema, o protocolo DOCISIS tem

controle direto sobre os atrasos dos pacotes, além de efetuar reserva de

largura de banda com a finalidade de evitar congestionamento de pacotes

IP [34] [27].

4 FUTURO DA TECNOLOGIA

A expansão da tecnologia a cabo encontra-se desacelerada desde os

primeiros meses de 2015, por conta do cenário econômico difícil que o país vem en-

frentando. Porém, existe expectativa positiva de aumento das receitas nos próximos

anos. As principais empresas não estão atualmente apostando em novas coberturas

e estão trabalhando no aumento do número de clientes em suas redes já existentes.

Um dos fatores que prejudica a aquisição de novos equipamentos é o preço alto do

dólar. Porém, há uma necessidade de expansão, pois o uso de recursos de internet

está cada vez maior, tendo em vista que, a cada dia, a utilização de aplicativos foca-

dos na rede são mais frequentes como WhatsApp (serviço de troca de mensagens)

55

e Netflix (serviço de streaming que oferece filmes e séries de forma simples, bas-

tando apenas que o cliente assine, clique e assista). [35]

José Félix, presidente da empresa NET, em coletiva 04/08/2015, afirmou à imprensa, na abertura da ABTA, que o posicionamento do grupo não muda em relação à rede fixa. A NET vai continuar a investir na rede HFC e não vai levar fibra óptica até a casa das pessoas, porque os investimentos não justi-ficam. “A nossa rede já consegue oferecer até 500 Megas no cabo coaxial. Quem tem uma rede ultrapassada, com XDSL, é que precisa levar a fibra até as residências”, completa. [36]

Apesar de ser uma tecnologia rentável e eficiente, ainda faltam investi-

mentos de expansão da tecnologia para as cidades do interior, pois ainda falta inte-

resse do governo em implantar uma internet de qualidade no país.

5 CONCLUSÕES DE TRABALHOS FUTUROS

Este trabalho apresentou, de forma simples e objetiva, informações que

possibilitaram o entendimento de como a tecnologia de TV a cabo funciona em con-

junto com a transmissão de Internet utilizando o mesmo meio físico. Um breve histó-

rico da tecnologia no Brasil foi apresentado, abordando o surgimento da TV no País

e a evolução gradativa da tecnologia, incorporando as melhorias até chegar aos dias

de hoje. Além disso, foi apresentada uma descrição de como a rede HFC funciona,

mostrando os equipamentos básicos e também a forma como interagem entre si,

conduzindo seus serviços até o cliente.

As informações apresentadas mostram como o sistema funciona e que

existe toda uma estrutura grande e complexa provida por uma infinidade de equipa-

mentos e protocolos de transmissão por traz de um simples cabo que chega ao seu

destino e liga-se a um equipamento. O produto final obtido possibilita a transmissão

de internet, áudio e vídeo utilizando-se o mesmo meio físico.

Algumas ideias para elaboração de trabalhos relacionados ao tema en-

volvem a apresentação de mais detalhes sobre o funcionamento e evolução de al-

guns componentes, como os códigos usados nos decodificadores para proteção dos

canais codificados, e sobre a implementação do protocolo de transferência de dados

56

em uma rede a cabo, o protocolo DOCSIS, o qual foi apresentado apenas breve-

mente tendo em vista toda a complexidade existente.

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