SUMÁRIO
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  1. 1. SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO...............................................................................................................3 1.1. Motivação...........................................................................................................................3 1.2. Objetivos............................................................................................................................4 1.3. Metodologia........................................................................................................................4 1.4. Delimitação do assunto.......................................................................................................4 1.4.1 Escopo............................................................................................................................................4 1.4.2 Abrangência...................................................................................................................................5 2. MÉTODOS DE ANÁLISE DA RELAÇÃO CUSTO/BENEFÍCIO.............................6 2.1 Da aferição dos benefícios...................................................................................................6 2.2 Da aferição dos custos.........................................................................................................8 2.3 Determinação da relação Custo/Benefício........................................................................10 2.3.1 A abordagem gráfica do custo/benefício.....................................................................................11 2.3.2 Transformação de custos.............................................................................................................12 2.3.4 O modelo de utilidade de múltiplos atributos de Keeney...........................................................17 3. FERRAMENTAS DE SUPORTE À DECISÃO GERENCIAL.................................22 3.1 TMN - Telecommunications Management Network........................................................22 3.1.1 A função Contabilização.............................................................................................................24 3.1.2 GDMO - Classes de Objetos Gerenciados..................................................................................24 3.2 GIRS - Gerência Integrada de Redes e Serviços.............................................................26 3.2.1 PLANOP .....................................................................................................................................27 3.2.2 Possibilidades...............................................................................................................................27 4. SELEÇÃO DE ARQUITETURAS E TOPOLOGIAS DE REDE..............................30 4.1 Arquiteturas......................................................................................................................30 4.1.1 Estudo de Caso............................................................................................................................30 4.1.2 Sistemas Centralizados versus Sistemas Distribuídos...............................................................35 4.1.3 Arquiteturas Proprietárias versus Arquiteturas Abertas.............................................................36 4.2. Topologias .......................................................................................................................36 4.2.1 Considerações Gerais...................................................................................................................36 4.2.2 Topologia Física..........................................................................................................................40 4.2.3 Topologia Lógica.........................................................................................................................45 4.3 Alternativas de Plataformas Tecnológicas ......................................................................50 4.3.1 FDDI............................................................................................................................................50 4.3.2 Frame-Relay.................................................................................................................................52 4.3.3 WWW - INTERNET...................................................................................................................52 4.3.4 ATM.............................................................................................................................................53 4.3.5 Wireless - (Sem fio).....................................................................................................................53 5. CONCLUSÕES.............................................................................................................55 5.1 Proposições........................................................................................................................55 5.2 Resultados Prováveis........................................................................................................55 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................59
  2. 2. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 7. ANEXOS.......................................................................................................................61 2
  3. 3. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 1. INTRODUÇÃO 1.1. Motivação Durante o último ciclo de Reuniões Gerenciais com as diretorias das Empresas Operadoras, o Sr. Presidente da TELEBRÁS, Engenheiro Fernando Xavier Ferreira, ressaltou a abertura do setor de Telecomunicações no Brasil como decorrente do processo de globalização da economia mundial, em que se explicita um ambiente altamente competitivo onde os projetos devem ser customizados (em termos de qualidade, custos e prazos), não se admitindo mais a proposição de soluções tecnicamente preciosistas (“overengineering”). Conquanto esta preocupação (a da customização dos projetos) não seja novidade no Sistema TELEBRÁS - STB (OMED/94)1 , o tema assume relevância cada vez maior diante do inquietante cenário ora delineado. Há vários anos atuando no Departamento de Gestão de Investimentos da Diretoria de Planejamento e Engenharia da “holding”, a equipe da Divisão de Programação e Controle tem estado empenhada na análise, ainda que empírica, dos programas de expansão das Empresas do STB. Tal envolvimento tem sido evidenciado através de resultados expressivos na sistemática redução dos custos de comutação e dos prazos de maturação dos projetos, bem como na crescente qualidade e diversidade dos serviços prestados. Portanto, a motivação intrínseca à presente iniciativa resulta tanto da experiência profissional, tão carente de instrumentos efetivos que permitam real incremento de produtividade e satisfação pessoal face às tarefas assumidas, quanto dos desafios propostos por um horizonte de flagrantes incertezas, em termos de disponibilidade de recursos e de atualização diante da veloz obsolescência do conhecimento e da tecnologia resultante. “A telecommunications system can’t be effectively managed like an automobile _ that is, purchased, installed, and given only occasional routine attention. The objectives of telecommunications management are to maintain a reasonable balance between cost and service in an environment that is continually changing and, each time a change occurs, to review whether the change has disrupted the cost/service balance.”2 1 OBJETIVOS E METAS PARA EXPANSÃO E DIGITALIZAÇÃO DO SNT - versão original de 1986 revista e aprovada na 788a. REDIR de 11/01/94, pag. 05. 2 Green, James Harry - The Dow Jones-Irwin Handbook of Telecommunications Management “Um sistema de telecomunicações não pode ser efetivamente gerenciado como se fora um automóvel _ que é comprado, instalado e recebe somente atenção ocasional de rotina. Os objetivos da gerência de telecomunicações são a manutenção do equilíbrio razoável entre o custo e o serviço em um ambiente que está mudando continuamente e, cada vez que uma mudança ocorre, rever se aquela mudança afetou o equilíbrio entre custo e serviço.” 3
  4. 4. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 1.2. Objetivos • O objetivo geral é minimizar o vácuo identificado no cotidiano profissional de quem lida com a análise de projetos, cujo embasamento incipiente, por ser instrumentalizado por ferramentas demasiado susceptíveis a erros e manipulações, implica a possibilidade de custos elevados e benefícios nem sempre compatíveis. • O objetivo específico constitui-se na proposição de procedimentos automatizados, que subsidiem a avaliação “on line” da relação custo/benefício dos projetos de implementação de redes de comunicação de dados no Sistema TELEBRÁS; procedimentos estes igualmente aplicáveis ás demais áreas de interesse do Setor. 1.3. Metodologia Discorrer sobre métodos de avaliação técnico-econômica de análise custo/benefício das diversas alternativas de implementação de arquiteturas (LAN, MAN, WAN e GAN) e topologias de redes de computadores, considerando comparativamente os aspectos de viabilidade, desempenho e retorno dos investimentos. Discorrer, ainda, sobre eventuais ferramentas de suporte à decisão gerencial disponibilizadas a partir da implementação dos conceitos de gerência integrada de redes, e sua efetiva utilização a nível do processo decisório das Empresas. 1.4. Delimitação do assunto 1.4.1 Escopo A referência a trabalhos já desenvolvidos por outras equipes, no âmbito do STB ou fora dele, tem a finalidade de remeter o leitor àquelas fontes, no sentido do eventual interesse em aprofundar-se na matéria aqui ventilada. Isto se aplica, por exemplo, ao Sistema de Custos por Serviço, ao Sistema de Preços Unitários - SPU, ao Plano de Operações Integradas - PLANOP e demais ferramentas, cuja metodologia não pretendo explorar, senão na medida da necessidade específica desta monografia. O diferencial do que ora se propõe, em relação aos sistemas existentes, reside precisamente na possibilidade de integração de suas melhores contribuições com a abordagem gráfica da análise Custo/Benefício, via procedimentos da Gerência Integrada de Redes e Serviços (a partir da função Contabilização), através da implementação de classes de objetos gerenciados e atributos captores de dados, em uma plataforma tecnológica que possibilite o trabalho 4
  5. 5. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos cooperativo e a teleconferência como instrumentos de suporte aos Processos Decisório e de Planejamento, Acompanhamento e Controle, em nível corporativo. A abordagem a ser desenvolvida restringir-se-á, então, aos aspectos inerentes à temática proposta, a partir de metodologias e sistemáticas pesquisadas, sua compilação em uma exposição sistematizada e a consequente proposição de procedimentos automatizados de coleta de dados, para composição da base de dados corporativa, subsidiando o processo decisório com a avaliação “on line” da relação custo/benefício dos projetos de implementação de redes de comunicação de dados no Sistema TELEBRÁS. 1.4.2 Abrangência Dada a vastidão da bibliografia disponível, tanto em se tratando de Comunicação de Dados quanto de Economia, é imperativo restringir-se a presente abordagem a uma limitada parcela do contexto em que está inserida a temática em questão. Assim sendo, focalizar-se-ão preferencialmente aqueles aspectos diretamente relacionados às exigências mínimas necessárias à análise técnico-econômica dos projetos em nível gerencial macro (“holding”3 ). “If a company has lacked professional telecommunications management in the past, these functions are probably not being performed. Technicians probably choose their own assignments and leave behind an undocumented tangle of spaghetti-like wiring.”4 3 “holding”= empresa controladora 4 Green, J.H. op. cit. Pag. 466. “Se uma companhia houver incorrido em lapso na gerência profissional de telecomunicações no passado, estas funções provavelmente nâo terão sido executadas. Técnicos provavelmente escolheram suas próprias atribuições e deixaram para trás um emaranhado de cabeamento nâo documentado semelhante à espagueti.” 5
  6. 6. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 2. MÉTODOS DE ANÁLISE DA RELAÇÃO CUSTO/BENEFÍCIO Respeitáveis tratados têm sido elaborados por especialistas altamente qualificados, em organizações de nível multinacional, como Lish da AT&T5 e Green da Dow-Jones Irwing, voltados aos detalhes técnicos dos diversos métodos de estudos de custos. Considerações pertinentes quanto à relevância do tema têm sido colocadas: “Without management attention, telecommunications costs are invariably higher than they need to be. Billing error by service providers, the provision of too many few circuits, selection of the wrong kinds of services, and improper or abusive actions by users are some of the ways in which costs get out of hand. Every company should have a systematic method of reviewing telecommunications costs and bringing them back in line. If the company is large enough, it will pay to invest in cost controlling systems, or researching which call accounting system is the most effective.”6 No processo de avaliação e seleção, a comparação das alternativas propostas se dá pela relação dos benefícios oferecidos e seus custos associados. Idealísticamente, seria desejável ter-se a aptidão de expressar tanto os benefícios quanto os custos em valores monetários e, assim, comparar o benefício para o custo de cada alternativa. Na realidade, entretanto, os aspectos de benefício (diferentemente do custo) são geralmente difíceis de medir em termos monetários, ou outros termos quantitativos. 2.1 Da aferição dos benefícios A seleção de sistemas computacionais e de equipamentos de redes de comunicação de dados deve passar pelos estágios a seguir identificados: 1. análise das necessidades dos usuários; 2. definição dos requerimentos e atributos do sistema; 3. distribuição de tomada de propostas para vários fornecedores; 4. triagem e avaliação comparativa das alternativas propostas, através de um modelo de avaliação adequado; 5. seleção da melhor alternativa (em termos de desempenho [“benchmark”], custo/benefício e prazos); 6. aquisição; 5 Lish, M. A- AT&T in Communication System Engineering Handbook, McGraw-Hill, Inc 1967 Trad.José Fabiano da Rocha e Alexandre R. Caminha, Guanabara Dois, RJ, 1980 pag.726 a 740. 6 Green, J. H. - op. cit. Pag. 416 a 436 “Sem atenção gerencial, os custos de telecomunicações são invariavelmente mais elevados do que precisam ser. Erros de faturamento por provedores de serviço, a provisão de poucos circuitos, a seleção dos tipos errados de serviços, e ações impróprias ou abusivas dos usuários são algumas das maneiras pelas quais os custos se tornam fora de controle. Toda companhia deve ter um método sistemático de revisão dos custos de telecomunicações e estar trazendo-os de volta aos trilhos. Se a companhia é grande o bastante, ela irá pagar para investir em sistemas de controle de custo, ou estará pesquisando qual sistema contábil de chamadas é o mais efetivo.” 6
  7. 7. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 7. teste e aceitação; 8. operação e manutenção. Usualmente, uma lista de critérios ou atributos requeridos do sistema se faz necessária para a especificação dos benefícios. Daí, a medida de performance é decidida para cada atributo em qualquer sistema dado. Enquanto se determinam as medidas para os atributos, alguém deverá estar atento ao trato de diferentes valores, evitando a indesejável mistura de diversas unidades incompatíveis. Para a superação desta dificuldade, pode-se convertê- las a uma forma normalizada. Em artigo específico, os pesquisadores israelenses, Peretz e Lugasi7 , da Universidade Ben Gurion, discutem detalhadamente diversos métodos de mensuração e comparação de benefícios. Uma vez que os atributos e suas medidas de performance tenham sido determinados, um modelo de avaliação pode então ser aplicado, a fim de calcular os benefícios globais das alternativas. 1. a fronteira de eficiência, ou seja, modelo em que a alternativa preferencial é aquela que é dominante em todos os atributos considerados; 2. o ordenamento lexicográfico, ou seja, modelo em que as alternativas são ordenadas sequencialmente de acordo com o atributo dominante (i.e. o mais importante). Claramente, isto só é possível se existir um atributo dominante e este não puder ser confundido com outros; 3. o peso adicional é um método prático extensivamente usado na avaliação e seleção de sistemas de computador. Um peso da importância é determinado para cada atributo e a toda alternativa é atribuído um valor para cada atributo. A alternativa selecionada é aquela que maximiza o produto; 4. o valor de custo considera somente o custo como base para seleção de um sistema. De acordo com este modelo, valores monetários são determinados para representar poupanças incrementais resultantes de uma maneira particular de implementação de um atributo em uma alternativa. Isto não inclui atributos mandatórios. Depois, os valores de crédito são somados para cada alternativa e subtraídos de seu custo total. O resto representa o valor relativo de cada alternativa. A alternativa com o valor mais elevado é então selecionada; 5. o Autovetor (“Eingenvector”) de Saaty permite a determinação de pesos e pontuações para cada atributo em cada alternativa, através do uso de matrizes, para executar comparações paritárias entre atributos e entre alternativas. Uma vez que pesos e pontuações tenham sido obtidos, a pontuação final de cada alternativa é calculada conforme a técnica do peso adicional; 6. o modelo de utilidade de múltiplos atributos de Keeney permite a avaliação da função utilidade dos atributos e o cálculo de seus pesos e 7 Shoval, Peretz e Lugasi, Yaacov - Artigo intitulado “Models for computer system evaluation and selection”, publicado em Information & Management Vol 12(3), Março de 1987, pp.117-129 7
  8. 8. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos difere dos outros modelos porque considera o risco e a incerteza. No presente trabalho, não se discutirão os prós e contras dos modelos acima. É suficiente ter em mente que, através deles, se é capaz de computar ou estimar os benefícios das alternativas e expressá-los em alguma escala. Uma vez que os benefícios dos sistemas alternativos tenham sido computados (usando-se qualquer dos modelos acima mencionados) e o custo de cada alternativa tenha sido calculado, resta decidir sobre qual seja o sistema preferido, pela comparação entre os benefícios de cada alternativa e seus custos associados. 2.2 Da aferição dos custos “Os estudos de custos relativos a sistemas de comunicações variam grandemente em objetivos e complexidade, mas são essencialmente de dois tipos, a saber: • Engenharia Econômica - projetados para suprir a administração com informações de custos para ajudá-la na avaliação dos méritos relativos dos vários projetos. Estes projetos geralmente se relacionam à construção de instalações para ampliação ou modernização e são projetados para responder a três questões fundamentais: • Por que empreender este projeto? • Por que fazê-lo agora? • Qual das várias alternativas que podem ser escolhidas provará ser a mais econômica a longo prazo? Em resumo, por que realizá-lo deste modo? • Necessidades de rendimentos e estudos de lucratividade - projetados para suprir a administração com informações de custos, para ajudá-la no estabelecimento ou revisão de preços ou taxas para os serviços de comunicações proporcionados ao público ou a terceiros. Para tanto, é necessário conhecer a natureza e tipos de custos. Os principais tipos de custos que devem ser reconhecidos, por requererem tratamentos distintos, são: • Custos de Operação - abrangem aqueles gastos, usualmente de natureza periódica, que são ou serão feitos porque a companhia opera uma instalação em funcionamento e que não são uma função direta dos custos de capital da instalação. • Custos de Capital - são aqueles contraídos porque a propriedade, tangível ou não, é adquirida. Decorrem da realização de investimentos e têm dois aspectos distintos: custos de capital inicial e custos periódicos de capital.”8 Observe-se que o fator custo não está incluído entre os atributos que contribuem para o benefício do sistema. O custo de sistemas alternativos é formado por vários componentes que se encontram espalhados sobre diversos horizontes de tempo. Sua acurada obtenção e sua comparação em termos significativos não é uma tarefa fácil. A determinação destes a partir de 8 Lish, M. A - op. Cit. Pag. 726. 8
  9. 9. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos preços e de sua base de cálculo para cada tipo de serviço pode ser demasiado complexa. Há muitos aspectos a considerar, tais como: • custos fixos - são cobrados uma só vez pela instalação do circuito e de todos os equipamentos relacionados. Podem ser significativos a partir da definição da largura de banda e dos equipamentos de interface em cada localidade. • custos variáveis, ou periódicos, são cobranças mensais pelo aluguel do circuito, persistindo enquanto este estiver ativo. Variam enormemente com a distância e o tipo de serviço. • custos de utilização são um montante adicional que o usuário deverá pagar cada vez que o circuito for utilizado. Dependendo do tipo de serviço, podem ser cobrados por minuto, por pacote de informação ou por sessão de serviço. Alguns serviços, como os dedicados E1, não tem custos de utilização, porém apresentam custos variáveis extremamente elevados. • custos de manutenção são aqueles associados com a continuidade do funcionamento do equipamento de interface de linha. A menos que o usuário alugue tanto a linha quanto o equipamento de conexão, algum outro processo de manutenção será necessário. Custos de manutenção potenciais são ocultos em casos de falhas e reconfigurações requeridas. “O processo decisório ocupar-se-á dos custos efetivos que consideram o balanceamento de todos os fatores tais como: largura de banda, throughput e demanda, juntamente com os custos fixos, periódicos, de uso e de manutenção.”9 Diferentemente dos benefícios, o custo industrial pode ser fácilmente medido e expresso em valores monetários, pelo que não é necessário expressá-lo em termos substitutos. Só é importante considerar todos os tipos de custos e expressá-los em termos de seus valores presentes. Para custos de telecomunicações, no entanto, deve-se considerar: “... a especificidade e o processo de produção altamente integrado dos serviços de comunicações. São fatores a serem considerados na decisão sobre o tipo de conexão a ser instalada entre dois pontos: custo, largura de banda, “throughput”10 efetivo, interfaces, grau de utilização e disponibilidade. Num sistema de telecomunicações, em função do uso de parte, e/ou, da totalidade da planta (sistema), o processo de geração dos serviços ocorre de diferentes formas, quais sejam: • Sistemas dedicados exclusivamente a um tipo de serviço; • Sistemas compartilhados por mais de um serviço; 9 Quiat, Barry and Bolles, Gary A - WAN - Network Computing - January 1993 10 “throughput” = taxa de entrega do sistema que não implica qualidade ou desempenho, visto serem estes decorrentes da conjugação de outros fatores, tal como o nível de ruído na linha. 9
  10. 10. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos • Serviços que utilizam sistemas dedicados e compartilhados. A partir da análise das tecnologias inerentes ao processo de produção e das demais atividades da Empresa, foram criados os centros de custos e de investimentos envolvidos com a prestação dos serviços...”11 2.3 Determinação da relação Custo/Benefício “Pelo fato de um investidor não fornecer deliberadamente qualquer dos seus fundos a um negócio, a menos que espere que sua receita seja suficiente para cobrir todos os seus custos correntes e, além disso, proporcionar um retorno aos seus investimentos, o retorno do capital torna-se um elemento necessário em qualquer estudo de custos de engenharia econômica ou de necessidade de receita. Por esta razão, o retorno do capital é considerado um elemento de custo. A determinação do nível de retorno do capital a ser usado em um estudo deve ser baseada numa combinação de fatores. Estes incluem a natureza do estudo, p.ex., engenharia econômica ou necessidades de receita; experiência passada; situação corrente quando do levantamento de novo capital que, por sua vez, é afetado pelo crédito corrente incidente no negócio; e clima e condições econômicas correntes.”12 Dado um elenco de sistemas alternativos, cada um com valores de custo e benefício calculados ou quantificados, um caminho comum para a seleção preferencial se apresenta pela simples divisão dos dois fatores (custo/benefício) proporcionando a decisão de seleção pela alternativa de valor mínimo, ou seu equivalente máximo (benefício/custo), onde a primeira taxa expressa o custo por unidade de benefício e a segunda expressa o nível de benefício por unidade de custo. Um exemplo é mostrado na tabela 1: FATORES ALTERNATIVAS A B C D CUSTO 700 400 500 500 BENEFÍCIO 0,9 0,5 0,8 0,6 CUSTO/BENEFÍCIO 777,8 800 625 833,3 TABELA 1 - Custo/Benefício de quatro sistemas alternativos Detalha-se o benefício e o custo para quatro sistemas alternativos. O benefício é expresso em uma escala de 0 a 1 e o custo em milhares de dólares. De acordo com a taxa de custo/benefício, a alternativa C é selecionada. Note que a alternativa D é inferior e poderia ser eliminada da consideração porque a alternativa C é dominante [custo de C = custo de D e benefício de C é maior que benefício de D]. O método tradicional de análise do custo/benefício considera somente a taxa entre os dois fatores, mas não considera seus valores absolutos. Então, outra alternativa, com benefício = 0,2 e custo = 125, por exemplo, é tão boa quanto a 11 PLANOP - CPqD Notícias - Boletim Informativo no. 133 - FEV/1996 12 Lish, M.A - op.cit. pag. 729. 10
  11. 11. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos alternativa C (desconsiderada a grande diferença em ambos os custos e benefícios entre as duas alternativas). O método do custo/benefício não considera, ainda, a importância relativa dos fatores de custo e benefício. Estes fatores podem ser de importância diferente para os decisores em diferentes circunstâncias. Podem existir situações onde o fator benefício, por exemplo, é muito importante e as considerações sobre o custo são menos concernentes, ou outras situações onde o fator custo se torne crucial como, por exemplo, na falta de fundos para investimentos, ainda que os benefícios sejam sacrificados. A importância dos benefícios e dos custos pode variar: em um extremo, o decisor irá selecionar a alternativa de maior benefício, talvez, independentemente de seu alto custo e, em outro extremo, selecionará a alternativa de custo mínimo, apesar de seu baixo benefício. Em qualquer caso, os dois fatores podem ter importância variável, e a seleção entre as alternativas se tornará sensível para valores absolutos de custo e benefício e para sua importância relativa. 2.3.1 A abordagem gráfica do custo/benefício A abordagem gráfica habilita o decisor a considerar com sensibilidade vários níveis de importância dos fatores de benefício e de custo. Usa-se ferramentas gráficas para esclarecer porque a taxa de custo/benefício isolada não é suficiente, e porque é importante considerar também os valores absolutos dos parâmetros, sua importância relativa para o decisor, e a sua atitude diante do risco e da incerteza. Para superar as limitações do empirismo tradicional, uma abordagem gráfica, combinando-se o modelo de Autovetor de Saaty e a abordagem do modelo de Utilidade de Keeney, é proposta. Não se sacrificam algoritmos por gráficos, porém estes são combinados. Os gráficos permitem salientar o que, de outra forma, estaria oculto na abordagem trivial da taxa de custo/benefício.Isto pode ser visto como um típico problema de lógica booleana mutuamente excludente. Contudo, percebe-se que a principal contribuição não é apenas uma introdução de um gráfico, mas a análise de várias formas de normalização de custos, e a combinação disto com os modelos de Autovetor e de Utilidade. Também, mostra-se a conexão entre considerações de custo/benefício e estilos de tomada de decisão, isto é, atitudes diante do risco e da incerteza. A fim de modularizar a técnica, desde que os avaliadores presumívelmente disponham de acesso a computadores, criou-se um modelo desta técnica usando ferramentas de Planilha Eletrônica. O modelo recebe valores de custo e de benefício para um dado elenco de alternativas e produz gráficos de custo- benefício, como baseados nos métodos de transfomação em discussão. Também, computa-se os valores p, que significam o peso/importância dos fatores de custo/benefício para as diferentes alternativas preferenciais. Os métodos são mostrados e discutidos a partir das figuras seguintes. 11
  12. 12. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 2.3.2 Transformação de custos a) Modelos tradicionais CN B 0,9 A 0,9 C 0,8 B b.c c.a 0,72 0,51 0,5 0 ... 0,38 0,67 ...1 p(benefício) 1 ... ...0 (1-p) (custo) Fig. 1. Gráfico do Custo/Benefício: Método de Transformação “A” As alternativas A, B e C da tabela 1 são usadas. Os dois eixos verticais são os benefícios (B) e o custo normalizado (CN). No eixo (B) estão marcados os valores de benefício, como obtidos no modelo de avaliação. No eixo (CN) estão marcados os valores de custo normalizado, isto é, valores de custo das alternativas que são transformados de tal forma que causem a presença da alternativa de maior custo na base inferior da escala, e a de menor custo se situe mais acima na escala (métodos de transformação serão discutidos na sequência). O eixo horizontal é o peso da escala e expressa a importância relativa, ou o peso dos fatores custo e benefício. A escala de pesos varia de 0 a 1, de forma que no ponto de intersecção com o eixo (B) o peso dos benefícios (p) é 1 e o custo (1-p) é 0, etc. A linha que liga os valores de (B) e (CN) para cada alternativa significa o benefício esperado da alternativa para qualquer ponto dado no eixo dos pesos. Vamos nos referir agora ao exemplo específico da figura 1. Nele, a seguinte fórmula de transformação de custo é aplicada: CN(min) = B(max); CN(i) = CN(min) . C(min) C(i) Este método atribui à alternativa de custo mínimo um valor de custo normalizado que iguala o valor da alternativa de maior benefício. 12
  13. 13. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos O custo normalizado de qualquer outra alternativa é decrescido proporcionalmente. Usando os valor de custo e benefício das alternativas A, B e C obtemos: CN(B) = 0,9; CN(A) = 0,9 . 400 = 0,51; 700 CN(C) = 0,9 . 400 = 0,72. 500 Estes valores são marcados no eixo (CN) e depois ligados aos respectivos pontos no eixo (B). As linhas das alternativas A e C se interceptam no ponto (c.a), e as linhas da alternativa B e C se interceptam em (b.c). A cobertura superior das linhas de intersecção é importante porque expressa o benefício máximo esperado de todas as alternativas em qualquer ponto do eixo dos pesos. Uma alternativa que esteja completamente abaixo desta linha é inferior e não precisa ser considerada (este seria o caso se tivéssemos marcado a linha correspondente à alternativa D da Tabela 1). A decisão sobre a alternativa preferida depende agora do decisor, isto é, sobre a importância relativa do custo e benefício. No nosso exemplo, para qualquer ponto que esteja à direita da intersecção (c.a), a alternativa A é preferível. Somente para pontos que estejam no centro, a alternativa C é preferencial. Considerando-se os pesos (p) dos benefícios para os quais os pares de linhas de intersecção são 0,38 (para b.c) e 0,67 (para c.a), encontra-se que a alternativa C é preferencial somente quando 0,38 ≤ p ≤ 0,67. Este resultado deveria ser comparado àquele do método custo/benefício inicial, que resultava na alternativa C como preferencial a qualquer taxa. Na figura 1, utilizamos um método para transformação de valores de custo sobre a escala (CN). Outras transformações são possíveis. A figura 2 mostra uma transformação baseada na fórmula: CN(max) = B(min); CN(i) = CN(max) . C(max) C(i) CN B 0,87 A 0,9 C 0,8 B b.c c.a 0,7 0,5 0,5 13
  14. 14. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 0 0,37 0,67 ...1 p(benefício Fig. 2. Gráfico do Custo/Benefício: Método de Transformação “B” Isto atribui à alternativa de custo máximo um valor de custo normalizado que iguala o valor da alternativa de benefício mínimo. O custo normalizado de qualquer outra alternativa é acrescido proporcionalmente. Para as mesmas três alternativas anteriores, agora temos: CN(A) = 0,5; CN(B) = 0,5 . 700 = 0,87; 400 CN(C) = 0,5 . 700 = 0,7. 500 Vemos, na figura 2 que as linhas dos mesmos pares de alternativas se interceptam (nos pontos b.c e c.a). Assim, novamente, o tomador de decisão deveria considerar as alternativas B ou C ou A, dependendo da importância relativa dos fatores de custo e benefício. Calculamos os pesos (p) nos pontos de intersecção (parte 2 do Apêndice) e descobrimos que desta vez a alternativa C é preferencial quando 0,37 ≤ p ≤ 0,67. Por outro lado, quando p < 0,67, a alternativa A é preferível e, quando p < 0,37, a alternativa B é preferencial. Comparada à figura 1, os pontos no eixo dos pesos, entre os quais a alternativa C é preferencial, elevaram-se alguma coisa à esquerda, isto é, no sentido do fator custo. Isto aconteceu porque na transformação corrente os valores de (CN) tornaram-se menores se comparados com o método anterior (enquanto os valores de B não mudaram). Obviamente, existe um problema aquí, já que os dois métodos de transformação retornam resultados de alguma forma diferentes, no mínimo em alguma faixa de pesos. Para ampliar o problema, mostramos na figura 3, a terceira transformação, baseada no seguinte esquema: primeiro, o valor máximo de custo é determinado. Isto reflete o custo máximo que o tomador de decisão está disposto a pagar por qualquer alternativa. Então, o custo normalizado de cada alternativa é determinado como a diferença entre o custo máximo e o custo atual da alternativa, dividida pelo custo máximo. CN(i) = custo.max - custo(i) custo.max No nosso exemplo, se o custo máximo for 850: CN(A) = (850-700) = 0,18 850 14
  15. 15. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos CN(B) =(850-400) = 0,53 850 CN(C) =(850-500) = 0,41 850 CN B 1 A 0,9 C 0,8 B b.c c.a 0,53 0,5 0,41 0,18 0 0,28 0,7 ...1 p(benefício Fig. 3. Gráfico do Custo/Benefício: Método de Transformação “C” Aquí, novamente, as linhas dos mesmos pares de alternativas se interceptam (nos pontos b.c e c.a), mas desta vez os respectivos pontos no eixo dos pesos são 0,28 e 0,70. Aquí, a alternativa C é preferível quando p estiver na maior faixa de 0,28 ≤ p ≤ 0,7, porque esta tranformação causou o decréscimo do valor de (CN) para a alternativa A e um incremento em maior proporção naquele da alternativa B, em relação aos dois casos anteriores. Agora temos três métodos para transformação de custos. Contudo, apesar das vantagens do método gráfico de análise custo/benefício em relação ao método clássico terem sido esclarecidas, um novo problema foi encontrado: aquele da determinação de qual esquema de transformação usar, desde que cada um resulta em diferentes faixa de pesos de fatores de custo e benefício. Para superarmos este problema, um enfoque diferente para a transformação de custo deve ser considerado. b) A transformação subjetiva de custos [o Autovetor (“Eingenvector”) de Saaty] Os métodos anteriores foram baseados em uma transformação linear dos valores de custos onde, a cada vez, uma base diferente era usada. Agora, um esquema de transformação diferente é considerado, baseado em uma transformação subjetiva, fundada no modelo “Autovetor” de Saaty. Este modelo 15
  16. 16. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos permite a determinação de preferência, usando uma matriz para executar comparações paritárias entre alternativas. A fim de determinar a preferência entre “n” alternativas, o tomador de decisões entra com valores em uma matriz n x n, usando comparações paritárias entre todas as alternativas. Assim, em cada célula (i,j), o tomador de decisão expressa a importância relativa da alternativa i com respeito à alternativa j (só é necessário entrar com metade da matriz, como se fosse simétrica). Os valores do autovetor constituem os escores das alternativas. O modelo de Saaty pode ser utilizado como um método para transformação de custos. Em nosso caso, o decisor entra valores em uma matriz em que uma comparação paritária é feita entre valores de custo. Assim, cada célula (i,j) expressa a preferência relativa de custo da alternativa i respectiva a j. Obviamente, uma alternativa com menor custo é preferível. Um exemplo é mostrado na tabela 2. Ele é baseado nas mesmas alternativas iniciais. Uma escala de 0 a 9 é usada para as comparações. i j A B C Autovetor Normalizado A 1 1/6 1 / 4 0,09 B 6 1 2 0,56 C 4 1/2 1 0,35 TABELA 2 - Matriz de Comparação Paritária de Saaty A última coluna da Tabela 2 mostra o autovetor normalizado da matriz, para o autovetor máximo. Os valores desse autovetor são usados como valores de (CN) no respectivo gráfico de custo benefício, como mostrado na figura 4. CN B 1 A 0,9 C c.a 0,8 B b.c 0,56 0,5 0,35 0,09 0 0,42 0,72 ...1 p(benefício 16
  17. 17. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Fig. 4. Gráfico do Custo/Benefício: Transformação baseada no Modelo “Autovetor” de Saaty Os pontos em que as linhas das alternativas A, C interceptam as alternativas B, C são 0,72 e 0,42, respectivamente, e resulta que a alternativa C é preferível na faixa 0,42 ≤ p ≤ 0,72. Uma transformação de custo baseada no modelo de autovetor considera a importância relativa, ou preferencial, de cada valor de custo, em comparação com outros. Isto é preferível aos modelos lineares tradicionais. Adicionalmente, este modelo capacita alguém a examinar a consistência dos tomadores de decisão. A limitação, porém, reside no fato de que este método não está baseado em um modelo normativo para o decisor que reflita regras comportamentais e considere riscos e incertezas intervenientes no processo decisório. 2.3.4 O modelo de utilidade de múltiplos atributos de Keeney O modelo de utilidade, baseado em axiomas de transitividade e continuidade da preferência através de uma técnica probabilística (Von-Neuman-Morgenstern), pode ser aplicado ao problema de transformação de custo a partir de um dado elenco de valores. Na figura 5, estão impressos três estilos de tomada de decisão diante do fator risco: utilidade 1 (2) 0,9 (1) 0,67 0,4 (3) custo 700 600 500 400 Fig. 5. Gráfico das Curvas de Utilidade dos três estilos de Tomada de Decisão No eixo das abscissas, em ordem decrescente, estão os valores de custo. No eixo das ordenadas, está a medida de utilidade do custo. Assim, (1) significa 17
  18. 18. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos que um determinado decisor é indiferente ao risco, (2) indica o grau de aversão ao risco e (3) identifica o estilo do decisor disposto a assumir riscos. O modelo de utilidade pode ser aplicado ao problema de transformação de custo a partir de um elenco dado de valores de custos (das alternativas) a ser avaliado em função da utilidade do custo. Para definir a utilidade do custo, primeiro define-se o valor do custo Ci * para o qual a utilidade U(Ci * ) = 1 e um valor Ci 0 para o qual a utilidade U(Ci 0 ) = 0. Para um dado elenco de valores de custo, este será diretamente orientado no sentido de tomarem-se valores extremos, de tal forma que Ci * será a alternativa de menor custo e Ci 0 a de maior custo. No exemplo dado, CB * = 400 e CA 0 = 700 então U(400) =1 e U(700) =0. Assim, os dois pontos extremos terão sido obtidos na curva de utilidade do custo. Agora, no sentido de avaliar a utilidade de um nível particular de custo (denotado como Ci ’ ) endereça-se ao decisor a seguinte questão: “Você tem as duas opções seguintes: • opção 1 - O custo da alternativa i é Ci ’ e você tem certeza da obtenção desta alternativa. • Opção 2 - O custo da alternativa i é dado em um cartão de loteria, em que existe a probabilidade q de que o custo seja Ci * e a probabilidade (1-q) de que o custo da alternativa seja Ci 0 . Os atributos remanescentes estão no mesmo nível fixado. A que valor de q você será indiferente para a escolha entre as duas opções ?”13 Quando o tomador de decisão é indiferente a ambas as opções 1 e 2, diz-se que a utilidade do custo para a primeira opção equivale àquela esperada utilidade do custo para a segunda opção. Isto significa que: U(Ci ’ ) = q x U(Ci * ) + (1- q) x U(Ci 0 ). Desde que U(Ci * ) = 1 e U(Ci 0 ) = 0 , obtém-se U(Ci ’ ) = q. Isto significa que a probabilidade é a da utilidade do custo da alternativa i. Desta forma pode-se encontrar a utilidade do custo para várias alternativas. Retornando ao exemplo dado, já se tem determinado que para a alternativa A, U(700) = 0, e que para a alternativa B, U(400) = 1. Calcula-se agora a utilidade do custo para a alternativa C, U(500), cuja probabilidade (q) será determinada pelo decisor com a condição de este ser indiferente em relação às outras duas. Esta probabilidade depende, naturalmente, da atitude frente ao risco. Três são as possibilidades: a) o decisor é indiferente ao risco; b) o decisor tem aversão ao risco; e c) o decisor procura o risco. Examine-se agora a utilidade do custo para a alternativa C para estas três possibilidades. a) O decisor é indiferente ao risco 13 Shoval, Peretz et alli , op. cit. pag. 169. 18
  19. 19. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Para este caso, assume-se que q = 0,67, isto é: U(500) = q x U(400) + (1-q) x U(700) = 0,67 x 1 + (1-0,67) x 0 = 0,67. O custo esperado para a opção 2 com q = 0,67 rende: 0,67x 400 + (1-0,67)x 700 = 500. Assim, o custo esperado para a opção 2 equivale ao custo da opção 1. b) decisor é avesso ao risco Para este caso, assume-se que q = 0,29, isto é U(500) = 0,9. O significado de aversão ao risco aquí é que a condição para que o decisor selecione a opção incerta (2) está na alta probabilidade (0,9 > 0,67) de obtenção de um sistema de menor custo. O custo esperado aquí é menor que o custo da alternativa que o decisor está certo de obter: 0,4 x 400 + (1-0,9) x 700 = 230 < 500. c) o decisor procura o risco Aquí, assume-se que q = 0,4. O significado da busca do risco é que o decisor irá selecionar a opção incerta (2) para a menor probabilidade (0,4 < 0,67) de oter o sistema de menor custo. O custo esperado é agora mais que o custo da opção assegurada. 0,4 x 400 + (1-0,4) x 700 = 580 > 500. Os três casos acima estão sumarizados na figura 5, que sugere a forma das curvas de utilidade para os três estilos de decisor. O eixo horizontal é dos valores de custo (de cima para baixo) e o eixo vertical é da utilidade do custo: (1) significa um decisor indiferente ao risco; (2) o estilo de decisor avesso ao risco; e (3) o decisor que procura o risco. Os valores apropriados de q para o custo de 500 (da alternativa C) estão marcados no eixo da utilidade. Agora, que foram vistas as três transformações possíveis dos valores de custo para os três estilos de tomada de decisão, pode-se retornar ao gráfico de custo-benefício e examinar qual das três alternativas originais é preferível, e o nível de importância dos fatores de custo e de benefício. CN B 1 B b.c2 A 0,9 0,9 c2.a C2 b.c1 c1.a 0,8 b.c3 c3.a 0,67 C1 0,4 0,5 19
  20. 20. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos C3 0 0,25 0,53 0,67 0,8 ...1 p(benefício procura o risco 0,87 0,9 indiferente ao risco avesso ao risco Fig. 6. Gráfico do Custo/Benefício: Transformação baseada no Modelo de Utilidade de Keeney. A figura 6 mostra os gráficos de custo-benefício dos três casos. Para as alternativas A e B os valores de (CN) custos normalizados são 0 e 1, respectivamente. Para a alternativa C, três diferentes valores de (CN) estão marcados, para os três diferentes estilos de tomada de decisão, e daí três diferentes linhas estão desenhadas a partir desta alternativa: a linha C1 (para q = 0,67), a linha C2 (para q = 0,9) e a linha C3 (para q = 0,4). Para os três casos (linhas C), três diferentes conjuntos de pontos de intersecção entre pares de alternativas são obtidos. Os valores p, no eixo dos pesos, são: • para o caso de C1 (indiferente ao risco): 0,53 ≤ p ≤ 0,87; • para o caso de C2 (avesso ao risco): 0,25 ≤ p ≤ 0,9; • para o caso de C3 (procura o risco): 0,67 ≤ p ≤ 0,8; O que se pode aprender disto ? Aprende-se que quanto mais se persegue o risco, mais estreita é a faixa de p para preferência pela alternativa C; quanto mais aversão ao risco, mais larga é a faixa para aquela alternativa. O comportamento da pessoa que é avessa ao risco é mais similar ao comportamento daquele decisor que adota a abordagem pura de custo- benefício, de acordo com a qual a alternativa C é preferencial a qualquer taxa. O oposto é verdade para o perseguidor de risco, que tende a preferir menos uma “certa” alternativa C. Considerando em mais detalhes o caso do perseguidor de risco, observa-se que, em algumas situações, a alternativa C não será considerada de forma alguma. Somente a alternativa A ou B serão selecionadas. Isto aconterá para 20
  21. 21. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos os valores de q que causem a linha C3 abaixo do ponto de intersecção entre as linhas A e B. Naquele ponto: 0,9 x p + 0 x (1 - p) = 0,5 x p + 1 x (1 - p); ⇒ p = 0,71 Para p = 0,71 a seguinte equação retorna: 0,9 x 0,71 + 0,9 x (1 - 0,71) = 0,8 x 0,71 + q x (1 - 0,71), donde se obtém: q = 0,25. Daí, se o decisor (aquele que persegue o risco) é indiferente entre as duas opções em q ≤ 0,25, o método gráfico de análise custo/benefício mostra que a alternativa C nunca será selecionada. Ainda que a importância do benefício p ≥ 0,71 e do custo (1 - p) ≤ 0,29, o decisor irá preferir a alternativa A, ou a alternativa B se a importância do benefício for p ≤ 0,71. A transformação de custo baseada no modelo de utilidade de Keeney é, portanto, preferível em relação a outros métodos, porque baseia-se em um modelo normativo que inclui axiomas que refletem regras comportamentais do decisor na determinação de preferências, considerando a importância de fatores de risco e incertezas. A dificuldade na aplicação do modelo é minimizada, desde que a utilidade de alguns poucos valores de custo possa ser determinada. A combinação dos métodos gráficos de análise com esse modelo de transformação de custo parece ser a solução apropriada para o problema da seleção entre sistemas alternativos. 21
  22. 22. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 3. FERRAMENTAS DE SUPORTE À DECISÃO GERENCIAL “Independentemente do método ou enfoque de modelagem utilizado, é improvável que um analista compreenda completamente o domínio do problema e as responsabilidades do sistema na fase inicial de um projeto. A análise é um processo de aprendizado contínuo sobre as nuanças de um domínio de problemas e das responsabilidades de um sistema.”14 O crescente número de computadores multimídia, combinado com a importância dos usuários de softwares distribuídos, tem criado uma nova forma de investigação: softwares cooperativos em multimídia. Este tipo de software é projetado com um conjunto de ferramentas residente ou interfaceando com ferramentas existentes, tais como: • ferramentas para tarefas de comunicação distribuída; • ferramentas de computação para entidades de alto nível, como a noção de grupo ISIS; • ferramentas para processamento de entrada e saída de multimídia; • ferramentas de interface gráfica de usuário (Widgets Motif ou Athena em Xwindow e SDK em Windows) Dada a realidade da multidisciplinariedade inerente às problemáticas atualmente tratadas, a interconexão dessas ferramentas especializadas produzirá suporte de programação eficaz para, por exemplo, permitir a implementação de um sistema de decisão colegiada em tempo real, em que os usuários votam de acordo com seu perfil decisório, independentemente de sua localização geográfica. Isto é uma possibilidade real do advento da reunião virtual de diretoria colegiada. 3.1 TMN - Telecommunications Management Network A TMN é, conceitualmente, uma rede sobreposta que realiza a interface com uma rede de telecomunicações em vários pontos, com a finalidade de enviar e receber informações para controle de sua operação. Considerando as necessidades da administração e do gerenciamento de redes públicas e privadas, tais como planejamento, instalação, operação, manutenção e provisionamento de redes e serviços de telecomunicações, dentro da TMN são identificadas cinco áreas funcionais de gerenciamento: (a) Gerência de Desempenho • Medidas de tráfego • Completamento de chamada • Desempenho de pessoal 14 Coad, Peter e Yourdon, Edward - ANÁLISE BASEADA EM OBJETOS, Tradução CT informática, Campus, 1992. 22
  23. 23. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos (b) Gerência de Falha • Teste • Supervisão de Alarme • Relatório de problemas (c) Gerência de Configuração • Provisionamento de recursos por ordem de serviço • Configuração de recursos • Informação sobre recursos disponíveis/alocados (d) Gerência de Contabilização • Custo da rede • Taxa de utilização da rede • Receita auferida pela rede (e) Gerência de Segurança • Controle de acesso • Alarme de segurança • Relatório para auditoria Considera-se que as funções de gerenciamento do OSI cobrem satisfatoriamente as situações do ambiente de Telecomunicações, exceto quando os objetos gerenciados não seguirem o RM-OSI, adotado como padrão para modelar os diversos níveis de comunicação. Os motivos que levaram à busca de padronização foram: • redução da complexidade de projeto; • padronização de procedimentos; • facilidade de troca da implementação; • minimização da quantidade de informações a tratar entre as camadas, através de interfaces bem definidas. Não há necessidade de implementação do Modelo OSI em Redes Locais, uma vez que nestas não se verificam os problemas de conectividade/compatibilidade que justificam a implementação de protocolos de comunicação destinados à conexão de sistemas abertos. Graças à camada de transporte, é possível aos programas de aplicação serem escritos usando-se um conjunto padrão de primitivas, e fazer com que esses programas funcionem sobre uma ampla variedade de redes, sem a preocupação de lidar com interfaces de sub-redes diferentes e transmissões não confiáveis. Se todas as redes reais fossem perfeitas e tivessem as mesmas primitivas de serviço, é provável que a camada de transporte não fosse necessária. 23
  24. 24. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Entretanto, ela cumpre no mundo real a função básica de isolar as camadas superiores da tecnologia, do projeto e das imperfeições da sub-rede. Sua tarefa é prover o transporte confiável e econômico de dados do equipamento de origem para o de destino, independentremente da rede física ou das redes atualmente em uso. Sem a camada de transporte, todo o conceito de protocolos em camadas teria pouco sentido. 3.1.1 A função Contabilização Dentre os módulos acima descritos e para os propósitos do presente trabalho, destaca-se a Gerência de Contabilização, a partir da qual se poderá obter os dados necessários a uma efetiva gerência de custos dos diversos elementos de uma Rede de Telecomunicações. Tais dados hão de compor a Base de Dados Corporativa que fomentará o Sistema de Suporte à Decisão, nos moldes do Colegiado de Votação a ser descrito na sequência. 3.1.2 GDMO - Classes de Objetos Gerenciados. Existe uma grande variedade de técnicas disponíveis para representar uma estrutura que reflita agrupamento de dados ou funcionalidades em objetos gerenciados. As técnicas de estruturação, a partir de máscaras (ou “templates”) pré-definidos em ASN-1 (linguagem modelo de representação), são descritas na norma ISO/IEC 10165-1 e na Recomendação X.721 do ITU- T, incluindo: • Grupos de atributos • Subclasses (especialização) • Herança múltipla • Objetos gerenciados subordinados (containment) • Pacotes Tais técnicas permitem a implementação de captores automáticos de informações julgadas relevantes ao gerenciamento, tais como os custos realmente incorridos na implementação, operação e manutenção do Sistema ou da Rede de Telecomunicações. O GDMO - Guia para Definição de Objetos Gerenciados oferece diversificadas opções de desenvolvimento de classes dedicadas, como as que compõem as classes da ferramenta COCACOM - Classes of Objects for Multimedia Co-operating Application Design on Distributed Architecture15 , a que pertence a aplicação de voto cooperativo ilustrada no item 3.2.2, em sequência. Tal estrutura permite o desenvolvimento de aplicações de software distribuido e provê uma plataforma geral de desenvolvimento incluindo componentes, comunicação e capacidades de interface. Essas ferramentas incluem 5 classes básicas, cada uma representando um tópico diferente: paralelismo, 15 Courtrai, L. et alli in SMAC - INTEGRATED BROADBAND COMMUNICATIONS AND COLLABORATIVE WORK IN THE AUTOMOTIVE INDUSTRY, University of Trento, Italy, 1995. 24
  25. 25. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos multimídia, interface de usuário, noção de evento e trabalho cooperativo. Mais precisamente, apresenta-se objetos ativos e passivos (tarefas), grupos de objetos gerenciados, objetos meio e objetos reflexos. Classe Objeto Herança Figura 8 - Objetos Complexos de uma Aplicação A classe de objetos tarefa representa a decomposição granular de uma aplicação em entidades autonômas que, quando executadas, serão distribuídas pela rede. Define-se os componentes da aplicação pela especificação de diferentes tarefas. Estes objetos ativos (agentes) controlam os passivos (subordinados) da aplicação. A cooperação de tarefas é baseada na comunicação assíncrona pelo envio mútuo de mensagens. A interface de programação é a mesma para comunicações locais e de longa distância. As tarefas serão criadas dinâmicamente pela primitiva: t=nova tarefa (“tipo”, host, argumentos...). O programador tem de especificar o nome de algum componente de software (que representa a tarefa) e eventualmente especificar o site em que queira localizá-lo (se o argumento não for especificado, o sistema definirá a localização). Uma tarefa pode então cooperar de outra forma. As primitivas send e waitFrom permitem enviar e ler mensagens entre tarefas. A comunicação é transparente qualquer que seja a localização da tarefa tencionada. Cada tarefa tem um ambiente local que é gerenciado pela atividade da tarefa de forma dinâmica. Ela contém todos os outros objetos da aplicação. 25 Objeto perceptíve l com reação Objeto perceptíve l Aplicação objetomeio TextoImagem m Gerência SomTarefa de comunicaçã o Grupo reflexo Tarefa interface
  26. 26. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Local 1 t.send(msg) Local 2 m=waitFrom() tarefa tarefa t=nova tarefa (tipo,local, args...) instanciação invocação de método Figura 9 - Interface de programação do objeto tarefa Grupos de objetos são entidades que contém muitos outros objetos. Eles provêm a aplicação com um novo sistema de nomeação persistente e sobrevivem depois do término da aplicação, assim eles permitem à tarefa comunicar-se de forma desconectada. Cada objeto irá pertencer a um ou vários grupos e será aberto a outros objetos que tem referência com o seu grupo. Consequentemente, os grupos serão o suporte da cooperação entre tarefas. Um grupo é nomeado por um identificador que deverá ser conhecido por todas as aplicações. As funções de classe de grupo são: • g=new Group (“identificador”), primitiva criadora de grupo chamada “identificador” se este não existir. De outra forma, dará a referência do grupo existente; • g.join(self), primitiva que requer a adesão da tarefa corrente ao grupo; • comunicação entre grupos usa comunicação entre tarefas; • g.send(char*), primitiva que envia mensagem a todos os grupos de tarefas; • g.apply(), função que aplica um método a todas as tarefas do grupo; • comunicação entre grupos usa comunicação entre tarefas. A classe de grupo provê um conjunto completo de métodos de sincronização para as tarefas de grupo. 3.2 GIRS - Gerência Integrada de Redes e Serviços “Network Management is one of the most ambiguous concepts in the telecommunications world. Despite the impression that some vendors convey, a network management system is not something that you buy and install like a piece of equipment. It is a set of tools, techiques, policies, and procedures that you develop for your own network”16 16 Green, James Harry - Network Management Systems - op.cit. pag. 494. “Gerência de Rede é um dos mais ambíguos conceitos no mundo das telecomunicações. Apesar da impressão conveniente a alguns vendedores, um sistema de gerência não é algo que você compra e instala como uma peça de equipamento. É um conjunto de ferramentas, técnicas, políticas e procedimentos que você desenvolve para sua própria rede.” 26 tarefa
  27. 27. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 3.2.1 PLANOP O PLANOP - Plano de Operações Integradas nasceu da necessidade de adaptação a um ambiente de competitividade, evolução tecnológica, padronização internacional e exigências de mercado e é resultado de uma iniciativa (OUT/94) de desenvolvimento conjunto da TELEBRÁS, (através de seu Departamento de Planejamento e Desenvolvimento Operacional), do Departamento de Sistemas de Operação do CPqD e de 12 Empresas Operadoras do STB17 , visando aprimorar o desempenho operacional, através da automatização dos processos empresariais e o consequente incremento da produtividade, da qualidade dos serviços prestados e o pronto atendimento às demandas dos Clientes. Até o presente, a automatização ocorreu de forma isolada, fazendo com que coexistam diversos sistemas proprietários de forma não integrada. “O PLANOP considera a empresa como um todo, garantindo a integração dos sistemas utilizados na automatização das funções e dos serviços fornecidos aos Clientes do STB. O sistema utiliza metodologia fundamentada na Engenharia da Informação e suportada por ferramentas I-CASE. Na fase de planejamento da metodologia, são identificadas as atividades que uma empresa operadora de telecomunicações deve realizar para suportar o seu negócio, assim como as informações associadas à realização destas atividades. As atividades são organizadas no chamado Modelo Corporativo de Dados. Associando-se os modelos e utilizando os critérios de afinidade entre atividades e informações, identificam-se as famílias de Sistemas de Operações e as Bases de Dados Corporativas. Entre os principais benefícios do PLANOP, podemos citar melhorias na manutenção preventiva da planta, otimização da força de trabalho, melhoria nas condições de trabalho, diminuição do prazo para atendimento ao cliente, melhorias no desempenho da rede, otimização dos investimentos, agilização na entrada em operação de novos serviços e aumento na satisfação dos clientes. Além disso, a Gerência Integrada de Redes e Serviços é condição essencial para que as empresas de telecomunicações funcionem corretamente e sobrevivam no cenário de concorrência nacional e internacional.” [3]. 3.2.2 Possibilidades Os NEDS - Núcleos de Especificação e Desenvolvimento de Sistemas, em algumas Empresas Operadoras, e os CEDS - Centros de Especificação e Desenvolvimento de Sistemas, previstos para funcionar no CPqD, que entrarão em operação em 1996 atuando em um ambiente distribuído e integrado, poderiam ser instruídos no sentido de embutir na Família de 17 CRT(associada), CTBC, EMBRATEL, TELEBAHIA, TELEBRASÍLIA, TELECEARÁ, TELEMIG, TELEPAR, TELERJ, TELESC, TELESP e TELPA. 27
  28. 28. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Sistemas de Operação, correspondente à função Contabilização, um procedimento de captação de dados relativos a custos, que viessem compor a Base de Dados Corporativa relativa a Projetos, permitindo assim a coleta automatizada de dados para entrada em um módulo de análise gerencial, o qual geraria, a partir dos métodos aquí propostos, informações precisas para a tomada de decisão em tempo real. Tal iniciativa permitiria a implementação de sistema virtual de decisão colegiada, em que somente aqueles usuários pertencentes ao grupo diretor da instituição seriam autorizados a votar, conforme adaptação do modelo de voto descrito a seguir. “A tarefa de inicialização criará dois grupos de SIM ou NÃO que aparecerão em caixas de diálogo. Esta tarefa enviará então uma mensagem ao grupo participante que induzirá a criação de uma tarefa de votação específica para cada participante. Cada participante poderá, então, inscrever-se para um dos dois grupos de diálogo. O “status” temporário da votação será atingido pela consulta aos membros dos grupos SIM ou NÃO. GRUPOS Grupo 1 Grupo 2 Inicia voto Tarefa voto P1 voto P2 voto P3 pertence a envio de MSG instanciação FIGURA 7 - O SISTEMA COOPERATIVO DE VOTAÇÃO Uma tarefa de votação é composta de: • um objeto meio que descreve o propósito do voto; • 2 objetos meio conectados para reflexão do objeto para subscrição; • um objeto de gerenciamento que inclui os três anteriores. objeto reflexo inscreve-se em uma caixa de diálogo e fecha a aplicação de votação para o participante correspondente. São condições de término da aplicação, definidas pela tarefa de inicialização: • esperar pela expiração de temporização; • iniciar uma ação reflexa quando cada tarefa de votação parar; 28 PARTICIPANTENÃOSIM
  29. 29. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos • leitura periódica do status de votação.”18 18 COURTRAY, L. et alli - op.cit. pag. 103 29
  30. 30. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 4. SELEÇÃO DE ARQUITETURAS E TOPOLOGIAS DE REDE (Implicações econômicas) “A evolução tecnológica e a consequente diminuição dos custos dos computadores tornou cada vez mais atraente a distribuição do poder computacional em módulos processadores localizados em diversos pontos de uma organização. A necessidade de interconexão desses módulos processadores de forma a permitir o compartilhamento de recursos de hardware e software e a troca de informações entre seus usuários criou o ambiente propício para o desenvolvimento das Redes de Computadores.”19 4.1 Arquiteturas “Como já dissemos, o projeto da rede consiste na definição da arquitetura da mesma; dos diversos equipamentos que a compõem, das facilidades de comunicação para interconexão dos nós da rede e da topologia utilizada para esta interconexão, juntamente com os diversos protocolos envolvidos.”20 Genéricamente, as Redes Locais (LAN’s) se caracterizam pela interconexão de vários computadores localizados em um mesmo prédio ou campus, até a distância máxima de 1 (um) km. Já as Redes de Longa Distância (MAN, WAN e GAN), Padrão IEEE 802.6, se caracterizam pela localização geográfica mais espalhada, interconectando computadores em cidades, países e redes intercontinentais. 4.1.1 Estudo de Caso Como exemplo de um projeto de alocação de capacidade, tome-se o seguinte estudo de caso: Um usuário indústria sediado em Betim tem três escritórios de venda em São Paulo - Capital, uma subsidiária em Juiz de Fora e um escritório de representação em Tóquio, os quais ele deseja interligar através de serviços de comunicação de dados e/ou telemáticos. 1) Entre Betim e Juiz de Fora as aplicações são: consultas e atualizações de estoque de produtos e matéria prima, as quais ocorrem em média 120 vezes ao dia, compondo-se de 3 transações com comprimento médio de 100 Bytes no sentido terminal-host (Juiz de Fora - Betim) 470 Bytes no sentido host- terminal. Transferência de arquivos sobre volume de vendas do dia anterior e previsão de compra de Juiz de Fora, que ocorre todos os dias às 08:30 horas, com volume total de 2,7 Mbytes. O host é um IBM 3090 e o terminal é um microcomputador de última geração. 19 SOARES, L. F. G. et alli - REDES DE COMPUTADORES - Das LANs, MANs e WANs às Redes ATM, EMBRATEL, Campus, RJ, 1995. 20 BRITO, José M.C. - PROJETO E ANÁLISE DE REDES DE COMPUTADORES, INATEL 30
  31. 31. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 2) Entre Betim e São Paulo as aplicações são: Consultas sobre estoques e preços, e emissão de pedidos de produtos, consistindo de quatro transações com comprimento médio de 970 Bytes no sentido host-terminal (Betim-São Paulo) e de 100 Bytes no sentido terminal-host. Os três escritórios juntos geram em média 1200 consultas por dia sendo 500 no horário de pico entre 10:30 e 11:30 horas. Nos escritórios existem redes locais Ethernet com 5 estações em cada uma. 3) Entre Betim e Toquio são trocadas informações sobre atualização de preços e informações gerenciais, as quais atualmente são tratadas por telefone, existindo a dificuldade causada pela diferença de fuso horário. O volume médio de informações é de 12000 Bytes por dia. Defina a melhor solução para o cliente, sob os pontos de vista técnico e econômico para cada uma das necessidades de interligação. Dimensione equipamentos, softwares de comunicação e serviço de Comunicação de Dados e/ou telemático, apresentando somente os custos de comunicação. Os serviços disponíveis são: Minaspac/Renpac/Interdata, Minasdata/Minasdata- Plus/Transdata, MinasMail-400/STM-400. Para a necessidade de comunicação com Tóquio, analisar custos de telefonia. Abaixo são apresentados os degraus para os serviços disponíveis: Rota MinasDATA MinasPAC Degrau pt/pt Degrau na rede BET - JFA 2 4 BET - SPO 3 5 BET - JAPÃO Internacional Internacional Considerar : 10 horas/dia 22 dias/mês Consulta = n transações Tabela 3 - Degrau Tarifário por Rota duplo sentido terminal-host ou host-terminal DESCRIÇÃO UNIDADE BETIM-JFA BETIM-SPO BETIM- TÓQUIO Transações/seg tr/seg 3 4 Mensagens "Inbound" Bytes 100 100 31
  32. 32. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Mensagens “Outbound" Bytes 470 970 Horários hh/mm 8:30 10:30-11:30 Tráfego na HMM transação 500 Freq.Média Transações transação 120 1200 Volume Total Kbytes/dia 2700 12 Tabela 4 - Parâmetros por Rota Cálculo: 1) Betim-Juiz de Fora: • Consulta e atualização: Vbet-jfa = 120x470x3x8 = 1.353.600 = ~= 1.200 bps 10x360 10x3600 • Segmentos (64 octetos): SEGbet-jfa = 120x(470+100)x3x22 = • Transferência de arquivos: Tseg = 2,7 Mega x 22 dias = 64 octetos (70.537,5 seg/mês + 928.125 seg/mês) x 0,001499 = TARIFAÇÃO DEGRAU : 1 2 3 4 NACIONAL (telefonia) 0,09 0,15 0,225 0,3 MinasPac 0,001499 MinasData 2.080,60 INTERNACIONAL (*) degrau 10 = $ 522,03 Fonte: tabelas da apostila e tarifas do STB. (*) 1o.minuto cheio e demais a cada 6 segundos Tabela 5 - Tarifação por Degrau 37,6 bits/seg 70.537,5 seg/mês 928.125 seg/mês $ 1.496,99 32
  33. 33. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos VELOCIDADES (bps) transferência (min.) MinasPac (Rede Comutada) MinasData (Rede Dedicada) preço (acesso) tarifa (uso) Total preço (acesso) 1.200 300 237,76 1.497,00 1.734,76 655,54 2.400 150 441,00 1.497,00 1.938,00 983,31 4.800 75 516,16 1.497,00 2.013,16 1.475,07 9.600 37,5 580,20 1.497,00 2.077,20 2212,40 14.400 25 -- -- -- 2654,88 19.200 19 696,30 1.497,00 2.193,30 2876,12 64K 6 1.641,42 1.497,00 3.138,42 4424,80 Tabela 6 - Preço por Tipo do Serviço e Velocidade do Canal 2) Betim-São Paulo : • Consulta e atualização: Vbet-spo=500x970x4x8= 15.520.000=~4.800bps 3600 3600 • Segmentos (64 octetos): SEGbet-spo = 1200x(970+100)x4x22 = 64 octetos Custo = 1.765.500 seg/mês x 0,001576 = VELOCIDADE (bps) MinasPac (Rede Comutada) MinasData (Rede Dedicada) preço (acesso) tarifa (uso) Total preço (acesso) 4.800 516,16 2.782,43 3.298,59 1.475,07 Tabela 7 - Resultado Comparativo de Custo dos Serviços 3) Betim-Tóquio : • Correio Eletrônico: Vtóq-bet = 12Kx8x22 = 2.112.000 = 1.200 1.200 • Segmentos (64 octetos): 4.311,11 bits/seg 1.765.500 seg/mês $ 2.782,43 1.760 bps 33
  34. 34. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos SEGbet-tóq = 12 kiloctetos x 22 = Custo = 264 x 0,08566 = ROTA VELOCI- DADE (bps) tempo (seg) tarifa (uso) acesso MinasPac tarifa cx.postal valor do kilocteto total Tóquio- Betim 1200 1.760 0,0228 1 522,03 40,14 45,22 614,80 Betim- Tóquio 9600 220 0,0228 1 -- 5,02 45,22 57,65 Tabela 8 - Resultado para a Rota Tóquio-Betim-Tóquio. Figura 10 - Configuração do Projeto de Conexão - MAN e WAN ACESSO À REDE MINASPAC - COMUTADA DESCRIÇÃO unidade BETIM-JFA BETIM-SPO BETIM- TOQ TOTAIS QUANT . CUSTO QUANT . CUSTO QUANT . CUSTO QUANT. CUSTO roteador porta 1 15000,00 1 15.000,00 enlace 1.200 bps 1 343,50 1 614,80 2 958,30 enlace 4.800 bps 1 1907,42 1 3298,59 2 5.206,01 enlace 9.600 bps 1 1971,46 1 57,65 2 2.029,11 TOTAL 2 2250,92 3 20.270,05 2 672,45 7 23.193,42 Tabela 9 - Quantidade e Custo dos Equipamentos por Rota 264 Koctetos/mês $ 22,61 34
  35. 35. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos ACESSO À REDE MINASDATA - DEDICADA DESCRIÇÃO unidade BETIM-JFA BETIM-SPO TOTAIS QUANT CUSTO QUANT CUSTO QUANT. CUSTO enlace 1.200 bps 1 655,54 1 655,54 enlace 4.800 bps 1 1.475,07 2 1.605,58 3 3.080,65 enlace 9.600 bps TOTAL 2 2.130,61 2 1.605,58 3.736,19 Tabela 10 - Custo dos Enlaces por Rota 4.1.2 Sistemas Centralizados versus Sistemas Distribuídos A diferença marcante entre sistemas centralizados (fortemente acoplados) e sistemas distribuídos (fracamente acoplados) reside no fato de que, em sistemas fracamente acoplados, a única forma de interação entre os módulos processadores se dá através da troca de mensagens, enquanto que, em sistemas fortemente acoplados, existe uma memória compartilhada entre os módulos. Em Sistemas Distribuídos é impossível forçar a simultaneidade de eventos. A mínima interferência na execução de tarefas paralelas vai permitir a obtenção de sistemas de grande desempenho. A não existência de qualquer elemento sem o qual o sistema pára totalmente lhe confere alta confiabilidade. A possibilidade de utilização, em larga escala, de um pequeno número de elementos básicos de “hardware” e “software” é responsável pelo elevado grau de modularidade do sistema. Além disso não existe restrição alguma inerente à estrutura que impeça o crescimento do sistema, o que lhe confere alta expansibilidade. O desenvolvimento de software aplicativo para sistemas distribuídos pode ser mais complexo e, portanto, mais caro do que para sistemas centralizados, especialmente quando estão envolvidas máquinas de mais de um fabricante. Um Sistema Distribuído é mais dependente da tecnologia de comunicação, em particular aqueles em que os processadores estão geográficamente dispersos e a demanda de tráfego de comunicação é alta. Existe uma certa perda de controle em sistemas distribuídos. Neles, é difícil gerenciar os recursos, forçar padronização para o software e os dados e gerenciar informações disponíveis. A manutenção da integridade dos dados, da segurança e da privacidade é também uma tarefa mais complexa. Um sistema distribuído, conforme definição de Eckhouse, vai ser formado por um conjunto de módulos processadores interligados por um sistema de comunicação. 35
  36. 36. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Em suma, aos fatores econômicos que determinam mudanças em todos os níveis da atividade humana, soma-se a tendência atual de descentralização das decisões e conseqüente distribuição do poder de processamento, desde que seja assegurada a interconectividade dos sistemas distribuídos, base da nova sociedade da informação. 4.1.3 Arquiteturas Proprietárias versus Arquiteturas Abertas A arquitetura aberta possui as seguintes características: • é conhecida do público interessado, ou seja, seus requisitos estão disponíveis e são de acesso generalizado, sem restrições. • pode ser utilizada por qualquer um para suas finalidades, ou seja, em consequência do exposto no item anterior, permite adaptações e evoluções a partir do padrão definido; Ex.: modelo OSI/ISO. • possui conectividade, ou seja, a capacidade de interligação de forma natural entre equipamentos de fabricantes diferentes (diz-se: “equipamentos heterogêneos”), permitindo a execução de aplicações multiplataforma. Já as arquiteturas proprietárias são fechadas (caixas pretas), ou seja, seu domínio é de exclusividade de um fabricante, não possui conectividade com os equipamentos de outros fabricantes e, por via de consequência, apresentam custos elevados de manutenção e operação. Ex. Arquitetura SNA da IBM. 4.2. Topologias 4.2.1 Considerações Gerais Os limites de um canal telefônico para transmissão de dados são os seguintes: • Nas transmissões síncronas, o sinal deve possuir, além da informação referente aos bits de dados, a informação de sincronismo. Desta forma, a transmissão síncrona, em um sentido, também pode utilizar somente 2 fios; • No caso da linha telefônica genérica, o sinal transmitido deve estar contido na faixa de voz (300 a 3.400 Hz); • O receptor deve ser capaz de recuperar o sinal caso ele esteja contaminado por uma ou várias degenerações impostas pela linha [atenuação, ruído (branco ou impulsivo) distorção (de amplitude, retardo ou harmônica), oscilação (fase e amplitude), translação de frequência e eco]. • Para conseguir uma comunicação duplex a dois fios, o sinal de transmissão deve coexistir com o de recepção, simultâneamente. 36
  37. 37. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos • A transmissão digital, utilizando exclusivamente um par físico como meio de comunicação, será limitada em distância devido às distorções de amplitude. Se a transmissão for mais rápida do que 3.400 bps, surgirá outro impedimento: o espectro vai além do limite superior do canal de voz (3.100 Hz). A solução é a modulação, que “transforma” o sinal digital em sinal analógico. Portanto, a transmissão na linha telefônica genérica, deve ser do tipo analógica. A transmissão digital é superior à transmissão analógica de várias formas importantes: • Primeiro, ela tem potencialmente uma taxa de erro muito baixa. Os circuitos analógicos têm amplificadores que tentam compensar a atenuação na linha, mas eles nunca a compensam exatamente, especialmente se a atenuação é diferente para frequências diferentes. Como o erro é cumulativo, chamadas de longa distância que passam por muitos amplificadores provavelmente sofrerão distorção. Regeneradores digitais, ao contrário, podem restaurar um sinal exatamente ao seu valor original, pois os únicos valores possíveis são 0 e 1. Os regeneradores digitais não sofrem erros cumulativos. • Uma segunda vantagem da transmissão digital é que voz, dados, música, ou mesmo imagens tais como televisão, fac-símile ou video-telefone, podem ser multiplexados (misturados), a fim de fazer uso mais eficiente do equipamento. • Uma outra vantagem é que são possíveis taxas de transmissão de dados muito altas, utilizando-se linhas já existentes. Conforme os custos dos computadores digitais e dos chips de circuitos integrados continuarem a cair, a transmissão digital e a sua comutação associada provavelmente também se tornarão mais baratas. Considerando as características dos diversos meios de transmissão, temos: a) Par trançado: O par trançado é o meio de transmissão de menor custo por comprimento. A ligação de nós ao cabo é também extremamente simples e, portanto, de baixo custo. No par trançado, dois fios são enrolados em espiral de forma a reduzir o ruído e manter constantes as propriedades elétricas do meio através de todo o seu comprimento. A desvantagem do par trançado é a sua susceptibilidade à interferência e ruído, incluindo “crosstalk” (linha cruzada) de fiação adjacente, o que pode ser minimizado com uma blindagem adequada. Em sistemas de baixa freqüência, a imunidade é tão boa quanto a do cabo coaxial. Além de operar a taxas mais elevadas, as categorias 4 e 5 apresentam menor atenuação por unidade de comprimento e melhor imunidade a ruídos, do que a categoria 3. São normalmente utilizados com transmissão em banda básica. 37
  38. 38. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos b) Cabo coaxial: Em frequências um pouco mais elevadas (acima de cerca de 100 Khz) o cabo coaxial é bem superior ao par trançado, apresentando melhor imunidade a ruído de crosstalk e uma fuga eletromagnética mais baixa. O cabo coaxial é constituído de um condutor interno circundado por um condutor externo, tendo, entre os condutores, um dielétrico que os separa. O condutor externo é, por sua vez, circundado por outra camada isolante. Os cabos de mais alta qualidade não são maleáveis e são difíceis de instalar, mas cabos de baixa qualidade podem ser inadequados para altas velocidade e longas distâncias. O cabo coaxial, ao contrário do par trançado, mantém uma capacitância constante e baixa, teoricamente independente do comprimento do cabo. Essa característica vai lhe permitir suportar velocidades da ordem de megabits por segundo, sem necessidade de regeneração do sinal e sem distorções ou ecos, propriedade que revela a alta tecnologia já dominada. A maioria dos sistemas com transmissão em banda básica utilizam o cabo com impedância característica de 50 ohms, ao invés do cabo de 75 ohms comumente utilizado nas TV’s a cabo e nas redes em banda larga, cuja transmissão fornece uma imunidade ao ruído melhor que em banda básica. Além disso, os ruídos geralmente presentes em áreas urbanas e industriais são de baixa freqüência, tornando as transmissões em banda básica mais susceptíveis a eles. Quanto ao custo, o cabo coaxial é mais caro do que o par trançado. Também é elevado o custo de suas interfaces de ligação. c) Fibra óptica: A transmissão em fibra óptica é realizada pelo envio de um sinal de luz codificado, dentro do domínio de freqüência do infravermelho, através de um cabo óptico que consiste em um filamento de sílica ou plástico, por onde é feita a transmissão da luz. Ao redor do filamento existem substâncias de menor índice de refração (fenômeno físico definido pela razão entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz nesse material), que fazem com que os raios sejam refletidos internamente, minimizando assim as perdas de transmissão. Fibras ópticas são imunes a interferências eletromagnéticas e a ruídos e, por não irradiarem luz para fora do cabo, não se verifica “crosstalk”. Fibras ópticas vão permitir um isolamento completo entre o transmissor e o receptor, fazendo com que o perigo de curto elétrico entre condutores não exista. A composição da fibra é determinante na sua atenuação, que pode ser causada pela dispersão ou absorção da luz por elementos presentes no núcleo. Em linhas de longa distância utilizadas pelas companhia telefônicas, 38
  39. 39. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos chegam-se a distâncias próximas de 50 Km sem a necessidade de repetidores. As Fibras ópticas são mais leves e mais finas do que cabos coaxiais, o que facilita bastante sua instalação. São, hoje em dia, utilizadas em sistemas com taxas de transmissão que chegam a 150 e a 620 Mbps numa única fibra unidirecional, da espessura de um fio de cabelo humano. Algumas limitações, porém, ainda são encontradas. A junção de fibras é uma tarefa ainda delicada, principalmente em ligações multiponto. A instalação de fibras ópticas em determinados ambientes pode fazer com que sejam necessárias dobras nos cabos de fibra. Tais dobras podem tornar o ângulo de incidência dos feixes em relação à normal muito pequena, provocando o escape desses feixes da fibra ( pois estes não chegarão a sofrer reflexão). d) Radiodifusão: Por sua natureza, a radiodifusão é adequada tanto para ligações ponto-a- ponto quanto para ligações multiponto. As redes sem fio (baseadas em radiodifusão) são uma alternativa viável onde é difícil, ou mesmo impossível, instalar cabos metálicos ou de fibra óptica. Seu emprego é particularmente importante para comunicações entre computadores portáteis em um ambiente de rede local móvel. A radiodifusão também é utilizada em aplicações onde a confiabilidade do meio de transmissão é requisito indispensável. Um exemplo drástico seria em aplicações bélicas, onde, por exemplo, o rompimento de um cabo poderia paralisar todo um sistema de defesa. Nas ligações entre redes locais, a radiodifusão também tem papel relevante, especialmente se as redes estão distantes e o tráfego inter-rede é elevado. Neste caso, circuitos telefônicos podem ser inadequados e a radiodifusão pode fornecer a largura de faixa exigida. As soluções hoje disponíveis para redes locais utilizando radiodifusão são todas proprietárias, entretanto, está sendo elaborado pelo IEEE um padrão para esse tipo de rede: o padrão IEEE 802.11. Radiação infravermelha e microondas são outros meios possíveis de comunicação utilizados em redes de computadores. Para contornar as limitações dos meios de transmissão e assegurar qualidade às comunicações, foram definidos, basicamente, dois tipos de topologias: • uma topologia física, que diz respeito ao “layout” físico utilizado na instalação da rede; • uma topologia lógica, que é aquela observada sob o ponto de vista das interfaces das estações com a rede (inclusive o método de acesso). 39
  40. 40. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos 4.2.2 Topologia Física Em se tratando de topologia física, as subredes por difusão podem ser estáticas ou dinâmicas, dependendo da forma como o canal é alocado. A alocação estática desperdiça a capacidade do canal quando a máquina não tem nada a transmitir durante sua abertura e, portanto, alguns sistemas procuram alocar o canal dinâmicamente, isto é, sob demanda. Já as subredes ponto-a-ponto contém numerosos cabos ou linhas telefônicas arrendadas, cada uma conectando pares de IMP’s. Se dois IMP’s (Processadores de Mensagem da Interface) que não compartilham um cabo, desejarem se comunicar, eles devem fazê-lo indiretamente, através de outros IMP’s. Portanto, as subredes por difusão apresentam maior flexibilidade em relação à topologia ponto-a-ponto em todos os aspectos acima, ou seja: • inserção/retirada de nodos de comunicação sob demanda (alocação dinâmica do canal) versus paralisação da rede no caso da topologia ponto- a-ponto; • envio simultâneo de comunicação a vários nodos (difusão) versus pular de galho em galho na topologia ponto-a-ponto; • redefinição dinâmica do caminho a percorrer (roteamento) com rotas alternativas versus “back-and-forward” na topologia ponto-a-ponto; • menor custo relativo (proporcional à significativa economia de cabos ou linhas telefônicas da topologia ponto-a-ponto); • total independência dos nodos de comunicação versus dependência vital dos nodos ponto-a-ponto. São vantagens e desvantagens das conexões ponto-a-ponto: TOKEN RING Vantagens: • Usa conexões ponto-a-ponto, o que significa que a engenharia é fácil e completamente digital; • Os anéis podem ser construídos utilizando-se virtualmente de qualquer meio de transmissão, desde pombos correio até fibras ópticas; • O par trançado padrão é simples e bastante fácil de ser instalado; • O uso de centrais de cabeamento tornam o token ring a única LAN que consegue detectar e eliminar automaticamente falhas no cabo; • Assim como no Token Bus, são permitidas prioridades, embora o esquema não seja tão equânime; • Também como no token bus, são possíveis quadros curtos mas, diferentemente dele, também são possíveis quadros arbitrariamente grandes, limitados apenas pelo tempo de retenção do token; • Por fim, o throughput e a eficiência são excelentes sob alta carga, como o token bus e de forma diversa do 802.3. 40
  41. 41. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos Desvantagens: • O maior ponto negativo é a presença de uma função monitora centralizada, o que introduz um componente crítico. Ainda que uma monitora desativada possa ser substituída, uma defeituosa pode causar dores de cabeça; • Além disso, como em todos os esquemas de passagem de token, há algum retardo sob baixa carga, dado que o transmissor deve esperar pelo token; Canal de difusão: IEEE 802.3 (ETHERNET) Vantagens: • De longe o tipo mais usado hoje em dia, com uma enorme base instalada e experiência operacional considerável; • O algoritmo é simples; • As estações podem ser instaladas à vontade, sem ter que parar a rede; • Um cabo passivo é usado e não são necessários modems; • O retardo sob baixa carga é praticamente zero (as estações não tem que esperar por um token; elas simplesmente transmitem imediatamente. Desvantagens: • Cada estação deve ser capaz de detectar o sinal da estação mais fraca de todas mesmo quando ela própria está transmitindo, e todo o circuito para detecção de colisões do transceptor é analógico; • Devido à possibilidade de existirem quadros abortados por causa de colisões, o menor quadro válido tem 64 bytes, o que representa um overhead considerável quando o dado é simplesmente um único carácter vindo de um terminal; • Além disso, o 802.3 é não determinístico, o que é frequentemente inapropriado para tarefas em tempo real; • Não tem prioridades; • O comprimento do cabo é limitado a 2,5 km (quando são usados repetidores) visto que o tempo de ida e volta no comprimento do cabo determina o tamanho da abertura e, portanto, o desempenho; • Conseguir que redes CSMA/CD tais como o 802.3 rodem a altas velocidades é difícil e, à medida que a velocidade aumenta, a eficiência diminui porque os tempos de transmissão dos quadros diminuem mas os intervalo de contenção não diminui. À medida que a tecnologia progride e as redes se tornam mais rápidas, essa questão da eficiência se tornará muito significativa; • Sob alta carga, a presença de colisões se torna um grande problema e pode afetar seriamente o throughput; • Além do mais, o 802.3 não é muito apropriado para fibras ópticas, devido à dificuldade de se instalar derivações. 41
  42. 42. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos A seguir, são comparadas as topologias em anel, estrela e barra em relação ao desempenho, confiabilidade e possibilidade de expansão: a) ANEL desempenho: O desempenho de uma rede em anel depende muito do mecanismo de transmissão empregado e as estações são consideradas logicamente iguais no direito de acesso ao enlace. Nesse modo de operação (que é uma extensão do modo de resposta assíncrono balanceado do HDLC, concebido para enlaces ponto-a-ponto), todas as estações são responsáveis pelo controle de erro, de fluxo e do acesso ao meio físico. Cada repetidor em um anel introduz um retardo. A soma de todos os retardos dos repetidores mais o tempo de propagação no anel forma o que se convencionou chamar de latência do anel. Podem existir tantos bits circulando pelo anel quanto a sua latência permitir. Essa latência pode ser sempre aumentada introduzindo-se um buffer de retardo (um registro de deslocamento) em qualquer estação. Dessa forma, o número de bits circulando pelo anel tem um limite inferior, mas pode ser tão grande quanto quisermos (ou formos capazes de construir). É a esse número de bits que chamamos de espaço de comunicação, e é esse espaço que é dividido em slots. Apesar de aumentar a latência e diminuir a confiabilidade, essa estratégia (anel de Pierce) aumenta a eficiência na utilização do anel, sendo usada nas redes de alta velocidade. Como todo esquema em anel, o anel de Pierce vai necessitar de algum grau de centralização para resolver uma série de problemas. O primeiro deles é a própria iniciação do esquema. O segundo, vem do fato de que se por um problema de ruído um bit que determina slot vazio se transformar em slot cheio, esse slot ficará circulando eternamente na rede sem ser utilizado. Da mesma forma, se uma estação falhar em esvaziar um slot, este também ficará para sempre inutilizado. Alguma forma de detecção desses slots deve existir, com o seu esvaziamento imediato. Tais tarefas e outras mais são executadas por uma estação especial, chamada monitora. Embora esse controle seja feito de forma centralizada, existem esquemas onde todas as estações (ou várias) são estações monitoras em potencial, existindo algum algoritmo para determinar qual assumirá o controle em determinados instantes. expansibilidade: A modularidade de uma rede em anel é bastante elevada devido ao fato de os repetidores ativos regenerarem as mensagens. Redes em anel podem atingir grandes distâncias (teoricamente o infinito). Existe, no entanto, uma limitação prática do número de estações em um anel. Esse limite é devido aos problemas de manutenção e confiabilidade a seguir descritos. confiabilidade: 42
  43. 43. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos A topologia em anel requer que cada nó seja capaz de remover seletivamente mensagens da rede ou passá-las à frente para o próximo nó. Isto requer um repetidor ativo em cada nó e a rede poderá ser mais confiável do que esses repetidores. Uma quebra em qualquer dos enlaces entre os repetidores vai parar toda a rede até que o problema seja isolado e um novo cabo instalado. Falhas no repetidor ativo também podem causar a parada total do sistema. Se os repetidores fizessem parte do “hardware’ específico e interno de cada estação conectada à rede, a vulnerabilidade seria ainda maior: repetidores estariam susceptíveis a falhas no equipamento ou à própria falta de alimentação elétrica da estação. Por esse motivo, repetidores são alimentados e mantidos separados do “hardware” da estação. Outras melhorias na topologia em anel foram propostas e realizadas, como a introdução de caminhos alternativos, duplos anéis, etc. Experiências práticas sugerem que a topologia pode ser feita suficientemente confiável de forma que a possibilidade de falhas possa ser praticamente ignorada. É claro que o custo pode tornar a rede confiável proibitiva para certas aplicações. A introdução de concentradores, também denominados hub’s, inicialmente configurados como elementos passivos que permitiam a concentração de todo o cabeamento utilizado e possuíam um mecanismo de relés que, acionado externamente, permitia o isolamento de estações em falha, foi uma melhoria significativa. Mais tarde, tais dispositivos passaram a ser utilizados como concentradores dos repetidores do anel (concentradores ativos). Tal técnica tem várias vantagens. O isolamento de falhas se torna mais simples porque existe um ponto de acesso central para o sinal. Sem o concentrador, quando um repetidor ou um enlace falha, a localização da falha requer uma busca através de todo o anel, exigindo o acesso a todos os locais que contém repetidores e cabos. Outra vantagem do concentrador é a possibilidade de adição de novas estações sem a parada total da rede, uma vez que novos repetidores podem ser ativados no concentrador, sem parar a rede, por meio da utilização de relés. Outra solução para aumentar a confiabilidade de uma rede em anel seria considerar a rede local como consistindo em vários anéis, e o conjunto dos anéis conectados por pontes (bridges). A ponte encaminha os pacotes de dados de uma sub-rede a outra com base nas informações de endereçamento. Do ponto de vista físico, cada anel operaria independentemente. Assim, uma falha em uma anel vai parar somente aquela porção da rede. Uma falha na ponte não impede o tráfego intra-rede. Múltiplos anéis podem ser empregados para a obtenção de um maior nível de desempenho. Como vimos, os maiores problemas com topologias em anel são sua vulnerabilidade a erros e pouca tolerância a falhas. Qualquer que seja o controle de acesso empregado, ele pode ser perdido por falhas e pode ser difícil determinar com certeza se esse controle foi perdido ou decidir qual nó 43
  44. 44. Análise Custo/Benefício em Arquiteturas de Redes de Comunicação de Dados Adauto da Costa Santos deve recriá-lo. Erros de transmissão e processamento podem fazer com que uma mensagem continue eternamente a circular no anel. Embora não seja essencial do ponto de vista de projeto, uma estação monitora tem-se revelado essencial, na prática, na maioria dos anéis. A função primordial desta estação é contornar os problemas mencionados. Outra de suas funções é iniciar o anel, enviar mensagens de teste e diagnóstico e outras tarefas de manutenção. A estação monitora pode ser uma estação dedicada ou então uma estação qualquer da rede que assuma em determinado tempo tais funções. Por serem geralmente unidirecionais, redes com topologia em anel são ideais para utilização de fibra óptica. Existem algumas redes que combinam seções de diferentes meios de transmissão sem nenhum problema, como é o caso do Anel de Cambridge. b) ESTRELA desempenho: O desempenho obtido em uma rede em estrela depende da quantidade de tempo requerido pelo nó central para processar e encaminhar uma mensagem, e da carga de tráfego na conexão, isto é, o desempenho é limitado pela capacidade de processamento do nó central. Um crescimento modular visando o aumento do desempenho torna-se, a partir de certo ponto, impossível, tendo como única solução a substituição do nó central. expansibilidade: Outro problema da rede em estrela é relativo à modularidade. A configuração pode ser expandida até um certo limite imposto pelo nó central: em termos de capacidade de chaveamento, número de circuitos concorrentes que podem ser gerenciados e número total de nós que podem ser servidos. Embora não seja frequentemente encontrado, é possível a utilização de diferentes meios de transmissão para ligação dos nós escravos ao nó central. confiabilidade: É o problema típico das redes em estrela. Falhas em um nó escravo apresentam um problema mínimo de confiabilidade, uma vez que o restante da rede ainda continua em funcionamento. Falhas no nó central, por outro lado, podem ocasionar a parada total do sistema. Redundâncias podem ser acrescentadas, porém o custo de tornar o nó central confiável pode mascarar o benefício obtido com a simplicidade das interfaces exigidas pelas estações secundárias. c) BARRA desempenho: 44

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