Contribuições ao Problema da Última Milha

• situação da Internet Mundial;

• capacidade e adequação da conectividade brasileira à Internet Mundial;

• conectividade interna no Brasil e serviços de"backboning";

• acesso do usuário final à rede ("problema da Última Milha");

Examinam-se rapidamente cada um dos três primeiros tópicos e, a seguir, com um pouco mais de detalhe, o panorama de opções para a "última milha".

Situação da Internet Mundial

A Internet é a primeira materialização do que virá a ser a sociedade de informação que usará extensamente os meios digitais de comunicação. Sua característica básica é ser uma ampla e aberta rede de redes, com padronização mínima em termos de protocolos básicos. É um terreno fértil à experimentação e à disseminação de novos serviços. Com a mudança de perfil do usuário padrão da Internet, que ocorreu a partir dos anos 90, a pressão por uso e acesso, principalmente nos Estados Unidos, a velocidade com que são desenvolvidas novas aplicações e a quantidade de esforço conjunto aplicado sobre essa rede tem feito com que os recursos de telecomunicações colocados à disposição da Internet esgotem-se cada vez mais rapidamente.

Exemplo dessa situação de ciclo: congestionamento-expansão-congestionamento foi o lançamento nos meios acadêmicos norte-americanos da idéia de reviver-se o modelo original, não-comercial, da Internet, através do estabelecimento de uma nova estrutura - a Internet fase II - com uma ordem de grandeza a mais de capacidade em seu backbone.

A Internet Brasileira, como não podia deixar de ser, sofre os reflexos do estado de uso e congestionamento da Internet Mundial e não raramente, encontra aí seus maiores "gargalos".

Capacidade e adequação da conectividade brasileira à Internet Mundial

A capacidade da conexão brasileira à Internet tem sofrido constantes revisões e aumentos. O congestionamento experimentado nos primeiros anos de acesso foi sendo paulatinamente removido e, especialmente durante 1996, a capacidade total foi sensivelmente expandida.

Em fins de 1995 o Brasil dispunha de 3 canais de 2 Mbps conectando-o à Internet Mundial. Dez meses depois, em outubro de 1996, o número de canais havia triplicado : existem hoje 9 canais de 2 Mbps entre Brasil e Estados Unidos da América e prevê-se que até o final do ano esse número chegará a 12 canais. Apenas a título de comparação, 24 Mbps de banda agregada era aproximadamente o que existia em 1994 entre Europa e Estados Unidos da América. Em relação, portanto, às regiões mais desenvolvidas, pode-se considerar que a qualidade da conexão brasileira à Internet Mundial é adequada ao porte da parcela brasileira.

Conectividade interna no Brasil e serviços de backboning

É antiga a percepção da importância em prover o país de infraestrutura necessária para a disseminação dos serviços de rede. Com intervalo muito pequeno em relação a nações mais desenvolvidas, o Brasil já contava com embriões de estruturas nacionais. Em 1990 a RNP - Rede Nacional de Pesquisa - definia um primeiro projeto nacional- o backbone' fase I ", que tinha o mérito de introduzir esse conceito na rede brasileria e de criar, por todo o território, competência na área. Hoje a RNP conta com o principal backone brasileiro e tem servido de modelo para outras iniciativas de mesmo carácter. Outro ator importante no cenário é a Embratel. A Embratel inciou seu serviço Internet sem estabelecer um "backbone" específico, definindo um ponto único de acesso no Rio de Janeiro e lançando mão de redes de abrangência nacional porém de uso genérico, como a Renpac , para dar acesso a esse ponto. Com o amadurecimento da rede e o aumento progressivo de uso, a necessidade de estrutura específica envolvendo outras cidades importantes ficou evidente. Ressalte-se, por exemplo, que a Embratel está neste mês de outubro colocando no ar o ponto "São Paulo" e pretende, ainda em 1996, ativar "Brasília".

Outro aspecto importante dentro da estrutura que supõe a existência de múltiplas redes é a articulação entre as iniciativas. É entendimento deste Comitê que, apenas com a articulação eficiente a nível nacional das diversas inciativas de backboning do país, será possível a existência de uma Internet Brasileira efetiva. Desta forma, está sendo definida a política a ser adotada e as medidas necessárias para a criação de Pontos de Interconexão de Redes (PIR's) no país, que permitam e favoreçam a troca de tráfego entre as redes compatíveis existentes.

Acesso do usuário final à Rede ("Problema da Última Milha")

O cenário mais crítico, pela complexidade e pelo porte do problema, envolve o acesso ao usuário final. Trata-se de avaliar quais as facilidades de que dispõe esse usuário para, a partir de sua localização, interagir, com o conforto e a eficiência adequados, com a rede global.

No Brasil, como de resto no mundo, o acesso típico do usuário local é feito hoje através da rede telefônica. Essa solução baseia-se no uso da infraestrutura de telefonia urbana existente para dar acesso ao usuário às redes de dados. Pela simplicidade de seu uso e facilidade de implantação, invariavelmente, é a primeira alternativa que se considera. Foi o acesso discado que permitiu o estabelecimento rápido de centenas de provedores Internet no Brasil, dos mais variados portes e nas mais diversas regiões. Entretanto, o uso da rede telefônica convencional para acesso à Internet traz alguns compromissos e conseqüências:

- Restrições em termos de capacidade e de qualidade:

• as características do canal de voz telefônico restringem a banda utilizável a pouco mais de 3 Khz. Mesmo com os mais sofisticados equipamentos de modulação e com condições adequadas de relação sinal/ruído, o topo de velocidade digital possível para esse canal está ao redor de 30 Kbps. Se, por um lado, essa velocidade é perfeitamente aceitável para a maioria das aplicações atuais dos usuários, ela passa a ser um limitante para aplicações multimídia e/ou em tempo real;

• a qualidade e a estabilidade da conexão telefônica é altamente variável, dependendo da tecnologia da central, da qualidade do cabeamento e de outros fatores nem sempre controláveis ou previsíveis;

- Comprometimento da capacidade nas centrais de atendimento, nas centrais de tráfego e na canalização entre centrais:

• o uso indiscriminado de acesso telefônico para redes digitais tem causado sobrecarga, tanto nas centrais de assinantes como nas de trânsito. O cálculo estatístico de ocupação de canal telefônico para conversação aponta para um tempo médio de pouco mais de 3 minutos, enquanto os acessos às redes ocupam um canal em média por quase uma hora. Com isso, recursos que poderiam atender a 20 chamadas acabam bloqueados por uma única chamada. É típico encontrarem-se as centrais congestionadas em locais onde grandes provedores estabelecem sua base de acesso;

Surge assim, a necessidade de examinarem-se alternativas para o uso da conexão telefônica discada, como meio de acesso ao usuário final.

A discussão de alternativas passará, inicialmente, pelo exame dos meios disponíveis para o tráfego de informações. São eles:

- Alternativas "sem-fio" ( wireless):

• rádio;

• uso de faixa disponível em sistemas de "broadcast" (TV);

• satélites estacionários;

• satélites de baixa órbita;

- Meios físicos sólidos:

• par trançado de cobre;

• cabo coaxial ou de fibra óptica.

Alternativas "sem-fio" (wireless)

rádio
O uso de rádio de amplo espectro, nas faixas liberadas pelos órgãos reguladores, tem sido uma alternativa barata e simples para comunicação de dados a média velocidade. Apresenta, entretanto, diversas restrições que tornam difícil sua aplicação na conexão do usuário final:

• depende de topologia adequada - visada direta entre os dois pontos a conectar;

• depende de equipamentos e instalações especiais;

• o limite de conexões possíveis a um ponto central é muito baixo (uma dezena);

• o uso generalizado vai impor a necessidade de alguma coordenação no manejo das freqüências de uma microrregião;

• apresenta custo/benefício médio ou alto. Para o usuário final, porém, seu custo torna o uso proibitivo.

Desta forma, esboça-se para o rádio uma gama de aplicações mais adequadas à redistribuição entre provedores de maior e menor nível e a acesso institucional, que ao usuário final em si.

uso de faixa disponível em sistemas de broadcast (TV)
A segunda alternativa - uso de faixa disponível em sistemas de broadcast - pertence a uma categoria de meios que são basicamente monodirecionais - o que a priori inviabilizaria seu uso para a Internet convencional. Na verdade, entretanto, uma combinação entre essa categoria de meios monodirecionais e, por exemplo, o tradicional esquema de conexão discada, permitiria bidirecionalidade e, portanto, interação. São sistemas denominados "assimétricos", onde a velocidade de fluxo da informação dependerá da direção e do meio. O chamado downstream seguirá pelo canal de TV, no espaço não usado do retraço vertical, enquanto que o upstream voltará do usuário ao provedor pela rede telefônica. De qualquer modo, a banda disponível não é ampla o bastante (pouco mais que 100 Kbps no sinal de TV), há necessidade de receptores especiais e a assimetria da solução introduz um complicador adicional que dificulta sua adoção.

satélites estacionários
O uso de satélite é uma evolução do caso anterior. Novamente existe uma emissão centralizada de informações (o uplink do satélite) e receptores monodirecionais que tem acesso a parte do fluxo total. Nesse caso, a banda agregada pode chegar a mais de 10 Mbps, com cada usuário podendo receber ao redor de 500 Kbps de informação no padrão Internet. A interação, novamente, só poderá ser efetuada por um caminho alternativo - basicamente a rede telefônica convencional. A popularização e disseminação desse tipo de meio dependerá dos custos dos receptores e da estrutura telefônica responsável pelo retorno. A priori, parece não resolver alguns do problemas críticos, notadamente pelo fato de que é mantida a dependência da rede telefônica para o retorno, porém há que se notar que:

• a banda disponível por esse meio é uma ordem de grandeza superior à existente num canal de voz;

• o tempo de retenção do canal telefônico tenderá a ser menor, dada a maior velocidade da conexão. E mesmo, durante esse tempo de ocupação o que transitará são, basicamente os comandos de retorno do usuário. Isso permite prever baixa taxa de uso do canal, com possibilidade de reaproveitamento estatístico;

• o eventual uso de banda KU pelo satélite permitirá antenas menores e o custo atual de um receptor com essas características está abaixo de 1000 dólares norte-americanos;

Por outro lado não se pode esquecer que esta é uma solução "concentradora", devido aos custos elevados de investimento no up-link e só se mostrará financeiramente viável se houver um compartilhamento intenso dos recursos centrais.

satélites de baixa órbita;
Satélites de baixa órbita são alternativas promissoras porém ainda não disponíveis amplamente. Deverão ser melhor examinados assim que a tecnologia cristalizar.

Meios físicos sólidos

Hoje, as estruturas físicas suscetíveis a transportar sinais eletromagnéticos para as residências são a rede de distribuição de energia elétrica e a rede telefônica. Uma estrutura nova e bastante poderosa está vindo a se integrar às já existentes - a estrutura de TV por cabo. Das duas primeiras, a rede de distribuição de energia elétrica poderia prestar-se a algum experimento para transmissão simultânea de sinais digitais porém o que foi tentado até hoje mostrou parcos resultados e inaplicabilidade prática. Já a rede telefônica representa ainda um recurso precioso e que pode ser melhor utilizado.

par trançado de cobre
Como visto anteriormente, o canal telefônico apresenta restrições de banda insuperáveis. Essas restrições, entretanto, não são inerentes ao meio "par de cobre" em si, mas sim aos padrões adotados internacionalmente para "canal telefônico". O "par de cobre" pode ser utilizado com eficiência muito maior que a do sistema telefônico faz prever. Uma das formas de se conseguir maiores bandas sobre a estrutura existente, é a da transmissão digital com recursos de processamento de sinais, cancelamento de eco, correção de erros a priori etc. O ISDN é um exemplo desse uso. Bastante comum nos Estados Unidos e em alguns países europeus, o ISDN ainda não foi implantado no Brasil e depende, especificamente, de equipamento adequado nas Centrais telefônicas para que possa se tornar disponível.

Outra alternativa muito atraente é o uso de transmissão digital em banda-base, viável para distâncias curtas. Tipicamente, com equipamento pouco mais caro que os modems convencionais, consegue-se T1/E1 em lances de alguns quilômetros sobre par trançado.

• ADSL

Um aperfeiçoamento da idéia do uso de modems banda-base é o ADSL (Assimetric Digital Subscriber Line) que permite, às custas de uma assimetria no circuito (maior capacidade num sentido que em outro) aumentar ainda mais o alcance e o desempenho da transferência de informação sobre par de cobre. Trabalhando tipicamente com uma relação de 1 para 10, conseguem-se 2 Mbps no sentido para o usuário, e 256 kbps no sentido inverso, sobre linhas convencionais em distâncias de vários quilômetros, distância essa quas sempre suficiente para atingir a Central telefônica a que o usuário está conectado. Mais que isso, essa tecnologia permite manter, em paralelo, um canal telefônico convencional (POTS - Plain Old Telephon System), possibilitando o uso conjunto do telefone com o canal de dados. Os custos de modems para ADSL vem caindo rapidamente e. com algum investimento em equipamento de multiplexação estatística na centrais telefônicas, será possível um tratamento diferenciado para esse tipo de canal, direcionando seu uso para as redes de computadores.

• Cabo

Finalmente, a última opção a ser examinada - e talvez a mais atrativa - é a do uso do sistema de TV a cabo para distribuição de sinal digital.

Um sistema de distribuição de sinal de TV por meio de cabo até a residência do usuário é, conceitualmente, uma estrutura de rede hierárquica, com um ponto central de emissão de informação, utilizando uma banda típica de 500 MHz, que comporta quase uma centena de canais telefônicos.

A rede implementada pelo conjunto de cabos seria, em principio, uma rede monodirecional, em downstream do gerador do sinal até o usuário. Essa foi efetivamente a maneira de implementar as primeiras redes de TV a cabo nos Estados Unidos da América. Com a evolução da tecnologia, entretanto, um conjunto de aperfeiçoamentos foram sendo introduzidos nas redes mais novas de TV a cabo. A estrutura central da rede acabou substituída com grande vantagem por fibra óptica, deixando-se o cabo coaxial como meio de acesso da estrutura central ao usuário final e, mais que isso, a rede foi dotada de algum recurso de retorno (o upstream) para fins de monitoramento e controle.

Tipicamente, o upstream disponível é 1/10 do downstream e atinge valores ao redor de 50 MHz. Redes mais atualizadas, além de apresentarem melhores figuras de desempenho por se utilizarem de fibra óptica, também apresentam bidirecionalidade assimétrica já que possuem um canal de retorno simultâneo ao canal principal, o que as torna elegíveis para aplicações interativas.

As redes TV a cabo no Brasil, por serem muito mais recentes, normalmente exibem a característica de bidirecionalidade. Para que possam, de fato, transportar Internet, basta que se adicione a elas equipamento terminal central (head-end), roteadores para a conexão com a Internet e, em cada usuário, um "modem" específico - o "cable-modem". A reserva de banda equivalente a um canal de TV no downstream para atendimento ao grupo de usuários, e outro no sentido do upstream para o retorno, permite que se aloque sobre a estrutura de TV a cabo uma estrutura digital de transmissão de informação com capacidade para mais de 10 Mbps. E, dada a separação entre downstream e upstream, o uso efetivo desse canal ultrapassa o que se consegue, por exemplo, numa rede local padrão Ethernet, 10Mbps, dada a ocorrência muito menor de colisões.

Experimentos levados a cabo pela Unicamp na região de Campinas mostraram um desempenho muito bom e uma grande facilidade de instalação. O "modem-cabo" vê seu preço reduzir-se, caindo abaixo de 800 dólares norte-americanos. Logicamente o desempenho final na ponta do usuário vai depender ainda de outros fatores, como a taxa de erros e, principalmente, o número de usuários atendidos por uma redistribuição. Entretanto, dada a banda total disponível, esse número pode ser confortavelmente grande, passando de vários milhares.

Um último problema a ser ressaltado é a falta de padronização entre os fabricantes de cable-modems. A tabela abaixo, que relaciona os fabricantes e o estado de seu produto, deixa entrever claramente que cada implementador tem sua própria solução.

Tabela
Cable Modem Vendors

Considerações finais

Há, pelo menos, duas tecnologias que podem ser de utilidade imediata para deslocar do acesso discado o papel de única solução para o usuário final:

• o uso no mesmo par trançado de cobre que hoje conecta o telefone do usuário à central de tecnologias ADSL e HDSL, desde que haja condições técnicas e de regulamentação para que o sistema telefônico brasileiro aceite esse tipo de serviço e,

• o uso das infraestruturas de TV a cabo que estão surgindo.

No primeiro caso, os provedores Internet e as operadoras locais de telefonia deverão operar cooperativamente e em sinergia para que se possa tirar proveito da solução técnica. É importante que se observe a evolução no mercado internacional de "modems" digitais tipo ADSL.

No segundo caso, TV a cabo, o meio está nas mãos dos concessionários desse serviço. Uma legislação que permitisse serviços de valor agregado sobre o mesmo cabo do "broadcast" abriria o cenário para que, pelo menos nas grandes cidades, o provimento de acesso ao usuário final experimentasse um salto qualitativo importante. Por outro lado, a concentração do recurso em mãos dos concessionários e o nível de investimento já feito levanta alguns temores quanto à sorte dos atuais provedores que se utilizam do acesso telefônico.

Uma medida paliativa seria escalonar a depleção do uso do cabo. Numa primeira fase, o cabo poderia ser usado para a conexão dos provedores de menor porte a provedores de nível mais alto. O custo ainda alto dos "modems-cabo" tornaria mais viável esse uso inter-provedores que o acesso direto do usuário final. O cenário mais otimista leva a prever uma interação intensa entre os "donos"do meio (concessionários) e os possuidores da tecnologia Internet (os atuais provedores), de forma que surgissem associações entre esses dois serviços. O experimento da Unicamp mostrou que os atuais provedores teriam mais agilidade em usar o recurso novo - o cabo - do que as concessionárias, cujo foco de serviço é outro. Uma alternativa interessante seria regulamentar o acesso estimulando o uso do meio novo, inicialmente como forma de acesso ao "backbone"de maior nível dos próprios provedores já estabelecidos, de forma a preservar o nascente setor de serviços na área. Numa segunda e próxima fase, os usuários finais teriam acesso à Internet em suas casas pelo cabo da TV utilizando modems convenientes.

Finalizando, é clara a necessidade de que se levantem restrições que prejudicam, em última instância, a sociedade como um todo, e de que se busquem alternativas na tecnologia rapidamente evolvente, mas sempre tendo em vista que a Internet Brasileira e o segmento de serviços que ela representa atingiram um estágio de amadurecimento que não comporta mudanças bruscas de rumo.

São Paulo, outubro de 1996.

O autor deseja expressar seu agradecimento ao Engenheiro Marçal dos Santos , Diretor Técnico Executivo do Centro de Computação da Universidade Estadual de Campinas, pela valiosa ajuda prestada para a elaboração do presente texto.