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ISEL, Planeamento de Redes Móveis, Pedro Vieira PRM Noções de Tráfego em Comunicações Móveis PLANEAMENTO DE REDES MÓVEIS Capítulo 5 – Engenharia de Tráfego em Comunicações Móveis Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Departamento de Engenharia de Electrónica e Telecomunicações e de Computadores Secção de Sistemas de Telecomunicações

Sobre Erlang Full

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ESPLICAÇÃO SOBRE ERLANG

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  • ISEL, Planeamento de Redes Mveis, Pedro Vieira

    PRM

    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    PLANEAMENTO DE REDES MVEIS

    Captulo 5 Engenharia de Trfego em ComunicaesMveis

    Instituto Superior de Engenharia de LisboaDepartamento de Engenharia de Electrnica e Telecomunicaes e de Computadores

    Seco de Sistemas de Telecomunicaes

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Teoria de Trfego

    Numa primeira fase, antes de entrar no dimensionamento de trfego para as BTSs, necessrio resumir a terminologia de trfego, fundamental para analisar o desempenho num sistema de Telecomunicaes.

    Modelos de Trfego:

    Erlang B - Constitui o modelo mais aplicado para sistemas de comutao. frequentemente utilizado para calcular o n de canais de trfego necessrios numa clula GSM. Actualmente existem featurespertencentes ao sistema GSM e desenvolvidas pelos fornecedores que no se encontram contempladas neste modelo, diminuindo a taxa de bloqueio mesmo para igual n de canais. No entanto, de uma forma geral, continua-se a utilizar o modelo de Erlang B de forma a dimensionar para o pior caso, tendo-se a conscincia que a situao real ligeiramente mais optimista.

    Erlang C - Modelo que considera a existncia de filas de espera no sistema (FIFO).

    Poisson - O modelo de Poisson utilizado na Amrica do Norte como substituto do Erlang C. tambm utilizado em alguns casos onde o modelo de Erlang B adequado. A justificao reside no facto que a distribuio de Poisson produz uma probablidade de bloqueio muito semelhante aos resultados do ErlangB.

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    Terminologia de Trfego

    Ritmo de Chamada (Calling Rate):

    De acordo com a recomendao ITU-T E.600, constitui o n mdio de chamadas tentadas por unidade de tempo (por hora ou por segundo). Tambm pode ser expresso em Busy Hour Half Calls - BHHCs quando medida durante a Average Busy Season Busy Hour- ABSBH. Embora no seja mencioando nas recomendaes do ITU-T, o termo densidade de trfego pode tambm ser utilizado.

    Durao Mdia de Chamada (Mean Holding Time):

    A durao mdia de chamada deve ser obtida mediante um grande nmero de observaes ocorridas durante a busy hour(ABSBH). A durao mdia de chamada importante para o dimensionamento do n de circuitos (ou TRXs) necessrios.

    = Durao mdia de chamada em segundosUm valor tpico de 120 segundos.

    Erlang

    Unidade internacional e adimensional de trfego telefnico definido por A. K. Erlang (Dinamarca), pai da teoria de trfego. Resolveu o problema terico da quantificao de trfego entre 1910 e 1920.

    Probabilidade de um cliente se encontrar no decurso de uma chamada durante a busy hour. 1 Erlang representa um circuito ocupado por uma hora.

    hora1__1Erlang 1 horachamada=

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    Terminologia de Trfego (cont.)

    Trfego

    A quantidade de trfego oferecida a um sistema na busy hour expressa em Erlang e definida da seguinte forma:

    [ ] ( ) [ ]( )horaschamada de mdia duraohourbusy na chamadas de = nA EProbabilidade de Bloqueio (Grade of Service)

    De acordo com a recomendao ITU-T-E 800, constitui a probabilidade de uma tentativa de chamada no poder ser considerada com sucesso devido a no existirem circuitos lineares disponveis. A Probabilidade de Bloqueio B(n,A) determinada directamente a partir do trfego oferecido A e do n de circuitos n disponveis (n de canais de trfego, no caso da BTS).

    ( )

    oferecido trfegocircuito do dimenso

    ,A

    nAnB

    Eficincia (Circuit Usage)

    A eficincia de um grupo de circuitos definida como a Intensidade de Trfego processada pelo grupo, dividida pelo n de circuitos do grupo.

    [ ]( )( )

    nAnBA ,1

    %=

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Capacidade de Trfego

    A capacidade de trfego do sistema um dos parmetros de eficincia mais importantes, sendo medida atravs da probabilidade de bloqueio de chamadas, B.

    Nos sistemas celulares em que as clulas no so muito pequenas pode usar-se as tcnicas de trfego das ligaes fixas para efectuar um primeiro dimensionamento.

    A probabilidade de bloqueio de chamadas, na hiptese de as chamadas bloqueadas se perderem, pode ser estimada pela frmula de Erlang B.

    !

    !

    0=

    = ni

    i

    n

    iAn

    AB

    [ ]

    ==

    disponvelcanaisdennoferecidotrfego A

    E 1n para >>= en!AB -A

    n

    Pode medir-se a eficincia de partilha de canais atravs do n de utilizadores por canal suportados, dados n e B e admitindo um certo trfego mdio por utilizador.

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    Capacidade de Trfego (cont.)O trfego oferecido numa rea de servio dado por:

    [ ] [ ]

    ====

    =utilizadorpormdiotrfegoA

    utilizaodetaxappenetraodetaxap

    readapopulao

    AppNA

    ut

    ut

    penEututpenpopE

    N

    pop

    Cada clula encontra-se equipada como um determinado n de TRX. Cada TRX possui 8 canais full-rate ou 16 canais half-rate, dos quais a maior parte utilizada como TCH (canais de trfego) e alguns como BCCH (canais de controlo).

    Um valor tpico para a probabilidade de bloqueio na interface ar 2%. Para toda a rede, incluindo a PSTN, uma probabilidade de bloqueio de 5% aceitvel.

    A tabela apresentada de seguida mostra o trfego oferecido por clula dependente do n de TRX por clula para uma probabilidade de bloqueio de 2%. O n de TCHs na tabela so valores tpicos. No entanto, o n de TCHs pode variar dependendo do n de canais de controlo necessitados para uma dada situao.

    Full rate Half RateTRX/clula TCH / clula Trfego / clula

    [E]TCH / clula Trfego / clula

    [E]1 7 2.9 14 8.22 14 8.2 30 21.93 22 14.9 45 35.64 30 21.9 60 49.65 37 28.3 74 62.96 45 35.6 90 78.37 53 43 106 93.8

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Capacidade de Trfego (cont.)

    A figura ao lado representa clulas omnidireccionais equipadas com 2 TRX.

    Assuma-se que a clula maior encontra-se limitada por cobertura. Se o trfego aumenta, a clula no consegue absorver o trfego, pelo menos com uma baixa percentagem de bloqueio. Logo, o raio da clula necessita de ser reduzida com o objectivo de conseguir corresponder s necessidades de trfego.

    O raio de clula mnimo determinado pela capacidade necessriade forma a proporcionar ao cliente uma baixa probabilidade de bloqueio.

    Raio de Clula Mnimo - A densidade de trfego pode ser aumentada reduzindo o raio de clula. Se o raio de clula for reduzido de 1/3, o n de clulas necessrias aumentar 9 vezes. Caso o n de clientes no aumente da mesma grandeza, o custo / cliente aumentar. Para alm disso, o nde handovers ocorridos aumentar e consequentemente as necessidades de processamento.

    Raio de Clula Mximo - Suporta menores densidades de trfego, ocorrem menos handovers entre clulas e utilizam-se normalmente maiores potncias de transmisso. Em clulas de grandes dimenses ocorrem maiores variaes na atenuao de propagao e desvanecimento multi percurso. Podem resultar maiores problemas de interferncia que reduzem a qualidade do servio.

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Trfego em Clulas omni e sectorizadas

    Na figura ao lado pode-se observar que um grande grupo de canais pode atingir uma maior eficincia que um grupo reduzido, para uma dada probabilidade de bloqueio B. Por outras palavras, clulas com muitos TRXs trabalham mais eficientemente do que clulas com poucos TRXs.

    Exemplo 1: Se uma clula omni equipada com 3 TRX sectorizada em trs clulas de 1 TRX cada considerando uma probabilidade de bloqueio de 2%:

    A capacidade diminui de 14.9 E para a omni para 3 X 2.9 = 8.7 para a o site tri sectorizado.

    A densidade de trfego ir diminuir ainda mais uma vez que a rea de cobertura aumenta.

    Exemplo 2: Um site omni e um site bi-sectorizado possuem 2 TRX cada. O n de TRX duplicado enquanto que a probabilidade de bloqueio na interface ar permanece nos 2%.

    O ganho de capacidade para o site omni aumenta numa relao de 2.67, de 8.2 para 21.9 E.

    O ganho de capacidade para o site bi-sectorizadoaumenta numa relao de 2.82, de 2 X 2.9 =5.8 E para 2 X 8.2 E = 16.4 E.

    Concluso: Os sites sectorizados revelam um melhor comportamento quando se duplica o n de canais.

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Um exemplo... Considerem-se as BTSs A, B e C e as medidas realizadas do seu trfego processado na busy hour de cada dia. de salientar que o trfego processado pela BTS A tem aumentado consideravelmente num passado recente. Encontra-se a processar 35 E, e logo, com apenas 42 canais disponveis, a probabilidade de bloqueio subiu para 4%. (Consideremos GoS=1%).

    Infelizmente no possvel arranjar uma nova frequncia para a BTS A, e o projectista decide planear uma nova BTS para offload (BTS D). Este novo site servir tambm para proporcionar cobertura de um novo Centro Comercial.

    O trfego processado pela futura BTS deve ser estimado baseado em dados geogrficos, nomeadamente comprimento da auto-estrada (0.2 E/Km), rea de zona urbana (1 E/Km2) e comprimento mdio das filas de trnsito (1 E/ Km).

    Na nova situao, a BTS D ir passar a processar trfego em parte da rea de servio da BTS A, incluindo 15 Km de auto-estrada, 3 Km2 de rea urbana e 10 Km de fila de trnsito.

    A situao antes e depois pode ser observada nas tabelas seguintes.

    Pode-se concluir que a instalao de uma nova BTS D com 14 canais baixa a probabilidade de bloqueio para menos de 1 %. A situao de congesto foi removida.

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Engenharia de Trfego

    Os dados recolhidos da rede operacional so armazenados de forma a constituirem medidas de trfego. Esta medidas so inseridas numa base de dados de trfego e so utilizados para ajustamento do modelo e previso de trfego.

    Aps optimizao da rede operacional, novos dados devem ser recolhidos com o objectivo de serem novamente analisados (processo iterativo e contnuo).

    A construo de um modelo de trfego, assenta fundamentalmente em:

    Medidas de trfego (busy hour)

    Disperso de Trfego

    Forecast

    O modelo de trfego ainda fornece dados para novas reas de cobertura, para planeamento da rede e aumento de capacidade.

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Engenharia de Trfego (cont.)

    Base de Dados de TrfegoOs pixels que constituem uma clula so caracterizados no s pela cota de terreno e o meio de propagao mas tambm pela densidade de trfego.

    A densidade de trfego expressa em Erlang / Km2.

    A determinao da densidade de trfego por pixel estimada com base no tipo de clutter envolvente (urbano, suburbano, etc.) com alguns ajustamentos devido existncia de hot spots (auto-estradas, centros comerciais, aeroportos, etc).

    Sobrepondo a base de dados de trfego (densidades de trfego) com as respectivas reas de servio das BTSs, podem ser determinadas as necessidades de trfego para cada uma delas.

    Medidas realizadas indicam um trfego mdio / cliente GSM de 15... 40 mE comparado com 100...300 mE na PSTN.

    Valor mnimo (15 mE) - Europa

    Valor mximo (40 mE) - sia Oriental

    Um bom valor para planeamento 20 mE por cliente enquanto que se aconselha um tempo mdio de chamada (meanholding time) de 120...180 s.

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    Engenharia de Trfego (cont.)

    Disperso de TrfegoO trfego oferecido e padro de utilizao varia:

    entre servios

    Mvel / Rede Fixa

    De acordo com o tarifrio

    entre utilizadores

    empresarial / privado

    com o tempo

    taxa de penetrao

    comportamento do cliente

    desenvolvimento do tarifrio

    com a localizao

    distribuio local dos clientes (urbano, rural, carro, comboio)

    comportamento e categoria dos clientes (residencial, empresarial, moving population).

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    Engenharia de Trfego (cont.)

    Disperso de Trfego

    Na realidade, o trfego no uniforme nem no tempo nem no espao:

    existem variaes com as horas, os dias, os meses, etc;

    concentra-se no centro das cidades, decrescendo para a periferia

    A estimao do trfego oferecido normalmente feita para a busy hour, que pode ser tomada como:

    hora de ponta da clula com trfego maior

    hora de ponta do sistema

    mdia sobre todas as horas do sistema

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    Engenharia de Trfego (cont.)

    Medidas de TrfegoO trfego por clula pode ser obtido do OMC utilizando toolsespecficas para planeamento de trfego.

    A clula constitui a layer inferior em termos de trfego observvel. A distribuio do trfego no interior da clula podeapenas ser estimada. Na rea de servio da clula existem sempre hot spots de trfego.

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    Engenharia de Trfego (cont.)

    Planeamento de Trfego

    O dimensionamento do sistema para trfego no uniforme feito com clulas :

    de reas iguais e nmero de canais diferente.

    de reas diferentes e nmero de canais igual.

    O planeamento de um sistema feito de acordo com o seguinte:

    O valor de C/I impe padres celulares.

    Estima-se o trfego na clula escolhida para o efeito.

    Determina-se o nmero de canais necessrio para a probabilidade de bloqueio (B) especificada.

    No caso do n de canais disponvel no ser suficiente, reduz-se o trfego por reduo da rea de cobertura.

    Efectua-se o planeamento de frequncias e o desenho celular de acordo com o padro celular escolhido.

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    Noes de Trfego em Comunicaes Mveis

    A Importncia do dimensionamento de trfego em solues Indoor

    z Taxas elevadas de utilizao, 100-150 mE por utilizador (obtido a partir de GSM trials)

    Trfego no edifcio: 30 pisos 50 pessoas por cada piso 20% penetrao 100 mE/utilizador 30 Erlangs ou 6 TRXs

    CELL AREA

    Um nico edifcio pode facilmente provocar congesto numa macro-clula !