ES2346193T3 - Procedimiento para evaluar las caracteristicas de una red para aparatos de telecomunicaciones moviles. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para evaluar las características (70) de una red de aparatos de telefonía móvil adecuado para gestionar las llamadas telefónicas relacionadas con tráfico de datos (50) o tráfico de voz (40) y de datos (50) entre dichos aparatos móviles y una estación base, y en el que las llamadas relacionadas con el tráfico de datos son tales que pueden estar en cola durante un periodo de tiempo determinado, estando caracterizado el procedimiento (10) por las siguientes etapas: - atribuir una frecuencia media de las llamadas para el tráfico de datos con una distribución exponencial con un parámetro λ (500, 1300); - atribuir una duración media de las llamadas para el tráfico de datos con una distribución exponencial con un parámetro μ (500, 1300); - atribuir un de tiempo medio de espera de llamadas en la cola para el tráfico de datos con una distribución exponencial con un parámetro α (900, 1300); - determinar las características de la red en lo que respecta al tráfico de datos en términos de nivel de servicio en el período de mayor tráfico (550, 1350), sobre la base de un número determinado de ranuras de radio que se pueden asignar al tráfico de datos, y sobre la base de dicha distribución exponencial, que tiene como parámetros λ, μ y α.
Description
Procedimiento para evaluar las características
de una red para aparatos de telecomunicaciones móviles.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para evaluar las características de una red de
aparatos de telecomunicaciones móviles sobre la base de parámetros
como el número de recursos de radio (estaciones base) disponibles y
la cantidad de tráfico telefónico ofrecido a la misma.
En particular, la presente invención se refiere
a un procedimiento para evaluar las características en términos de
dimensión y rendimiento de las estaciones base de un tipo de red
GSM-GPRS (sistema global para comunicaciones
móviles-Servicio de Radio de Paquetes General en
redes móviles) que, como se sabe, utiliza una interfaz de radio
híbrida basada en Acceso Múltiple por división de frecuencia (FDMA)
y Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), y que permite
gestionar tanto llamadas de voz como de datos.
El procedimiento se refiere, por lo tanto, a la
evaluación del dimensionado y del rendimiento correctos de recursos
de radio sobre la base del número y la duración de las llamadas
telefónicas de voz (tráfico de voz) y el número y el volumen de
información a transmitir en llamadas de datos (tráfico de datos) y
de la prioridad atribuida al tráfico de llamadas de voz en
comparación con los datos de tráfico.
Se conocen redes para aparatos de
telecomunicaciones móviles.
Estas redes se describen generalmente como
celulares y se distinguen por una pluralidad de células, cada una
definida como el conjunto de puntos del territorio servido por la
señal de radio-eléctrica radiada por una antena
(interfaz de radio).
Aparte de la movilidad intrínseca de los
usuarios, la principal peculiaridad de las redes de los aparatos
móviles es el uso de la interfaz de radio como puerto de acceso a la
propia red misma.
También es conocido que las evaluaciones de la
dimensión y del rendimiento de redes o sistemas de
telecomunicaciones en los que el tráfico ofrecido se compone
solamente de tráfico de voz, se realizan utilizando un procedimiento
en la base del cual es un modelo descrito como del tipo M/M/N,
donde la primera M corresponde a la distribución exponencial de las
llamadas que ofrece el sistema, la segunda M corresponde a la
distribución exponencial de la duración de las llamadas atendidas y
N corresponde al número de líneas, canales telefónicos o de recursos
disponibles, todo esto expresado utilizando lo que se conoce como
fórmula "Erlang-B".
Utilizando este procedimiento es posible
determinar el dimensionado y/o el rendimiento en términos de
probabilidad o, en otras palabras, el nivel de servicio P(c)
del sistema de telecomunicaciones examinado, en los períodos de
mayor tráfico (horas punta), mediante la fórmula:
en la
que:
y en la
que:
- \lambda es el número de llamadas que llegan por unidad de tiempo:
- \mu es el número de llamadas servidas por unidad de tiempo:
- C es el número de líneas, canales telefónicos o recursos disponibles.
\vskip1.000000\baselineskip
De acuerdo con el estado de la técnica, por lo
tanto, P(c) representa el porcentaje de llamadas entrantes
(u ofertas) no servidas (es decir, bloqueadas por el sistema)
durante el período de mayor tráfico (horas punta) y se calcula
sobre la base del tráfico telefónico ofrecido y de las líneas,
canales telefónicos o recursos disponibles, naturalmente en las
hipótesis comúnmente conocidas y aceptadas que:
- el número de llamadas de voz entrantes tiene
una distribución de Poisson con parámetro \lambda, es decir, de
una manera intuitiva, que la distribución del tiempo entre el
momento de llegada de una llamada y el momento de llegada de la
siguiente llamada (tiempo entre llegadas) es de tipo exponencial con
el parámetro \lambda y, en consecuencia, no hay ráfagas de
llamadas;
- el número de llamadas de voz servidas tiene
una distribución del tipo exponencial con el parámetro \mu, es
decir, de forma intuitiva, que la distribución de la duración de las
llamadas atendidas por el sistema es de tipo exponencial con el
parámetro \mu.
El procedimiento conocido es sin duda adecuado
para evaluar el dimensionado y el rendimiento de un sistema de
telecomunicaciones del tipo descrito y, en consecuencia, de una
estación base (célula) de un sistema de telefonía móvil, tal como
GSM, que gestiona el tráfico de voz solamente, como, en este caso,
las hipótesis indican que efectivamente proporcionan una buena
aproximación de la realidad.
También se conoce que la evaluación de la
dimensión y del rendimiento de los sistemas de telecomunicaciones
con tráfico de voz se caracteriza por la presencia de "colas",
porque hay intercambios telefónicos, por ejemplo, que se realizan
utilizando procedimientos en la base de cual hay un modelo de tipo
M/M/N/Q, en el que los tres primeros términos tienen el significado
que ya se ha explicado y Q representa el número de llamadas en
espera de servicio que pueden estar en cola en el sistema. En
general, estos procedimientos se caracterizan por el hecho de que
prevén un factor de "impaciencia" del usuario con un parámetro
de frecuencia \alpha de llamada caída.
Sin embargo, los procedimientos conocidos
mencionados hasta ahora no son adecuados para gestionar el tráfico
de datos, y menos aún, para el tráfico de voz y datos mezclados y,
en consecuencia, no se pueden utilizar para evaluar la dimensión y
el rendimiento de las estaciones base de la red, del tipo
GSM-GPRS, por ejemplo. Como es sabido, de hecho,
una peculiaridad de las redes de datos o de voz y datos, tales como
las redes GSM-GPRS, consiste en el hecho de que las
redes de este tipo son adecuadas para el suministro de una
multiplicidad de "servicios" tales como, por ejemplo,
telefonía de voz, FTP, correo electrónico y acceso a Internet, y que
cada uno de estos servicios tiene, como regla, características
diferentes en términos de velocidad (número de bits por segundo) y
de tráfico (volumen a transmitir, simetría o asimetría del
servicio). De ello se deduce que el dimensionado del sistema
celular debe tener en cuenta de forma conjunta las características
de cada servicio y, en particular, la coexistencia de los servicios
tradicionales de voz y de los servicios de datos soportados.
El documento de J.F. Santé "Analysis of the
impact of multiple services on dynamic carrier allocation for third
generation TDMA systems", Actas de la 47ª Conferencia de
Tecnología Vehicular, 4-7 de mayo de 1997 Phoenix,
AZ, EE.UU., páginas 1837-1841, propuso una
estrategia de asignación de recursos dinámicos para lograr alta
capacidad y ofrecer servicios multimedia en los sistemas basados en
TDMA y presenta un análisis del impacto de los datos de tráfico en
la capacidad de un sistema de acceso múltiple por división de tiempo
avanzado utilizando un esquema de asignación de canal híbrido. El
documento describe una simulación de un sistema que comprende 48
células hexagonales, asumiendo que el tiempo de espera de todas las
llamadas de voz y de datos tiene una distribución exponencial con
una duración media de 120 segundos y 90 segundos, respectivamente.
La distribución no uniforme del tráfico se introduce en la
simulación a través de un punto caliente que consiste en 6 células
en las que el tráfico ofrecido es siempre mayor que las células
ordinarias en un factor \alpha. De acuerdo con los resultados de
la simulación, que se consideran sólo preliminares en el documento,
el esquema híbrido seleccionado es bastante insensible al tráfico
no uniforme.
Un primer problema técnico relacionado con la
necesidad de soportar tráfico de datos consiste en el hecho de que
la velocidad de transmisión de tráfico de datos en este tipo de red
y, más en general, en las redes de telefonía de datos fijos, no es
constante con el tiempo y en gran medida depende del número de
líneas, canales telefónicos o de recursos disponibles en un momento
dado. En el caso específico de la red GSM-GPRS,
como se sabe, el tráfico de datos para los distintos tipos de
servicio se gestiona (sirve) utilizando servidores de radio de
frecuencia predeterminada, en el marco de cada servidor de radio
(técnica de acceso FDMA), mediante una ranura dada (el canal
lógico) entre aquellos disponibles periódicamente en el marco del
período de tiempo utilizado en la interfaz de radio (técnica de
acceso TDMA). En este contexto, incluso si un usuario solicita una
transmisión de datos, una ranura completa del marco de tiempo GSM se
asigna al propio usuario y esto implica una velocidad de
transmisión dada, por ejemplo 9,05 kbit/s nominales, para la
codificación de los datos denominados CS-1, o 13,4
kbit/s nominales para la codificación de datos denominados
CS-2. Si, por otra parte, varios usuarios al mismo
tiempo solicitan la transmisión de datos, la única ranura se
subdivide entre los propios usuarios, con la consiguiente caída en
la velocidad de transmisión que, por lo tanto, estará en función del
número de usuarios activos en el sistema (célula) en ese momento;
de una manera más intuitiva, el usuario genérico observa una
velocidad de transmisión de datos neta que varía con el tiempo sobre
la base de las condiciones de carga en el propio sistema. Las
características del fenómeno descrito son claramente diferentes de
las típicos de la simple transmisión de voz solamente, para la que,
como se sabe, la ranura del marco de tiempo GSM asignada al usuario
se le atribuye al mismo de manera unívoca y exclusiva hasta la
finalización de la llamada telefónica.
Por lo tanto, el uso de un procedimiento que
tiene la fórmula Erlang-B como base, tal como se
encuentra en el estado de la técnica conocido, resulta ser una idea
aproximada de los resultados y, de hecho, se traduce en una
evaluación muy aproximada de la dimensión de una red de gestión de
datos, como, por ejemplo, una red GSM-GPRS.
Un segundo problema encontrado en el estado de
la técnica conocido consiste en el hecho de que, sin embargo, como
regla, el tráfico de datos no es necesario servirse de inmediato,
por lo que pueden poner en cola y, aparentemente, por lo tanto, se
aproxima a un modelo M/M/N/Q, en el que este tráfico abandona la
cola o se sirve (si se libera un canal telefónico entre tanto) o
debido a la salida del sistema (lo que se llama la
"impaciencia" del cliente que modela la combinación de
terminal-célula aquí), tal como un modelo M/M/N/Q y
el procedimiento correspondiente otra vez supone una aproximación de
los resultados, ya que no se prevé la gestión del tráfico con los
recursos que varían con el tiempo. Por lo tanto, el uso de un
procedimiento que tiene la fórmula Erlang-B como
base, modificada para tener en cuenta el hecho de que el tráfico de
datos pueden estar en cola, tal como se encuentra en el estado de
la técnica conocido, resulta ser una aproximación muy imprecisa de
los resultados, y de hecho se traduce en una evaluación muy
aproximada de
las dimensiones de un conjunto de datos y/o gestión de red de voz, tales como, por ejemplo, la red GSM- GPRS.
las dimensiones de un conjunto de datos y/o gestión de red de voz, tales como, por ejemplo, la red GSM- GPRS.
Un tercer problema presente, en particular, en
el caso de la coexistencia de tráfico de voz y de datos, reside en
el hecho de que, como es sabido, en la medida en que la prioridad en
estos casos se da al tráfico de voz respecto al tráfico de datos
(preferente), de tal forma que se atribuyen todos los recursos (o,
en cualquier caso, todos los recursos puestos en común entre los
dos tipos de servicios) para el primer tipo de tráfico en lugar del
segundo para que, como máximo, se reserva una capacidad mínima de
intrusión de llamadas de voz, en este caso también el estado de la
técnica conocido hasta la fecha no tiene en cuenta esta prioridad
y, por lo tanto, en la evaluación del rendimiento de una red
mezclada de voz y datos, evalúa sustancialmente el rendimiento como
si la voz y los datos no coexistieran y no hubiera ninguna
preferencia.
Se desprende claramente de los problemas
descritos hasta ahora, que las metodologías conocidas para evaluar
la dimensión y el rendimiento de las estaciones base de una red de
aparatos de telefonía móvil no son adecuadas para los
requerimientos y son tales que inducen a errores de evaluación
aproximados, ya que no tienen en cuenta las peculiaridades del
tráfico de datos y/o de voz y datos.
Un objeto de la presente invención es la
implementación de un procedimiento para evaluar la dimensión y el
rendimiento de estaciones base en una red para aparatos de telefonía
móvil que no tiene los límites descritos en el estado de la técnica
conocido y que, como consecuencia, tiene en cuenta los problemas
específicos de la transmisión de datos y/o de la coexistencia de
tráfico de voz y de datos y que, en particular, es adecuado para
resolver los problemas de las redes GSM-GPRS y que
es, al mismo tiempo, simple y fácil de aplicar.
Este objeto se logra mediante el procedimiento
tal como se describe en las reivindicaciones.
Esta y otras características de la presente
invención quedarán claras a partir de la siguiente descripción de
una forma preferida de realización, proporcionada por propósitos de
ejemplo y limitativos, con la ayuda de los dibujos adjuntos, en los
que:
La figura 1 muestra un diagrama de las entradas
necesarias para la aplicación del procedimiento para evaluar las
características de una estación base para aparatos de
telecomunicaciones móviles, de acuerdo con la invención, y las
salidas garantizadas por el propio procedimiento;
La figura 2 es un diagrama de flujo del
procedimiento según la invención; y
La figura 3 es una descripción de un posible
estado de una célula del tipo GSM-GPRS (en términos
de frecuencia de nacimientos y muertes de las llamadas de datos que
provocan la salida del propio estado) cuando el número de usuarios
para el tráfico de datos (usuarios GPRS) en el sistema no es
superior al máximo permitido y cuando el número de usuarios GPRS,
presentes en la célula, es tal que no se requiere que una parte de
las llamadas sea colocada en la cola.
Con referencia a la figura. 1, un procedimiento
10 para evaluar las características en términos de dimensionado y
rendimiento de una red de telecomunicaciones móviles, por ejemplo
una red GSM-GPRS de telecomunicaciones móviles,
prevé una serie de entradas compuestas, en detalle, del rendimiento
requerido para el tráfico de voz (pérdida de voz) 20, o del
rendimiento requerido para el tráfico de datos (pérdida de datos o
producción del usuario) 30, de descripciones del tráfico de voz
ofrecido (Erlang) 40 y de las descripciones del tráfico de datos
ofrecido (tráfico GPRS) 50 compuesto por la frecuencia de llegada de
las llamadas de datos y la duración media de los mensajes
individuales. El procedimiento 10, de acuerdo con la invención, es
adecuado tanto para el suministro de un dimensionado óptimo 60 de
la célula GSM-GPRS (número de portadores de radio),
dado el rendimiento requerido 20 y 30, y el rendimiento ofrecido,
40 y 50, y el rendimiento efectivo de la propia célula
proporcionando las entradas 20, 30, 40 y 50.
En particular, desde el punto de vista
operativo, el procedimiento 10 para evaluar la dimensión y el
rendimiento de una estación base en una red de telecomunicaciones
móviles adecuada para la gestión de voz y datos, una red
GSM-GPRS, por ejemplo, comprende una serie de etapas
que se pueden agrupar en seis bloques lógicos fundamentales.
Un primer bloque 10000 (Fig. 2), de tipo
conocido, adecuado para evaluar el número de canales de tráfico
(ranuras) necesarios (etapa 150) sobre la base del tráfico de voz a
manejar o Erlang 40 ofrecido a la célula (etapa 100) y bajo la
restricción de garantizar una pérdida de voz no mayor que la pérdida
de voz 20 necesaria para la voz solamente (etapa 200).
Un segundo bloque 20000, de tipo conocido,
adecuado para evaluar el número mínimo de portadores de radio a
asignar en la célula (etapa 250), sobre la base del número de
canales de señalización necesarios (etapa 300), deducibles, de un
modo conocido, a partir del número de canales calculados en la etapa
150 del primer bloque 10000, y sobre la base del número de canales
(etapa 400) estáticamente reservados para el tráfico de datos (50)
solamente.
Un tercer bloque 30000, tal como se describe con
más detalle a continuación, adecuado para evaluar el rendimiento
del tráfico de datos en la sección entre el terminal móvil y la
estación base (etapa 550), sobre la base del número de portadores
de radio disponibles obtenidos 350 con la etapa del segundo bloque
20000, para las características de tráfico de datos que se ofrecen
en términos de frecuencia de llegada de llamadas, longitud del
paquete, número medio de paquetes por mensaje (etapa 500), caída de
datos solicitados 30 para el tráfico de datos solamente (etapa
600), parámetros relacionados con la demora solicitada para el
tráfico de datos (etapa 700), parámetros que indica el número máximo
de canales asignables de forma dinámica al servicio de datos (etapa
800), parámetros que indican la longitud máxima del tiempo de espera
en la cola de una llamada de datos (etapa 900) y parámetros
relativos a la codificación utilizada para la transmisión de datos
(etapa 1000), por ejemplo, parámetros relacionados con el tipo de
codificación GPRS utilizada.
Un cuarto bloque 40000, sustancialmente para la
evaluación de los resultados obtenidos, adecuado para confirmar,
aumentar o reducir el número de portadores de radio utilizados por
el tercer bloque 30000, que comprende una primera etapa de control
para controlar si el rendimiento cumple con los requerimientos
(etapa 1100). Si el resultado es positivo, esta etapa 1100 completa
el bloque 40000 y, si el resultado es negativo, conduce a una
segunda etapa de control para controlar si hay una mejora en el
servicio, en comparación con cualquier situación previa (etapa
1200). En el caso de un resultado negativo, esta etapa 1200 lleva a
una etapa (etapa 1250) adecuada para devolver el número de canales
a los que se utilizan en el bloque 30000 representativo de una
situación anterior, y en el caso de un resultado positivo, conduce a
una aumento en el número de canales (etapa 1150), si es posible,
conociendo el número máximo de portadores asignables en una célula
GSM, y la repetición del bloque 30000.
Un quinto bloque 50000 para evaluar el
rendimiento del tráfico de datos en la sección entre la estación
base y el terminal móvil (etapa 1350), sobre la base del número de
portadores de radio disponibles (confirmado o calculado en los
bloques 30000 y 40000), sobre la base del conjunto de entradas
relacionadas con el tráfico de datos ofrecido (etapa 1300) tal como
se describe para las etapas 500, 600 y 700 del bloque 30000 y sobre
la base del conjunto de parámetros de configuración (etapa 1400) tal
como se describe en las etapas 800, 900 y 1000 del bloque 30000.
Un sexto bloque 60000 sustancialmente para la
evaluación de los resultados obtenidos, adecuado para confirmar,
aumentar o reducir el número de portadores de radio utilizados por
el quinto bloque 50000; este bloque 60000 es sustancialmente
equivalente al bloque 40000, ya descrito, y comprende las etapas
2100, 2200, 2250 y 2150, respectivamente equivalentes a las etapas
1100, 1200, 1250 y 1150 ya descritas.
Conociendo el número máximo de portadores
imputables en una célula de aparatos móviles, del tipo GSM, por
ejemplo, el bloque 60000 conduce a la finalización del procedimiento
10, de acuerdo con la invención, volviendo al ciclo en el bloque
50000 en su caso.
En el procedimiento según la invención, los dos
primeros bloques 10000 y 20000 no tienen elementos nuevos respecto
al estado de la técnica conocido y sólo se describirá en líneas
generales, al igual que los bloques 40000 y 60000; los bloques
30000 y 50000, por el contrario, incluyen componentes innovadores
respecto al estado de la técnica y se describirán en detalle.
Las funciones llevadas a cabo por los distintos
bloques se aplican, de conformidad con el objeto de esta invención,
en forma de programas en un ordenador y permiten determinar las
características de una red de aparatos de telecomunicaciones
móviles.
El funcionamiento del procedimiento 10 para
evaluar la dimensión y el rendimiento de una célula en un sistema
de telecomunicaciones móviles se describe teniendo una red del tipo
GSM-GPRS como referencia, aunque es obvio para los
técnicos en el sector que el procedimiento 10 es fácil de ampliarse
a redes móviles adecuadas para gestionar el tráfico de datos y/o el
tráfico de voz y datos.
El primer bloque 10000 permite evaluar el número
mínimo de canales de tráfico (ranuras) necesarios (etapa 150) para
gestionar el tráfico de voz ofrecido (Erlang) a la célula (etapa
100), bajo la restricción de garantizar una pérdida de voz no mayor
que la pérdida de voz requerida para la voz solamente (etapa
200).
A tal efecto, la etapa 150 del bloque 10000
utiliza la fórmula llamada "Erlang-B", conocida
como tal (modelo M/M/N) en una primera y segunda generación de
redes de telecomunicaciones fijas y móviles que, sobre la base de
datos de entrada conocidos, proporciona el número de canales de
tráfico a asignar en la célula GSM-GPRS para
gestionar el tráfico expresado en Erlang con el rendimiento
solicitado (caída de voz).
El segundo bloque 20000 permite evaluar el
número de portadores de radio (técnica de acceso FDMA) a asignar en
la célula, asumiendo lo siguiente como conocido:
- el número total de canales de tráfico (técnica
de acceso TDMA) asociados a cada portador de radio que, como se
sabe, es de ocho canales en el caso del sistema GSM;
- la regla de asociación, conocida como tal,
entre el número de canales de tráfico calculado por el primer
bloque 10000 y el número de canales de señalización necesarios para
la gestión de la célula (etapa 300);
- el número de canales asignados estáticamente
al tráfico GPRS, y por tanto no utilizable en ningún caso por el
tráfico de voz (etapa 400), habida cuenta de que, en general, se
trata de un parámetro de diseño.
De acuerdo con esta invención, el tercer bloque
30000 permite evaluar el rendimiento del tráfico de datos (pérdida
y rendimiento del usuario) (etapa 550) en la sección entre la
estación móvil y la estación base (sección de enlace ascendente)
sobre la base de una pluralidad de datos de entrada, de
características del servicio de datos GPRS y de supuestos sobre el
procedimiento y el modelo. En particular, en cuanto a los datos de
entrada se refiere, la etapa 550 tiene en cuenta:
- de las características del tráfico de datos
ofrecido a la célula; es decir, la frecuencia de llegada de
llamadas, la longitud del paquete y el número medio de paquetes por
mensaje (etapa 500);
- de la caída solicitada para el tráfico de
datos (etapa 600);
- del rendimiento del usuario solicitado para el
tráfico de datos (etapa 700);
- del número máximo de canales de forma dinámica
que se pueden asignar al servicio de datos (etapa 800), es decir,
que se pueden utilizar por el tráfico de datos GPRS que queda libre
por el tráfico de voz GSM;
- del tiempo máximo de espera en la cola de una
llamada de datos GPRS (etapa 900);
- de la codificación GPRS para la transmisión de
los datos (etapa 1000);
- del número de portadores calculados por el
segundo bloque 20000 en la etapa 350.
En cuanto a las características del servicio de
datos GPRS se refiere, y de acuerdo con la presente invención, el
bloque 30000 tiene en cuenta el hecho de que:
- cada usuario (o, mejor dicho, el terminal
móvil GPRS) intenta acceder al sistema, de acuerdo con las distintas
políticas, para un número predeterminado de segundos con múltiples
intentos; si el usuario no ha podido acceder a la ranura de radio
al final de este período de tiempo, 7 segundos por ejemplo, la
llamada se bloquea;
- se consigue el acceso a la ranura de radio en
el sistema, de una manera conocida, sobre una base de llamada y no
para el paquete de mensajes individuales; esto significa que una vez
que el recurso se ha adquirido, este se mantiene hasta que todo el
propio mensaje se ha transmitido;
- la velocidad de transmisión del mensaje,
después de obtener el recurso de radio, depende del número de
usuarios multiplexados en la ranura del marco GSM; este número va,
por ejemplo, desde un mínimo de un usuario a un máximo de ocho;
como consecuencia de esto, la velocidad, como se sabe, puede variar
durante la transmisión del mensaje único sobre la base del número
de usuarios que acceden a la célula GSM-GPRS.
De acuerdo con la invención, y con el fin de
modelar el comportamiento de la célula GSM-GPRS para
el tráfico de datos solamente (tráfico GPRS), el procedimiento
tiene en cuenta el hecho de que:
- un modelo M/M/N/Q fue elegido, en el que los
servidores del sistema se corresponden a las ranuras del tráfico de
células y el estado de la célula se representa mediante el número de
usuarios GPRS en el sistema;
- una cola de longitud infinita (Q = \infty)
se considera, en el caso de congestión de los recursos de tráfico,
cada usuario realiza los múltiples intentos de acceso antes
mencionados;
- un tiempo de espera de la cola promedio (para
un usuario GPRS), expresada en función del tiempo necesario para
que el terminal móvil realice los múltiples intentos de acceso antes
mencionados;
- todo el mensaje se considera que se ha puesto
en la cola y no el paquete del mensaje único;
- se considera un tiempo entre llegadas entre
las llamadas de datos (proceso de llegadas) caracterizado por una
distribución exponencial con un parámetro \lambda igual a la
frecuencia de las llegadas;
- se considera una duración promedio de las
llamadas (tiempo de servicio T), caracterizada por una distribución
exponencial con un parámetro \mu = 1/\tau igual a la intensidad
de muertes de llamadas;
- se considera un tiempo promedio de espera en
la cola se caracteriza por una distribución exponencial con un
parámetro \alpha igual a la frecuencia de las llamadas perdidas
("impaciencia" de usuario).
Aunque la asunción relativa a la distribución
exponencial del parámetro \lambda para los tiempos entre llegadas
de llamadas de datos (frecuencia de llegada) se puede considerar una
simplificación habitual y conocida, por otra parte, las
aproximaciones respecto a la distribución exponencial del parámetro
\mu para la duración de las llamadas de datos, para la
distribución, también exponencial, del parámetro \alpha y del
tiempo de espera en la cola, son nuevos en este sector técnico y,
sorprendentemente, hacen posible la creación de un procedimiento
para dimensionar y evaluar el rendimiento de una célula
GSM-GPRS con una buena fiabilidad y, en particular,
una que es de fácil aplicación, gracias a la simplificación parcial
de los aspectos matemáticos involucrados en el modelado, aunque muy
complejos.
Sobre la base de lo que se ha enumerado, el
bloque 30000 permite evaluar el tráfico de datos "A" ofrecido
a la célula mediante relaciones de tipo conocido:
donde:
tiempo de servicio mínimo de una
llamada de datos;
y
- (v_{canal}
- velocidad del único servidor;
- n-L
- longitud del mensaje (n paquetes de longitud L).
\vskip1.000000\baselineskip
El rendimiento de la célula en la sección entre
el terminal móvil y la estación base (probabilidad del bloque de
datos y rendimiento promedio para el usuario) es evaluado usando el
modelo del estado de las células basado en dos tipos diferentes de
"estados". Si "i" es el número de usuarios GPRS en el
sistema, obtenemos:
- el estado 100000 (Fig. 3), en el que el número
"i" de usuarios GPRS en el sistema es inferior al número
máximo de conexiones de datos al mismo tiempo soportable por la
célula, donde se conoce el número de ranuras disponibles en un
momento dado para el servicio de datos; en este caso, el sistema
abandona el estado "i" por el nacimiento de una nueva llamada
de datos (con una frecuencia de llegada de llamada \lambda) o por
la muerte de la llamada en curso; la frecuencia de las muertes es
k\cdot\mu, donde k es el número de ranuras GSM ocupadas por uno
o más usuarios GPRS. En este contexto, cada ranura en la que al
menos un usuario de datos está presente contribuye a la frecuencia
de las muertes en la célula con un término aditivo igual a \mu,
tal como:
- cuando sólo hay un usuario, se obtiene una
velocidad de transmisión igual a la máxima velocidad posible, lo
que implica una contribución de aditivos a la frecuencia de muerte
global de la célula igual a u;
- si hay dos usuarios, la velocidad de
transmisión se reduce a la mitad (que contribuye a reducir a la
mitad la frecuencia de mortalidad asociada con la ranura) y se
duplica la de los usuarios multiplexados (que contribuye a duplicar
la frecuencia de las muertes asociadas con la ranura); sobre la base
de lo se ha descrito, se obtiene una contribución aditiva a la
frecuencia de mortalidad global de la célula que sigue siendo igual
a \mu, es decir
- si hay tres o más usuarios, el mecanismo de
evaluación no cambia, ya que existe una reducción por un factor de
1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7 ó 1/8 en la velocidad de transmisión (con el
mismo efecto sobre la frecuencia de las muertes asociadas con la
ranura) y un aumento por un factor de 3, 4, 5, 6, 7 u 8 en el número
de usuarios multiplexados (con el mismo efecto sobre la frecuencia
de las muertes asociadas con la ranura), en todos los casos
enumerados hay, sorpren-
dentemente, una contribución aditiva en la frecuencia de mortalidad global de la célula que sigue siendo igual a \mu;
dentemente, una contribución aditiva en la frecuencia de mortalidad global de la célula que sigue siendo igual a \mu;
- el estado de 200000, en el que el número
"i" de usuarios GPRS en el sistema es mayor que el número
máximo de conexiones simultáneamente soportable por la célula,
donde se sabe que el número de ranuras disponibles en un momento
determinado para el servicio de datos; en este caso, el sistema
abandona el estado "i" ya sea por el nacimiento de una nueva
llamada de datos (con frecuencia de llegada de llamada \lambda) o
por la muerte de una llamada en el sistema como resultado de dos
causas:
- la finalización de una llamada en curso, que
se produce con una frecuencia de muerte dada por el término igual a
N\cdot\mu, donde N es el número máximo de ranuras que se pueden
utilizar por el servicio de datos;
- la salida de una llamada de datos de la cola
como resultado de la finalización del tiempo de espera previsto en
el sistema, que se produce con una frecuencia de muerte dada por la
expresión (i - 8 \cdot N) \cdot \alpha, donde i - 8 \cdot N
corresponde al número de usuarios GPRS en la cola, donde cada uno
contribuye con un término adicional igual a \alpha.
Saber el número de ranuras disponibles en
cualquier momento para el servicio GPRS, el conjunto de estados
posibles asociados con una célula se resume a continuación en las
ecuaciones de equilibrio de flujo (de tipo conocido) necesarias
para el cálculo de las diferentes probabilidades de estado, dadas
por la relación:
donde P_{0} es la probabilidad de
que el sistema esté en estado 0; el conjunto de probabilidades se
normaliza mediante la relación de normalización P_{0} (de tipo
conocido), correspondiente a la
fórmula:
La potencia del procedimiento 10 (Fig. 1 y Fig.
2) para evaluar el rendimiento de una estación base, por ejemplo
del tipo GSM-GPRS, para la gestión de tráfico de
datos y/o de voz, de acuerdo con la invención, conociendo el número
de ranuras disponibles para el servicio de datos, los resultados de
su amplia utilización, ya que puede aplicarse con variantes:
- en el número de ranuras de tráfico asignadas
estáticamente al servicio de datos;
- en el número de ranuras de tráfico asignadas
dinámicamente al servicio de datos;
- en el número de ranuras solicitadas para la
conexión mediante el terminal móvil;
- en los criterios utilizados por la red
GSM-GPRS para asignar y liberar las ranuras de
tráfico atribuidas a los usuarios de datos.
Lo que se ha descrito hasta ahora, y que se ha
subrayado varias veces, debe estar diseñado para estar asociado con
el número de ranuras disponibles para el servicio de datos en un
momento dado. Como este número varía en tiempo real sobre la base
del tráfico de voz que, en general, tiene prioridad sobre las
llamadas GPRS (derecho de prioridad), es necesario hacer un balance
entre las distintas configuraciones posibles de las ranuras
disponibles para el servicio de datos con la probabilidad,
relacionados con tráfico de voz solamente, de cada configuración
que se produce efectivamente. Con este fin, el bloque 30000 permite
evaluar las probabilidades de tener x canales dejados libres por la
voz, y por lo tanto, utilizables por el servicio GPRS, a través de
la relación:
donde D corresponde al número
máximo de ranuras asignables para los datos (estática más dinámica)
y P^{V}(i) es la probabilidad de tener "i" ranuras
ocupadas por la voz, dada por la relación de un tipo
conocido:
El rendimiento efectivo de la célula
(probabilidad del bloque de datos y rendimiento para el usuario)
viene dado por las siguientes relaciones:
probabilidad promedio del bloque de
datos;
retraso de datos promedio; con el
rendimiento para el usuario calculado en la etapa 550, sobre la base
del retraso promedio, mediante la relación (de tipo
conocido):
con la longitud de mensaje n
\cdot
L.
\vskip1.000000\baselineskip
El bloque 30000 se distingue con respecto al
estado de la técnica conocido a través de su contenido innovador
que comprende:
- tener en cuenta las características reales del
servicio de datos, del tipo GPRS, por ejemplo, mediante hipótesis
relativas a la velocidad de transmisión que varía con el tiempo, el
tiempo medio de espera en la cola durante los intentos de acceso
múltiple y la conquista de los recursos de radio en cada llamada, y
no sobre bases de paquetes únicos;
- el procedimiento para evaluar el rendimiento
de la célula (probabilidad de bloque de datos y rendimiento del
usuario), conocer el número de ranuras disponibles en un momento
dado para el servicio de datos, mediante la descripción del estado
del sistema hecho por los diagramas en la figura 3;
- la evaluación de la pérdida de voz efectiva,
la pérdida de datos y el rendimiento para el usuario, en el caso de
la coexistencia de los dos tipos de tráfico (datos y voz), mediante
las fórmulas que proporcionan la probabilidad de bloque de datos y
el retraso promedio sobre la base de la probabilidad de tener
"i" ranuras disponibles para los datos, ya que han sido
liberadas de la voz.
El cuarto bloque 40000 compara la calidad del
rendimiento evaluado por el tercer bloque 30000 con el rendimiento
esperado (probabilidad del bloque de datos y rendimiento solicitado)
y decide el aumento en el número de portadores en la célula (etapa
1150) si el rendimiento no se cumple (etapa 1100) y si:
- el rendimiento evaluado se compara mejor con
el obtenido en la etapa anterior (etapa 1200) y, por supuesto, el
número máximo de los portadores que se pueden asignar en una célula
no se ha alcanzado.
La etapa 1100 hace posible evitar un aumento
innecesario en el número de portadores si el rendimiento, incluso
si se considera insatisfactorio, no se puede mejorar más (esto puede
ocurrir si el número de ranuras asignables de forma dinámica al
servicio de datos, el servicio GPRS por ejemplo, es fijo y no se
puede aumentar incluso cuando aumenta el número de los portadores
asignados a la célula); el límite constituido por el número máximo
de portadores disponibles tiene en cuenta los límites de las bandas
espectrales y las reglas que cada operador de telefonía móvil
utiliza para llevar a cabo el dimensionado de radio de la estación
base del sistema.
El quinto bloque 50000, en relación con la
evaluación de la rendimiento (probabilidad de bloque de datos y
rendimiento del usuario) para la sección entre la estación base y
terminal móvil (sección de enlace descendente), tiene
características idénticas, desde el punto de vista del procedimiento
y supuestos del modelo, para bloque 30000 respecto a la sección de
radio opuesto (sección de enlace ascendente) y, por lo tanto, se
debe hacer referencia a ese bloque.
El sexto bloque 60000 tiene características
idénticas al bloque 40000 y también en este caso se omite la
descripción.
Modificaciones o variaciones evidentes son
posibles a la descripción anterior, en las dimensiones, formas,
materiales, componentes, elementos de circuitos, conexiones y
contactos, así como en los detalles de los circuitos y en la
construcción ilustrada, y en el procedimiento operativo sin
apartarse del ámbito de la invención tal como se especifica en las
reivindicaciones adjuntas.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad al
respecto.
\bullet J.F. Santé. Analysis of the
impact of multiple services on dynamic carrier allocation for third
generation TDMA systems. Proceedings of the 47th Vehicular
Technology Conference, 04 May 1997, 1837-1841
[0013]
Claims (5)
1. Procedimiento para evaluar las
características (70) de una red de aparatos de telefonía móvil
adecuado para gestionar las llamadas telefónicas relacionadas con
tráfico de datos (50) o tráfico de voz (40) y de datos (50) entre
dichos aparatos móviles y una estación base, y en el que las
llamadas relacionadas con el tráfico de datos son tales que pueden
estar en cola durante un periodo de tiempo determinado, estando
caracterizado el procedimiento (10) por las siguientes
etapas:
- atribuir una frecuencia media de las llamadas
para el tráfico de datos con una distribución exponencial con un
parámetro \lambda (500, 1300);
- atribuir una duración media de las llamadas
para el tráfico de datos con una distribución exponencial con un
parámetro \mu (500, 1300);
- atribuir un de tiempo medio de espera de
llamadas en la cola para el tráfico de datos con una distribución
exponencial con un parámetro \alpha (900, 1300);
- determinar las características de la red en lo
que respecta al tráfico de datos en términos de nivel de servicio
en el período de mayor tráfico (550, 1350), sobre la base de un
número determinado de ranuras de radio que se pueden asignar al
tráfico de datos, y sobre la base de dicha distribución exponencial,
que tiene como parámetros \lambda, \mu y \alpha.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que
- dicho parámetro \mu es adecuado para
contribuir de una forma aditiva para determinar, asociado con dicho
parámetro \lambda, el nivel de servicio en el período de mayor
tráfico en términos de probabilidad de una ocupación total de
dichas ranuras de radio asignables, y por el hecho de que
- dicho parámetro \alpha es adecuado para
contribuir de una forma aditiva para determinar el nivel de servicio
en el período de mayor tráfico en términos de probabilidad de
llamadas caídas de la cola en lo que respecta al tráfico de
datos.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por el hecho de que dicha etapa para determinar
las características de la red también comprende las etapas de
- comparar dichas características así
determinadas con valores de rendimiento predeterminados (1100,
2100); y
- actualizar dicho número determinado de ranuras
de radio asignables, de tal manera que dichas características así
determinadas se corresponden con dichos valores de rendimiento
predeterminados (1150, 1250, 2150, 2250).
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó
3, caracterizado por el hecho de que dicha etapa para
determinar las características de la red comprende
- una etapa para determinar las características
de la red en lo que respecta al tráfico de datos entre dichos
aparatos móviles y dicha estación base (30000); y
- una etapa para determinar las características
de la red en lo que respecta al tráfico de datos entre dicha
estación base y dichos aparatos móviles (50000).
5. Procedimiento según la reivindicación 1
caracterizado por el hecho de que dicho número de canales de
radio asignables a los datos de tráfico se determinará mediante las
etapas de:
- determinar el número de ranuras de radio
necesarias para gestionar el tráfico de voz (10000, 20000);
- determinar la probabilidad de que las ranuras
de radio para gestionar el tráfico de voz ocupen dichas ranuras
imputables al tráfico de datos (30000, 50000).
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