1 orlando cabral it / dem, universidade da beira interior covilhã, portugal ...
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11
Orlando Cabral
IT / DEM, Universidade da Beira Interior
Covilhã, Portugal
http://www.e-projects.ubi.pt
1ª Reunião CROSSNET, Covilhã, 30 de Junho, 2005.
Optimização de um sistema Enhanced UMTS baseada nos
custos/proveitos para o cenário escritórios
22
Resumo Motivação O simulador de E-UMTS Cenários de simulação Medidas da QoS Estimação da capacidade Modelo de custos/proveitos Impacto económico
• Hipóteses
• Optimização e lucro
Conclusões Referências
33
Motivação
Uma rede E-UMTS é uma rede baseada no protocolo IP
Têm de suportar os melhoramentos da rede UMTS e tudo o que de novo a esta for adicionado.
Estas redes permitem débitos mais elevados, débitos estes não conseguidos com as redes UMTS normais.
Desta forma as redes E-UMTS são uma evolução das redes UMTS, especialmente viradas para permitir a troca de pacotes entre dois pontos.
44
Simulador de E-UMTS - Resumo
Simula o comportamento de uma rede UMTS com melhorias na interface ar, de ligações ponto a ponto
Para cumprir este requisito é necessário simular três diferentes aspectos da rede UMTS:• Sistema
Encontrar resultados de cobertura vs capacidade Examinar a influência da arquitectura da rede e protocolos
• Interface arComportamento dos utilizadores móveis
• Rede e aspectos de transporteInvestigar o comportamento ponto a ponto e
comportamento do tráfego
55
Arquitectura do sistema
BS
BS
BSLink level simulator
RadioInterface
Radio Access Network Core Network
SYSTEM LEVEL SIMULATOR
Network and Transport level simulator
Radio Interface Delay, TCPThroughput, RMD, IDCC...Eb/No
measurements
Coverage Capacity
Influence of NetworkArchitectures and Protocols
A B
1 2 3
4 5 67 8 9
* 8 #
RNC
RNC
SGSN
GGSN
MSC GMSC
IP
PSTN/ISDN
Packet-SwitchedDomain
Circuit-SwitchedDomain
HLR
Router
Router
UE
UE
66
Modulos
77
Nível ligação e nível sistema
Ligação rádio• Estuda o efeito dos canais de rádio em bits individuais
transmitidos
• Analisa a propagação rádio
• Inclui algumas características da camada física do E-UMTS
• Refere-se também à codificação de canais, métodos de transmissão e recepção.
Nível de sistema• Trabalha com vários utilizadores a gerar diferentes
quantidades de tráfego
• É atribuída mobilidade aos utilizadores através de modelos de mobilidade
• Mudança de potência de emissão é permitida
• Mecanismos de RRM são implementados
88
Em suma
Ao simulador pode ser dado:• número de células
• número de utilizadores móveis
Aplicará uma mistura de serviços e mobilidade aos utilizadores
Integrados no simulador de sistema está uma rede E-UMTS e a ligação rádio
Está também integrado no simulador um simulador ao nível da Rede que retira o comportamento ponto a ponto (utilizador final)
99
Cenários de simulação do SEACORN
S
D
S
DS
D1 2 3
y
x
Office BusinessCityCentre BusinessCityCentre
Urbano
1010
Cenários de simulação do SEACORN(cont.)
Uso Aplicações [%] taxa [kb/s]
OFF BCC URB
Som Voz 12.2 25.0 27.0 57.0
Multimedia de Alta Interactividade Video-telefonia (VTE) 128 15.0 16.0 16.0
Banda Estreita Multimedia Web Browsing (MWB) 384 20.0 26.0 11
Banda Media Larga Mensagens Instantâneas Multimedia (IMM) 1024 25.0 Assistência em viagem (ATR) 1660 Video-telefonia HD (HDT) 2048 31.0 16
Banda Larga Interligação WLAN (WLI) 12780 15.0 -
Factor de densidade (utilizadores / m2) 0.150 0.031 0.012
1111
Cenário escritórios
Dos cenários do IST-SEACORN, o cenário escritórios e suas classes de serviços até média larga são tidas em consideração neste estudo.
Aplicações Rb [kb/s] Uso [min]
Som 12.2 29.0 3Multimédia de alta interactividade 144 18.0 3Banda estreita 384 24.0 15Banda média larga 768 29.0 15Factor de Densidade (utilizadores / m2) 0.150
1212
Cenário escritórios (cont.)
Topologia • Piso com 140 m x 60 m, e 1260 utilizadores
(correspondendo a um factor de densidade de 0.15 utilizadores/m2).
• A topologia considerada tem dois níveis, y=20 e y=40. Na Figura 5.2 está o exemplo de uma topologia em que o raio utilizado é de 20 metros.
0
10
20
30
40
50
60
0 20 40 60 80 100 120 140x [m]
y [
m]
BS
Utilizadores
1313
Cenário escritórios (cont.)
Estrutura Pico-Celular• Células pequenas, baixas potências de emissão (3dBW),
interior, e.g., em casa, escritório, centros comerciais, teatros, aeroportos.
Modelo de mobilidade• Reference Point Group Mobility
Modelo de propagação rádio COST 231
y
x
60
140
1414
Medida de QoS – probabilidade de bloqueio
0
5
10
15
20
25
30
35
40
5.6 6.1 6.7 7.4 8.3 9.3 10.8 12.7 15.6 20 25 30 35 40
R[m]
Pb[
%]
3%
2%
1%
4%
2%
1515
Delay para uma fracção de utilizadores activo f = 4%
0
0.03
0.06
0.09
0.12
0.15
0 50 100 150 200t [s]
dela
y [s
]
12.7m 9.3m8.3m 6.76.1m 5.6m7.4m
1616
Medida de QoS – falha de handover
0.0%
0.5%
1.0%
1.5%
2.0%
2.5%
5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0
R[m]
Phf
[%]
f=1%
f=2%
f=3%
f=4%
phf_max
1717
Estimação da capacidade – f suportado em função do raio
f = 0.1207R-0.6451
0%
1%
2%
3%
4%
5%
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
R [m]
f [%
]
Pb=2%
Power(Pb=2%)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
5.6 6.1 6.7 7.4 8.3 9.3 10.8 12.7 15.6 20 25 30 35 40
R[m]
Pb[
%]
3%
2%
1%
4%
1818
Estimação da capacidade – throughput (f = 4%)
0123456789
1011
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
t [s]
Thr
ough
put [
Mbi
t/s]
5.6m
6.1m
1919
Estimação da capacidade – throughput em função do raio
thr = 37.145R-0.7225
0
2
4
6
8
10
12
14
0 5 10 15 20 25 30 35 40R[m]
Thro
ughp
ut [M
bit/s
]
Pb=2%
0
5
10
15
20
25
30
35
40
5.6 6.1 6.7 7.4 8.3 9.3 10.8 12.7 15.6 20 25 30 35 40
R[m]
Pb[
%]
3%
2%
1%
4%
2020
Modelo de custos/proveitos Um Sistema celular, pode ser analisado de
diferentes perspectivas: dos subscritores, das operadoras, da entidade reguladora, e os vendedores dos equipamentos.
Neste trabalho é apenas considerada a perspectiva das operadoras, cujo principal interesse é o lucro máximo
Os custos e proveitos serão analisados numa base anual. Tendo em conta a topologia dos escritórios referida atrás, sendo R a distância de cobertura de uma célula, logo o número de BSs por hectómetro é dado por:
Nc/hm=
1
hm
hm R
l
2121
Modelo de custos/proveitos (cont.) O custo do sistema irá conter uma parte fixa, Cfi, e
uma parte proporcional ao número de BSs, Cfb.
O custo da rede por unidade de comprimento por
ano é
C0 [€/hm]= Cfi[€/hm] + Cfb [€] ∙ Nc/hm
O proveito por célula por ano, (Rv)cell pode ser obtido em função do throughput por BS por ano, thrBS [kb/s], e o preço de um canal com um débito Rb[kb/s], RRb[€/min].
(Rv)cell [€]=
skbb
Rbh
R
RTthrb
/
min/€[kb/s] BS
2222
Modelo de custos/proveitos (cont.) O proveito por hectómetro (distância típica para
uma topologia escritórios), Rv [€/hm], é então dado
por
Rv[€/hm]= Nc/hm·(Rv)cell [€]= Nc/hm·
kb/s
€/minkb/s
b
RbhBS
R
RTthrb
2323
Hipóteses
Duas hipóteses para R144[€/min]
• R144[€/min]=0.02
• R144[€/min]=0.005.
Duas suposições diferentes para os custos (hipóteses A e B) foram consideradas para o custo das BSs
ParametersValues [€]
A B
Initial Costs: BS price Installation License feesAnnual Cost: Operation and maintenance
500030001000
1000
2500250
1000
250
2424
Hipóteses (cont.)
Tempo máximo de vida de uma BS é de 5 anos Assim, para o caso A,
Cfi[€/hm] =1000
Cfb[€/hm] =(5000+3000)/5+1000
ParametersValores[€]
A B
Custos iniciais: Preço da BS Instalação licençasCustos anuais: Operação e manutenção
500030001000
1000
2500250
1000
250
2525
Impacto Económico – optimização e lucro
O proveito e o custo da rede por unidade de comprimento por ano é dado por
C0 [€/hm]=1000[€/hm] +[(5000[€]+3000[€])/5+1000 [€]] ∙Nc/hm
Rv[€/hm]=thrtotal[kb/s]•R144[€/min]•6•60•240 ∙Nc/hm
0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
0 5 10 15 20 25 30 35 40
R[m]
C0,
Rv
[€/h
m]
i
Rv[€/hm], R144=0.005
Rv[€/hm], R144=0.02
C0[€/hm]
2626
Impacto económico – optimisação e lucro (cont.)
Lucro por unidade de comprimento por ano, em percentagem para diferentes R144[€/min].
Pft[€/hm]=((Rv)cell[€]-C0 [€/hm])/(C0 [€/hm]).
-200
0
200
400
600
800
0 5 10 15 20 25 30 35 40R [m]
Prof
it [%
]
B- R144=0.005B- R144=0.02A- R144=0.02A- R144=0.005
2727
Conclusões
Neste trabalho é mostrado que as pico-células para E-UMTS é uma solução aceitável para providenciar uma determinada QoS.
Começou-se por propor um modelo de custos e proveitos que permite encontrar o proveito e o custo por hectómetro por ano
Os proveitos são proporcionais ao throughput suportado, o qual foi obtido através de simulação usando os cenários do IST-SEACORN e o respectivo simulador (System Level Simulator)
2828
Conclusões (cont.)
Destes resultados o lucro em percentagem foi obtido, e o raio mais rentável também foi obtido
Os lucros são extremamente dependentes dos custos
Os resultados para custos mais baixos mostram que um elevado número de pico-células, com distância de cobertura a rondar os 34-35m, pode ser instalado no futuro, quando os custos de implementar uma rede e manter uma rede forem menores, permitindo suportar mais capacidade.
2929
Referências [1] http://seacorn.ptinovacao.pt
[2] http://seacorn.cs.ucy.ac.cy/eumtssim/
[3] J. Antoniou, A System Level Simulator for Enhanced UMTS Coverage and
Capacity Planning, MSc Thesis, Department of Computer Science, University of
Cyprus, Nicosia, Cyprus, June 2004.
[4] J. Antoniou, V. Vassililou, A. Pitsillides, “Coverage and Capacity Planning
for 3G and Beyond Mobile Networks,” 2nd Management Committee Meeting of COST
290 - Wi-QoST: Traffic and QoS Management in Wireless Multimedia Networks, TD-
05-015, Colmar, France, Feb. 2005.
[5] J. Antoniou, V. Vassiliou, A. Pitsillides, G. Hadjipollas, and N. Jacovides, “A
Simulation Environment for Enhanced UMTS Performance Evaluation,” in Proc. of
ATNAC 2003 - The Australian Telecommunications, Networks and Applications
Conference, Melbourne, Australia, Dec. 2003.
[6] J. Ferreira, A. Gomes and F.J.Velez, “Enhanced UMTS Deployment and
Mobility Scenarios,” in Proc. of 12th IST Mobile & Wireless Communications Summit,
Aveiro, Portugal, June 2003.
[7] J. Ferreira and F.J.Velez, “Deployment Scenarios and Applications
Characterisation for Enhanced UMTS Simulation”, in Proc. of 3G 2004 - 5th IEE
International Conference on 3G Mobile Communication Technologies, London, UK,
Oct. 2004.
3030
Referencias (cont.)
[8] B. Gavish and S. Sridhar, “Economic aspects of configuring cellular
networks,” Wireless Networks, Vol. 1, no.1, Feb. 1995, pp. 115–128.
[9] H. Holma, A. Toskala, “WCDMA for UMTS”, John Wiley and Sons,
Chichester, West Sussex, UK, 2004.
[10] Klas Johansson, Anders Furuskär, Peter Karlsson, and Jens Zander,
“Relation between cost structure and base station characteristics in cellular
systems,” in Proc. of PIMRC’ 2004 - 15th IEEE International Symposium on Personal,
Indoor and Mobile Radio Communications, Barcelona, Spain, Sep. 2004.
[11] J. Laiho, A. Wacker, T. Novosad, Radio Network Planning and Optimisation
for UMTS, John Wiley and Sons, Chichester, West Sussex, UK, 2002.
[12] S. Littlechield, Elements of telecommunications Economics, IEE
Telecommunications Series, Vol. 7, Peter Peregrinus, Stevenage, UK, 1979.
[13] C. Salema, Microwave Radio Links, John Wiley and Sons, Hoboken, New
Jersey, 2003.
[14] F.J.Velez and L.M., “Cost/Revenue Optimization in Multiservice Mobile
Broadband Systems,” in Proc. of PIMRC’ 2002-13th IEEE International Simposium on
Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Lisbon, Portugal, Sep. 2002.
3131
Muito obrigado pela atenção