11

Orlando Cabral

IT / DEM, Universidade da Beira Interior

Covilhã, Portugal

http://www.e-projects.ubi.pt

OCabral@e-projects.ubi.pt

fjv@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