CAC-RD: Controle de Admissão de Chamadas para Redes UMTS

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1 Carlos Renato Storck CAC-RD: Controle de Admissão de Chamadas para Redes UMTS Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Informática da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Informática. Belo Horizonte Junho 2007

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4 FICHA CATALOGRÁFICA Biblioteca da Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais Storck, Carlos Renato S884c CAC-RD: controle de admissão de chamadas para redes UMTS. / Carlos Renato Storck Belo Horizonte, xiii; 70f.: il. Orientadora: Profª. Drª. Fátima de Lima Procópio Duarte Figueiredo Dissertação (Mestrado) Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Informática, Belo Horizonte. Bibliografia. 1. Sistemas de telecomunicação. 2. Sistemas de comunicação sem fios Inovações tecnológicas. 3. Redes UMTS. I. Figueiredo, Fátima de Lima Procópio Duarte. II. Pontifícia Universidade Católica de Minas Gerais, Programa de Pós-Graduação em Informática. III. Título. Bibliotecária : Erica Fruk Guelfi CRB 6/2068 CDU:

5 a CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES Resumo A terceira geração de redes móveis, denominada 3G, objetiva prover acesso à Internet em alta velocidade, com garantias de qualidade de serviço para determinadas aplicações. UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) é um tipo de rede 3G especificada pelo grupo 3GPP (Third Generation Partnership Project) com utilização de vários serviços multimídia móveis. É necessário o uso de mecanismos de controle de admissão e de congestionamento para que determinadas aplicações críticas sejam priorizadas em relação a outras, sendo necessário classificar o tráfego e prover qualidade de serviço. Este trabalho propõe um controle de admissão de chamadas, o CAC-RD, para redes UMTS. O CAC-RD é baseado em técnicas de diagnóstico da rede e de reserva de recursos para processos de handover. Com essas técnicas associadas a bloqueios de novas chamadas quando a rede atinge determinados thresholds de utilização, o CAC-RD é uma ferramenta que prioriza handovers e aplicativos das classes conversational. Com isto, ele busca garantir acesso e qualidade de serviço (QoS) da rede, mantendo níveis de compromisso entre desempenho e disponibilidade. O principal objetivo do CAC-RD é reduzir o número de chamadas bloqueadas, garantindo níveis aceitáveis de desempenho da rede. Experimentos realizados em uma rede E-UMTS (Enhanced Universal Mobile Telecommunication System), simulada através da ferramenta ns-2 (Network Simulator 2), avaliaram o CAC-RD. Os resultados das simulações mostram que as técnicas de reserva de canais e de diagnóstico, associadas ao controle de potência de sinal intrínsecos à implementação da rede, reduzem efetivamente os bloqueios garantindo, simultaneamente, níveis satisfatórios de desempenho.

6 CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES a Abstract The third wireless network generation, called 3G, aims to provide fast Internet access with quality of service guarantees to some of the applications. UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) is a kind of 3G network specified by the group 3GPP (Third Generation Partnership Project) with use of some mobile services multimedia. It is necessary the use of an admission and congestion control mechanism to prioritize some critical classes of applications. The traffic must be classified to be possible to provide quality of service (QoS). This work proposes an UMTS admission control mechanism, called CAC-RD. It is bases b327 k27 C21(TS ion PP33

7 CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES ii Agradecimentos A Deus, Aos meus pais, Amigos e familiares.

8 CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES iii Agradecimentos Agradeço primeiramente a Deus, pelas conquistas realizadas. À minha querida orientadora, Profa. Fátima de Lima Procópio Duarte Figueiredo, pelo seu incansável incentivo, compreensão, confiança e orientação. Aos Profs. Raquel Aparecida de Freitas Mini e Antonio Alfredo Ferreira Loureiro, pela participação na banca, comentários e contribuições. À Universidade FUMEC, pelo apoio financiamento e institucional recebidos. Aos meus pais José Carlos e Nilda, pelo amor, apoio e confiança em minhas decisões. Aos meus irmãos Fábio e Gustavo, pela amizade e incentivo. À Aline Duarte, pelo amor e paciência durante as horas em que estive ausente. À Anna Tostes, por sua indispensável contribuição e ajuda para concretização deste trabalho. Aos colegas e professores do mestrado, que estiveram presentes durante o curso. Aos amigos e familiares, que me apoiaram nesta jornada.

9 iv Conteúdo Lista de Figuras Lista de Tabelas Lista de Abreviaturas vi viii ix 1 Introdução Motivação Descrição do Problema Trabalho Proposto Organização do Texto Redes UMTS Introdução Sistemas Móveis 3G Serviços nas Redes 3G Faixas de Freqüência.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.ia.i

10 v 3 Qualidade de Serviço em Redes Móveis Introdução Parâmetros de Tráfego para Provisionamento de QoS Mecanismos de Garantia de QoS Soluções de QoS para Redes IP Arquitetura de QoS para Redes UMTS Trabalhos Relacionados Solução proposta por Lindemann, Lohmann e Thummler Solução proposta por Josephine Antoniou Solução proposta por Duarte-Figueiredo Outras Soluções encontradas na Literatura Resumo dos principais trabalhos relacionados Controle de Admissão CAC-RD Introdução O Algoritmo de Controle de Admissão Proposto Simulações e Resultados Introdução Parâmetros e Alterações no Simulador E-UMTS Resultados de Simulação Avaliação do Desempenho da Rede Avaliação de Taxas de Bloqueios de Handovers e Novas Chamadas Validação Estatística Conclusões Conclusões 63 Bibliografia 65

11 vi Lista de Figuras 2.1 Sistemas Celulares divididos por Geração Arquitetura UMTS Camadas e protocolos UTRAN Camadas UMTS Arquitetura de QoS para UMTS Módulos do CAC-RD Diagrama de atividades do CAC-RD Modelagem do cenário urbano no ns Atraso no cenário urbano com 800 usuários Atraso no cenário urbano com 900 usuários Atraso no cenário urbano com 1000 usuários Atraso no cenário urbano com 1100 usuários Variação do atraso no cenário urbano com 800 usuários Variação do atraso no cenário urbano com 900 usuários Variação do atraso no cenário urbano com 1000 usuários Variação do atraso no cenário urbano com 1100 usuários Vazão no cenário urbano com 800 usuários Vazão no cenário urbano com 900 usuários Vazão no cenário urbano com 1000 usuários Vazão no cenário urbano com 1100 usuários Probabilidade de bloqueios de handovers no cenário urbano

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13 CAPÍTULO 6. CONCLUSÕES viii Lista de Tabelas 2.1 Ambientes IMT Parâmetros utilizados para o cenário urbano com CAC-RD Média, desvio padrão e variância para chamadas aceitas e bloqueadas Intervalo de 98% de confiança para novas chamadas Intervalo de 98% de confiança para chamadas de handover

14 ix Lista de Abreviaturas 16-AQM: 16-Quadrature Amplitude Modulation 1G: First Generation 2G: Second Generation 3G: Third Generation 3GPP: Third Generation Partnership Project 3GPP2: Third Generation Partnership Project - 2 4G: Fourth Generation ADRR: Adaptive Deficit Round Robin ALCAP: Access Link Control Application Part Protocol AMC: Adaptive Modulation and Coding AMPS: Advanced Mobile Phone System APM: Adaptive Performance Management ATM: Asynchronous Transfer Mode BCC: Business City Centre BER: Bit Error Rate BF: Beam-Forming BHCA: Busy Hour Call Attempts BMC: Broadcast/Multicast Control BTS: Base Transceiver Station CAC: Call Admission Control CAC-J: Call Admission Control - Josephine Antoniou CAC-RD: Call Admission Control - Diagnosis and Reserve CBP: Call/Session Blocking Probability

15 x CBQ: CDMA: CFQ: CN: CS: D-AMPS: DCS-1800: DECT: DiffServ: EDGE: ERB: ETSI: E-UMTS: FDD: FPS: GC: GGSN: GMSC: GoIP: GPRS: GPS: GSM: HARQ: HFP: HLR: HQ: HSCSD: HSDPA: HSTC: IETF: IFQ: Class Based Queuing Code Division Multiple Access Class-Based Fair Queuing Core Network Circuit Switched Digital AMPS Digital Cellular System 1800 MHz Digital European Cordless Telecommunication Differentiated Services Enhanced Data for Global Evolution Estação Rádio Base European Telecommunications Standards Institute Enhanced Universal Mobile Telecommunication System Frequency Division Duplex Fast Packet Scheduling Guard Channel Gateway GPRS Support Node Gateway MSC Game over IP General Packet Radio Service Generalized Processor Sharing Global System for Mobile Communications Hybrid Automatic Request Handover Failure Probability Home Location Register Handover Queuing High Speed Circuit Switched Data High Speed Downlink Packet Access Hybrid Space - Time Coding Internet Engineering Task Force Interface Queue

16 xi IMT-2000: International Mobile Telecomunications 2000 IntServ: Integrated Services IP: Internet Protocol IS-95: Interim Standard 95 ITU: International Telecommunication Union Iu: CN-UTRAN interface Iub: RNC-ERB interface Iu-CS: Iu-Circuit-Switched data Iu-PS: Iu-Packet-Switched data Iur: RNC-RNC Interface LDP: Label Distribution Protocol MAC: Medium Access Control MIMO: Multiple Input Multiple Output MPLS: Multiprotocol Label Switching MSC: Mobile Switching Center MSS: Mobile Satellite Service NMT: Nordic Mobile Telephone NRTQ: Non Real Time Packet Queue NTT: Nippon Telephone & Telegraph ns-2: Network Simulator 2 OTCL: Object Tool Command Language OVSF: Orthogonal Variable Spreading Factor PCS: Personal Communications Service PCS-1900: Personal Communication System 1900 MHz PDA: Personal Digital Assistant PDN: Packet Data Networks PDP: Packet Data Control PDU: Packet Data Unit PQ: Priority Queuing PS: Packet Switched PSTN: Public Switched Telephone Network

17 xii QoS: Quality of Service QPSK: Quadrature Phase-Shift Keying R5: Release 5 R6: Release 6 R7: Release 7 R99: Release 99 RAB: Radio Access Bearers RAN: Radio Access Network RED: Random Early Detection RLC: Radio Link Control RLC: Radio Link Control RNC: Radio Network Controller RNS: Radio Network Subsystems RRC: Radio Resource Control RRM: Radio Resource Management RSVP: Resource Reservation Protocol RTQ: Real Time Packet Queue RTT: Radio Transmission Technologies SF: Spreading Factor SFQ: Stochastic Fair Queuing SGSN: Serving GPRS Support Node SHO: Soft handover SIR: Signal-to-Interference Ratio SLS: Service Levels SMS: Short Message Service TACS: Total Access Communication System TCP/IP: Transmission Control Protocol / Internet Protocol TD-CDMA: Time Division CDMA TDD: Time Division Duplex TD-SCDMA: Time Division CDMA TN-CP: Transport Network Control Plane

18 xiii TOS: TS: UDP: UE: UMTS: UTRAN: Uu: UWC-136: VLR: VoIP: WAP: WARC: WATM: W-CDMA: WFQ: Wifi: WiMax: WRED: WRR: Type of Service Techinal Specification User Datagram Protocol User Equipment Universal Mobile Telecommunication System UMTS Terrestrial Radio Access Network Radio Interface Universal Wireless Communication Visitor Location Register Voice over IP Wireless Application Protocol World Administrative Radio Conference Wireless ATM Wideband CDMA Weighted Fair Queuing Wireless Fidelity Worldwide Interoperability for Microwave Access Weighted Random Early Detection Weighted Round Robin

19 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO 1 Capítulo 1 Introdução 1.1 Motivação As demandas por aplicações móveis, principalmente da Internet, têm gerado grandes avanços tecnológicos e uma evolução rápida das redes móveis de telefonia celular em direção aos sistemas de terceira e quarta geração. O acesso à informação independentemente de posição geográfica do usuário de um sistema e do tempo tornou-se o principal atrativo da computação móvel. Além disso, a evolução destes sistemas tem promovido o aumento de capacidade e de eficiência espectral da rede e a utilização de novos aplicativos com garantias de qualidade de serviço. A evolução de dispositivos móveis como notebooks, celulares e PDAs (Personal Digital Assistant) possuem papel fundamental no desenvolvimento destes sistemas. Com o surgimento de novas aplicações, como as aplicações gráficas interativas na Internet, é necessário cada vez mais um aumento na largura de banda das redes sem fio. Porém, aumentar somente a largura de banda é desapropriado para garantir qualidade de serviço às aplicações, pois podem existir congestionamentos na rede. Com isso, torna-se necessária a utilização de mecanismos para controle de admissão de chamadas - CAC (Call Admission Control), e para controle de congestionamentos, para que determinadas aplicações críticas sejam priorizadas em relação às outras, sendo necessário classificar tráfego e prover qualidade de serviço. A terceira geração de computação móvel, denominada 3G, é um sistema celular digital que permite acesso à Internet em alta velocidade, com garantias de qualidade de serviço para determinadas aplicações. Redes UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) pertencem a esta geração. E-UMTS (Enhanced Universal Mobile Telecommunication System) é

20 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO 2 uma melhoria da rede UMTS, principalmente na capacidade de transmissão, e pertence a uma geração intermediária descrita por alguns autores como 3,5G. A terceira geração de celulares pretende possibilitar roaming internacional, transmissão de dados de todos os tipos de aplicações móveis, altas taxas de transmissão, alta eficiência e suporte tanto à comutação por circuito quanto por pacotes. Sabe-se que as redes 3G deverão promover a utilização de uma grande variedade de serviços multimídia móveis. Os principais serviços destas redes são transmissão de voz de alta qualidade, serviço de mensagens, multimídia e acesso à Internet [Samukic, 1998]. Os sistemas 3G e 3,5G devem permitir taxas de dados entre 2 a 10 Mbps respectivamente, consideradas mais altas que as taxas de 14,4 kbps dos sistemas 2G, como o GSM (Global System for Mobile Communications), e dos sistemas 2,5G, como o GPRS (General Packet Radio Service), que permitem taxas teóricas de até 171 kbps [Duarte-Figueiredo, 2004]. A mudança dos atuais sistemas 2G, como GSM, que utilizam comutação por circuito, para sistemas 2,5G e 3G, que utilizam comutação por pacotes, tem implicações importantes. Sistemas utilizando comutação por pacotes possibilitam ao usuário conexão permanente, removendo problemas de conexões canceladas e a inconveniência e atraso em ter que rediscar repetidamente para realizar uma transação de dados usando WAP (Wireless Application Protocol), por exemplo. Além disso, os dados podem ser tarifados com base no volume trafegado e não mais com base no tempo de conexão, como é feito em redes que utilizam comutação por circuito [Samukic, 1998]. Apesar da especificação das redes UMTS já ter sido feita pelo grupo 3GPP (3rd Generation Partnership Project) [3GPP, 2004a], estudos sobre elas ainda estão em aberto e melhorias são necessárias. A fim de prover tais melhorias, existem pesquisas a serem desenvolvidas, tais como desenvolvimento de técnicas de QoS (Quality of Service) mais eficientes, que possibilitem a garantia de níveis de serviço acordados entre os assinantes e a rede. Estes mecanismos incluem a escolha dos parâmetros de QoS pela aplicação, tradução em parâmetros compreensíveis pela rede, CAC, negociação com os elementos da rede, reserva de recursos, monitoração de QoS entre comunicações e renegociações de parâmetros [Duarte-Figueiredo, 2004]. Estes estudos objetivam aumentar o desempenho, a capacidade e as taxas de transmissão das redes UMTS, criando, assim, as chamadas redes E-UMTS.

21 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO Descrição do Problema Uma rede UMTS é composta por uma rede sem fio de tecnologia celular e por uma rede com fio IP (Internet Protocol). QoS é um fator crítico para o sucesso das redes de terceira geração, e por isso o suporte às aplicações multimídia em redes móveis UMTS exige garantias de QoS na rede de acesso sem fio. Existem alguns modelos de QoS para redes móveis propostos na literatura, utilizando soluções existentes de QoS para redes com fio. Porém, características de enlace e mobilidade são as principais diferenças para provisionamento de QoS entre redes com e sem fio. Para o problema da mobilidade dos usuários nas redes sem fio, torna-se necessária a implantação de reserva de recursos entre as células com o objetivo de se garantir roteamento correto e handover suave. Além do problema da mobilidade, as redes sem fio apresentam escassez de recursos e capacidades de transmissão inferiores às das redes com fio. Por exemplo, uma rede Ethernet tem taxas de transmissão que variam de 10 Mbps a 10 Gbps, enquanto uma rede UMTS tem taxa de 2 Mbps. A principal proposta de arquitetura de QoS para redes UMTS é especificada pelo grupo 3GPP [3GPP, 2006e]. Esta proposta inclui camadas de serviços para garantia de QoS fim-a-fim em uma rede UMTS, que serão apresentadas no Capítulo 3. Uma das funcionalidades exigidas é um mecanismo de controle de admissão que mantenha informações sobre todos os recursos disponíveis de uma entidade de rede e sobre todos os recursos alocados. Para cada serviço, é determinado se existe possibilidade de provisão de recursos pela entidade e, se existir, os recursos são reservados. No entanto, implementações de soluções de QoS para redes UMTS são livres e variadas, desde que sejam consideradas as características e prioridades das quatro classes de tráfego definidas pelo grupo 3GPP, que são conversational, streaming, interactive e background. Por isso, há a necessidade de se implementar algoritmos eficientes de controle de admissão para que os recursos sejam distribuídos seguindo prioridades e acordos pré-definidos entre assinantes, aplicativos e operadoras, a fim de promover qualidade de serviço nas redes UMTS. Ainda, os algoritmos de controle de admissão encontrados na literatura buscam na maioria das vezes minimizar bloqueios de chamadas, aumentando a disponibilidade da rede sem verificar o impacto no desempenho. Algumas propostas da literatura adotam soluções de QoS de redes fixas, tais como MPLS (Multiprotocol Label Switching), IntServ (Integrated Services) e DiffServ (Differentiated Services) em redes sem fio. Outras propostas propõem reserva de

22 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO 4 recursos, controle de admissão ou controle de fluxo, no enlace sem fio. E há ainda propostas, na literatura, que associam soluções para redes IP com soluções para o enlace sem fio. Para redes sem fio, podem ser citadas as propostas de [Lindemann et al., 2003, Antoniou, 2004, Duarte- Figueiredo, 2004]. Este trabalho se baseia nas três propostas de QoS para redes sem fio citadas, propondo algumas adaptações em cada uma. 1.3 Trabalho Proposto Este trabalho apresenta um modelo de controle de admissão de chamadas, baseado nos conceitos de QoS para redes de terceira geração definido pelo grupo 3GPP [3GPP, 2006e]. O objetivo do CAC é diminuir o número de bloqueios de handovers e novas chamadas das aplicações mais prioritárias, mantendo níveis aceitáveis de desempenho da rede. O modelo proposto neste trabalho se baseia principalmente nas três referências da literatura: [Lindemann et al., 2003, Antoniou, 2004, Duarte-Figueiredo, 2004], citadas anteriormente. O objetivo foi desenvolver um mecanismo de controle de admissão de chamadas para redes UMTS associado a técnicas de diagnóstico da rede com reserva de recursos. O modelo proposto foi denominado CAC-RD (CAC - Reserva e Diagnóstico). Ele trata handovers, com reserva de recursos, evitando assim a queda da comunicação quando um usuário se desloca entre células. Para aplicações de tempo real, as reservas são baseadas em thresholds usados em [Duarte- Figueireido, 2004]. A cada nova chamada do CAC-RD, um módulo de diagnóstico da rede é acionado, o qual verifica os níveis de utilização da rede. Simulações do CAC-RD foram executadas em uma rede E-UMTS [Antoniou et al., 2004] do Network Simulator ns-2 [NS2, 2004]. O simulador suporta modelos de tráfego e mobilidade de usuários, possuindo diferentes ambientes e conjuntos de parâmetros, como modelo de propagação, medidas de desempenho, entre outros. A capacidade e qualidade de serviço foram avaliadas através do comportamento do sistema no módulo de diagnóstico desenvolvido, considerando mobilidade do usuário, interferência e natureza do tráfego, com comportamento dinâmico de tráfego e mistura de voz com dados, usando múltiplas taxas. Através das simulações, com tráfego fim-a-fim, foi possível analisar resultados de desempenho da rede com e sem o CAC-RD. O intuito foi verificar o comportamento de uma rede com diferentes cargas de tráfego, permitindo, dessa forma, a avaliação do mecanismo proposto.

23 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO Organização do Texto Este trabalho está organizado da seguinte forma: o Capítulo 2 apresenta conceitos de redes UMTS. O Capítulo 3 trata o tema QoS, incluindo também trabalhos relacionados. O Capítulo 4 descreve o modelo do mecanismo de controle de admissão de chamadas, CAC-RD, proposto neste trabalho. A descrição das simulações e os resultados são apresentados no Capítulo 5. O Capítulo 6 apresenta conclusões do trabalho.

24 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 6 Capítulo 2 Redes UMTS 2.1 Introdução Os sistemas de comunicações móveis possuem grande importância no mundo moderno, pois permitem mobilidade juntamente com o acesso à informação, em tempo real, independentemente do local onde o usuário se encontre. A evolução dos sistemas de comunicações móveis é dividida em gerações. Na primeira geração, conhecida também como 1G, foram desenvolvidos os sistemas analógicos, tais como AMPS (Advanced Mobile Phone System), TACS (Total Access Communication System), NTT (Nippon Telephone & Telegraph) e NMT (Nordic Mobile Telephone) [Tanenbaum, 2004]. Na 2ª geração, foram desenvolvidos os sistemas digitais, tais como D-AMPS (Digital AMPS), GSM (Global System for Mobile Communications), IS-95 (Interim Standard 95), DCS-1800 (Digital Cellular System 1800 MHz), PCS-1900 (Personal Communication System 1900 MHz) e CDMA (Code Division Multiple Access). Após a 2ª geração, surgiu uma geração intermediária denominada 2,5G, que pode ser vista como uma extensão dos sistemas digitais 2G com novos recursos de acesso à Internet, porém não caracterizados como 3G. Esta geração foi originada pela necessidade de uma transição da segunda geração para a terceira geração, permitindo que as operadoras não percam os investimentos já feitos anteriormente em seu legado, além de adquirirem experiências em comutação por pacotes, enquanto a tecnologia 3G não chegava ao mercado [Sarikaya, 2000]. Dentre as redes 2,5G, existem alguns sistemas desenvolvidos, tais como GPRS (General Packet Radio Service) [Kalden et al., 2000], HSCSD (High Speed Circuit Switched Data), CDMA-

25 CAPÍTULO 2. REDES UMTS x e EDGE (Enhanced Data for Global Evolution). O UWC-136 (Universal Wireless Communication) é outro padrão utilizado em redes 2,5G de pequena escala, sendo considerado um genérico do EDGE. Além disso, a tecnologia 2,5G utiliza comutação por pacotes. A terceira geração é composta por sistemas digitais, que permitem acesso à Internet em alta velocidade e melhor qualidade para suas aplicações. O projeto de redes de terceira geração da ITU (International Telecommunication Union) é denominado IMT-2000 (International Mobile Telecomunications 2000). Padrões como W-CDMA (Wideband CDMA), CDMA-2000, TD- CDMA (Time Division CDMA) e TD-SCDMA (Time Division Synchronous CDMA) foram definidos pelo IMT-2000 com o intuito de oferecer uma rede com cobertura total [Honkasalo et al., 2002]. O DECT (Digital European Cordless Telecommunication) é um padrão utilizado em redes 3G de pequena escala, como por exemplo, telefones sem fio. O padrão europeu de redes 3G é o UMTS que é padronizado pelo grupo 3GPP e o padrão americano é o CDMA-2000, que é padronizado pelo 3GPP2 (3G Partnership Project - 2) [Lindemann et al., 2003]. Vale ressaltar que estas diferenças de denominações se devem a interesses políticos diferentes, pois os Estados Unidos desejavam um sistema compatível com um sistema já amplamente desenvolvido por eles, o IS-95, enquanto a Europa desejava um sistema compatível com o GSM. Uma característica da rede UMTS é a utilização da tecnologia W-CDMA na sua interface de rádio. A rede E-UMTS é uma melhoria na tecnologia empregada na rede UMTS, com proposta de transmissão de até 10 Mbps, e pertencem a uma geração intermediária, chamada 3,5G. A Figura 2.1 ilustra os sistemas celulares por geração. 1G AMPS TACS NMT NTT 2G D-AMPS GSM IS-95 DCS-1800 PCS-1900 CDMA TDMA 2,5G GPRS CDMA x EDGE UWC-136 HSCSD 3G UMTS W-CDMA CDMA-2000 TD-CDMA TD-SCDMA DECT 3,5G E-UMTS 4G Toda IP Figura 2.1: Sistemas Celulares divididos por Geração.

26 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 8 As gerações 3G e 4G, esta última baseada no protocolo IP, devem promover uma grande quantidade de serviços multimídia móveis sem fio de alta qualidade, eficientes e de fácil utilização. Os principais serviços destas redes são transmissões de voz de alta qualidade, serviço de mensagens, aplicações multimídia e acesso à Internet [Samukic, 1998]. Além disso, os sistemas de terceira e quarta geração devem fornecer acesso global, roaming internacional, transmissão de dados de todos os tipos de aplicações móveis, altas taxas na transmissão de dados e serviços baseados em comutação por circuitos e por pacotes. Este Capítulo apresenta os sistemas móveis de terceira geração na seção 2.2, com seus serviços, faixas de freqüência e aplicações. Na seção 2.3 são descritos o padrão UMTS, UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) e rede de núcleo da arquitetura UMTS. A seção 2.4 descreve os principais conceitos e avanços das redes Enhanced-UMTS. 2.2 Sistemas Móveis 3G O desenvolvimento de sistemas celulares de terceira geração se deu juntamente com o início do sucesso do acesso à Internet através de equipamentos portáteis, com objetivo de alcançar altas taxas na transferência de dados, cobertura total e roaming internacional. Foram criadas duas linhas de pesquisa, sendo que a primeira almejava um padrão mundial único, e a segunda propunha a evolução das redes já existentes, porém atendendo aos requisitos de uma rede de terceira geração. No entanto, a segunda proposta se destacou e foi escolhida, por permitir economia de escala além de proteger os investimentos feitos nas redes já existentes. A ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ficou responsável pela padronização da tecnologia UMTS. Foi criado o grupo 3GPP, responsável pelas especificações técnicas mundialmente. Para atender às especificações dos sistemas 3G, a ITU elaborou um conjunto de requisitos para as tecnologias de transmissão via rádio, as conhecidas RTTs (Radio Transmission Technologies) [Ojanpera and Prasad, 1998a], dando o nome ao projeto de IMT Serviços nas Redes 3G O tipo de tráfego multimídia nas redes UMTS deve ser assimétrico. A rede deve possuir serviços capazes de alocar recursos de banda aos usuários por demanda. Outro ponto importante

27 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 9 para os serviços oferecidos é a integração das redes com e sem fio [Jose and Velez, 2003]. Os serviços oferecidos pela rede UMTS devem ser atendidos através de componentes terrestres oferecendo cobertura em áreas com grande densidade populacional e componentes satélites com cobertura em áreas com baixa densidade populacional ou de difícil acesso. Essas áreas são especificadas em três tipos de ambientes de operação para o IMT-2000, com taxas máximas de velocidade do terminal e taxa máxima de transmissão alcançada. A Tabela 2.1 apresenta esses ambientes de operação. Ambiente Máxima velocidade do Taxa de pico terminal Rural outdoor 250 km/h 144 kbps preferencialmente 384 kbps Urbano / suburbano outdoor 150 km/h 384 kbps preferencialmente 512 kbps Indoor / outdoor de curto alcance 10 km/h 2 Mbps Tabela 2.1: Ambientes IMT-2000 (traduzido de [ITU, 2006]) Faixas de Freqüência Redes UMTS possuem dois modos de operação. O primeiro, utiliza duplexação por divisão de freqüência, chamado de FDD (Frequency Division Duplex). Nele, a tecnologia W-CDMA utilizada na interface de rádio faz espalhamento espectral com duas bandas iguais, uma para o uplink e outra para downlink. O equipamento do usuário transmite através do uplink e a ERB (Estação Rádio Base) transmite através do downlink [3GPP, 2006d]. O segundo modo utiliza duplexação por divisão no tempo e é reconhecido como TDD (Time Division Duplex), o qual não utiliza portadoras distintas, e sim uso de slots de tempo distintos na mesma portadora. A WARC (World Administrative Radio Conference) definiu o espectro de freqüências para redes UMTS, com o uso das bandas 1920 MHz a 1980 MHz para operação uplink no modo FDD e 2110 MHz a 2170 MHz para downlink no FDD, proporcionando aproximadamente 250 canais para tráfego do usuário. A tecnologia W-CDMA utiliza 2 canais distintos de 5 MHz, sendo um para downlink e outro para uplink, separados por uma freqüência de 190 MHz. Com isso, consegue-se atingir taxas de até 2 Mbps através dos 250 canais disponíveis para tráfego de

28 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 10 dados. As bandas 1900 MHz a 1920 MHz e 2010 MHz a 2025 MHz foram definidas para operação do TDD, sem necessidade de separação do uplink e downlink por portadoras de freqüências, já que utiliza slots de tempo e a comutação de sinais é feita de forma muito rápida, sendo o sinal de uplink enviado em um slot de tempo e o de downlink em outro. As freqüências de 1980 MHz a 2010 MHz foram reservadas para uso de sinais uplink de serviços MSS (Mobile Satellite Service) e 2170 MHz a 2200 MHz para uso de sinais de downlink de serviços MSS Aplicações Com as redes 3G, novas aplicações deverão surgir. Contudo, o ETSI padroniza quatro delas, que são serviços de voz, SMS (Short Message Service), fax e chamada de emergência. Alguns protocolos serão usados com mais freqüência nessas redes, tais como IP, WAP, VoIP (Voice over IP) e WATM (Wireless ATM). Para as aplicações das redes de terceira geração, são necessários ainda alguns requisitos [Ojanpera and Prasad, 1998b], tais como altas taxas de dados conforme cada ambiente de operação, comutação por pacote para integração com a Internet, garantia de qualidade de voz e integração com os sistemas celulares já existentes garantindo o legado de cada operadora. 2.3 Padrão UMTS O desenvolvimento das redes UMTS baseou-se inicialmente em padrões definidos por órgãos de padronizações, com o intuito de se alcançar uma rede de núcleo baseada na tecnologia GPRS e uma rede de acesso à rádio com suporte para diferentes padrões. Com o surgimento do grupo IMT-2000, o principal objetivo passou a ser roaming internacional, com capacidade suficiente para tráfego de aplicações multimídia. A primeira fase da especificação do UMTS foi chamada de R99 (Release 99) e se baseava na tecnologia ATM (Asynchronous Transfer Mode) para rede de transporte. A cada fase ou release, são introduzidos novos conceitos e características da rede. A proposta do documento R5 (Release 5) é alcançar uma rede toda IP, ou seja, uma rede com arquitetura fim-a-fim baseada no protocolo IP. A R6 (Release 6) introduz diversas características para aumentar a capacidade e o desempenho da rede, principalmente através da tecnologia HSDPA (High Speed Downlink Packet Access). A versão mais recente, a R7 (Release 7) apresenta melhorias e inclui

29 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 11 novas especificações na tecnologia HSDPA, tais como MIMO (Multiple Input Multiple Output) para HSDPA, conectividade contínua, Game sobre IP - GoIP (Game over IP) e otimizações para serviços de tempo real. Existem alguns padrões importantes especificados pelo grupo 3GPP para redes UMTS, denominados TS (Techinal Specification). Entre eles, a TS [3GPP, 2004b] especifica serviços e funções. A TS [3GPP, 2007a] especifica protocolos da interface de rádio. A TS [3GPP, 2006b] especifica protocolos de controle de acesso ao meio. A TS [3GPP, 2006f] especifica o protocolo RLC (Radio Link Control). A TS [3GPP, 2006c] especifica o protocolo da convergência de dados do pacote. A TS [3GPP, 2006a] especifica BMC (Broadcast/Multicast Control). A TS [3GPP, 2006g] especifica controle de recurso de rádio. A descrição da UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) e suas interfaces são especificadas pelas TS [3GPP, 2007b], TS [3GPP, 2007h], TS [3GPP, 2006h], TS [3GPP, 2006i], TS [3GPP, 2007c], TS [3GPP, 2007f], TS [3GPP, 2007g], TS [3GPP, 2007d] e TS [3GPP, 2007e] Arquitetura UMTS A arquitetura de redes UMTS consiste basicamente na integração de três domínios [3GPP, 2004a]: CN (Core Network) ou núcleo da rede, que é responsável pela comutação por pacotes, roteamento, acesso ao banco de dados e gerência da rede; UTRAN ou rede terrestre de acesso à rádio do UMTS, baseada no W-CDMA; e UE (User Equipment), que é o equipamento móvel do usuário. Em relação à arquitetura do GSM, foram criadas as interas pe31 Tf0.00

30 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 12 entre si através da interface Iub. O equipamento do usuário é conectado a ERB através da interface Uu, que utiliza W-CDMA como tecnologia de interface de rádio de banda larga com taxas de transmissão maiores que os atuais sistemas 2G e 2,5G, projetada para suportar aplicações multimídia que necessitam grande largura de banda. O RNC controla várias ERBs e é um comutador ATM responsável pela multiplexação/demultiplexação de dados de comutação de circuitos e de pacotes, gerenciando recursos de rádio de forma autônoma. Dentre suas funções está o controle de congestionamento, SHO (Soft handover), monitoramento e desempenho do subsistema da rede de rádio. O RNS (Radio Network Subsystems) é responsável pelo roteamento das informações do usuário e controle, sendo um ponto de acesso de todos os serviços oferecidos para a rede de núcleo. É composto pelo conjunto formado por RNCs e ERBs. Para comunicação entre um RNS a um outro, pertencente à UTRAN, é empregado à interface Iur. Para conexão da UTRAN ao CN utiliza-se a interface Iu composta pelas interfaces Iu-CS e Iu-PS. O SGSN (Serving GPRS Support Node) ou Nó Servidor de Suporte ao GPRS, é uma interface entre a rede de núcleo e a UTRAN, sendo responsável por localizar unidades móveis e desempenhar funções de segurança e controle de acesso, gerenciamento de mobilidade e estabelecimento de sessão, cobrança, estabelecimento de QoS, handovers, paging e verificação de registro de usuários [Duarte-Figueiredo, 2004]. O SGSN é considerado também como um roteador de ingresso. O GGSN (Gateway GPRS Support Node) ou Nó Roteador de Suporte ao GPRS é um nó de interface entre a rede de núcleo e redes de pacote externas PDNs (Packet Data Networks), tais como Internet e PSTN (Public Switched Telephone Network), sendo conectado ao SGSN através do protocolo IP. Dentre suas funções, estão gerenciamento de conexão localização e autenticação, e contabilidade de pacotes transmitidos. Além disso, realiza tarefas de roteamento de endereços das unidades móveis, definindo o SGSN do nó móvel destino e determinando endereços IP dinâmicos para transmissão de dados das unidades móveis à rede externa IP. O GGSN é considerado também como um roteador de egresso. O CN é composto pelo HLR (Home Location Register), responsável pelo banco de dados dos usuários, e dois núcleos de rede distintos, que são a comutação por circuito, que utiliza a infra-estrutura do GSM já existente e a comutação por pacotes que utiliza a infra-estrutura do GPRS. Uma vez que a arquitetura do UMTS é baseada na arquitetura GSM e GPRS, alguns

31 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 13 elementos da rede foram incorporados e outros usados na comutação por pacotes do GPRS foram mantidos com alterações, como SGSN e GGSN [Soininen, 2000]. Iu é uma interface aérea aberta que conecta a UTRAN à rede de núcleo. É responsável por handover entre RNSs, acesso à portadora de rádio, gerência de sobrecarga e informações de dados com erro de transmissão, entre outras atividades. Iur é uma interface aérea que conecta RNSs, com funções como suporte a handover, registros de localização de unidades móveis entre RNCs e medições da ERB entre RNCs. Iub é uma interface que conecta o RNC às ERBs, responsável por funções tais como estabelecimento do enlace de rádio para unidade móvel, gerência de falhas, medições das ERBs e gerência dos canais de controle. W-CDMA UTRAN CN RNS Comutação a Circuito UE ERBs RNC Iu-CS MSC/ VLR GMSC PSTN Iur HLR Banco de Dados RNS ERBs RNC Iu-PS Comutação a Pacotes SGSN GGSN Internet UE Uu Iub Iu Figura 2.2: Arquitetura UMTS (adaptado de [3GPP, 2004a]) UTRAN A rede terrestre de acesso à rádio UMTS ou UTRAN é um conjunto de RNSs, compostas por um RNC e um ou mais ERBs, conforme ilustra a Figura 2.2. Cada RNC é responsável por

32 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 14 decisões de handover, que requerem uma sinalização com a unidade móvel, e cada RNS gerencia os recursos das ERBs respectivas. As interfaces Iub e Iur possibilitam o handover entre as unidades móveis na UTRAN. A rede terrestre de acesso à rádio realiza ainda processamento de tráfego e gerenciamento de recursos de rádio. Na UTRAN, é utilizado W-CDMA ou TD-CDMA como técnica de múltiplo acesso, com um dos seguintes modos de acesso via rádio: FDD ou TDD, descritos na seção O sinal do W-CDMA possui uma taxa de 3,84 Mcps (chips/s) com modulação de portadoras a 5 MHz e alocação de quadros de 10 ms e 15 janelas de tempo por quadro para cada usuário, suportando assim taxas de transmissão variáveis. Contudo, as taxas de transmissão podem sofrer variação de acordo com o fator espalhamento SF (Spreading Factor): de 4 a 256 para o enlace de subida e de 4 a 512 para o enlace descida. Detalhes do sistema W-CDMA podem ser encontrados em [Honkasalo et al., 2002]. Camada de rede de rádio Plano de Controle Protocolo de Aplicação Plano de Usuário Dados Streams Camada de transporte da rede Rede de Transporte Plano usuário portadoras de sinalização TNCP ALCAP(s) portadoras de sinalização Rede de Transporte Plano usuário portadoras de dados Camada Física Figura 2.3: Camadas e protocolos UTRAN. Na UTRAN, existem camadas horizontais e verticais com planos de controle, para um link ou conexão, e planos de usuário para transmissão de dados de usuários, com protocolos específicos ilustrados na Figura 2.3. As portadoras de sinalização são utilizadas para transmissão de sinais e controle das camadas mais altas. As portadoras de dados são protocolos usados no transporte de quadros de dados, iniciadas pelo TN CP (Transport Network Control

33 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 15 Plane). Protocolos de aplicação são utilizados para sinalização UTRAN, como por exemplo, a configuração de portadoras da camada de rede. ALCAP (Access Link Control Application Part Protocol) localizado na TN CP, reagem à demandas das camadas de rede, para configuração, manutenção e liberação de portadoras de dados. O protocolo TN CP separa os dados da portadora do plano de controle. Os canais lógicos são mapeados nos canais de transporte, o RNC lida com canais de transporte utilizados para transportar diferentes fluxos de informação e os canais físicos compõem a existência física da interface Uu. Diferentes tipos de banda podem ser alocados para diferentes finalidades. A pilha de protocolos dos elementos da rede de rádio é composta pelas seguintes camadas, ilustradas pela Figura 2.4: RRC (Radio Resource Control): camada de controle de recurso de rádio, responsável por procedimento de paging, sinalização do plano de controle entre unidade móvel e UTRAN, estabelecimento, manutenção e liberação de conexão RRC entre unidades móveis e ERB. Realiza ainda funções como ativar/desativar conexão e handover referente à mobilidade da conexão RCC e mapeamento para canais lógicos. RLC (Radio Link Control): a camada de controle de enlace de rádio é equivalente à camada de transporte da arquitetura TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol). Realiza segmentação e remontagem de PDUs (Packet Data Unit) das camadas superiores e entrega em seqüência. MAC (Medium Access Control): camada de controle de acesso ao meio, que responsabiliza pelo mapeamento dos canais lógicos para canais de transporte, monitorando tráfego e volume. Camada física, responsável pelo mapeamento entre canais de transporte e canais físicos. Desempenha papéis de multiplexação/demultiplexação de downlink e uplink, multiplexação/demultiplexação de canais de transporte, além de tarefas como detectar e indicar erros, medir e gerenciar recursos de rádio, controle de potência, espalhamento espectral, seleção de célula, paging e handover.

34 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 16 UE ERB RRC RRC RLC IFQ RLC IFQ MAC MAC Física Física Figura 2.4: Camadas UMTS. Existe uma fila IFQ (Interface Queue) entre as camadas RRC e RLC, que realiza controle de fluxo e adaptação de taxa, a qual armazena pacotes recebidos das camadas superiores, uma vez que a camada RLC necessita de controle de fluxo. Ao contrário, os pacotes recebidos das camadas inferiores não precisam ser armazenados na fila, já que a camada RRC é preparada para suportar tráfego irrestritamente Rede de Núcleo A rede de núcleo é uma rede fixa composta pelos domínios de comutação a circuito CS (Circuit Switched) e comutação a pacotes PS (Packet Switched), conforme ilustra a Figura 2.2. A principal função da rede de núcleo é realizar a conexão da UTRAN com as redes externas, tais como a Internet e a rede pública de telefonia PSTN. Entres suas atividades estão handover, contabilização e roaming de usuários. No domínio PS, a fim de obter comutação de pacotes, a arquitetura é baseada no protocolo IP, sendo usado para transporte de tráfego do usuário e controle, e composto pelos elementos SGSN e GGSN. A escolha do protocolo IP para o domínio PS se deve principalmente ao objetivo de integração da redes com fio e sem fio, pois o desenvolvimento de aplicativos, gerenciamento das redes e avanços de tecnologia poderão ser aplicadas em ambas as redes.

35 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 17 Para transmissões de pacotes na rede de núcleo, o RNC transmite dados das unidades móveis para o SGSN pela interface Iu-PS, o qual armazena endereços dos usuários e informações de localização. O SGSN especifica o GGSN destino, o qual enviará dados para redes externas, através de roteamento das unidades móveis. O domínio CS realiza a comunicação entre unidades móveis e a rede PSTN, e é composto por MSC (Mobile Switching Center), que são switchs que estabelecem conexões com outros MSCs e com RNCs, através da interface Iu-CS. A rede de núcleo possui ainda elementos herdados de gerações anteriores, como HLR e VLR (Visitor Location Register). O HLR é um banco de dados que contém informações dos usuários registrados em uma área de serviço, tais como inscrição, localização, identificação, perfil e último VLR registrado. O VLR é um banco de dados local, usado temporiamente para armazenar dados das unidades móveis que estão fora de sua área de serviço, permitindo assim o roaming. 2.4 Redes Enhanced-UMTS Consideradas como redes 3,5G, as redes E-UMTS são baseadas nas Releases 6 e 7 das TS s do grupo 3GPP. Uma rede UMTS melhorada é uma rede com os seguintes aperfeiçoamentos: HSDPA: serviço de transmissão de pacotes de dados, que ocorre no enlace direto (downlink) do W-CDMA, permitindo a transmissão de dados até 10 Mbps em uma banda de 5 MHz. Possui características novas como Modulação e Codificação Adaptativas - AMC (Adaptive Modulation and Coding), Requisição de Repetição Automática Híbrida - HARQ (Hybrid Automatic Request), Reserva Rápida de Pacotes - FPS (Fast Packet Scheduling), modos de modulação QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying) e 16-QAM (16-Quadrature Amplitude Modulation), e codificação turbo. Em relação ao W-CDMA, não possui controle de potência rápida e SHO, sendo implementados na BTS (Base Transceiver Station). O HSDPA deve permitir novos serviços e redução significativa no preço cobrado pelas operadoras, além de baixo atraso em serviços orientados a pacotes.

36 CAPÍTULO 2. REDES UMTS 18 Camada de enlace, com técnicas novas de comunicação sem fio como HSTC (Hybrid Space - Time Coding) juntamente com esquemas de antenas adaptáveis BF (Beam- Forming), a fim de aumentar taxa de transmissão e capacidade. Taxas mais altas do que 2 Mbps sobre a largura de banda 5 MHz deverão ser alcançadas aumentando a eficiência espectral através da combinação de esquemas adequados de codificação/modulação. A associação com MIMO é um tema a ser estudado nessa rede. Desenvolvimento de novas técnicas de QoS: a camada de rede deve conter mecanismos apropriados de QoS para que a RAN (Radio Access Network) e parte do núcleo da rede E-UMTS seja utilizado de forma eficiente e seja possível fornecer serviços heterogêneos com alta qualidade para usuários finais. A Release 5 descreve que a RAN e núcleo da rede devem conter mecanismos de gerência de recursos para QoS agregado, baseados em DiffServ. Já na interface de rádio, é preciso conter mecanismos QoS por fluxo efetivo. Porém, se novos mecanismos forem implementados corretamente, como na arquitetura DiffMobil [Duarte-Figueiredo, 2004], DiffServ poderá ser apenas uma referência. Existem pesquisas a serem desenvolvidas ainda em redes E-UMTS, como técnicas QoS, associação com a técnica MIMO, além de estudos em protocolos de redes para acesso à rede e núcleo da rede. Com isso, o desempenho das redes UMTS, assim como o aumento de capacidade e taxas de transmissão, de 2 Mbps para 10 Mbps, devem acontecer através de novas técnicas e algoritmos a serem desenvolvidos.

37 CAPÍTULO 3. QUALIDADE DE SERVIÇO EM REDES MÓVEIS 19 Capítulo 3 Qualidade de Serviço em Redes Móveis 3.1 Introdução O termo QoS (Quality of Service) é conceituado como o grau de satisfação do usuário com um tipo de serviço oferecido em uma rede ou sistema [3GPP, 2006e]. Em redes de computadores, QoS refere-se ao desempenho da rede de forma a garantir que os serviços possam ser atendidos satisfatoriamente. Para provisionamento de QoS, torna-se necessária a diferenciação ou a classificação de tráfego e tipos de serviços. Em redes móveis, a diferença de largura de banda entre o núcleo e a interface aérea da rede é outro fator que exige que mecanismos de QoS sejam implementados [Koodli and Puuskari, 2001, Xiao et al., 2004]. Dentre as formas de classificação, podem ser citadas aquelas por usuário, por aplicação, por fluxo, por porta, por pacote ou por quadro. A classificação por usuário é associada à sua identificação na rede e às políticas de prioridades definidas. A classificação por aplicação, refere-se à diferenciação de tráfego exigido por uma certa aplicação, como por exemplo, serviços de voz em que atrasos são sensíveis. A classificação por fluxo refere-se à diferenciação de tráfego por endereços origem e destino e às regras associadas a esse fluxo. Nesta classificação, torna-se complexo o gerenciamento à medida que aumenta o tráfego na rede. Na classificação por porta, o tráfego é diferenciado pela porta utilizada pelas aplicações, porém essa classificação é inadequada para diferentes aplicações que utilizam a mesma porta. A classificação por pacote, se dá de acordo com as características do pacote, sendo marcado o

38 CAPÍTULO 3. QUALIDADE DE SERVIÇO EM REDES MÓVEIS 20 pacote para envio à rede. Por fim, a classificação por quadros se dá em redes móveis com a marcação dos quadros de acordo com sua característica de tráfego. Em redes móveis, o provisionamento de QoS deve levar em consideração a mobilidade dos usuários, ao contrário das redes fixas. Sendo assim, no processo de SHO, quando um usuário móvel se desloca de uma célula e passa a ser atendido por outra, o provisionamento de QoS deve ser considerado. A conexão será roteada para a nova célula e os parâmetros de QoS negociados também deverão ser enviados para esta, que verificará se existem recursos disponíveis para manter essa conexão, sem que haja interrupção do serviço. Caso não existam recursos, a conexão poderá ser cancelada ou haverá renegociação de parâmetros de QoS. Além disso, em redes móveis, existem outros fatores que influenciam QoS. Dentre eles, encontra-se o fato de que a capacidade dessa rede é geralmente inferior a das redes com fio, com escassez de recursos. Os canais das redes sem fio são considerados também não confiáveis e estão sujeitos a erros de ruído e interferências. Soluções de QoS para redes móveis, devem considerar todos estes aspectos. 3.2 Parâmetros de Tráfego para Provisionamento de QoS Para se garantir QoS, alguns parâmetros são necessários, sendo negociados entre a camada de aplicação e as camadas inferiores da rede. Em um mecanismo de QoS, é importante que se procure respeitar as características de tráfego das diferentes aplicações. Por exemplo, aplicações multimídia exigem que requisitos de QoS, como atraso, variação no atraso (jitter) e taxa de perdas sejam mantidos em níveis baixos e que sejam garantidos, enquanto outras aplicações nem tanto. A seguir, os parâmetros mais importantes serão explicados com base em [Maniatis et al., 2002, Duarte-Figueiredo, 2004]. Vazão, ou throughput, é uma taxa efetiva de pacotes transmitidos por uma unidade de tempo, geralmente representado pelo número de bits por segundo recebidos pelo destinatário. A vazão é limitada pelas características físicas do enlace e representa a taxa máxima ou média de um serviço em uma rede. Esse parâmetro é influenciado por perdas e atrasos da rede, ou seja, relacionado com o congestionamento na rede. Quando há um aumento de atraso, a vazão é afetada, pois os pacotes transmitidos demoram mais tempo para alcançar o seu destino. Também

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