Simulação de Alternativas de Alocação de Recursos Rádio no Sistema GSM/GPRS

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1 Simulação de Alternativas de Alocação de Recursos Rádio no Sistema GSM/GPRS O conteúdo deste tutorial foi obtido do artigo de autoria do Breno Perim Pimenta para a etapa de classificação do I Concurso Teleco de Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) Este tutorial apresenta 3 métodos de alocação de canais no sistema GSM/GPRS: alocação com partição total, compartilhamento parcial e compartilhamento total entre voz e dados; simulados por um agendamento de pacotes desenvolvido no Matlab. Breno Perim Pimenta Engenheiro Eletricista, com ênfase Telecomunicações pela Pontifícia Universidade Católica PUC (Poços de Caldas, MG 2005). Atuou como Estagiário na empresa WKVE Internet, provedora do serviço de Internet via rádio, exercendo a função de técnico de manutenção (Governador Valadares, MG), e em projeto do CPqD sobre WAP Internet no celular. Foi também selecionado para a fase classificatória do I Concurso Teleco de Trabalhos de Conclusão de Curso (TCC) Categoria: Telefonia Celular Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 15 minutos Publicado em: 18/09/2006 1

2 Recurso Rádio em GSM/GPRS: Introdução Um sistema de comunicação digital móvel tem como principal objetivo permitir a mobilidade entre as partes durante uma comunicação através de uma rede complexa constituída de elementos tais como a ERB (Estação Rádio Base) ou BS ( Base Station ), BSC (Base Station Controller), MSC (Mobile Switching), etc. Neste trabalho, enfoca-se o problema da alocação de canais no sistema celular GSM/GPRS [KASOPOVIC, BAJRIC; 2005], onde a transmissão de voz é feita por comutação de circuitos e a transmissão de dados por comutação de pacotes. Cada portadora de rádio é dividida em 8 intervalos de tempo denominados TS (do inglês time-slot ). Assim, cada portadora tem a capacidade de 8 canais, os quais podem ser alocados para transmissão de voz ou pacotes de dados. Dependendo da estratégia adotada de alocação de canais, pode-se obter uma maior ou menor vazão de dados no sistema para uma determinada taxa de bloqueio de voz. Assim, mais especificamente, alternativas de alocação do recurso rádio canal no sistema GSM/GPRS são analisadas e simuladas de forma a obter resultados que permitam uma utilização ótima do mesmo, isto é, a maior vazão possível de dados e menor taxa de bloqueio de chamadas de voz. 2

3 Recurso Rádio em GSM/GPRS: GSM O sistema GSM (Global System for Mobile Communications ), desenvolvido pelo grupo GSM (Groupe Special Mobile) no início da década de 80, tinha a intenção de que o assinante pudesse deslocar-se por toda Europa, levando um telefone que pudesse fazer e receber ligações telefônicas em qualquer localidade sem que fosse necessário digitar os códigos referentes aos países. Com isso em 1987 disponibilizaram-se novas bandas de freqüência para operações Pan-Européias com ligações compatíveis, onde as especificações eram baseadas na interface aérea do sistema híbrido FDMA/TDMA e na infra-estrutura de comunicação baseada em SS7 (Signaling System Number 7). Arquitetura GSM Arquitetura da rede GSM reflete uma influência do ISDN (Integrated Service Digital Network). Os três elementos essenciais da rede GSM apresentam a seguinte terminologia: estação móvel (terminais), estação base (ERB), e central de comutação móvel (switch). O GSM especifica três bancos de dados: registrador de localização de origem HLR, registrador de localização de visitante VLR, e o registrador de equipamento [GOODMAN, 97]. O sistema de estação base BSS contém dois elementos: a Estação Transceptora Base BTS, e o controlador BSC, conectados por uma interface padrão chamada Abis. Isso reflete a tendência do projeto de hardwares de celular para servir células pequenas, em contraste com a configuração original dos sistemas celulares, com transmissores de alta potência conectados às antenas com 50 a 60 metros acima do solo. As microcélulas transmitem em baixa potência em antenas com 10 metros acima do solo conectadas em prédios ou até mesmo postes de energia. Devido ao desejo de redução no tamanho e custo dessas instalações, os fabricantes separaram os equipamentos essenciais de rádio do controle de rede uma BS. Essa separação deu origem à BTS, que é o equipamento de rádio, e à BSC, que faz o controle da rede e processamento do sinal. Uma BSC controla várias BTS. A arquitetura do sistema celular GSM básico, com todas as suas entidades principais, é apresentada na figura 1. 3

4 Figura 1: Arquitetura GSM. Fonte: Tsao, Outra inovação importante no GSM é que cada terminal contém um SIM card (Subscriber Identity Module). O SIM é um cartão removível que armazena informações essenciais do assinante, incluindo números de identificação, detalhes do plano de serviço e a agenda telefônica do usuário. 4

5 Recurso Rádio em GSM/GPRS: GPRS O GPRS, General Packet Radio Service, se destaca como um dos maiores desenvolvimentos para o padrão GSM, o qual se beneficia com técnicas de comutação por pacotes, para atender aos assinantes móveis com altas taxas de bits para transmissão de dados. Na comunicação por pacote comutado, a rede envia um pacote de dados somente quando este for requisitado. Então, para a interface aérea, um canal de rádio pode ser compartilhado por várias MS simultaneamente [Bettstetter, 2001]. Para assinantes GPRS, é possível a utilização de vários time slots (canais de dados) simultaneamente atingindo uma taxa próxima a 170 kbps. A tarifação por volume de dados é possível porque, os canais são alocados aos usuários somente quando ocorrer o envio ou recebimento de pacotes. O serviço GPRS é uma tecnologia 2,5 G que pode combinar até 8 time slots em cada intervalo de tempo em uma conexão de pacote de dados IP, aumentando assim sua velocidade. Quando uma MS gera um pacote de dados, a rede manda o pacote para seu destino no primeiro canal de rádio disponível. Como o tráfego de dados geralmente consiste em bursts (rajadas) de dados, os canais de rádio serão utilizados eficientemente A informação de endereçamento é incluída em cada pacote para que o mesmo possa encontrar o seu destino. O GPRS suporta tanto o IP quanto o X.25 na comunicação de rede. Como o GPRS pode ser adicionado à infra-estrutura GSM de forma quase que imediata, ele apresenta vantagens nos uso dos 200 KHz existentes de canal de rádio, não necessitando de um novo espectro [Bettstetter, 2001]. Os principais elementos da nova infra-estrutura são chamados de GGSN (Gateway GPRS Support Node) e SGSN (Serving GPRS Support Node), como pode ser observado na figura 2. O GGSN provê a interconexão com outras redes como a Internet ou redes privadas, enquanto SGSN busca a localização dos dispositivos móveis e faz o roteamento dos pacotes de tráfegos para eles. A capacidade do GPRS pode ser adicionada aos aparelhos celulares e também pode ser disponibilizada para dispositivos de dados como modem de computadores. O gerenciador de localização GPRS é baseado na definição de uma MS em relação a seu modo de operação (READY, STANDBY ou IDLE), sendo que o gerenciador realiza alguns updates de localização. Para este propósito, áreas de roteamento especiais são definidas, as quais são sub-áreas das áreas de localização definidas no sistema GSM. Entretanto, o GPRS possui seu próprio gerenciador de mobilidade, e este coopera com gerenciador de mobilidade do GSM. Isso resulta, por exemplo, em um mecanismo de paging mais eficiente para estações móveis que utilizam serviços baseados em comutação por circuito e por pacote simultaneamente. A interface aérea de orientação por pacote é um dos aspectos chave do GPRS. Estações móveis com capacidade multislot podem transmitir em vários time slots de um frame TDMA, os enlaces de subida e descida são alocados separadamente, e os canais físicos são utilizados somente no período de duração da transmissão, o qual leva a um ganho na multiplexação. Essa flexibilidade no canal de alocação resulta em uma maior eficiência na utilização dos recursos rádio. No topo dos canais físicos, um número de canais de pacote lógicos foi padronizado. O canal de codificação do GPRS define quatro esquemas de codificação diferentes, o que permite ajustar o 5

6 tradeoff entre o nível de proteção contra erro e taxa de dados, dependendo da qualidade do canal de rádio. Para o simulador, foi utilizado o CS-4 (CoddingScheme 4), que possui menos eficiência em relação à ruído, porém atinge maior taxa por número de time slots utilizados. Os princípios de segurança do GPRS incluem autenticação, codificação, e confidência na identidade do assinante. O SGSN lida com a autenticação e um algoritmo especial de encriptação chamado GEA (GPRS Encryption Algorithm). Além disso, operadoras GPRS protegem sua rede com firewalls contra redes externas e gateways para outras redes GPRS. Protocolos de segurança IPsec (IP Security Protocol) podem ser utilizados para comunicação através de redes externas sem segurança. Cenários típicos para GPRS são: acesso wireless à Internet, Internet , corporativo, WAP através do GPRS, serviços de propaganda, localização e telemetria de campo [REGIS, 2002]. Arquitetura GPRS Figura 2: Visão geral do Sistema GPRS. F onte: Halonen, Romero, Melero; O GPRS representa um pequeno impacto na BSS (Base Station Subsystem) existente do GSM, tornando fácil reutilizar os componentes existentes e os links sem grandes modificações. Isto é possível porque o GPRS utiliza a mesma banda de freqüência técnicas de hopping, a mesma estrutura de frame TDMA, a mesma modulação e estrutura de burst do GSM [BETTSTETTER, 2001]. Um novo componente funcional chamado PCU (Packet Control Unit) foi adicionado ao BSS padrão GPRS para suportar a manipulação dos pacotes de dados. O PCU é colocado logicamente entre o BSS e o GPRS NSS (Network Subsystem). Diferente das conexões do circuito de voz, as conexões GPRS têm que ser estabelecidas e liberadas entre a BSS e a MS apenas quando houver a necessidade do transporte de dados através da interface aérea. Sendo assim o GPRS NSS pode ser visto como uma rede garantindo o link entre usuários móveis e a rede de dados. 6

7 No intuito de integrar o GPRS na arquitetura GSM existente, uma nova classe de nós de rede, chamada GSNs (GPRS Support Nodes), foi introduzida [BETTSTETTER, 2001]. Os GSNs são responsáveis pela entrega e roteamento dos pacotes de dados entre as estações móveis e a PDNs (Packet DataNetworks) externas. Um SGSN (Serving GPRS Support Node) entrega pacotes de dados de e para as estações móveis dentro de sua área de serviço. Sua tarefa inclui roteamento e transferência de pacotes, funções de conexão de desconexão de estações móveis e suas autenticações, e gerenciamento lógico do link. O registrador de localização do SGSN armazena informações de localização (célula atual e VLR atual) e os profiles do usuário (IMSI, endereço utilizado na rede de pacotes de dados) de todos os usuários registrados neste SGSN. Figura 3: Arquitetura do sistema GPRS e interfaces. Fonte: Bettstetter, Eberspächer, VÖgel; O GGSN (Gateway GPRS Support Node) atua como uma interface com a rede externa de pacotes (Internet). Ele converte os pacotes GPRS vindos do SGSN para o formato PDP (Packet Data Protocol) adequado, e os envia para a rede externa correspondente [Bettstetter, 2001]. De outra forma, o endereçamento PDP de pacotes de dados que estão chegando (IP de destino) é convertido no endereço GSM do usuário de destino. Os pacotes reendereçados são enviados do SGSN responsável. Neste propósito, o GGSN armazena endereços e profiles de usuários registrados no atual SGSN, em seu registrador de localização. Em geral, existem várias relações entre os SGSNs e os GGSNs : um GGSN é a interface de rede externa para vários SGSNs; um SGSN pode rotear seus pacotes para diferentes GGSNs. As interfaces Gn e Gp são também definidas entre dois SGSNs [Bettstetter, 2001]. Isso permite ao SGSN trocar profiles de usuário quando uma MS se move de uma área SGSN para outra. De outro lado da interface Gf, o SGSN pode perguntar e achar o IMEI de uma MS tentando se registrar na rede. No padrão GPRS, interfaces para redes IP (IPv4 eipv6) e X.25 são suportadas. O GPRS também adiciona mais entradas aos registradores GSM. Para gerenciamento de mobilidade, a entrada do usuário no HLR é estendida com um link para o respectivo SGSN. Além disso, o profile 7

8 específico GPRS e os atuais endereços PDP são armazenados. A interface Gr é utilizada para fazer a troca desta informação entre HLR e SGSN. Por exemplo: O SGSN informa ao HLR a localização atual da MS. Quando uma MS se registra em um novo SGSN, o HLR envia o profile do usuário para o novo SGSN. De maneira similar, o caminho de sinalização entre GGSN e HLR (interface Gc) pode ser utilizada pelo GGSN para questionar a localização e o profile de um usuário que seja desconhecido pelo GGSN. Acrescentando também, o MSC/VLR pode ser estendido em relação as funções e entradas de registro nas quais permitem uma coordenação eficiente entre comutação por pacote (GPRS) e a convencional comutação por circuito GSM. Em exemplo são combinados os updates de localização do GPRS e GSM e procedimento de anexo de dados além do mais, requisições de paging das chamadas de comutação por circuito GSM podem ser executadas através do SGSN. Para este propósito, a interface Gs conecta os registradores do SGSN e MSC/VLR. E, finalmente, a interface Gd torna possível a troca de mensagens SMS (Short Message Service) via GPRS, pois esta interconecta o SMS-GMSC (SMS Gateway MSC). Alocação de Recursos de Tráfego para GPRS A alocação de recursos de rádio é executada pelo BSS durante o estabelecimento de um TBF (Temporary Block Flow) de acordo com o contrato de QoS negociado entre uma MS e a rede GPRS [KOCHEM, 2003]. Com base na classe de throughput, o BSS pode determinar a porção da largura de banda que deve ser alocada, dinamicamente ou estaticamente, para uma determinada aplicação de modo que esta transmita seus pacotes de acordo com a taxa de dados negociada. Em uma alocação estática (ou fixa), cada canal é atribuído durante o período inteiro de uma conexão. Conseqüentemente, esse tipo de alocação contribui para o desperdício da largura de banda total disponível no sistema, quando o canal fica ocioso, isto é, não ocorre transmissão de dados, durante o intervalo de tempo em que a porção da largura de banda foi alocada para a conexão. Por esse motivo, a maioria dos sistemas opta por alocar seus canais dinamicamente à medida que os mesmos são necessários. Gerenciamento de Recursos Rádio e Múltiplo Acesso O GPRS é utilizado em redes móveis, as quais trabalham com multiplexação freqüência - tempo para acessar os recursos rádio. A utilização dos recursos da rede é muito importante para a parte de rádio desde que qualquer operador do serviço GSM/GPRS disponha de apenas um número limitado de freqüências. O GPRS combina transmissão em alta velocidade com a maioria dos canais físicos e de transmissão de dados. O GPRS desenvolveu um novo modelo de tarifação, que pode ser realizado com base na quantidade de dados transmitidos e não no tempo total de comunicação da seção [Bettstetter, 2001]. Durante uma seção GPRS, serviços baseados em comutação por circuito (voz) podem ser inicializados e utilizados. Da mesma forma, é possível enviar e receber dados GPRS durante uma chamada telefônica. O uso paralelo destes serviços ocorre para os serviços do tipo Ponto-a-Ponto e Ponto-a-Multiponto. O FDMA divide a banda de 25 MHz de espectro nas 124 portadoras com espaçamento de 200 KHz. Um certo número de freqüência de banda é alocado em uma célula de BSs. Cada uma destas bandas é dividida em canais de tempo, os quais são criados por uma divisão daquele tempo em 8 time slots. A duração de 8

9 um time slot do frame TDMA é 576,9 µs, então a duração do frame TDMA é 4,613 ms e cada slot define um canal físico como apresentado na figura 4. Cada canal físico pode ser descrito pelo número de time slots e freqüências portadoras. Figura 4: Frames TDMA e burst de dados. Diferentes canais lógicos são mapeados no canal físico e estes são definidos pelo número e posição do período correspondente de chegada. Canais físicos e lógicos são distintos entre si. Canais lógicos podem ser organizados somente com a combinação correspondente e no canal físico correto. Existem diferentes combinações de canal que são compreendidas e acessadas pela BS. Isto significa que os canais lógicos são mapeados nos canais físicos utilizando uma estrutura multiframe cíclica repetitiva. Canais lógicos são separados em canais de tráfego e canais de controle. Um multiframe que consiste em 52 frames TDMA representa um canal físico GPRS, o qual é constituído por 12 blocos rádio (cada bloco rádio tem 4 radio burts) e 4 Idle burts. Burts de rádio são distribuídos nos time slots com o mesmo número (número do time slot) nos sucessivos frames TDMA. Na clássica rede GSM com velocidade de dados fixa, os usuários de serviços de dados tem alocação permanente de 2 time slots para cada frame TDMA. Um time slot é utilizado para enlace de subida e o outro para enlace de descida. Como em bursts de pacotes de dados a alocação fixa de time slots não é eficiente, o GPRS pode também trabalhar com o conceito de capacidade por demanda. Este se dá através da alocação dinâmica de certo número de time slots, para usuários de dados, não importando se estes times slots estão esperando na transmissão. Os slots de uplink e downlink são alocados separadamente para que o uso efetivo da largura de banda seja alcançado para um tráfego de dados assimétrico. O downlink carrega pacotes de dados das redes para múltiplas MSs e não requer arbitração de contenção. O uplink é compartilhado entre múltiplas MSs e requer procedimento de controle de contenção. Para células com suporte GPRS todo o recurso rádio é compartilhado, tanto para usuários GSM (voz) e GPRS (dados). Isto significa que redes GSM/GPRS podem alocar canais físicos adicionais para tráfego GPRS do mesmo pool de canais, como mostrados na figura 4. 9

10 Tal canal físico é marcado como PDCH (Packet Data Channel). PDCH estão disponíveis no mesmo pool de todos os canais da célula. Nas redes GPRS, os time slots são alocados para os usuários apenas quando eles necessitam de enviar ou receber dados. Sendo assim, a maioria dos usuários pode utilizar os mesmos time slots. Uma única MS pode utilizar mais de um PDCH simultaneamente para aumentar a taxa de dados, conforme mostra a figura 5. O número máximo de PDCHs que podem usados em paralelo é determinado pela capacidade de 1 (1 PDCH) até a capacidade de 8 (todos os PDCHs), tanto no downlink quanto no uplink. Figura 5: Utilização dos time slots por vários usuários. Fonte: Kasapovic, Bajric; O acesso ao uplink é realizado por um protocolo baseado em Slotted Aloha. Uma requisição de canal de pacote enviada por uma MS é respondida por uma mensagem de atribuição de uplink de pacote (Packet Uplink Assignment) indicando os recursos de uplink reservados para a MS. Os Frames LLC (Logical Link Control Layer) são segmentados em blocos e dados RLC (Radio Link Control Layer). O TBF (Temporary Block Flow) é uma conexão física utilizada para suportar a transferência de um número de blocos, e é identificada pelo TFI (Temporary Flow Identifier). O TFI é incluído em cada bloco transmitido para que a multiplexação de blocos, originados de diferentes MSs no mesmo PDCH, seja possível. Todos os TCHs (GSM Traffic Channel) que não são usados por conexões CS (Coding Scheme) estão disponíveis para o GPRS, caso o número de PDCHs não exceda a soma do máximo número permitido de PDCHs fixos em demanda. 10

11 Figura 6: Forma de alocação dos canais físicos. Fonte: Kasapovic, Bajric;

12 Recurso Rádio em GSM/GPRS: Simulação O Simulador O simulador, desenvolvido no software Matlab, investiga quando o sistema GSM/GPRS alcança o melhor desempenho em relação à vazão (throughput), quando pacotes NRT (No Real Time) de vários usuários são transmitidos simultaneamente. Como diferentes taxas de bits são oferecidas para os usuários através do CS, a soma de todos os dados NRT e RT (Real Time) a serem transmitidos excedem os recursos disponíveis de um quadro (frame) [YAMAMOTO, 2004]. Portanto um PS (Packet Scheduler), localizado na BTS (Base Transceiver Station) ou na RNC (Radio Network Controler) tem que dividir os recursos e designá-los aos diferentes usuários NRT. Além disso, o QoS monitora a alocação de pacotes e carga no sistema. A figura 7 apresenta o diagrama de blocos do simulador de agendamento de pacotes. O bloco PS (Packet Scheduler) recebe requisições de chamadas de voz e de dados, a taxa de bit dos pacotes (TBP), taxa de bit solicitado (TBS) à BS através do enlace reverso. Baseando-se na TBP e TBS, a QoS decide qual usuário ou quais usuários terão os seus pacotes transmitidos em um determinado intervalo de tempo. Figura 7: Diagrama de Blocos do simulador. O modelo selecionado para dados comutados por pacotes, aplica-se para tráfego do tipo www-browsing. Conforme mostrado na figura 8, o modelo consiste em uma estrutura composta por três níveis: sessão, página ou packet call e pacote. 12

13 Figura 8: Modelo de tráfego para www - browsing por pacotes. Fonte: YAMAMOTO, Neste modelo uma sessão consiste na ação, executada por um usuário, de acessar páginas da Internet. Fazendo-se uma comparação, uma sessão equivale à uma chamada telefônica em um sistema de telefonia. As visitas às páginas (que compõem uma sessão) são também uma ação do usuário. Assim, as características estatísticas do modelo nos níveis de sessão e de página são fortemente dependentes do comportamento do usuário e, portanto, estas características estatísticas são extraídas da análise de dados empíricos. Por outro lado, as características estatísticas do modelo no nível de pacote dependem preponderantemente do protocolo de comunicação e não do comportamento do usuário [YAMAMOTO, 2004]. Estratégias de Alocação de canal A estratégia de Partição Total divide os 8 time-slots disponíveis em uma portadora em duas partes: uma para tráfego GSM com 4 time slots, e outra para tráfego GPRS com os outros 4 time slots como mostrado na figura 9. Do ponto de vista analítico o sistema comporta-se como dois sistemas separados. Em cada partição os recursos têm que ser reservados, ou seja, possuem alocação exclusiva para voz e para dados. Como não há compartilhamento dos recursos através da partição, espera-se que sua utilização seja baixa. 13

14 Figura 9: Alocação dos time slots na Partição Total. Para a estratégia de Compartilhamento Total nenhuma capacidade é exclusivamente atribuída ao tráfego GSM ou GPRS. Neste compartilhamento os 8 time slots são alocados de acordo com a demanda de tráfego, como apresentado na figura 10. Como o tráfego de voz é designado como prioridade máxima, ele pode ocupar toda a capacidade do sistema. Entretanto, esta estratégia promete uma menor influência quando existe a introdução do serviço GPRS no tradicional GSM. Figura 10: Alocação dos time slots no Compartilhamento Total. Já a estratégia de Compartilhamento Parcial divide a capacidade total dos time slots em duas partes: uma alocando 4 time slots para tráfego GPRS e a outra 4 time slots para o compartilhamento entre voz e dados (figura 11). O tráfego de dados obterá um melhor desempenho, já que nesta estratégia o volume de time slots para dados atinge um maior número alocado do que para voz. Figura 11: Alocação dos time slots no Compartilhamento Parcial. 14

15 Recurso Rádio em GSM/GPRS: Resultados Obtidos A figura 12 apresenta os gráficos gerados pelo software, que mostram a ocupação dos time slots com voz e voz + dados em função do tempo de simulação, para as estratégias vistas na seção anterior. Em cada figura, o eixo y representa os time slots ocupados com voz e voz + dados e o eixo x representa o tempo de simulação utilizado. Figura 12: Alocação dos time slots. A figura 13 mostra os gráficos da taxa de bloqueio (eixo y) em função do tráfego em Erlang (eixo x), com a simulação para um número de 4 sessões (usuários) com cem chamadas de voz na simulação, para as estratégias apresentadas na seção anterior. Observa-se que para um tráfego de 5 Erlangs, a menor taxa de bloqueio entre as estratégias de alocação mostradas acontece no compartilhamento total, ou seja, sua melhor utilização seria em áreas de alto tráfego de voz. 15

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17 Figura 13: Comparação da taxa de bloqueio pelo tráfego erlang. Para a comparação entre o througput, as análises foram feitas com um baixo tráfego de voz (1,52 erlangs) e um alto tráfego de voz (3.63 erlangs). A figura 6.3 mostra a vazão média de dados (eixo y), para um número de cem chamadas de voz em função do número de usuários (eixo x) para as estratégias de alocação de canal. Observa-se que, para um baixo tráfego de voz, o throughput situa-se entre e bps para partição total. Analogamente, com alto tráfego de voz, o throughput situa-se entre e bps. Portanto, nesta estratégia de alocação de canais, como são reservados canais específicos para tráfego de voz e canais específicos para tráfego de pacotes de dados, não há influência da intensidade do tráfego de voz sobre o throughput de dados. As pequenas diferenças observadas devem-se à imprecisão estatística. 17

18 Figura 14: Comparação do throughput pelo número de sessões. Para a estratégia de compartilhamento total, percebemos que a taxa de dados é bem maior do que a anterior, pois esta compartilha os 8 time slots para voz e dados. No caso de alto tráfego de voz, o throughput situa-se entre e bps. Já para um tráfego baixo, o throughput situa-se entre e bps. Portanto, nesta estratégia de compartilhamento total, o aumento no tráfego de voz diminui o throughput de dados. Com a alocação do tipo compartilhamento parcial, consegue-se a melhor vazão de dados como apresentado na figura. 18

19 Para um alto tráfego de voz, o throughput situa-se entre e bps contra e bps da estratégia com compartilhamento total. Para um baixo tráfego de voz, o throughput situa-se entre e bps contra e bps do compartilhamento total. 19

20 Recurso Rádio em GSM/GPRS: Considerações Finais Um problema fundamental em fornecer um nível adequado de qualidade em redes móveis é gerenciar a alocação do escasso espectro de freqüências. Devido à diversidade de requisitos de desempenho dos serviços, às características de mobilidade dos usuários e alta variabilidade na qualidade dos enlaces de comunicação sem fio, à provisão de recursos de modo flexível se tornou um desafio para as operadoras de redes celulares. Para a simulação, foi utilizado um simulador de alocação de recursos adaptado, que inclui modelos de tráfego por circuitos (voz) e por pacotes (dados). Através da simulação envolvendo cenários de tráfego e serviços sob a plataforma GPRS, pôde-se avaliar o desempenho de cada uma das três estratégias de alocação de canais proposto a partir de métricas estatísticas como: volume de dados oferecido, atraso médio no sistema de pacote, atraso médio no sistema de página, tempo médio de transmissão do pacote, tempo médio de transmissão da página, tamanho médio da página, throughput e taxa de bloqueio. Para a partição total, concluiu-se que sua utilização é meramente ilustrativa. Como analisado anteriormente, o desperdício dos recursos rádio é maior com essa estratégia, pois a alocação fixa dos time slots para dados e para voz, acaba se tornado inviável já que o throughput é o menor e a taxa de bloqueio a maior. A relevância da análise fica restrita às duas outras estratégias: compartilhamento total e compartilhamento parcial. Com o compartilhamento total, consegue-se uma baixa taxa de bloqueio, já que ele pode ocupar até 8 time slots com voz, para uma única portadora. Assim, esta estratégia promete uma menor influência quando da introdução do serviço GPRS no tradicional GSM. Já o compartilhamento parcial se torna a melhor estratégia para o GPRS quando se tem baixa demanda de tráfego de voz e alta demanda de dados por pacotes. Como esta consegue alocar até 8 time slots para dados, em áreas onde a demanda por tráfego de dados é alta, seu desempenho é bastante favorável para dados. Porém, em áreas onde a demanda por tráfego de voz é maior, a melhor opção se torna o compartilhamento total. Referências Bettstetter, C. & EberspÄcher, J. & Jorg, Vogel, h., GSM Switching, Services and Protocols, second edition, Editora Jonh Wiley & Sons LTD, GOODMAN, DAVID J., Wireless Personal Comunications Systems, Editora Addison-Wesley, Kasapovic, S. & Bajric, H., An Approach to Traffic Engineering and Dimensioning of GPRS Networks. University of Tuzla, Faculty of Electrical Engineering, Tuzla, Bosnia and Herzegovina, Paper 5, KOCHEM, ANA CRISTINA B., Controle de Admissão de chamadas, Reservas de Recursos e Escalonamento para a Provisão de QoS em redes GPRS,Paper 6, TSAO, S., B3G Evolution 3GPP Perspective, Core Network Dept., IP Network Technology Div.,CCL/ITRI, 2003 Paper 3. YAMAMOTO, J. SINDI. & PASTI, R., Mecanismo de Agendamento de Pacotes Baseado na Qualidade de 20

21 Canal e QoS da Aplicação em Sistemas WCDMA, XXI SIMPÓSIO BRASILEIRO DE TELECOMUNICAÇÕES-SBT 04, Paper 4, DE SETEMBRO DE 2004, BELÉM PA. 21

22 Recurso Rádio em GSM/GPRS: Teste seu Entendimento 1. A especificação do GSM define as seguintes características: Interface aérea híbrida FDMA/TDMA e a infra-estrutura de comunicação baseada em SS7 (Signaling System Number 7). Interface aérea híbrida CDMA/TDMA e a infra-estrutura de comunicação baseada em SS7 (Signaling System Number 7). Interface aérea híbrida FDMA/TDMA e a infra-estrutura de comunicação baseada em SS-N7 (Signaling System Number Not 7). Interface aérea híbrida FDMA/WCDMA e a infra-estrutura de comunicação baseada em SS7 (Signaling System Number 7). 2. Qual das alternativas a seguir representa um cenário típico de uso do GPRS sobre GSM? Acesso wireless à Internet e . WAP sobre GPRS. Serviços de Propaganda. Serviços de localização e telemetria de campo. Todas as alternativas anteriores. 3. Qual das alternativas abaixo não representa uma estratégia de alocação de canal Rádio no GPRS/GSM? Partição Total, que divide os 8 time-slots disponíveis em uma portadora em duas partes, sendo uma para tráfego GSM (Voz) com 4 time slots, e outra para tráfego GPRS (Dados) com os outros 4 time slots. Compartilhamento Total, que não reserva nenhuma capacidade exclusivamente ao tráfego GSM ou GPRS, alocando os 8 time slots de acordo com a demanda de tráfego de Voz ou Dados. Compartilhamento Eventual, que destina todo a capacidade para o tráfego de GSM, e necessita de intervenção da operação para a alocação de time slots para o tráfego de dados. Compartilhamento Parcial, que divide a capacidade total dos time slots em duas partes, sendo uma alocando 4 time slots para tráfego GPRS (Dados) e a outra alocando 4 time slots para o compartilhamento entre Voz e Dados. 22

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