Optimização de um sistema Enhanced UMTS baseada nos custos/proveitos para o cenário escritórios

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1 Optimização de um sistema Enhanced UMTS baseada nos custos/proveitos para o cenário escritórios Orlando Cabral IT / DEM, Universidade da Beira Interior Covilhã, Portugal OCabral@e-projects.ubi.pt fjv@ubi.pt 1ª Reunião CROSSNET, Covilhã, 30 de Junho,

2 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 2

3 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. 3

4 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 ar Comportamento dos utilizadores móveis Rede e aspectos de transporte Investigar o comportamento ponto a ponto e comportamento do tráfego 4

5 * 8 # Arquitectura do sistema Radio Interface Radio Access Network Core Network IP BS RNC SGSN GGSN Packet-Switched Domain UE BS RNC HLR UE Link level simulator BS Router Router MSC GMSC Circuit-Switched Domain PSTN/ISDN Network and Transport level simulator Eb/No measurements A SYSTEM LEVEL SIMULATOR B Radio Interface Delay, TCP Throughput, RMD, IDCC... Coverage Capacity Influence of Network Architectures and Protocols 5

6 Modulos 6

7 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 7

8 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) 8

9 Cenários de simulação do SEACORN y S Office S D Business City Centre D 1 S 2 3 D Urbano x 9

10 Cenários de simulação do SEACORN(cont.) Uso Aplicações [%] taxa [kb/s] OFF BCC URB Som Voz Multimedia de Alta Interactividade Video-telefonia (VTE) Banda Estreita Multimedia Web Browsing (MWB) Banda Media Larga Mensagens Instantâneas Multimedia (IMM) Assistência em viagem (ATR) 1660 Video-telefonia HD (HDT) Banda Larga Interligação WLAN (WLI) Factor de densidade (utilizadores / m 2 )

11 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 R b [kb/s] Uso τ [min] Som Multimédia de alta interactividade Banda estreita Banda média larga Factor de Densidade (utilizadores / m 2 )

12 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. y [m] x [m] BS Utilizadores 12

13 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 13

14 Medida de QoS probabilidade de bloqueio % 2% 1% 4% Pb[%] R[m] 2% 14

15 Delay para uma fracção de utilizadores activo f = 4% delay [s] m 8.3m 9.3m m 7.4m 5.6m t [s] 15

16 Medida de QoS falha de handover Phf [%] 2.5% 2.0% 1.5% 1.0% f=1% f=2% f=3% f=4% phf_max 0.5% 0.0% R[m] 16

17 40 3% 35 2% Estimação da capacidade f suportado em 1% 30 4% função do raio 25 Pb[%] 20 5% R[m] 4% f = R f [%] 3% 2% 1% 0% R [m] Pb=2% 17

18 Estimação da capacidade throughput (f = 4%) Throughput [Mbit/s m 6.1m t [s] 18

19 40 3% 35 2% Estimação da capacidade throughput 1% 30 4% em função do raio 25 Pb[%] thr = R R[m] Throughput [M bit/s] Pb=2% R[m] 19

20 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: l N c/hm = [ hm] R [ hm] 1 20

21 Modelo de custos/proveitos (cont.) O custo do sistema irá conter uma parte fixa, C fi, e uma parte proporcional ao número de BSs, C fb. O custo da rede por unidade de comprimento por ano é C 0 [ /hm] = C fi[ /hm] + C fb [ ] N c/hm O proveito por célula por ano, (R v ) cell pode ser obtido em função do throughput por BS por ano, thr BS [kb/s], e o preço de um canal com um débito R b[kb/s], R Rb[ /min]. thrbs[kb/s] Tbh RR b [ / min] (R v ) cell [ ] = R b [ kb/ s] 21

22 Modelo de custos/proveitos (cont.) O proveito por hectómetro (distância típica para uma topologia escritórios), R v[ /hm], é então dado por R v[ /hm] = N c/hm (R v ) cell [ ] = N c/hm thr BS T [ kb/s] bh R [ /min] R b [ kb/s] R b 22

23 Hipóteses Duas hipóteses para R 144[ /min] R 144[ /min] =0.02 R 144[ /min] = Duas suposições diferentes para os custos (hipóteses A e B) foram consideradas para o custo das BSs Parameters Initial Costs: BS price Installation License fees Annual Cost: Operation and maintenance Values [ ] A B

24 Hipóteses (cont.) Tempo máximo de vida de uma BS é de 5 anos Assim, para o caso A, C fi[ /hm] =1000 C fb[ /hm] =( )/ Parameters Custos iniciais: Preço da BS Instalação licenças Custos anuais: Operação e manutenção Valores[ ] A B

25 Impacto Económico optimização e lucro C0, Rv [ /hm] i Rv[ /hm], R144=0.005 Rv[ /hm], R144=0.02 C0[ /hm] R[m] O proveito e o custo da rede por unidade de comprimento por ano é dado por C 0[ /hm] =1000 [ /hm] +[(5000 [ ] [ ] )/ [ ] ] N c/hm R v[ /hm] =thr total[kb/s] R 144[ /min] N c/hm 25

26 Impacto económico optimisação e lucro (cont.) 800 Profit [%] B- R144=0.005 B- R144=0.02 A- R144=0.02 A- R144= R [m] Lucro por unidade de comprimento por ano, em percentagem para diferentes R 144[ /min]. P ft[ /hm] =((R v ) cell[ ] -C 0 [ /hm] )/(C 0 [ /hm] ). 26

27 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) 27

28 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. 28

29 Referências [1] [2] [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 [4] J. Antoniou, V. Vassililou, A. Pitsillides, Coverage and Capacity Planning for 3G and Beyond Mobile Networks, 2nd Management Committee Meeting of COST Wi-QoST: Traffic and QoS Management in Wireless Multimedia Networks, TD , Colmar, France, Feb [5] J. Antoniou, V. Vassiliou, A. Pitsillides, G. Hadjipollas, and N. Jacovides, A Simulation Environment for Enhanced UMTS Performance Evaluation, in Proc. of ATNAC The Australian Telecommunications, Networks and Applications Conference, Melbourne, Australia, Dec [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 [7] J. Ferreira and F.J.Velez, Deployment Scenarios and Applications Characterisation for Enhanced UMTS Simulation, in Proc. of 3G th IEE International Conference on 3G Mobile Communication Technologies, London, UK, Oct

30 Referencias (cont.) [8] B. Gavish and S. Sridhar, Economic aspects of configuring cellular networks, Wireless Networks, Vol. 1, no.1, Feb. 1995, pp [9] H. Holma, A. Toskala, WCDMA for UMTS, John Wiley and Sons, Chichester, West Sussex, UK, [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 th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Barcelona, Spain, Sep [11] J. Laiho, A. Wacker, T. Novosad, Radio Network Planning and Optimisation for UMTS, John Wiley and Sons, Chichester, West Sussex, UK, [12] S. Littlechield, Elements of telecommunications Economics, IEE Telecommunications Series, Vol. 7, Peter Peregrinus, Stevenage, UK, [13] C. Salema, Microwave Radio Links, John Wiley and Sons, Hoboken, New Jersey, [14] F.J.Velez and L.M., Cost/Revenue Optimization in Multiservice Mobile Broadband Systems, in Proc. of PIMRC th IEEE International Simposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Lisbon, Portugal, Sep

31 Muito obrigado pela atenção 31