Conceitos de Telefonia Celular Trafego. Depto. de Engenharia Elétrica Faculdade de Tecnologia Universidade de Brasília

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1 Conceitos de Telefonia Celular Trafego Depto. de Engenharia Elétrica Faculdade de Tecnologia Universidade de Brasília

2 Objetivos Mostrar primeiros contatos com teoria de despacho e filas Aprender os rudimentos do dimensionamento de sistemas de despacho Aplicar os conhecimentos aprendidos a sistemas celulares Estudar conceitos de trafego em telefonia fixa e celular

3 Sumario Conceito de Trafego Equações de trafego Distribuições de Probabilidade Chamadas bloqueadas liberadas Calculo do numero de usuários Exemplo: Erlang B Chamadas bloqueadas atrasadas Exemplo: Erlang C Eficiência de despacho Melhorando a capacidade de um sistema celular Projeto: Sistema celular simples Conclusões

4 Conceitos de trafego Estudado por Erlang (circa 1880) Problema: Como um grande numero de usuários podem compartilhar de um pequeno numero de canais? Solução:Permitindo acesso de acordo acordo com a demanda de uma serie de canais disponíveis - disponibilidade de canais de acordo com chamadas

5 Conceitos de Trafego Ao ouvir a palavra tráfego muito possivelmente a primeira idéia é a de carros em uma via Podemos imaginar um sistema (loja, barbearia, etc.)cujo objetivo é atender os usuários A este volume de solicitações que o sistema deve atender é que associamos a idéia de tráfego No caso da telefonia, a chamada ocupa um determinado circuito, por um certo tempo. Durante este tempo, outra chamada não pode ocupar este circuito. Então,TRÁFEGO é a ocupação de um circuito, medido pelo tempo desta ocupação, em segundos, minutos, horas, etc

6 Conceito de Trafego

7 Conceito de Trafego O estudo do tráfego telefônico é importante para se identificar os ofensores dos indicadores, para que se tome providências corretivas ou preventivas. Também permite às operadoras dimensionar e ampliar suas centrais e os meios de transmissão que as interligam Oferecendo um serviço de qualidade Custo baixo

8 Conceitos de Trafego Então, a intensidade do tráfego telefônico é definida a partir da taxa de ocorrência de chamadas e da duração dessas chamadas. Maior a taxa de ocorrência e/ou maior a duração dessas chamadas, maior será a intensidade de tráfego.

9 Conceito de Trafego Para expressar o trabalho (comutação): Volume de tráfego à soma de todos os tempos de duração das chamadas, que ocuparam o circuito, durante um tempo de observação (60 minutos) Por exemplo: Se em um tempo de observação de 60 minutos: 6 chamadas telefônicas com tempo médio de 10 minutos Volume de tráfego = 60 minutos Erlang = volume de tráfego/tempo de observação Neste caso: tráfego = 1 erlang

10 Conceito de Trafego A intensidade de tráfego é uma medida do tráfego oferecido ou escoado. É uma quantidade adimensional, representada pela unidade erlang (usualmente abreviada para Erl) O erlang indica o número médio de troncos ocupados ao mesmo tempo. Um tronco ocupado continuamente corresponde a um tráfego de 1 Erl.

11 Conceitos de trafego Em sistemas celulares Quando usuário requisita o serviço e todos os canais estão ocupados -> O usuário e bloqueado Para projetar sistemas de determinada capacidade com determinada qualidade de serviço Teoria de Trafego Teoria de Filas

12 Conceitos de trafego Cada usuário recebe um canal por chamada. Assim que a chamada termina, o canal torna-se disponível Mesmo principio utilizado em projeto de sistemas celulares Compromisso entre: Circuitos disponíveis Probabilidade de um usuário não encontrar circuitos disponíveis

13 Conceitos de Trafego Outras unidades são usadas para designar a intensidade de tráfego. A Traffic Unit (TU) e a Verkehseinheit (VE), como a erlang, indicam a quantidade média de chamadas simultâneas. As unidades Cent Call Seconds (CCS), Hundred Call Seconds (HCS) e Unit Call (UC) indicam a quantidade média de chamadas por hora, tomando-se como base um tempo médio de chamada de 100 s. Finalmente, as unidades Appels Réduits a L`heure Chargée (ARHC) e Equated Busy Hour Call (EBHC) indicam a quantidade média de chamadas por hora, tendo por base um tempo médio de chamada de 120s

14 Conceitos de Trafego Relações de conversão entre as diversas unidades 1 Erl = 1 TU = 1 VE = 1 CCS = 1HCS = 1 UC = 1 ARFC= 1 EBHC= Erl TU VE CCS HCS UC ARFC EBHC 1/36 1 5/6 1/30 6/5 1

15 Conceitos de Trafego Cada instante de utilização de um equipamento de comutação ou de um tronco se apresenta como sendo uma chamada: independente da sua origem ter sido estabelecida em decorrência de uma conexão entre dois assinantes, ou não

16 Conceitos de Trafego Quanto a ocupação, definem-se: Tempo de ocupação: O período de tempo durante o qual um tronco de saída está ocupado sem interrupções para fins determinados de comutação. Tempo médio de ocupação: O tempo durante o qual os troncos de saída são utilizados em média para uma ligação.

17 Conceitos de Trafego Termos usados na Teoria de Tráfego Assinante Cada um dos terminais telefônicos ligados à central; Órgãos ou circuitos Um equipamento da central telefônica Tempo de ocupação O intervalo de tempo em que um assinante ocupa um órgão ou circuito da central (ou centrais) Volume de tráfego O somatório dos tempos de ocupação dos órgãos ou circuitos

18 Conceitos de Trafego Termos usados na Teoria de Tráfego Período de observação O intervalo de tempo em que se observa o comportamento das ocupações Intensidade de ocupação O número de ocupações que ocorre durante o período de observação; Tempo médio de ocupação (t m ) É definido como a média aritmética dos tempos de ocupação das chamadas, num dado sistema, para um determinado período de observação (T) Intensidade de tráfego (A) A relação entre o volume de tráfego e o período de observação. É a principal entidade da teoria do tráfego telefônico ( erlang).

19 Conceitos de Trafego Hora de Maior Movimento (HMM)

20 Conceitos de Trafego Padroes de chamadas Chegadas regulares Chegadas completamente aleatórias Chegadas agregadas Chegadas a intervalos discretos Chegadas correlacionadas com o sistema

21 Conceitos de trafego Erlang: Intensidade de trafego suportada por um canal que esta completamente ocupado Exemplos: 1 chamada-hora/hora, 1 chamada minuto/minuto, 1 canal que esteja ocupado por trinta minutos dentro de uma hora tem o trafego de 0.5 Erlangs Qualidade de Serviço Medida da habilidade do usuário de acessar o sistema durante sua hora mais ocupada. Hora mais ocupada depende da demanda dos usuários durante a semana, mês ou ano

22 Conceitos de trafego Qualidade de Serviço Padrão usado para definir o desempenho desejado de um sistema dada a especificação da probabilidade desejada que o usuário obtenha acesso a um canal dado um certo numero de canais no sistema. Tipicamente: Probabilidade que uma chamada seja bloqueada ou que uma chamada tenha um atraso maior que um determinado tempo. Seu valor numérico é igual à porcentagem das chamadas oferecidas que são rejeitadas

23 Conceitos de trafego Definições Carga: Intensidade de trafego dos sistema Tempo de retenção: duração media da chamada Taxa de pedidos: numero de pedidos por unidade de tempo

24 Tipos de Trafego Tráfego oferecido Aquele relacionado à entrada do sistema telefônico (central). Caracterizado quanto um assinante retira o fone do gancho para efetuar uma chamada (ou não), ou quando o acesso é feito por outra central. Tráfego cursado ou escoado O tráfego efetivo, ou aquele que a central tem condições de medir. É um dos mais importantes indicadores da Teoria do Tráfego Telefônico

25 Tipos de Trafego Tráfico perdido É aquele oriundo de um desistência do assinante chamador ou de uma demanda não oferecida pela central Tráfego de transbordo É quando há rotas alternativas e a rota principal não está disponível, o tráfego passa a ser escoado por aquela rota, gerando o tráfego de transbordo

26 Tipos de Trafego Tráfego de trânsito Existe apenas quando a central tem função tandem ou trânsito. Demanda de tráfego A expectativa de tráfego, a necessidade que um assinante tem de se comunicar. Não é tráfego, mas é extremamente importante no estudo de tráfego telefônico.

27 Equações de trafego Intensidade de Trafego onde λ e a taxa de pedidos e H e o tempo de retenção Para um sistema com N usuários Trafego total: Em um sistema com C canais (trafego distribuído uniforme) Trafego por canal A = λh u A = NA u A = NA / c u C

28 Distribuições de Probabilidade Dois tipos de sistemas de despacho Erlang B Sem filas para despacho - chamadas bloqueadas liberadas Se não há canais disponíveis: chamada e bloqueada, livre para acesso depois Erlang C Com filas para despacho - chamadas bloqueadas atrasadas Se não há canais disponíveis: chamada e atrasada ate algum canal desocupar

29 Chamadas bloqueadas liberadas Erlang B Distribuição de Poisson para chamadas Numero infinito de usuários Usuários podem requisitar chamadas a qualquer hora Probabilidade do tempo de retenção exponencial decrescente Numero finito de canais disponíveis

30 Chamadas bloqueadas liberadas Probabilidade que uma chamada esteja bloqueada (medida de qualidade) Pr( bloqueio) = C C A C! A k k = 0! Onde C e o numero de canais e A e o trafego total (em Erlangs) k

31 Chamadas bloqueadas liberadas

32 Chamadas bloqueadas liberadas

33 Calculo do numero de usuários Portanto o numero de usuários suportado para uma dada taxa de bloqueio: N = A A = A λh u A e determinado pela taxa de bloqueio desejada

34 Exemplo - Erlang B Para um sistema com 20 Canais e taxa de bloqueio de 1% com chamadas de tempo médio de 2 minutos e 2 chamadas por hora, Qual o numero de usuários possível? Da tabela: A=12.0, λ=2/60 e H=2 N = A A u = 12*60 2*2 = 180

35 Chamadas bloqueadas atrasadas Erlang C Há uma fila para armazenar chamadas bloqueadas Qualidade de serviço medida como probabilidade que uma chamada seja bloqueada depois de esperar determinado tempo na fila Permite determinar atraso médio no sistema

36 Chamadas bloqueadas atrasadas Dado um sistema com C canais e trafego A: [ ] C A C A t Pr( atraso > t) = exp C 1 k C A A H A + C! 1 C k = 0 k! O atraso médio do sistema e dado por: Atraso = A C A C C +! 1 A C A k C 1 k k = 0! H C A

37 Chamadas bloqueadas atrasadas

38 Exemplo - Erlang C Um sistema com probabilidade de 5% de chamada atrasada tem 15 canais com uma carga por usuário de Erlangs com uma taxa de requisição de 1 chamada por hora. Quantos usuários o sistema suporta? A=9 Erlangs, A u = > 310 Usuários Atraso médio:0.05*104.4/(15-9)=0.87 s

39 Eficiência de despacho Medida do numero de usuários que podem ter uma qualidade de serviço definida com uma certa configuração de canais. Em geral 2 operadoras de X canais servem menos trafego que 1 operadora de 2X canais!

40 Eficiência de despacho Caso em estudo, bandas A e B. Duas operadoras oferecem no total 1000 canais em 10 células (100 canais por célula). Tempo médio de chamada de 3 minutos. Qualidade de serviço (chamadas bloqueadas liberadas) 10% 1 Operadora: 2082 chamadas/hora 2 Operadoras: 1984 chamadas/hora 4 Operadoras 1824 chamadas/hora

41 Melhorando a capacidade de um sistema celular Reuso de freqüência (K) Aumenta K vezes o numero de canais do sistema Assintoticamente aumenta K vezes o numero máximo de chamadas por hora Divisão de células Aumenta por N numero de células Se o trafego por célula for o mesmo, o sistema aumenta sua capacidade por um fator de N 2

42 Projeto: Sistema celular simples Através da área de cobertura Sabendo-se a densidade da população Quantos usuários a serem atendidos? Deste numero assume-se que 70% farão chamadas no período de pico Encontra-se o numero de canais para dada taxa de bloqueio Através do numero de canais Encontra-se o numero de usuários para uma dada taxa de bloqueio Sabendo-se a densidade media populacional encontrase a área de cobertura

43 Medicao de Trafego As operadoras dos serviços telefônicos são avaliadas pelo resultado de indicadores. Com os resultados desses indicadores calcula-se o desempenho do sistema telefônico (DST) que é um resumo da qualidade dos serviços oferecidos por cada empresa Existem vários indicadores os quais se dividem em dois grandes grupos: Indicadores do grupo de prestação de serviços em telecomunicações Indicadores do grupo de complemento de chamadas

44 Medicao de Trafego Supondo: o tráfego oferecido seja produzido por um número infinito de fontes de tráfego, corresponde à suposição de que a probabilidade de uma nova chamada seja constante em todos os momentos Mas: O tráfego oferecido é, então, um tráfego puramente aleatório. Sendo o tráfego oferecido originado por um número finito de fontes de tráfego, independentes entre si e de mesma intensidade de chamadas: a probabilidade de novas chamadas diminui com o crescimento do número de chamadas.

45 Medicao de Trafego Portanto, haverá diferença entre os valores do tráfego oferecido A, para um número finito de fontes de tráfego, e os valores correspondentes para um número infinito de fontes de tráfego. Isso ocorre sempre que o número de fontes de tráfego não for muito maior que a quantidade de troncos de saída. Quando a quantidade de fontes de tráfego for igual à quantidade de troncos de saída (M=N), o tráfego será processado sem perdas.

46 Medicao de Trafego Alguns indicadores definidos permitem, por meio da coleta de dados, se obter informações necessárias para o entendimento das causas das anormalidades ocorridas no sistema telefônico. Esses indicadores são obtidos por intermédio dos testes de sistema DDD-X e DDD-Y

47 Medicao de Trafego O DDD-Y é composto por indicadores de desempenho que retratam a qualidade: das chamadas saintes e entrantes da central da qualidade da central bilhetadora, medida por meio das chamadas registradas. O teste DDD-X mostra o funcionamento e andamento da central observada e indica objetivamente as chamadas completadas e as chamadas excluídas de um sistema telefônico. Os indicadores que retratam esse sistema são de controle e de perdas.

48 Teste DDI-Y INDICADORES DE DESEMPENHO Y1 Mede a qualidade de acesso da central local à central de trânsito de bilhetagem Y2 Mede a qualidade de acesso da central de trânsito de bilhetagem a central local Y3 Mede a eficiência do sistema de tarifação Y Relação entre o número de chamadas completadas e o N o de chamadas originadas

49 Teste DDI-Y TESTE DE SISTEMA DDD-Y

50 Teste DDI-X INDICADORES DE CONTROLE E PERDA OK Indica o total de chamadas completadas sem erro. NR Indica o total de chamadas que o assinante de destino não respondeu. LO Indica o total de chamadas que encontraram o assinante de destino na condição de ocupado. CO0 Indica o número de chamadas não completadas devido ao esgotamento de temporização do sinal MFC do receptor.

51 Teste DDI-X INDICADORES DE CONTROLE E PERDA CO1 Indica o número de chamadas não completadas por congestionamento ou defeito na central de origem. CO2 Indica o número de chamadas não completadas por congestionamento ou defeito na central de destino. CO3 Indica o número de chamadas não completadas devido à falha na troca de sinalização multifreqüencial. CO Somatório dos valores CO. OU Indica chamadas não completadas devido a fatores diferentes dos acima citados. PAB Indica a taxa de perda do assinante B, diz respeito às chamadas encaminhadas e não completadas, seja porque o telefone está ocupado (LO) ou não responde (NR).

52 Teste DDI-X Este teste é realizado programando-se a central para recolher os dados durante um determinado período de observação, geralmente uma hora. Assim, esses dados mostram como anda o desempenho da central analisada.

53 Teste DDI-X

54 Teste DDI-X

55 Teste DDI-X

56 Analise de Trafego Para a medição do tráfego é usual escolher todas as centrais tandem e as que possuem uma grande quantidade de assinantes (maior informação sobre o sistema). A medição do tráfego é realizada da seguinte forma. primeiro as centrais são programadas para recolher os dados duas vezes ao dia, de 10:00 às 11:00 e das 20:00 às 21:00 horas, que correspondem ao horário de maior movimento diurno e noturno.

57 Analise de Trafego Podem-se definir os seguintes tipos de tráfego: A 0 é o tráfego originado na central e corresponde às chamadas iniciadas pelos usuários da central A t é o tráfego terminado na central; A s é o tráfego sainte da central para outras centrais;

58 Conclusões Familiarização com termos e conceitos de teoria de despacho e filas Aplicação dos pontos mostrados em telefonia celular Primeiro ponto para ligação entre projeto de sistemas celulares Determinação do numero de usuários Entendimento da taxa de bloqueio Determinação do numero de células