Orlando Cabral IT / DEM, Universidade da Beira Interior Covilhã, Portugal

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 http://www.e-projects.ubi.pt OCabral@e-projects.ubi.pt fjv@ubi.pt 1ª Reunião CROSSNET, Covilhã, 30 de Junho, 2005.

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

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.

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

5. Arquitectura do sistema

6. Modulos

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

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)

9. Urbano Office Cenários de simulação do SEACORN

10. Cenários de simulação do SEACORN(cont.)

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.

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.

13. y 60 140 x 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

14. 2% Medida de QoS – probabilidade de bloqueio

15. Delay para uma fracção de utilizadores activo f = 4%

16. Medida de QoS – falha de handover

17. Estimação da capacidade – f suportado em função do raio

18. Estimação da capacidade – throughput (f = 4%)

19. Estimação da capacidade – throughput em função do raio

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: Nc/hm=

21. Modelo de custos/proveitos (cont.) • O custo do sistema irá conter uma parte fixa, Cfi, e uma parte proporcional ao número de BSs, Cfb. • O custo da rede por unidade de comprimento por ano é C0 [€/hm]= Cfi[€/hm] + Cfb [€]∙ Nc/hm • O proveito por célula por ano, (Rv)cell pode ser obtido em função do throughput por BS por ano, thrBS [kb/s], e o preço de um canal com um débito Rb[kb/s], RRb[€/min]. (Rv)cell [€]=

22. Modelo de custos/proveitos (cont.) • O proveito por hectómetro (distância típica para uma topologia escritórios), Rv [€/hm], é então dado por Rv[€/hm]= Nc/hm·(Rv)cell [€]= Nc/hm·

23. Hipóteses • Duas hipóteses para R144[€/min] • R144[€/min]=0.02 • R144[€/min]=0.005. • Duas suposições diferentes para os custos (hipóteses A e B) foram consideradas para o custo das BSs

24. Hipóteses (cont.) • Tempo máximo de vida de uma BS é de 5 anos • Assim, para o caso A, Cfi[€/hm] =1000 Cfb[€/hm] =(5000+3000)/5+1000

25. Impacto Económico – optimização e lucro O proveito e o custo da rede por unidade de comprimento por ano é dado por C0[€/hm]=1000[€/hm] +[(5000[€]+3000[€])/5+1000 [€]] ∙Nc/hm Rv[€/hm]=thrtotal[kb/s]•R144[€/min]•6•60•240 ∙Nc/hm

26. Impacto económico – optimisação e lucro (cont.) Lucro por unidade de comprimento por ano, em percentagem para diferentes R144[€/min]. Pft[€/hm]=((Rv)cell[€]-C0 [€/hm])/(C0 [€/hm]).

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)

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.

29. Referências • [1] http://seacorn.ptinovacao.pt • [2] http://seacorn.cs.ucy.ac.cy/eumtssim/ • [3] J. Antoniou, A System Level Simulator for Enhanced UMTS Coverage and Capacity Planning, MSc Thesis, Department of Computer Science, University of Cyprus, Nicosia, Cyprus, June 2004. • [4] J. Antoniou, V. Vassililou, A. Pitsillides, “Coverage and Capacity Planning for 3G and Beyond Mobile Networks,” 2nd Management Committee Meeting of COST 290 - Wi-QoST: Traffic and QoS Management in Wireless Multimedia Networks, TD-05-015, Colmar, France, Feb. 2005. • [5] J. Antoniou, V. Vassiliou, A. Pitsillides, G. Hadjipollas, and N. Jacovides, “A Simulation Environment for Enhanced UMTS Performance Evaluation,” in Proc. of ATNAC 2003 - The Australian Telecommunications, Networks and Applications Conference, Melbourne, Australia, Dec. 2003. • [6] J. Ferreira, A. Gomes and F.J.Velez, “Enhanced UMTS Deployment and Mobility Scenarios,” in Proc. of 12th IST Mobile & Wireless Communications Summit, Aveiro, Portugal, June 2003. • [7] J. Ferreira and F.J.Velez, “Deployment Scenarios and Applications Characterisation for Enhanced UMTS Simulation”, in Proc. of 3G 2004 - 5th IEE International Conference on 3G Mobile Communication Technologies, London, UK, Oct. 2004.

30. Referencias (cont.) • [8] B. Gavish and S. Sridhar, “Economic aspects of configuring cellular networks,” Wireless Networks, Vol. 1, no.1, Feb. 1995, pp. 115–128. • [9] H. Holma, A. Toskala, “WCDMA for UMTS”, John Wiley and Sons, Chichester, West Sussex, UK, 2004. • [10] Klas Johansson, Anders Furuskär, Peter Karlsson, and Jens Zander, “Relation between cost structure and base station characteristics in cellular systems,” in Proc. of PIMRC’ 2004 - 15th IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Barcelona, Spain, Sep. 2004. • [11] J. Laiho, A. Wacker, T. Novosad, Radio Network Planning and Optimisation for UMTS, John Wiley and Sons, Chichester, West Sussex, UK, 2002. • [12] S. Littlechield, Elements of telecommunications Economics, IEE Telecommunications Series, Vol. 7, Peter Peregrinus, Stevenage, UK, 1979. • [13] C. Salema, Microwave Radio Links, John Wiley and Sons, Hoboken, New Jersey, 2003. • [14] F.J.Velez and L.M., “Cost/Revenue Optimization in Multiservice Mobile Broadband Systems,” in Proc. of PIMRC’ 2002-13th IEEE International Simposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Lisbon, Portugal, Sep. 2002.

31. Muito obrigado pela atenção