Apostila Trafego

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA ELÉTRICA
PROJETO FINAL DE CURSO
ENGENHARIA DE TRÁFEGO TELEFÔNICO
FIXO E MÓVEL
Moisés Gregório da Silva
Sérgio Luis dos Reis
Orientador: Profº Leonardo G. R. Guedes
Goiânia
2003
MOISÉS GREGÓRIO DA SILVA
SÉRGIO LUIS DOS REIS
ENGENHARIA DE TRÁFEGO TELEFÔNICO FIXO E MÓVEL
Projeto final apresentado ao Curso de Graduação
em Engenharia Elétrica da Universidade de Goiás,
para obtenção do título de Engenheiro Eletricista.
Área de concentração: Telecomunicações.
Orientador: Profº Dr. Leonardo G. R. Guedes
Goiânia
2003
MOISÉS GREGÓRIO DA SILVA
SÉRGIO LUIS DOS REIS
ENGENHARIA DE TRÁFEGO TELEFÔNICO
FIXO E MÓVEL
Projeto final apresentado e aprovado em ______________ de
_____________ de _____________, pela Banca Examinadora composta por:
______________________________
Prof. Dr. Leonardo G. R. Guedes
Presidente da Banca
______________________________
Prof. Dr. Rodrigo Pinto Lemos
______________________________
Eng. Eletricista Leandro de Sousa Borba
Dedicamos esse trabalho aos nossos pais, mulher e
namorada pelo apoio e compreensão inigualável que sempre nos deram durante
o desenvolver de todo esse trabalho.
AGRADECIMENTOS
Ao professor e orientador desse projeto, Leonardo G. R. Guedes pelos conselhos,
motivação e flexibilidade no decorrer de todo o trabalho.
Aos nossos amigos particulares Eduardo B. Simão, Gentil M. Junior e Leandro de
S. Borba, que há tempos contribuem com soluções a vários problemas.
Ao amigo de longa data Aníbal Francisco S. Cezar, que gentilmente cedeu seu
computador pessoal, sem o qual a realização desse trabalho para essa data jamais teria se
concretizado.
Somos ainda, extremamente gratos àqueles que direta e indiretamente contribuíram
para a realização desse trabalho.
A
preocupação com o próprio homem e seu destino deve constituir sempre o
interesse principal de todos os esforços técnicos...
Nunca se esqueçam disso em seus diagramas e equações.
Albert Einstein
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS E FIGURAS-----------------------------------------------------------------08
RESUMO-------------------------------------------------------------------------------------------------10
ABSTRACT----------------------------------------------------------------------------------------------11
INTRODUÇÃO------------------------------------------------------------------------------------------12
CAPÍTULO 1 CONCEITOS BÁSICOS------------------------------------------------------------13
1.1
HISTÓRICO DAS COMUNICAÇÕES A DISTÂNCIA----------------------------------------------13
1.2
ONDAS ELETROMAGNÉTICAS-------------------------------------------------------------------14
1.2.1
ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO----------------------------------------------------------------16
1.2.2
ESPECTRO DE RADIOFREQUÊNCIAS-----------------------------------------------------------18
1.3
NORMATIZAÇÃO ---------------------------------------------------------------------------------19
1.3.1
INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION – ITU--------------------------------------19
1.3.2
AGENCIA NACIONAL DE TELECOMINUCAÇOES - ANATEL ---------------------------------20
CAPÍTULO 2 – SISTEMA DE TELEFONIA MÓVEL CELULAR-------------------------22
2.1
HISTÓRICO DA TELEFONIA MÓVEL NO BRASIL----------------------------------------------22
2.2
FUNCIONAMENTO DO CELULAR----------------------------------------------------------------23
2.3
GERAÇÕES DOS CELULARES E SUAS TECNOLOGIAS-----------------------------------------24
2.4
CONCEITOS FUNDAMENTAIS DOS SISTEMAS CELULARES----------------------------------26
2.4.1
CONCEITOS SOBRE O CELULAR ----------------------------------------------------------------26
2.4.2
CONCEITOS SOBRE FUNCIONAMENTO DO SISTEMA-----------------------------------------28
2.4.3
CONCEITOS BÁSICOS SOBRE AS TECNOLOGIAS DOS TELEFONES CELULARES----------33
2.5
PESQUISA DE MERCADO-------------------------------------------------------------------------35
CAPÍTULO 3 – TEORIA DE TRÁFEGO---------------------------------------------------------36
3.1
CONCEITOS RELACIONADOS A TRÁFEGO-----------------------------------------------------36
3.2
UNIDADES DE MEDIDA DE TRÁFEGO----------------------------------------------------------39
3.3
PROBLEMAS DE APLICAÇÃO DA TEORIA DE TRÁFEGO--------------------------------------42
3.4
CONCEITOS DE DEMANDA E TIPOS DE TRÁFEGO--------------------------------------------44
3.5
PROBLEMAS DE APLICAÇÃO DE DEMANDA E TRÁFEGO------------------------------------48
CAPÍTULO 4 - ENGENHARIA DE TRÁFEGO-------------------------------------------------50
4.1
PROJETO DE TRÁFEGO---------------------------------------------------------------------------50
4.2
HORA DE MAIOR MOVIMENTO – HMM---------------------------------------------------------52
4.3
HIPÓTESES DE COMPORTAMENTO DO TRÁFEGO EM SISTEMAS DE TELEFONIA---------52
4.4
4.5
4.6
PROBLEMA DE APLICAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DOS MODELOS DE ORIGEM E DURAÇÃO
DE CHAMADAS-----------------------------------------------------------------------------------55
CALCULO DE GOS--------------------------------------------------------------------------------57
PROBLEMAS DE APLICAÇÃO DO CALCULO DO GOS-----------------------------------------60
CAPÍTULO 5 – ESTUDO DE CASO E CONCLUSÃO----------------------------------------67
5.1
FUNCIONAMENTO DO SOFTWARE--------------------------------------------------------------67
5.2
APLICAÇÕES DA SIMULAÇÃO DE TRÁFEGO--------------------------------------------------68
5.3
SIMULAÇÃO DE TRÁFEGO MÓVEL CELULAR-------------------------------------------------68
5.3.1
SIMULAÇÃO COM UMA ÚNICA CÉLULA-------------------------------------------------------72
5.3.2
SIMULAÇÃO COM VÁRIAS CÉLULAS-----------------------------------------------------------70
5.4
ANÁLISE DOS RESULTADOS SIMULADOS-----------------------------------------------------76
5.5
DADOS COLETADOS EM CAMPO----------------------------------------------------------------77
5.6
CONCLUSÃO--------------------------------------------------------------------------------------80
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS--------------------------------------------------------------81
LISTA DE TABELAS E FIGURAS
TABELAS
Tabela 1 Espectro de radiofreqüência dividido em faixas com denominação específica-------18
Tabela 2
Subdivisão da faixa SHF estabelecida pelo IEEE como faixas para sistemas de
microondas terrestres, via satélite e radares--------------------------------------------------------------19
Tabela 3 Faixas de freqüências das ondas de rádio e suas aplicações------------------------------19
Tabela 4 Tarifas cobradas por serviços diferenciados nas Operadoras atuantes em Goiás
18/12/2002. Celulares Pré-Pagos-----------------------------------------------------------------------35
Tabela 5 Analise do gráfico da Fig.3.3--------------------------------------------------------------40
Tabela 6 Capacidade de Tráfego em Erlangs para a distribuição de Poisson---------------------61
Tabela 7 Dados da distribuição de Poisson a serem interpolados--------------------------------61
Tabela 8 Capacidade de Tráfego em Erlangs para a fórmula de Erlang – B-------------------64
Tabela 9 Dados inseridos no software – Sisac------------------------------------------------------73
Tabela 10 Tráfego em Erlangs para uma ERB real--------------------------------------------------75
FIGURAS
Fig. 1.1 Direção de propagação da Onda Eletromagnética----------------------------------------15
Fig. 1.2 Foto de Maxwell------------------------------------------------------------------------------16
Fig. 1.3 Espectro eletromagnético com freqüência crescente-------------------------------------17
Fig. 1.4 Espectro eletromagnético com freqüência decrescente e λ crescente------------------17
Fig. 2.1 Modelo de cluster com células hexagonais------------------------------------------------32
Fig. 2.2 Configuração de clusters---------------------------------------------------------------------33
Fig. 2.3 Gráfico de pesquisa sobre marketing em celulares---------------------------------------35
Fig. 3.1 Estados de um circuito-----------------------------------------------------------------------36
Fig. 3.2 Registro de observações individuais de chamadas em 5 circuitos----------------------37
Fig. 3.3 Registro de ocupações simultâneas de 5 circuitos----------------------------------------37
Fig. 3.4 Esquema ilustrativo de Tráfego Telefônico -----------------------------------------------45
Fig. 4.1 Variações de Tráfego ao longo de uma semana-------------------------------------------51
Fig. 5.1 Tela principal do Software de simulação de Tráfego celular ---------------------------69
Fig. 5.2 Dados de entrada do software de simulação-----------------------------------------------70
Fig. 5.3 Duração da simulação no software---------------------------------------------------------70
Fig. 5.4 Resultados obtidos da simulação------------------------------------------------------------72
Fig. 5.5 Tela principal – Sisac-------------------------------------------------------------------------74
Fig. 5.6 Matriz de hand-off----------------------------------------------------------------------------74
Fig. 5.7 Resultados da simulação---------------------------------------------------------------------73
Fig. 5.7 Resultados da simulação I--------------------------------------------------------------------75
Fig. 5.7 Resultados da simulação II-------------------------------------------------------------------76
RESUMO
A Engenharia de tráfego telefônico vem tomando um lugar importante no contexto
nacional e mundial devido à importância de se fazer um sistema com a máxima perfeição
possível. Isto, porquê, as empresas operadoras de telefonia estão cada vez mais, promovendo
uma concorrência acirrada pela preferência do consumidor que não aceita mais um sistema de
baixa qualidade.
O desempenho de um sistema de telecomunicações é função direta da capacidade de
seus Engenheiros em projetar, analisar e tomar decisões de tráfego a ser escoado em seus
componentes.
Esse trabalho tem por objetivos, situar o leitor no ambiente das comunicações à
distância, dar uma noção de normas do sistema de Telecomunicações, mostrar a evolução dos
sistemas móveis celulares, ver alguns conceitos sobre celulares, expor conceitos relacionados
à teoria de tráfego telefônico para uma melhor compreensão da Engenharia de tráfego, mostrar
ao leitor os modelos de tráfego aplicados aos sistemas de comunicações para o
dimensionamento dos componentes e finalmente apresentar e validar um simulador de tráfego
telefônico móvel.
Conseguimos mostrar algumas aplicações desse software simulador com base na teoria
de tráfego telefônico exposto no projeto.
O software utilizado é uma importante ferramenta para o planejamento de sistemas de
comunicações móvel celular.
ABSTRACT
The telephone traffic Engineering is getting very important proper worldwide context
due to the necessity to make a system the most reliable possible. That is because, the
undertakings telecommunications operators are promoting more and more a wild competition
by the preference of the consumer, which do not accept a low quality system.
The performance of a telecommunication system is responsibility mainly of its
Engineers. Who ought to project, analyze and decide about the traffic to be offered byits
components.
This academic work has the following objectives: to situate the reader in the
atmosphere of telecommunications, to give notion about the rules of telecommunications
systems, to show the evolution of the cell phone mobile system, to explain some concepts
above cell phone, to explain concepts about traffic theory for promoting better comprehension
of the traffic Engineering, to show reader the traffic model hardworking communications
systems to the designing of the components and finally to present and to validate a simulate of
traffic mobile telephone.
We could to prove some applications of this simulator software with base in telephone
traffic theory exposed on the project.
The software used is a important tools for planning a communication cell phone mobile
system.
INTRODUÇÃO
Esse trabalho tem por objetivo fazer um estudo do tráfego telefônico fixo e móvel
para fazer uma previsão de como deveria ser instalado um sistema real através de equações
estatísticas utilizadas para um sistema de telefonia, visando sempre, a maior economia
possível financeira, de espectro e um atendimento ao usuário satisfatório.
O trabalho consta ainda de problemas práticos simulando situações reais e que
foram todos resolvidos e explicados detalhadamente.
Foram utilizados dois softwares chamados Sisac – Sistema Integrado de Simulação
em ambientes Celulares e Simcell – Simulação de Celulares ambos de simulação de
tráfego, implementado utilizando um compilador Delphi 4.0 da Borland, desenvolvido em
um projeto de iniciação científica da Universidade Católica de Goiás por Marcus Tulius
Flavien em 1998.
Mostraremos algumas aplicações de desses softwares com base na teoria de tráfego.
A Engenharia de tráfego telefônico vem tomando um lugar importante no contexto
nacional e mundial devido à importância de se fazer um sistema com a máxima perfeição
possível. Isto, porquê, as empresas operadoras de telefonia estão cada vez mais,
promovendo uma concorrência acirrada pela preferência do consumidor que não aceita
mais um sistema de baixa qualidade. Este consumidor exige um serviço de qualidade e sem
falhas. O software implementado visa atender um suposto tráfego telefônico que seriam
originados por assinantes e por handoffs de assinantes.
O desempenho de um sistema de Telecomunicações é função direta da capacidade
de seus Engenheiros em Projetar, analisar e tomar decisões de tráfego a ser escoado por
seus componentes.
13
CAPÍTULO 1 – CONCEITOS BÁSICOS
Esse capítulo tem por objetivo situar o leitor no ambiente das comunicações à
distância, dar uma noção de normas que regulam todo o sistema de Telecomunicações e
recordar alguns conceitos de eletromagnetismo fundamentais para a compreensão do
restante
dessa
obra.
Apresentaremos
inicialmente
um
breve
histórico
das
telecomunicações indo em seguida ao estudo do plano de freqüências.
1.1 HISTÓRICO DAS COMUNICAÇÕES A DISTÂNCIA
As maiores conquistas no campo das comunicações de longa distância se deram
através das ondas eletromagnéticas com o advento da telegrafia sem fio e os sistemas de
rádio.
Tudo começou em 1873 com a publicação da Teoria do Eletromagnetismo do
professor da Universidade de Cambridge James Clark Maxwell. Através das equações de
Maxwell podem ser estudados os fenômenos e as leis da radiação eletromagnética e da
propagação de ondas.
A comprovação prática da Teoria do Eletromagnetismo só ocorreu 15 anos mais
tarde em 1888 pelo professor Heinrich Hertz que montou o primeiro equipamento de
laboratório para transmitir e receber ondas eletromagnéticas e concluiu que, exceto pelo
comprimento de onda, as ondas de rádio e a luz são de mesma natureza, portanto, são
ambas radiações eletromagnéticas.
As experiências de Hertz, apesar de sua importância científica, não passaram de
uma curiosidade de laboratório, até que um jovem italiano Guglielmo Marconi, então com
20 anos em 1894 construiu o primeiro aparelho de telégrafo sem fio baseado nas
experiências de Hertz. Marconi aperfeiçoou o equipamento de Hertz dotando-o de antenas
de transmissão e recepção, aumentando assim o alcance de apenas alguns metros, para
centenas de quilômetros. Em 1906 Marconi assombrou a comunidade científica da época
pelo anuncio da primeira comunicação telegráfica transatlântica entre St. John’s - USA e
Poldhu - Inglaterra.
As comunicações via rádio envolveram – se rapidamente da utilização ondas longas
para transmissões de longa distância em ondas curtas a partir de 1923. As transmissões
em microondas iniciaram-se em 1931 interligando St. Margret’s Bay - Inglaterra a Calais -
14
França sobre o Canal da Mancha numa distância de aproximadamente 40 Km na
freqüência de 1,7GHz e 1 watts de potência.
A seguir, são apresentados em ordem cronológica os principais eventos na evolução
dos sistemas de transmissão via rádio:
1931 – Primeiro link operacional de microondas – St Margret’s Bay – Calais (40Km)
1936 – Primeiro link multicanal – 9 canais de voz – Escócia
1939 – Sistema de 10 canais em 1,3 GHz – Alemanha Sistema de 6 canais – Japão
1941 – Sistema de 12 canais – Cape Charles – Norfolk – USA
1945 – Primeiro link com modulação FM, 9 canais de voz e um canal de música – New
York – Filadélfia – USA
1947 – Sistema de 100 canais com modulação FM em 4GHz e TV experimental – New
York – Boston
1950 – Primeiro link operacional de TV na Europa em 1 GHz – London – Birmingham
1950 – Implantação do primeiro sistema Full – Duplex, e a técnica de Multiplexação por
Divisão de Tempo (TDMA) é utilizada em sistemas fixos.
1952 – Primeiro link com TWT em 4GHz – Manchester – edimburgh
1953 – Primeira transmissão da Eurovision para seis países: Inglaterra, França, Bélgica,
Holanda, Itália e Alemanha.
1970 – Rádio analógico com transistores bipolares (0,5 a 5 W) e amplificadores a TWT (5
a 20 W) para 2700 canais.
1980 - Rádio digital com semicondutor GaAsFet
1.2 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS
De acordo com Maxwell, um campo magnético, (B) será originado no espaço se,
nas proximidades, houver um campo elétrico variável (E). A partir daí Maxwell concluiu
que se um campo magnético variável (B) pode originar um campo elétrico (E), então um
campo um elétrico (E) pode originar um campo magnético (B) também variável. Esse
campo magnético variável produz então um campo elétrico variável e assim por diante, de
modo que esses campos propagam-se pelo espaço e têm propriedades típicas de uma onda:
refração, difração, interferência, e transporte de energia.
A esses campos variáveis, propagando-se pelo espaço damos o nome de Ondas
Eletromagnéticas.
15
Os vetores (E) e (B) são perpendiculares um ao outro e à direção de propagação da
onda eletromagnética, conforme ilustra a figura.
campo magnético
Fig. 1.1 – Direção de propagação da Onda Eletromagnética
Maxwell demonstrou ainda que, no vácuo, qualquer que seja a onda
eletromagnética, a velocidade de propagação é constante e dada por:
v=
1
ε 0 .µ 0
Eq. 1.1
Onde:
ε0 ⇒ permissividade elétrica do vácuo
µ0 ⇒ permeabilidade magnética do vácuo
Cujos valores são:
ε0 =
C2
1
4.π .9.10 9 N .m 2
µ0 = 4.π.10-7
N .s 2
C2
Substituindo esses valores na equação 1.1 acima temos:
16
v=
1
1
4.π .10 −7
4.π .9.10 9
⇒
v ≅ 3.10 8 m/s
É costume representarmos a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas
no vácuo pelo símbolo c. Então temos:
c = 3.10 8 m / s
A produção dessas ondas eletromagnéticas é possível graças a utilização de
antenas. Desde Hertz e Marconi que o emprego de ondas eletromagnéticas são comuns no
nosso cotidiano, através delas pode-se transmitir e receber uma variedade muito grande de
sinais das mais diversas aplicações, tais como: voz, dados, imagens, comandos e sinais
codificados utilizado-se os princípios do eletromagnetismo estabelecidos por Maxwell.
James Clerk Maxwell (1831-1879).
Físico escocês que fez importantes trabalhos no campo do
eletromagnetismo. O seu maior trabalho foi à previsão da
existência de ondas eletromagnéticas.
Fig. 1.2 – Foto de Maxwell
1.2.1 ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO
As ondas eletromagnéticas oscilam em comprimentos de onda da ordem de
quilômetros nas ondas longas e de frações de milímetros para as microondas. A relação
entre freqüência e comprimento de onda é dada pela equação abaixo:
v = λ.. f Eq 1.2
17
Onde:
v ⇒ velocidade da onda no meio de propagação, para o espaço livre v = c = 3.108m/s
conforme visto anteriormente.
λ ⇒ comprimento de onda
f ⇒ freqüência da onda
A disposição das ondas eletromagnéticas conhecidas, em ordem de freqüência ou
de comprimento de onda recebe o nome de espectro eletromagnético. Observe que as
ondas eletromagnéticas são divididas em faixas de freqüência, com nomes especiais
dependendo do modo como são produzidas ou utilizadas. Teoricamente uma onda
eletromagnética pode ter qualquer valor de freqüência, entretanto, as ondas
eletromagnéticas conhecidas estão relacionadas nas figuras abaixo:
Fig. 1.3 Espectro eletromagnético com freqüência crescente
Fig. 1.4 Espectro eletromagnético com freqüência decrescente e λ crescente
18
A descoberta das ondas eletromagnéticas teve importantes conseqüências para a
civilização industrial.
Os estudos de Maxwell abriram o caminho das telecomunicações (rádio e televisão)
e da orientação espacial (radar). O rádio e a televisão funcionam com base no efeito
antena, descoberto por Hertz: as ondas eletromagnéticas produzidas por um fio (antena
transmissora), criam uma nova corrente em outro fio distante (antena receptora). Essa nova
corrente elétrica é a “cópia perfeita” da corrente original. Assim todos os aparelhos de
telecomunicação eletromagnética, como telefone sem fio, rádio e televisão, funcionam
graças ao efeito antena.
Quanto ao radar, sua orientação baseia-se na capacidade de reflexão das ondas
eletromagnéticas: ao encontrar um obstáculo, essas ondas são refletidas, voltando à mesma
antena que as emitiu. As antenas de radar emitem microondas, que são mais curtas que as
ondas de rádio.
Há cerca de cinqüenta anos, os cientistas não davam muita importância às
microondas. Hoje, no entanto, elas são usadas tanto no estudo da origem do universo,
como
para aquecer alimentos. Alem disso as microondas têm grande aplicação em
telecomunicações, como visto anteriormente.
1.2.2 ESPECTRO DE RADIOFREQUÊNCIAS
As tabelas que se seguem apresentam as divisões e subdivisões do espectro de
radiofreqüência e algumas de suas aplicações.
TABELA 1 – Espectro de radiofreqüência dividido em faixas com denominação específica
FAIXA DE FREQUÊNCIA
30Hz
300Hz
300Hz
3.000Hz
3KHz
30KHz
30KHz
300KHz
300KHz
3000KHz
3MHz
30MHz
30MHz
300MHz
300MHz
3.000MHz
30GHz
30GHz
30GHz
300GHz
30GHz
3.000GHz
FAIXAS DE RADIOFREQUÊNCIAS
COMPRIMENTO DE ONDA
DESIGNAÇÃO DA FAIXA
10.000Km
a
1.000Km ELF (Extremely Low Frequency)
1.000Km
a
100Km ELF (Extremely Low Frequency)
100Km
a
10Km VLF (Very Low Frequency)
10Km
a
1Km LF (Low Frequency)
1Km
a
100m MF(Medium Frequency)
100m
a
10m HF (High Frequency)
10m
a
1m VHF (Very High Frquency)
1m
a
10cm UHF (Ultra High Frequency)
10cm
a
1cm SHF (Super High Frequency)
1cm
a
1mm EHF (Extremely High Frequency)
1mm
a
0,1mm
?
?
?
19
TABELA 2 - Subdivisão da faixa SHF estabelecida pelo IEEE como faixas para sistemas
de microondas terrestres, via satélite e radares.
SUB - FAIXA DE SHF DESIGNADA PELO IEEE
FAIXA DE FREQUÊNCIA
COMPRIMENTO DE ONDA
DESIGNAÇÃO DA SUB-FAIXA
1GHz
a
2GHz
30cm
a
15cm
Banda L
2GHz
a
4GHz
17cm
a
7,5cm
Banda S
4GHz
a
8GHz
7,5cm
a
3,75cm
Banda C
8GHz
a
12GHz
3,75cm
a
2,5cm
Banda X
12GHz
a
18GHz 2,5cm
a
1,67cm
Banda Ku
18GHz
a
27GHz 1,67cm
a
1,11cm
Banda K
27GHz
a
40GHz 1,11cm
a
7,5cm
Banda Ka
40GHz
a
300GHz
7,5cm
a
1,0cm
Banda mm
TABELA 3 - Faixas de freqüências das ondas de rádio e suas aplicações.
FREQUÊNCIAS DAS ONDAS DE RÁDIO E SUAS APLICAÇÕES
FAIXA DE FREQUÊNCIA COMPRIMENTO DE ONDA
APLICAÇÃO
30 a 535 KHz
30 Km a 560 m
Navegação aérea e marítima
535 A 1.605 KHz
560 m a 189 m
Típica emissora de rádio AM
27 MHz
12,5 m
Rádio faixa do cidadão (PX)
30 a 50 MHz
10 m a 6 m
Polícia, bombeiro e guarda florestal
50 a 54 MHz
6 m a 5,5 m
Rádio amador
54 a 216 MHz
5,5 m a 1,4 m
Canais de TV UFF (2 a 13)
88 a 108 MHz
3,4 m a 2,8 m
Típica rádio FM
470 a 890 MHz
64 cm a 34 cm
Canais de TV VHF (14 a 83)
824 a 894 MHz
36 cm a 33,5 cm
Telefonia celular
1,3 a 1,6 GHz
23 cm a 18 cm
Radar
3 a 300 GHz
10 cm a 1 mm
Microondas
4 a 8,5 GHz
7,5 cm a 3,5cm
Satélides de comunicações
Fonte: The New Grolier Multimedia Encyclopedia ( CD - ROM)
1.3 NORMATIZACÃO
A seguir as principais organizações nacional e mundial que regulamentam todo o
sistema de telecomunicações.
1.3.1 INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION – ITU
O International Telecommunication Union – ITU foi fundado em 1932 vinculado as
Nações Unidas (ONU) com objetivos de harmonizar a utilização do espectro de rádio
freqüência e padronizar a oferta de serviços telefônicos no mundo. O ITU é coordenado
20
por um Conselho Administrativo, apoiado por uma Secretaria Geral e subdividido em três
Comitês a saber:
•
IFRB – International Frequency Registration Board
•
CCIR – International Radio Coonsultative Committee
•
CCITT – International Telegraph and Telephone Consultative Comitee
O ITU divide o mundo em três regiões para coordenação de suas atividades:
•
Região 1: Europa, Antiga URSS, Ásia Menor e África
•
Região 2: Américas e Hawai
•
Região 3: Oceania e restante da Ásia
1.3.2 AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES – ANATEL
No Brasil a Agência Nacional de Telecomunicações – ANATEL é o órgão
regulador e fiscalizador de todos os sistemas de comunicações. A ANATEL foi criada pela
Lei Geral das Telecomunicações de julho de 1997.
A ANATEL é uma autarquia especial, administrativamente independente,
financeiramente autônoma e não se subordina hierarquicamente a nenhum órgão de
governo. Nesses termos suas decisões só podem ser contestadas judicialmente. Assim, a
Agencia possui poderes de outorga, regulamentação. A autonomia financeira da Agência
assegurada pelos recursos de Fundo de Fiscalização das Telecomunicações (FISTEL).
Entre as atribuições da ANATEL, estão:
•
Implantar a política nacional de telecomunicações;
•
Propor a instituição ou eliminação da prestação de modalidade de serviço no
regime público;
•
Propor o Plano Geral Outorgas;
•
Propor o Plano Geral de metas para universalização dos serviços de
telecomunicações;
•
Administrar o espectro de radiofreqüências e uso de órbitas;
•
Compor administrativamente conflitos de interesses entre prestadoras de serviços
de telecomunicações;
21
•
Atuar na defesa e proteção dos direitos dos usuários;
•
Atuar no controle, prevenção e repressão das infrações de ordem econômica;
•
Estabelecer restrições, limites ou condições a grupos empresariais para obtenção e
transferência de concessões, permissões e autorizações de forma a garantir a
competição e impedir a concentração econômica no mercado;
•
Estabelecer a estrutura tarifária de cada modalidade de serviço
•
Várias outras...
22
CAPÍTULO 2 – SISTEMA DE TELEFONIA MÓVEL CELULAR
As finalidades desse capítulo são recordar o leitor da evolução dos sistemas
móveis celulares, sobretudo no Brasil, expor alguns conceitos sobre a arquitetura básica
dos sistemas de comunicação móvel, técnicas de acesso ao meio, e conceitos comuns no
mundo das Telecomunicações. Vamos ainda ver alguns serviços prestados pelas
operadoras. Ao final do capitulo apresentamos uma pesquisa de tarifas e marketing em
celulares.
2.1 HISTÓRICO DA TELEFONIA MÓVEL NO BRASIL
Hoje, para ser dono de um telefone celular, o cidadão precisa ter à mão apenas talão
de cheques, dinheiro ou um cartão de crédito e já sai da loja com uma caixinha debaixo do
braço. Em 12 anos, muita coisa mudou. O sistema de telefonia celular do Rio de Janeiro,
pioneiro no país, foi inaugurado no dia 30 de novembro de 1990, no Aterro do Flamengo.
Nascia a telefonia móvel no Brasil, projeto que vinha sendo planejado desde 1988. A
capacidade inicial da Telerj Celular, única operadora nacional na época, era de dez mil
aparelhos. Apenas 17 estações ERB’s cobriam a cidade.
Para entrar no sistema, os clientes precisavam desembolsar uma garantia (caução),
em dinheiro, e chegavam a ficar meses na fila de espera (que chegou a ter 1,5 milhões de
pessoas) para receber aparelhos que chegavam a pesar mais de meio quilo. O primeiro
celular portátil, menor e mais leve, apareceu no mercado em 1991, porém sua potência era
cinco vezes menor do que a dos modelos anteriores. No lançamento do serviço, o preço da
assinatura equivalia a US$ 70.
Durante oito anos o quadro da telefonia celular no país passou por pequenas e quase
imperceptíveis transformações do ponto de vista do usuário. Quem tinha um celular pagava
caro pela assinatura, as tarifas eram estratosféricas e os aparelhos, pré-históricos. O cenário
começou a mudar por força do evento “Rio 92”, que reuniu no Rio representantes do
mundo inteiro para discutir o futuro da ecologia. Para a comunicação das autoridades, foi
providenciado um corredor de antenas que abrangia Galeão, Centro, Zona Sul, Barra da
Tijuca e Riocentro, o que fez aumentar de 17 para 47 o número de antenas na cidade. Em
1997, a Telerj comemorava um marco: 300 mil clientes.
O ano de 1998 foi um divisor de águas na transformação do mercado de
telecomunicações no país. Foi criada, pela Telebrás, a holding Tele Sudeste Celular, que
23
reunia as operadoras da Banda A atuantes no Rio e no Espírito Santo. No mesmo ano, um
consórcio formado pela empresa espanhola Telefonica Internacional, juntamente com a
Iberdrola e a NTT Itochu, adquiriu o controle da Tele Sudeste. Começava aí o período de
mudanças na telefonia móvel no país. A Telefônica já era dona de uma grande fatia do
mercado de tecnologia GSM na Europa, mas implementou aqui a primeira infra-estrutura
de CDMA, tecnologia digital que a empresa explora até hoje.
No ano de 1998, o número de antenas cresceu para 851, sendo 652 analógicas e
199 digitais. Em dezembro deste mesmo ano entrava no cenário a primeira concorrente
direta da Telefônica, a Algar Telecom Leste (ATL), atendendo à Banda B de telefonia
móvel nos estados do Rio e do Espírito Santo. A ATL entrou no mercado com a tecnologia
TDMA, testada anteriormente com sucesso nos Estados Unidos.
Agora todas as tecnologias em funcionamento no Brasil são digitais, o que significa
melhor e maior cobertura sem os ruídos da cobertura analógica e aparelhos com mais
funcionalidades. Estão em operação quatro grandes companhias de telefonia móvel usando
três tecnologias diferentes. A mais antiga é a CDMA, explorada pela Telefônica e que está
evoluindo para a CDMA1xrtt, oferecendo maior velocidade para enviar/receber mensagens
e acessar a internet pelo celular. Já a ATL usa TDMA e, em poucos anos, pode migrar para
a tecnologia GSM, usada pelas operadoras Oi, da Telemar (que entrou em operação em
junho), e pela italiana TIM, que entrou no mercado recentemente.
Com a entrada de novas operadoras, o usuário assiste ao aumento de concorrência e
da oferta de aplicações. O aparelho celular deixa de ser apenas um veículo de comunicação
de voz e vira agenda e “bloco” de anotações, permitindo ainda enviar mensagens em forma
de texto e imagens, acessar o sistema online de bancos e navegar, mesmo que
precariamente, pela internet. A evolução caminha rumo à praticidade e à mobilidade.
“O celular de hoje pode ser o micro de amanhã...”
2.2 FUNCIONAMENTO DO CELULAR
Basicamente, o telefone celular é um rádio. O telefone sem fio pode ter seu passado
traçado até o longínquo ano de 1894, quando Guilherme Marconi apresentou o primeiro
rádio formalmente ao público (ele havia sido inventado por Nikolai Tesla na década
anterior). O telefone fixo já estava lá, inventado em 1876 por Graham Bell. Era uma
questão de misturar as duas coisas. Isto aconteceu em 1973, quando o americano Martin
24
Cooper levou ao ouvido uma engenhoca com cabos, circuitos e bateria e fez a primeira
ligação de um handset móvel.
O próprio nome “celular”, vem do fato de a rede de comunicação que interliga
esses aparelhos ser constituída de células com transceptores de rádio chamados ERBs
(estações rádio-base). A célula é, na verdade, a área de cobertura de uma ERB. O telefone
celular, móvel, vai recebendo suas chamadas e serviços através da ERB mais próxima de
onde o usuário estiver.
A célula pode variar de formato devido a acidentes geográficos (morros, por
exemplo) ou edifícios. E a velocidade com que você se desloca pode afetar uma ligação
pelo celular, já que as estações rádio-base precisam de um certo tempo para calcular
quando o usuário cruza a fronteira entre uma e outra área de cobertura.
2.3 GERAÇÕES DOS CELULARES E SUAS TECNOLOGIAS
A primeira geração de telefones móveis começou a funcionar no final da década
de 70, com velocidades baixíssimas 9,6 kbps. Ainda eram todos analógicos, usados só
para voz. A segunda geração só começou a ser usada na prática em 1991, já digital
(converte a voz em dados e vice-versa). É a tecnologia da maioria dos celulares em uso
atualmente. Tem maior qualidade e permite serviços que hoje são comuns, como
identificação de chamadas, mensagens e recados na caixa postal.
A segunda geração tem três sistemas diferentes: CDMA, TDMA e GSM (veja o
glossário). Das três, a tecnologia mais utilizada no planeta é o GSM, que se consolidou na
Europa e tem mais de 700 milhões de usuários no total. Em segundo vem o TDMA e em
terceiro, o CDMA.
O TDMA tem como característica dividir sua banda em vários intervalos de tempo.
Ele tem um problema: não evolui tecnologicamente, de modo que as operadoras desse
padrão no Brasil (como a ATL, por exemplo) terão que migrar par o CDMA ou GSM.
Já o CDMA envia todos os sinais de uma vez, codificando cada um deles
diferentemente, para identificá-los nas ligações compartilhadas por um mesmo canal de
freqüência.
Finalmente, o GSM/GPRS, altamente difundido na Europa, surgiu recentemente no
Brasil, através das operadoras Oi e TIM. Sua geração é o EDGE. No caso do CDMA, é o
CDMA 2000 1x. A essa geração transmite dados a velocidades maiores que a anterior (2º
25
geração), podendo chegar a centenas de kbits de transmissão por segundo, e é preparatória
para a chegada da terceira geração.
O CDMA 2000 1x é bastante difundido na Coréia, com 18 milhões de usuários, e
está presente no Japão, através da KDDI .
No Brasil, já temos quase 11 milhões de aparelhos CDMA e 21 milhões TDMA,
segundo números da Anatel. Quanto às tendências de migração, o TDMA de fato não
evolui, e as operadoras terão de escolher CDMA ou GSM. Temos conversado com
operadoras sobre isso, entre elas TCO, Telemig...
Quando se fala da migração do TDMA para a tecnologia GSM/GPRS inicia um
verdadeiro impasse:
•
O usuário deverá trocar de telefone celular.
•
A operadora, tem que colocar um novo software na central telefônica e ainda
mudar as placas de assinantes das ERBs, encarecendo excessivamente o
processo.
Porém o GSM é uma tecnologia já consolidada, com centenas de milhões de
assinantes pelo mundo ( 700milhões), enquanto o CDMA 2000 1x é menos usado (130
milhões de usuários) e teria alguns problemas de compatibilidade com os demais padrões
da terceira geração.
A operadora pode fazer a migração dentro da própria banda com que já trabalha.
Não é preciso investir em freqüência para implantar uma nova tecnologia. Já o GSM é toda
uma rede paralela, além de exigir uma freqüência adicional.
No entanto o GSM tem um caminho já delineado o, via GPRS e EDGE. Todos
esses protocolos já são devidamente padronizados, permitindo um melhor desenvolvimento
da própria tecnologia e de aplicações diversas. Para o usuário, as principais vantagens são a
maior velocidade nas novas gerações (o que permite usar todo tipo de aplicação, como
vídeo compactado, por exemplo) e a cobrança baseada na quantidade de dados recebida ou
enviada, já que a transmissão deles é por pacote.
A terceira geração ainda está começando, mas já se sabe que terá troca de dados
muito veloz, por pacotes, e vários outros usos além da voz, com imagens coloridas,
interfaces multimídia, internet realmente navegável, comércio móvel (m-commerce),
câmeras embutidas e assim por diante.
26
2.4 CONCEITOS FUNDAMENTAIS DOS SISTEMAS CELULARES
A seguir vamos expor brevemente alguns conceitos sobre os celulares, suas
tecnologias, técnicas de acesso ao meio, serviços prestados pelas operadoras e serviços
suplementares que dinamizam ainda mais as suas comunicações.
2.4.1 CONCEITOS SOBRE O CELULAR
Estação Móvel (EM)
É o terminal móvel do usuário composto por monofone, teclado unidade de
controle, bateria, unidade de rádio e antena. Sua função principal é fazer a interface
eletromecânica entre o usuário e o sistema.
Caixa postal
Local onde ficam armazenados os recados gravados pelo Correio de Voz do
Serviço Móvel Celular.
Celular portátil
Aparelho mais usado, por ser o mais prático já que cabe na palma da mão e permite
maior mobilidade.
Celular transportável
Aparelhos maiores e mais pesados do que o portátil, com potência maior que resulta
em melhor alcance e maior tempo de operação com bateria.
Celular veicular
Aparelho instalado no console do carro, cuja fonte de energia elétrica é sempre a
bateria do automóvel. Possuem cinco vezes mais potência que os celulares portáteis.
Cadastro Nacional de Estações Móveis Impedidas CEMI
Cadastro Nacional de Estações Móveis Impedidas - Cadastro de números de série
de aparelhos perdidos ou roubados. Em caso de roubo, furto ou extravio você deverá
providenciar um boletim de ocorrência e entregá-lo nas Lojas das operadoras para impedir
que o seu aparelho seja indevidamente utilizado ou comercializado.
27
Correio de voz
Serviço que funciona como uma secretária eletrônica no Serviço Móvel Celular.
Ringtones
Possibilidade de baixar músicas nos sites das respectivas operadoras
WAP
Conexão com a internet
SMS
Short Messages Service (sistema de mensagens curtas). Um sistema usado para
enviar mensagens de texto via telefones celulares. Também chamado de Torpedo pelas
operadoras.
MMS
Multimedia Messaging Service, serviço de envio de mensagens multimídia, isto é,
que contenham vídeo, áudio, animações e assim por diante.
Display
Visor do aparelho celular que mostra todas as informações relacionadas ao
funcionamento do aparelho e ainda mostra todos os comandos efetuados.
Habilitação
Compreende os procedimentos relativos à programação do número telefônico
designado para o cliente, para ativação de seu celular e início da prestação do serviço
móvel.
No service
Informação que aparece no display do celular sempre que o usuário se encontrar em
local com nível de sinal fraco (garagens, montanhas, etc.).
28
Rede de distribuidores
Lojas do comércio varejista ou revendedores de aparelhos celulares em todo o
Estado de São Paulo, autorizados a vender, habilitar e trocar aparelhos celulares, inclusive
nos casos de roubo, furto ou extravio.
2.4.2 CONCEITOS SOBRE FUNCIONAMENTO DO SISTEMA
Central de Comutação e controle (CCC)
Equipamento responsável pelo controle da recepção e transmissão das chamadas
efetuadas pelos celulares.
Estação Rádio Base (ERB)
Torres que contêm equipamentos de recepção e transmissão dos sinais (ondas
radioelétricas) emitidos pelos celulares.
Área de cobertura do celular
Extensão territorial atingida pelos sinais de uma Estação Rádio Base.
Área de mobilidade de um celular
É aquela na qual você se locomove livremente, pagando um único valor de
comunicação local celular, sem a incidência de custos adicionais por chamada ou
deslocamento.
Área de registro do celular
Região na qual um telefone celular foi registrado.
Área de sombra
Locais, dentro de uma área de serviço, onde obstáculos - como paredes, edifícios,
viadutos, montanhas ou vegetação densa - bloqueiam a propagação das ondas de rádio,
impedindo a comunicação entre as estações rádio base e os aparelhos celulares.
29
Banda (A ou B)
Concessão de faixa de freqüência de rádio para operação do Serviço Móvel Celular,
atribuída a uma empresa de telefonia estatal ou particular.
Célula
Área geográfica abrangida por uma Estação Rádio Base (ERB).
Microcélulas
São micro antenas que amplificam a condição de recepção de sinal celular
destinadas ao atendimento de locais com alta densidade de tráfego, como aeroportos,
shoppings, centros de convenções e cruzamentos de grandes avenidas.
Home
No aparelho Celular, significa que você está na área onde o seu celular foi
registrado.
Repetidores de sinal
Pequenas antenas que garantem sinal para ligações de telefones celulares e
oferecem melhor qualidade em áreas que apresentam dificuldade na propagação do sinal.
São instaladas em túneis, restaurantes e hotéis.
Deslocamento
Quando o usuário sai de sua localidade base
Efeito da mobilidade da Estação Móvel
O fato da EM se mover por toda área de cobertura do sistema, causa alguns efeitos
que devem ser previstos. Vamos vê-los agora:
Em primeiro lugar, vale lembrar que a antena da EM é baixa, sendo seu sinal muito
atenuado em relação a um sistema em visada direta.
Em segundo lugar, os obstáculos que atenuam o sinal são muito maiores que o
comprimento de onda do sinal transmitido, havendo então, muita reflexão e esta se somará
aleatoriamente (amplitude, fase e polarizações) no receptor. Além disso, como a EM se
30
movimenta, a composição das ondas se alteram a todo o momento fazendo com que haja
variações muito rápidas na intensidade do sinal.
Em terceiro lugar, deve-se lembrar do efeito Doppler causado pelo movimento
relativo entre o transmissor e o receptor, que faz com que a freqüência do sinal recebido
seja aparentemente diferente da freqüência do sinal transmitido.
Por último é o fato de que a EM pode estar em qualquer ponto da área de cobertura
do sistema, então, se há uma chamada para a EM haverá a necessidade de que haja uma
chamada geral para esta EM, através de todas as ERB’s.
Citaremos, agora, duas definições importantes neste conceito de Mobilidade:
Hand-off
Quando a EM estabelece uma conversação próxima da região limite de cobertura da
ERB e a conversação se mantém enquanto a EM se afasta cada vez mais, o sinal vai
diminuindo não havendo possibilidade da conversação se manter, pois a Relação sinal
ruído (RSR) fica muito pequena. Antes que isto aconteça, ocorre o seguinte:
Quando uma conexão é estabelecida, o canal de voz da EM é constantemente
monitorado pela ERB, que mede 2 parâmetros: intensidade do sinal RF e RSR. Atingido
determinado valor denominado “primeiro limiar”, a ERB avisa a CCC. A CCC não
sabendo a causa desta deterioração do sinal, verifica se há células vizinhas a esta, e solicita
a estas que meçam a intensidade do sinal recebido por elas no canal em que está operando
a EM. Cada ERB possui um receptor que pode operar em qualquer um dos canais
disponíveis no sistema. A CCC fica “sabendo” se alguma das ERB’s vizinhas está
recebendo o sinal melhor do que a que está com a conexão estabelecida. Se isto acontecer,
inicia-se o processo de hand-off. Se isto não acontecer, a conexão se mantém até atingir o
“segundo limiar”, quando então é enviado um sinal de advertência para o usuário, para que
o mesmo encerre sua ligação, e em seguida esta conexão é desfeita.
Procedimento de hand-off
O procedimento de hand-off é iniciado quando a ERB detecta que o nível do sinal
recebido da EM está abaixo do limiar permitido ao sistema ocorrendo em seguida os
seguintes processos:
31
1- A ERB comunica a CCC que há necessidade de Hand-off.
2- A CCC determina que as ERB’s adjacentes à primeira monitorem o sinal recebido
da EM.
3- A CCC verifica quais as células vizinhas.
4- A CCC envia ordem às células vizinhas para que estas meçam a intensidade do
sinal.
5- A CCC identifica a provável célula para onde a EM está se encaminhando e
consulta a tabela de canais livres desta nova célula.
6- Pelo canal de conversação, ainda estabelecido, informa a EM para sintonizar o
canal de voz da ERB para a qual ela estará se transferindo. Simultaneamente a CCC
manda ordem para a ERB de destino ativar o canal de voz correspondente.
7- Ocorre, então, a troca de canal de voz de uma forma praticamente imperceptível
para o usuário.
8- A CCC manda ordem para a ERB “antiga” pedindo a mesma que desative o canal
de voz que estava sendo utilizado.
É através deste mecanismo que a EM pode percorrer várias células durante uma
conversação.
Roaming
A função de roaming é permitir a detecção e a conexão de assinantes “visitantes”.
Permitindo assim que assinantes móveis originem e recebam chamadas, quando estiverem
“visitando” a área de serviço de outra CCC.
Este processo pode se dar de duas formas:
Manual: O usuário é configurado na CCC visitada através do Centro de
Atendimento do Serviço Celular. O Centro de Atendimento de origem é informado e as
chamadas para o assinante serão apropriadamente roteadas, e os assinantes comuns serão
informados como e onde o assinante chamado pode ser alcançado.
Automático: Uma EM ao entrar em uma nova área, registra-se automaticamente a
nova CCC. A CCC visitada irá informar a CCC de origem sobre a sua nova posição, e esta
registrará a área de serviço que o usuário está visitando. Se o assinante passar por mais de
32
uma CCC, a CCC de origem informa a estas para que estas deletem qualquer dado
referente a este assinante.
Cluster e Reuso de Freqüência
Cluster é o nome dado ao conjunto de células vizinhas que utiliza todo o espectro
disponível. Uma configuração muito utilizada é a de cluster de sete células, como mostrada
na Figura 2.1.
Outro conceito extremamente importante para sistemas celulares é o de reutilização
de freqüência. Apesar de haver vários canais disponíveis, se cada freqüência for designada
para somente uma célula, a capacidade total do sistema será igual ao número total de
canais, ajustados para a probabilidade de bloqueio, alguns milhares de assinantes por
sistema. Através da reutilização de freqüência em células múltiplas, o sistema pode crescer
sem limites geográficos.
O reuso é criticamente dependente ao fato de que a atenuação do campo
eletromagnético, nas bandas de celular, tende a ser mais rápida com a distância do que é no
espaço livre.
Estudos têm apresentado que a intensidade de campo decai tipicamente com Rn,
onde 3 < n < 5. No espaço livre, n = 2. De fato, é facilmente demonstrado que o conceito
celular falha devido ao crescimento sem fronteiras da interferência quando a propagação é
feita no espaço livre.
Considerando um sistema ideal, assumindo propagação uniforme Rn e que as
fronteiras das células se encontram a pontos eqüidistantes, então uma área de serviço plana
é coberta pelo clássico modelo de células hexagonais.
Fig. 2.1 - Modelo de cluster com células hexagonais
33
Sete conjuntos de canais são utilizados, cada conjunto em uma célula. Esta
unidade de sete células (cluster) é então replicada sobre toda a área de serviço.
Fig. 2.2 - Configuração de clusters
Não há células adjacentes usando o mesmo canal. A reutilização de freqüências
com clusters de 7 células é típica do que é alcançado na prática.
A capacidade associada a um padrão de reuso n é simplesmente o total de número
de canais dividido por n. Com n = 7 e 416 canais, há aproximadamente 57 canais
disponíveis por célula.
2.4.3 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE AS TECNOLOGIAS DOS TELEFONES
CELULARES.
Sistema móvel celular analógico
É o sistema em que a voz do usuário é transformada pelo aparelho celular em sinais
elétricos contínuos e transmitida desta forma pelas ondas de rádio.
Sistema Móvel Celular Digital
É o sistema em que a voz do usuário é transformada pelo aparelho celular em bits
(zeros e uns - código binário usado por computadores) e transmitida desta forma pelas
ondas de rádio.
34
CDMA Code Division Multiple Access (acesso múltiplo por divisão de código)
Tecnologia que, ao contrário do TDMA, não designa uma freqüência a cada
usuário. Todos podem usar toda a banda. As conversas individuais são codificadas através
de uma seqüência digital.
Nesse sistema várias conversações são transmitidas simultaneamente no mesmo
canal de rádio freqüência e no mesmo intervalo de tempo; entretanto, cada conversação
recebe um código de identificação que a diferencia das demais.
TDMA – Time Division Multiple Access (acesso múltiplo por divisão de tempo)
Trata-se de um padrão digital de telefonia celular que permite a vários usuários
compartilharem o mesmo canal, um de cada vez. Cada canal TDMA pode ser usado por
três assinantes.
Nesse sistema várias conversações são transmitidas simultaneamente no mesmo
canal de rádio freqüência; entretanto, cada conversação é transmitida em intervalos de
tempos distintos. Neste sistema as conversações não são codificadas, pois os canais de
rádio freqüência são diferenciados pelos intervalos de tempo.
GSM - Global System for Mobile Communications (Sistema global para
comunicações móveis)
Sistema digital de telefonia celular, que permite oito ligações simultâneas numa
mesma freqüência. Introduzido em 1991, está hoje disponível em mais de cem países e já é
praticamente o padrão na Europa e na Ásia.
WCDMA – Wideband Code Division Multiple Access
Tecnologia de terceira geração com velocidades de transmissão de dados em grande
largura de banda. É uma evolução do CDMA.
GPRS - General Packet Radio Service (Serviço geral de rádio para pacotes)
Padrão para comunicação sem fio que suporta várias larguras de banda.
35
2.5 PESQUISA DE MERCADO
Para finalizar esse capítulo, temos algumas pesquisas sobre tarifas e marketing em
celulares, realizada em 2002.
TABELA 4 - Tarifas cobradas por serviços diferenciados nas Operadoras atuantes em
Goiás 18/12/2002. Celulares Pré-Pagos.
* Esse valor não inclui a
taxa da prestadora local
**
Depende da música,
esse é o valor mínimo.
Fontes
Serviço de informação Americel - Fone 1281
O globo On line - Especial 13/12/02
Serviço de informação TCO - Fone 1404
Serviço de informação TIM - Fone 0800-7021010
O que o cliente acha m ais im portante na hora de
com prar um celular?
8,46%
O PREÇO
28,19%
18,13%
AS FUNCIO NALIDADES
O PLANO DE
SERVIÇO S
O TAMANHO
19,12%
O DESIG N
26,10%
Fonte: O Globo on line: 13 de dezem bro de 2002
Fig. 2.3 Gráfico de pesquisa sobre marketing em celulares
36
CAPÍTULO 3 – TEORIA DE TRÁFEGO
Esse capítulo tem por objetivo definir, exemplificando, os principais conceitos
relacionados à teoria do tráfego telefônico, necessários para a compreensão do estudo da
Engenharia de Tráfego que apresentaremos no próximo capítulo. Vamos ainda, expor e
resolver alguns problemas de tráfego telefônico.
3.1. CONCEITOS RELACIONADOS A TRÁFEGO
Passaremos agora a explicar os principais conceitos relacionados ao tráfego
telefônico.
Um circuito ao longo do tempo pode estar livre ou ocupado.
Livre
Ocupado
Livre
Ocupado
Livre
Fig.3.1 Estados de um circuito
Nos instantes em que o circuito está livre, poderá ser tomado por outra chamada
que tenha acesso a ele. Já nos instantes em que o mesmo estiver ocupado, caso tenha uma
nova chamada, está será recusada.
A seguir temos um exemplo de um sistema constituído por 5 circuitos funcionando
durante 60 minutos.
Inicialmente temos o registro de ocupações individuais, que mostra o estado de
cada circuito (livre ou ocupado), individualmente. Depois veremos o gráfico que mostra o
registro de ocupações simultâneas dos mesmos cinco circuitos.
37
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
minutos
Fig. 3.2 Registro de observações individuais de chamadas em 5 circuitos.
Fig. 3.3 Registro de ocupações simultâneas de 5 circuitos
Dos gráficos acima apresentados podemos tirar algumas conclusões tais como:
•
Enquanto no primeiro temos uma visão da ocupação de cada circuito, no
segundo temos uma melhor idéia da carga total durante o período observado.
•
Todos os circuitos estiveram ocupados no intervalo de tempo t10 até t15.
Qualquer chamada que surgisse nesse intervalo seria recusada ou enviada a um
sistema de fila.
38
Com base nos gráficos fica mais fácil a compreensão dos conceitos de tráfego que
passaremos a descrever a partir de agora.
Define-se Tempo de ocupação como o intervalo de tempo em que uma chamada
está ocupando um circuito. E define-se Volume de tráfego (V) como a soma dos tempos
de ocupação dos circuitos de um sistema.
n
V = ∑ ti
Eq. 3.1
i =1
Onde:
n = número total de ocupações
ti = tempo de ocupação da i-ésima chamada
Examinando a Fig. 3.2 temos:
V = t1 + t2 + ... + t15 = (15 + 20 + ... + 15) min = 155 minutos
Defini-se Período de observação (T) como o intervalo de tempo em que um
sistema é observado.
Podemos observar pelas Fig 3.2 e 3.3 que o período de observação foi de 60 minutos.
Intervalo de ocupações é definido como o número de ocupações (ou chamadas)
que ocorre num grupo de circuitos.
Podemos observar na Fig 3.2 que houve quinze ocupações durante sessenta minutos.
Portanto a intensidade de ocupação ( I ) ou chamadas é:
I=
15cham
60 min
= 0,25 cham/min
Tempo Médio de Ocupação (tm) é a média aritmética dos tempos de ocupação das
chamadas observadas num sistema durante um período observado.
39
tm =
V
n
Eq. 3.2
Sendo:
V ⇒ volume de tráfego no sistema
n ⇒ número de chamadas observadas
Pela Fig. 3.2 temos:
tm =
155 min
15cham
= 10,3 min
Intensidade de Tráfego (A) é o quociente entre o volume de tráfego e o período de
observação:
A=
V
T
Eq. 3.3
No caso da Fig. 3.2 temos:
A=
155 min
= 2,58 Erlangs.
60 min
A unidade de medida de Intensidade de Tráfego mais usual é o Erlang, e será
explicado detalhadamente a seguir.
3.2 UNIDADES DE MEDIDA DE TRÁFEGO
A melhor maneira de se definir o tráfego num sistema é pela sua intensidade.
Já definimos a intensidade de tráfego como sendo o quociente do volume de tráfego pelo
período de observação, cuja unidade é o Erlang.
INTERPRETAÇÃO DA UNIDADE DE TRÁFEGO ERLANG:
Há várias maneiras de interpretar a unidade de Tráfego Erlang. A seguir veremos as
principais.
40
1 - A unidade de tráfego Erlang representa o número médio de circuitos
ocupados durante uma hora.
Analisando o gráfico da Fig.3.3 podemos tirar a seguinte conclusão:
TABELA 5 - Analise do gráfico da Fig. 3.3
Intervalo
t0 a t2,5
t2,5 a t5
t5 a t7,5
t7,5 a t10
...
t57,5 a t60
Total
Nº de Ocupações Volume(min)
1
2,5
2
5,0
3
7,5
4
10,0
,,,
,,,
2
5,0
62
155,0
Onde a última linha da segunda coluna da tabela anterior (número de ocupações),
expressa, na realidade, o total acumulado das ocupações individuais e o volume total,
também é o volume acumulado, obtido somando-se todos os volumes dos circuitos
individuais.
Portanto pela Eq. 3.3 temos:
Intensidade de tráfego (A) =
155 min
V
= 2,58 Erlang
=
T
60 min
Podemos sempre estimar a intensidade de tráfego num sistema através de amostragens.
2 - A unidade de tráfego Erlang representa o número médio de chamadas
originadas durante um período de tempo igual ao tempo médio de ocupação.
Para exemplificar:
Suponha um sistema com os seguintes dados:
•
Intensidade de chamadas I = 2 chamadas/min
•
Tempo médio de ocupação tm= 1 minuto
41
No instante t0 nasce a primeira chamada, que ocupa o primeiro circuito logo após,
nasce a segunda e ocupa o segundo circuito. Não aparecerá nenhuma outra, até terminar o
minuto, pois I = 2 chamadas / min.
Com o término desse primeiro minuto, termina a primeira chamada.
Imediatamente, o circuito será ocupado pela terceira chamada. Termina em seguida,
a segunda chamada o circuito é tomado pela quarta e assim por diante.
Podemos perceber que o número médio de circuitos tomados é 2, e, portanto essa é
a intensidade de tráfego em Erlangs.
3 - A unidade de tráfego Erlang representa o tempo total, expresso em horas,
para escoar todas as chamadas.
Para demonstrar isso, imaginemos que essas mesmas chamadas da figura apareçam
ordenadamente, isto é, que a segunda chamada entre no sistema após o término da
primeira; que a terceira entre logo após o término da segunda e assim por diante. Teremos
uma ocupação total de 155 minutos, ou seja, todo o volume de tráfego estará ocupando o
primeiro circuito. Esse volume representará 2,58 horas de ocupação. Isso é o mesmo que a
intensidade de tráfego em Erlangs que calculamos anteriormente.
OUTRAS UNIDADES DE INTENSIDADE DE TRÁFEGO:
CCS – Cem Chamadas Segundo é o equivalente a cem chamadas de 1 segundo de
duração, ou a uma chamada de 100 segundos de duração.
Outra maneira de se entender essa unidade é pensar em mostrar um circuito por 36
vezes durante uma hora, ou seja, uma amostra a cada 100 segundos.
Se o circuito apresentar ocupação de 1 hora durante essa hora, isso significará 1
Erlang e também 36 CCS.
Portanto:
36 CCS = 1 Erlang
EBHC - Equate Busy Hour Call equivale a 120 chamadas de 1 segundo de duração, ou a
uma chamada de 120 segundos de duração.
42
De modo análogo à definição de CCS, podemos pensar em mostrar um circuito por
30 vezes durante uma hora, donde conclui-se que:
30 EBHC = 1 Erlang
3.3 PROBLEMAS DE APLICAÇÃO DA TEORIA DE TRÁFEGO
Temos para estudo de casos de aplicação as seguintes questões:
a) Dois sistemas que apresentam volumes iguais de tráfego podem apresentar intensidade
de tráfego diferentes?
Resolução:
Sim. A fig.3.2 mostra um sistema cujo volume calculado no acima é: V = 155 min. Com
um período de observação de T = 60 min o que da uma intensidade de tráfego pela Eq. 3.3
de:
A=
155 min
V
= 2,58 Erlang
=
T
60 min
Um outro sistema que tivesse o mesmo volume de tráfego (155min) num período
observado diferente implicaria em uma intensidade de tráfego diferente.
b) Se analisarmos um circuito durante 120 minutos e constatarmos que apresentou em
média 10 ocupações, podemos concluir que tivemos intensidade de tráfego de 10 Erlang?
Resolução:
Não. 10 ocupações em 120 minutos (2 horas) daria uma média de:
10ocupações
= 5 ocupações / hora = 5 Erlang
2horas
Conforme definido anteriormente.
c) Um conjunto de órgãos apresentou uma intensidade de chamadas I = 5 chamadas /
segundo e um tempo médio de ocupação tm = 100 seg. Calcular a intensidade de tráfego.
43
Resolução:
Das definições de Intensidade de chamadas, tempo médio de ocupação e da Eq. 3.3
concluímos que:
I=
n
T
tm =
V
n
A=
V
Eq. 3.3
T
Onde:
I = Intensidade de ocupações
n = número de chamadas observadas
tm = Tempo médio de ocupação
V = Volume de tráfego
A = Intensidade de tráfego
T = Período observado
Substituindo na Eq. 3.3 os valores de T obtido na primeira equação e de V obtido na
segunda equação temos:
A=
t m .I
5chamadas
= 500 Erlangs
= tm.I = 100 seg. x
n
seg
I
d) Um sistema apresentou um volume de tráfego de 120 minutos em 60 minutos
observado. Calcular a intensidade de tráfego em Erlangs; CCS e EBHC.
Resolução:
Dados: V= 120 min e T= 60 min
Temos pela Eq. 3.3:
A=
120 min
V
= 2 Erlangs
=
T
60 min
Da relação entre CCS e Erlang mostrada acima temos:
1 Erlang ----- 36 CCS
44
2 Erlangs ------ x
→ x = 72 CCS
Da relação entre EBHC e Erlang mostrada acima temos:
1 Erlang ------- 30 EBHC
2 Erlangs -------
y
→ y = 60 EBHC
3.4 CONCEITOS DE DEMANDA E TIPOS DE TRÁFEGO
Quando implantamos um serviço telefônico completamente novo numa
comunidade, devemos ter em mente qual será a demanda dessa comunidade.
Essa demanda representa, na verdade, uma intenção de utilizar o serviço, não é
ainda um valor de tráfego.
Assim podemos definir:
Demanda
Representa a intenção de uma determinada comunidade em utilizar o serviço
telefônico.
Tráfego Oferecido
Num sistema telefônico pode haver uma promessa de alguém telefonar e não o
fazer, isto é, pode existir a demanda, mas não se efetivar uma oferta de tráfego. O tráfego
oferecido é um fato real, acontecido, não medido, porém estimado. O tráfego Oferecido
representa a Intensidade máxima suportada pelo sistema.
Tráfego Escoado
É a parte do tráfego que foi aceita pela central e processada.
Tráfego Perdido
Representa a Intensidade de Tráfego não atendida pelo sistema devido ao
congestionamento dos canais no instante da geração da chamada.
45
Veja o esquema ilustrativo abaixo:
DEMANDA
ESPERADA,
MAS NÃO
COMPLETADA.
DESISTENCIA
DO
ASSINANTE
DEMANDA
CIRCUITOS
OCUPADOS
TRAFEGO
OFERECIDO
.
.
.
TRÁFEGO
ESCOADO
NÚMERO
ERRADO
ASSINANTE B
NÃO ATENDE
CONVERSAÇÃO
Fig 3.4 – Esquema ilustrativo de Tráfego Telefônico
Do total de tráfego oferecido uma parte não consegue se completar, ou pela
desistência do assinante em discar todos os dígitos, ou por não conseguir órgãos da central
para processar suas chamadas. Mas, a parte de tráfego que foi aceita e processada é
chamada de tráfego escoado. Parte do tráfego escoado se transforma em conversação, que
é o resultado final de todo o esforço até aqui realizado. Até aqui participaram da chamada
os órgãos de controle da central, que só voltaram a ser chamados para executarem as
tarefas de desconexão.
46
Congestionamento
Quando oferecemos um certo tráfego a um sistema, haverá congestionamento se o
número de meios colocados á disposição não for suficiente para escoar todas as chamadas.
Congestionamento de tempo (B)
Definimos congestionamento de tempo de um sistema como sendo a relação entre a
somatória dos intervalos de tempo de congestionamento e o período de observação.
B=
∑t
T
i
Eq. 3.4
Onde:
ti = intervalo de tempo em que o sistema apresentou congestionamento
T= período de observação
Revendo o gráfico de ocupações simultâneas da Fig. 3.3, podemos notar que houve
uma ocasião em que todos os circuitos estiveram ocupados, de 10 a 15 min, conforme
explicado anteriormente.
Nesse caso:
B=
∑t
T
i
=
5 min
= 0,833 = 8,33%
60 min
Ou seja, o sistema esteve com todos os circuitos ocupados, apresentando, portanto
congestionamento em 8,3 % do período de observação.
Devemos observar que uma nova chamada só seria recusada se ela surgisse
justamente nesse intervalo, onde houve a condição de todos os circuitos ocupados.
Congestionamento de chamadas (B’)
É a relação entre o número de chamadas recusadas pelo sistema e o número total de
chamadas que tenha o acesso a esse mesmo sistema.
B' =
chB
chT
Eq. 3.5
47
Sendo:
chB = número de chamadas recusadas pelo sistema
chT = número de chamadas total
Supondo no caso da Fig. 3.2 que além das 15 chamadas aceitas pelo sistema, no
intervalo de t10 à t15, tenha havido duas tentativas recusadas, pois o sistema estava
congestionado, então:
B' =
chB
2
= 0,1176
=
chT
17
Vemos que das 17 tentativas, 15 foram aceitas pelo sistema e 2 foram recusadas dando
um resultado de congestionamento de chamadas de 11,76%.
Probabilidade de Bloqueio
De uma forma geral podemos definir os dois conceitos anteriores em um só que é a
Probabilidade de Bloqueio. Expressa o percentual de tentativas de comunicação mal
sucedidas pelo usuário devido ao congestionamento do sistema, ou seja, é a razão entre o
número de chamadas entrantes mal sucedidas pelo número de chamadas entrantes.
Grau de Serviço (GOS)
O GOS (Grade Of Service) – é definido como a relação entre o Tráfego Perdido e o
Tráfego Oferecido. O GOS mede o índice de qualidade de serviço móvel celular,
qualificando as respostas para as variações de tráfego quando estão livres de falhas e
problemas internos. Valores típicos de GOS em sistemas de telefonia celular são de 2% a
5%. Por exemplo se o um GOS de 0,03, significa que 3% do total de ligações durante uma
hora de pico (HMM) vão provavelmente ser bloqueadas durante o congestionamento.
GOS =
Sendo:
AB = tráfego perdido
A0 = tráfego oferecido
AB
Eq. 3.6
A0
48
O bloqueio é afetado pelo número de requisições de chamada em um dado
momento e pela possibilidade do sistema de atender às chamadas. O número de tentativas
de chamadas pode variar no dia, dia da semana, mês ou ano.
Esse parâmetro (GOS) é limitado pela ANATEL, devendo as operadoras
prestadoras de serviço telefônico ter um GOS abaixo do limite máximo exigido.
Perdas
As perdas num sistema são o resultado do congestionamento. Devemos entender que
sempre que um certo tráfego sai de um estágio de equipamento e vai entrar em outro, ele é
de novo um tráfego oferecido. Novamente poderão existir as mesmas condições de
congestionamento ou perdas.
Na prática trabalhamos com sistemas de números de fontes muito grande, portanto,
as perdas devidas a congestionamento de tempo e congestionamento de chamadas se
confundem e dizemos simplesmente perdas no sistema.
3.5 PROBLEMAS DE APLICAÇÃO DE DEMANDA E TRÁFEGO
A seguir temos um conjunto de cenários e problemas para o estudo de demanda e tráfego.
a) Um sistema telefônico constituído por 10 circuitos foi observado durante 60 minutos,
apresentando os seguintes resultados:
* Foram oferecidas 520 chamadas com tempo médio de ocupação de 1 minuto;
* Dessas 520 chamadas, 10 foram recusadas pelo sistema.
Calcular:
I - o número médio de circuitos ocupados durante o período de observação.
II - as perdas do sistema.
Resolução:
I - Pela definição de Erlang explicado anteriormente e utilizando a Eq. 3.3 temos :
A=
520 min
V
= 8,67 Erlang
=
T
60 min
49
Portanto o número médio de circuitos ocupados durante 1 hora (60 min) foi 8,67.
II - Conforme já foi visto, as perdas, devido ao congestionamento de tempo e
congestionamento de chamadas se confundem, portanto;
Pela Eq. 3.5 temos:
B' =
p
10
= 1,92%
=
p+n
520
50
CAPÍTULO 4 - ENGENHARIA DE TRÁFEGO
Esse capítulo tem por objetivo mostrar ao leitor os modelos de tráfego aplicados
aos sistemas de comunicações, necessários para o dimensionamento dos requisitos de
comunicação em uma determinada área de serviço, para um certo número de assinantes, e
com um determinado grau de serviço.
4.1 PROJETO DE TRÁFEGO
A engenharia de tráfego tem por objetivo projetar uma rede celular que satisfaça as
necessidades do assinante a um custo razoável.
Dimensionar um sistema de tráfego significa calcular o número de meios
necessários para escoar um certo tráfego oferecido, admitida uma certa perda. A
engenharia de tráfego também é um meio de prever a receita.
Para analisar o problema de tráfego é necessário conhecer:
•
Como varia o tráfego oferecido, ao longo da HMM do dia ou do ano.
•
Quais os fatores influem nas perdas de um sistema, que levam em consideração
características das chamadas e dos sistemas de tráfego.
Para projetar um sistema, que ofereça um bom grau de serviço, precisamos saber
como esse tráfego variou ao longo do tempo em que foi observado: dia, semana, mês, ano,
etc.
Conhecer apenas a média do tráfego oferecido não seria o bastante. Naturalmente
de acordo com o sistema analisado, a intensidade de tráfego varia sazonalmente, dia a dia,
ou de hora em hora. Varia de assinante para assinante. Essa variação é diferente para cada
cidade e para cada tipo de serviço. Algumas cidades têm seu maior tráfego na época de
comercialização de cereais, outras na época das férias e assim por diante.
As principais variações que devem ser consideradas são:
a) Variações de tempo de retenção de chamada
O tempo de retenção de chamada varia de acordo com o assinante, comercial,
residencial, etc.
b) Variações horárias
51
Normalmente, o tráfego é baixo à noite e aumenta rapidamente pela manhã quando
escritórios, lojas e fábricas iniciam suas atividades. A intensidade de tráfego reduz-se
gradualmente durante a hora do almoço para aumentar novamente à tarde. Os picos de
tráfego geralmente acontecem às 11:00 horas da manhã.
c) Variações diárias
Os padrões de aumento e de redução do fluxo de tráfego também são observados no
decorrer da semana; em dias úteis, a intensidade de tráfego tende a ser maior que durante
feriados e finais de semana.
d) Variações sazonais
Antes do natal, páscoa, eventos culturais regionais, eventos esportivos, etc.
e) Variações de longo prazo
Crescimento gradual de assinantes em um período de anos.
A engenharia de tráfego calcula as médias de tráfego da hora de maior movimento para um
intervalo de 60 minutos durante um período de um dia. Esta hora de maior movimento é
geralmente consistente e previsível.
Apesar de todas essas flutuações, o importante é que esse padrão se repita em todas
as semanas (pico nas segunda e sextas), para todos os dias (pico entre 10 e 11 horas da
manhã) e assim por diante. Veja um gráfico exemplificando as variações de chamadas que
ocorrem ao longo de uma semana.
Chamadas Originadas
V a r ia ç ã o d e tr á fe g o c o m o s d ia s d e u m a s e m a n a
5000
4000
3000
2000
1000
0
SEG
TE R
QUA
QUI
SEX
SAB
D ia s d a s e m a n a
Fig. 4.1 – Variações de Tráfego ao longo de uma semana
DOM
52
Essa variação da intensidade de tráfego na Hora de Maior Movimento (HMM) não
é previsível, nem sistemática como as outras já observadas.
Nunca poderemos afirmar, por exemplo, que a intensidade do tráfego aumenta nos
dez primeiros minutos da HMM. Da mesma forma não podemos prever a intensidade do
tráfego num certo intervalo dentro da HMM.
Pelo gráfico vemos que houve um pico na segunda e sexta feiras.
4.2 HORA DE MAIOR MOVIMENTO – HMM
Evidentemente, não podemos dimensionar nosso sistema para a maior HMM do dia
de maior tráfego do ano, pois muitos equipamentos ficariam ociosos no resto do ano. Seria
insatisfatório oferecer também um mau serviço na hora de pico. Da mesma forma não seria
aceitável dimensionar-se um equipamento para oferecer bom serviço em 10 meses do ano.
Por isso, projeta-se os equipamentos para trabalharem na média das HMM do ano.
Teoricamente a HMM é definida como o período de 60 minutos consecutivos de
mais alto tráfego. Na pratica, entretanto, consideram-se os quartos de hora e não os
minutos. Assim, definimos a HMM de uma central como sendo, por exemplo, os 60
minutos entre 9h 45 e 10h 45.
A maneira de obter a HMM, quer seja tomando a média dos 10 dias de maior
intensidade de tráfego do ano, ou tomando a média do tráfego da HMM em 10 dias úteis
quaisquer consecutivos varia de organização para organização.
4.3 HIPÓTESES DE COMPORTAMENTO DO TRÁFEGO EM SISTEMAS DE
TELEFONIA
O planejamento de um sistema telefônico sempre é feito com o intuito de atender o
maior tráfego possível. Para isso considera-se o perfil do futuro nas diversas regiões da
suposta da suposta área de cobertura com relação à mobilidade, no caso de móvel, na
HMM e outros parâmetros.
Ë o tráfego requerido que norteia a distribuição das ERB’s, a escolha do Padrão de
Reuso e a alocação dos canais nas células. Logo é fundamental modelar o tráfego móvel
celular de modo a prever a HMM e a mobilidade do sistema.
Vários modelos têm sido proposto para a modelagem do tráfego móvel celular.
Sempre é considerado um modelo de origem das chamadas e um modelo de duração das
chamadas.
53
O mesmo volume de tráfego quando oferecido a diferentes sistemas variando uma
de suas características ora do trafego oferecido, ora do sistema que o acolhia, pode
apresentar resultados diferentes para as perdas. A seguir citaremos os principais modelos
aceitos para Origem e duração de chamadas.
Modelo de Origem de chamadas
Várias observações têm confirmado as seguintes hipóteses de comportamento dos
sistemas de telecomunicações:
•
As chamadas se originam ao acaso e independentemente umas das outras.
•
O número de assinantes susceptíveis de serem chamados é muito grande em
relação ao número de órgãos colocados à disposição.
•
Não é comum mais de uma chamada ser originada no mesmo instante.
Assim sendo, a probabilidade de surgir uma tentativa num intervalo pequeno de
tempo é independe do número de comunicações já estabelecidas.
Nesse caso a distribuição de Poisson é considerada a que melhor expressa este tipo
de tráfego pela sua característica exponencial negativa.
A distribuição de Poisson é calculada a partir da seguinte densidade de
probabilidade:
po =
(λ .t ) k e − ( λ .t )
k!
Eq. 4.1
Sendo que:
k ⇒ é o número de chamadas originadas
t ⇒ é o tempo de observação
λ ⇒ é a taxa média de origem de chamadas
Assim a probabilidade de uma chamada ser originada em um intervalo de tempo
inferior a T é dado por:
54
T
P0 (t < T ) = ∫ λt.e −( λt ) dt = e −( λT ) Eq. 4.2
0
Um tráfego nessas condições é dito poissoniano
Modelo de duração de chamadas
O tempo médio de duração das chamadas é estudado considerando-se que o término
de uma chamada em um dado intervalo é diretamente proporcional ao tamanho do
intervalo. Esse é um processo exponencial negativo com densidade de probabilidade dada
por:
pt = µ e
−( µ t )
Eq. 4.3
onde:
t ⇒ é o tempo de observação
1/µ ⇒ é o tempo médio de duração de uma chamada
µ ⇒ taxa de término das chamadas
Assim, a probabilidade P0 de uma chamada ser terminada em um instante inferior a
T é:
T
Pt = ∫ µ .e −( µ .t ) dt Eq. 4.4
0
Resolvendo a Integral temos:
Fazendo -µ.t = v na eq. Acima, temos que:
dv
dv
= − µ → dt = − , portanto a integral fica;
dt
µ
T
T
0
0
Pt = ∫ µ .e −( µ .t ) dt =µ .∫ e v dt , substituindo o valor de dt isolado acima obtemos:
55
T
T
 dv 
µ T
Pt = µ .∫ e v  −  = − .∫ e v dv = − ∫ e v dv , integrando e colocando os limites de integração
µ 0
 µ
0
0
temos:
Pt = − e
v
T
= −e
− µ .t
0
T
[
] [
]
= − e − µT − e − µ .0 = − e − µT − 1 = 1 − e − µT
0
Portanto:
T
Pt = ∫ µ .e − ( µ .t ) dt = 1 − e − ( µ .T ) Eq 4.5
0
4.4 PROBLEMAS DE APLICAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO DOS MODELOS DE
ORIGEM E DURAÇÃO DE CHAMADAS
A seguir temos um cenário de problemas para o estudo da origem de chamadas.
a) Suponha que num determinado sistema telefônico ocorra, em média, uma chamada a
cada 100 segundos. Determinar a probabilidade de gerar uma chamada em:
I - 3 segundos
II - 6 segundos
III - 100 segundos
IV – 200 segundos
Resolução:
I - Nesse caso a taxa média de chamadas originadas é
λ=
1chamada
= 0,01chamada / segundo , e o número de chamadas originadas k = 1.
100 segundos
Então pela Eq. 4.2 temos:
t
P0 (t < T ) = ∫ λt.e − ( λt ) dt
0
56
t
P0 (t < T ) = ∫ 0,01.t.e − 0,01t = 1 − e − 0,01t , para t = 3 seg temos P0(t < 3) = 1 – e -0,01 . 3 = 1 – e 0
0,03
= 0,0295 = 2,95%
• Assim, a probabilidade de ser gerada uma chamada em 3 segundos é de 2,95%.
Analogamente, temos:
II – Probabilidade de gerar uma chamada em 6 segundos será:
P0(t < 6) = 1 – e -0,01 . 6 = 1 – e -0,06 = 0,0582 = 5,82%
• A probabilidade de ser gerada uma chamada em 6 segundos é de 5,82%.
III – Probabilidade de gerar uma chamada em 100 segundos será:
P0(t < 100) = 1 – e -0,01 .100 = 1 – e -1 = 0,6321 = 63,21%
• A probabilidade de ser gerada uma chamada em 100 segundos é de 63,21%.
IV – Probabilidade de gerar uma chamada em 200 segundos será:
P0(t < 200) = 1 – e -0,01 .200 = 1 – e -2 = 0,8647 = 86,47%
• A probabilidade de ser gerada uma chamada em 200 segundos é de 86,47%.
b) Suponha um sistema de distribuição de tráfego local com, com tempo médio de
duração de chamadas 2 minutos. Determinar a probabilidade de uma chamada durar
mais que 6 minutos.
Resolução:
Vamos determinar inicialmente a probabilidade de uma chamada durar menos que 6
minutos. Pela Eq. 4.5 temos que:
T
Pt = ∫ µ .e − ( µ .t ) dt = 1 − e − ( µ .T )
0
Nesse caso T = 6 minutos e 1/µ = 2 minutos/chamada. Então o valor µ será:
µ=
1
= 0,5 chamadas / minuto
2
57
Que substituindo na Equação 4.5 acima obtemos:
Pt = 1 − e − ( 0,5.6 ) = 1 − e −3 = 0,9502 = 95,02% , que é a probabilidade de uma chamada durar
menos que 6 minutos.
Portanto a probabilidade de uma chamada durar mais de 6 minutos será:
Pt = 1 – 0,9502 = 0,048 ≈ 5%
4.5 CALCULO DE GOS
No planejamento de um sistema de comunicação de rádio móvel a engenharia de
tráfego baseia-se nas relações entre Tráfego Oferecido (A), número de nanais disponíveis
(N) e Grau de Serviço (GOS).
Naturalmente o projetista deve procurar atender o maior tráfego possível,
economizando o espectro (número de canais), mas garantindo em GOS que satisfaça aos
usuários.
Na prática para o dimensionamento de um sistema observa-se também a
Acessibilidade e Graduação, o perfil do tráfego, suas propriedades estatísticas e o GOS
exigido pelo usuário.
Inúmeras equações envolvendo os três parâmetros citados acima foram estudas para
diferentes casos de tráfego móvel. Apresentaremos a seguir as três mais utilizadas, a
fórmula de Poisson, de Erlang B e de Engset, bem como quando aplicar cada uma delas.
Lembramos as equações que se seguem são utilizadas para o dimensionamento
final do número de canais em um sistema telefônico.
Fórmula de Poisson
A fórmula de Poisson é utilizada na América do Norte para o dimensionamento de
Centrais da Rede Pública de Telefonia, essa equação é utilizada quando as seguintes
condições forem satisfeitas:
•
As chamadas telefônicas são aleatórias.
•
Tem um número infinito de usuários podendo acessar um número finito de
canais.
58
•
Mais de uma chamada não pode ser originada no mesmo instante de tempo.
Esta fórmula é tipicamente aplicada às centrais de comutação de telefonia fixa e é
dada por:
N −1
GOS = 1 − e − A . ∑ Ai / i! Eq. 4.6
i =0
Sendo que:
A = tráfego médio oferecido por grupo em Erlang
N = número de circuitos ou órgãos disponíveis
A fórmula de Poisson é a mais conservadora entre as três que sitaremos para o
cálculo de GOS, ou seja, para um dado número de canais, o tráfego atendido calculado pela
fórmula de Poisson é menor que o tráfego calculado por Erlang - B ou Engset.
Fórmula de Erlang B
A fórmula de Erlang B é utilizada no estudo de sistemas com perdas e se baseia nas
seguintes hipóteses:
• Tráfego do tipo Poisson, onde há um grande número de fontes de tráfego originando
chamadas ao acaso e independentemente uma das outras.
• As chamadas recusadas, ou são consideradas perdidas, ou são encaminhadas a uma rota
alternativa (tendo tempo de ocupação nulo).
• A fórmula é válida para quaisquer distribuições dos tempos de ocupações constante ou
exponencial negativa.
• A fórmula é válida para sistemas com acessibilidade plena.
Essa equação foi desenvolvida em 1917, por A. K. Erlang e segue abaixo:
GOS =
AN N!
i
∑iN=0 A i!
Eq. 4.7
Sendo que:
A = tráfego médio oferecido por grupo em Erlang
59
N = número de circuitos ou órgãos disponíveis
A fórmula de Erlang B é um modelo bem aceito para as comunicações móveis por
considerar um número de usuários bem maior que o número de canais e as chamadas
consideradas perdidas ainda poderem ser encaminhadas em rotas alternativas. Essa rota
alternativa, nada mais é do que o tempo gasto para a comutação entre duas ERB’s quando
a Estação Móvel cruza a fronteira (área de cobertura) entre elas. Esse procedimento é
conhecido por Hand-off e está detalhado na página 30.
Já a Fórmula de Poisson não considera esse procedimento, razão pela qual, tal
equação não deverá ser utilizada para o cálculo de tráfego celular.
Fórmula de Engset
Essa fórmula também é conhecida por Erlang - Engset e considera um número
finito de usuários no sistema acessando os canais.
Nos casos em que em um sistema com um número finito de fontes oferece tráfego a
um a um grupo de troncos com acessibilidade plena, podemos calcular as perdas através
da fórmula de Engset. Ela se baseia nas seguintes hipóteses:
•
As fontes são independentes e originam tráfego aleatoriamente. O número de fontes é
finito e todas elas originam a mesma intensidade de tráfego. Sendo finito o número de
fontes, cada vez que uma nova tentativa é colocada, diminui o número daquelas que
ainda podem originar chamadas e, portanto, a probabilidade de aparecimento de novas
ocorrências;
•
As chamadas recusadas são consideradas perdidas, com tempo de ocupação tm = zero;
•
A expressão vale para as distribuições constante ou exponencial negativa, assim como
a fórmula de Erlang - B;
•
A fórmula é válida para os sistemas com acessibilidade plena.
A fórmula de perdas de Erlang - Engset é uma modificação da fórmula de Erlang B por T. Engset em 1918 e é expressa por:
60
GOS =
( S − 1)!
N !( S − 1 − N )!


A
 ( S − A)(1 − P ) 




( S − 1)!
A
∑


i = 0 i! ( S − 1 − i )!  ( S − A)(1 − P ) 
N
N
i
Eq. 4.8
Sendo que:
S = número de fontes (assinantes)
N = número de canais que escoarão o tráfego
P = probabilidade de congestionamento de chamadas
A = tráfego médio oferecido por grupo em Erlangs.
A fórmula de Engset se presta ao dimensionamento de meios para pequenos PABX.
Muito importante também é a sua utilização para o dimensionamento de concentradores.
4.6 PROBLEMAS DE APLICAÇÃO DO CALCULO DO GOS
Temos para estudo de casos de aplicação as seguintes questões:
a) Determine o Grau de Serviço para um sistema com 48 circuitos, cursando um tráfego de
0,75 Erlangs por canal. (Utilize a fórmula de Poisson).
Resolução:
Nesse caso temos que o tráfico oferecido por grupo será:
Tráfego oferecido = 48canais.0,75
Erlangs
= 36 Erlang
canal
Utilizando a fórmula de Poisson Eq. 4.6, obtemos:
N −1
GOS = 1 − e − A . ∑ Ai / i!
i =0
Onde:
A = 36 Erlang
N = 48 circuitos disponíveis
Então temos:
61
47
GOS = 1 − e −36 .∑ 36 i / i!
i =0
GOS = 1 − e
− 36
 36 0 361 36 2
36 47 
 = 0,031959 ≅ 3,20%
+
+
+ ... +
.
47! 
1!
2!
 0!
Na prática, no entanto, é mais comum o uso de tabelas para cálculos desse tipo.
A seguir temos uma parte da tabela da Capacidade de Tráfego em Erlangs para a
distribuição de Poisson.
TABELA 6 – Capacidade de Tráfego em Erlangs para a distribuição de Poisson
Número de
canais ( N )
1
2
,
,
,
48
,
,
Tráfego em Erlang para GOS =
0,10%
0,001
0,044
0,20%
0,002
0,065
0,50%
0,050
0,104
1,00%
0,011
0,150
2,00%
0,021
0,214
5,00%
0,053
0,358
10,00%
0,106
0,531
29,40
30,50
32,00
33,40
34,90
37,20
39,40
,
Pela tabela vemos que para 48 canais um Tráfego de 36 Erlangs teria um GOS de
aproximadamente 5%.
Um valor mais preciso pode ser obtido através de uma interpolação, utilizando os
dados da linha 48 na tabela anterior, que será explicado a seguir:
TABELA 7 – Dados da distribuição de Poisson a serem interpolados
N
Tráfego
GOS
48
29,4
0,001
48
30,5
0,002
48
32,0
0,005
48
33,4
0,010
48
34,9
0,020
48
37,2
0,050
48
39,4
0,100
62
Para essa interpolação utilizaremos o método de Lagrange, a saber:
n
Ln ( x) = G d ∑
i =0
yi
Eq. 4.5
Gi
Onde:
Ln (x) ⇒ polinômio de Lagrange de grau n
Gd ⇒ é o produto dos elementos da diagonal principal da matriz G
Gi ⇒ é o produto dos elementos da (i + 1) – ésima linha de G.
A matriz G é dada por:
 x − x0
x − x
0
 1
 x 2 − x0

G= .
 .

 .
x − x
0
 n
x 0 − x1
x − x1
x0 − x2
x1 − x 2
x 2 − x1
x − x2
.
.
.
.
.
x n − x1
.
xn − x2
. . . x0 − xn 
. . . x1 − x n 
. . . x2 − xn 

. . .
. 
. . .
. 

. . .
. 
. . . x − x n 
Eq. 4.6
Vamos utilizar um polinômio interpolador de grau 3. Para tanto são necessários 4
pontos. O ponto a ser interpolado deve ser o mais próximo possível destes 4 pontos.
Inicialmente são escolhidos 2 pontos tais que o valor a ser interpolado (36) esteja entre
eles, a saber, 34,9 e 37,2. O terceiro ponto será 33,4 e o quarto 39,4 pois 39,4 - 36 > 36 –
33,4. Ou seja, 33,4 está mais próximo de 36 do que 39,4.
Assim a interpolação cúbica utilizará os quatro pontos a seguir:
i
x
y
0
33,4
0,010
1
34,9
0,020
2
37,2
0,050
3
39,4
0,100
63
Então a matriz G da Eq. 4.6 será:
 36 − 33,4 33,4 − 34,9 33,4 − 37,2 33,4 − 39,4  2,6 − 1,5 − 3,8 − 6 
34,9 − 33,4 36 − 34,9 34,9 − 37,2 34,9 − 39,4  1,5 1,1 − 2,2 − 4,5

=
G=
37,2 − 33,4 37,2 − 34,9 36 − 37,2 37,2 − 39,4  3,8 2,3 − 1,2 − 2,2


 
4,5
2,2 − 3,4 
39,4 − 33,4 39,4 − 34,9 39,4 − 37,2 36 − 39,4   6
Portanto:
Gd = 2,6 . 1,1 . (-1,2) . (-3,4) = 11,6688
G0 = 2,6 . (-1,5) . (-3.8) . (-6) = -88,92
G1 = 1,5 . 1,1 . (-2,2) . (-4,5) = 16,335
G2 = 3,8 . 2,3 . (-1,2) . (-2,2) = 23,0736
G3 = 6 . 4,5 . 2,2 . (-3,4) = 201,96
Utilizando a Eq. 4.5 com n = 3 temos:
n
Ln ( x) = G d ∑
i =0
y
y 
yi
y
y
= G d . 0 + 1 + 2 + 3 
Gi
 G 0 G1 G 2 G3 
0,02
0,05
0,10 
 0,01
L3 ( x) = 11,6688.
+
+
+
 ≅ 0,0403539 ≅ 4,04%
 − 88,92 16,335 23,0736 201,96 
Assim temos que:
GOS tabelado sem interpolação = 5%
GOS tabelado com interpolação = 4,04%
GOS calculado utilizando a equação de Poisson = 3,20%
Naturalmente que, o valor mais preciso é 3,20% pois é calculado diretamente da
equação de Poisson.
b) Determine o Grau de Serviço para um sistema com 48 circuitos, cursando um tráfego de
0,75 Erlangs por canal. (Utilize a fórmula de Erlang – B).
64
Resolução:
Vamos agora resolver o mesmo problema utilizando a fórmula de Erlang – B.
Nesse caso temos que o tráfico oferecido por grupo será:
Tráfego oferecido = 48canais.0,75
Erlangs
= 36 Erlang
canal
Utilizando a fórmula de Erlang – B Eq. 4.7, obtemos:
GOS =
AN N!
i
∑iN= 0 A i!
Onde:
A = 36 Erlang
N = 48 circuitos disponíveis
Então temos:
36 48
36 48
48!
= 0
≅ 0,009636 ≅ 0,964%
GOS = 48 48!
1
2
48
i
∑i =0 36 i! 36 + 36 + 36 + ... + 36
0!
1!
2!
48!
Na prática, no entanto, é mais comum o uso de tabelas para cálculos desse tipo.
A seguir temos uma parte da tabela da Capacidade de Tráfego (A) em Erlangs para perdas
(B) e o número de troncos (N) variando para a fórmula de Erlang - B.
TABELA 8 – Capacidade de Tráfego em Erlangs para a fórmula de Erlang - B
Número de
canais ( N )
1
2
,
,
,
48
,
,
Tráfego em Erlang para B =
0,10%
0,001
0,046
0,20%
0,002
0,066
0,50%
0,050
0,106
1,00%
0,011
0,153
2,00%
0,021
0,224
5,00%
0,053
0,382
10,00%
0,111
0,595
30,90
32,20
34,20
36,10
38,40
42,50
47,40
65
Pela tabela vemos que para 48 canais um Tráfego de 36 Erlangs teria uma perda
(B) de aproximadamente 1%.
O valor calculado utilizando diretamente a fórmula de Erlang – B foi:
B = 0,964% que é muito próximo ao valor tabelado.
Notamos que para a mesma situação;
A = 36 Erlang
N = 48 circuitos disponíveis
Temos valores diferentes para o GOS:
GOS = 3,20% utilizando a fórmula de Poisson
GOS = 0,964% utilizando a fórmula de Erlang -B
Isso demonstra, como citamos anteriormente, que a fórmula de Poisson é a mais
conservadora para o cálculo de GOS, ou seja, para um dado número de canais, e mantendo
o tráfego constante, observamos que o GOS obtido da fórmula de Poisson é maior que o
obtido pela fórmula de Erlang – B. Assim se mantivéssemos o GOS constante teríamos que
o tráfego atendido calculado pela fórmula de Poisson seria menor que o tráfego calculado
por Erlang – B. Isso porque na fórmula de Erlang-B existe o encaminhamento alternativo
que inexistente na fórmula de Poisson conforme explicado anteriormente.
c) Considere um tráfego de 14 Erlangs oferecidos a 20 canais. Determine o Grau de
Serviço para esse sistema.
Resolução:
Nesse caso N = 20 canais e A = 14 Erlangs;
Pela fórmula de Erlang B - Eq.4.7, temos:
14 20
A N!
→ GOS = 20 20!
= 0,03003548 ≈ 3%
GOS = N
i
i
∑i = 0 A i!
14
i
!
∑i = 0
N
Isso significa que como congestionamento de chamadas teremos uma
probabilidade de perder 3 em cada 100 tentativas. Como congestionamento de tempo
66
teremos em cada hora 108 segundos (0,03 . 3600 seg = 108 seg) da condição de todos os
circuitos ocupados.
Lembramos que na prática, no entanto, é mais comum o uso de tabelas para
cálculos desse tipo.
67
CAPÍTULO 5 – ESTUDO DE CASO E CONCLUSÃO
Esse capítulo tem por objetivo apresentar ao leitor os softwares de simulação de
tráfego telefônico, mostrar seu funcionamento, dar uma noção de suas aplicações, fazer
simulações em sistemas com uma e várias células, analisar os resultados obtidos das
simulações e explicar uma planilha com dados reais coletados em campo.
Finalizaremos com a análise final do projeto.
5.1 FUNCIONAMENTO DO SOFTWARE
Passaremos agora a explicar os Softwares de Simulação de Tráfego Telefônico
Móvel, Simcell - Simulação de Celulares e Sisac – Sistema Integrado de Simulação em
ambientes Celulares, comentado no início desse trabalho.
O Software de simulação está baseado em três aspectos importantes: a geração de
chamadas; a geração de hand-offs e a duração das chamadas. Os três são ferramentas
estatísticas que servem de alicerce para o software.
O principal fator de qualidade de um sistema de telefonia celular – ou fixa – é o
grau de serviço. Assim podemos definir:
GOS em relação ao tráfego é o GOS que relaciona o tráfego oferecido pelo
sistema com o número de canais.
GOS de chamada é o GOS em relação ao número de chamadas, que seria a relação
entre o número de chamadas perdidas no sistema e o número de chamadas requeridas pelos
assinantes.
Os Softwares foram construídos levando em conta os modelos de geração e duração
de chamadas, descritos anteriormente. A característica de se trabalhar com taxas em ambos
os modelos traz grandes facilidades à simulação.
Nos Softwares não são consideradas as áreas de cobertura de cada célula do
sistema, o tempo de simulação ou duração das interações, nem a posição dos assinantes na
célula ou sua mobilidade.
As células a serem simuladas estão dispostas em uma fila de acordo com a ordem
que foram sendo selecionadas pelo usuário. As taxas de Hand-off originadas são utilizadas
pela distribuição de Poisson gerando chamadas para a célula adjacente.
Os processos de Hand-offs originados na célula corrente têm prioridade absoluta
em relação às chamadas entrantes nas células subseqüentes. Isto acontece devido à
68
arquitetura utilizada no Software que processa todos os eventos da célula correntes antes
de prosseguir para a próxima célula na fila de simulação. A geração de hand-offs obedece
à mesma equação de Poisson que gera as chamadas, mudando apenas a taxa, que no
Software é um décimo da taxa de geração de chamadas, ou seja, para cada dez chamadas
geradas ocorre um hand-off.
5.2 APLICAÇÕES DA SIMULAÇÃO DE TRÁFEGO
A simulação de sistemas celulares é de grande valia para a elaboração de um bom
projeto. A partir da simulação do sistema antes de sua implementação facilita a previsão de
como o sistema irá se comportar evitando gastos futuros. Durante a simulação será feita a
previsão de quantos canais serão instalados em cada ERB, a quantidade de ERB’s a serem
instaladas, e a sua posição. Antes de ser feita à simulação, deve ser feito um levantamento
Geo-político-econômico da região, contendo, entre outras as seguintes informações:
•
Densidade de usuários prevista para a região;
•
Perfil social destes consumidores;
•
Comportamento em relação à movimentação da estação móvel.
Este último é extremamente importante para calcular a taxa média de hand-offs.
Com estes dados, seriam obtidos, a quantidade de canais em cada ERB, a duração média
das ligações, a quantidade de chamadas por segundo, e a quantidade de hand-offs por
segundo. Estes três fatores são imprescindíveis na simulação de um sistema celular e são
fatores utilizados na simulação.
5.3 SIMULAÇÃO DE TRÁFEGO MÓVEL CELULAR
O Software tem com função, basicamente, realizar simulação de um sistema
móvel celular.
5.3.1 SIMULAÇÃO COM UMA ÚNICA CÉLULA
Foi feita inicialmente uma simulação no SimCell, utilizando uma célula, com os
valores descritos abaixo:
•
Duração média de chamadas (alfa): 100 segundos
•
Taxa de chamadas (lambda): 0,4 chamadas por segundo
69
•
Número de canais em cada ERB: 50
•
Período: 1 hora (3600segundos)
•
Duração de simulação: 6 horas
Lembrando que, nesse caso, foi simulado com apenas uma célula e, portanto, não
há taxa de hand-off.
Estes valores, obviamente, podem ser mudados, mas são valores médios bem
aceitos no dia a dia pelas operadoras e foram adotados como valores iniciais.
A figura 5.1 a seguir mostra a tela principal do software, onde são inseridos os
parâmetros, como taxa de chamadas e hand-offs, número de células, duração média de
chamadas, duração da simulação, quantidade de iterações. Podendo, também ser
visualizado o progresso da simulação. A seguir explicaremos detalhadamente os
procedimentos que deverão ser seguidos para a correta utilização do software.
Fig. 5.1 – Tela principal do Software de simulação de Tráfego celular
70
A figura 5.2 a seguir mostra a parte do Software onde o usuário deve inserir os
seguintes dados de entrada: Número de canais na célula, taxa de chamadas, tempo médio
de duração das chamadas, duração da simulação e período simulado. Deve também, optar
por acompanhar a simulação na tela ou não e ainda escolher o formato do canal que é
simplesmente a forma geométrica que aparecerá na tela durante a simulação.
Fig. 5.2 – Dados de entrada do software de simulação
A figura 5.3 a seguir mostra a parte do software em que o usuário tem um
acompanhamento da simulação, que indica o horário de início e término da simulação,
tempo que o software gastou para realizar a simulação o número de interações que foi
gasto pelo software e ainda a opção de interromper a simulação.
Fig. 5.3 - Duração da simulação no software
Os resultados obtidos pelo software após a simulação são explicados abaixo e
mostrados na figura 5.4 a seguir.
Número total de chamadas
Representa quantas chamadas houve. Para essa simulação tivemos uma média final
de 1.427,67 chamadas.
71
Número de chamadas perdidas
Representa quantas chamadas não foram completadas por algum motivo. Das
1.427,67 chamadas realizadas, tivemos uma perda de 24,67 chamadas.
Número de hand-off
Indica a quantidade de hand-off que ocorreram durante o período simulado, como
nesse caso a simulação foi feita com apenas uma célula, não há hand-off’s.
Tempo cursado
Mostra a quantidade de minutos que teve efetivamente tráfego, e, portanto, houve
tarifação para a empresa prestadora do serviço. Por exemplo, supondo que nesse caso o
preço da tarifa seja de R$ 1,00 o minuto, como tivemos 2.343 minutos de tempo cursado,
então a receita bruta seria de R$ 2.343,00 para essa simulação.
GOSc
Mostra o GOS cursado, como tivemos 1.427,67 chamadas, das quais 24,67 foram
perdidas, então temos que:
GOS =
24,67
.100% = 1,7%
1.427,37
GOSt
Mostra o GOS total da simulação.
Veremos na página seguinte os resultados encontrados na simulação e explicados
acima.
72
Fig. 5.4 – Resultados obtidos da simulação
Verificamos que para uma célula com 50 canais, taxa de geração λ = 0,4
chamadas/segundo e duração média α = 100 segundos, foram atendidos 39,88 Erl a um
GOS de 1,2% num período de 6 horas de simulação.
Esse resultado é muito próximo do obtido pela fórmula de Erlang – B onde 50
canais atendem 38,5 Erl a 1,2% de GOS. Note que para uma simulação tomada em um
período maior tende a levar os valores de tráfego atendido aos 40 Erl propostos pela taxa λ
como esperado.
Tráfego requerido = α .λ = 100 seg . 0,4 chamadas/seg = 40 Erlangs.
5.3.2 SIMULAÇÃO COM VÁRIAS CÉLULAS
Foi feita uma nova simulação, agora no Sisac, utilizando várias células, com os
valores descritos abaixo:
•
Período: 1 hora (3600segundos)
•
Duração de simulação: 24 horas
A tabela 5.1 a seguir mostra os dados que foram inseridos no software em cada uma
das células.
73
TABELA 9 – Dados inseridos no software - Sisac
Nº DA CÉLULA NO
SOFTWARE
17
29
30
18
41
42
31
A
B
C
D
E
F
G
C1
C6
C7
C2
C5
C4
C3
ID
1
2
3
4
5
6
7
Nº DE CANAIS
50
40
45
48
100
20
50
LAMBDA (cham/seg)
0,40
0,30
0,35
0,39
0,80
0,10
0,40
ALFA (segundo)
100
90
95
98
100
20
100
NOME DA CÉLULA
NOME CORRESPONDENTE
Por convenção as células forma nomeadas da seguinte forma:
C1 = A
C2 = D
C3 = G
C4 = F
C5 = E
C6 = B
C7 = C
A figura 5.5 a seguir mostra a tela principal do software. Temos ainda um arranjo
de células que foram utilizadas para a simulação e os resultados obtidos para a célula A.
Dessa tela principal vemos alguns dados, tais como: duração e período da simulação.
74
Fig. 5.5 – Tela principal - Sisac
A fig 5.6 a seguir mostra a matriz de hand-off utilizada para essa simulação,
notemos que a mesma está desbalanceada, ou seja, as taxas de hand-off entre duas células
são diferentes. Por exemplo, a taxa de hand-off da célula C6 para a célula C7 foi de 0,06
Erl, porém da célula C7 para a C6 o tráfego cursado foi de 0,04 Erlangs.
Fig. 5.6 - Matriz de hand-off
75
A seguir temos os resultados obtidos na simulação para todas as demais células.
Fig. 5.7 – Resultados da simulação - I
76
Fig. 5.7 – Resultados da simulação - II
Na figura acima vemos alguns casos de número de chamadas perdidas negativo,
como por exemplo, a Célula B teve – 47,333 ou -2,5870% das chamadas formam perdidas.
Isso se deve ao fato de o Software ter sido construído de forma a levar em conta o
encaminhamento alternativo, ou seja, o Hand-off. Assim, esses 2,5870% de chamadas
excederam o número de canais e formam encaminhadas a uma rota alternativa.
5.4 ANÁLISE DOS RESULTADOS SIMULADOS
Dos resultados obtidos nessa última simulação vamos estabelecer um paralelo entre
as duas células “extremas”, isto é, que apresentam os menores e os maiores valores como
dados de entrada.
A célula E apresenta 100 canais, uma taxa de 0,8 chamadas/seg e uma duração
média de 100 segundos por chamada. Já a célula F apresenta 20 canais, uma taxa de 0,1
chamadas/seg e duração média das chamadas de 20 segundos.
A célula E apresentou um total de 3578,750 chamadas, das quais 31,542 foram
perdidas, dando um GOS cursado de:
GOS =
31,542
≅ 0,0088136 ≈ 0,8814% conforme mostra a figura 5.7
3578,750
77
Já a célula F apresentou um total de 1240,375 chamadas, das quais, 182,208 foram
perdidas, dando um GOS cursado de:
GOS =
182,208
≅ 0,1468976 ≈ 14,6898% conforme mostra a figura 5.7
1240,375
Como podemos ver na tabela 9 a célula E apresenta dados que se aproximam muito
mais de situações reais que a célula F. Podemos concluir assim que o software tem uma
maior precisão na medida em que se aproxima mais de um caso real.
Outro dado importante a se observar é que as células A e G apresentam dados de
entrada exatamente iguais, isto é, ambas apresentam 50 canais, taxa de 0,40 cham/seg. e
duração média de 100 segundos por chamada, conforme mostra a tabela 9. Porém os
resultados simulados forma completamente diferentes conforme mostra a figura 5.7. Isso
se deve ao fato de a matriz de hand-off ser desbalanceada, conforme mostra a fig. 5.6.
5.5 DADOS COLETADOS EM CAMPO
A seguir temos uma planilha parcial com dados reais de tráfego coletado em uma
ERB, fornecido por uma operadora local. Faremos um breve comentário desses dados
coletados em campo.
TABELA 10 – Tráfego em Erlangs para uma ERB real
SETOR
Dia do Início
TRKs
Servidos
PICO
CAP 85%
CAP 100%
111x
37564
18
0,38888889
9,767
11,49
111x
37577
21
0,86111111
11,934
14,04
111x
37570
18
0,52777778
9,767
11,49
111x
37563
18
0,5
9,767
11,49
111x
37570
18
0,5
9,767
11,49
111x
37573
18
0,5
9,767
11,49
111x
37562
18
0,47222222
9,767
11,49
111x
37574
18
0,47222222
9,767
11,49
111x
37564
18
0,41666667
9,767
11,49
111x
37569
18
0,41666667
9,767
11,49
Fonte: Americel S.A. - Goiânia
78
A planilha mostra na primeira coluna que o tráfego escoado é para uma ERB
apenas. Já na segunda coluna temos os dias que formam iniciados a coleta dos dados (os
dias foram alterados pela operadora por medida de segurança).
Na terceira coluna temos o número de canais disponíveis para aquela ERB naquele
dia. Olhando a segunda linha vemos que teve 21 canais disponíveis naquele dia. A quarta
coluna mostra que na HMM o tráfego chegou a 0,8611 Erlangs e para chegar a 85% do
total disponível o tráfego deveria ser de 11,934 Erlangs. Esse valor (85%) é o máximo
permitido pela operadora, isso é, caso a intensidade de tráfego excedesse esse valor (se A >
11,934) então poderia pensar em uma expansão para o sistema local.
Vale lembrar que o tráfego deveria exceder esse valor pelo menos duas vezes, pois
apenas uma poderia ser caracterizada uma situação atípica (um acidente) e não refletir a
real necessidade de expansão do sistema.
Se desejarmos calcular a capacidade máxima da ERB em Erlangs basta fazer uma
regra de três simples conforme explicado abaixo:
85% do total ---------11,934 Erl
100% ------------------ x
x = 100%.
11,934
= 14,04 Erl
0,85
Portanto a capacidade máxima de tráfego escoada por essa ERB nesse dia é de
14,04 Erlangs, conforme demonstrado acima e na tabela 10.
A porcentagem do total de tráfego oferecido(n) pela ERB que foi efetivamente
utilizado pode facilmente ser calculado como mostrado abaixo:
n=
pico
0,86111Erl
=
≅ 6,13%
máximo
14,04 Erl
Assim, apenas 6,13% da capacidade dessa ERB foi utilizada no horário de pico
nesse dia.
Já no último dia citado na planilha vemos um tráfego máximo de 11,49 Erlangs,
porém o número de troncos disponíveis foi de apenas 18, dando um pico de 0,41667
Erlangs.
79
O porcentagem do tráfego oferecido(n) por essa ERB que foi utilizado por essa
ERB nesse dia é dado por:
n=
pico
0,416667 Erl
=
≅ 3,63%
máximo
11,49 Erl
Nesse caso, apenas 3,63% da capacidade de tráfego dessa ERB foi utilizada no
horário de pico nesse dia.
80
5.6 CONCLUSÃO
A distribuição de Poisson e a Exponencial Negativa se mostram úteis para modelar
sistemas de tráfego móvel. A partir desse modelo e com o auxílio do software discutimos
alguns resultados obtidos através da simulação.
Na maioria dos casos obtivemos resultados próximos aos calculados pela fórmula
de Erlang – B somente para as situações de uma única célula, de sistemas com poucas
células ou de sistemas com baixa mobilidade, ou seja, valore pequenos para a taxa de
hand-off, é que a diferença foi considerável.
O software utilizado é uma importante ferramenta para o planejamento de sistemas
de comunicações móvel celular.
Essa ferramenta pode ser utilizada ainda para estudos de encaminhamento
alternativo de tráfego através de hand-off forçados, para estudo de alocação flexível de
canal e ainda para estudo de técnicas controle de acesso ao meio de diversos serviços.
A planilha com os dados coletados em campo enriqueceu o trabalho, dando
resultados condizentes com os previstos pela teoria.
Os objetivos iniciais do projeto eram realizar um estudo do tráfego telefônico para
fazer previsões de como deveria ser instalado um sistema real através de equações
estatísticas utilizadas para o dimensionamento do sistema telefônico, exemplificar com
problemas práticos resolvidos e explicar os softwares citados anteriormente. Isso posto,
podemos dizer que sem dúvida conseguimos atingir nossos objetivos.
81
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 – Cardoso, S. M.; Tráfego, Teoria e Aplicação – 2 ed., Mc Graw Hill.
2 – Guedes, L. G.; Apostila do curso de Telecomunicações Móveis, Universidade Federal
de Goiás - 2002.
3- Silva, C. G.; Souza, R. S. e Ribeiro V.; Software – Simulação de Tráfego de Sistema
Móvel Celular Projeto final de engenharia Elétrica (UFG) – 2000.
4 – Telecom & IT Solutions; Treinamento Tráfego – Educação e Treinamento em
Telecomunicações Apostila de Treinamento da Americel S.A.
5- Jornal O Globo on line 13 de dezembro de 2002.
6- Boucher, J. R.; Traffic System Design - Handbook Timesaving Telecommunication
Traffic Tables and Programs.
7 – Nice, U. S. Apostila do curso de Antenas e Propagação, Universidade Federal de Goiás
- 2002.
8 – Sites:
http://educar.sc.usp.br/otica/luz.htm#propagacao
http://www.fisica.net/einsteinjr/9/ondas_eletromagneticas.html
9- Filho, F. F. C.; Apostila do curso de Cálculo Numérico –Universidade Federal de Minas
Gerais – 1998.
10- Reitz J.R.; Milford F. J.; Christy R. W. Fundamentos da Teoria Eletromagnética.
11- Leithold L. O Cálculo com Geometria Analítica.