Optimización de los parámetros de acceso y relevo en la red evdo

i
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
OPTIMIZACIÓ
DE LOS PARÁMETROS DE ACCESO Y RELEVO E
LA RED EVDO DE MOVIL
ET E
LA REGIÓ
BARCELO
A –
PUERTO LA CRUZ
Por
Michael Maurice asser Anastas
Sartenejas, abril de 2008.
ii
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
OPTIMIZACIÓ
DE LOS PARÁMETROS DE ACCESO Y RELEVO E
LA RED EVDO DE MOVIL
ET E
LA REGIÓ
BARCELO
A –
PUERTO LA CRUZ
Por
Michael Maurice asser Anastas
Realizado en la empresa Telecomunicaciones Movilnet, C.A.
Con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. Trina Adrián de Pérez
Tutora Industrial: Ing. Jonathan Pastran
I
FORME FI
AL DE CURSOS E
COOPERACIÓ
TÉC
ICA Y DESARROLLO
SOCIAL
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Electrónico
Sartenejas, abril de 2008.
iii
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
Decanato de Estudios Profesionales
Coordinación de Ingeniería Electrónica
OPTIMIZACIÓ
DE LOS PARÁMETROS DE ACCESO Y RELEVO E
LA RED EVDO DE MOVIL
ET E
LA REGIÓ
BARCELO
A –
PUERTO LA CRUZ
Informe Final de Cursos en Cooperación Técnica y Desarrollo Social presentado por
Michael Maurice asser Anastas
Con la asesoría de:
Tutor Académico: Prof. Trina Adrián de Pérez
Tutora Industrial: Ing. Jonathan Pastran
RESUME
En el presente trabajo se realizó la optimización de los parámetros que influyen en el
relevo y acceso de los terminales en la red EVDO Alcatel – Lucent de Movilnet. Para ello, fue
necesario elaborar un estudio para reconocer las características más importantes de una red
EVDO, identificar los indicadores de desempeño del servicio y la manera en que los procesos
de acceso y relevo los impactan.
Se realizaron ajustes en los parámetros relacionados a cada uno de estos procesos,
buscando mejorar su desempeño y con éste el de la red EVDO. Se elaboró un plan de pruebas
donde se manejaron tres aspectos de la red: la implementación de relevo dinámico, la
redistribución de la capacidad de los sectores en una celda y el tiempo durmiente de los
terminales. Para verificar los resultados obtenidos con los ajustes implementados, se realizaron
recorridos de campo y estudios estadísticos utilizando los indicadores de desempeño de la red.
El análisis de los resultados permitió demostrar el impacto positivo que tiene el ajuste
de estos parámetros en el desempeño de la red. Se logró aumentar la capacidad de la red,
disminuir la tasa de accesos fallidos, disminuir la cantidad de bloqueos y minimizar el retraso
percibido por el usuario. Se recomienda aplicar las modificaciones estudiadas en este trabajo,
utilizando los valores apropiados para cada caso.
Palabras Clave: 1xEV-DO, Protocolo de acceso, Protocolo de relevo, Indicadores de
desempeño, Recorridos de campo, Optimización.
iv
Agradecimientos
A mis padres Maurice y Lucy, a mi hermanos Khalil, Joseph y Jane, por ser mis guías
y brindarme apoyo durante toda mi vida.
A Jonathan, Luis y Samuel, que fueron mis profesores y guías en
todo momento durante este trabajo.
A la Prof. Trina por ayudarme a realizar este trabajo, gracias por sus
consejos y paciencia.
A toda la Gerencia de Optimización: Carlos, Roberto, Marelys, Johana,
El Mugo, Irene, Adolfo, Helen, José Orlando, Víctor, Sergio,
Yenny y Luis, por su apoyo durante el proyecto.
i
Í
DICE GE
ERAL
1
INTRODUCCIÓN
1
2
ESTRUCTURA GENERAL DE UNA RED 1xEV-DO
5
2.1
Introducción a 1xEV-DO
5
2.2
Arquitectura de una red 1xEV-DO
6
2.3
Protocolos de Interfaz de Datos
10
2.4
Interfaz de Aire
15
2.4.1
Enlace de Bajada
2.4.1.1
2.4.2
2.5
3
Descripción de los Canales de Bajada
Enlace de Subida
Procesamiento de Llamadas en 1xEV-DO
15
18
19
21
2.5.1
Estado de Inicialización
22
2.5.2
Estado Ocioso
23
2.5.3
Estado de Acceso
28
2.5.4
Estado Activo
28
2.5.5
Protocolo de Acceso, Establecimiento de Conexión y Protocolo de Relevo
30
2.5.5.1
Protocolo de Acceso
30
2.5.5.2
Establecimiento de la Conexión
31
2.5.5.3
Proceso de Relevo “Handoff”
33
METODOLOGÍA
3.1
Implementación de Relevo Dinámico
39
39
3.1.1
Caracterización del Sistema de Relevo Dinámico
43
3.1.2
Utilización del Sistema de Relevo Dinámico en Sectores de Alto Tráfico
45
3.1.3
Implementación del Relevo Dinámico en el Mercado Puerto La Cruz-Barcelona
46
4
3.2
Redistribución de Capacidad
47
3.3
Ajuste del Tiempo Durmiente
48
RESULTADOS Y ANÁLISIS
4.1
Implementación de Relevo Dinámico
4.1.1
4.1.1.1
Caracterización del Sistema de Relevo Dinámico
Número de pilotos en set activo
50
50
50
50
ii
4.1.1.2
Cambios en la Relación Señal a Ruido
53
4.1.1.3
Cambios en el PER.
54
4.1.2
Utilización del Sistema de Relevo Dinámico en Sectores de Alto Tráfico
56
4.1.2.1
Numero de Conexiones Activas
56
4.1.2.2
Tasa de Accesos Fallidos (IA)
57
4.1.2.3
Número de veces que el sector llegó al máximo de conexiones.
59
4.1.3
Implementación del Relevo Dinámico en el Mercado Puerto La Cruz-Barcelona
60
4.1.3.1
Resultados del Drive Test
60
4.1.3.2
Estadísticas
63
4.2
Redistribución de Capacidad
70
4.2.1
Número de Conexiones Activas
71
4.2.2
Tasa de Accesos Fallidos
72
4.2.3
Número de veces que se llegó al máximo de conexiones permitidas
74
4.3
Ajuste del tiempo durmiente
76
4.3.1
Pruebas en Aeropuerto Barcelona
76
4.3.2
Pruebas en Caroní - Puerto Ordaz
78
5
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
80
6
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
83
iii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Modelo referencial de una red EVDO.
7
Figura 2.2 Sistema 1xEV-DO Alcatel-Lucent
8
Figura 2.3 Bloques funcionales del sistema 1xEV-DO superpuesto a una red CDMA en la
implementación Alcatel-Lucent.
10
Figura 2.4 Comparación de modelo TCP/IP y OSI
11
Figura 2.5 Capas Definidas por el Protocolo IS-856.
12
Figura 2.6 Pila de Protocolos para el Sistema 1xEV-DO de Alcatel-Lucent.
14
Figura 2.7 Estructura del Enlace de Bajada.
15
Figura 2.8 Comparación de uso de potencia en los canales de bajada.
16
Figura 2.9 Composición de una Ranura.
17
Figura 2.10 Modulaciones utilizadas en 1xEV-DO. De derecha a izquierda QPSK, 8 PSK y
16QAM.
17
Figura 2.11 Estructura del Enlace de Subida.
19
Figura 2.12 Diagrama de Estados en el Procesamiento de Llamadas.
22
Figura 2.13 Diagrama de flujo del estado de inicialización.
23
Figura 2.14 Procedimiento para la asignación de UATI.
24
Figura 2.15. Negociación de Configuración.
25
Figura 2.16 Establecimiento de conexión PPP.
26
Figura 2.17 Proceso de autenticación.
26
Figura 2.18 Subestados del Estado Ocioso.
27
Figura 2.19 Estructura de la secuencia de acceso.
31
Figura 2.20 Mensajería de Establecimiento de Conexión.
32
Figura 2.21 Mensajería AT-EVC.
35
Figura 2.22 Recta de Dynamic Add (izquierda) y Recta de
37
Dynamic Drop (derecha)
37
Figura 3.1 Representación gráfica de los parámetros de relevo dinámico.
40
Figura 3.2 Rectas resultantes de Pilot_Add y Pilot_Drop para los valores #2.
41
Figura 3.3 Rectas resultantes de Pilot_Add y Pilot_Drop para los valores #3.
42
Figura 3.4 Rectas resultantes de Pilot_Add y Pilot_Drop para la prueba #4.
43
iv
Figura 3.5. Ruta para las pruebas de relevo en la ciudad de Caracas.
44
Figura 4.1 Número de Pilotos en Set Activo.
51
Figura 4.2 Porcentaje de Puntos con el Número de Pilotos
52
En Set Activo.
52
Figura 4.3 SNR para cada recorrido.
54
Figura 4.4 PER para cada recorrido.
55
Figura 4.5 Promedio de Conexiones Activas.
56
Figura 4.6 Tasa de Accesos Fallidos.
58
Figura 4.7 Número de veces que se llegó al máximo permitido del sector en hora por hora. 59
Figura 4.8 Numero de pilotos en set activo. En la izquierda el recorrido sin relevo dinámico
implementado. En la derecha el recorrido con relevo dinámico.
61
Figura 4.9 Relación señal a ruido SNR. En la izquierda el recorrido sin relevo dinámico
implementado. En la derecha el recorrido con relevo dinámico.
62
Figura 4.10 Tasa de error PER. En la izquierda el recorrido sin relevo dinámico
implementado. En la derecha el recorrido con relevo dinámico.
63
Figura 4.11 Total de Conexiones Activas en Puerto La Cruz - Barcelona
64
Figura 4.12 Promedio de la Tasa de Accesos Fallidos de Puerto La Cruz – Barcelona.
65
Figura 4.13 Promedio de la Tasa de Llamadas Caídas de Puerto La Cruz – Barcelona.
66
Figura 4.14 Promedio de la tasa de transferencia en el enlace de bajada de todas las celdas de
Puerto La Cruz – Barcelona.
67
Figura 4.14 Promedio de la tasa de transferencia en el enlace de subida de todas las celdas de
Puerto La Cruz – Barcelona.
68
Figura 4.15 Promedio de la tasa de relevos exitosos de todas las celdas de Puerto La Cruz –
Barcelona.
69
Figura 4.17 Número de conexiones activas en Caroni sector 3 antes y después de la
redistribución de capacidad.
71
Figura 4.18 Número de conexiones activas en Sidor sector 2 antes y después de la
redistribución de capacidad.
72
Figura 4.19 Tasa de accesos fallidos en Caroni sector 3 antes y después de la redistribución de
capacidad.
73
v
Figura 4.20 Tasa de accesos fallidos en Sidor sector 2 antes y después de la redistribución de
capacidad.
74
Figura 4.21 Número de veces que se llegó al máximo de conexiones en Caroni sector 3 antes y
después de la redistribución de capacidad.
75
Figura 4.22 Número de veces que se llegó al máximo de conexiones en Sidor sector 2, antes y
después de la redistribución de capacidad.
76
Figura 4.23 Tasa de Accesos Fallidos y Conexiones Activas de Aeropuerto Barcelona
77
Figura 4.24 Número de Solicitud de Conexiones en Aeropuerto Barcelona
78
Figura 4.25 Número de Bloqueos en el sector 3 de Caroní.
78
vi
LISTA DE TABLAS
Tabla 2.1 Tasas de Modulación para el Enlace de Bajada.
Tabla 3.1 Valores para las pruebas de Relevo Dinámico.
18
41
vii
LISTA DE ABREVIATURAS
1xEVDO
Evolution – Data Optimized (Evolución de Data Optimizada)
AAA
Authentication, Authorization and Accounting (Autenticación, Autorización y
Facturación)
AMPS
Advanced Mobile Phone System (Sistema Avanzado de Telefonía Móvil)
AN
Access Network (Red de Acceso)
AT
Access Terminal (Terminal de Acceso)
BTS
Base Transceiver Station (Estación Base, Celda)
CBR
CDMA Baseband Radio (Radio Bandabase CDMA)
CCU
Channel Control Unit (Unidad de Control de Canal)
CDMA
Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Código)
CRC
CDMA Radio Controller (Controlador de Radio CDMA)
DRC
Data Rate Control (Control de Tasa de Datos)
EMS
Element Management System (Sistema de Manejo de Elemento)
EVM
EVDO Modem (Módem EVDO)
FER
Frame Error Rate (Tasa de Error de Marcos)
FMS
Flexent Mobility Server
HLR
Home Location Register (Registro de Localización)
IA
Ineffective Attempt (Tasa de Accesos Fallidos)
LIU
Line Interface Unit (Unidad de Interfaz de Línea)
MCC
Main CDMA Controller (Controlador CDMA Principal)
OMP
Operations and Management Platform (Plataforma de Operaciones y Manejo)
PCF
Packet Control Function (Función de Control de Paquetes)
PCT
Power Control Threshold (Umbral de Control de Potencia)
PCU
Power Control Unit (Unidad de Control de Potencia)
PDSN
Packet Data Serving Node (Nodo de Servicio de Paquetes de Datos)
PER
Packet Error Rate (Tasa de Error de Paquetes)
PPP
Point to Point Protocol (Protocolo Punto a Punto)
RAN
Radio Access Network (Red de Radio Acceso)
RF
Radio Frecuency (Radio Frecuencia)
viii
RLP
Radio Link Protocol (Protocolo de Interfaz de Aire)
RNC
Radio Network Controller (Controlador de la Red de Radio)
TDMA
Time Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División en Tiempo)
TFU
Time Frecuency Unit (Unidad de Tiempo Frecuencia)
UATI
Unicast Access Terminal Identifier (Identificador “Unicast” de Terminal de
Acceso)
VLR
Visitor Locator Register (Registro de Localización de Visitantes)
Capítulo I – Introducción
1
CAPÍTULO I
1
I
TRODUCCIÓ
La telefonía celular se ha convertido en una de las áreas de mayor crecimiento a nivel
mundial dentro de la industria de las telecomunicaciones. El desarrollo del teléfono móvil ha
permitido disminuir su tamaño y peso, para dar paso a los actuales más compactos y con
mayores prestaciones de servicios, que permiten integrar soluciones de voz y datos bajo la
misma plataforma.
La primera generación de celulares surgió en la década de los ochenta, con la
tecnología AMPS (“Advanced Mobile Phone System” o Sistema Telefónico Móvil
Avanzado). Estos sistemas eran analógicos, sólo prestaban servicio de voz y los terminales
eran considerablemente pesados. En la década de los noventa surgió la segunda generación de
tecnología celular, donde los sistemas eran digitales, poseían una mayor eficiencia espectral y
mayor seguridad. También se incorporó la transmisión de datos a bajas tasas de velocidad y
servicio de mensajería corta.
En la última década el crecimiento acelerado del mercado de la telefonía celular y el
desarrollo tecnológico, ha incrementado la demanda de nuevos servicios más completos, que
van más allá de la telefonía tradicional de voz. Los sistemas de tercera generación surgen con
el propósito de incorporar estas nuevas aplicaciones en redes con mayor capacidad y eficiencia
espectral. Entre estos servicios se incluyen: datos a alta velocidad, conectividad a la Internet
con servicio comparable al de una conexión fija terrestre, servicios multimedia y alta calidad
de servicio.
Dentro de los estándares que definen los sistemas de tercera generación, se encuentra
la tecnología CDMA2000 (“Code Division Multiple Access” o Acceso Múltiple por División
en Código), la cual es la evolución de CDMA IS-95 de segunda generación. En esta
tecnología, se permite que varios usuarios utilicen simultáneamente una misma portadora con
mayor ancho de banda, utilizando canales lógicos creados por códigos ortogonales entre si. En
Capítulo I – Introducción
2
CDMA2000 se provee una solución utilizando múltiples portadoras, por lo tanto 3G-1X
significa que se designa el uso una portadora de 1.25MHz.
1xEV-DO (“Evolution-Data Optimized”) es la evolución de CDMA2000 para
proporcionar servicio de datos a altas velocidad a usuarios inalámbricos. La interfaz de aire de
1xEV-DO permite picos superiores a los 2Mbps. Aunque la estructura y codificación de
canales de 1xEV-DO es diferente a la de CDMA2000, la señal RF es compatible. Por lo tanto
se pueden compartir los mismos radios, amplificadores, filtros y antenas.
En Venezuela existen tres empresas que brindan servicios de comunicaciones móviles.
Una de ellas es Telecomunicaciones Movilnet C.A, filial de CANTV. Esta empresa fue creada
en el año 1992 ofreciendo servicio AMPS. En el año 1997 se moderniza migrando a la
tecnología digital TDMA (“Time Division Multiple Access”). Luego, para el año 2003 la
empresa inicia la implementación de una red CDMA2000-1X, ofreciendo servicios de tercera
generación. En el año 2005 se lanza al mercado una red 1xEV-DO implementada en conjunto
con la red CDMA2000, sobre la cual se comercializa el servicio “ABA Móvil”, la cual permite
a los usuarios acceso banda ancha sobre telefonía móvil.
Movilnet está organizada en dos vicepresidencias: la Vicepresidencia de Operaciones y
Sistemas, y la Vicepresidencia de Operaciones Comerciales. Cada una de estas, se encuentra
integrada por direcciones, las cuales a su vez se dividen en gerencias. El presente trabajo se
desarrolló en la Gerencia de Optimización de Radio Frecuencia, la cual tiene como objetivo
planificar, dirigir y coordinar el proceso de optimización y análisis de la interfaz de aire, con el
fin de utilizar el espectro eficientemente y satisfacer los requerimientos de servicios a los
clientes. Esta gerencia forma parte de la Dirección de Optimización y Desempeño de la Red
adscrita a la Vicepresidencia de Operaciones y Sistemas.
La red EVDO de Movilnet se encuentra aún en crecimiento y permite ofrecer una gran
variedad de servicios de datos. Como toda red móvil, para mantenerla acorde con las
necesidades de los usuarios que atiende, requiere de una constante medición, análisis y ajuste.
Capítulo I – Introducción
3
Entre los procesos más importantes de las redes móviles se encuentran el acceso y el
relevo. El primero permite al usuario acceder a la red y el segundo permite que se desplace
dentro del área de cobertura, ganándose así el calificativo de móvil. De aquí la importancia de
optimizar el desempeño de estos procesos.
Actualmente las redes CDMA-1X y EVDO comparten los sistemas radiantes, por lo
que su despliegue no puede ser completamente independiente uno del otro. Esto trae como
consecuencia la necesidad de alcanzar un punto medio en cuanto a la configuración del
“hardware”, siendo necesario un fino ajuste a nivel de los parámetros propios de cada una de
las tecnologías.
El proyecto consiste en realizar el estudio de los parámetros que influyen en el acceso
y relevo de los terminales en la red EVDO Alcatel-Lucent de Movilnet, a fin de generar
propuestas que permitan mejorar el desempeño de ésta. Se deberá llevar a cabo un estudio de
los conceptos básicos asociados a los sistemas celulares, para luego, reconocer las
características más resaltantes de la tecnología EVDO. Esto permitirá identificar los
indicadores de desempeño del servicio, así como, la manera en que los procesos de acceso y
relevo los impactan. Se deberá realizar en base a estos conocimientos, ajustes relacionados a
cada uno de estos procesos buscando mejorar su desempeño y con éste el de la red EVDO en
general. Luego de verificar los resultados obtenidos con los ajustes realizados, se trabajará
como caso de estudio el mercado de Barcelona - Puerto La Cruz. Una vez realizados los
ajustes a que hubiese lugar, se analizará el desempeño de la red con la finalidad de comprobar
el impacto causado sobre ésta.
El objetivo general del proyecto es el estudio y optimización de los parámetros que
influyen en el acceso y relevo de los terminales en la red EVDO de Movilnet. Caso de estudio:
mercado de Barcelona – Puerto La Cruz.
Los objetivos específicos del proyecto son:
1) Estudio del funcionamiento de una red EVDO.
Capítulo I – Introducción
4
2) Identificación de los indicadores claves de desempeño RF.
3) Estudio de los algoritmos de acceso y relevo y su influencia en las métricas de
desempeño.
4) Identificación de los parámetros que impactan sobre los procesos de acceso y relevo en
las redes EVDO.
5) Elaboración de un plan de pruebas para el estudio del impacto de los ajustes en los
parámetros de acceso y relevo sobre la red EVDO.
6) Optimización de los mercados de Puerto La Cruz – Barcelona basadas en ajustes de
parámetros de acceso y relevo.
A continuación, el Capítulo 2 presenta la descripción general del sistema EVDO.
Dentro de esta descripción se expone: la estructura de una red EVDO, y en particular la de la
red EVDO de Alcatel-Lucent, el protocolo de comunicaciones utilizado en el sistema EVDO y
la interfaz de aire. También se presenta el procesamiento de llamadas del sistema EVDO. Se
explican los estados por los cuales debe pasar un AT (“Access Terminal” o Terminal de
Acceso) para lograr establecer, mantener y terminar una llamada.
El Capítulo 3 presenta el desarrollo del proyecto siguiendo una metodología apropiada
para la caracterización y la elaboración del plan de pruebas. Se expone la estructura de las
pruebas considerando: el objetivo, la metodología y la forma en que se evaluará cada ajuste.
El Capitulo 4 presenta los resultados de las pruebas realizadas y su respectivo análisis.
Se muestran tanto los resultados estadísticos como mediciones prácticas y se justifican los
resultados obtenidos utilizando fundamentos teóricos de la tecnología EVDO.
El Capítulo 5 presenta las conclusiones y recomendaciones basadas en los resultados
de las pruebas realizadas.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
5
CAPÍTULO II
2
2.1
ESTRUCTURA GE
ERAL DE U
A RED 1xEV-DO
Introducción a 1xEV-DO
El sistema 1xEV-DO es un estándar de telecomunicaciones desarrollado por
Qualcomm para la transmisión de datos a altas velocidades a través de redes
inalámbricas. Sus siglas en inglés representan “Evolution-Data Optimized” ya que es la
evolución directa de 1xRTT (sistema de transmisión de datos en 3G-1X) y su principal
aplicación es el acceso banda ancha a Internet. Existen varias versiones o revisiones de
1xEV-DO, este trabajo siempre estará referido a la revisión 0. La definición del estándar
se encuentra en la norma IS-856.
1xEV-DO utiliza una interfaz de aire CDMA, y de igual manera que CDMA2000,
opera en una portadora de 1.25MHz. Aunque la estructura de los canales y la codificación
es diferente a la del estándar IS-95, la señal RF de 1xEV-DO es compatible con la
interfaz de aire IS-95. Esto permite la utilización de los mismos radios, amplificadores y
filtros; no obstante 1xEV-DO debe operar en una diferente portadora que las utilizadas
para el servicio de CDMA.
Para lograr altas tasas de transferencia se reconoce la naturaleza asimétrica de las
redes IP. Siempre es mayor el volumen de datos que se transmite desde la red hacia el
usuario (enlace de bajada) que desde el usuario hacia la red (enlace de subida). Por esta
misma razón se utilizan diferentes técnicas de acceso múltiple para el enlace de subida y
el de bajada. En el enlace de subida se emplea la clásica división por código CDMA,
similar a IS-95 y a 3G-1X. Para el enlace de bajada se usa división en tiempo TDMA,
donde una portadora de 1.25MHz es compartida en tiempo entre un máximo de 59
usuarios. Puesto que en el enlace de bajada la estación base sólo envía datos a un terminal
de acceso a la vez, se transmite siempre con la máxima potencia, lo que permite una
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
6
mayor tasa de transmisión. Para 1xEV-DO Rev. 0. las tasas máximas de transmisión son
2,457.6 Kbps en el enlace de bajada y 153.6 Kbps en el enlace de subida.
Debido a que las transmisiones de voz se deben realizar en tiempo continuo, son
menos tolerantes a altas tasas de errores de bit, no permiten retransmisiones y necesitan
uso continuo de la portadora. La eliminación de transmisión interrumpida de voz, permite
a los sistemas 1xEV-DO aprovechar las condiciones RF de cada usuario para maximizar
la transmisión de datos. La tasa de data enviada a cada terminal de acceso es función de
las condiciones RF instantáneas del mismo. La estación base (BTS) enviará datos a los
terminales de acceso con condiciones RF favorables y pondrá en espera a los que tienen
peores condiciones y de esta manera se aprovecha que las condiciones RF varían
rápidamente en el tiempo [1] [2].
2.2
Arquitectura de una red 1xEV-DO
El modelo de referencia de una red EVDO consiste principalmente de dos
elementos, la red de acceso (AN) y el terminal de acceso (AT). La AN es el conjunto de
equipos que proveen conectividad de datos entre una red de datos conmutados por
paquete (típicamente la Internet) y los terminales de acceso. El AT es el dispositivo que
provee conectividad de datos a un usuario. Un AT puede esta conectado a un computador
personal. En este caso, la terminación de las capas de los protocolos de comunicación se
divide entre los dos equipos. El AT también puede ser una unidad autónoma como un
ayudante personal (PDA), en este caso el AT termina todas las capas. En la figura 2.1 se
presenta el modelo referencial de una red EVDO.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
7
Figura 2.1 Modelo referencial de una red EVDO.
La RAN o red de radio acceso puede cambiar entre diferentes proveedores. Esta
debe consistir en el PCF (“Packet Control Function”), el controlador (RNC) y las celdas
(BTS). En la implementación de Movilnet de EVDO se utilizó un sistema 1xEV-DO de
Alcatel-Lucent. En la figura 2.2 se presenta el diagrama de bloques del sistema.
El PDSN “Packet Data Serving 8ode” es el nodo de servicio de paquetes de
datos. Su función es convertir los paquetes IP recibidos de la Internet en protocolo punto
a punto (PPP “Point to Point Protocol”) para luego enviarlos a la RAN “Radio Access
8etwork”. En sentido contrario termina el protocolo punto a punto y estructura los
paquetes PPP en paquetes IP y los dirige hacia la Internet.
Otro elemento de la red de acceso es el AAA. Su nombre proviene de
“Authorization Authentication and Accounting” o autorización, autenticación y
facturación. Es una base de datos que contiene información de protocolo y de servicio de
cada usuario registrado. Cuando un usuario establece una sesión, el PDSN utiliza esta
información para autenticar, autorizar y administrar la facturación proveniente por el
PDSN.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
8
Figura 2.2 Sistema 1xEV-DO Alcatel-Lucent
Como se puede observar, en la implementación Alcatel-Lucent, el RNC y el PCF
son parte del FMS (“Flexent Mobility Server”). El FMS es el corazón del sistema
Alcatel-Lucent en manejo y procesamiento de llamadas. Consiste en un banco de
servidores llamados AP (“Aplication Processor”) y TP (“Traffic Processor”). El AP o
procesador de aplicación se encarga del procesamiento de la señalización para el control
de la llamada. Cada AP tiene dos TP y permiten manejar varias celdas. Los TP se
encargan del procesamiento de tráfico de datos.
El controlador 1xEV-DO es el
responsable del manejo de la llamada y de las funciones de control del protocolo de
enlace de radio o RLP (“Radio Link Protocol”) en los AP y TP. El PCF hace la función
de control de paquetes, transporta datos a través de protocolo punto a punto (PPP) entre el
PDSN y el RNC.
El elemento de manejo de sistema EMS (“Element Managment System”)
interactúa con el FMS para proveer operaciones de administración y mantenimiento de
las celdas. En la implementación Alcatel-Lucent se utiliza una plataforma de operaciones
y manejo OMP (“Operations and Managment Platform”). Desde el OMP se realizan
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
9
varias funciones como son: ajuste de parámetros, monitoreo de alarmas, diagnósticos de
celda, reinicio de elementos y registro de eventos.
Las celdas (BTS) establecen la conexión con los AT para el transporte de
paquetes RLP en ambas direcciones a través de la interfaz de aire. Para el sistema Flexent
de Alcatel-Lucent, al igual que para el servicio CDMA, se utiliza la estación base
Modcell 4. Para prestar el servicio de EVDO se le debe incluir un procesador digital
llamado EVM (“EVDO Modem”). Este consiste de dos módems para recibir paquetes en
capa física/MAC en ambas direcciones. El resto de los componentes de “hardware” son
los mismos que tiene la estación base para prestar servicio CDMA. Entre estos
componentes se encuentra la tarjeta CRC (“CDMA Radio Controller”), la cual es la
controladora de radio CDMA y tiene dos funciones: La primera es la terminación de las
líneas E1 desde la central (LIU “Line Interface Unit”). La segunda es la controladora
principal de la estación base (MCC “Main CDMA Controller”) la cual es responsable por
el control de la BTS y de sus operaciones de administración y mantenimiento. La unidad
de canal CDMA (CCU “Control Chanel Unit”) maneja el tráfico de voz y de datos en 1x.
Otra unidad es el radio bandabase CDMA (CBR “CDMA Baseband Radio”). Este
convierte la señal proveniente de cada CCU o módem EVM a la frecuencia RF de su
sector/portadora asignada y la envía al amplificador lineal correspondiente. El resto de
los elementos son los filtros, las unidades de control de poder (PCU “Power Control
Unit”) y las unidades de sincronización de tiempo (TFU “Timing Frecuency Unit”) [2].
En Movilnet la red EVDO se encuentra implementada junto a la red CDMA. En
la figura 2.3 se muestran los componentes de la red 1xEV-DO superpuestos a una red
CDMA en el sistema Alcatel-Lucent.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
10
Figura 2.3 Bloques funcionales del sistema 1xEV-DO superpuesto a una red CDMA en la
implementación Alcatel-Lucent.
Los Bloques amarillos son los componentes únicamente usados por la red CDMA.
El 5ESS y el ECP (“Executive Control Processor”) forman parte de la central para el
servicio CDMA. El 5ESS es la central de conmutación en la red Alcatel – Lucent y el
ECP es el controlador de la central [2].
2.3
Protocolos de Interfaz de Datos
La data de tráfico de los usuarios se mueve a través de la RAN en paquetes
discretos, los cuales tienen números de bits específicos respetando el modelo referencial
TCP/IP. Este está adaptado universalmente para el uso de Internet. El modelo referencial
TCP/IP es similar al modelo referencial OSI “open system interface” de la ISO. En estos
modelos se separa y se agrupa las diferentes funciones de red en capas. El procesamiento
de la data en cada una de las capas, está gobernado por uno o más protocolos. Los
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
11
protocolos son un conjunto de reglas y procedimientos que cada entidad de red debe
respetar para lograr tráfico de data exitoso entre varias redes. En la figura 2.4 se
presentan las capas de los dos modelos referenciales [1].
Figura 2.4 Comparación de modelo TCP/IP y OSI
El modelo TCP/IP recibe su nombre por sus dos protocolos más importantes, el
TCP utilizado en la capa de transporte y el IP utilizado en la capa de red. Las capas de
presentación y de sesión del modelo han mostrado poco uso funcional y por lo tanto se
han eliminado en el modelo TCP/IP la capa de enlace y la capa física se unen en una
llamada “host to network”. La definición de ésta queda al usuario, siempre y cuando
sirva a la capa de red acorde al protocolo. En 1xEV-DO la capa “host to network” esta
provista por la arquitectura de protocolos 1xEV-DO IS-856. Este protocolo define otras
siete capas que se presentan en la figura 2.5.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
12
Figura 2.5 Capas Definidas por el Protocolo IS-856.
La data de usuario en el AT comienza su viaje en la capa de aplicación instalada
en un AT/computador y se va moviendo hacia abajo y hacia arriba a través de las capas
hasta llegar a su destino. En cada capa se usan uno o más protocolos para cumplir
funciones de entrega confiable. A continuación se explica cada una de las capas del
modelo TCP/IP, con cada uno de sus respectivos protocolos incluyendo las siete capas
EVDO.
Capa de Aplicación: Funciona en el sistema operativo del AT/PC. Contiene protocolos
que interactúan con las aplicaciones de usuario para redes y la capa de transporte. Los
más comunes son:
SMTP: Para el uso de correos electrónicos.
TEL8ET: Para login remoto.
D8S: Se busca direcciones de red.
FTP: Transferencia de archivos.
HTTP: Para ver paginas web.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
13
Capa de Transporte: Organiza la data en segmentos y asegura la confiabilidad en la
entrega de data. Añade un encabezado para identificar el protocolo utilizado, valor de
“checksum” y número de paquetes en la transmisión. Los dos protocolos más utilizados
son:
TCP: Proporciona una conexión orientada confiable. Garantiza que la data
originada en el computador fuente es entregada libre de errores en el
destino. Este protocolo se utiliza para datos que necesiten alta
confiabilidad, como datos numéricos o texto.
UDP: Este protocolo no garantiza una conexión confiable. De esta manera
se evita gran pérdida de tiempo en cálculos, lo que permite una conexión
más rápida. Se utiliza para datos que no necesiten alta confiabilidad, como
audio o video.
Capa de Red: Se encarga del movimiento de data desde un punto A hasta un punto B.
Cada dispositivo en la Internet o cualquier red IP, tiene una dirección lógica asignada.
Para EVDO esta capa tiene dos sub-capas. La de arriba maneja el protocolo IP (protocolo
de Internet) y la de abajo el protocolo PPP (protocolo punto a punto).
IP: Define un esquema de direccionamiento donde cada dispositivo
terminal en la red se le asigna una dirección lógica de 4 bytes.
PPP: Establece una conexión entre dos puntos discretos. En EVDO se
utiliza para transportar paquetes entre el AT y el PDSN.
Capa “Host to 8etwork”: A continuación se describe a cada una de las capas de la
arquitectura IS-856 y sus protocolos asociados:
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
14
Capa de Aplicación: Maneja el transporte de protocolo de datos y de data de
usuario. El protocolo RLP “radio link protocol” es parte de esta capa y es el que
mantiene la interfaz de aire entre el AT y el FMS.
Capa de Caudal: Agrega encabezados a los caudales que van a ser enviados, y
remueve los encabezados de los caudales recibidos.
Capa de Sesión: Proporciona el manejo de sesión, manejo de direcciones y
configuración de sesión.
Capa de Conexión: Mantiene la conexión establecida entre el AT y la RAN a través
de la interfaz de aire. En esta capa se manejan los canales de tráfico, tanto de subida
como de bajada, y los canales de control asignados al AT.
Capa de Seguridad: Proporciona seguridad a la interfaz de aire utilizando
autenticación y encriptación de los canales de tráfico, control y acceso del AT.
Capa MAC: Identifica los procedimientos para transmitir y recibir datos en la capa
física.
Capa Física: El protocolo de capa física proporciona la estructura de canales,
frecuencias, potencia de salida y modulación para los enlaces de subida y de bajada.
En la figura 2.6 se observa la pila de protocolos para el sistema 1xEV-DO de
Alcatel-Lucent.
Figura 2.6 Pila de Protocolos para el Sistema 1xEV-DO de Alcatel-Lucent.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
2.4
15
Interfaz de Aire
1xEV-DO es una interfaz de aire para transmisión de paquetes de datos a alta
velocidad para usuarios inalámbricos. La experiencia con Internet sugiere un flujo
asimétrico de datos, por esta razón las tasas de los enlaces de bajada y de subida son
diferentes, donde el enlace de bajada llega a picos de 2.4 Mbps y el de subida llega a
picos de 153.6 Kbps. Aunque la BTS para EVDO puede ser colocada con una celda 3G1X, 1xEV-DO requiere una portadora separada ya que las interfaces de aire no son
compatibles. La portadora es de 1.25MHz al igual que en los sistemas 3G-1X y existe
una portadora de subida y una portadora de bajada separadas por 45MHz.
2.4.1
Enlace de Bajada
Consiste en un canal de enlace de bajada, que se divide en cuatro sub-canales
multiplexados en tiempo. Estos canales son: piloto, MAC (canal de acceso al medio),
tráfico y control. En la figura 2.7 se presenta la estructura del enlace de bajada.
Figura 2.7 Estructura del Enlace de Bajada.
A cada usuario activo se le asigna uno de los 59 códigos Walsh disponibles de un
grupo de 64. Por lo tanto una portadora se puede compartir con 59 usuarios a la vez, y
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
16
aunque en un instante sólo uno recibe data, a los 59 se les asigna canales lógicos de
tráfico en la portadora. Ya que el canal de datos se comparte en tiempo, no hay necesidad
de compartir potencia como en 3G-1X. La BTS transmite siempre a la máxima potencia y
de esta manera logra el mayor valor de Eb/No (relación de energía de bit a ruido),
permitiendo altas tasas de transmisión.
En 3G-1X el canal de tráfico debe compartir la potencia con el canal de control y
el piloto. En 1xEV-DO los canales de bajada se comparten en tiempo. En la figura 2.8 se
presenta la comparación de las potencias de transmisión de los canales entre EVDO y
3G-1X.
Figura 2.8 Comparación de uso de potencia en los canales de bajada.
El canal de tráfico de bajada se divide en marcos “frames” de de 26.66ms. Cada
marco, que consiste de 32,768 chips, se divide en 16 ranuras “time slot” de 1.66ms.
Como se puede observar en la figura 2.9, en cada mitad de ranura se comparten los
canales de tráfico, MAC y piloto.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
17
Figura 2.9 Composición de una Ranura.
En 1xEV-DO se utiliza un codificador turbo, donde dependiendo de la velocidad
de transmisión se utiliza distintas tasas de codificación y modulaciones. La tasa de
codificación R representa el cociente entre número de bits de información entre el
numero de bits totales codificados. Para el enlace de bajada se utilizan tasas de 1/3 y de
1/5 dependiendo de la tasa de transmisión.
El tipo de modulación utilizado también depende de la tasa de transmisión. Para
las tasas más bajas se usa la modulación QPSK. En esta se emplean cuatro símbolos
separados por 90 grados. Para las tasas medias se utiliza 8 PSK, la cual es parecida a
QPSK, ocho símbolos se separan en fase 45 grados. Para las tasas más altas se emplea
16-QAM la cual produce símbolos de 4 bits por ciclo de diferente amplitud y fase. En la
figura 2.10 se presentan las constelaciones de las tres modulaciones.
Figura 2.10 Modulaciones utilizadas en 1xEV-DO. De derecha a izquierda QPSK, 8 PSK
y 16QAM.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
18
El tamaño de los paquetes a ser transmitidos por el canal de tráfico son función de
la tasa de transmisión y va desde 1Kb a 4Kb. Independientemente, el tamaño de los
paquetes de datos recibidos de la capa MAC son de 1002 bits. A estos se le agregan 16
bits de CRC y 6 bits de cola que siempre están en 0. De esta manera se forman los 1024
bits de capa física. Para formar paquetes de 2, 3 o 4 Kb se unen varios paquetes de capa
MAC y se les calcula un sólo CRC de 16 bits además 6 bits de cola. Los 22 bits que
sobran entre paquete y paquete se llenan con ceros “0”. Para que el AT pueda sincronizar
correctamente se agrega un preámbulo, cuyo tamaño también depende de la tasa de
transmisión. En la tabla 2.1 se presentan todas las tasas de transmisión, modulación, tasa
de codificación, tamaño del paquete y tamaño del preámbulo.
Tabla 2.1 Tasas de Modulación para el Enlace de Bajada.
2.4.1.1 Descripción de los Canales de Bajada
Canal de Control: Cumple las funciones de los canales de “paging” y sincronización de
CDMA2000, puede transmitir a un AT específico o a todos a la vez por difusión
“broadcast”. Los mensajes de “page” son enviados desde la RAN hacia el AT para
informar al AT que debe iniciar una conexión para bajar información. El canal de control
se manda cada 425ms y dura ocho ranuras.
Canal Piloto: Este canal se utiliza para que el AT obtenga referencia de la fase de la BTS
proveniente. Esta fase se descifra a través de un código pseudo-aleatorio llamado código
PN. El PN es un código de 512 chips y cada BTS está desfasada del resto en por lo menos
4 chips.
Canal de Acceso al Medio (MAC): Se utiliza para controlar varios aspectos del enlace de
subida. Se divide en tres subcanales.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
19
Control de Potencia de Subida: Indica al AT si debe aumentar o disminuir su
potencia de transmisión
Bloqueo de DRC: Indica al AT si debe apuntar su control de tasa de datos (DRC
“data rate control”) a otra BTS
Actividad de subida: Llamado RAB “reverse activity bit” controla la tasa de
transmisión en el enlace de subida.
Canal de Tráfico: Por este canal se envían los datos a los AT. Sólo un AT recibe datos
por canal de tráfico a la vez. La tasa de transmisión depende del DRC que le envía el AT
a la BTS en el enlace de subida.
2.4.2
Enlace de Subida
El enlace de subida consiste de dos canales, el canal de acceso y el canal de tráfico. En la
figura 2.11 se presenta la estructura del enlace de subida.
Figura 2.11 Estructura del Enlace de Subida.
Canal de Acceso: Se divide en dos subcanales.
Piloto: Permite la detección coherente en la BTS.
Capítulo II – Estructura General de una Red 1xEV-DO
20
Data: Se utiliza por el AT para la iniciación de transmisión de datos en el enlace de
subida
Canal de Tráfico: Se utiliza para la transmisión de datos e información de señalización a
la BTS. Se divide en cuatro subcanales.
Piloto: Permite la detección coherente en la BTS.
MAC: Canal de Acceso al Medio, el cual se divide en dos subcanales para el control
de la tasa de transmisión.
RRI: Es el indicador de tasa de subida, donde se le informa a la BTS la
tasa de transmisión en el enlace de subida.
DRC: Le indica a la BTS que le está sirviendo, a que tasa puede recibir la
información en el enlace de bajada.
Data: Por este canal se envían los datos en marcos de 26.67ms a distintas tasas,
desde 9.6 a 153.6kbps.
ACK: Se utiliza informar a la BTS si se recibió exitosamente los paquetes en el
enlace de bajada.
En el enlace de subida los canales son generados utilizando el esquema CDMA
de códigos Walsh, a excepción de los canales RRI y piloto que son multiplexados en
tiempo. La modulación utilizada es la misma a todas las tasas, al igual que IS-95, donde
se utiliza BPSK [1] [8].
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
2.5
21
Procesamiento de Llamadas en 1xEV-DO
El procesamiento de llamadas se refiere a las funciones que debe realizar un AT
para lograr establecer, mantener y finalizar una llamada. Existen cuatro estados en los
cuales se puede encontrar un AT: inicialización, ocioso, acceso y activo. Cuando se
activa un móvil, éste debe registrarse a la red que le va a prestar servicio. Una vez que
adquiere piloto y sincroniza pasa al estado ocioso “idle”. En este estado, el AT se puede
encontrar con sesión cerrada o abierta. Una sesión es un estado lógico compartido entre la
red y el terminal, donde la red le asigna al terminal un identificador llamado UATI
“unicast access terminal identifier”. Al establecerse la sesión el AT tiene una dirección IP
asignada en el PDSN hasta que finalice la misma. Cuando el terminal se encuentra en
estado ocioso con sesión cerrada no puede transmitir ni recibir datos de la red. Cuando se
encuentra en estado ocioso con sesión abierta o “durmiente”, el terminal posee un UATI
y puede ser ubicado por la red en cualquier momento. Existe un estado ocioso
suspendido, el cual es parecido al durmiente, con la diferencia que no se tiene que pasar
por el estado de acceso para realizar la conexión. En el estado de acceso, se emplea el
canal de acceso a fin de lograr una conexión para establecer un canal de tráfico entre el
terminal y la red. Los accesos se realizan cuando se quiere establecer una sesión, se
tienen datos que transmitir, se recibió un mensaje de “page” o se necesita enviar un
mensaje de actualización de rutas. Del estado de acceso se puede pasar al estado activo
donde hay una conexión establecida. En este estado el AT tiene asignados recursos
dedicados de enlace de radio, hay canal de tráfico asignado y se puede intercambiar
tráfico de datos en ambas direcciones.
En la figura 2.12 se presenta el diagrama de estados de un terminal de acceso.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
22
Figura 2.12 Diagrama de Estados en el Procesamiento de Llamadas.
2.5.1
Estado de Inicialización
En este modo el AT se registra con la RAN para identificar su presencia y
localización. En respuesta a este registro, al AT se le asigna una dirección única
permitiendo a la RAN enviar mensajes de “page” y control al AT.
Este estado es controlado por el protocolo de inicialización en la capa de
conexión. El AT debe adquirir la red y sincronizarse a ella. Inmediatamente cuando el AT
es activado entra en el modo de la determinación de la RAN, buscando en su lista de
canales CDMA preferidos. Al seleccionar un canal, el AT procede a intentar adquirir el
piloto de bajada. Si no se adquiere el piloto en los siguientes 60 segundos el AT vuelve a
su lista de canales para identificar otra red. Cuando el piloto es adquirido, el AT
monitorea el mensaje de sincronización enviado por el canal de control. Este mensaje
contiene información de la BTS activa y la RAN. Algunos de los valores enviados en este
mensaje son: el rango de revisiones de AT compatibles con la BTS, el corrimiento del PN
de la BTS y el tiempo des sistema de la red. Si el AT logra sincronizar con la RAN,
avanzará al estado ocioso. De no lograrlo en los próximos cinco segundos volverá al
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
23
modo de determinación de la RAN. En la figura 2.13 se presenta el diagrama de flujo del
estado de inicialización.
Figura 2.13 Diagrama de flujo del estado de inicialización.
2.5.2
Estado Ocioso
En este estado el AT ya sincronizó con el sistema, pero no existe una conexión
abierta. En este punto las comunicaciones entre el AT y la RAN se realizan por los
canales de acceso y de control. Para la que la RAN pueda identificar cada AT que entra a
la zona de cobertura, el AT se debe registrar cuando entra a la zona de cobertura. A
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
24
diferencia de 3G-1X, no existe una base de datos central como los HLR “home location
register” o VLR “visitor location register” para conocer la localización de cada AT. Para
esto, en 1xEV-DO se utilizan procedimientos de registro y de esta manera poder hacer un
“page” al AT. Existen dos procedimientos de registro:
•
Mensaje basado en “UATIRequest”
•
Mensaje basado en “RouteUpdate”
En los dos mensajes el AT envía la información de su localización a la BTS de
manera que la RAN pueda mandar los “page” a la zona de cobertura correcta. Esto se
hace con la dirección UATI que se le asigna al AT. Para obtener una dirección UATI, el
AT la solicita transmitiendo un mensaje de “UATIRequest” por el canal de acceso. En la
figura 2.14 se presenta el procedimiento para la asignación de un UATI. En estado ocioso
el AT manda un mensaje de “RouteUpdate” cuando el mismo se ha movido a otra subred.
Las subredes se definen por el código de color enviado por el canal de control. El AT
también envía este mensaje cuando computa que su distancia de la BTS del último
“RouteUpdate” es mayor que un parámetro llamado “RouteUpdateRadius” definido por
la BTS.
Figura 2.14 Procedimiento para la asignación de UATI.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
25
Después de recibir una dirección UATI se procede a la negociación de
configuración para el establecimiento de sesión. Esta negociación ocurre en el canal de
tráfico, por lo tanto se debe establecer una conexión antes. El AT comienza la
negociación
con
un
mensaje
de
solicitud
de
configuración
llamado
“ConfigurationRequest” y la RAN responderá con un mensaje denominado
“ConfigurationResponse”. Las negociaciones se realizan en base a cada protocolo, por lo
tanto pueden haber tantos mensajes de “ConfigurationRequest/ ConfigurationResponse”
entre el AT y la RAN como protocolos se utilicen. La configuración de la sesión se
presenta en la figura 2.15.
Figura 2.15. 8egociación de Configuración.
Después de negociar la configuración se debe establecer la conexión PPP entre el
AT y el PDSN. El AT envía un mensaje de “XonRequest”. En ese momento la RAN
inicia la solicitud de registro al PDSN vía interfaz A10/A11. Cuando se establece esta
conexión la RAN responderá al AT con un mensaje de “XonResponse”. En la figura 2.16
se puede observar el establecimiento de la conexión protocolo punto a punto (PPP).
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
26
Figura 2.16 Establecimiento de conexión PPP.
Otro paso importante para lograr establecer una sesión es la autenticación,
presentada en la figura 2.17. Para ello se utiliza un protocolo de autenticación llamado
CHAP “challenge handshake authentication protocol” donde la RAN le envía un mensaje
aleatorio al AT vía protocolo punto a punto (PPP) y protocolo de enlace de control
(LCP). En lugar de tener que enviar el usuario y la clave secreta, el AT descifra el
mensaje utilizando su clave secreta y devuelve la respuesta a la RAN. Esta respuesta se
envía al AAA, donde el mismo autoriza el acceso.
Figura 2.17 Proceso de autenticación.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
27
Durante períodos de inactividad en una sesión tanto la RAN como el AT pueden
intercambiar mensajes para asegurar que la sesión se encuentra todavía abierta. Uno de
los dos enviará un mensaje llamado “KeepAliveRequest” y esperará un mensaje de
”KeepAliveResponse”. Si el mensaje no llega en un tiempo especificado se procede a
cerrar la sesión.
Existen tres subestados en los cuales un AT se puede encontrar cuando está en
estado ocioso con sesión abierta. Estos se presentan en la figura 2.18 y son: estado de
monitoreo, estado durmiente y estado de establecimiento de conexión.
Figura 2.18 Subestados del Estado Ocioso.
•
Estado de Monitoreo: El AT monitorea el canal de control para recibir mensajes
de la RAN, como mensajes de “page” o mensajes de “overhead” (mensajes de
control enviados a todos los móviles).
•
Estado Durmiente: El AT apaga parte de sus subsistemas para conservar energía.
El AT monitorea el canal de control en cortos períodos de tiempo.
•
Estado de Establecimiento de Conexión: El AT y la red de acceso comienzan una
conexión.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
28
Además de monitorear el canal de control, el AT debe monitorear la señal de
piloto asociada al canal de control que se está monitoreando, y comparar su potencia con
la potencia de las otras señales pilotos de otros sectores en la zona. Es fundamental para
1xEV-DO asegurar que el AT reciba data de BTS sirviendo en mejores condiciones para
lograr la tasa más alta de transferencia. Cuando existe una BTS en mejores condiciones
se procede a cambiar de BTS sirviente, este proceso recibe el nombre de relevo ocioso o
“idle handoff” [1] [10].
2.5.3
Estado de Acceso
El AT entra en el estado de acceso cuando desea establecer una conexión con la
RAN. Para ello se emplea el canal de acceso de subida a fin de comenzar el intercambio
de mensajes que va a conducir a la asignación de un canal de tráfico dedicado. El AT
realizará un acceso por alguna de las siguientes razones:
•
Inicio de una sesión.
•
Establecimiento de una conexión, el AT tiene datos que enviar (el usuario origina
la llamada).
•
Establecimiento de una conexión, el AT recibió un mensaje de “page”.
•
Actualización de ruta o ubicación del móvil.
2.5.4
Estado Activo
En este estado ya existe una conexión activa, se asignan recursos dedicados de
enlace de radio y se pueden intercambiar paquetes de datos en ambas direcciones. Existen
varias funciones de procesamiento de datos que son requeridas para mantener una
conexión, las más importantes son:
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
•
29
Relevo “Handoff”: El AT monitorea los pilotos de los sectores cercanos y de esta
manera mantiene las BTS en mejores condiciones de servicio.
•
Control de Potencia: Ya que en el enlace de bajada se transmite con máxima
potencia en todo momento, el control de potencia es sólo necesario en el enlace de
subida. El objetivo principal es transmitir a la menor potencia posible para
mantener una tasa de error de paquetes (PER) “Packet Error Rate”. Cuando los
AT transmiten con menos potencia se maximiza la capacidad de la celda. Existen
dos lazos de control de potencia, el abierto y el cerrado. El lazo abierto se basa en
las potencias recibidas por las BTS. El lazo cerrado es más rápido que el lazo
abierto y esta conformado por el lazo externo y el lazo interno. El lazo externo fija
un valor de control de potencia (PCT) “power control threshold” para lograr un
FER “Frame Error Rate” deseado. El lazo interno se realiza con mayor
frecuencia que el externo y se varía la potencia en pasos de 0.5 o 1dB
dependiendo de la calidad de los paquetes recibidos.
•
Función Activo/Ocioso: Se monitorea la actividad del AT. Si el AT permanece
inactivo por un tiempo definido por el parámetro “Dormancy Timer”, se cerrará la
conexión y el AT volverá al estado ocioso suspendido. Luego de cinco segundos
si no se reanuda la actividad, el móvil caerá en estado ocioso con sesión abierta.
•
Programador “Scheduler”: Se procesa uno de varios algoritmos con el fin de
maximizar la cantidad de datos transmitidos. Se basa en que las condiciones RF
de los móviles son altamente variables. Por esta razón el programador favorecerá
a los AT en mejores condiciones RF.
•
Control de Sobrecarga: Este control es esencial para mantener la integridad de los
canales de subida, ya que los canales de ACK y DRC son esenciales para el
funcionamiento del enlace de bajada. Este control se realiza reduciendo la tasa de
transmisión de los AT.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
2.5.5
30
Protocolo de Acceso, Establecimiento de Conexión y Protocolo de Relevo
Debido a su gran importancia, estos tres protocolos se estudian aparte del resto del
procesamiento de llamadas en detalle. Es necesario el buen entendimiento de estos
protocolos para el análisis correcto de este trabajo.
2.5.5.1 Protocolo de Acceso
El protocolo de acceso se utiliza para determinar la mínima potencia de
transmisión necesaria para acceder a la BTS. Esto se hace para evitar interferencia RF
innecesaria en el medio. Para esto se transmiten secuencias de acceso en niveles de
potencia incrementados hasta que se recibe una respuesta de la BTS. El nivel de potencia
inicial de la primera secuencia de acceso es función de la potencia recibida de la BTS. Si
la señal recibida es fuerte se transmitirá a una menor potencia, si el caso fuese contrario
se transmitirá a mayor potencia. La potencia de la última sonda de acceso, con la cual se
comenzará el control de potencia de lazo abierto, es la potencia con la cual se
transmitirán los siguientes mensajes. Los parámetros de configuración inicial de este
protocolo se envían desde la red al móvil.
Debido a que la secuencia de acceso debe comenzar en el principio del ciclo de
acceso, existe una prueba de persistencia para reducir las probabilidades que dos o más
AT generen secuencias de acceso a la vez. El AT genera un valor de persistencia “p” y
luego lo compara con un número generado aleatoriamente entre cero y uno. Si “p” es
mayor que el número aleatorio se permite la generación de la secuencia. También existe
un período de silencio de enlace de subida, en el cual se le prohíbe a los móviles generar
secuencias de acceso. Este tiempo esta definido por parámetros enviados en mensajes de
“overhead”.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
31
Estructura de la Secuencia de Acceso
La estructura cada secuencia de acceso consiste de un preámbulo, seguido de la
data de acceso organizada en una o más cápsulas. Se generan varias incrementando su
potencia en cada secuencia. Antes de cada secuencia se realiza la prueba de persistencia.
El valor del tiempo “Tp” entre sondas de la misma secuencia debe ser suficiente para que
el AT reciba la respuesta de la BTS antes de que la siguiente sonda sea transmitida. Este
tiempo se genera aleatoriamente entre un mínimo y un máximo definidos por la red. De
igual manera el valor tiempo “Ts” se genera aleatoriamente para evitar colisiones entre
accesos de distintos AT. En la figura 2.19 se presenta la estructura de la secuencia de
acceso [1] [5].
Figura 2.19 Estructura de la secuencia de acceso.
2.5.5.2 Establecimiento de la Conexión
Una conexión se establece cuando se requiere asignar un canal de tráfico. Existen
dos tipos de establecimiento de conexión, la normal y la rápida.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
32
Conexión 8ormal
Una conexión normal siempre es iniciada por el AT, puede ocurrir cuando el AT
desea comenzar una sesión, recibe un mensaje de “page” de la RAN o tiene data que
enviar. Para cualquiera de estos casos el AT debe tener ya una dirección UATI asignada y
como primer paso para solicitar un canal de tráfico debe enviar un mensaje de
“RouteUpdate & ConnectionRequest” con su dirección UATI. En la figura 2.20 se
presenta el intercambio de mensajes entre la RAN, la BTS y el AT.
Figura 2.20 Mensajería de Establecimiento de Conexión.
El mensaje de actualización de ruta “RouteUpdate” incluye el corrimiento de PN
y potencia recibida de cada piloto monitoreado. Al recibir la solicitud de conexión, la
RAN solicita a la BTS localizar un canal de tráfico para el AT. En este momento se
responde al AT con un “Ack” y a la RAN con un mensaje de respuesta de localización de
canal de tráfico. Si la BTS y la RAN disponen de los recursos para asignar un canal de
tráfico se enviará el mensaje de asignación de canal de tráfico (TCA). Luego de enviar el
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
33
TCA, el AT debe transmitir su DRC y piloto por el enlace de subida. Este paso es de gran
importancia, ya que la BTS debe adquirir el enlace de subida por el canal de tráfico. Una
vez adquirido en enlace la BTS responde con un Ack al terminal y el mismo mandará un
mensaje de canal de tráfico completo (TCC). La RAN deber recibir este mensaje para que
la conexión se establezca correctamente [1] [3] [5].
Conexión Rápida
En la conexión rápida se envía el mensaje de asignación de canal de tráfico sin
necesidad de recibir el mensaje de solicitud de conexión del AT. El UATI no se actualiza
ya que se basa en que el AT sigue en la misma localización del último mensaje. La
conexión rápida se realiza cuando el AT lleva menos de cinco segundos de desconectado.
2.5.5.3 Proceso de Relevo “Handoff”
El relevo es el proceso mediante el cual se transfiere la comunicación del AT de
una BTS a otra. En todo momento el terminal monitorea los pilotos de los sectores en su
vecindad. Estos pilotos entran en uno de cuatro grupos “sets” mutuamente excluyentes,
que se describen a continuación.
•
Grupo Activo: En este grupo se encuentran los sectores que han designado
recursos para el AT. Es decir, estos sectores están preparados para transmitir o
recibir datos desde y hacia el AT en el momento que el mismo apunte el valor del
DRC hacia ese sector. En estado ocioso sólo puede haber un sector en grupo
activo y su canal de control sirve al AT.
•
Grupo Candidato: Se encuentran los sectores que no están en el grupo activo,
pero son recibidos por el AT con suficiente fuerza para indicar que son buenos
candidatos para el grupo activo.
•
Grupo Vecinas: Sectores que no están en ninguno de los dos grupos anteriores,
pero son candidatos potenciales. Estos son los sectores que recibe el AT en la lista
de vecinas enviada por la RAN.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
•
34
Grupo Remanente: Todos los pilotos detectados que no se encuentran en ninguna
de las listas anteriores.
Existen cuatro parámetros de gran importancia para el manejo de los grupos de
pilotos:
•
PilotAdd: Es el umbral que debe superar el Ec/Io (energía de chip sobre
interferencia) de un piloto para ingresar en la lista de candidatos.
•
PilotDrop: Cuando el Ec/Io de un piloto se encuentra por debajo de este nivel se
activa un contador para remover el sector de la lista de activos o candidatos.
•
PilotDropTimer: Es el tiempo máximo durante el cual un piloto se puede
encontrar por debajo del umbral de PilotDrop.
•
PilotCompare: Es un valor de Ec/Io el cual debe superar el pilotote un sector para
remover a otro de la lista de activos cuando se encuentra llena.
2.5.5.3.1 Manejo de las Listas
Activos
Es importante indicar que aunque las cuatro listas se mantienen en el AT, sólo el
grupo de activos se mantiene en la RAN. Cuando el AT notifica a la RAN de algún sector
potencial a ser agregado al grupo activo, la RAN debe designar recursos de este sector
para el AT, de esto se encarga un componente en la RAN llamado EVC “evolutionary
controller”. Luego de designar recursos, la RAN incluirá el nuevo sector en grupo activo
del AT vía un mensaje de TCA. Después de esto, el AT tendrá la libertad de apuntar su
DRC a cualquiera de los pilotos en su grupo activo y recibir datos de ese sector. En la
figura 2.21 se presenta la mensajería del AT, siendo servido por el sector 1 y solicitando
agregar o remover el piloto del sector 2 de su lista de activos.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
35
Figura 2.21 Mensajería AT-EVC.
Hay dos condiciones por la cual se elimina un sector de la lista de pilotos activos.
I. La señal del piloto activo baja por debajo del umbral PilotDrop,
iniciando el PilotDropTimer, y no se recupera por encima del
PilotDrop antes que finaliza el PilotDropTimer.
II. Un piloto es agregado en la lista de activos, incrementando el número
de pilotos en la lista por encima de su límite. El piloto con menos
fuerza será removido.
Para agregar un piloto en lista de activos se debe cumplir una de las siguientes
condiciones.
I.
El Ec/Io de un piloto en lista vecina o remanente es superior al
parámetro PilotAdd.
II. Un piloto en lista de candidatos supera por el valor especificado de
PilotCompare, por encima de un piloto en lista de activos.
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
36
Candidatos
El grupo de candidatos puede contener pilotos que formaban parte de las listas de
vecinas o remanentes y su señal excedió el umbral definido por PilotAdd. También puede
contener pilotos que formaban parte de la lista de activos y fueron removidos de la misma
por alguna de las razones explicadas anteriormente. Existen tres razones por las cuales se
puede remover un piloto de la lista de candidatos.
I.
II.
III.
El piloto es agregado en la lista de activos.
La señal del piloto decae y falla la prueba de DropTimer.
Se agrega un piloto sobrepasando el límite de pilotos de la lista (seis
sectores). El piloto con menor señal será removido.
Vecinas
El grupo de vecinas de un AT, son todos los sectores que recibe en el mensaje de
lista combinada de vecinas “8eighborList” transmitido por el canal de tráfico, que no
pertenecen al set activo o set candidato. Este mensaje es fabricado por el EVC, e indica
los pilotos que pueden servir con mayor eficiencia al AT. Es importante destacar que
todos los sectores del sistema tienen su lista de vecinas, en la cual se incluyen los sectores
cercanos. El EVC, para ensamblar la lista combinada, utiliza las listas de cada uno de los
sectores en el set activo y un algoritmo que da prioridad por Ec/Io recibido en el AT.
2.5.5.3.2 Relevo Suave Virtual “Virtual Soft Handoff”
Un relevo suave ocurre cuando un AT deja el dominio de un sector y entra en el
dominio del otro. En los sistemas 3G-1X durante el período de relevo suave, el AT envía
y recibe datos de ambos sectores. En los sistemas 1xEV-DO, aunque el móvil monitorea
todos los pilotos en set activo, sólo recibe datos de uno de los sectores. En el momento
que el AT apunta su DRC al otro sector, el sector antiguo dejará de enviar datos y lo
comenzará a hacer el nuevo sector. Debido a que en el nuevo sector los recursos se
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
37
encontraban ya asignados para el relevo, el tipo de relevo que ocurre se llama relevo
suave virtual.
2.5.5.3.3 Relevo Dinámico
El relevo dinámico es un algoritmo el cual permite manejar los parámetros del
relevo de forma dinámica. De esta manera se pueden evitar un gran número de relevos
innecesarios sin afectar el funcionamiento RF.
En lugar de utilizar los parámetros PilotAdd y PilotDrop, se utilizará los valores
de Dynamic_add y Dinamic_Drop respectivamente. Estos valores dinámicos serán
función lineal del Ec/Io combinado, el cual es el Ec/Io combinado de todas las BTS en set
activo, siguiendo las ecuaciones 3.1 y 3.2.
Dynamic_add= Soft_Slope * Ec/Io combinado + Add_Intercept
(3.1)
Dynamic_drop= Soft_Slope * Ec/Io combinado + Drop_Intercept
(3.2)
La figura 2.22 muestra la representación gráfica del Dynamic_add
Dynamic_drop
Figura 2.22 Recta de Dynamic Add (izquierda) y Recta de
Dynamic Drop (derecha)
y el
Capítulo II – Estructura General de una red 1xEV-DO
38
El parámetro Soft_Slope define la pendiente de la recta. Los parámetros
Add_Intercept y Drop_Intercept indican el valor de cruce con cero en el eje del Ec/Io
del piloto. Como se puede observar en la figura 2.22, la zona amarilla representa la
diferencia entre la implementación con relevo dinámico y sin relevo dinámico. Para la
figura de la izquierda, la zona amarilla significa “no agregar el piloto con relevo
dinámico”. Para la figura de la derecha, la zona amarilla significa tumbar (“drop”) el
piloto. Para Ec/Io combinado bajos no hay diferencia entre las dos implementaciones, ya
que existe un valor mínimo (Tadd y Tdrop). Al aumentar el Ec/Io combinado del AT, la
recta hace que se vuelvan más restrictivos los parámetros. Al aumentar o disminuir la
pendiente de la recta, o su corte con el eje, se puede ajustar la función dinámica para que
sea más o menos restrictiva. Es decir, cuando se tiene un Ec/Io combinado alto, los
pilotos tendrán que tener mayor fuerza para poder mantenerse en el set activo [3] [6].
Capítulo III – Metodología
39
CAPÍTULO III
3
METODOLOGÍA
Se realizó un plan de pruebas para estudiar el impacto de los ajustes, en los
parámetros de acceso y relevo sobre la red EV-DO. El objetivo del estudio, fue encontrar
valores de parámetros que permitieran:
•
Minimizar los accesos fallidos.
•
Maximizar la capacidad de la red.
•
Minimizar el retraso percibido por el usuario.
•
Disminuir el porcentaje de tráfico secundario. El tráfico secundario se define
como el tráfico que cursa una BTS cuando no es la principal, es decir no
controla la llamada.
Para ello, en base a un estudio estadístico del comportamiento de la red y de los
parámetros de configuración y utilizando la historia en optimizaciones en la red CDMA,
se identificaron los parámetros de mayor impacto sobre los procesos de acceso y relevo
en las redes EV-DO. Se trabajó con tres elementos del sistema:
3.1
•
Implementación del sistema de relevo dinámico (IS95B).
•
Redistribución de capacidad de los sectores en una BTS.
•
Duración de tiempo para caer en estado durmiente “dormancy_timer”.
Implementación de Relevo Dinámico
En la red EV-DO de Movilnet, un móvil puede tener como máximo 4 pilotos en
su set activo. Durante ese período de tiempo, se utilizan recursos de todas las celdas que
se encuentran en relevo con el móvil, lo que implica que en varios momentos se están
utilizando más recursos de los necesarios, tomando en cuenta que la empresa sólo factura
por el uso de una celda. Con la implementación del relevo dinámico, se espera optimizar
Capítulo III – Metodología
40
la utilización de los recursos de la red. Este sistema dinámico no era aprovechado por la
gerencia antes de la realización de este proyecto.
Se realizaron pruebas manipulando las características del proceso, haciéndolo más
o menos restrictivo. Los parámetros cambiados fueron los siguientes:
•
Soft_Slope.
•
Add_Intercept.
•
Drop_Intercept.
El Soft_Slope varía la pendiente de la recta (con respecto al eje positivo de Ec/Io
combinado). De esta manera, al disminuir el valor, el proceso de relevo se vuelve más
restrictivo, ya que para los mismos valores de Ec/Io combinado se tienen valores de
Pilot_Add y Pilot_Drop más altos. El Add_Intercept define el desplazamiento de la recta
del Pilot_Add con el eje vertical, al igual que el Drop_Intercept define el desplazamiento
de la recta del Pilot_Drop con el eje vertical. Al aumentar estos valores se vuelve más
restrictivo el proceso de relevo. Es decir, un piloto deberá tener mejores condiciones RF
para lograr entrar y mantenerse en el set activo. En la figura 4.1 se presenta gráficamente
los parámetros de relevo dinámico.
Figura 3.1 Representación gráfica de los parámetros de relevo dinámico.
Capítulo III – Metodología
41
Los valores de los parámetros que se emplearon para las pruebas se presentan en
la tabla 3.1. Se seleccionaron estos valores debido a que son típicos para los sistemas de
voz CDMA.
Tabla 3.1 Valores para las pruebas de Relevo Dinámico.
Valores de
Prueba
Soft_Slope
Add_Intercept(dB)
Drop_Intercept(dB)
#1
0
-
#2
2
2
0
#3
1.25
2
0
#4
1.25
4
2
Estos valores presentan un amplio rango. Con los valores #1 el sistema de relevo
dinámico se encuentra desactivado. Las figuras 3.2, 3.3 y 3.4 presentan las rectas
resultantes de Pilot_Add y Pilot_Drop para los valores #2, #3 y #4 respectivamente.
Figura 3.2 Rectas resultantes de Pilot_Add y Pilot_Drop para los valores #2.
Capítulo III – Metodología
42
A continuación la figura 3.3. Se puede observar como cambiando el valor del
Soft_Slope se disminuyó la pendiente de la recta. Es importante notar como el sistema de
relevo dinámico entrará en operación con un valor menor de EcIo combinado que con los
valores de la prueba #2.
Figura 3.3 Rectas resultantes de Pilot_Add y Pilot_Drop para los valores #3.
La diferencia entre las rectas de las pruebas #3 y #4 es el cruce con el eje vertical.
En la figura 3.4 se puede observar como las dos rectas suben 2dB. Esto tiene como
consecuencia que aumenten en la misma medida los parámetros dinámicos de Pilot_Add
y Pilot_Drop, para los mismos valores de EcIo combinado.
Capítulo III – Metodología
43
Figura 3.4 Rectas resultantes de Pilot_Add y Pilot_Drop para la prueba #4.
3.1.1
Caracterización del Sistema de Relevo Dinámico
Con el fin de caracterizar el proceso de relevo dinámico, se realizó una prueba de
calle o “drive test”. Un “drive test” permite visualizar y guardar una gran cantidad de
variables RF y mensajería de un AT. Para ello se utiliza una computadora portátil a la
cual se le conecta un AT y un GPS. El software utilizado para la recolección de datos fue
el “TEMS Investigation CDMA 4.0”, y para el post-procesamiento se utilizó el “ACTIX
analyzer”. Las características básicas de estas herramientas se presentan en el Apéndice
A.
De esta manera se puede analizar el comportamiento del AT bajo distintas
condiciones de relevo dinámico. Esta prueba se realizó en la ciudad de Caracas, en las
zonas de Bello Monte, Plaza Venezuela y Chacaito. Se definió una ruta cerrada, donde el
AT se ve obligado a realizar varios relevos entre distintas celdas. Esta ruta se presenta en
la figura 3.5. Para el manejo de resultados en mapas se utilizó la herramienta MapInfo
Capítulo III – Metodología
44
Professional 7.5. Se recorrió la ruta para cada prueba, cambiando los valores de los tres
parámetros de relevo dinámico de todas las celdas en la zona (debido a que el AT toma
los valores de los parámetros de relevo de la celda menos restrictiva en el set activo). La
configuración de los parámetros se realiza en el OMP de cada central.
Figura 3.5. Ruta para las pruebas de relevo en la ciudad de Caracas.
Las celdas de color verde representan estaciones base que prestan servicio tanto
de CDMA como de EV-DO. Las celdas de color morado sólo prestan servicio CDMA.
Todas las BTS mostradas en la gráfica entran en las pruebas realizadas.
Las mediciones tomadas para estas pruebas fueron las siguientes:
•
Número de pilotos en set activo.
•
Relación Señal a Ruido SNR.
•
PER.
Se toman estas mediciones ya que con ellas se puede demostrar los efectos, tanto
positivos como negativos de los ajustes. Existe una gran cantidad de mediciones posibles
cuando se realiza un drive test, pero con las tomadas se tiene suficiente para demostrar
los resultados de los ajustes. El número de pilotos en set activo nos indica cuantos
Capítulo III – Metodología
45
sectores tienen recursos designados para el AT. Esta medición es de gran importancia ya
que nos permite visualizar la eficiencia de la utilización de los recursos en la red. La
relación señal a ruido es de gran importancia ya que nos indica la condición RF en la que
se encuentra el móvil. Como se explicó anteriormente la tasa de transmisión es
dependiente de las condiciones RF. La tasa de error de paquetes también es un buen
indicador de la condición RF del enlace de bajada, por lo tanto se estudia para asegurar
que los ajustes no tengan un impacto negativo.
3.1.2
Utilización del Sistema de Relevo Dinámico en Sectores de Alto Tráfico
Después de caracterizar el comportamiento del protocolo de relevo dinámico, se
procedió a aplicarlo en un “cluster” (un conjunto de celdas que son subconjunto de un
mercado) que contiene sectores que presentan problemas de capacidad. Se seleccionó el
cluster de Puerto Ordaz donde el sector objetivo fue el 3 de Caroní. Por lo tanto se activó
el relevo dinámico con los valores de la prueba #2 en ocho celdas. El estudio se realizó
con los valores menos restrictivos por recomendación del personal de la gerencia. Los
resultados de esta prueba se evaluaron a través de estadísticas específicas llamadas
métricas. Estas métricas, también llamadas indicadores, se calculan a partir de los valores
de las mediciones de servicio, almacenadas en la base de datos de la empresa. Las
estadísticas utilizadas reflejan el efecto de los cambios realizados. Los indicadores
seleccionados fueron los siguientes:
•
Número de Conexiones Activas.
•
Tasa de Accesos Fallidos
•
Número de veces que el sector llegó al máximo de conexiones.
Al igual que con las mediciones de drive test, existe una gran cantidad de
estadísticas que se pueden observar. Para este estudio sólo se toman las que puedan
demostrar algún impacto negativo o positivo de los ajustes realizados sobre la red. El
número de conexiones activas es un buen indicador de la utilización de la red. Minimizar
la tasa de accesos fallidos es uno de los objetivos del proyecto, por lo tanto es importante
Capítulo III – Metodología
46
su observación. El número de veces que se llegó al máximo de usuarios es un indicador
directo del congestionamiento de la red, por lo tanto es de gran importancia estudiarlo.
3.1.3
Implementación del Relevo Dinámico en el Mercado Puerto La Cruz-Barcelona
Finalmente se aplicó el ajuste de parámetros en la zona de Puerto La Cruz –
Barcelona con el fin de observar los resultados en una zona entero. Para esto, se
utilizaron los valores de parámetros #2, se determinó que con los valores menos
restrictivos era suficiente para estudiar los efectos de la implementación de los ajustes.
Los resultados de este estudio se evaluaron de dos formas, estadísticamente y con un
“drive test” en toda la zona. Las mediciones a usar como resultado del “drive test” fueron
las siguientes:
•
Número de pilotos en set activo.
•
Relación Señal a Ruido SNR.
•
PER.
Las estadísticas seleccionadas para observación de los resultados fueron las
siguientes:
•
Número de Conexiones Activas.
•
Tasa de Accesos Fallidos (IA).
•
Tasa de Llamadas Caídas.
•
Tasa de Transferencia de Bajada.
•
Tasa de Transferencia de Subida.
•
Tasa de Relevos Exitosos.
•
Número de Relevos Realizados.
El número de conexiones activas y tasa de accesos fallidos se estudia para
demostrar si los objetivos planteados fueron logrados o no. Debido a que se realizaron
ajustes en cuanto al proceso de relevo se debe estudiar las estadísticas de llamadas caídas
Capítulo III – Metodología
47
y relevos exitosos para asegurar que no se tiene algún impacto negativo con la
implementación. También se estudian las tasas de transferencia para asegurar la calidad
de servicio. El número de relevos realizados es un indicador de fragilidad de la llamada y
de congestionamiento en cuanto a señalización en la red.
3.2
Redistribución de Capacidad
Generalmente en una red EVDO o CDMA, cada estación base consta de tres
sectores. En la implementación Alcatel-Lucent de 1xEV-DO Rev.0, cada estación base
puede cursar hasta 93 conexiones activas. Este máximo se debe dividir entre los tres
sectores. Por defecto las estaciones base tienen ajustado el máximo de cada sector en 31
conexiones activas, pero se puede llegar a 48 conexiones siempre que se respete el tope
de 93 para la estación base. Por lo tanto, es posible redistribuir el máximo de cada sector
ajustándose a la necesidad de tráfico de cada uno. De esta manera, se espera reducir los
bloqueos en un sector que cursa una gran cantidad de tráfico. Esta capacidad de
redistribución no se aprovechaba antes de la realización de este proyecto.
El ajuste de la capacidad se realiza en el OMP de cada central cambiando el valor
del parámetro “Maximum Number of Users Supported”. Este parámetro se ajusta por
cada sector.
Se seleccionaron dos celdas de prueba que presentaban problemas de capacidad.
Los problemas de capacidad se detectan cuando una celda tiene una alta tasa de accesos
fallidos, junto con una alta tasa de bloqueo de conexiones. Las celdas seleccionadas para
este ajuste fueron las siguientes:
•
Caroní: Se aumentó la capacidad del sector 3 a 48 usuarios, mientras el sector 2 se
redujo a 25 y el sector 1 se redujo a 20 usuarios.
•
Sidor: Se aumentó la capacidad del sector 2 a 40 conexiones y se redujo la
capacidad del sector 3 a 22 conexiones.
Capítulo III – Metodología
48
Estos ajustes se realizaron en base al comportamiento original de la celda en
cuanto al tráfico que cursaba cada sector. Se aumentó la capacidad de los sectores más
congestionados sin llegar a perjudicar los de menor tráfico.
Los resultados de estas pruebas se observaron a través de estadísticas específicas
que reflejan el efecto de los cambios propuestos. Para ello, se seleccionaron los siguientes
indicadores:
3.3
•
Tasa de Accesos Fallidos (IA).
•
Número de conexiones Activas.
•
Número de veces que el sector llegó al máximo de conexiones permitidas.
Ajuste del Tiempo Durmiente
En una red EVDO, la RNC constantemente monitorea la actividad de los AT con
conexión abierta. Después de cierto tiempo de inactividad, se corta la conexión y el AT
cae en estado durmiente. Es común caer en este estado cuando se navega en la Internet,
ya que los usuarios mientras leen páginas Web no se hacen peticiones a la red, solo
cuando abren páginas nuevas. Este tiempo durmiente se puede controlar con un
parámetro llamado “Dormancy_Timer”. Este parámetro, por defecto en las centrales
Alcatel-Lucent se encuentra ajustado en 10 segundos.
Se seleccionó como celda de prueba “Aeropuerto Barcelona”, donde se ajustó el
“dormancy_timer”
en 20 segundos. Se utilizó el doble del tiempo para obtener
resultados que demuestren en suficiente magnitud el efecto del ajuste. Se espera que al
aumentar este tiempo, el tráfico total de la celda aumente un poco debido a que los AT
retendrán los recursos por mayor tiempo. Este precio se pagaría esperando que los IA
disminuyan, ya que se deberían realizar una menor cantidad de accesos, bajo la
suposición de que sí se realizan menos accesos, menos fallarán.
Capítulo III – Metodología
49
También se realizó la prueba de reducir el tiempo a 5 segundos en una celda que
cursa una gran cantidad de usuarios, esperando que disminuyan la cantidad de bloqueos,
pagando el precio de un aumento en los accesos. La celda seleccionada fue “Caroni” en
Puerto Ordaz.
Los indicadores que se escogieron para observar los resultados fueron los siguientes:
•
Número de Conexiones Activas.
•
Número de Solicitud de Conexiones.
•
Tasa de Accesos Fallidos (IA).
•
Número de Bloqueos.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
50
CAPÍTULO IV
4
4.1
RESULTADOS Y A
ÁLISIS
Implementación de Relevo Dinámico
Los datos recolectados con la herramienta TEMS durante las pruebas de calle, se
post-procesaron con la herramienta Actix para visualizar los resultados. Para cada
conjunto de valores probados, se presenta el recorrido realizado, con la medición tomada
en cada punto. Por razones de seguridad, no se muestra el nombre de la celda, pero si se
encuentra su localización en el mapa.
Los resultados estadísticos se muestran en formato hora-hora, por una duración no
menor a diez días para cada cambio realizado. De esta manera, se pueden observar los
efectos de los cambios en horas pico y en horas regulares de la celda, por tiempo
suficiente para garantizar resultados estables.
4.1.1
Caracterización del Sistema de Relevo Dinámico
Estos resultados se dividen en tres grupos, según el tipo de medición realizada. En
cada grupo se presentan las mediciones de cada recorrido.
4.1.1.1 8úmero de pilotos en set activo
En la figura 4.1 se presentan los resultados obtenidos, con la modificación de los
parámetros de relevo dinámico, del número de pilotos en set activo del AT. Esta
medición es de gran importancia, debido a que nos informa cuantos sectores tienen
recursos dedicados asignados al AT en prueba.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
Prueba #1
51
Prueba #2
Prueba #3
Prueba #4
Figura 4.1 8úmero de Pilotos en Set Activo.
Se puede observar en el recorrido de la prueba #1, una gran cantidad de puntos
amarillos y una pequeña cantidad de puntos anaranjados. Al activar el relevo dinámico en
la prueba #2, la cantidad de puntos amarillos se reducen en gran medida, mientras los
puntos anaranjados prácticamente desaparecen. A medida que se vuelve más restrictiva la
recta de relevo dinámico (pruebas #3 y #4), las zonas de dos y tres pilotos, se ven
inclusive más reducidas.
Este efecto se observa, debido a que el AT se vuelve más restrictivo en el
momento de incluir pilotos en su set activo cuando tiene un EcIo combinado alto. Por
esta razón a medida que se restringe más el relevo, se observa que menos pilotos son
incluidos en el set activo. Esto tiene como efecto, que el sector que no entró en set activo,
todavía disponga de los recursos que iba a asignar al AT. En otras palabras, el AT no
incluirá pilotos en su set activo, a menos que sea necesario. Es necesario agregar un
piloto en set activo, cuando el EcIo combinado de los pilotos actuales, no está en un nivel
Capítulo IV – Resultados y Análisis
52
suficiente para servir al AT con buena calidad y existe un piloto en set candidato que
pueda mejorar la situación.
Se puede observar en todos los recorridos, que siempre hay una zona de dos
pilotos entre dos sectores. Estas son las zonas de relevo suave virtual. Estas áreas, son de
gran importancia, ya que el AT se encuentra en la necesidad de cambiar de sector
sirviente. Por lo tanto, en algún momento del recorrido, se tiene que tener dos sectores
sirviendo. Esta es una de las bases de los sistemas CDMA y por lo tanto de los sistemas
EVDO.
Es interesante notar como implementando el relevo dinámico, estas zonas de
relevo suave virtual se ven reducidas en una gran medida. Para obtener una mejor visión
de la mesura en la que estas zonas cambian, se muestra en la figura 4.2 los porcentajes
del recorrido en los cuales el AT se encontraba con 1, 2 o 3 pilotos, para cada uno de los
valores probados.
Porcentaje de Puntos
Muestreados
Porcentaje de Puntos Obtenidos en el Recorrido
90,00
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
prueba #1[%]
prueba #2[%]
prueba #3[%]
prueba #4[%]
3
2
1
Número de Pilotos en Set Activo
Figura 4.2 Porcentaje de Puntos con el 8úmero de Pilotos
En Set Activo.
Se corrobora el comportamiento observado en los recorridos. En las pruebas #3 y
#4, en más del 75% del recorrido el AT sólo contenía un piloto en set activo, mientras
Capítulo IV – Resultados y Análisis
53
para la prueba #1 en sólo el 54% del recorrido se tenía un piloto en set activo. El 21% de
diferencia, significa que en el recorrido de la prueba #1 se utilizó recursos en más de una
radiobase cuando para las pruebas #3 y #4 no fue necesario. La prueba #2 presenta un
balance, donde se observan cambios suficientemente significativos para una
implementación.
En muchas regiones de cobertura, las áreas de cobertura de varias BTS se solapan
en una gran medida. En CDMA, estos problemas se solucionan disminuyendo la potencia
de transmisión de la celda, o inclinando el sector hacia abajo dándole “downtilt”. En
1xEV-DO estas soluciones no son viables. Al disminuir la potencia de transmisión de la
celda, se ve afectada la tasa de transferencia, ya que esta es función de la potencia de
recepción del AT. La segunda opción, en la práctica tampoco se aplica, ya que la red
EVDO comparte elementos radiantes con la red CDMA, por lo tanto no se puede
modificar componentes de hardware que afecten la red CDMA.
4.1.1.2 Cambios en la Relación Señal a Ruido
En la figura 4.3 se presentan los resultados obtenidos, con la modificación de los
parámetros de relevo dinámico, de la relación señal a ruido (SNR) en dB del AT. Un AT
necesita una buena relación señal a ruido para poder ser servido con una buena calidad y
tasa de transmisión altas.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
Prueba #1
54
Prueba #2
Prueba #3
Prueba #4
Figura 4.3 S8R para cada recorrido.
Se puede observar que las variaciones de SNR no son significativas en los
distintos recorridos. En los cuatro recorridos se observan principalmente dos zonas de
menor SNR. Esto implica que estos niveles se deben a condiciones RF de la zona y no a
los cambios propuestos. Por lo tanto, la tasa de transferencia en los diferentes recorridos
no se ve afectada por los cambios propuestos.
4.1.1.3 Cambios en el PER.
El PER es un indicador de la tasa de error en los paquetes recibidos en el enlace
de bajada. Es importante recordar que en los sistemas EVDO, a diferencia de CDMA,
existen retransmisiones. Por lo tanto, cuando se reciben paquetes con error se retransmite
la información. Esto implica una tasa de transmisión más lenta. En los sistemas CDMA
Capítulo IV – Resultados y Análisis
55
análogo al PER existe el FER “frame error rate”. Al aumentar el FER se deteriora la
calidad de la voz, pero esto no ocurre hasta llegar a más del 3%. En EVDO un PER del
3%, implica que el 3% de la información se tiene que volver a transmitir. En la figura 4.4
se presenta los resultados obtenidos, con la modificación de los parámetros de relevo
dinámico, de la relación señal a ruido del AT.
Prueba #1
Prueba #3
Prueba #2
Prueba #4
Figura 4.4 PER para cada recorrido.
Se pueden observar pequeñas variaciones en el PER en los distintos recorridos.
En todos los casos, el PER se encuentra en menos del 2% en más del 80% del recorrido.
Las zonas con un PER deficiente, se pueden notar en los cuatro recorridos y coinciden
con las zonas de menor SNR, lo que nos indica que se deben a condiciones RF del
ambiente.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
4.1.2
56
Utilización del Sistema de Relevo Dinámico en Sectores de Alto Tráfico
Los resultados se presentan a través de estadísticas hora-hora del sector 3 de la
celda Caroní en Puerto Ordaz. El tiempo de observación fue de 21 días para garantizar la
permanencia de los efectos de los cambios. Los resultados se dividen en tres grupos, de
acuerdo al indicador que se presenta.
4.1.2.1 8umero de Conexiones Activas
En la figura 4.5 se presenta el promedio de conexiones activas (en el enlace de
subida) hora-hora del sector 3 de Carona, donde la línea anaranjada representa el
momento del cambio.
Número de Conexiones Activas
Figura 4.5 Promedio de Conexiones Activas.
Este sector presentaba grandes problemas de capacidad. Se puede observar como
antes del día del ajuste, todos los días se llegaba a una meseta de 48 usuarios (el máximo
Capítulo IV – Resultados y Análisis
57
definido en ese sector). Es importante destacar, que este indicador mide el promedio de
conexiones activas en una hora. Por lo tanto este sector en promedio, durante varias horas
del día, se mantiene a su máximo. Al implementar el relevo dinámico con valores de la
prueba #2, se puede notar un cambio drástico en el comportamiento del sector, donde ya
no se llega al máximo por varias horas del día como lo hacía antes.
Antes del ajuste, una gran parte de las conexiones activas de este sector se
encontraban en relevo con otros sectores (de la misma celda o de otra). A partir del
cambio, la cantidad de conexiones se ven reducidas, lo que implica que el otro sector
prestaba mejor servicio y por lo tanto no es necesario que esta celda dedique recursos a
aquellos móviles. De esta manera se administran mejor los recursos de este sector.
Es importante destacar que la empresa factura de la misma manera cuando al AT
lo sirven uno o más sectores. Por lo tanto esta reducción de tráfico no tiene consecuencia
alguna sobre la facturación y se ahorra una gran cantidad de recursos de la red. Estas
conexiones reciben el nombre de tráfico secundario. Al reducir el tráfico secundario se
optimiza el uso del sistema, incluyendo: hardware del sector, radios, amplificadores,
líneas de transmisión hacia la central (E1), TP y AP de la RNC. Esto implica un aumento
en la capacidad de la red, factor que incide directamente sobre las ganancias de la
empresa de manera positiva, ya que sin mayor inversión se podrá atender a una cantidad
mayor de usuarios.
4.1.2.2 Tasa de Accesos Fallidos (IA)
En la figura 4.6 se presenta el promedio de la tasa de accesos fallidos hora-hora
del sector 3 de Caroní.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
58
Accesos Fallidos
Figura 4.6 Tasa de Accesos Fallidos.
Se puede observar antes del cambio, una tasa de accesos fallidos sumamente alta,
sobre el 25% en las horas pico todos los días. Como se mencionó antes, el sector se
encontraba en un tope de usuarios por varias horas del día. Por lo tanto cuando un usuario
nuevo intenta establecer una conexión, la RNC no le puede asignar canal de tráfico y no
se envía el TCA. El AT seguirá solicitando una conexión hasta que se liberen recursos y
se pueda establecer el canal de tráfico. Para la percepción del usuario, esto implica una
conexión muy lenta ya que cada vez que solicite una conexión, deberá esperar que se
liberen recursos para poder establecerla.
Después del cambio, disminuyeron en gran cantidad los usuarios de la celda, ya
que no se le asigna canal de tráfico a los AT que están siendo servidos por una BTS en
mejores condiciones. Debido a esto, los usuarios que sí necesitan conexión a través de
esta BTS, tendrán una mayor posibilidad de que se le asigne canal de tráfico. Por esta
razón se observa una disminución en gran medida de los accesos fallidos donde, después
del ajuste, rara vez pasan del 5%.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
59
4.1.2.3 8úmero de veces que el sector llegó al máximo de conexiones.
En la figura 4.7 se presenta el número absoluto de veces que se llegó al máximo
permitido en el sector 3 de Caroní hora por hora.
Número de Veces que se Llegó al Máximo Permitido
Figura 4.7 8úmero de veces que se llegó al máximo permitido del sector en hora por
hora.
Este contador se incrementa cada vez que un usuario hace una petición de
conexión y no se le concede canal de tráfico debido a que el sector ya se encuentra en el
máximo de conexiones permitidas. De esta manera se puede medir la cantidad de
bloqueos en el sector. Se puede observar como en el caso de esta celda, los IA están
altamente relacionados con los bloqueos. Antes del ajuste, típicamente se llegaba a 3000
bloqueos con picos de hasta 6000. Luego del cambio, se observa que sólo en pocos días
se llega en la hora pico a 1000 bloqueos máximo y normalmente se mantienen por debajo
de los 400. Por lo tanto se puede decir que la celda mejoró en gran medida.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
60
A partir del ajuste, los usuarios con necesidad de conexión a través de este sector
tendrán mayores posibilidades de que se le asignen recursos. Como se explicó
anteriormente, esto implica que la red cuenta con una mayor capacidad de usuarios,
factor que incide directamente positivamente sobre las ganancias de la empresa
4.1.3
Implementación del Relevo Dinámico en el Mercado Puerto La Cruz-Barcelona
Estos resultados demuestran el impacto de implementar relevo dinámico en un
mercado entero con los valores de la prueba #2. Se presentan en dos grupos, los
resultados de los recorridos “drive test” y las estadísticas de los indicadores medidos.
4.1.3.1 Resultados del Drive Test
Los resultados de los “drive test” se presentan para todo el mercado. A través de
la herramienta Actix es posible juntar varios recorridos, para un solo post-procesamiento.
En la figura 4.8 se presentan los resultados obtenidos, con la modificación de los
parámetros de relevo dinámico, del número de pilotos en set activo del AT. La
implementación de relevo dinámico se realizó con los valores #2.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
61
Figura 4.8 8umero de pilotos en set activo. En la izquierda el recorrido sin relevo
dinámico implementado. En la derecha el recorrido con relevo dinámico.
Se puede observar, en el recorrido sin relevo dinámico, una gran cantidad de
zonas donde el AT contiene en su set activo dos, tres e inclusive cuatro pilotos. Cuando
se vuelve a realizar el mismo recorrido en toda la ciudad, se puede notar que las zonas de
tres y cuatro pilotos prácticamente se ven eliminadas, y las zonas con dos pilotos se ven
reducidas en una gran medida.
Como se mencionó anteriormente en la caracterización del sistema dinámico, el
AT no se ve en necesidad de incluir tantos pilotos en su set activo. En la mayoría de los
casos, el EcIo combinado del móvil está lo suficientemente alto y el nuevo piloto no
contribuiría significativamente. De esta manera se optimiza la utilización de recursos de
la red. Vale la pena destacar que los parámetros utilizados en el relevo dinámico fueron
los menos restrictivos (prueba #2), debido a que el efecto observado fue suficiente y
todavía no existe la necesidad de volverlo más restrictivo. Para asegurar la calidad de
Capítulo IV – Resultados y Análisis
62
servicio, se realizaron mediciones de SNR y de PER. En la figura 4.9 se presentan los
resultados obtenidos de SNR para los cambios realizados en los parámetros de relevo
dinámico.
Figura 4.9 Relación señal a ruido S8R. En la izquierda el recorrido sin relevo dinámico
implementado. En la derecha el recorrido con relevo dinámico.
En los dos recorridos, se observan SNRs relativamente parecidas. Las zonas con
SNR bajos se encuentran tanto en los recorridos con y sin relevo dinámico, lo que indica
que no se deben a los cambios realizados. En la figura 4.10 se presentan los resultados
obtenidos de PER para los cambios realizados.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
63
Figura 4.10 Tasa de error PER. En la izquierda el recorrido sin relevo dinámico
implementado. En la derecha el recorrido con relevo dinámico.
Se observan pocos cambios en el PER, en los dos recorridos se mantienen en su
mayor parte por debajo del 1%. Se puede notar una zona en el recorrido después del
cambio donde el PER llega a niveles por encima del 25%. Esta es la vía alterna entre
Barcelona y Puerto la Cruz, la cual es una autopista entre dos montañas. El alto PER se
debe a que el AT pierde el piloto activo por la montaña y tarda mucho tiempo en ingresar
al nuevo piloto en su set activo, por lo tanto se degrada la llamada. Debido a que se trata
de una autopista entre 2 montañas, en un estrecho muy corto, no se le presta gran
atención al problema ya que en esa zona no hay usuarios EVDO.
4.1.3.2 Estadísticas
Las estadísticas se presentan en tendencias hora-hora para todas las celdas del
mercado. En las figuras se presentan los promedios y totales de todas las celdas, pero
para el estudio durante la implementación, se observaron todas las celdas por separado
para asegurar que ningún sector presentó problemas después de los cambios.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
64
En la figura 4.11 se presenta el total de conexiones activas hora-hora del mercado
de Puerto La Cruz – Barcelona.
Número de Conexiones Activas
Figura 4.11 Total de Conexiones Activas en Puerto La Cruz - Barcelona
Se puede observar una reducción promedio del 22% de tráfico total en hora pico.
En valor absoluto se observa una reducción de alrededor de 100 conexiones por hora.
El tráfico reducido es completamente tráfico secundario, por lo tanto no hay ningún
efecto en la facturación de la empresa.
Para efecto de análisis, si se supone que cualquier elemento de la red estaba al
máximo y se implementa el relevo dinámico, una reducción del 22% del tráfico
secundario implica un aumento del 28% de la capacidad de la red (el 22% del 78%
restante), sólo con cambiar tres parámetros en las centrales. En la figura 4.12 se
presenta la tasa de accesos fallidos hora-hora del mercado de Puerto La Cruz –
Barcelona.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
65
Tasa de Accesos Fallidos
Figura 4.12 Promedio de la Tasa de Accesos Fallidos de Puerto La Cruz – Barcelona.
Es importante notar que los cambios realizados no tengan efectos negativos sobre
los accesos. Como se puede observar en la figura 4.12 la tasa de accesos fallidos se
mantiene igual en promedio y siempre por debajo del 1.5% lo que representa un valor
muy bueno. En la figura 4.13 se presenta la tasa de llamadas caídas hora-hora del
mercado de Puerto La Cruz – Barcelona.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
66
Tasa de Llamadas Caídas
Figura 4.13 Promedio de la Tasa de Llamadas Caídas de Puerto La Cruz – Barcelona.
Se puede observar, que la tasa en promedio se mantiene por debajo del 1.5% el
cual es un valor muy aceptable. Es importante observar la tasa de llamadas caídas cuando
se hacen cambios en los parámetros de los relevos, ya que el AT no podrá realizar el
relevo con el otro sector si los parámetros no se encuentran bien ajustados.
En la figura 4.14 se presenta el promedio de la tasa de transferencia en el enlace
de bajada de todos los sectores de Puerto La Cruz – Barcelona.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
67
Tasa de Transferencia de Bajada
Figura 4.14 Promedio de la tasa de transferencia en el enlace de bajada de todas las
celdas de Puerto La Cruz – Barcelona.
Anteriormente se explicó la necesidad de que el AT mantenga niveles de EcIo
combinado altos para poder mantener las tasas de transferencia altas. Una de las bases del
relevo dinámico es que el AT no incluirá pilotos que no son necesarios. Si al implementar
el relevo dinámico se dejan de incluir pilotos de importante contribución, el EcIo se vería
afectado y por lo tanto la tasa de transferencia. En la figura 4.14 se observa como se
mantiene la tasa de transferencia de bajada lo que nos demuestra que la implementación
del sistema no tiene efectos negativos sobre las altas velocidades.
Más importante aún es la tasa de transferencia de subida, ya que en el enlace de
bajada el AT sólo recibe datos de un sector. En cambio para el de subida el AT transmite
a todas las BTS en su set activo, al igual que en los sistemas CDMA. En la figura 4.15 se
presenta el promedio de la tasa de transferencia en el enlace de subida de todos los
sectores de Puerto La Cruz – Barcelona.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
68
Tasa de Transferencia de Subida
Figura 4.14 Promedio de la tasa de transferencia en el enlace de subida de todas las
celdas de Puerto La Cruz – Barcelona.
En promedio, no se observan cambios importantes antes y después del ajuste tanto
en el enlace de subida como el de bajada. Esto demuestra que los sectores que se dejaron
de incluir en el set de activo de los AT no tenían mayores efectos sobre ellos.
En la figura 4.15 se presenta la tasa de relevos exitosos.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
69
Tasa de Relevos Exitosos
Figura 4.15 Promedio de la tasa de relevos exitosos de todas las celdas de Puerto La
Cruz – Barcelona.
Se puede observar que tanto antes como después del ajuste, la tasa de relevos
exitosos se mantiene sobre el 99,5%, por lo tanto la implementación de relevo dinámico
no tiene efectos negativos sobres el éxito de los relevos.
En la figura 4.16 se presenta el número de relevos hora –hora en el mercado de
Puerto la Cruz – Barcelona.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
70
Número de Relevos
Figura 4.16 8úmero de relevos en todas las celdas de Puerto La Cruz – Barcelona.
Se puede observar una notable disminución en la cantidad de relevos realizados
en el mercado entero. Antes del ajuste, se realizaban en horas picos más de 100.000
relevos, para pasar luego del ajuste a unos 30.000 relevos en hora pico. Un AT, al realizar
menor cantidad de relevos, le quita fragilidad a la llamada y evita una gran cantidad de
señalamiento y procesamiento en el RNC, especialmente los AP y TP.
4.2
Redistribución de Capacidad
Los resultados de estas pruebas se presentan con estadísticas hora-hora, del sector
3 de la celda Caroní y el sector 2 de Sidor en Puerto Ordaz. El tiempo de observación fue
de dos semanas para garantizar resultados estables de los ajustes. A continuación se
muestran las estadísticas obtenidas, divididas en 3 grupos, según el tipo de medición
realizada. Es importante destacar que las pruebas fueron realizadas en la celda Caroní,
antes de las pruebas de relevo dinámico. Por esta razón, se observa en las pruebas de
relevo dinámico un máximo de 48 usuarios en el sector.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
4.2.1
71
8úmero de Conexiones Activas
En la figura 4.17 se presenta el número de conexiones activas hora-hora en Caroní
, antes y después del ajuste.
Número de Conexiones Activas
Figura 4.17 8úmero de conexiones activas en Caroni sector 3 antes y después de la
redistribución de capacidad.
En este sector, se contaba con un máximo de 31 usuarios. Antes del ajuste,
durante gran parte del día, el sector se mantenía al máximo de su capacidad. En estos
momentos, no se le puede asignar canal de tráfico a los AT que soliciten conexión nueva.
Al aumentar la capacidad a 48 usuarios se observa como aumentan la cantidad de
conexiones activas pero no llegan a una meseta, como lo hacía antes. Esto permite
atender a una mayor cantidad de usuarios a la vez, ya que los otros dos sectores de la
misma celda no se aprovechaban al máximo. Para la empresa implica una mayor cantidad
de ganancias (más usuarios atendidos a la vez) y una mejor utilización de los recursos de
la celda.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
72
En el sector 2 de Sidor se observa un leve aumento del tráfico después del ajuste.
En horas pico la cantidad de usuarios sobrepasa el máximo anterior de 31 usuarios. En la
figura 4.18 se presenta el número de conexiones activas hora-hora en Sidor, antes y
después del ajuste. El aumento en el tráfico representa conexiones de usuarios que
anterior al ajusto no podían establecer conexión.
Figura 4.18 8úmero de conexiones activas en Sidor sector 2 antes y después de la
redistribución de capacidad.
4.2.2
Tasa de Accesos Fallidos
En la figura 4.19 se presenta el comportamiento de la tasa de accesos fallidos en
Caroní sector 3, antes y después del ajuste.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
73
Tasa de Accesos Fallidos
Figura 4.19 Tasa de accesos fallidos en Caroni sector 3 antes y después de la
redistribución de capacidad.
Se puede observar una notable disminución en los accesos fallidos, aunque
después del ajuste todavía se encuentran en niveles altos. El sector después del ajuste
cuenta con más recursos, de esta manera, cuando un AT solicita una conexión nueva,
tendrá mayores posibilidades de que se le asigne canal de tráfico. De lo contrarío será un
acceso fallido. Un problema se deriva de esto, ya que cuando el AT no recibe el TCA y
no puede establecer canal de tráfico automáticamente volverá a solicitar una conexión. Sí
todavía no se han liberado recursos, no volverá a recibir el TCA y se repite el ciclo,
aumentando de forma drástica los IA. Este efecto se observa también en el sector 2 de
Sidor antes del ajuste. Después del ajuste se reducen notablemente los accesos fallidos.
En la figura 4.20 se presenta el comportamiento de la tasa de accesos fallidos, antes y
después del ajuste del sector 2 de Sidor.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
74
Figura 4.20 Tasa de accesos fallidos en Sidor sector 2 antes y después de la
redistribución de capacidad.
4.2.3
8úmero de veces que se llegó al máximo de conexiones permitidas
En la figura 4.21 se presenta el número de veces por hora que el sector 3 de
Caroní llegó a su máximo, antes y después del ajuste.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
75
Número de Veces que se Llegó al Máximo Conexiones
Figura 4.21 8úmero de veces que se llegó al máximo de conexiones en Caroni sector 3
antes y después de la redistribución de capacidad.
Este contador se incrementa cada vez que un usuario hace una petición de
conexión y no se le concede canal de tráfico debido a que el sector ya se encuentra en el
máximo de conexiones permitidas. De esta manera se puede medir la cantidad de
bloqueos en el sector. Antes del ajuste se llegaba diariamente en horas pico a 10.000
bloqueos, cuando después del ajuste se llega en promedio en horas picos a 3.000. Esto
demuestra una gran mejora, pero indica que esta celda todavía se encuentra manejando
tráfico por encima de su capacidad.
Después del ajuste en el sector 2 de Sidor, la celda prácticamente no llega a su
máxima capacidad. Por lo tanto, no se presentan bloqueos y se podrá asignar canal de
tráfico a los usuarios que soliciten conexión. En la figura 4.22 se presenta el número de
veces por hora que el sector llegó a su máximo, antes y después del ajuste.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
76
Figura 4.22 8úmero de veces que se llegó al máximo de conexiones en Sidor sector 2,
antes y después de la redistribución de capacidad.
4.3
4.3.1
Ajuste del tiempo durmiente
Pruebas en Aeropuerto Barcelona
Los resultados de estas pruebas se presentan en estadísticas hora-hora para el
promedio de los 3 sectores de la celda. La celda seleccionada fue Aeropuerto Barcelona.
En la figura 4.23 se presenta el promedio hora – hora de las conexiones activas y la tasa
de accesos fallidos.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
77
Figura 4.23 Tasa de Accesos Fallidos y Conexiones Activas de Aeropuerto Barcelona
Se puede observar como los resultados son distintos a los esperados. El tráfico
aumenta levemente como se anticipaba, pero los IA no disminuyen, sino que aumentan.
Esto se debe a que la cantidad de solicitud de accesos se reduce como se observa en la
figura 4.24, pero la cantidad absoluta de accesos que fallan se mantiene, por la tanto la
tasa aumenta. Por esta razón no se recomienda la implementación de este ajuste, ya que
no tiene consecuencias beneficiosas. Sólo se recomienda implementarlo, en el caso de
alguna celda que tenga sobrecargado el canal de acceso. En la figura 4.24 se presenta la
cantidad de solicitudes de conexión.
Capítulo IV – Resultados y Análisis
Figura 4.24 8úmero de Solicitud de Conexiones en Aeropuerto Barcelona
4.3.2
Pruebas en Caroní - Puerto Ordaz
En la figura 4.25 se presenta el número de bloqueos hora-hora.
Figura 4.25 8úmero de Bloqueos en el sector 3 de Caroní.
78
Capítulo IV – Resultados y Análisis
79
Contrario a lo esperado, se observa un aumento en los bloqueos. Esto se debe, a
que disminuyendo el tiempo durmiente, se aumenta en gran medida los accesos
solicitados; y los recursos que se liberan con los 5 segundos de diferencia, no son
suficientes para atender a las nuevas solicitudes. Es decir, son más las solicitudes que
surgen debido al ajuste, que los recursos que se liberan. Por lo tanto este ajuste no se
recomienda para las celdas de alto tráfico, ya que tendrá como consecuencia un aumento
en los bloqueos y una degradación en el servicio.
80
CAPÍTULO V
5
CO
CLUSIO
ES Y RECOME
DACIO
ES
El presente trabajo se realizó con el objetivo del estudio y optimización de los
parámetros que influyen en el acceso y relevo de los terminales en la red EVDO de
Movilnet. Caso de estudio: mercado de Puerto La Cruz – Barcelona.
En primer lugar se realizó un estudio de la arquitectura y el funcionamiento
básico de una red EVDO. De esta manera se logró identificar los indicadores de
desempeño más importantes en los procesos de acceso y relevo. Se propuso trabajar con
tres aspectos de la red: la implementación de relevo dinámico, la redistribución de la
capacidad de los sectores en una BTS y el cambio del tiempo durmiente de un AT. Se
realizaron ajustes buscando mejorar el desempeño de estos procesos.
Los resultados obtenidos en la implementación de relevo dinámico demuestran el
impacto positivo que tiene esta aplicación sobre el desempeño de la red. Permite el
aumento de la capacidad del sistema hasta en un 28% sin realizar inversión alguna y sin
afectar la calidad del servicio. Se reduce hasta en un 22% el tráfico secundario en la red,
lo que permite una mejor utilización de los recursos de la misma. También se disminuyen
la cantidad de relevos realizados quitándole fragilidad a la llamada y ahorrando recursos
tanto de señalización como de procesamiento en todo el RNC. También se demostró que
el sistema de relevo dinámico tiene un impacto positivo sobre los accesos en regiones de
alto tráfico. Se logró que una mayor cantidad de usuarios accedan a la red al mismo
tiempo, lo que genera un mayor ingreso para la empresa. En estas regiones se disminuyó
notablemente los bloqueos por conexión, lo que incide directamente sobre la tasa de
accesos fallidos. Con esta implementación, un usuario tendrá una mayor posibilidad de
que se le asignen recursos inmediatamente al solicitar una conexión. Esto tiene un efecto
en la disminución del retraso percibido por el usuario, ya que se tendrán que hacer menos
peticiones de conexión para lograr establecer una. Utilizando este sistema se optimiza el
uso de los recursos de la red, donde sólo se le asignan a los móviles que necesiten de
ellos.
81
Se logró disminuir notablemente la tasa de bloqueos y de accesos fallidos con la
redistribución de la capacidad de los sectores de una celda. De esta manera, se minimiza
el retraso percibido por el usuario. También se optimiza la utilización de los recursos ya
que se podrá manejar una mayor cantidad de usuarios a la vez, sin inversión alguna, lo
que representa un ingreso adicional para la empresa.
Se recomienda la implementación del sistema de relevo dinámico en toda la red,
utilizando los valores de parámetros poco restrictivos estudiados e implementados en este
trabajo. En las regiones de alto tráfico se recomienda cambiar los valores de los
parámetros de relevo dinámico a los más restrictivos, logrando aumentar la capacidad de
la red.
Las pruebas de tiempo durmiente demostraron que aumentando el valor del
parámetro es posible disminuir la cantidad de accesos en una celda, con un pequeño
aumento del tráfico. Este ajuste tiene un impacto negativo sobre la tasa de accesos, por lo
tanto no se recomienda su implementación. También se observó, que en celdas de alto
tráfico no es recomendable disminuir este valor ya que impacta negativamente sobre la
tasa de bloqueos.
Se recomienda la redistribución de capacidad en las celdas donde la demanda de
tráfico es diferente en los tres sectores, y uno o dos de los sectores presentan bloqueos
por conexiones. Este parámetro se debe ajustar de acuerdo al tráfico típico de cada sector,
por lo tanto se recomienda un estudio personalizado de cada caso.
El mercado EVDO se encuentra en continuo crecimiento, y cada vez es mayor la
cantidad de usuarios que se conectan a la red. El ajuste de parámetros estudiado en este
trabajo, permiten un aumento significativo en la capacidad de la red y una mejora en la
calidad del servicio sin realizar inversiones mayores. Esto es importante para la empresa,
ya que la prioridad la tienen las redes que prestan servicio de voz, CDMA y GSM (en los
próximos meses comienza a prestar servicio al público). Por esta razón, se cuenta con un
82
presupuesto limitado para la red EVDO, debido mayormente al alto costo de
acondicionamiento de una BTS para prestar el servicio.
83
6
REFERE
CIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Lucent Technologies, “Flexent® / AUTOPLEX® Wireless Networks RF Engineering
Guideline for 1xEV-DO Systemes” Lucent Technologies, EEUU, pp. 1.1-7.50, (2004).
[2] Alcatel – Lucent “1xEV-DO RF Performance Analysis & Troubleshoot Guide Rel
27.0” Alcatel – Lucent, EEUU, pp. 12-22, (2006).
[3] Lucent Technologies, “CDMA2000® 1xEV-DO, Service Measurments Flowcharts
for 1xEV-DO Release 28.0”, Lucent Technologies, EEUU, pp. 7.2-8.11, (2007),
[4] Lucent Technologies, “CDMA2000® 1xEV-DO, 1xEV-DO Radio Access System
(RAS) Release 28.0 Performance and Capacity Metrics”, Lucent Technologies, Volumen
13, EEUU, pp 13.1-13.112, (2007).
[5] Lucent Technologies, “CDMA 1xEV Translation Application Note #1, Timing,
Delay, and Access Parameters”, Lucent Tecnologies, EEUU, pp 3-21, (2006).
[6] Lucent Technologies, “CDMA 1xEV Translation Application Note #4, Handoff
Parameters”, Lucent Tecnologies, EEUU, pp 3-26, (2006).
[7] Alcatel – Lucent “Alcatel –Lucent CDMA2000 Network, Configuration Parameters
Guide ” Alcatel – Lucent, EEUU, pp. 20-615, (2007).
[8] Telecomunicaciones Movilnet, C.A. “Radio Base Modcell 4.0”. Disponible en:
http://moviltraining.movilnet.com.ve
[9] Telecomunicaciones Movilnet, C.A. “1xEV-DO, Parte 1”. Disponible en:
http://moviltraining.movilnet.com.ve
[10] Telecomunicaciones Movilnet, C.A. “1xEV-DO, Parte 2”. Disponible en:
http://moviltraining.movilnet.com.ve
84
APÉ
DICE
85
APÉ
DICE A
Herramientas Utilizadas
TEMS Investigation CDMA 4.0
El Tems Investigation es un software de medición que permite simular el
comportamiento de un móvil en el área de cobertura. Esta herramienta es desarrollada por
Ericsson para la realización de drive test y la recolección de datos. Suministra
información detallada de mensajería y mediciones RF. Se utiliza una portátil con el
software instalado a la cual se le conecta un GPS y un AT. El software permite visualizar
en tiempo real y en grabaciones, entre otras:
•
Mapas de la zona donde se realiza el recorrido, incluyendo calles y celdas.
•
Tasa de transmisión.
•
Tasas de error.
•
Celdas activas (PN).
•
Listas de activas, candidatas y vecinas.
•
Potencias de transmisión y recepción.
•
Muestra los accesos y los relevos realizados
•
Genera estadísticas y un reporte resumido con los eventos, áreas problemáticas y
mediciones RF.
•
Detalle de cada conexión establecida.
•
Correlaciona de manera automática la información del AT con el GPS.
•
Genera un archivo con toda la información recolectada que permite ser postprocesado por otras herramientas como el Actix Analyzer o el WindCatcher
El software se puede configurar para realizar FTP de subida y de bajada (donde se
escoge el tamaño del archivo) y “ping” a un servidor.
86
Actix Analyzer
Es una herramienta de post-procesamiento utilizada para visualizar con mayor
detalle los archivos de recorridos recolectados con el TEMS. Entre la información que se
ofrece se tiene:
•
Información de la red, tecnología, canal utilizado.
•
Parámetros de configuración de la celda en servicio.
•
Mediciones del enlace de radio.
•
Mediciones de pilotos, listas y potencias.
•
Mediciones de enlace de bajada y de subida (tasas de transmisión, tasas de error,
potencias de transmisión)
•
Eventos de llamadas como accesos y relevos. También genera estadísticas sobre
estos eventos.
•
Proporciona mensajería de capa-3.
•
Capacidad para realizar “replays”.
Este software tiene la capacidad de unir varios recorridos creando un
“superstream” y de esta manera se puede analizar zonas extensas. Todos los resultados
señalados anteriormente se pueden visualizar sobre mapas de las zonas donde se realizó
el recorrido y de esta manera evaluar las zonas con problemas.