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