Ingenieria de Trafico Celular o Wimax

8/17/2019 Ingenieria de Trafico Celular o Wimax

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Universidad de Costa RicaFacultad de IngenieríaEscuela de Ingeniería Eléctrica

IE – 0502 Proyecto Eléctrico

Análisis de tráfico en sistemas inalámbricos

Por:

Martin Espinoza González

Ciudad Universitaria Rodrigo Facio

Junio del 2008


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Análisis de tráfico en sistemas inalámbricosPor:

Martin Espinoza González

Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica

de la Facultad de Ingeniería

de la Universidad de Costa Rica

como requisito parcial para optar por el grado de:

BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA

Aprobado por el Tribunal:

_________________________________M.Sc. Víctor Hugo Chacón Prendas

Profesor Guía

_________________________________ _________________________________M.Sc. Guillermo Rivero González Ing. Roger Arturo Seravalli Monge

Profesor lector Profesor lector


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DEDICATORIA

A la fuerza creadora del universo,

a mi familia, amigos y compañeros,

por todo su apoyo, paciencia y amistad

durante esta vida universitaria.


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RECONOCIMIENTOS

Agradezco a los miembros del tribunal examinador, M.Sc. Víctor Hugo Chacón

Prendas, M.Sc. Guillermo Rivero González e Ing. Roger Seravalli Monge, por su guía y

aportes en el desarrollo de este proyecto.Agradezco también a los señores Ing. Mario Picado y Ing. Walter Fallas, por tomar

de su tiempo para ayudarme.

Por último agradezco a mi familia, amigos y compañeros, por ayudarme y compartir

conmigo estos años de carrera.


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ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................. viii

ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................... x

NOMENCLATURA ..................................................................................... xi

RESUMEN................................................................................................. xvii

CAPÍTULO 1: Introducción ......................................................................... 1 1.1

Objetivos ................................................................................................................. 2

1.1.1

Objetivo general .................................................................................................. 2

1.1.2 Objetivos específicos .......................................................................................... 3 1.2 Metodología ............................................................................................................ 3 CAPÍTULO 2: Sistemas inalámbricos y la teoría de trafico ....................... 4

2.1 Sistemas inalámbricos ............................................................................................. 4 2.1.1

WiMAX .................................................................................................................. 6

2.1.1.1

El estándar 802.16 – WiMAX ................................................................................ 8

2.1.1.2

Características de WiMAX ................................................................................... 10

2.1.1.3

Servicios brindados por WiMAX ......................................................................... 10

2.1.1.4 Estándares asociados con WiMAX....................................................................... 11 2.1.1.5 Funcionamiento .................................................................................................... 11 2.1.2 Sistema GSM (segunda generación o 2G) ............................................................ 12 2.1.2.1 Arquitectura de la red ........................................................................................... 13 2.1.2.2

Servicios que ofrece GSM .................................................................................... 15

2.1.2.3

Interfaz aérea ......................................................................................................... 16

2.1.3

Sistemas de tercera generación (3G) .................................................................... 20

2.1.3.1

Tecnología EDGE ................................................................................................. 23

2.2 Teoría de trafico .................................................................................................... 24 2.2.1 Términos y definiciones básicas en la ingeniería de trafico ................................. 27

2.2.2

Modelado de los sistemas de telecomunicaciones ................................................ 32

2.2.2.1 La estructura del sistema ....................................................................................... 33 2.2.2.2 La estrategia operacional ...................................................................................... 33 2.2.2.3

Propiedades estáticas del trafico ........................................................................... 34

2.2.3

Modelos ................................................................................................................ 35

2.2.4

Sistemas de telefonía celular ................................................................................. 36

2.2.5 Encaminamiento de trafico ................................................................................... 39 2.2.6 Teoría de trafico de A.K. Erlang ........................................................................... 42


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CAPÍTULO 3: Modelos de trafico para sistemas inalámbricos ............... 45

3.1 Generalidades ........................................................................................................ 45 3.1.1 Intensidad de trafico .............................................................................................. 45 3.1.2 Función de distribución de probabilidad (FDP) y función de densidad deprobabilidad (fdp) ................................................................................................................. 48 3.1.3

El teorema de Little ............................................................................................... 50

3.2

Procesos de arribo ................................................................................................. 51

3.2.1

Proceso deterministico .......................................................................................... 51

3.2.2 Proceso de Poisson................................................................................................ 52 3.2.3 Proceso Bursty o por ráfagas ................................................................................ 52 3.2.4 Proceso smooth ..................................................................................................... 52

3.2.5

Valores medios y varianza de los tiempos de interarribo ..................................... 53 3.3 Tiempos de servicio .............................................................................................. 54

3.3.1

Tiempo de servicio distribuido exponencialmente ............................................... 55

3.3.2

Tiempo de servicio deterministico ........................................................................ 55

3.3.3

Tiempo de servicio con distribución erlangiana de k etapas ................................ 56

3.3.4 Tiempo de servicio con distribución hiperexponencial de k etapas ..................... 56 3.4 El modelo Erlang-B .............................................................................................. 57 3.4.1 Diagrama de transición de estados ........................................................................ 58 3.4.2 Características de trafico de la distribución de Poisson ........................................ 60 3.4.3 Probabilidades de estado ....................................................................................... 61 3.4.4

Características de trafico de la formula Erlang-B ................................................. 61

3.4.5

Principios de dimensionado .................................................................................. 64 3.4.5.1

Dimensionado de troncales utilizando Erlang-B .................................................. 66

3.5 El modelo Erlang-C .............................................................................................. 67 3.5.1 Sistemas con cola .................................................................................................. 67 3.5.2 Disciplinas de cola ................................................................................................ 70 3.5.3 Sistema de retardo de Erlang M/M/n .................................................................... 71 3.5.4 El modelo Erlang-C .............................................................................................. 72 3.6

Modelo para GSM/GPRS ..................................................................................... 76

3.6.1

Suposiciones del sistema ...................................................................................... 76

3.6.2

Modelo de trafico .................................................................................................. 78

3.6.3 Modelo analítico para el sistema GSM/(E)GPRS ................................................. 79

3.6.3.1

Sistema con partición completa ............................................................................ 79

3.6.3.2 Sistema con partición parcial ................................................................................ 82 3.7 Modelo analítico para WiMAX ............................................................................ 88 3.7.1 Atraso en la cola de UGS ...................................................................................... 90 3.7.2 Atraso en la cola de rtPS ....................................................................................... 91 3.7.3

Atraso en la cola de nrtPS ..................................................................................... 92

3.7.4

Atraso en la cola de BE ......................................................................................... 92

CAPÍTULO 4: Análisis de tráfico en los sistemas objetivo ....................... 94


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vii

4.1 Dimensionamiento de recursos ............................................................................. 94 4.2

Análisis de trafico para diseño de redes de telecomunicaciones .......................... 97

4.2.1 Análisis de trafico para sistemas GSM ............................................................... 100 4.2.2 Análisis de trafico para sistemas WiMAX ......................................................... 107 4.2.3 Análisis de trafico para sistemas 3G ................................................................... 113 4.3

Consideraciones y problemas para el diseño, basado en tráfico, de redes detelecomunicaciones. ............................................................................................................ 116

CAPÍTULO 5: Conclusiones y recomendaciones .................................... 119

BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................... 122

ANEXOS .................................................................................................... 124


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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 2.1 Funcionamiento del sistema WiMAX ............................................................. 12

Figura 2.2 Diagrama de la red GSM ................................................................................. 15

Figura 2.3 Asignación de frecuencia para el IMT- 2000 por el WARC - 92 ................... 22

Figura 2.4 Comportamiento de una red telefónica mayormente utilizada durante lamañana. ............................................................................................................................. 26

Figura 2.5 los sistemas de telecomunicaciones son sistemas hombre/maquina. .............. 33

Figura 2.6 Proceso para la realización de un modelo. ...................................................... 35

Figura 2.7 en un sistema por células se pueden reutilizar las frecuencias (A, B y C). ..... 38

Figura 2.8 Diagrama ejemplo para de enrutamiento de tráfico. ....................................... 41

Figura 3.1 Proceso deterministico .................................................................................... 51

Figura 3.2 Proceso por rafagas ......................................................................................... 52

Figura 3.3 Diagrama de transición de estados para un sistema con infinito número decanales, con un proceso de arribo de Poisson (λ) y con tiempos de servicioexponencialmente distribuidos (µ). ................................................................................... 59

Figura 3.4 Probabilidad En(A) en función de A para distintos números de canales. ........ 63

Figura 3.5 Utilización promedio por canal (a), en función del número de canales (n), paraun valor de congestión (E) especifico. .............................................................................. 64

Figura 3.6 Ejemplo de calculadora para el cálculo de líneas utilizando el modelo Erlang-B. ....................................................................................................................................... 67

Figura 3.7 Ejemplo de un proceso de arribos exponencialmente negativo: probabilidad deno observar un auto en una autopista en un periodo de observación. ............................... 70

Figura 3.8 Diagrama de transición de estados para el sistema de retardo M/M/n con nservidores y un número ilimitado de posiciones de espera ............................................... 71

Figura 3.9 Probabilidad de tener que esperar en función del trafico ofrecido para distintascantidades de servidores. .................................................................................................. 74

Figura 3.10 Cadena de Markov de tiempo continuo para sistemas (E)GPRS .................. 80

Figura 3.11 Modelo de cadena de Markov bidimensional. ............................................... 84

Figura 3.12 Transición fuera del estado genérico (t, n). ................................................... 84


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9

Figura 3.13 Descomposición de la cadena bidimensional de Markov. Modelo condicionalforma-producto. ................................................................................................................ 85

Figura 3.14 Diagrama del modelo analítico para WiMAX. ............................................. 90

Figura 4.1 Radio base de 360º, con tres sectores de 120º. .............................................. 103

Figura 4.2 Diagrama de constelación, modulación BPSK. ............................................. 108

Figura 4.3 Diagrama de constelación, modulación QPSK. ............................................ 109

Figura 4.4 Diagrama de constelación, modulación 16QAM. ......................................... 110

Figura 4.4 Diagrama de constelación, modulación 64QAM. ......................................... 110

Figura 4.5 Posible distribución de modulación en una célula WiMAX. ........................ 111

Figura 4.6 Multiplexación CDM. ................................................................................... 114


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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 3.1 valores medios y varianzas en tiempos de interarribo ...................................... 54

Tabla 3.2 Trafico ofrecido con una probabilidad E = 1% para distintos valores de n. ..... 65

Tabla 3.3 xB (bytes) para GPRS, en función de distintos esquemas de codificación. ...... 78

Tabla 3.4 xB (bytes) para EDGE, en función de distintos esquemas de codificación. ..... 78

Tabla 3.5 Clases de servicios de WiMAX. ....................................................................... 89


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NOMENCLATURA ARFCN Absolute Radio Frequency Channel Number

Numero Absoluto de Canales de Radio Frecuencia

AGCH Access Grant Channel

Canal Permitido de Acceso

BS Base Station

Estación Base

BSS Base Station Sub SystemSub Sistema de la Estación Base

BTS Base Transceiver Station

Estación Transmisor-receptor Base

BSC Base Station Controler

Controlador de la Estación Base

BCH Broadcast Channels

Canales de Transmisión

BCCH Broadcast Control Channel

Canal de Control de Transmisión

BTH Busy Hour Traffic

Trafico en la Hora Pico

BE Best Effort

Mejor Esfuerzo

CCCH Common Control Channel

Canal de Control Común

CBC Cell Broadcasting Channels

Canales de Transmisión de la célula

CDMA Code Division Multiple Access

Acceso Múltiple por División de Código


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xii

CD Complete Partitioning

Partición Completa

DL Down link

Enlace Bajo

DCCH Dedicated Control Channels

Canales de Control Dedicados

EDGE Enhanced Data for Global Evolution

Datos mejorados para la Evolución Global

FWA Fixed Wireless AccessAcceso Inalámbrico Fijo

FCCH Frequency Control Channel

Canal de Control de Frecuencia

FACCH Fast Associated Control Channel

Canal de Control Asociado Rapido

FDP Función de Densidad de Probabilidad

fdp Función de Distribución de Probabilidad

FIFO First In, Firt Out

Primero en Entrar, Primero en Salir

FTP File Transfer Protocol

Protocolo de Transferencia de Archivos

GSM Global System for Mobile communications

Sistema Global para Comunicaciones Móviles

GMSK Gaussian Minimun Shift KeyingCambio Gaussiano Mínimo por Desplazamiento

GPRS General Pack Radio Service

Servicio General de Paquetes de Radio

GoS Grade of Servise

Grado de Servicio


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GD General Dicipline

Disciplina General

HEO High Earth Orbit

Orbita Alta Terrestre

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos

ICE Instituto Costarricense de Electricidad

ITU Internacional Telecommunications Union

Unión Internacional de Telecomunicaciones

IMT International Mobile Telecommunications

Telecomunicaciones Móviles Internacionales

IP Internet Protocol

Protocolo de Internert

MAN Metropolitan Area Network

Red de Área Metropolitana

MS Mobile StationEstación Móvil

ME Mobile Equipment

Equipo Móvil

MSC Mobile Switching Center

Centro Móvil de Conmutación

MTX Movile Telephone Exchange

Cambio de Teléfono Móvil

NLOS Non Line of Sight

Sin Línea de Vista

NSS Network Sub System

Sub Sistema de la Red


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xiv

nrtPS Non-real-time Polling Service

Servicio Elegido no en Tiempo Real

NMC Network Management Center

Centro de Manejo de la Red

LAN Local Area Network

Red de Área Local

LOS Line of Sigth

Línea de Vista

LCC Lost Call ClearDespajado con Llamada Pérdida

LIFO Last In, First Out

Ultimo en Entrar, Primero en Salir

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing

Multiplexacion de División de Frecuencia Ortogonal

PCS Personal Communications Service

Servicio de Comunicación Personal

PCH Paging Channel

Canal de Paginación

PCT Pure Chance Traffic

Trafico de Oportunidad Puro

PP Partional Partitioning

Partición Parcial

QoS Quality of Service

Calidad de Servicio

RACH Random Access Channel

Canal de Acceso al Azar

RRM Radio Resourse Manager

Administrador de los Recursos de Radio


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xv

rtPS Real-time Polling Service

Servicio Elegido en tiempo real

SMS Short Message Service

Servicio de Mensajería Corto

SIM Subscriber Identity Module

Modulo de Identificación del Subscriptor

SCCH Synchronization Control Channel

Canal de Control de Sincronización

SACCH Slow Associated Control ChannelCanal de Control Asociado Lento

SDCCH Stand-alone Dedicated Channel

Canal Dedicado Solitario

SPC Stored Program Control

Control de Programa Almacenado

SIRO Service in Random Order

Servicio en Orden al Azar

TDMA Time Division Multiple Access

Acceso Múltiple por División de Tiempo

TCH Traffic Channels

Canales de Trafico

TBF Temporary Block Flow

Bloqueo de Flujo Temporal

TE Time slot

Ranura de Tiempo

UMTS Universal Movile Telecommunication Systems

Sistemas Universales de Telecomunicación Móviles

UL Up Link

Enlace Arriba


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xvi

UGS Unsolicited Grand Service

Servicio Concedido no Solicitado

VoIP Voice Over Internet Protocol

Voz Sobre Protocolo de Internet

WLAN Wireless Local Area Network

Red de Área Local Inalámbrica

WiMAX Worldwide Interoperability for Microwave Access

Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas

WCDMA Wideband Code Division Multiple AccessAcceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha

3G Third Generation

Tercera Generación

2G Second Generation

Segunda Generación


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RESUMENEn este documento se realizó una descripción de cómo se aplica la teoría del trafico

en los sistemas inalámbricos, siendo objeto de estudio especifico los sistemas WiMAX,

GSM y tercera generación de telefonía celular.

En el transcurso de la primera mitad del segundo capítulo se realizó una descripción

general de los sistemas objetivo, su arquitectura, características más importantes y sus

principios de funcionamiento. Durante la segunda mitad del segundo capítulo, se dispuso

una introducción a la teoría del tráfico, dando mayor importancia a las teorías propuestas

por A.K. Erlang. En esta sección se definieron términos y parámetros necesarios para

comprender e interpretar las secciones siguientes.

El tercer capítulo se concentró en los modelos utilizados para analizar el tráfico en

distintos sistemas inalámbricos. Para esto se dispuso antes una exposición de la teoría

necesaria para interpretar los modelos.

El cuarto capítulo expone cómo se aplica, de manera práctica, el análisis de tráfico

en los sistemas objetivo. Se explica cómo se diseñan los recursos, basándose en tráfico, de

una red de comunicaciones determinada. También se exponen algunos parámetros de

mayor importancia para el análisis, además de los problemas más importantes.

Las principales conclusiones acerca de esta investigación se centran en la

importancia que el análisis de trafico tiene en el diseño de una red de telecomunicaciones,

además de los factores que afectan al mismo. Por otro lado se exponen los principales

problemas y errores en que se puede incurrir durante el proceso de diseño.


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1

CAPÍTULO 1: IntroducciónActualmente en el mundo se vive una época de cambios, en la cual, los avances

tecnológicos son una constante. Es posible apreciar estos adelantos en todas las áreas de las

ciencias, pero especialmente, es posible verlos más claramente, en la electrónica y las

comunicaciones, ya que en estos se han dado en menos tiempo y a pasos más grandes.

Hace apenas diez años los teléfonos celulares que se utilizaban eran muy

ineficientes. Eran enormes comparados con los actuales, más pesados y mucho más

costosos, además de poseer coberturas más pobres y servicios muy limitados.

Gracias a los adelantos en la electrónica se lograron implementar circuitos más

pequeños y eficientes, que gastaban menos energía, lo cual sirvió para reducir el tamaño de

los teléfonos celulares y sus baterías. Por otra parte los adelantos en las telecomunicaciones

ayudaron a incrementar la cobertura, la calidad y la velocidad de los sistemas de

comunicación inalámbricos. Utilizando herramientas como la teoría del tráfico, los

ingenieros han sido capaces de brindar un mejor servicio a los usuarios. Y no solo se

mejoraron los servicios, si no, que se crearon infinidad de ellos, a través del tiempo, a tal

punto que en algunos de los países del mundo, ya no es necesario el dinero en efectivo, ya

que todas las transacciones se realizan por medio de sistemas inalámbricos. Así es posible

pagar la cuenta del supermercado a con solo realizar una pequeña transacción desde un

teléfono celular.


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2

Al analizar todas estas posibilidades, es imposible no pensar en que es necesaria una

red robusta y eficiente, por la cual se puedan llevar a cabo estas operaciones, sin

interrupciones ni perdida de información.

Es así que el objetivo de este proyecto, es el análisis de tráfico para sistemas

inalámbricos, ya que como se puede apreciar en sus aplicaciones, la comunicación efectiva,

rápida y segura, será día con día un tema más crítico para la población mundial.

A través de la investigación a realizar se resaltara la importancia de los modelos

para tráfico, herramienta fundamental en la ingeniería de tráfico. Sin los mismos las

pruebas y la creación de prototipos serian imposibles, y no se podrían mejorar los sistemas.

Se realizaran análisis de tráfico de sistemas inalámbricos de uso común, como

WiMAX, GSM y sistemas de tercera generación (3G), lo cual podrá dar una idea general

de su efectividad.

Es importante el análisis de tráfico en los diferentes sistemas inalámbricos, debido

al papel tan grande que estos juegan en la vida diaria de las personas, y las operaciones tan

delicadas que se confían a los mismos.

1.1 Objetivos

1.1.1 Objetivo general

Realizar un análisis de tráfico en los sistemas inalámbricos de segunda y tercera

generación.


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3

1.1.2 Objetivos específicos

• Estudiar los modelos de tráfico para sistemas inalámbricos.

• Analizar el tráfico en sistemas WiMAX.

• Analizar el tráfico en el sistema GSM.

• Analizar el tráfico de sistemas de tercera generación.

• Estudiar la problemática de cobertura versus tráfico, en sistemas inalámbricos.

• Determinar la figura de tráfico por usuario, en Costa Rica para el caso inalámbrico.

1.2 Metodología

Debido a que este proyecto es de carácter investigativo, la metodología empleada no

comprendió experimentos o pruebas de laboratorio.

La información de este documento se obtuvo de publicaciones de internet, libros y

apuntes. Se considero, en general, que la información proveniente de los libros era

confiable, y no se sometió a revisión.

Por otra parte la información obtenida de internet, se obtuvo de sitios considerados

como confiables.


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CAPÍTULO 2: Sistemas inalámbricos y la teoría de trafico

Para poder llevar a cabo una correcta revisión del análisis de trafico para los

diferentes sistemas antes planteados, es necesario primero el conocer las generalidades de

la teoría y de los sistemas, esto para darle al los resultados de análisis una correcta

interpretación y valoración.

Además para poder ofrecer una serie de conclusiones coherentes, es necesario

conocer también las aplicaciones para las cuales se utilizan los distintos sistemas. Al igual

para esto es necesario conocer su funcionamiento, he inclusive para algunos casos su forma

de instalación.

Otra de las razones, es para que la interpretación de este proyecto, pueda ser llevada

a cabo por personas con conocimientos mínimos en ingeniería, sistemas inalámbricos y

teoría de tráfico

2.1 Sistemas inalámbricos

El término inalámbrico normalmente se utiliza para referirse a cualquier tipo de

proceso u operación, en la mayoría de los casos eléctrica o electrónica, que puede ser

llevado a cabo sin el uso de un cableado de interconexión.

Las tecnologías inalámbricas dependen de ondas radio, microondas, y pulsos de luz

infrarroja para transportar las comunicaciones digitales sin cables entre los dispositivos de


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comunicación. En general, utiliza ondas de radiofrecuencia de baja potencia y una banda

específica, de uso libre para transmitir, entre dispositivos.

Como ejemplo, a continuación se dan distintos tipos de tecnologías inalámbricas.

Microondas terrestres: Implica sistemas de microondas conectados a la tierra, que

transmiten señales de radio alta velocidad en una trayectoria directa entre estaciones de

repetición espaciadas por alrededor de unas 30 millas. Las antenas se colocan por lo

general, en lo alto de los edificios, torres, colinas y cumbres montañosas.

Satélites de comunicaciones: Utilizan radio de microondas como su medio de

telecomunicación. Los satélites de comunicación de órbita alta (HEO), se colocan en

órbitas estacionarias geosíncronas aproximadamente a 22,000 millas por encima del

ecuador. Son alimentados por paneles solares y pueden transmitir señales de microondas a

una velocidad de varios de cientos millones de bits por segundo (bps). Se utilizan para la

transmisión alta de velocidad de grandes volúmenes de datos.

Sistemas celulares y de comunicación personal (PCS): Todos ellos dividen un área

geográfica en áreas pequeñas, o células, por lo general de una o varias millas cuadradas por

zona. Cada célula tiene su propio transmisor de baja potencia o dispositivo de antena de

repetición de radio para transmitir llamadas de una célula a otra.

LAN inalámbricas: Es una red de área local inalámbrica, que utiliza una o varias

tecnologías inalámbricas. Las redes LAN Inalámbricas o WLAN, encuentran aplicación en

entornos donde la movilidad de los usuarios así como, la rapidez de implementación de una

conexión, son de gran importancia.

Web inalámbrica: Los accesos inalámbricos a Internet, Intranet y Extranet.


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La comunicación inalámbrica, que se considera una rama de las

telecomunicaciones, es el tipo de comunicación en la que no se utiliza un medio de

propagación físico alguno, lo que quiere decir, que se utiliza la modulación de ondas

electromagnéticas, las cuales se propagan por el espacio sin un medio físico que comunique

cada uno de los extremos de la transmisión, los dispositivos físicos (cables y demás) sólo

están presentes en los emisores y receptores de la señal. La transferencia de información se

puede dar a distintas distancias, esta distancia puede ser muy corta, de pocos metros como

el caso del control remoto del televisor, o muy larga, de miles de kilómetros como en las

transmisiones de radio.

2.1.1 WiMAX

WiMAX proviene de la abreviatura en inglés de Worldwide Interoperability for

Microwave Access o Interoperabilidad Mundial para Acceso por Microondas.

Además es el nombre comercial de un grupo de tecnologías inalámbricas, que

emergieron de la familia de estándares WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network

o Red de Área Metropolitana Inalámbrica) IEEE 802.16. Si bien el término WiMAX sólo

tiene algunos años, el estándar 802.16 ha existido desde fines de la década de 1990,

primero con la adopción del estándar 802.16 (10-66GHz) y luego con el 802.16a (2-

11GHz) en enero de 2003. A pesar del establecimiento del estándar 802.16a, el mercado del

FWA ( fixed wireless access o acceso fijo inalámbrico) nunca terminó de despegar, aunque


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vale la pena mencionar que durante ese período toda la industria de telecomunicaciones

estuvo luchando.

Es un estándar de transmisión inalámbrica de datos, que proporciona accesos

concurrentes en áreas de hasta 50 km de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, aunque

esta afirmación es un tanto inexacta, ya que a fin de lograr este nivel de rendimiento, se

requiere una tecnología punto-punto inalámbrica fija con ubicaciones LOS (line of sight o

línea de vista) y antenas direccionales, lo cual significa que toda la energía está

esencialmente dedicada a soportar esa sola conexión, una aplicación bastante cara y poco

práctica para WiMAX en la mayoría de los escenarios.

Como se menciono antes, este se clasifica como una red inalámbrica de área

metropolitana o MAN ( Metropolitan Area Network ). Esta es una red de alta velocidad

(banda ancha) que dando cobertura en un área geográfica extensa, proporciona capacidad

de integración de múltiples servicios mediante la transmisión de datos, voz y vídeo, sobre

medios de transmisión tales como fibra óptica y par trenzado ( MAN BUCLE ). Las redes

MAN BUCLE , ofrecen velocidades que van desde los 2Mbps y los 155Mbps.

El concepto de red de área metropolitana representa una evolución del concepto de

red de área local, a un ámbito más amplio, cubriendo áreas más extensas, que no se limitan

a un ambiente urbano metropolitano, sino que pueden llegar a una cobertura nacional

mediante la interconexión de diferentes redes de área metropolitana.


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WiMAX fue creada primordialmente para la transmisión de grandes volúmenes de

datos, a mayores velocidades. Es un concepto parecido a Wi-Fi (Wireless Fidelity), pero

con mayor cobertura y velocidad de conexión. Wi-Fi, fue diseñada para ambientes internos,

como una alternativa al cableado estructurado de redes y con capacidad sin línea de vista de

muy pocos metros. WiMAX, por el contrario, fue diseñado como una solución de última

milla en redes MAN para prestar servicios a nivel comercial.

2.1.1.1 El estándar 802.16 – WiMAX

Algunas especificaciones de estándar son:

• 802.16: cubre el espectro de frecuencias de microondas milimétricas y se extiende

de los 10GHz, a los 66GHz. Específica como máximo una entrega de 124Mbps.

• 802.16a: este estándar trabaja de los 2GHz a los 11GHz, con una entrega máxima

de 75Mbps para un canal de ancho de banda de 20MHz.

• 802.16-2004 (solución inalámbrica fija): enfocado hacia los servicios fijos para el

acceso de ancho de banda de los hogares. Es diseñado para el acceso fijo que el uso

modela. Este estándar puede ser al que se refirió como "fijo inalámbrico" porque

usa una antena que se coloca en el lugar estratégico del suscriptor. La antena se

ubica generalmente en el techo de una habitación o en un mástil, parecida a una


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antena de televisión vía satélite. 802.16-2004 del IEEE también se ocupa de

instalaciones interiores, en cuyo caso no necesita ser tan robusto como al aire libre.

El 802.16-2004 utiliza Multiplexado por División de Frecuencia de Vector

Ortogonal (OFDM), para servir a múltiples usuarios en una forma de división

temporal en una especie de técnica circular, pero llevada a cabo a gran velocidad, de

modo que los usuarios tienen la sensación de que siempre están transmitiendo o

recibiendo.

• 802.16e (solución portátil/móvil): abarca a los usuarios nómadas, es una revisión

para la especificación base 802.16-2004 que apunta al mercado móvil añadiendo

portabilidad y capacidad para clientes móviles. Los adaptadores del 802.16e para

conectarse directamente al WiMAX, enlazan en red del estándar. El estándar del

802.16e usa Acceso Múltiple por División Ortogonal de Frecuencia (OFDMA), lo

cual es similar a OFDM en que divide en las subportadoras múltiples. OFDMA, sin

embargo, va un paso más allá agrupando subportadoras múltiples en subcanales.

Una sola estación cliente del suscriptor podría usar todos los subcanales dentro del

periodo de la transmisión, o los múltiples clientes podrían transmitir

simultáneamente usando cada uno una porción del número total de subcanales.

El IEEE 802.16a ha sido prácticamente olvidado, recientemente el foco de atención

fue el IEEE 802.16-2004, que también es conocido como 802.16REVd o .16-2004. El


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802.16-2004 es una mejora del estándar .16a que fue certificado en octubre de 2004. Por

otra parte, también está el IEEE 802.16e, otra variación de WiMAX que le sigue al estándar

802.16-2004, pero que es incompatible con él. Lo único que estos dos estándares

propuestos tienen en común es que emplean el mismo rango de frecuencia.

2.1.1.2 Características de WiMAX

• Mayor productividad a rangos más distantes (hasta 50 km)

• Mejor tasa de bits/segundo/HZ en distancias largas

• Sistema escalable

• Fácil adición de canales: maximiza las capacidades de las células.

• Anchos de banda flexibles que permiten usar espectros licenciados y exentos delicencia

•

Mayor cobertura

• Soporte de mallas basadas en estándares y antenas inteligentes.

• Servicios de nivel diferenciados: E1/T1 para negocios, mejor esfuerzo para usodoméstico

• Coste y riesgo de investigación

• Los equipos WiMAX-CertifiedFF (certificación de compatibilidad) permiten a los

operadores comprar dispositivos de más de un vendedor

2.1.1.3 Servicios brindados por WiMAX

• Datos

• Televisión


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• Voz

• Multimedia

• Otros

2.1.1.4 Estándares asociados con WiMAX

Se presentan algunos de los estándares que tienen compatibilidad con WiMAX:

• UMTS: abreviatura de Universal Mobile Telecommunications System, que se trata

de una tecnología móvil de tercera generación, la cual brinda información de banda

ancha a velocidad de 2Mbps.

• IEEE 802.11: se trata de las especificaciones para redes inalámbricas de ara local

(WLAN) desarrolladas por la IEEE. Especifica una interface aérea entre un cliente

inalámbrico y una estación base o entre dos clientes inalámbricos. Su rango es de

100 metros y puede lograr un máximo de 54Mbps.

2.1.1.5 Funcionamiento

WiMAX funciona manera muy similar a Wi-Fi (además su principio básico de

funcionamiento es similar al de telefonía celular), pero a mayor velocidad y con mayor

cobertura con capacidad de soportar más usuarios. Pero a diferencia de Wi-Fi, WiMAX

requiere que se elabore un plan de red además de sitios para colocar antenas de estación

base.


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El sistema se puede dividir en dos partes, la torre o estación base, de las cuales una

sola unidad puede llegar a cubrir hasta 8000 kilómetros cuadrados. Y el receptor.

Este sistema posee dos formas de proveer el servicio, con línea de vista ( line of

sight o LOS) o sin línea de vista (NLOS). En el primer caso se utiliza el rango de

frecuencias más altas (hasta los 66GHz). Además el receptor debe de estar posicionado en

dirección a la torre. Esta conexión es la más fuerte y estable, lo que permite enviar más

información. El segundo tipo de conexión es similar al Wi-Fi, se usa una pequeña antena en

la computadora que hace la conexión con la torre. En este modo se utiliza el rango de

frecuencias más bajo (hasta los 11GHz).

Figura 2.1 Funcionamiento del sistema WiMAX

2.1.2 Sistema GSM (segunda generación o 2G)


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13

El Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (Global System for Movile

Communication, GSM) es un sistema estándar para comunicación utilizando teléfonos

móviles que incorporan tecnología digital, además se trata de uno de los estándares de

comunicación más utilizado en el mundo, al igual que lo es en Costa Rica.

Por ser digital cualquier cliente de GSM puede conectarse a través de su teléfono

con su ordenador y puede hacer, enviar y recibir mensajes por e-mail, faxes, navegar por

Internet (estos donde este implementado el servicio), acceso seguro a la red informática de

una compañía (LAN/Intranet), así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de

datos, incluyendo el Servicio de Mensajes Cortos (SMS).

El sistema está basado en el uso de una tarjeta denominada SIM (Susbcriber Identity

Module) que almacena todos los datos del usuario, garantizando máxima comodidad y

flexibilidad para el usuario.

2.1.2.1 Arquitectura de la red

Una red de GSM se compone de varias entidades interrelacionadas, cada una con funciones

específicas. La arquitectura de base del sistema GSM prevé cuatro subsistemas principales,

donde cada uno contiene un cierto número de entidades funcionales que están

interconectados con el otro mediante interfaces estándar.

Las entidades más importantes de los, subsistemas principales de la red y los

elementos que lo componen son:


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• Estación móvil ( Mobile Station o MS): es el terminal de radio móvil transportado

por el abonado. Este consiste en.

Equipo móvil ( Mobile Equipment o ME): es el terminal GSM.

Modulo de identidad del suscriptor (Subcriber Identity Module o SIM): es

una pequeña tarjeta que permite identificar al abonado, que permite

identificar al abonado.

• Subsistema de la estación base ( Base Station Sub-System o BSS): se encarga del

control de la conexión radio con la estación móvil. Se compone de:

Estación base de transmisión-recepción ( Base Transceiver Station o BTS):

contiene todos los transmisores receptores que sirven a una celda.

Controlador de estación base ( Base Station Controler o BSC): gobierna los

recursos de radio para una o más BTS.

•

Subsistema del canal ( Network Sub-System o NSS): realiza la conmutación de las

llamadas entre los usuarios GSM y la red fija u otras redes de radio móviles a través

de la central móvil de conmutación (MSC es el elemento central). A la vez, a través

de cuatro bases de datos inteligentes, se ocupa de la supervisión de la movilidad de

los abonados.


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• Canal central de administración ( Network Management Center o NMC): desde el se

pueden manejar todas las operaciones en curso, además de realizar la configuración

de la red.

En la figura 2.2 se muestra un diagrama de la disposición de la red GSM, en

subsistemas.

Figura 2.2 Diagrama de la red GSM

2.1.2.2 Servicios que ofrece GSM


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Esta tecnología ofrece una gran variedad de aplicaciones y servicios, algunos de los

mismos son:

• Servicio de mensajería corta (Short Messaging Service o SMS)

• Llamada en espera

• Reenvió de llamadas

•

Identificación de llamadas

•

Restricción de identificación

• Buzón de voz

• Reconocimiento de voz

• Desvió de llamada

• Servicio de conferencia

•

Filtros de llamadas

• Vibración del móvil

• Sistema de escritura T9

• GPS

• Modem

2.1.2.3 Interfaz aérea

Es la que da el término móvil a los sistemas de telefonía celular. Esta es la que se

necesita para comunicar al MS con el BTS, se da por un enlace inalámbrico, por

radiofrecuencia.


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Un canal de radio es un medio hostil para establecer comunicaciones, por lo que

todos los esquemas y mecanismos que se utilizan para hacer posible la comunicación en el

canal se agrupan en los procedimientos de la interfaz aérea.

Con este tipo de tecnología se pueden establecer dos tipos de canales: los físicos

que son afectados por las características de la interfaz aéreas, y los lógicos, que se encargan

del control y transporte de la información.

La tecnología GSM, utiliza la tecnología de acceso TDMA (Time Division Multiple

Access o Acceso múltiple por división de tiempo), que se trata de una técnica de

multiplexación, que distribuye las unidades de información en ranuras (slots) alternas de

tiempo, proveyendo acceso múltiple a un reducido número de frecuencias. Mediante el uso

de TDMA se divide un único canal de frecuencia de radio en varias ranuras de tiempo

(ocho en GSM). A cada persona que hace una llamada se le asigna una ranura de tiempo

específica para la transmisión, lo que hace posible que varios usuarios utilicen un mismo

canal simultáneamente sin interferir entre sí.

Las dos bandas utilizadas por GSM para transmitir y recibir información son, la

banda de 890 a 915 MHz y la banda 935 a 960MHz, de 25 MHz cada una. Las bandas de

frecuencias superiores e inferiores se dividen en canales de 200KHz a los que se llaman

ARFCN ( Absolute Radio Frecuency Channel Number ). El ARFCN denota un par de

canales uplink Y downlink separados por 45MHz y cada canal es compartido al mismo

tiempo, hasta un máximo de 8 usuarios.

A la unidad fundamental de tiempo en TDMA se le llama ranura de tiempo ( time-

slot ) y su combinación con un ARFCN constituye un canal físico tanto para el uplink como


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para el downlink . En GSM, cada portadora puede manejar ocho canales con ocho time-slots

(0.557 ms) pero aunque cada portadora da servicio a ocho canales (físicos), en un instante

dado solo uno de los canales está utilizando el ancho de banda disponible.

El canal físico en GSM es de 200KHz, modulado por el esquema digital GMSK

(Gaussian Minimum Shift Keying). Este se representa por una ranura de tiempo (time slot ),

una frecuencia, un numero de canal, y otros parámetros. Cada uno de los ocho usuarios usa

el mismo ARFCN y ocupa una única ranura de tiempo por trama.

Cada ranura de tiempo tiene un tamaño de 156.25 bits y una duración de 576.92 µs,

y una trama de TDMA simple en GSM dura 4.615 ms.

Cada canal físico, se puede proyectar en canales lógicos en diferentes tiempos, ósea

que cada time-slot específico o trama, debe de estar dedicado a manipular el tráfico de

datos, o a señalizar los datos. Estos canales lógicos transmiten eficientemente los datos delusuario, aparte de proporcionar el control de la red en cada ARFCN.

Los canales lógicos de GSM, que agrupan la información a transmitir entre la

estación base y el móvil de la siguiente manera:

• Canales de trafico

Traffic Channels, TCH: albergan las llamadas en proceso que soporta la

estación base.

• Canales de control.


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Canales de difusión ( Broadcast Channels, BCH).

Canal de control broadcast ( Broadcast Control Channel, BCCH):

comunica desde la estación base al móvil la información básica y los

parámetros del sistema.

Canal de control de frecuencia (Frequency Control Channel, FCCH):

comunica al móvil (desde la BS) la frecuencia portadora de la BS.

Canal de control de sincronismo (Synchronization Control Channel,

SCCH). Informa al móvil sobre la secuencia de entrenamiento

(training) vigente en la BS, para que el móvil la incorpore a sus

ráfagas.

Canales de control dedicado ( Dedicated Control Channels, DCCH).

Canal de control asociado lento (Slow Associated Control Channel,

SACCH).

Canal de control asociado rápido (Fast Associated Control Channel,

FACCH).

Canal de control dedicado entre BS y móvil (Stand-Alone Dedicated

Control Channel, SDCCH).

Canales de control común (Common Control Channels, CCCH).


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Canal de aviso de llamadas (Paging Channel, PCH): permite a la BS

avisar al móvil de que hay una llamada entrante hacia el terminal.

Canal de acceso aleatorio ( Random Access Channel, RACH): alberga

las peticiones de acceso a la red del móvil a la BS.

Canal de reconocimiento de acceso ( Access-Grant Channel, AGCH):

procesa la aceptación, o no, de la BS de la petición de acceso delmóvil.

• Canales de Difusión Celular (Cell Broadcast Channels, CBC).

2.1.3 Sistemas de tercera generación (3G)

En la actualidad, uno de los planes de cambio en el país a corto plazo, es la

introducción de las líneas de tercera generación (3G) de telefonía celular. Con lo acontecido

recientemente, estas líneas podrían ser integradas en el primer trimestre del año 2009,

según lo tiene previsto el instituto costarricense de electricidad (ICE).

Al principio alrededor del mundo, la instalación de redes de 3G fue lenta. Esto se

debió a que los operadores requieren adquirir una licencia adicional para un espectro de

frecuencias diferente al que era utilizado por las tecnologías anteriores 2G. El primer país

en implementar una red comercial 3G a gran escala fue Japón. En la actualidad, existen

aproximadamente 164 redes comerciales en 73 países usando la tecnología WCDMA

(Wideband Code Division Multiple Access o en español Acceso múltiple por división de


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código de banda ancha). Esta es una tecnología móvil inalámbrica que aumenta las tasas de

transmisión de datos de los sistemas GSM utilizando la interfaz aérea CDMA

(multiplexación por división de código o Code Division Multiple Access) en lugar de

TDMA, y por ello ofrece velocidades más altas en dispositivos inalámbricos móviles y

portátiles.

La unión internacional para las telecomunicaciones (ITU sus siglas en ingles),

comenzó los estudios sobre la globalización de las comunicaciones personales en 1986, he

identifico los requerimientos de radioespectro a largo término, para los futuros sistemas de

3G de comunicación inalámbrica. En 1992 ITU identifico 230Mhz de la banda de 2GHz,

para implementar el sistema IMT-2000 ( International Mobile Telecommunications-2000),

que es el estándar global para las comunicaciones sin hilos de 3G. Este fue creado para

facilitar el desarrollo de los estándares para hacerlos capaces de formar una infraestructuraglobal en composición de los sistemas terrestres y satelitales.


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Figura 2.3 Asignación de frecuencia para el IMT- 2000 por el WARC - 92

Uno de los objetivos de IMT-2000 es proveer a las terminales móviles de una

cobertura mundial realizando un cambio de redes sin que sea percibido por el usuario.

Esta nueva tecnología surge de la necesidad de los operadores de comunicaciones,

de soluciones flexibles y estandarizadas, que les permitan resolver las necesidades de los

usuarios, necesidades que a su vez, son consecuencia de la evolución de los sistemas de

información, los cuales brindan cada vez más información en menor tiempo.

La tecnología de 3G busca poner al servicio del usuario servicios como: uso

eficiente del espectro, gran calidad en el servicio de voz, acceso a internet, servicios

multimedia, video llamadas, acceso remoto a distintos sistemas, etc. Los servicios

asociados con la tercera generación proporcionan la posibilidad de transferir tanto voz y


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23

datos (una llamada telefónica) y datos no-voz (como la descarga de programas, intercambio

de email, y mensajería instantánea).

2.1.3.1 Tecnología EDGE

EDGE ( Enhanced Data for Global Evolution o Datos mejorados para la evolución

global) es una tecnología de la telefonía móvil celular, que actúa como puente entre las

redes 2G y 3G. EDGE se considera una evolución del GPRS (General Packet Radio

Service). Esta tecnología funciona con redes GSM, facilitándoles la capacidad de

suministrar servicios de tercera generación basados en IP ( Internet Protocol).

Aunque EDGE funciona con cualquier GSM que tenga implementado GPRS, el

operador debe implementar las actualizaciones necesarias, además no todos los teléfonosmóviles soportan esta tecnología.

Para el caso especifico de la EDGE, la normalización definida se puede dividir en

tres aéreas, la normalización de los cambios en la capa física (definición de los esquemas de

modulación y codificación), los cambios de protocolo para ECSD y EGPRS.

Las frecuencias definidas para desarrollar y brindar los servicios de las

telecomunicaciones de la 3G se definieron en la Conferencia Mundial de

Telecomunicaciones de Radio de 1992, donde se identifico las bandas de frecuencias de

1885-2025 MHz y 2110-2200 MHz para los futuros sistemas IMT-2000, destinando las

bandas de 1980-2010 MHz y 2170-2200 MHz para la parte satelital de estos sistemas.


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Lo sobresaliente a recatar en EDGE, es la oportunidad que le da a las operadoras de

implementar servicios de tercera generación y mayor cobertura, utilizando una red de

segunda generación. Lo cual es muy conveniente ya que GSM es la principal norma a

escala mundial, tanto en número de operadoras como en usuarios.

2.2

Teoría de trafico

En telefonía o en general en telecomunicaciones se denomina ingeniería o gestión

de tráfico (teletrafico), a diferentes funciones necesarias para planificar, diseñar, proyectar,

dimensionar, desarrollar y supervisar redes de telecomunicaciones en condiciones óptimas

de acuerdo a la demanda de servicios, márgenes de beneficios de la explotación, calidad de

la prestación, entorno regulatorio y comercial.

La teoría de tráfico se define como la aplicación de la teoría de la probabilidad a la

solución de los problemas que conciernen al planeamiento, evaluación del rendimiento,

operación y mantenimiento de sistemas. De manera más general, el teletrafico puede ser

visto como una disciplina de planeamiento, donde las herramientas son tomadas de la

investigación de operaciones. Estas herramientas son independientes de la tecnología,

inclusive son aplicables para cualquier tipo de tráfico como vehicular y aéreo.

El termino teletrafico cubre toda clase de trafico de comunicaciones y

telecomunicaciones.


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Su objetivo es el de hacer el trafico mesurable en unidades medidas mediante

modelos matemáticos y derivar la relación entre grado de servicio (GoS) y capacidad del

sistema, de tal manera que la teoría sea una herramienta con la cual las inversiones sean

planeadas. También lo es el diseñar sistemas con el menor costo posible, pero cumpliendo

con un grado de servicio previamente definido, que se consigue al conocer la futura

demanda de tráfico y la capacidad de los elementos del sistema. Más allá, su tarea

especificar métodos para controlar que el grado de servicio sea el adecuado, y además

especificar acciones de contingencia en caso de sobrecarga del sistema o la ocurrencia de

una falla técnica.

Al aplicar esta teoría a la práctica, para solucionar problemas se deben de tomar

decisiones relacionadas con términos de corto y largo plazo.

La ingeniería de tráfico se basa en dos parámetros, la razón de llamadas, o el

número de veces que una trayectoria es usada por un periodo unitario y el tiempo de espera

o la duración de una trayectoria de una llamada. Es decir, el tráfico telefónico es mesurable

en tiempo (de ocupación) y depende del número de comunicaciones y su duración.

En un sistema de telecomunicaciones, las estrategias son aplicadas para dar

prioridad a los intentos de llamada, para trazar una ruta de destino.

El tráfico, en especial el telefónico, presenta una forma aleatoria, aunque se

observan ciertas tendencias estadísticas denominadas variaciones periódicas las cuales

pueden ser diarias, semanales, anuales, estacionales o accidentales.


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Figura 2.4 Comportamiento de una red telefónica mayormente utilizada durante la

mañana.

El alto tráfico contenido en las redes ocasiona el deterioro en la calidad de la

comunicación, puesto que la red se hace incapaz para atender las necesidades de los

usuarios en los momentos en que éstos lo necesiten, dando como resultado la insatisfacción

de los clientes finales en el servicio recibido.

La importancia de realizar estudios de esta naturaleza, radica en la necesidad de

buscar soluciones orientadas a disminuir el congestionamiento y colapso de estas redes,

permitiendo observar el comportamiento variable del tráfico e identificando además

aquellos elementos donde sea necesario dedicar más recursos y asegurar la mayor fluidez

posible en la transmisión y comunicación.


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2.2.1 Términos y definiciones básicas en la ingeniería de trafico

Con el objetivo de entender claramente el análisis y los resultados de un estudio de

tráfico, es necesario el conocer, al menos, una serie de definiciones básicas respectivas a la

teoría.

• Comunicación: Transferencia de información según convenios adoptados. No es

necesario que el flujo de información sea bidireccional.

• Conexión: Asociación de órganos que proporciona los medios para una

comunicación entre dos o más dispositivos pertenecientes a una red de

telecomunicaciones o acoplados a ella.

• Órgano: Cualquier conjunto de entidades física o conceptualmente identificables de

una red de telecomunicaciones, cuya utilización puede determinarse sin

ambigüedad.

• Usuario: Cualquier entidad externa a la red que utiliza conexiones que no pasan por

la red para la comunicación.

• Factor de irregularidad: Relación entre la varianza y la media de la intensidad de

tráfico.

• Intensidad de tráfico: La intensidad de tráfico instantánea en un conjunto de

órganos es el número de órganos ocupados en un instante dado.

• Erlang: Unidad de intensidad de tráfico cuyo símbolo es E. Un erlang es la

intensidad de tráfico en un conjunto de órganos, cuando sólo uno de ellos está

ocupado.


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• Llamada reducida-hora cargada (LL.R/H.C.): Es la intensidad de tráfico

correspondiente a un volumen de tráfico de 1 LL.R, cursada por un circuito durante

una hora cargada. Este equivale a 0,033 E (1 LL.R/H.C. = 0,033 E).

• Centum call seconds-hora cargada (C.C.S/H.C): Es la intensidad de tráfico de 1

C.C.S cursada por un circuito durante una hora cargada. Este equivale a 0,028 E (1

C.C.S/H.C = 0.028 E).

•

Trayectoria de trafico: Canal o banda de frecuencias, una línea, un troncal o un

circuito por el cual las comunicaciones pasan en secuencia.

• Volumen de tráfico: El volumen de tráfico en un intervalo de tiempo dado es la

integral en el tiempo de la intensidad de tráfico, a lo largo de ese intervalo. Una

unidad de volumen de tráfico es el erlang-hora (símbolo: Eh).

• Tiempo de ocupación o de retención: Tiempo transcurrido entre la toma de un

órgano y su liberación.

• Modo de operación con bloqueo: Modo de operación en el cual no se permite la

espera a los intentos de toma que no encuentren los órganos adecuados libres y

accesibles (sistemas sin colas).

• Modo de operación con espera: Modo de operación de un sistema en el cual los

intentos de toma que no encuentran los órganos adecuados libres y accesibles

pueden esperar (sistemas con colas).

• Congestión: Probabilidad de que un intento de toma de un grupo particular de

órganos no dé lugar a una toma inmediata.


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• Tiempo de espera o de cola: En el modo de operación con espera, intervalo de

tiempo transcurrido entre el intento de toma de un órgano y su toma.

• Relación respuesta/toma, tasa de compleción o tasa de eficacia: Relación entre

el número de intentos de llamada completados y el número total de intentos de

llamada, en un punto determinado de una red.

• Circuito: Medio de transmisión que permite la comunicación entre dos puntos.

•

Grado de servicio (GoS): Conjunto de variables de ingeniería de tráfico utilizadas

para tener una medida de la aptitud de un grupo de órganos en condiciones

especificadas; estas variables del grado de servicio pueden expresarse como la

probabilidad de pérdida, la demora del tono de invitación a marcar, etc.

• Variable de la calidad de servicio: Cualquier variable de la calidad de

funcionamiento (como la congestión, el retardo, etc.) que es percibidle por un

usuario.

• Bloqueo interno: Probabilidad de que no pueda efectuarse la conexión entre un

punto dado de una red y cualquier órgano apropiado en reposo de un conjunto

externo de órganos, debido a congestión de llamadas en la parte de la red en

cuestión.

•

Bloqueo externo: Probabilidad de que no pueda efectuarse una conexión entre un

punto dado de una red y cualquier órgano apropiado de un conjunto externo de

órganos debido a congestión de llamadas en el conjunto de órganos.


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30

• Hora cargada (pico): Periodo continúo de una hora de duración comprendida

enteramente en el intervalo de tiempo en cuestión, en que el volumen de tráfico o el

número de intentos de llamada son máximos.

• Tráfico medio de las horas pico: Tráfico medio de las horas cargadas de varios

días. Habitualmente no guarda relación con la misma hora de cada día.

• Hora cargada media repetitiva o sistemática: Periodo de una hora de duración

que comienza a la misma hora todos los días y para el cual el volumen medio del

tráfico del grupo de órganos en cuestión es máximo en los días de observación.

• Tráfico cursado: Tráfico atendido por un grupo de órganos.

• Tráfico ofrecido: Tráfico que podría cursar un conjunto de órganos infinitamente

grande.

•

Tráfico eficaz: Tráfico correspondiente únicamente al tiempo de conversación delos intentos de llamada completados.

• Tráfico de desbordamiento: La parte del tráfico ofrecida a un conjunto de órganos

que no es cursada por dicho conjunto de órganos.

• Tráfico bloqueado: La parte del tráfico de desbordamiento que no es cursada por

conjuntos subsiguientes de órganos.

• Tráfico perdido o abandonado: La parte de tráfico bloqueado que no da como

resultado reintentos de llamada.

• Tráfico suprimido: Tráfico que es retirado por los usuarios que prevén una calidad

de servicio mediocre.


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• Relación de tráfico: Tráfico entre un origen dado y un destino determinado.

• Matriz de tráfico: Presentación estructurada del tráfico entre cierto número de

orígenes y destinos.

• Tráfico interno: Tráfico con origen y destino pertenecientes a la red considerada.

• Tráfico entrante: Tráfico que entra a la red considerada desde su exterior, con

independencia de su destino.

•

Tráfico saliente: Tráfico que, con independencia de su origen, sale de la red

considerada con destino a dicha red.

• Ruta: Uno o más haces de circuitos que proporcionan una conexión entre centros

de conmutación.

• Transferencia: En los sistemas móviles celulares, cambio, ordenado por el sistema,

de la asociación imperante entre una conexión establecida y un canal en el segmentoradioeléctrico abarcado por una célula. El cambio puede tener como consecuencia

una asociación entre la conexión y un nuevo canal, ya sea en la misma célula o en

una célula distinta. Puede enviarse una “petición” de transferencia a causa de una

calidad de transmisión deteriorada del canal, determinada sobre la base de un

criterio de calidad (intensidad de la señal, relación portadora/interferencia, etc.), un

proceso de medición de la calidad, y un algoritmo de decisión para determinar

cuándo se deja de satisfacer el objetivo de calidad. Una petición de transferencia

inicia un procedimiento de selección de un nuevo canal.


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• línea de entrada: es la línea por la cual se conduce la demanda de comunicaciones

hacia la red de conmutación.

• línea de salida: es la línea que recibe y retransmite la demanda de comunicaciones.

• ocupación realizada: utilización efectiva de una línea de salida.

• ocupación perdida u ocupación de desbordamiento: demanda de comunicación

rechazada.

•

ocupación en espera o demorada: demanda de comunicación no realizada

inmediatamente.

• intensidad de tráfico rechazado: diferencia entre la oferta y la carga.

• tráfico de desbordamiento: demanda que tiene la posibilidad de enviar las

ocupaciones rechazadas a otro grupo de líneas (grupo de desbordamiento).

• tráfico perdido o rechazado: cuando no existe esta posibilidad de enviar las

ocupaciones rechazadas a otro grupo de líneas.

2.2.2 Modelado de los sistemas de telecomunicaciones

Para el análisis de un sistema de telecomunicaciones, debe de crearse un modelo

que describa el todo o una parte del sistema. Este proceso requiere tanto de conocimientos

técnicos, como el de las herramientas matemáticas y la implementación del modelo en

computadora.


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33

Figura 2.5 los sistemas de telecomunicaciones son sistemas hombre/maquina.

Estos modelos contienen tres elementos principales: la estructura del sistema, la

estrategia operacional y las propiedades estáticas del tráfico.

2.2.2.1

La estructura del sistema

Esta parte está técnicamente determinada y es posible obtener cualquier de

precisión en la descripción a nivel de componentes. Los aspectos de confiabilidad son

estocásticos y serán considerados como trafico de alta prioridad. La estructura del sistema

está dada por el sistema lógico o físico, que normalmente está presente en los manuales.

Por ejemplo en un sistema de tráfico de carreteras, los caminos, las señales, las rotondas,

etc. hacen la estructura.

2.2.2.2 La estrategia operacional


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Cualquier sistema físico dado puede ser utilizado de diferentes maneras, esto para

adaptar el sistema de tráfico a la demanda.

En un sistema de telecomunicaciones, las estrategias son aplicadas para poder dar

prioridad a los intentos de llamadas y para dirigir el tráfico hasta su destino. Los

intercambios telefónicos en programas SPC (Stored Program Control), las tareas

asignadas, al procesador central, son divididas en clases con distintas prioridades. La mayor

prioridad es para las llamadas aceptadas que son seguidas por nuevos intentos de llamada,

mientras que el control rutinario del equipo rutinario de equipo tiene una prioridad menor.

Los sistemas telefónicos más clásicos utilizaban lógica alambrada para introducir

estrategias, pero en los sistemas modernos se utiliza el software, facilitando la flexibilidad y

dando la opción de planear estrategias más adaptables.

2.2.2.3

Propiedades estáticas del trafico

Las demandas de los usuarios son modeladas a través de las propiedades estáticas

del tráfico. Solo a través de la medición en sistemas reales, es posible validar que el

modelado teórico es correcto. Este proceso debe ser necesariamente de una naturaleza

iterativa. Un modelo matemático se construye desde un completo conocimiento del tráfico.

Entonces se derivan las propiedades del modelo, y son comparadas con las mediciones

realizadas del sistema real, y si no concuerdan se debe llevar a cabo otra iteración.


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Figura 2.6 Proceso para la realización de un modelo.

2.2.3

ModelosLos requerimientos generales para un modelo son:

• Debe de ser posible verificar su veracidad sin mayores dificultades y debe

ser posible determinar los parámetros del modelo de los datos observables.

• Debe ser factible aplicar el modelo para el dimensionado práctico.

Lo que se busca es una descripción, por ejemplo de las variaciones observadas en

el número de las llamadas establecidas en curso en un intercambio de teléfono, estas varían

incesantemente debido a las llamadas que son establecidas y terminadas. Aun cuando los

hábitos comunes de suscriptores, implican que las variaciones diarias siguen un patrón


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36

fiable, es imposible predecir intentos de llamadas individuales. En la descripción, es por lo

tanto necesario utilizar métodos estadísticos. Se dice que los intentos de llamada ocurren

según un proceso estocástico, y el tiempo entre intentos de llamadas, es descrito por esas

distribuciones de la probabilidad que caractericen el proceso estocástico.

Una alternativa a un modelo matemático es un modelo de la simulación o un

prototipo. En un modelo de simulación de computadora es común utilizar datos recogidos

directamente o utilizar datos artificiales de distribuciones estadísticas. Es, sin embargo,

exigente trabajar con la simulación, ya que este no es general. Por eso cada caso individual

debe ser simulado. El desarrollo de un prototipo físico consume aún más tiempo y recursos

que un modelo de la simulación.

En general los modelos matemáticos por lo tanto se prefieren pero es a menudo

necesario aplicar la simulación para desarrollar el modelo matemático. Los prototipos se

desarrollan para las últimas pruebas.

2.2.4 Sistemas de telefonía celular

Para efectos de esta investigación, es importante el estudio de este tipo de sistemas.

El espectro electromagnético de frecuencias, se divide en bandas que se reservan

para distintos propósitos. Para las comunicaciones móviles un subconjunto de estas bandas

es reservado. Cada banda corresponde a un número limitado de canales de radio telefónico,

es aquí donde se encuentra el recurso limitado para los sistemas de comunicación móviles.


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La utilización óptima de este recurso es un punto principal en la tecnología celular, que a su

vez incluye el manejo eficiente del tráfico.

Al tratar de suplir cierta área con telefonía móvil, un número conveniente de

estaciones base (o radio bases) deben de ser puestas en marcha en esa área, estas estaciones

se tratan de antenas (transmisión/recepción) o un acoplamiento de radio a un intercambio

de teléfono móvil, que son parte del sistema telefónico tradicional. Un intercambio de

teléfono móvil es común a todas las estaciones bajas en un área de tráfico dada.

Las ondas de radio se humedecen cuando se propagan en la atmósfera y por eso una

estación base solo puede cubrir un área geográfica limitada, a la que se le llama célula

(cell). Transmitiendo las ondas de radio a la energía adecuada, es posible adaptar el área de

la cobertura de tal manera que todas las estaciones base cubran exactamente el área de

tráfico prevista sin demasiado el traslape entre las estaciones vecinas. No es posible utilizar

la misma radiofrecuencia en dos estaciones base vecinas, pero en dos estaciones base que

no compartan una frontera común si se puede utilizar la misma frecuencia, de tal modo que

los canales pueden ser reutilizados.


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El canal del control es un canal usado por la estación base para el control. Los

canales restantes son canales para el usuario.

Un subscriptor es libre de moverse libremente dentro de su propia área de tráfico.

Cuando está realizando una llamada y este se aleja de la estación base, es detectado por el

MTX ( Mobile Telephone Exchange o intercambio de teléfono móvil) que constantemente

monitorean la señal, y este mueve la llamada a otra estación base y a otro canal mejor. A

esta operación se le llama “handover o handoff ”, esto por supuesto requiere la existencia de

un canal ocioso de tráfico en la nueva célula. Ya que es incorrecto interrumpir una llamada

existente, a las llamadas en handover se les dan mayores prioridades que a las nuevas

llamadas. Esta estrategia se puede poner en ejecución reservando uno o dos canales ociosos

para entrega llamadas.

Los sistemas de comunicación basada en los satélites también se están planeando,

en los cuales los satélites corresponden a una estación base. El primero de estos sistemas,

Iridium, consistió en 66 satélites, tal que más de un satélite estuviera siempre disponible en

cualquier localización dada dentro del área del sistema. Los satélites tienen órbitas

solamente algunos cientos kilómetros sobre la tierra.

2.2.5

Encaminamiento de trafico

Debido a la jerarquía en las redes, el camino para conectar a dos abonados entre sí

puede no ser único. Por tanto pueden aparecer varias rutas alternativas u opciones a la ruta

final.


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Esto supone que es más difícil que una llamada se pierda por no existir caminos

libres, pero supone la necesidad de tomar decisiones sobre el encaminamiento de la

llamada, ya que se debe elegir un camino entre todos los que están libres.

La decisión del encaminamiento se toma en cada una de las centrales implicadas en

la llamada. Cada central toma la decisión del encaminamiento teniendo en cuenta el destino

final de la llamada, y según uno y solo uno de los siguientes criterios de encaminamiento.

Criterio 1: Si entre la central donde se decide el encaminamiento y la central de

destino final de la llamada existe una sección directa, se encaminara el trafico por esta

como primera opción. Aquellas llamadas que no puedan ser cursadas por esta sección

directa (trafico de desbordamiento), lo harán por sección final correspondiente.

Criterio 2: Solo se aplica si no puede usarse el primer criterio. Si existe una sección

directa entre la central donde se decide el encaminamiento y una central que sea, por red

jerárquica, de rango superior a la central de destino final de la llamada, se cursara por esta,

y el tráfico de desbordamiento se cursara por la sección final correspondiente. Si existen

varias secciones directas que cumplan esta condición, se hará por la más corta. El trafico

que una sección directa no pueda cursar, nunca se cursara por otra sección directa, sino por

sección final.

Criterio 3: Solo se aplicara cuando no pueden aplicarse ni el primer ni el segundo

criterio. Se encamina el tráfico como única opción por la sección final correspondiente. El

tráfico que dicha sección final no pueda cursar, no podrá encaminarse y constituirá lo que

se denomina tráfico perdido.

Sobre estos criterios deben resaltarse los siguientes puntos:


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• El encaminamiento se hace desde el abonado A al abonado B, haciendo los tránsitos

necesarios en las centrales intermedias.

• Cada central tomo uno y solo uno de los criterios anteriores. Si no puede tomar el

primero tomara el segundo, y si no puede tomara el tercero

• Cuando se aplique el primer o segundo criterio, tendrá que estudiarse por separado

cada uno de los caminos que se obtienen como opción.

•

La alternativa a una sección directa nunca es otra sección directa.

• Las centrales que toman decisiones de encaminamiento dependen del origen y

destino de la llamada, y de las decisiones de encaminamiento previas.

• Se tomaran con preferencia las secciones directas por los que los encaminamientos

sean más cortos.

Para entender de manera más clara este concepto, se presenta un ejemplo acontinuación:

Figura 2.8 Diagrama ejemplo para de enrutamiento de tráfico.


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Si se debe encaminar una llamada desde N a P en la red de la figura 2.8, la ruta cambiaria

dependiendo del criterio utilizado:

• 1ª alternativa: N-H-P

• 2ª alternativa: N-H-D-I-P

• 3ª alternativa: N-H-D-A-E-I-P

•

RUTA FINAL : N-H-D-A-B-E-I-P

2.2.6

Teoría de trafico de A.K. Erlang

Agner Krarup Erlang fue un matemático, estadístico, e ingeniero Danés, quien

inventó los campos de ingeniería de tráfico y teoría de colas. Erlang desarrolló su teoría del

tráfico telefónico a través de varios años. Entre sus publicaciones más importantes sobre la

materia, se encuentran: “La teoría de las probabilidades y las conversaciones telefónicas”(1909,) la cual demostró que la Distribución de Poisson se aplica para tráfico telefónico

aleatorio. Y “Solución de algunos problemas en la teoría de probabilidades de importancia

en centrales telefónicas automáticas” (1917), el cual contiene su fórmula clásica para el

cálculo de pérdidas y tiempos de espera.

Para hacer la medición del tráfico en una red, se pueden utilizar los modelos

desarrollados por Erlang. Algunos de los principales son:

• Erlang-B: es el más común. Con él se puede calcular el número de líneas

requeridas si la figura de tráfico (en Erlangs) durante la hora ocupada es

conocida. Se asume que las llamadas bloqueadas son eliminadas.


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• Erlang-B extendido: es muy parecido al anterior, pero en este se sume que

un porcentaje de llamadas son reintentadas inmediatamente al sistema en

caso de encontrarse bloqueado.

• Erlang-C: en este modelo se asume que todas las llamadas bloqueadas

esperan hasta que puedan ser tratadas.

Dependiendo del sistema de telecomunicaciones, el modelo de tráfico se puede

emplear si se asume que las llamadas arriban al azar al grupo de líneas telefónicas, la

duración de las llamadas son de longitud fija o distribuida exponencialmente y si las

llamadas son bloqueadas no son reintentadas inmediatamente.

Básicamente existen cuatro criterios para la práctica de dimensionamiento de un

grupo de salida:

• Si los equipos de conmutación trabajan como sistema de pérdida o como sistema de

espera.

• La accesibilidad y la clase de mezcla como características de la red de conmutación.

• La clase de tráfico, definido a partir de sus propiedades estadísticas.

• La calidad de tráfico requerida. Incluyendo volumen de la pérdida o indicaciones

sobre datos de espera.

La hora cargada se entiende, como aquellos sesenta minutos del día en los que a

través de varios días hábiles el promedio de la intensidad de tráfico alcanza su máximo. En

la práctica, dicha hora se divide en cuatro cuartos de hora completos y consecutivos.


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En la práctica, se suele considerar un tráfico generado por un número infinito de

fuentes de tráfico y ofrecido por un número infinito de líneas de entrada. Generalmente el

número de líneas de entrada es mucho mayor que el número de líneas de salida. Los datos

de dimensionamiento calculados bajo estas condiciones dan siempre resultados tendientes a

mayor seguridad, o sea, dan una probabilidad de bloqueo un poco mayor o una oferta

admisible algo menor que las condiciones reales.

Tiene importancia particular en las tareas de prácticas de dimensionado los tiempos

de ocupación distribuidos de forma exponencial. Esta forma de la distribución es de

suponer en todos los casos en que la duración de las ocupaciones queda determinada por el

comportamiento de los abonados, como en el caso de los equipos situados en las vías

telefónicas. Solamente para los sistemas de espera se añaden también datos para tiempos de

ocupación constantes.


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CAPÍTULO 3: Modelos de trafico para sistemas inalámbricosLa tarea inicial de la ingeniería de tráfico es caracterizar la demanda de tráfico y

especificar los objetivos del GoS (o rendimiento). Los resultados de estas dos tareas son

tomados para dimensionar los recursos de la red y para establecer controles de tráfico

apropiados. Y como en la mayoría de los procesos en ingeniería, para llevar a cabo

cualquier tipo de análisis o estudio en un sistema de telecomunicaciones, se debe crear un

modelo que describa al sistema en su totalidad o a la sección de interés. Modelar el sistema

es fundamental y requiere conocer los sistemas técnicos, las herramientas matemáticas y la

implementación del modelo en computadora. En general, un buen modelo debe ser posible

de verificar sin mayor dificultad y a partir de los datos observados debe ser posible

determinar los parámetros del modelo.

Es por esto que en esta sección se especificaran algunos de los modelos utilizados

en el análisis de tráfico de los sistemas inalámbricos que son tema de esta investigación

(WiMAX, GSM y 3G). Antes de entrar en la teoría de los modelos, se considera necesario

dar una breve explicación de sus bases, tanto conceptuales como matemáticas.

Además debido a lo extenso que resulta la explicación de un modelo, se limitara en

esta sección a explicar los dos modelos más utilizados (Erlang B y C), también un modelo

para tráfico de datos en telefonía celular y un modelo para tráfico en WiMAX.

3.1 Generalidades

3.1.1 Intensidad de trafico

Ingenieria de Trafico Celular o Wimax

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