Planificación de red WiMAX mediante Atoll
4.- Planificación de red WiMAX mediante Atoll.4.1.- Introducción.        El objetivo de este Proyecto es el dimensionamien...
2. Campus Cartuja.   Situado entre la avenida de los Descubrimientos y la calle Américo Vespucio. Está   formado por la Es...
Figura 3: Campus Ramón y Cajal.4. Campus Central.   En este Campus se encuentra actualmente la sede del Rectorado de la Un...
5. Campus Macarena.   Llamado así por estar ubicado en el famoso barrio la Macarena de Sevilla. En él se   concentran toda...
Figura 6: Facultad de Ciencias de la Educación.7. Facultad de Ciencias del Trabajo.   Situada en la calle Madre de Dios, c...
9. Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas.    Situada en la Carretera de Utrera junto a la Universidad Pablo ...
Figura 10: Plano de situación de los centros.        Como se puede observar en el plano de situación, los diferentes punto...
4.2.- Herramienta de Planificación.         Para llevar a cabo el proceso de diseño de la red haremos uso de la herramient...
Las principales características de Atoll son las siguientes:   -   Propiedades avanzadas en el diseño de redes: herramient...
4.3.- Modelado de red WiMAX.         Para poder llevar a cabo la planificación de la red propuesta mediante la herramienta...
El mapa clutter es un mapa que describe los usos del terreno, a cada tipo de terreno sele asigna un color. La información ...
Figura 13: Mapa Ortho.       Por último, el mapa vectors identifica carreteras, ríos, líneas de ferrocarril, entre otros.E...
Una vez importados los mapas, teniendo en cuenta que las capas de los distintosmapas se superponen entre sí, los colocamos...
Figura 16: Modificar coordenadas de las Hot Spot.        Para ubicar correctamente cada uno de los centros, accedemos a la...
Coordenadas UTM                                  Coordenadas UTM      Centro                                            Ce...
Figura 18: Centros que conforman la Universidad de Sevilla.4.3.2.- Parámetros de diseño.         En este apartado se confi...
Figura 19: Parámetros WiMAX utilizados.1. Servicios: Los servicios que se van a ofrecer son únicamente tres: FTP Download,...
El servicio FTP utilizará una calidad de servicio del tipo Best Effort, en la que no se   garantiza un nivel mínimo de tas...
Terminal Móvil                    Mínima      Máxima                       Ganancia                                       ...
-   No se tendrá en cuenta la movilidad fija (0 km/h), debido a que ésta se puede       considerar como un caso particular...
4.3.3.- Plantilla de transmisores.        El siguiente paso en el diseño de la red será ir incorporando las diferentes est...
Figura 21: Ventana de definición de las características de la banda de frecuencias.      Como se puede observar se ha defi...
A continuación, añadimos (Add) una copia de una de las plantillas existentes en Atoll yla modificamos para adaptarla a nue...
Figura 24: Parámetros de configuración de la plantilla Campus.        Como se puede observar, la potencia que se ha config...
Ubicación              Nombre             X                    Y         Campus Central             Site0          235.194...
Figura 25: Estaciones base instaladas en cada zona de interés.       Para finalizar, resaltar que se ha hecho uso de la re...
Mechanical Potencia                                        Altura Azimuth                           Canal Ubicación       ...
4.4.- Estudios de Cobertura.         Una vez definidos los elementos y parámetros que definen nuestra estructura de redpas...
Cada modelo de propagación definido en Atoll es adecuado para determinadascondiciones, frecuencias y tecnologías. En la si...
Figura 27: Configuración del modelo de propagación a utilizar.4.4.2.- Estudios de cobertura por nivel de señal.       En e...
Figura 28: Creación de un estudio de cobertura por nivel de señal.        A continuación nos aparecerá una ventana como la...
estudio. A continuación, pulsamos con el botón derecho sobre el estudio que hemos creado yseleccionamos la opción Calculat...
Figura 31: Estudio de cobertura por nivel de señal para los centros de la US.        En la siguiente figura se mostrará qu...
Figura 32: Cobertura para un nivel de señal de -85 dBm.                                                          - 34 -
Para poder observar con mayor claridad los resultados obtenidos, vamos a ayudarnosde los informes que nos genera Atoll. A ...
Campus Central                    Superficie total: 0,0473 km2        Nivel de señal           Superficie (km2)   Porcenta...
Facultad de Medicina                    Superficie total: 0,0605 km2        Nivel de señal           Superficie (km2)   Po...
Escuela Técnica Superior de Ingenieros                   Superficie total: 0,0619 km2        Nivel de señal           Supe...
Facultad de Ciencias del Trabajo                                Superficie total: 0,0121 km2                    Nivel de s...
geográfica a la que le dará servicio cada uno de los sectores de todas las estaciones basedistribuidas.       Para determi...
Figura 35: Estudio de cobertura por transmisor para los centros de la US.        Una primera impresión que podemos extraer...
Campus Central             Superficie total: 0,0473 km2Transmisor          Superficie (km2)       Porcentaje (%) Site0_1  ...
Escuela Politécnica             Superficie total: 0,0126 km2Transmisor          Superficie (km2)    Porcentaje (%) Site14_...
Facultad de Bellas Artes                        Superficie total: 0,0028 km2           Transmisor          Superficie (km2...
4.5.- Simulaciones.        Es en este apartado donde se va a estudiar el comportamiento de nuestra red WiMAXante simulacio...
Figura 36: Creación de mapas de tráfico.         Una vez creado el mapa, aparece una barra de herramientas (Environment Ma...
Figura 38: Creación de simulaciones.         En la pestaña Source Traffic seleccionamos los mapas de tráfico que queremos ...
Una vez explicado esto, pasaremos a estudiar la capacidad de nuestra red. Para ello,como dijimos anteriormente, primero ca...
Factor de      nº medio usuarios            nº                Centro                carga en el        conectados         ...
Artes                        Site12_2       96,79                                                     Site12_3       98,72...
se ha efectuado la simulación. Además, dentro de esa tasa de rechazo también se situarán losusuarios cuya relación señal a...
El número de alumnos que forman parte de cada uno de los Campus que se hanconsiderado son los siguientes:                 ...
Campus Ramón y Cajal                                 Centro            Nº alumnos                       Facultad de Filoso...
En los apartados siguientes se va a modelar la red para tener conectadossimultáneamente ese número de usuarios. Obviamente...
suficiente. Por tanto, deberemos instalar nuevos transmisores en aquellos emplazamientos enlos que sea necesario, y en los...
5. planificaciã³n de red wi max mediante atoll
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  1. 1. Planificación de red WiMAX mediante Atoll
  2. 2. 4.- Planificación de red WiMAX mediante Atoll.4.1.- Introducción. El objetivo de este Proyecto es el dimensionamiento y planificación de una red WiMAXmóvil para proporcionar acceso inalámbrico, a voz y datos, a los miembros de la Universidadde Sevilla. Esta red estará formada por una serie de puntos de acceso (Estaciones Base)situados en cada uno de los centros y Campus que forman la Universidad de Sevilla. De estaforma, se pretende que los miembros de la comunidad universitaria puedan tener accesomóvil de banda ancha, tanto desde el interior de los edificios como desde el exterior (zonas deesparcimiento tales como parques anexos, etc.), siempre y cuando se encuentren dentro delárea de cobertura de cada uno de los puntos de acceso que forman la red. Los centros y Campus que se han considerado para formar parte de la red de accesoson: 1. Campus de Reina Mercedes. Este Campus se encuentra localizado en la Avenida de Reina Mercedes, la cual le otorga su nombre. Es el más grande de la Universidad y en él se ubican hasta ocho Facultades y Escuelas Técnicas, por lo que también es el Campus que concentra más alumnos y docentes de toda la institución. Los centros a los que se dará servicio con esta red de comunicaciones serán las Facultades de Biología, Farmacia, Física, Matemáticas y Química, las Escuelas Técnicas Superiores de Ingeniería Informática y de Arquitectura, y la Escuela Universitaria de Arquitectura Técnica. Figura 1: Campus de Reina Mercedes. -1-
  3. 3. 2. Campus Cartuja. Situado entre la avenida de los Descubrimientos y la calle Américo Vespucio. Está formado por la Escuela Técnica Superior de Ingenieros y la Facultad de Comunicación. Figura 2: Escuela Superior de Ingenieros y Facultad de Comunicación.3. Campus de Ramón y Cajal. Se encuentra localizado entre la avenida que le presta su nombre (Avenida Ramón y Cajal) y la calle Camilo José Cela. Está formado por las Facultades de Filosofía, Psicología, de Ciencias Económicas y Empresariales, y por la Escuela Universitaria de Estudios Empresariales. -2-
  4. 4. Figura 3: Campus Ramón y Cajal.4. Campus Central. En este Campus se encuentra actualmente la sede del Rectorado de la Universidad de Sevilla. Este edificio se localiza entre la céntrica calle San Fernando y la Avenida del Cid. En la actualidad, se imparten las Licenciaturas de Derecho, Filología y Geografía e Historia. Figura 4: Edificio Central de la US. -3-
  5. 5. 5. Campus Macarena. Llamado así por estar ubicado en el famoso barrio la Macarena de Sevilla. En él se concentran todas las enseñanzas sanitarias que se imparten en Centros Propios de la Universidad de Sevilla. Este Campus está compuesto por la Facultad de Medicina y la Escuela de Ciencias de la Salud. Junto a estos edificios se localizan el Hospital Universitario Virgen Macarena y el Instituto de Medicina Legal y Ciencias Forenses. Figura 5: Facultad de Medicina y Facultad de Odontología.6. Facultad de Ciencias de la Educación. Ubicada en la avenida de Ciudad Jardín. -4-
  6. 6. Figura 6: Facultad de Ciencias de la Educación.7. Facultad de Ciencias del Trabajo. Situada en la calle Madre de Dios, cercana a la Facultad de Bellas Artes.8. Facultad de Bellas Artes. Se encuentra ubicada en el centro de la ciudad, en la calle Laraña. Figura 7: Facultad de Bellas Artes y Facultad de Ciencias del Trabajo. -5-
  7. 7. 9. Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas. Situada en la Carretera de Utrera junto a la Universidad Pablo de Olavide, se encuentra a unos 6 kilómetros del Edificio Central de la Universidad. Figura 8: Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas.10. Escuela Universitaria Politécnica. Situada en la calle Virgen de África en el barrio de los remedios. Figura 9: Escuela Universitaria Politécnica. -6-
  8. 8. Figura 10: Plano de situación de los centros. Como se puede observar en el plano de situación, los diferentes puntos de accesoestarán ubicados en posiciones no anexas, de tal forma que el área de cobertura no seráuniforme en toda la ciudad de Sevilla (debido a la limitación de potencia y a la distancia entrepuntos de acceso). Así, existirán zonas en las que no será posible la conexión a la red WiMAXplanteada. Como consecuencia, se tiene que no será posible el traspaso de usuario de unaestación base a otra en todo el territorio, no es posible el handover, por lo que no existirácontinuidad. Este hecho, nos llevará a tomar ciertas consideraciones más adelante. -7-
  9. 9. 4.2.- Herramienta de Planificación. Para llevar a cabo el proceso de diseño de la red haremos uso de la herramienta deplanificación y simulación Atoll. El entorno de desarrollo de Atoll nos provee un conjunto deherramientas y una serie de características que nos permitirán definir, desarrollar y optimizarnuestra red. Atoll se presenta como un entorno de planificación radio basado en ventanas, fácil deusar, que da soporte a operadores de telecomunicaciones inalámbricas durante todo el tiempode vida de la red. Desde el diseño inicial, hasta la fase de optimización y durante las distintasampliaciones. Más que una herramienta de ingeniería, Atoll es un sistema de información técnicoabierto, escalable y flexible que puede integrarse fácilmente en otros sistemas detelecomunicaciones, aumentando la productividad y reduciendo los tiempos de desarrollo. Atoll está formado por un módulo principal, al que se le pueden ir añadiendo módulosde las diferentes tecnologías inalámbricas que posee. En cada plantilla se proporciona unaestructura de datos adecuada a la tecnología en la que se basa. Las diferentes tecnologías que Atoll tiene disponibles, dependiendo de la configuracióninstalada en el equipo, son: - GSM/GPRS/EGPRS: Esta plantilla se utiliza para modelar y planificar tecnologías de segunda generación (2G), basadas en TDMA. - CDMA2000: Esta plantilla se utiliza para modelar tecnologías de tercera generación (3G) basadas en CDMA2000 (evolución de CDMA). - IS-95 cdmaOne: Esta plantilla se utiliza para modelar sistemas 2G basados en CDMA. - Microwave Radio Links: Permite modelar enlaces radio, como parte de una red de telecomunicaciones, para cualquier plantilla. - UMTS HSPA: UMTS, HSDPA y HSUPA (estos últimos conocidos como HSPA) son sistemas de 3G que se basan en la tecnología WCDMA. Esta plantilla se utiliza para este tipo de sistemas, puesto que WCDMA y CDMA son incompatibles (a pesar de ser tecnologías similares). - WiMAX: Esta plantilla ha sido desarrollada en cooperación con los proveedores de equipos WiMAX. Actualmente, Atoll soporta los estándares IEEE 802.16d y 802.16e. Por tanto, mediante Atoll poseemos una gran variedad de tecnologías disponibles aplanificar. En concreto, gracias al módulo WiMAX que nos proporciona esta herramienta,podremos planificar y diseñar redes WiMAX para usuarios fijos, así como también parausuarios móviles. -8-
  10. 10. Las principales características de Atoll son las siguientes: - Propiedades avanzadas en el diseño de redes: herramienta de cálculo de propagaciones de altas prestaciones, soporta redes multicapas y jerárquicas, modelado de tráfico, planificación automática de frecuencias y códigos y optimización de red. - Arquitectura abierta y flexible: soporta entornos multiusuario gracias a una arquitectura de bases de datos innovadora, que permite compartir datos, gestionar la integridad de dichos datos y una sencilla integración con otros sistemas de telecomunicaciones. - Cálculos distribuidos y paralelos: Atoll permite el reparto de cómputos de tareas entre distintas estaciones de trabajo y soporta cálculos en paralelo en servidores multiprocesador, reduciendo significativamente los tiempos de simulación y de predicción, sacando el máximo partido del hardware disponible. - GIS de última generación: Atoll soporta datos geográficos multi-formato y multi- resolución y la integración con herramientas GIS. Permite cargar complejas bases de datos con información geográfica y mostrarlas de manera interactiva con múltiples capas. Mediante la utilización de esta herramienta de planificación podremos disponer debases de datos topográficas de gran resolución y acceder a ellos para obtener perfiles delterreno y datos que se utilizarán para realizar los cálculos de propagación. Nos permitiráemplear métodos de predicción de la propagación radioeléctrica más elaborados y concálculos mucho más laboriosos. Además, nos facilitará la planificación al poder comparardistintas posibilidades de configuración de red (variar emplazamientos, potencias,orientaciones antenas, etc.), simplificando el proceso de optimización. -9-
  11. 11. 4.3.- Modelado de red WiMAX. Para poder llevar a cabo la planificación de la red propuesta mediante la herramientaAtoll necesitamos definir unos parámetros de entrada, tales como mapas y parámetros dediseño que van a caracterizar a la red. A continuación, se detallarán los pasos a seguir para lacreación de un nuevo proyecto y la incorporación de los distintos mapas necesarios para laplanificación. Posteriormente, se describirán los parámetros necesarios para modelar losusuarios, servicios, terminales, entornos que existirán en nuestra red.4.3.1.- Creación de proyecto e importación de mapas. Comenzaremos creando un proyecto de tipo WiMAX móvil, para ello, seleccionamos laplantilla WiMAX 802.16e (File > New). Lo siguiente será incorporar los distintos mapas correspondientes a la zona de estudio,que en este caso se trata de la ciudad de Sevilla. Para ello, tendremos que ir importando (File >Import) los distintos archivos índice (index) de las distintas carpetas en las que se encuentranagrupados los mapas: Heights, Clutter, Ortho y Vector. El mapa heights es un mapa de altimetría y contiene información topográfica delrelieve de la zona de trabajo. En la siguiente figura se muestra el mapa de altimetría utilizado. Figura 11: Mapa Heights utilizado. - 10 -
  12. 12. El mapa clutter es un mapa que describe los usos del terreno, a cada tipo de terreno sele asigna un color. La información contenida en este mapa es la que se utiliza para los cálculosde cobertura y de propagación. El mapa clutter correspondiente a la ciudad de Sevilla es el quese muestra en la figura. Figura 12: Mapa Clutter. El mapa ortho es simplemente una foto aérea de la ciudad. Se muestra en la figura. - 11 -
  13. 13. Figura 13: Mapa Ortho. Por último, el mapa vectors identifica carreteras, ríos, líneas de ferrocarril, entre otros.El mapa vectors utilizado es el que aparece a continuación. Figura 14: Mapa Vectors. - 12 -
  14. 14. Una vez importados los mapas, teniendo en cuenta que las capas de los distintosmapas se superponen entre sí, los colocamos para una correcta visualización de las capasortho y vectors (que son en los que nos basaremos). Figura 15: Superposición de los distintos mapas para una correcta visualización. A continuación, procederemos a identificar y situar en el mapa los diferentes centrosque formarán parte de la red WiMAX de la Universidad de Sevilla. Iremos creando tantas zonasHot Spot como centros. Para crear los Hot Spot seleccionamos la pestaña Geo de la ventanaExplorer, expandimos la carpeta Zones y vamos creando las diferentes zonas. - 13 -
  15. 15. Figura 16: Modificar coordenadas de las Hot Spot. Para ubicar correctamente cada uno de los centros, accedemos a las coordenadas de lazona dibujada situando el ratón sobre uno de los vértices, pulsamos botón derecho yseleccionamos Properties. Figura 17: Ventana de coordenadas de las Hot Spot. En la tabla siguiente se indican las coordenadas introducidas para definir cada una delas zonas de interés de nuestra red. - 14 -
  16. 16. Coordenadas UTM Coordenadas UTM Centro Centro X Y X Y 235.331 4.141.426 235.476 4.144.376 235.114 4.141.514 Facultad de 235.735 4.144.318 Campus Central 235.038 4.141.337 Medicina 235.624 4.144.082 235.264 4.141.244 235.384 4.144.185 239.652 4.138.222 235.096 4.144.235 239.823 4.138.284 235.149 4.144.189 E.U. Ingenieros Facultad de 240.007 4.138.224 235.185 4.144.228Técnicos Agrícolas Odontología 239.950 4.137.992 235.249 4.144.177 239.710 4.138.022 235.101 4.144.020 235.474 4.138.786 236.355 4.141.045 235.299 4.138.800 Campus Ramón y 236.458 4.141.277 Campus Reina Cajal 235.255 4.138.881 236.584 4.141.245 Mercedes 235.288 4.139.456 236.487 4.140.978 235.528 4.139.444 234.500 4.144.832 237.287 4.141.239 Escuela Técnica 234.494 4.144.707Facultad de Ciencias 237.360 4.141.231 Superior de 234.183 4.144.771 de la Educación 237.342 4.141.086 Ingenieros 234.037 4.144.860 237.269 4.141.099 234.040 4.144.953 235.020 4.142.709 233.896 4.144.777 Facultad de Bellas 235.080 4.142.707 Facultad de 233.965 4.144.761 Artes 235.083 4.142.658 Comunicación 233.932 4.144.627 235.018 4.142.663 233.856 4.144.644 235.393 4.142.138 234.074 4.141.045Facultad de Ciencias 235.367 4.142.185 234.139 4.141.277 E.U. Politécnica del Trabajo 235.142 4.142.181 234.172 4.141.245 235.144 4.142.131 234.110 4.140.978 Tabla 1: Coordenadas para la definición de las zonas de interés. Una vez definida cada una de las zonas de estudio, el mapa en el que basaremos nuestra planificación de red se muestra en la siguiente figura: - 15 -
  17. 17. Figura 18: Centros que conforman la Universidad de Sevilla.4.3.2.- Parámetros de diseño. En este apartado se configurarán los parámetros WiMAX relativos a nuestraplanificación. Este proceso es de los más importantes puesto que supone la base sobre la querealizaremos las simulaciones posteriormente. Deberemos configurar los distintos servicios que se van a ofrecer en nuestra red, losterminales que utilizarán los usuarios para conectarse, las diferentes movilidades de losusuarios, los perfiles de usuarios (las características de grupos de usuarios que accederán a lared) y los entornos. Para ello, dentro de la pestaña Data (de la ventana Explorer) iremoscreando cada uno de los parámetros necesarios. A continuación, se irán detallando las consideraciones y características tenidas encuenta para la configuración de dichos parámetros. En la figura siguiente se muestran laventana con los datos configurados. - 16 -
  18. 18. Figura 19: Parámetros WiMAX utilizados.1. Servicios: Los servicios que se van a ofrecer son únicamente tres: FTP Download, Web Browsing, VoIP. Las características consideradas para cada uno de ellos son las que asigna Atoll por defecto, puesto que se trata de valores típicos para planificación de redes WiMAX. Se han tomado por defecto estos valores, pero notar que se podrían ajustar a otros valores según las necesidades que tuviésemos. Así, las características de cada uno de ellos se presentan a continuación: FTP Download Tasa Tasa considerada considerada Tipo de conexión QoS Prioridad enlace UL enlace DL (kbps) (kbps) Datos Best Effort Mínima 100 1000 Tabla 2: Características del servicio FTP. - 17 -
  19. 19. El servicio FTP utilizará una calidad de servicio del tipo Best Effort, en la que no se garantiza un nivel mínimo de tasa de datos ni de retardo, de manera que se adaptará a lo cargada que esté la red para proporcionar una determinada tasa de tráfico sostenible. Web Browsing Tasa Tasa considerada considerada Tipo de conexión QoS Prioridad enlace UL enlace DL (kbps) (kbps) Datos nrtPS Mínima 64 128 Tabla 3: Características del servicio Web Browsing. El servicio Web utilizará una calidad de servicio del tipo servicio de consulta diferido (non real time Polling Service), la cual permite soportar flujos de datos tolerantes a retardos y de tamaño variable pero con un ancho de banda mínimo requerido. VoIP Tasa Tasa Factor Factor de Tipo de considerada considerada de QoS Prioridad actividad conexión enlace UL enlace DL actividad UL (kbps) (kbps) DL Voz UGS Máxima 12,2 0,6 12,2 0,6 Tabla 4: Características del servicio VoIP. Por último, el servicio VoIP es un servicio de voz, por lo que se habrá de garantizar que la comunicación sea lo más continua posible. De esta forma, este servicio utiliza una calidad UGS (Unsolicited Grant Service) o tipo garantizado no solicitado, que está diseñado para un tamaño fijo de paquetes a una tasa constante.2. Terminales: Estos servicios podrán solicitarse desde distintos tipos de terminales. En este trabajo, se va a considerar un único tipo de terminal (terminal móvil), el cual se definirá con los parámetros por defecto que asigna Atoll. Este terminal móvil englobará a teléfonos móviles, dispositivos PDA y dispositivos de PC (tarjetas USB, PCMCIA). Se han decidido englobar todos bajo un único dispositivo genérico debido a que actualmente no se disponen de características de fabricantes (puesto que se encuentran en proceso de estandarización) de todos los dispositivos, por lo que resultaría difícil configurarlos. A continuación, se detallan las características consideradas para el terminal a utilizar: - 18 -
  20. 20. Terminal Móvil Mínima Máxima Ganancia Sensibilidad Potencia en Potencia en de la en recepción transmisión transmisión antena (dBm) (dBm) (dBm) (dBi) Datos Best Effort -100 100 Tabla 5: Características del terminal utilizado.3. Perfiles de usuario: Mediante los perfiles de usuario se modelarán las necesidades que la red debe satisfacer a cada uno de los tipos de usuario existentes. Debido a que los usuarios de la red serán únicamente miembros de la comunidad universitaria (profesores, alumnos y personal US) se ha optado por definir únicamente un perfil de usuario: Usuarios. Los parámetros para cada tipo de servicio utilizado y tipo de terminal se reflejan en la siguiente tabla, estos parámetros son los que viene definidos en Atoll por defecto. Según se observa, los hábitos de utilización que define Atoll por defecto no son muy exigentes, al igual que en el caso anterior, se podrían ajustar a las necesidades que tuviésemos, pero en principio utilizaremos estos datos. Usuarios Volumen de Volumen de Tipo de Conexiones Duración Terminal datos en UL datos en DL Servicio por hora (segundos) (KBytes) (KBytes) FTP Terminal 0,01 2.000 15.000 Download móvil Terminal VoIP 0,2 240 móvil Web Terminal 0,1 700 4.500 Browsing móvil Tabla 6: Características de los Perfiles de usuario definidos.4. Movilidades: Para la definición de las movilidades consideradas se han tenido en cuenta las siguientes circunstancias: - Debido a que la mayoría de las localizaciones no están próximas entre sí y no será posible la continuidad de cobertura entre las distintas células de la red se descartará, en principio, la posibilidad de movilidades superiores a la movilidad pedestre. Es decir, no se podrá hacer uso de los servicios por parte de usuarios que vayan en coche u otros vehículos que superen la movilidad pedestre. Esta restricción afectará sobre todo al servicio de VoIP, puesto que se está limitando su uso únicamente dentro de cada uno de los Campus, no siendo posible el handover de una célula a otra (no existe continuidad de cobertura). - 19 -
  21. 21. - No se tendrá en cuenta la movilidad fija (0 km/h), debido a que ésta se puede considerar como un caso particular de la movilidad pedestre. Además, actualmente existen redes de cableado de datos en cada uno de los centros, por lo que los usuarios fijos accederán mediante esta red a los servicios. Así pues, la única movilidad a tener en cuenta en nuestra red será la pedestre (3 Km/h). En un futuro, podrán tenerse en cuenta movilidades superiores a la pedestre. Se están diseñando dispositivos capaces de soportar diversas tecnologías de acceso inalámbrico (HDSPA, WiMAX, WiFi, GSM, UMTS, etc.), de tal forma que el usuario obtenga un servicio continuo (no existan cortes en la conexión) aun si se sale de las zonas de cobertura de la red WiMAX de la US, puesto que mediante el uso de pasarelas que gestionen la itinerancia entre redes se conectará a la red de otro operador (a un coste estipulado por el operador) que ofrezca el acceso sobre una tecnología que admita su dispositivo.5. Entornos: Una vez definida la movilidad a utilizar, el siguiente paso para modelar el tráfico generado en la red será definir los entornos (environments) asociados a cada centro y/o Campus, a los que se les asignará una densidad de abonados. Para los estudios de simulación de casos reales que realizaremos posteriormente, asignaremos a cada uno de los Campus una densidad inicial de abonados e iremos incrementándola paulatinamente hasta ver el número de abonados con el que nos satura la red de acceso. Posteriormente, modelaremos la red a partir de una estimación de usuarios, y teniendo en cuenta los resultados obtenidos anteriormente, añadiremos transmisores para que la red soporte dicho número de usuarios. De tal forma, que realizaremos las simulaciones en dos etapas. Densidad Entorno Perfil Usuario Movilidad (abonados/km2) Bellas artes Ciencias del trabajo Ciencias Educación ESI EUITA Facultad comunicación Usuarios Pedestre 1000 Facultad Medicina Facultad Odontología Politécnica Ramón y Cajal Rectorado Reina Mercedes Tabla 7: Tipos de entorno definidos. Tal y como se ha comentado, se ha asignado una densidad de abonados inicial que se verá modificada cuando se realicen las pruebas. - 20 -
  22. 22. 4.3.3.- Plantilla de transmisores. El siguiente paso en el diseño de la red será ir incorporando las diferentes estacionesbase a cada uno de nuestros emplazamientos. Para ello, previamente debemos tener encuenta la banda de frecuencias en la que vamos a transmitir. Por tanto, primeramente vamos a definir la banda de frecuencias que vamos a utilizaren nuestra red. Para la elección de dicha banda nos basaremos en utilizar una banda defrecuencias en la que no se requiera licencia. De esta forma, tendremos un ahorro en coste,mientras que nos veremos perjudicados por unas mayores interferencias y una limitación en lapotencia transmitida. Ateniéndonos al CNAF, vemos que es posible utilizar la banda defrecuencias de 5.470 - 5.725 GHz (UN - 128) para sistemas WiMAX, con la restricción de que laP.I.R.E no puede ser superior a 1 W (30 dBm). Así pues, vemos que en esta banda tenemos unancho disponible de 255 MHz, por lo que si utilizamos canales de 10 MHz podemos tener hasta25 canales distintos. Para crear esta nueva banda de frecuencias en Atoll nos situamos en la pestaña Datade la ventana explorer, situamos el cursor sobre la carpeta Transmitters y pulsamos el botónderecho. A continuación, seleccionamos Network Settings->Frecuencies->Bands y pasamos adefinir las características de nuestra banda de frecuencias. En las figuras que se muestran acontinuación aparece el proceso seguido y las características definidas. Figura 20: Creación de una nueva banda de frecuencias. - 21 -
  23. 23. Figura 21: Ventana de definición de las características de la banda de frecuencias. Como se puede observar se ha definido un método de duplexión TDD. Los demásparámetros toman un valor que le asigna Atoll por defecto. Una vez identificada y definida la banda de frecuencias en la que vamos a transmitirhemos de crear una plantilla para las estaciones base que vamos a implantar. Para ello,situamos el cursor en la lista desplegable que aparece en la barra de herramientas yseleccionamos la opción Manage Templates, tal y como se indica en la siguiente figura. Figura 22: Creación de la plantilla de transmisores. - 22 -
  24. 24. A continuación, añadimos (Add) una copia de una de las plantillas existentes en Atoll yla modificamos para adaptarla a nuestras necesidades. En nuestro caso, se ha decidido crear una plantilla llamada Campus. La plantillaCampus se ha definido con estaciones base situadas a 20 metros de altitud, que radiarán portres sectores. Las antenas que se utilizarán en estas estaciones base son antenas del fabricanteKathrein que incorpora Atoll. Las características de las antenas utilizadas se muestran en lasiguiente tabla. 120 deg 14.5 dBi 0 Tilt Azimut Ganancia máxima Tilt Fabricante (dBi) radiación eléctrico (º) (º) Kathrein 14,5 120 0 Tabla 8: Características de las antenas utilizadas. Los patrones de radiación de esta antena se muestran en la siguiente figura. Figura 23: Patrones de radiación horizontal y vertical de la antena utilizada. En la Figura 24 se puede observar los parámetros configurados al crear la plantillaCampus. - 23 -
  25. 25. Figura 24: Parámetros de configuración de la plantilla Campus. Como se puede observar, la potencia que se ha configurado en Preamble Power es elresultado de restar a la P.I.R.E la ganancia de la antena, pues no olvidemos que no podemostransmitir más de 30 dBm. Reseñar que puesto que vamos a utilizar canales de 10 MHz eltamaño de la FFT aconsejado es de 1024. En principio, se instalarán estas estaciones base en todos los centros, con unaconfiguración determinada para cada uno de ellos. Si durante la realización de las pruebas elsistema no fuese consistente ante un caso real de demanda de servicios por parte de usuarios,se procederá a instalar nuevos transmisores en las estaciones base hasta que la red puedasoportar el tráfico demandado. Una vez definidos todos los parámetros necesarios para la creación de estaciones base,procedemos a ubicarlas en los distintos puntos de interés. La ubicación y configuración de lasmismas se ha de elegir para obtener unos resultados óptimos. Así pues, las ubicacionesdefinitivas para nuestra red son las que se muestran en la siguiente tabla. - 24 -
  26. 26. Ubicación Nombre X Y Campus Central Site0 235.194 4.141.373 Campus Ramón y Cajal Site1 236.456 4.141.117 Site2 235.376 4.139.276 Campus Reina Mercedes Site3 235.384 4.138.990 Facultad Medicina Site4 235.548 4.144.247 Facultad Odontología Site5 235.137 4.144.140 Facultad Comunicación Site6 233.910 4.144.702 Site7 234.414 4.144.776 ESI Site8 234.205 4.144.835 Facultad Ciencias de la Site9 237.313 4.141.162 Educación Escuela Politécnica Site14 234.124 4.141.134 Facultad Bellas Artes Site12 235.048 4.142.686 Facultad Ciencias del Site15 235.251 4.142.158 Trabajo EUITA Site13 239.838 4.138.127 Tabla 9: Coordenadas de las estaciones base que conforman nuestra red. Como se puede observar existen Campus en los que hemos decidido ubicar más deuna estación base. Ello es debido a que con una única estación base no nos sería posiblecumplir unos mínimos objetivos de calidad, en cuanto a nivel de señal se refiere, y además asípodremos reducir la congestión de tráfico. En las figuras que se muestran a continuación se puede observar en detalle lasestaciones base y transmisores instalados en cada uno de los Campus. - 25 -
  27. 27. Figura 25: Estaciones base instaladas en cada zona de interés. Para finalizar, resaltar que se ha hecho uso de la reutilización en frecuencia para cadauno de los transmisores. De esta forma, se le ha asignado un canal distinto a cada uno de lostransmisores que forman parte de una misma estación base. Reseñar también, que lostransmisores ubicados en la facultad de comunicación transmiten a una potencia inferior a losdemás. Esto es así para que no produzca unas elevadas interferencias en la zona de la EscuelaSuperior de Ingenieros, debido a la cercanía. Para la elección de la potencia transmitida se hatenido en cuenta que se deben garantizar unos mínimos niveles de señal. Se intenta asíminimizar las interferencias, que son uno de los factores más limitantes en el diseño de redesWiMAX. En la tabla anterior se muestran los diferentes canales asignados a cada uno de lostransmisores. A continuación se muestran las características de cada uno de los transmisoresinstalados. - 26 -
  28. 28. Mechanical Potencia Altura Azimuth Canal Ubicación Transmisor Antena Downtilt transmitida (m) (°) asignado (°) (dBm) Site0_1 120deg 302 5 30 0 Campus Site0_2 14.5dBi 20 62 5 30 1 Central Site0_3 0Tilt 182 5 30 2 Site1_1 120deg 78 5 30 0 Campus Site1_2 14.5dBi 20 198 5 30 1Ramón y Cajal Site1_3 0Tilt 318 5 30 2 Site12_1 120deg 0 10 30 0 Facultad de Site12_2 14.5dBi 20 120 10 30 1 Bellas Artes Site12_3 0Tilt 240 10 30 2 E.U. Site13_1 325 5 30 0 120deg Ingenieros Site13_2 85 5 30 1 14.5dBi 20 Técnicos Site13_3 0Tilt 205 5 30 2 Agrícolas Site14_1 120deg 0 10 30 0 E.U. Site14_2 14.5dBi 20 120 10 30 1 Politécnica Site14_3 0Tilt 240 10 30 2 Facultad de Site15_1 120deg 339 10 30 0 Ciencias del Site15_2 14.5dBi 20 99 10 30 1 Trabajo Site15_3 0Tilt 219 10 30 2 Site2_1 120deg 0 5 30 0 Site2_2 14.5dBi 20 120 5 30 1Campus Reina Site2_3 0Tilt 240 5 30 2 Mercedes Site3_1 120deg 40 5 30 0 Site3_2 14.5dBi 20 160 5 30 2 Site3_3 0Tilt 280 5 30 1 Site4_1 120deg 45 5 30 0 Facultad de Site4_2 14.5dBi 20 165 5 30 1 Medicina Site4_3 0Tilt 285 5 30 2 Site5_1 120deg 37 0 30 0Facultad de Site5_2 14.5dBi 20 157 0 30 1Odontología Site5_3 0Tilt 277 0 30 2 Site6_1 120deg 0 0 28,5 0 Facultad de Site6_2 14.5dBi 20 120 0 28,5 1Comunicación Site6_3 0Tilt 240 0 28,5 2 Site7_1 120deg 345 5 30 2 Escuela Site7_2 14.5dBi 20 105 5 30 0 Técnica Site7_3 0Tilt 225 5 30 1 Superior de Site8_1 120deg 326 5 30 1 Ingenieros Site8_2 14.5dBi 20 86 5 30 0 Site8_3 0Tilt 206 0 30 2 Facultad de Site9_1 120deg 0 0 30 0Ciencias de la Site9_2 14.5dBi 20 120 0 30 1 Educación Site9_3 0Tilt 240 0 30 2 Tabla 10: Características de los transmisores instalados. - 27 -
  29. 29. 4.4.- Estudios de Cobertura. Una vez definidos los elementos y parámetros que definen nuestra estructura de redpasamos a realizar estudios (Predictions). Para ello, Atoll nos ofrece la posibilidad de realizaruna gran variedad de estudios de cobertura. En este apartado nos centraremos únicamente enrealizar estudios de cobertura por nivel de señal y estudios de cobertura por transmisor. Los estudios de cobertura muestran los resultados para unas determinadascondiciones de cobertura. Estos estudios se basan en las matrices de pérdidas (que Atollcalcula), en el modelo de propagación elegido, el área de cálculo definida, condiciones decobertura y en la resolución para cálculos. Tras los cálculos, Atoll muestra los resultados comouna representación gráfica de los pixels que satisfacen las condiciones de cobertura. Por tanto, antes de proceder a realizar los estudios de cobertura debemos elegir yconfigurar el modelo de propagación que más se ajusta a nuestro proyecto.4.4.1.- Modelo Propagación. Para poder realizar estos estudios Atoll pone a nuestra disposición varios modelos depropagación, a elegir dependiendo del tipo de proyecto en el que estemos trabajando.Además de poder asignar un modelo de propagación genérico a nuestro proyecto, tambiénpodremos asignar modelos de propagación diferentes a cada uno de los transmisores. Figura 26: Modelos de propagación integrados en Atoll. - 28 -
  30. 30. Cada modelo de propagación definido en Atoll es adecuado para determinadascondiciones, frecuencias y tecnologías. En la siguiente tabla se resumen los usosrecomendados para cada modelo de propagación. Banda de Modelo Uso recomendado Frecuencias 1) Superficies planas Longley-Rice (teórico) aprox. 40 MHz 2) Muy bajas frecuencias 1) Largas distancias (d<10 km) ITU 370-7 Viena 93 100 - 400 MHz 2) Bajas frecuencias ITU 526-5 (teórico) 30 - 10000 MHz 1) Receptores fijos 1) Receptores fijos WLL 30 - 10000 MHz 2) Enlaces de microondas 3) WiMAX 1) 1 < d < 20 km Okumura-Hata 150 - 1000 MHz 2) GSM 900 3) CDMA 2000 1) 1 < d < 20 km Cost-Hata 1500 - 2000 MHz 2) GSM 1800 3) UMTS 1) 1 < d < 100 km ITU 529-3 300 - 1500 MHz 2) GSM, CDMA 1) 1 < d < 20 km Standard Propagation 150 - 3500 MHz 2)GSM (900 y 1800), UMTS, CDMA Model 200 y WiMAX Erceg-Greenstein (SUI) 1) 100 m < d <8 km 1900 - 6000 MHz Model 2)WiMAX Tabla 11: Recomendaciones para la elección del modelo de propagación a utilizar. Teniendo en cuenta que nuestra red va a transmitir a unos 5.4 GHz el modelo depropagación que se nos recomienda usar (y que por tanto, será el que usemos) es el modeloErceg-Greenstein, el cuál es adecuado para WiMAX (802.16d y 802.16e). Para seleccionarlo como modelo de propagación en nuestros estudios de cobertura,seleccionamos la pestaña Data de la ventana Explorer, a continuación situamos el cursor sobrela carpeta Predictions y pulsamos el botón derecho. Seleccionamos la opción Properties yelegimos el modelo Erceg-Greenstein en la nueva ventana que nos aparecerá. En la figura semuestra el procedimiento. - 29 -
  31. 31. Figura 27: Configuración del modelo de propagación a utilizar.4.4.2.- Estudios de cobertura por nivel de señal. En este apartado se mostrarán los niveles de señal obtenidos en cada uno de losemplazamientos para la configuración de estaciones base anteriormente detallada. Puesto que se considera una sensibilidad del receptor de -100 dBm se ha de garantizarque en toda la superficie de los Campus existe un nivel de señal por encima de este valor, paraque el terminal sea capaz de conectarse a la red. Además, consideraremos un margen de 15 dBpara prevenir posibles cortes de conexión debidos a desvanecimientos de la señalradioeléctrica, de esta forma, se tratará de garantizar unos niveles de señal de -85 dBm entodos los centros y Campus. Consiguiendo estos niveles garantizaremos que los usuariostengan una alta garantía de conexión. Para crear el primer estudio de cobertura situamos el cursor sobre la carpetaPredictions de la pestaña Data. Pulsamos el botón derecho y seleccionamos New. - 30 -
  32. 32. Figura 28: Creación de un estudio de cobertura por nivel de señal. A continuación nos aparecerá una ventana como la que se muestra en la figura. Figura 29: Definición de parámetros para el estudio de cobertura. En la pestaña Conditions introducimos unas condiciones de señal de -100 dBm, y unaprobabilidad de cobertura en la célula del 75%. En la pestaña Display seleccionamos que se nosmuestren los resultados por nivel de señal, y en la pestaña General le asignamos un nombre al - 31 -
  33. 33. estudio. A continuación, pulsamos con el botón derecho sobre el estudio que hemos creado yseleccionamos la opción Calculate para que nos calcule y muestre los resultados. Figura 30: Pasos para forzar el cálculo del estudio de cobertura creado. Para crear nuevos estudios de cobertura con las mismas condiciones que algún estudiocreado anteriormente sólo debemos pulsar con el botón derecho sobre el estudio quequeremos duplicar y seleccionamos la opción Duplicate. Posteriormente, debemos forzar aque sea calculado, de la forma en la que se indicó anteriormente. En la siguiente figura se muestra el resultado del estudio de cobertura por nivel deseñal en todos los puntos de interés. Como puede observarse en ella, en todas y cada una delas zonas de interés se consiguen niveles de señal superiores a la sensibilidad del receptor, detal forma, que en condiciones de propagación sin desvanecimientos los terminales deben sercapaces de conectarse a la red. - 32 -
  34. 34. Figura 31: Estudio de cobertura por nivel de señal para los centros de la US. En la siguiente figura se mostrará que en cada uno de los centros se tiene un nivel deseñal de -85 dBm en casi la totalidad de la superficie, el cual, como comentamosanteriormente, era nuestro objetivo. - 33 -
  35. 35. Figura 32: Cobertura para un nivel de señal de -85 dBm. - 34 -
  36. 36. Para poder observar con mayor claridad los resultados obtenidos, vamos a ayudarnosde los informes que nos genera Atoll. A partir de ellos podemos analizar qué porcentaje de lasuperficie de cada uno de los centros posee cada valor representativo de señal. La herramienta de planificación Atoll puede generar informes de cualquier estudio decobertura cuya casilla de verificación esté validada. Dicho informe muestra la superficiecubierta para cada umbral de señal definido. Para generar dichos informes, debemos pulsarcon el botón derecho sobre el estudio de cobertura del que queramos saber sus datos (dichoestudio debe estar validado: ) y posteriormente seleccionar la opción Generate Report, tal ycomo se muestra en la siguiente figura. Figura 33: Generación de informes. En la siguiente tabla se muestran los resultados obtenidos a partir de los informes queha generado Atoll. Como puede observarse, los objetivos propuestos han sido conseguidossatisfactoriamente, puesto que en cada centro se consiguen unos niveles de señal de -85 dBmen toda la superficie prácticamente. - 35 -
  37. 37. Campus Central Superficie total: 0,0473 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0028 6Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0201 43,3Best Signal Level (dBm) >=-80 0,037 79,7Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0465 100Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0473 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0473 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0473 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0473 100 Campus Ramón y Cajal Superficie total: 0,0375 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0025 6,7Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0129 34,6Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0319 85,6Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0373 100Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0375 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0375 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0375 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0375 100 Campus Reina Mercedes Superficie total: 0,1517 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0025 1,7Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0423 28Best Signal Level (dBm) >=-80 0,1154 76,4Best Signal Level (dBm) >=-85 0,1502 99,5Best Signal Level (dBm) >=-90 0,1517 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,1517 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,1517 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,1517 100 - 36 -
  38. 38. Facultad de Medicina Superficie total: 0,0605 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0015 2,4Best Signal Level (dBm) >=-75 0,02 33,05Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0491 81,15Best Signal Level (dBm) >=-85 0,06 99,17Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0605 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0605 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0605 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0605 100 Facultad de Odontología Superficie total: 0,016 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0007 4,2Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0039 24,34Best Signal Level (dBm) >=-80 0,009 56,25Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0144 90Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0159 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,016 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,016 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,016 100 Escuela Politécnica Superficie total: 0,0125 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0056 45,4Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0095 77Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0121 98,1Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0125 100Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0125 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0125 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0125 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0125 100 - 37 -
  39. 39. Escuela Técnica Superior de Ingenieros Superficie total: 0,0619 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0021 3,5Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0203 33,7Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0504 83,7Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0616 100Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0619 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0619 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0619 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0619 100 Facultad de Comunicación Superficie total: 0,0107 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0002 2Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0026 25,8Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0069 68,5Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0098 97,3Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0107 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0107 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0107 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0107 100 Facultad de Ciencias de la Educación Superficie total: 0,0122 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%)Best Signal Level (dBm) >=-70 0,001 9,5Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0038 36,2Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0079 75,2Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0121 100Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0122 100Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0122 100Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0122 100Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0122 100 - 38 -
  40. 40. Facultad de Ciencias del Trabajo Superficie total: 0,0121 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%) Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0055 45,9 Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0091 76 Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0121 100 Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0121 100 Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0121 100 Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0121 100 Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0121 100 Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0121 100 Facultad de Bellas Artes Superficie total: 0,0028 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%) Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0017 60,3 Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0029 100 Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0028 100 Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0028 100 Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0028 100 Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0028 100 Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0028 100 Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0028 100 Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas Superficie total: 0,0738 km2 Nivel de señal Superficie (km2) Porcentaje (%) Best Signal Level (dBm) >=-70 0,0015 2 Best Signal Level (dBm) >=-75 0,0187 24,7 Best Signal Level (dBm) >=-80 0,0565 74,6 Best Signal Level (dBm) >=-85 0,0728 97,9 Best Signal Level (dBm) >=-90 0,0738 100 Best Signal Level (dBm) >=-95 0,0738 100 Best Signal Level (dBm) >=-100 0,0738 100 Best Signal Level (dBm) >=-105 0,0738 100 Tabla 12: Porcentajes de cobertura por superficie para cada nivel de señal.4.4.3.- Estudios de cobertura por transmisor. Una vez asegurado el cumplimiento del nivel mínimo de señal necesario para la óptimaconexión a la red de los usuarios del sistema, el siguiente paso será estudiar la superficie - 39 -
  41. 41. geográfica a la que le dará servicio cada uno de los sectores de todas las estaciones basedistribuidas. Para determinar las superficies que ocupará cada sector, Atoll considera que cadapunto geográfico de nuestras zonas de interés recibirá servicio de red por parte del sector (deuna determinada estación base) cuya señal radioeléctrica transmitida llegue con el mayor nivelde potencia a dicho emplazamiento. Figura 34: Creación de un estudio de cobertura por transmisor. El nivel de señal considerado para realizar las simulaciones ha sido de -100 dBm, quees el nivel mínimo de señal con el que los usuarios son capaces de conectarse a la red. Primeramente, se van a mostrar los resultados de forma gráfica. Para posteriormente,detallar las superficies cubiertas por cada transmisor haciendo uso de los informes. Medianteestos informes, se puede conocer qué porcentaje de la superficie de cada centro recibirácobertura de red y a qué superficie le dará servicio cada uno de los sectores de cada estaciónbase instalada. - 40 -
  42. 42. Figura 35: Estudio de cobertura por transmisor para los centros de la US. Una primera impresión que podemos extraer es que los transmisores que cubren mássuperficie en cada centro serán los que tengan más carga de usuarios, y por tanto, será los queteóricamente saturarán antes (aunque debido a la aleatoriedad de las simulaciones puede queesto no se cumpla). Así pues, será en estos emplazamientos donde previsiblemente se tendránque ubicar nuevos transmisores que ayuden a descongestionar estos sectores y nos permitanaumentar la capacidad de nuestra red. - 41 -
  43. 43. Campus Central Superficie total: 0,0473 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site0_1 0,02 43,1 Site0_2 0,0142 30,6 Site0_3 0,0132 28,4 Campus ramón y Cajal Superficie total: 0,0375 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site1_1 0,0151 40,5 Site1_2 0,0126 33,8 Site1_3 0,01 26,8 Campus Reina Mercedes Superficie total: 0,1517 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site2_1 0,0333 22,1 Site2_2 0,023 15,2 Site2_3 0,0197 13 Site3_1 0,0217 14,4 Site3_2 0,0335 22,2 Site3_3 0,0215 14,2 Facultad de Medicina Superficie total: 0,0605 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site4_1 0,0212 34,4 Site4_2 0,0198 32,2 Site4_3 0,0197 32 Facultad de Odontología Superficie total: 0,016 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site5_1 0,0071 42,6 Site5_2 0,0061 36,6 Site5_3 0,0032 19,2 - 42 -
  44. 44. Escuela Politécnica Superficie total: 0,0126 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site14_1 0,0058 49,2 Site14_2 0,0021 17,8 Site14_3 0,0047 39,9 Escuela Técnica Superior de Ingenieros Superficie total: 0,0619 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site7_1 0,0069 11,5 Site7_2 0,0069 11,5 Site7_3 0,0069 11,5 Site8_1 0,0179 29,7 Site8_2 0,0171 28,4 Site8_3 0,0071 11,8 Facultad de Comunicación Superficie total: 0,0107 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site6_1 0,0039 38,7 Site6_2 0,0036 35,7 Site6_3 0,0035 34,7 Facultad de Ciencias de la Educación Superficie total: 0,0122 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site9_1 0,0047 44,7 Site9_2 0,0045 42,8 Site9_3 0,0033 31,4 Facultad de Ciencias del Trabajo Superficie total: 0,0121 km2Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site15_1 0,002 17,3 Site15_2 0,0059 50,9 Site15_3 0,0042 36,2 - 43 -
  45. 45. Facultad de Bellas Artes Superficie total: 0,0028 km2 Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site12_1 0,0013 45,2 Site12_2 0,0009 31,3 Site12_3 0,0008 27,8 Escuela Universitaria Ingenieros Técnicos Agrícolas Superficie total: 0,0738 km2 Transmisor Superficie (km2) Porcentaje (%) Site13_1 0,0286 38,3 Site13_2 0,0258 34,6 Site13_3 0,021 28,1Tabla 13: Porcentajes de cobertura por superficie para cada transmisor. - 44 -
  46. 46. 4.5.- Simulaciones. Es en este apartado donde se va a estudiar el comportamiento de nuestra red WiMAXante simulaciones de casos reales. Una vez detallados los usuarios del sistema en profundidad, y consideradas todas lascaracterísticas y localizaciones geográficas de las estaciones base que darán servicio a lossuscriptores, el último paso que resta para culminar la planificación radio de la red serámostrar el comportamiento del sistema completo en situaciones cercanas a la realidad. En el proceso de planificación y optimización de nuestra red necesitaremos estudiar lacapacidad de nuestro sistema, teniendo en cuenta distribuciones reales de usuarios y lademanda de servicios generada. Atoll en cada simulación genera una determinada distribución de usuarios, que secorresponde con instantáneas (snapshot) de la red. De los resultados de dichas simulaciones sepuede obtener la demanda de tráfico asociada a cada distribución, los recursos demandadospor cada usuario, la carga que tendrá cada célula, etc. En las simulaciones, Atoll asigna a cada usuario un servicio, un tipo de movilidad y unterminal según los perfiles de usuario definidos. La situación geográfica de cada usuariogenerado en la simulación es determinada aleatoriamente. El estado de la transmisión sedetermina según la probabilidad de conexión. Este parámetro, es un resultado importante delas simulaciones, puesto que tiene una implicación directa en la gestión de los recursos radio, yademás, tiene relación con el nivel de interferencia en la red. Este estudio, lo vamos a dividir en dos etapas. Inicialmente, vamos a determinar elnúmero máximo de usuarios que admitiría cada estación base, con la configuración inicial deun único transmisor por sector. De esta forma, podremos intuir el número de transmisores quenecesitaremos a medida que las necesidades de capacidad vayan creciendo. Posteriormente, veremos el número de transmisores necesarios y el comportamientode la red ante una densidad de usuarios real. Los datos que tendremos en cuenta paradeterminar dicha densidad de usuarios los obtendremos a partir de las estadísticas de alumnosmatriculados en el curso 06/07 que realiza la Universidad de Sevilla. Atoll utiliza el algoritmo de Monte Carlo para la generación de las distribuciones deusuarios. Las simulaciones requieren datos de tráfico, tales como mapas de tráfico. Por tanto,previamente a la realización de simulaciones debemos definir los mapas de tráfico para cadauno de los centros. Estos mapas de tráfico se basarán en los entornos (Environments) creadosanteriormente. Atoll, nos permite crear estos mapas simplemente dibujándolos. Para ello, debemosseleccionar la pestaña Geo de la ventana Explorer. Pulsamos el botón derecho del ratón sobrela carpeta Traffic y seleccionamos New Map. A continuación, nos aparecerá una nueva ventanay seleccionamos Map based on environments (raster) como el tipo de mapa que queremoscrear. Véase la siguiente figura. - 45 -
  47. 47. Figura 36: Creación de mapas de tráfico. Una vez creado el mapa, aparece una barra de herramientas (Environment MapEditor). Seleccionamos el entorno, en el que nos vayamos a basar, de la lista disponible.Finalmente, dibujamos el polígono que nos definirá el mapa de tráfico. Figura 37: Asignación del entorno al mapa de tráfico. De esta forma, iremos creando cada uno de los mapas de tráfico asociados a cadaentorno (cada centro), para posteriormente simular un determinado número de suscriptoresen cada centro. Una vez generados todos los mapas de tráfico necesarios, pasaremos a realizarlas simulaciones. Para realizar una simulación, o un grupo de simulaciones, seleccionamos la pestañaData de la ventana Explorer. Pulsamos el botón derecho sobre la carpeta WiMAX Simulations.Seleccionamos la opción New y nos aparecerá una nueva ventana en la que definir laspropiedades de la nueva simulación. - 46 -
  48. 48. Figura 38: Creación de simulaciones. En la pestaña Source Traffic seleccionamos los mapas de tráfico que queremos utilizaren la simulación, y los demás campos los dejamos con los valores por defecto que define Atoll. Figura 39: Elección de los mapas de tráfico a utilizar en la simulación. - 47 -
  49. 49. Una vez explicado esto, pasaremos a estudiar la capacidad de nuestra red. Para ello,como dijimos anteriormente, primero caracterizaremos la capacidad máxima de usuarios quepodemos tener en cada centro con la configuración inicial de un único transmisor por sectoren cada estación base. Posteriormente, realizaremos simulaciones con datos reales, añadiendosi es necesario transmisores a los sectores más cargados.4.5.1.- Caracterización del número máximo de usuarios. Como se ha comentado, en este apartado, vamos a caracterizar (aproximadamente) elnúmero máximo de usuarios que soportaría nuestra red, con la configuración inicial, en cadauno de los centros. Para ello, partiremos de una densidad inicial de usuarios baja e iremosincrementándola hasta que nos sature la capacidad (en el enlace descendente) de la estaciónbase del centro en cuestión. Una vez logremos la congestión de la estación base, veremos elnúmero de usuarios conectados en cada momento que nos proporcionan las simulaciones. Deesta forma, sabremos el número máximo de usuarios que pueden estar conectadossimultáneamente en cada centro. Notar, que este número máximo de usuarios se obtendrápara los hábitos de utilización definidos en el apartado 4.3.2 y que se reflejan a continuación. Usuarios Volumen de Volumen de Tipo de Conexiones Duración Terminal datos en UL datos en DL Servicio por hora (segundos) (KBytes) (KBytes) FTP Terminal 0,01 2.000 15.000 Download móvil Terminal VoIP 0,2 240 móvil Web Terminal 0,1 700 4.500 Browsing móvil Tabla 14: Características de los perfiles de usuario. Así, una vez que tengamos el número de usuarios que soporta nuestra red, podremosintuir el número de transmisores que necesitaremos instalar a medida que vayan apareciendonuevos usuarios. Para obtener unos resultados que se acerquen lo máximo posible al comportamientode la red en una situación real se realizarán grupos de diez simulaciones. A continuación se van a detallar los resultados obtenidos para cada uno de los centrosque componen nuestro estudio. - 48 -
  50. 50. Factor de nº medio usuarios nº Centro carga en el conectados transmisores enlace DL (%) simultáneamente instalados Campus Central 95,67 77 3 Campus Ramón y Cajal 92,22 62 3 Campus Reina Mercedes 85,25 101 6 Facultad Ciencias Educación 87,84 54 3 Facultad Bellas Artes 91,42 65 3 Facultad Ciencias del 90,93 98 3 Trabajo Escuela Politécnica 92,28 70 3 Facultad Medicina 94,85 70 3 Facultad Odontología 91,27 44 3 Facultad Comunicación 91,16 49 3 Escuela Técnica Superior de 89,02 97 6 Ingenieros EUITA 96,23 72 3Tabla 15: Número máximo de usuarios conectados simultáneamente en cada zona de interés para unas condiciones de carga cercanas a la saturación. Estos resultados se han obtenido teniendo en cuenta unos factores de carga del 85% al97% de la capacidad en el enlace descendente en cada estación base. A partir de estos datos,podremos intuir el número de transmisores necesarios para soportar una determinadademanda de conexión de usuarios para cada centro en un instante determinado. Por último, realizaremos un grupo de diez simulaciones, con las densidades deusuarios por km2 configuradas para obtener el número máximo de usuarios en cada centro,para ver el comportamiento de la red. En la siguiente tabla se refleja el promedio de losporcentajes de utilización (en el enlace descendente) asociado a cada uno de los transmisorespresentes en la red. DL Traffic Campus Site Transmitter Load (%) Site0_1 100 Campus Central Site0 Site0_2 100 Site0_3 72,97 Site1_1 77,03 Campus Ramón y Site1 Site1_2 86,61 Cajal Site1_3 87,72 Facultad Bellas Site12 Site12_1 77,65 - 49 -
  51. 51. Artes Site12_2 96,79 Site12_3 98,72 Site13_1 100 EUITA Site13 Site13_2 90,39 Site13_3 82,85 Site14_1 94,72 E.U. Politécnica Site14 Site14_2 67,23 Site14_3 89,15 Site15_1 83,29 Facultad Ciencias Site15 Site15_2 100 del Trabajo Site15_3 99,22 Site2_1 87,94 Site2 Site2_2 83,78 Campus Reina Site2_3 42,89 Mercedes Site3_1 81,57 Site3 Site3_2 88,45 Site3_3 94,66 Site4_1 100 Facultad de Site4 Site4_2 100 Medicina Site4_3 93,87 Site5_1 100 Facultad de Site5 Site5_2 88,53 Odontología Site5_3 86,97 Site6_1 78,24 Facultad de Site6 Site6_2 88,44 Comunicación Site6_3 88,53 Site7_1 92,27 Site7 Site7_2 87,15 Escuela Técnica Site7_3 76,17 Superior de Ingenieros Site8_1 100 Site8 Site8_2 100 Site8_3 94,02 Facultad de Site9_1 93,37 Ciencias de la Site9 Site9_2 88,12 Educación Site9_3 94,01 Tabla 16: Condiciones de carga obtenidas tras simular funcionamiento con el número máximo de usuarios conectados simultáneamente. Con esta simulación se consiguen tener conectados una media de 920 usuariossimultáneamente, con una tasa de rechazo de conexión del 7%. Notar que estos resultados seobtienen para unas condiciones de carga próximas al 100%, lo que implicará que algunossectores se encuentren totalmente saturados impidiendo que se puedan conectar másusuarios. Por ello, se obtiene una tasa de rechazo del 7%, debido a las condiciones con las que - 50 -
  52. 52. se ha efectuado la simulación. Además, dentro de esa tasa de rechazo también se situarán losusuarios cuya relación señal a interferencia-ruido esté por debajo de cero. Aún así, podemosobservar que los resultados de conexión son bastante buenos, puesto que apenas existerechazo de usuarios.4.5.2.- Simulación de un caso real. Es en este apartado donde vamos a comprobar el comportamiento de la red diseñaday veremos si es necesario introducir nuevos transmisores. Como datos de partida de usuarios para realizar las simulaciones nos basaremos en elnúmero de alumnos matriculados en cada centro. Estos datos se han conseguido a partir de losdatos reflejados en el Anuario Estadístico 06/07 que realiza la Universidad de Sevilla. A continuación se muestran los alumnos matriculados en cada uno de los centros en elcurso académico 06/07. Alumnos matriculados Centro 2006/2007 Facultad de Bellas Artes 1136 Facultad de Biología 1689 Facultad de Ciencias de la Educación 4618 Facultad de Ciencias del Trabajo 1612 Facultad de Económicas y Empresariales 3835 Facultad de Comunicación 2800 Facultad de Derecho 3697 Facultad de Farmacia 2160 Facultad de Filología 1882 Facultad de Filosofía 281 Facultad de Física 397 Facultad de Geografía e Historia 2493 Facultad de Matemáticas 581 Facultad de Medicina 1685 Facultad de Odontología 492 Facultad de Psicología 1692 Facultad de Química 894 E.T.S de Arquitectura 3497 E.T.S de Informática 3448 E.T.S de Ingenieros 4543 E.U. de Arquitectura Técnica 2507 E.U. de Ciencias de la Salud 1110 E.U. de Estudios Empresariales 4636 E.U. de Ingeniería Técnica Agrícola (EUITA) 1331 E.U Politécnica 2029 55045 Tabla 17: Alumnos matriculados en cada centro de la US en el curso 06/07. - 51 -
  53. 53. El número de alumnos que forman parte de cada uno de los Campus que se hanconsiderado son los siguientes: Campus Reina Mercedes Centro Nº alumnos Facultad de Biología 1689 E.U. de Arquitectura 2507 Técnica E.T.S. de Arquitectura 3497 Facultad de Farmacia 2160 Facultad de Química 894 Facultad de Matemáticas 581 Facultad de Física 397 E.T.S. de Informática 3448 15173 Campus Cartuja Centro Nº alumnos E.T.S. de Ingenieros 4543 Facultad de Comunicación 2800 7343 Campus Macarena Centro Nº alumnos Facultad de Odontología 492 E.U. de Ciencias de la 1110 Salud Facultad de Medicina 1685 3287 Campus Central Centro Nº alumnos Facultad de Derecho 3697 Facultad de Filología 1882 Facultad de Geografía e 2493 Historia 8072 - 52 -
  54. 54. Campus Ramón y Cajal Centro Nº alumnos Facultad de Filosofía 281 Facultad de Psicología 1692 Facultad de Económicas y 3835 Empresariales E.U. de Estudios 4636 Empresariales 10444 Otros Centro Nº alumnos Facultad de Bellas Artes 1136 Facultad de Ciencias de la 4618 Educación Facultad de Ciencias del 1612 Trabajo E.U. Politécnica 2029 E.U. de Ingenieros Técnicos 1331 Agrícolas 10726 Tabla 18: Número de alumnos que conforman cada uno de las zonas de interés. Una vez sabemos el número total de alumnos que existen en la Universidad de Sevilla,vamos a distinguir en nuestro estudio diferentes casos de porcentajes de utilización. Para laelección de dichos porcentajes de utilización, se han tenido en cuenta las siguientesconsideraciones: 1. No todos los alumnos van a estar presentes simultáneamente en los diferentes centros. 2. Sólo una porción de los alumnos que estén presentes en cada uno de los centros se conectará a la red (no se conectarán todos en el mismo intervalo de tiempo). 3. Existirá una pequeña parte de usuarios que posean dispositivos de usuario WiMAX. Esto se debe a que actualmente no se dispone de una gran cantidad de dispositivos de usuario móviles, puesto que están en fase de desarrollo y certificación. Además, los precios de dichos dispositivos puede que no estén al alcance de todos. Por tanto, inicialmente no existirá una gran cantidad de usuarios que vayan aconectarse a la red WiMAX, por lo que vamos a realizar el estudio para dos porcentajes deutilización: 1% y 2%. Con estos porcentajes de utilización y teniendo en cuenta el total dealumnos que existen en cada centro, obtenemos el número de usuarios que estarán pidiendoconexión en un instante determinado. - 53 -
  55. 55. En los apartados siguientes se va a modelar la red para tener conectadossimultáneamente ese número de usuarios. Obviamente, estas condiciones de carga serán másexigentes que las condiciones en funcionamiento normal, puesto que no siempre todos esosposibles usuarios demandarán conexión instantáneamente. Así, habrá instantes en los queestarán conectados todos y momentos en los que el número de usuarios conectados seainferior.4.5.2.1.- Simulación porcentaje utilización 1%. En la siguiente tabla se puede observar el número de usuarios que existirán en cadauno de los centros con el porcentaje de utilización considerado. Como se ha comentado conanterioridad, se dimensionará cada estación base de la red para que sea capaz de soportar laconexión simultánea de los suscriptores existentes en su centro. Porcentaje de Transmisores Centro Nº usuarios utilización a instalar Campus Central 1% 81 4 Campus Ramón y Cajal 1% 104 7 Campus Reina Mercedes 1% 152 12 Facultad Ciencias Educación 1% 46 3 Facultad Bellas Artes 1% 11 1 Facultad Ciencias del Trabajo 1% 16 1 Escuela Politécnica 1% 20 1 Facultad Medicina 1% 17 1 Facultad Odontología 1% 16 1 Facultad Comunicación 1% 28 2 Escuela Técnica Superior de 1% 45 4 Ingenieros EUITA 1% 13 1 Tabla 19: Número de alumnos presentes en cada centro y transmisores necesarios para un porcentaje del 1%. Como se puede observar, los centros con mayor densidad de alumnos requerirán quese instale un número mayor de transmisores. Notar que el número de transmisores a instalarse obtiene a partir de los datos reflejados en el apartado 4.5.1, y que se han diseñado paraobtener una carga en el enlace descendente de cada estación base en torno al 75%. Vemos que en la gran mayoría de los centros no será necesario instalar nuevostransmisores, sin embargo, existen centros para los que la configuración inicial de red no es - 54 -
  56. 56. suficiente. Por tanto, deberemos instalar nuevos transmisores en aquellos emplazamientos enlos que sea necesario, y en los que no sea necesario, dejaremos el número de transmisoresinstalados originalmente (3 transmisores por estación base) para poder comprobar elfuncionamiento de la red planteada. Las características de cada uno de los transmisores que forman parte de las diferentesestaciones base instaladas son las que se muestran a continuación: Mechanical Potencia Altura Azimut Canal Ubicación Transmisor Downtilt transmitida (m) (°) asignado (°) (dBm) Site0_1 20 302 5 30 0 Site0_2 20 62 5 30 1 Campus Central Site0_3 20 182 5 30 2 Site0_4 20 302 5 30 3 Site1_1 20 78 5 30 0 Site1_2 20 198 5 30 1 Site1_3 20 318 5 30 2 Campus Ramón y Site1_4 20 78 5 30 3 Cajal Site1_5 20 198 5 30 4 Site1_6 20 318 5 30 5 Site1_7 20 78 5 30 6 Site12_1 20 0 10 30 0 Facultad Bellas Site12_2 20 120 10 30 1 Artes Site12_3 20 240 10 30 2 Site13_1 20 325 5 30 0 EUITA Site13_2 20 85 5 30 1 Site13_3 20 205 5 30 2 Site14_1 20 0 10 30 0 E.U. Politécnica Site14_2 20 120 10 30 1 Site14_3 20 240 10 30 2 Site15_1 20 339 10 30 0 Facultad Ciencias Site15_2 20 99 10 30 1 del Trabajo Site15_3 20 219 10 30 2 Campus Reina Site2_1 20 0 5 30 0 Mercedes Site2_2 20 120 5 30 1 Site2_3 20 240 5 30 2 Site2_4 20 0 5 30 3 Site2_5 20 120 5 30 4 Site2_6 20 240 5 30 5 Site3_1 20 40 5 30 0 Site3_2 20 160 5 30 2 Site3_3 20 280 5 30 1 Site3_4 20 40 5 30 3 - 55 -

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