ΚΙΝΗΤΕΣ & ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 3 Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 1.

Παρουσίαση με θέμα: "ΚΙΝΗΤΕΣ & ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 3 Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 1."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΚΙΝΗΤΕΣ & ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΕΣ ΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΕΣ 3 Ο ΚΕΦΑΛΑΙΟ ΤΕΙ ΙΟΝΙΩΝ ΝΗΣΩΝ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ & ΤΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΩΝ 1

2 ΕΙΣΑΓΩΓΉ Συμβατικά συστήματα: μεγάλη περιοχή κάλυψης υψηλή εκπεμπόμενη ισχύ παρεμβολές αδυναμία επαναχρησιμοποίησης συχνοτήτων περιορισμένος αριθμός εξυπηρετούμενων χρηστών μη αποδοτική χρήση φάσματος κάθε κανάλι εξυπηρετεί έναν μόνο χρήστη 2

3 ΕΙΣΑΓΩΓΉ Πιο αποδοτικό σύστημα στο φάσμα => Κυψελωτή δομή Μεγάλη χωρητικότητα χρηστών Πολλοί πομποί με χαμηλή ισχύ Κάλυψη μικρής περιοχής εξυπηρέτησης – κυψέλη Διαφορετικές ομάδες διαύλων σε γειτονικούς σταθμούς βάσης Ελαχιστοποίηση παρεμβολών Επαναχρησιμοποίηση διαθέσιμων διαύλων Παρεμβολές σε χαμηλά επίπεδα 3

4 Θεμελιώδης αρχή σύγχρονων ασύρματων επικοινωνιών : Όταν αυξάνει ο αριθμός των χρηστών να αυξάνεται η χωρητικότητα χωρίς επιπρόσθετη αύξηση του διατιθέμενου φάσματος. Κύρια χαρακτηριστικά δικτύων κινητών επικοινωνιών: ασύρματη διεπαφή, επιτρέπει στα ΜΤ να επικοινωνούν ενώ μετακινούνται – υποδομή ελέγχου: δυνατότητα εντοπισμού κάθε ΜΤ ανεξάρτητα από το αν πραγματοποιεί ή όχι κλήση, αρκεί να είναι ενεργοποιημένο. 4

5 Κυψελωτά συστήματα Κάθε ομάδα αποτελείται από Κ κυψέλες Κάθε δίαυλος καταλαμβάνει εύρος ζώνης W Κάθε κυψέλη χρησιμοποιεί Νc διαύλους Εύρος ζώνης για κάθε κυψέλη είναι W*Nc Συνολικό εύρος ζώνης συστήματος είναι K*W*Nc i και j ακέραιοι, Κ=i 2 +i*j + j 2 άρα το Κ μπορεί να πάρει τις τιμές 1,3,4,7,9,12,13 5

6 Ά ΣΚΗΣΗ 1 Εύρος ζώνης 33ΜΗz διατίθεται σε κυψελωτό σύστημα. Χρησιμοποιούνται δύο μονόδρομοι δίαυλοι με W = 25kΗz ο καθένας, ώστε να προκύψει ένας αμφίδρομος δίαυλος, ο οποίος μπορεί να είναι είτε για τηλεφωνία και είτε για έλεγχο. Να υπολογιστεί ο αριθμός των διαύλων που θα κατανεμηθούν ανά κυψέλη, αν το σύστημα χρησιμοποιεί Κ = 4, Κ=7 και Κ=12. Αν διατίθεται 1ΜΗz από το φάσμα για διαύλους ελέγχου, καθορίστε μια ομοιόμορφη κατανομή των διαύλων ελέγχου και φωνής. 6

7 Τ ΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗ ΚΙΝΗΣΗ Έναρξη κλήσης, διάρκεια κλήσης, τερματισμός κλήσης, μεταβολή κλήσεων: Τυχαία γεγονότα Κατά τη διάρκεια της νύχτας υπάρχει γενικά μικρότερη δραστηριότητα Αύξηση της κίνησης παρατηρείται προς το μέσο του πρωινού (επαγγελματικές δραστηριότητες), το απόγευμα και το βράδυ (κοινωνικές δραστηριότητες). Παίζει ρόλο επίσης το γεωγραφικό μέρος που εξετάζουμε (πόλη ή επαρχία), καθώς και η εποχή του χρόνου. 7

8 Τ ΗΛΕΠΙΚΟΙΝΩΝΙΑΚΗ ΚΙΝΗΣΗ Τηλεπικοινωνιακή Κίνηση ή απλά κίνηση ορίζεται ως το σύνολο, όσον αφορά το πλήθος και τη διάρκεια, των κλήσεων από και προς τα κινητά τερματικά που πραγματοποιούνται μέσω ενός αριθμού διαύλων. Σημαντικότεροι παράγοντες: Ρυθμός άφιξης κλήσεων Διάρκεια κατάληψης διαύλων για τις επιτυχείς κλήσεις Συνολικός αριθμός διαθέσιμων διαύλων Πιθανότητα αποκλεισμού Τρόπος αντιμετώπισης αποκλειόμενων κλήσεων 8

9 Ω ΡΕΣ ΑΙΧΜΗΣ Ώρα αιχμής ή ώρα μέγιστης απασχόλησης: Καλείται η περίοδος μιας ώρας που αντιστοιχεί στην αιχμή του φόρτου κίνησης. Το πλήθος των αναγκαίων καναλιών εξαρτάται από τη μεταφερόμενη κίνηση και πρέπει να είναι επαρκές για να καλύψει τις ανάγκες που προκύπτουν κατά την ώρα αιχμής. Σε ώρες μη αιχμής το μεγαλύτερο ποσοστό του εξοπλισμού παραμένει αδρανές. Οι τηλεπικοινωνιακοί οργανισμοί με σκοπό την ανακατανομή της κίνησης και κατ’ επέκταση τη μείωση των δαπανών δίνουν κίνητρα στους πελάτες τους (π.χ. φθηνότερες κλήσεις τις βραδινές ώρες). 9

10 Ε ΝΤΑΣΗ ΚΙΝΗΣΗΣ Υποθέτουμε ότι έχουμε μεγάλο αριθμό χρηστών και ο ρυθμός κλήσεων από κάθε ένα είναι μικρός, οπότε οι αφίξεις θεωρούνται τυχαίες και ανεξάρτητες. Ο αριθμός των κατειλημμένων διαύλων μεταβάλλεται χρονικά. Ένταση κίνησης: Καθορίζεται από τον μέσο αριθμό κλήσεων που βρίσκονται σε εξέλιξη. Η μονάδα κίνησης καλείται erlang (E) Ο μέσος αριθμός των κλήσεων εν εξελίξει εξαρτάται: από το ρυθμό άφιξης των κλήσεων από τη μέση διάρκεια Χρόνος κράτησης: Διάρκεια μιας κλήσης (Διάρκεια κατάληψης ενός διαύλου). 10

11 Αν C συνολικός αριθμός διαύλων και tn σύνολο χρονικών διαστημάτων, όπου n οι κατειλημμένοι δίαυλοι κατά τη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου Τ, τότε: Όγκος κίνησης είναι το άθροισμα όλων των χρόνων κατάληψης : Όγκος κίνησης = Μεταφερόμενη κίνηση ή ένταση κίνησης είναι το πηλίκο του όγκου κίνησης προς τη χρονική περίοδο κατά την οποία μετριέται ο όγκος κίνησης: Μεταφερόμενη κίνηση = 11

12 ERLANG Η Μεταφερόμενη κίνηση μετράται σε erlang. Αντιπροσωπεύει τον μέσο αριθμό των ταυτόχρονα κατειλημμένων καναλιών κατά τη διάρκεια μιας προκαθορισμένης περιόδου Τ. 1 erlang αντιπροσωπεύει την κίνηση που μεταφέρεται από έναν δίαυλο, ο οποίος είναι πλήρως κατειλημμένος, δηλαδή 1 ώρα κατάληψης ανά ώρα. Για παράδειγμα, αν ένας δίαυλος είναι κατειλημμένος για 30 λεπτά τότε μεταφέρει 0,5 erlang κίνησης. 12

13 Π ΡΟΣΦΕΡΟΜΕΝΗ ΚΙΝΗΣΗ Η προσφερόμενη κίνηση (offered traffic) δημιουργείται από τις κλήσεις που φθάνουν στο σύστημα, άσχετα από τη μετέπειτα τύχη τους. Προσφερόμενη κίνηση = Α = λ*H = Nu * Au λ, ρυθμός άφιξης κλήσεων H, μέση διάρκεια κλήσεων Η ποσότητα t n / Τ είναι το κλάσμα της χρονικής περιόδου Τ κατά τη διάρκεια του οποίου είναι κατειλημμένοι n δίαυλοι. 13

14 Β ΑΘΜΟΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗΣ ( GOS ) Ο βαθμός εξυπηρέτησης (Grade of Service, GOS) είναι ένα μέτρο της πιθανότητας ανεπιτυχούς πρόσβασης κάποιου χρήστη στο σύστημα κατά την ώρα αιχμής, και ορίζεται ως ο λόγος του αριθμού των ανεπιτυχών κλήσεων προς τον συνολικό αριθμό κλήσεων την ώρα αιχμής. Στην ουσία, υποδηλώνει την πιθανότητα φραγής δηλαδή πιθανότητα να μην εξυπηρετηθεί ένας χρήστης. Ο βαθμός εξυπηρέτησης είναι ένας δείκτης επίδοσης ενός συγκεκριμένου συστήματος. 14

15 Β ΑΘΜΟΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗΣ ( GOS ) Ο βαθμός εξυπηρέτησης συνήθως είναι καλύτερος από 0.02, δηλ. κατά μέσο όρο ένας χρήστης θα βρίσκει διαθέσιμο δίαυλο το 98% του χρόνου, κατά τη διάρκεια της ώρας αιχμής στο σύστημα. Κατά τη διάρκεια του υπόλοιπου χρόνου (όχι ώρα αιχμής), ο GOS θα βελτιώνεται και στην ουσία τα περισσότερα συστήματα θα εμφανίζονται χωρίς αποκλεισμό. 15

16 Β ΑΘΜΟΣ ΕΞΥΠΗΡΕΤΗΣΗΣ (GOS) Η μέγιστη μεταφερόμενη κίνηση είναι ίση με τον αριθμό των διαύλων C, σε erlangs Κατηγορίες συστημάτων: Χωρίς αναμονή στις αιτήσεις κλήσης GOS = η πιθανότητα να αποκλειστεί μια κλήση. Με ουρά αναμονής για τις κλήσεις που αποκλείονται GOS = η πιθανότητα να αποκλειστεί μια κλήση, αφού παραμείνει στη ουρά για ένα προκαθορισμένο διάστημα. 16

17 E RLANG B Είναι C διαθέσιμοι δίαυλοι Κατανομή άφιξης κλήσεων Poisson, με ρυθμό λ Οι κλήσεις που βρίσκουν ελεύθερο δίαυλο εξυπηρετούνται αμέσως. Οι κλήσεις που βρίσκουν όλους τους διαύλους κατειλημμένους αποκλείονται και εγκαταλείπουν το σύστημα. Οι χρόνοι κατάληψης των διαύλων είναι ανεξάρτητοι με εκθετική κατανομή και μέση διάρκεια Η = 1/μ, μ ο μέσος ρυθμός εξυπηρέτησης. Η πιθανότητα αποκλεισμού είναι να είναι και οι C δίαυλοι αποκλεισμένοι, δηλαδή : 17

18 18

19 E RLANG C Παρόμοια με erlang B Διαθέσιμοι C δίαυλοι Η κατανομή άφιξης των κλήσεων είναι Poisson με ρυθμό λ. Αν μια εισερχόμενη κλήση δεν βρίσκει ελεύθερο δίαυλο, τοποθετείται σε ουρά αναμονής με άπειρο μήκος. Κάθε κλήση εξυπηρετείται με τη σειρά άφιξής της. 19

20 E RLANG C Αν δεν υπάρχουν άμεσα διαθέσιμοι δίαυλοι η κλήση καθυστερεί και η πιθανότητα η κλήση να αναγκαστεί να περιμένει παραπάνω από t δευτερόλεπτα δίνεται από : Η πιθανότητα να καθυστερήσει η κλήση παραπάνω από t δευτερόλεπτα δίνεται από τη σχέση: 20

21 Φ ΑΣΜΑΤΙΚΗ Α ΠΟΔΟΣΗ ΚΥΨΕΛΩΤΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ Το ολικό εύρος ζώνης για κυψελωτο σύστημα με Cc κανάλια ανά κυψέλη και επαναχρησιμοποίηση Κ, είναι: Η φασματική απόδοση ενός κυψελωτού συστήματος ορίζεται ως το πηλίκο της μεταφερόμενης κίνησης ανά κυψέλη (σε Erlang) προς το γινόμενο του ολικού εύρους ζώνης του συστήματος επί το εμβαδό της κυψέλης. A Ct η μεταφερόμενη κίνηση ανά κυψέλη Η φασματική απόδοση εκφράζεται σε erlang/MHz/km 2 (όχι σε erlang/Hz/m 2). 21

22 22

23 23

24 24

25 25

26 Ά ΣΚΗΣΗ 2 Τα παρακάτω στοιχεία αντιπροσωπεύουν έρευνα αγοράς και αφορούν τη διάρκεια των κλήσεων την ώρα αιχμής και το ποσοστό των χρηστών στο οποίο αντιστοιχεί η διάρκεια αυτή. Υπολογίστε την κίνηση ανά χρήστη σε erlang.  0 - 1 min, 40% των χρηστών  1 - 2 min, 35% των χρηστών  2 - 3 min, 20% των χρηστών  3 - 10 min, 5% των χρηστών. 26

27 Ά ΣΚΗΣΗ 3 Η έρευνα αγοράς για ένα κυψελωτό σύστημα έδωσε την παρακάτω κατανομή του αριθμού κλήσεων την ώρα αιχμής συναρτήσει του ποσοστού των χρηστών που πραγματοποιούν αυτές τις κλήσεις. Βρείτε τον αριθμό των κλήσεων ανά χρήστη.  0 - 1 κλήσεις την ώρα αιχμής, 60% των χρηστών  1 - 2 κλήσεις την ώρα αιχμής, 30% των χρηστών  2 - 10 κλήσεις την ώρα αιχμής, 8% των χρηστών  πάνω από 10 κλήσεις την ώρα αιχμής, 2% των χρηστών. 27

28 Ά ΣΚΗΣΗ 4 Πόσοι χρήστες μπορούν να εξυπηρετηθούν με πιθανότητα αποκλεισμού 0.5% και με τους παρακάτω αναφερόμενους αριθμούς διαύλων, σε σύστημα που οι αποκλειόμενες κλήσεις απορρίπτονται (Erlang B); α) C=2 β) C=5 γ) C=10 δ) C=20 ε) C=100 Υποθέστε ότι κάθε χρήστης παράγει 0.1 erlang κίνησης. 28

29 Ά ΣΚΗΣΗ 5 Τρεις ανταγωνιστικές εταιρείες κινητών επικοινωνιών (Α,Β,Γ) παρέχουν υπηρεσία σε αστική περιοχή με πληθυσμό 3 εκατομμύρια κατοίκους. Το Α έχει 400 κυψέλες με 24 διαύλους κατανεμημένους σε κάθε κυψέλη, το Β 100 κυψέλες με 64 διαύλους σε κάθε κυψέλη και το Γ 60 κυψέλες με 96 διαύλους σε κάθε κυψέλη (Erlang B). Βρείτε τον αριθμό των χρηστών που μπορεί να εξυπηρετηθεί με πιθανότητα αποκλεισμού 1% αν κάθε χρήστης πραγματοποιεί κατά μέσο όρο 3 κλήσεις την ώρα και η μέση διάρκεια των κλήσεων είναι 2 λεπτά. Υποθέτοντας ότι και τα τρία συστήματα λειτουργούν με μέγιστη χωρητικότητα, υπολογίστε τη διείσδυση κάθε συστήματος στην αγορά. 29

30 Ά ΣΚΗΣΗ 6 Σε κυψελωτό σύστημα που εξυπηρετεί μια αστική περιοχή έκτασης 2000 km2, διατίθεται φάσμα εύρους ζώνης 28 MHz. Οι δίαυλοι του συστήματος είναι αμφίδρομοι, έχουν εύρος ζώνης 200KHz ανά κατεύθυνση και κάθε δίαυλος υποστηρίζει με TDMA 8 διαύλους χρήστη. Ο συντελεστής επαναχρησιμοποίησης είναι Κ=7, κάθε κυψέλη έχει ακτίνα R= 3km και ο επιθυμητός GOS=0.02 για σύστημα Erlang B. Αν η προσφερόμενη κίνηση είναι 0.01 erlang/ χρήστη να βρεθούν: Α) αριθμός κυψελών συστήματος Β) αριθμός διαύλων ανά κυψέλη Γ) προσφερόμενη κίνηση κάθε κυψέλης Δ) μέγιστη προσφερόμενη κίνηση 30

31 Ά ΣΚΗΣΗ 6 ( ΣΥΝΕΧΕΙΑ ) Ε) ολικό αριθμό χρηστών που μπορούν να εξυπηρετηθούν για GOS=0.02 ΣΤ) μέγιστος αριθμός χρηστών που μπορεί να εξυπηρετηθεί από το σύστημα κάποια στιγμή. 31

32 Ά ΣΚΗΣΗ 7 Σε κυψελωτό σύστημα με συντελεστή επαναχρησιμοποίησης Κ=7, οι κυψέλες είναι εξαγωνικές και έχουν ακτίνα R=2.31 km. Το σύστημα χρησιμοποιεί συνολικά 84 διαύλους, το προσφερόμενο φορτίο ανά χρήστη είναι Αu= 0.06 erlang και κάθε χρήστης πραγματοποιεί κατά μέσο όρο 2 κλήσεις/ώρα. Αν το σύστημα είναι Erlang C με GOS=0.05 να υπολογιστούν τα εξής: Α) Πυκνότητα χρηστών ανά Km2 που υποστηρίζονται από το σύστημα. 32

33 Ά ΣΚΗΣΗ 8 Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η κατανομή της κίνησης σε erlang σε κυψελωτό σύστημα με Κ=7, για πυκνοκατοικημένη περιοχή. Ο ολικός αριθμός διαύλων είναι 395. Υποθέστε ότι κάθε χρήστης παράγει 0.03 erlang κίνησης με μέση διάρκεια κλήσεων 120 sec. Η έκταση της εξυπηρετούμενης περιοχής είναι 1200 km2 και οι κυψέλες σχεδιάζονται για GOS=0.02. Να υπολογίσετε: Α) αριθμό διαύλων για κάθε κυψέλη Β) αριθμό συνδρομητών που εξυπηρετούνται από το σύστημα Γ) μέσο αριθμό χρηστών ανά δίαυλο 33

34 Ά ΣΚΗΣΗ 8 ( ΣΥΝΕΧΕΙΑ ) Δ) αριθμός κλήσεων που εξυπηρετούνται από το σύστημα Ε) πυκνότητα χρηστών ανά km2 ΣΤ) πυκνότητα κλήσεων ανά km2 Ζ) ακτίνα κυψέλης σε km Η) χρησιμοποίηση των διαύλων 34