Este documento muestra un modelo de estructura de
teletrafico para telefonía inalámbrica en servicios
de comunicación personal (PCS). La estructura se basa en
el comportamiento humano el cual fue desarrollado en una investigación
realizada por una universidad de San Francisco (EU) a través
del análisis de datos de volúmenes de llamadas y
movilidad. Para esto fue necesario el desarrollo de análisis
con diferentes modelos tales como: El modelo de llamadas y el
modelo de movimientos. Por otra parte en este articulo se hace
una breve referencia sobre estructuras de redes inteligentes para
servicios de comunicaciones personales inalámbricas.
Palabras Claves: Modelo, PCS, Teletrafico
This document shows the teletraffic model framework
for wireless personal communication service PCS. The framework
is based in human behaviors which was developed in a research
carried out by a university of San Francisco in USA through analysis
of volumes of call and mobility. Due to this it was necessary
to make different model analysis such as: Call Model and Movement
Model. Moreover this article stipulate a brief reference about
intelligent network for wireless personal communication service.
Key Word: Model, PCS, Teletraffic
Las comunicaciones personales en telefonía inalámbricas han llegado a ser una tecnología emergente. Esta es de la industria de las telecomunicaciones el segmento con mayor crecimiento. Una variedad de servicios basados sobre comunicaciones inalámbricas ya existente hoy en día. Servicios de Comunicaciones Personales (PCS), microteléfonos de manos, y servicios móviles es la próxima generación de servicios los cuales dependerán de la tecnología de comunicaciones inalámbricas. Un critico problema que enfrenta el campo de las comunicaciones inalámbricas es la integración de servicios. Hasta ahora, muchos de los existentes están previstos para voz (Ej. AMPS - Advanced Mobile Phone service) o data (Ej. RAM).
Aunque algunos de los nuevos servicios digitales basados en interfaces aéreas ( Ej. GSM - Groupe Special Mobile) ofrecen algunas capacidades de datos y un extensivo grupo de capacidades de voz, aún se necesita mucho mas para proveer una considerable integración de voz y data. Otros servicios tales como imagen y quizás vídeo en el futuro necesitan ser incluidos en esta integración. La integración de varios servicios y sistemas introduce nuevos retos y comercializaciones en el diseño de redes.
En realidad el modelaje del teletraffic, la ingeniería y la administración para comunicaciones personales y redes inalámbricos ha alcanzado una completa y nueva dimensión con el imprevisto crecimiento de los servicios de comunicaciones personales, haciendo uso de múltiples tecnologías e infraestructuras. Hoy en día los problemas de teletraffic presentan un mayor reto que los problemas clásicos de telefonía.
Los problemas de Teletraffic han evolucionado tan rápidamente como las comunicaciones personales. La escasez de espectro , la separación de llamadas y la administración de conexiones ha llevado a una familia completamente nueva de técnicas fijas y dinámicas en la asignación de recursos. Funciones relacionadas a movilidad, rastreo y seguridad a alcanzado nuevas interrogantes.
La meta de los servicios de comunicación personal
(PCS) es proveer comunicación integrada (Ej. Voz, Vídeo
y Data) entre subscriptores, localizaciones y patrones de movilidad,
y es de hacer notar que el mercado en diferentes servicios de
comunicaciones inalámbricas esta creciendo rápidamente,
por ejemplo en Estados Unidos hay ya mas de 30 millones de clientes
de celulares y este numero esta continuamente creciendo con una
rata exponencial tanto en USA como también en otros países.
Los modelos teletraffic son una invaluable herramienta
para planificación y diseño de redes. Ellos son
útiles en áreas tales como comparaciones de arquitectura
de redes, asignación de recursos de redes y evaluación
de performance de protocolos. Tradicionalmente los modelos de
trafico no han sido desarrollados para redes inalámbricas.
Estos modelos pronostican el trafico de congestión que
va directo a los conmutadores telefónicos. Como tal, ellos
no incluye movilidad del subscriptor o distribución de
las líneas y por lo tanto necesita modificaciones para
ser aplicables a modelos de tráficos PCS. Un modelo general
para tráfico PCS no existe todavía, y la mayoría
de los investigadores frecuentemente añaden sus propios
modelos de movilidad para los modelos tradicionales de líneas
de cables (wireline). Estos modelos de movilidad raramente reflejan
patrones de movimiento real; es poco probable que sean capaces
de describir adecuadamente el rango de comportamiento de los subscriptores
que aparecerán sobre una red de PCS cubriendo una gran
geografía. Los modelos de movilidad son requeridos para
describir el comportamiento de movimiento en escalas diferentes.
ADMINISTRACION DE DATOS
La motivación en investigaciones sobre modelo
de trafico para PCS está en que esto presenta problemas
desafiantes en la administración de la data; la red PCS
almacena información importante por usuario, tales como
localización actual, información autenticada e información
de facturación en perfiles de usuarios. La administración
de la data se refiere al acceso y mantenimiento de información
en el perfil de usuario. Como por ejemplo duración de las
llamadas, entre otras tareas, la red necesita acceder al perfil
de llamadas para información de localización y perfil
de la persona quien realiza la llamada para la autenticidad de
la información. También la red registra el movimiento
de usuario para actualizar la información de localización
en el perfil del usuario. El performance de cualquier esquema
de administración de data es una función fundamental
de la arquitectura de la base de datos, protocolos y Algoritmos.
En los últimos años, muchos esquemas sofisticados
de administración de data han sido propuesto para reducir
el perfil de búsqueda para mejorar los tiempos de respuesta
y de señalización de trafico. Estos métodos
utilizan técnicas tales como replicación de data
y caching (Almacenamiento). Es importante hacer notar que estas
propuestas dependen fuertemente sobre el comportamiento del subscriptor.
En otras palabras los méritos de caching y de los esquemas
de replicación de data son funciones de movilidad y patrones
de llamadas. Como resultado tenemos que el modelo de trafico basado
sobre llamadas reales y patrones de movilidad son un aspecto critico
de la evaluación del performance.
ARQUITECTURA DE REDES PCS
En una red PCS, los subscriptores movibles se comunican
directamente a través de teléfonos portátiles.
La arquitectura de red básica se muestra en la fig. 1.
Esta consiste de un grupo de Radio Puertos (Ej. Estaciones Base)
conectados a una red fija de cables conectados directamente a
centros de conmutación de móviles (MSCs). Los puertos
de radios son los puntos de servicios de comunicación para
los teléfonos portátiles de mano dentro de su áreas
de cobertura. Los MSCs son las interfaces de hardware entre grupo
de Radio Ports y la red de líneas de cables (Wireline network).
Las bases de datos de perfiles de usuarios están también
conectadas a la red de líneas de cables, las operaciones
detalladas de esas bases de datos y la conectividad entre ellos
son determinadas por el esquema de administración de datos.
La comunicación tiene lugar por el establecimiento de conexiones
de llamadas a través de los Radio Ports, Centros de Conmutación
Móviles ( MSCs ) y la red de líneas de cables.
Se ha desarrollado un modelo de estructura general para investigaciones de administración de data. La estructura incluye el modelo de llamadas y movimiento de trafico, actividades de administración de data y señalización de la red. En este trabajo se enfocará hacia el modelo de llamadas y tráficos. El modelo de estructura de trafico esta compuesto de los siguientes objetos:
Site --- Representa un área geográfica. Todas las características físicas de las áreas en conjunto definen la geografía física para movimientos del subscriptor.
User --- Representa a un subscriptor humano.
La estructura puede ser también dividida dentro de los
siguientes componentes: Modelo de Topología, Modelo de
llamadas y Modelo de Movimiento. El modelo de topología
especifica la topología geográfica o conectividad
entre Sites. El modelo de llamadas y movimiento describe respectivamente
como los usuarios hacen llamadas entre si y como ellos se mueven
a través de la geografía definida por el modelo
de topología.
En el modelo de llamadas se generan tráficos de llamadas por cada usuario individual. El modelo es divido en dos partes: El modelo de Trafico de llamadas y modelo de Distribución de líneas.
Modelo de tráficos de llamadas. Aún cuando es muy poco lo conocido sobre las características de trafico de futuras redes de PCS, el modelo de tráficos de llamadas describe cuan frecuente los usuarios individuales realiza llamadas a otros usuarios y se traza la duración de cada llamada.
Un trabajo de investigación realizado sobre patrones de volúmenes de tráficos en intercambio de llamadas telefónicas de una Universidad Norteamericana arrojó que hay esencialmente tres periodos de llamadas durante un típico día de semana . El primero corresponde al período entre la 12am. y 7am. cuando hay muy poca actividad, observándose un volumen de llamadas muy bajas de alrededor de 50 llamadas . El segundo es el período pico el cual esta dentro del lapso regular de horas de trabajo es decir entre 8 am. Y 4 pm. y donde el números de llamadas oscila entre las 900 y 1800; por ultimo esta el periodo correspondiente desde el atardecer hasta la media noche en el cual el volumen decrece de 800 a 200 llamadas. Una observación que se refleja de esta investigación es que la transición entre el amanecer y el comienzo del día laboral es de forma abrupta pero la transición durante el anochecer es mucho mas gradual. Estos patrones provee una guía para cuando se especifican parámetros en modelos de tráficos de llamadas.
Modelo de Distribución de llamadas. El modelo de distribución de llamadas caracteriza como se genera cada llamada. Este es un modelo importante debido a sus efectos sobre la evaluación de performance, especialmente para esquemas con caching o replicación de data.
Como los servicios de comunicación personal inalámbricos son conceptualmente similares a las redes de celulares móviles, básicamente esto esta dirigido a perfiles de servicios personales y para soportar terminales movibles. Para archivar estas capacidades el número del subscriptor ha sido definido como un número lógico independiente de la estructura de la red. Es decir la red tiene que tener capacidad para:
En redes móviles, la función lógica reside en el HLR (Home Location Register),en el VLR ( Visiting Location Register ) y el MSC ( Mobile Switching Center).
Modelo de Movilidad. Antes de describir el modelo de movilidad, veremos brevemente algunos modelos de movimiento humano.
Modelo Markoviano. El modelo markoviano también conocido como el modelo de Random-Walk, el cual describe el comportamiento de movimientos individuales, un subscriptor permanecerá dentro de una región o se moverá a una región adyacente de acuerdo a una distribución de probabilidad de transición.
Modelo de Gravedad. El modelo de gravedad ha sido usado extensivamente en investigaciones de transporte para modelar el comportamiento del movimiento humano. Esto ha sido aplicado para regiones de diversos tamaños para modelos de ciudad, modelos nacional y modelos internacional. Una simple forma de describir la cantidad de trafico Ti,j de movimiento de una región i hacia una región j es : Ti,j = Ki,jPiPj , donde Pi es la población en la región i, Pj es la población de la región j y Ki,j son parámetros que son calculados para todas las posibles pares de regiones (i,j).
En el estudio realizado en la Universidad de San Francisco en estructuras de PCS en modelos de movilidad, se analizaron diferentes jerarquías para movimiento a diferentes escalas, como: Modelo de Movilidad Metropolitano, Modelo de Movilidad Nacional y Modelo Internacional.
Modelo de Movilidad Nacional. El modelo de movilidad nacional describe subscriptores en movimiento dentro de un área metropolitana. Este es un modelo que incluye el Modelo Markoviano. Cada site es usado para describir una pequeña región de un área metropolitana. La conexión geográfica entre sites es modelado por medio del modelo de topología antes mencionado. Las probabilidades de movimiento dentro de adyacentes lugares se especifican por una matriz de conectividad de movimientos, donde cada elemento (i,j) en la matriz es la probabilidad de que un subscriptor se mueva de un lugar i a un lugar j.
Modelo de movilidad Nacional. El modelo de movilidad nacional caracteriza el comportamiento de movimiento entre diferentes áreas metropolitanas en un país. Cada lugar ahora representa el flujo de volumen de tráfico entre dos lugares como una función de la población en cada lugar y la distancia que los separa.
Modelo de Movilidad Internacional. El modelo de movilidad
internacional caracteriza el comportamiento de movimiento entre
diferentes países, si tomamos como ejemplo el movimiento
de países con USA, podemos usar la siguiente formula :
Tj = KjPuPj , donde Tj es el promedio de flujo de trafico entre
los Estados Unidos y la cuidad J, Kj es el parámetro calculado
para la cuidad J y Pj es la población de la cuidad J y
Pu es la población de USA. El Tj es encontrado tomando
el promedio de trafico entre las llegadas y salidas en los aeropuertos.
Como el progreso de la comunicación personalizada ha demandado por diversidad y por servicios avanzados, esto ha conducido a la personalización de servicios para cada suscriptor. Algunos servicios avanzados tales como Free-phone, red privada virtual requieren de capacidad de inteligencia para el control de llamadas en la red. Por tal situación la implementación con una eficiencia de servicios por desarrollos a bajo costo y rápidos serán importante para la operaciones de la red. Para este propósito un compromiso acordado de algunos entidades funcionales, proveerá la arquitectura de red y el protocolo de señalización lo cual facilita la flexibilidad y expandibilidad de servicios.
El concepto de red inteligente puede proveer una estructura para soporte personal y movilidad del terminal e incrementar servicios en móviles inalámbricos y PCS. Aplicando este concepto la red tiene que crecer separando las funciones relacionadas con transporte y las funciones relacionadas con control de servicios. Se define entonces una plataforma de servicio de comunicaciones independientes. Tal incremento de redes ha sido estudiado por ITU ( International Telecommunication Union ) como redes inteligentes (IN) y el primer grupo de capacidades para redes inteligentes IN CS-1 (Intelligent Network Capability Set One ) ya ha sido estandarizado. La red inteligente utiliza un modelo conceptual la cual consiste de cuatros planos: Plano de servicios, Plano Funcional Global , Plano Funcional Distribuido y Plano Físico.
Un importante aspecto de la red inteligente es el modelo de llamadas , mencionadas anteriormente, que cubre los detalles de implementación y dependencias de switches por los diferentes fabricadores. Esto consiste de dos componentes principales: El modelo básico de llamadas (BCM) y de la vista de conexión (CV). El modelo básico de llamadas, como se describió anteriormente, provee un modelo genérico de procesamiento de llamadas. La vista de conexión describe como los programas de servicio lógicos, residen en el punto de control de servicios (SCP).
Para la entrega de llamadas básicas en PCS , el SCP puede
proveer el servicio lógico y el HLR-VLR la conexión.
Este puede ser primariamente hecho en dos formas: Numero de PCS
no geográfico similar a las servicios de llamadas libres
(800) o números geográficos anclados sobre un switch
PCS. Para el caso no geográfico, cuando la persona que
realiza la llamada marca el número PCS, esto causa que
el switch de origen detecte que este es un número PCS y
la llamada es entonces enviada. Esto es un ejemplo de entrega
de llamadas básicas usando arquitectura de red inteligente.
La otra parte a quien se llamó se le asume habérsele
buscado en un servicio que provee área de coberturas foráneas,
siendo registrado con el SCP/HLR. El switch de origen detecta
que el número marcado es un número PCS y envía
un mensaje de información analizado para el SCP. El punto
de control de servicios (SCP) envía una solicitud de localización
(LOCREQ) para el SCP/HLR para ese subscriptor. El HLR toma el
numero de destino (roaming number) desde el VLR y envía
esto al switch de origen. El switch de origen entonces envía
la llamada para ese número destino hacia el switch destino.
El terminal móvil está basado sobre un acceso común
de radio e interfaces. El terminal movible establece algunos requerimientos
importantes sobre la red, como es dar al subscriptor la posibilidad
de comunicarse desde un área a otra. Esto implica que la
red debería registrar continuamente el movimiento del terminal
o ser capaz de ubicar el terminal tan pronto como se produzca
una llamada.
La movilidad de las personas, se trata alrededor de un usuario quien lleva una identidad personal de subscriptor, con una tarjeta de identidad conteniendo un número personal y el usuario puede accesar servicios desde cualquier terminal. Cuando la persona marca un número es responsabilidad de la red enrutar la llamada al terminal escogido por el subscriptor.
En una red que soporta terminales movibles como en PCS, el número
del subscriptor se asigna a cada terminal como un número
lógico independiente de la estructura de transporte de
la red, y debe tener la capacidad de: un directorio asignado a
cada usuario, referido a un número ISDN de un subscriptor
móvil, un terminal referido como identidad de una estación
móvil y un registro identificador de área para indicar
el área de una llamada desde un terminal movible.
Las comunicaciones personales inalámbricas están en el proceso de revolución en los servicios de telecomunicaciones y en la forma en la cual las personas usen estos. Sobre todo el crecimiento de inalámbricos y el mercado de celulares durante los últimos años ha excedido las expectativas. Hay una presunción general de que la demanda de clientes por telecomunicaciones inalámbricas en PCS continuarán en expansión en el futuro. Esto viene reflejado por el alto nivel de actividades de ingeniería y de desarrollos de estándares a lo ancho del mundo. Hay muchos puntos de vista sobre que traerá el futuro en términos de capacidades y diseños inalámbricos. Sin embargo, una cosa esta clara: las comunicaciones personales inalámbricas tiene reservado un status como un objetivo principal y será el mayor esfuerzo en manejo de desarrollo de sistemas y servicios de comunicación personal.
En este documento se ha presentado una estructura para modelar teletraffic en PCS. La estructura incorpora modelos que pueden ser utilizado para obtener mediciones en actividades de movilidad y llamadas en el comportamiento de las personas para patrones de evaluación de performances.
Las implementaciones basadas en el concepto de tecnología de red inteligente nos ha llevado a verdaderos sistemas de servicios personales inalámbricos. Existen significativas investigaciones en esta disciplina desde métodos para la asignación y acceso en el manejo de movilidad en tiempo real y en servicios de control de llamada.
Francisco Vásquez
Ingeniero de Sistemas
I.U.P "Luis Caballero Mejías" 1982
Empresa: Informática, Negocios y
Tecnología S.A (INTESA); Coorpora
ción mixta entre PDVSA y SAIC.