Estrutura de Simula˘c~ao para Integra˘c~ao de Redes WLAN e ...

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Estrutura de Simulacao para

Integracao de Redes WLAN e

UMTS

Elisabete Raquel de Sousa Barbosa

Tese submetida no ambito do

Mestrado Integrado em Engenharia Electrotecnica e de Computadores

Major de Telecomunicacoes

Orientador: Manuel Alberto Pereira Ricardo (Professor)

Co-orientador: Hermes Irineu Del Monego (Investigador)

Julho de 2008

c© Elisabete Raquel de Sousa Barbosa, 2008

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Versao 2.0 (30 de Julho de 2008)

Resumo

O constante aumento da utilizacao das novas tecnologias leva a constante procura desolucoes para garantir a qualidade do servico. O principal objectivo deste trabalho foi criaruma estrutura de interligacao das redes Wireless Local Area Network (WLAN) e Univer-sal Mobile Telecommunications System (UMTS) de acordo com arquitectura da normaThird Generation Partnership Project (3GPP) release 8, de modo a apoiar a avaliacao ecomparacao de mecanismos de gestao de recursos de radio em redes de multi-acesso.

Esta estrutura, implementada no Network Simulator 3 (NS-3), contem ainda tresmecanismos de gestao de recursos de radio implementados com o intuito de testar e vali-dar o desempenho da estrutura. O primeiro mecanismo e baseado na Area de cobertura,o segundo baseado no Balanceamento de Carga e o ultimo e baseado na Tendencia demobilidade.

A possibilidade de gerar varios tipos de trafego, fornecida pelo NS-3, serviu paraefectuar uma avaliacao do desempenho do modelo de interligacao implementado. De modoa encaminhar os varios tipos de trafego gerados e necessario saber o estado das redes.Para isto foram consideradas as seguintes variaveis: factor de carga, numero de chamadasadmitidas em UMTS, atraso, taxa de ocupacao, numero de chamadas admitidas, numerode pacotes recebidos, numero de pacotes perdidos em WLAN e o numero de chamadasperdidas.

As redes WLAN e UMTS foram alvo de avaliacao durante a fase de testes, tanto indi-vidualmente como ambas as redes interligadas. Primeiro, efectuando uma apreciacao dodesempenho das redes em separado, dos resultados obtidos por cada rede e da evolucao dasvariaveis que permitem identificar o estado da rede, conclui-se que estes resultados estaode acordo com as equacoes dos metodos para a recolha de parametros das redes. Poste-riormente, foi testado o modelo de interligacao, isto e, com as duas redes ja integradas,atraves dos seguintes mecanismos de gestao: o mecanismo baseado na Area de coberturae o mecanismo baseado no Balanceamento de Carga.

Fazendo uma analise dos resultados obtidos verificou-se que o aumento de trafego nasredes provoca o aumento do factor de carga na rede UMTS e o aumento do debito conduztambem ao aumento do factor de carga.

Na rede WLAN foi observado que o aumento do numero de chamadas admitidasprovoca um aumento da taxa de ocupacao e tambem do atraso. Verificou-se tambemque quanto maior for o debito, maior sera o crescimento da taxa de ocupacao e do atraso.

Com base nos resultados apresentados foi permitido concluir que o modelo de in-terligacao das redes WLAN e UMTS, implementado no Network Simulator 3 de acordocom arquitectura da norma 3GPP release 8, comporta-se de acordo com os valores esper-ados e conforme desejado para a estrutura real de integracao das duas redes.

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Abstract

The constant rise in the use of new technologies leads to the constant search for so-lutions to ensure quality of service. The main objective of this work was to create astructure for interconnection of networks Wireless Local Area Network and Universal Mo-bile Telecommunications System, according to the standard Third Generation PartnershipProject release 8, in order to support the evaluation and comparison of radio resourcesmanagement mechanisms in multi-access networks.

This structure, developed in the Network Simulator 3 , has three radio resources man-agement mechanisms that were made to test and evaluate the structure performance. Thefirst mechanism is based in the coverage area, the second one based on load balancing,and the last one is based on the trend of mobility.

The ability to generate several kinds of traffic, provided by the NS-3, was used tomake an evaluation of the performance of the interconnection model developed. In orderto forward the several kinds of traffic generated is necessary to know the network state.In order to determine the network state were considered the following variables: loadfactor, number of allowed calls by UMTS, delay, occupation rates, number of allowedcalls, number of received packets, number of lost packets in WLAN and the number oflost calls.

The WLAN and UMTS networks were evaluated during the tests, initially individ-ually and latex the both networks interconnected. First, carrying out an assessment ofthe performance of networks, separately, from the results by each network and from thedevelopment of the variables that identify the network state it can be concluded that theseresults are consistent with the method equations for the collection of network parameters.Then, the interconnection model was tested, i.e., with the integration of the two networks,through the radio management mechanisms: the mechanism based on coverage area andthe mechanism based on charge balancing.

Making an analysis of the results it can be concluded that the increase of traffic in thenetworks increases the load factor in the UMTS network and the increase of the data ratealso leads to an increase of the load factor.

In the WLAN network it was observed that the increase in the number of admittedcalls cause an increase in the occupantion rate and in the delay. It can also be concludedthat how much bigger will be the data rate, greater will be the growth of the occupationrate and the delay.

Based on the presented results is allowed to conclude that the interconnection modelof the WLAN and UMTS networks, developed in the Network Simulator 3 according tothe standard architecture 3GPP release 8, behaves according to the expected values andbehaves as desired for the real integration structure.

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Agradecimentos

Esta dissertacao nao seria possıvel sem a ajuda de um numero consideravel de pessoase por isso gostaria de agradecer a essas pessoas.

Gostaria de agradecer ao Engenheiro Hermes Irineu Del Monego, pela orientacao notrabalho desenvolvido, disponibilizacao de material que auxiliou na realizacao do trabalho,e pelo apoio dado que ajudou na superacao de varias dificuldade encontradas.

Ao Professor Manuel Pereira Ricardo, pela orientacao dada ao longo do trabalho, peloconhecimento fornecido para elaboracao do trabalho, e auxilio na escrita da tese.

Ao Engenheiro Gustavo Carneiro, dedico um especial agradecimento pelo auxılio econhecimentos dados acerca do Simulador NS-3, pela elaboracao da interface virtual nesteSimulador, que permitiu a conclusao da minha dissertacao e ainda pela importante disponi-bilidade mostrada que foi muito para alem das suas obrigacoes profissionais.

Para concluir gostaria de agradecer em especial a minha famılia e amigos, e ao meunamorado, Vıtor, pela tolerancia, compreensao e carinho.

Elisabete Barbosa

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“O unico homem que esta isento de erros,e aquele que nao arrisca acertar.”

Albert Einstein

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Conteudo

1 Introducao 1

2 Estado da Arte 52.1 Rede UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.1.1 Sistema UMTS (3G), WCDMA e Servicos . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.2 Nıvel Fısico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.1.3 A arquitectura da rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.1.4 Pilha do Protocolo UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.1.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2 Rede WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.1 Tecnologia WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.2 Arquitectura de Rede sem fio 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.2.3 Acesso ao meio (MAC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.2.4 Nıvel Fısico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.2.5 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.3 Mobilidade IP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.4 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.4.1 Projecto 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142.4.2 Breve descricao sobre o protocolo 3GPP . . . . . . . . . . . . . . . . 152.4.3 PDP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4.4 TEID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.4.5 GTP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.5 Metodos para a recolha de parametros das redes UMTS e WLAN para asimulacao da banda disponıvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.5.1 Algoritmo usado para UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.5.2 Algoritmo usado para WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.6 Network Simulator 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6.1 No . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6.2 Canal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.6.3 Dispositivos de rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.7 Handover vertical e horizontal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202.8 Protocolos UDP e TCP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.9 Trafego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.10 Trabalhos Relacionados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3 Metodologia e Modelo de Simulacao 273.1 Modelo UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2 Modelo WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

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xii CONTEUDO

3.3 Modelo de Simulacao da interligacao das redes WLAN e UMTS . . . . . . . 343.4 Geracao de trafego . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403.5 Metodos de decisao implementados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4 Analise de Resultados 434.1 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.1.1 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS com trafego VoIP . 434.1.2 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS com trafego Vıdeo 454.1.3 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS com trafego VoIP

e Vıdeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.2 Analise dos valores obtidos no modelo de WLAN . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.1 Analise dos valores obtidos no modelo WLAN com envio de trafegoVoIP, com 100 estacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2.2 Analise dos valores obtidos no modelo de WLAN com envio detrafego Vıdeo, com 100 estacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

4.3 Analise dos valores obtidos no modelo de simulacao com o metodo de GestaoBaseado no Balanceamento de Carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

4.4 Analise dos valores obtidos no modelo de simulacao com o metodo de GestaoBaseada na Area de Cobertura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5 Conclusao e Trabalho Futuro 635.1 Conclusao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 635.2 Trabalho Futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

Referencias 67


Lista de Figuras

1.1 Modelo de simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2.1 FDD e TDD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 Estrutura da rede UMTS (retirado de [1]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.3 UMTS plano do utilizador (retirado de [1]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.4 UMTS Plano de controlo (retirado de [1]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.5 Modelo OSI-ISO com o modelo standard do 802.11 . . . . . . . . . . . . . . 102.6 Extended Service Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112.7 Tempo de espera entre frames (retirado de [2]) . . . . . . . . . . . . . . . . 122.8 Arquitectura do cenario de interligacao(retirado de [3]) . . . . . . . . . . . . 152.9 GPRS Tunneling Protocol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162.10 Arquitectura do Metodo do IP movel (retirado de [4]) . . . . . . . . . . . . 222.11 Arquitectura do Metodo gateway (retirado de [4]) . . . . . . . . . . . . . . . 232.12 Arquitectura do Metodo Emulador (retirado de [4]) . . . . . . . . . . . . . . 232.13 Modelo de simulacao (retirado de [4]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.14 Modelo de decisao seguido (retirado de [4]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.15 Modelo de melhoria do WLAN-AP (retirado de [5]) . . . . . . . . . . . . . . 252.16 Modelo de melhoria do UE (retirado de [5]) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

3.1 Modelo implementado para a rede UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283.2 Modelo implementado para a rede UMTS com maior detalhe . . . . . . . . 283.3 Pilha protocolar do modelo UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.4 Diagrama de fluxo relativo a obtencao do factor de carga . . . . . . . . . . 303.5 Modelo implementado para a rede WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.6 Modelo implementado para a rede WLAN em maior detalhe . . . . . . . . . 313.7 Pilha protocolar WLAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.8 Modelo usado para o calculo do atraso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.9 Modelo usado para o calculo da taxa de ocupacao . . . . . . . . . . . . . . . 343.10 Modelo de Simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.11 Modelo de simulacao em maior detalhe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.12 Pilha de protocolos do modelo de simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363.13 Metodo para contabilizacao das chamadas realocadas . . . . . . . . . . . . . 373.14 Metodo de contabilizacao dos pacotes perdidos e recebidos no meio WLAN 383.15 Contabilizacao das chamadas pelo meio UMTS, pelo meio WLAN e rene-

gociadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.1 Evolucao do factor de carga ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . . 444.2 Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas na

rede UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

xiii

xiv LISTA DE FIGURAS

4.3 Evolucao do factor de carga ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . . 454.4 Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas na

rede UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464.5 Evolucao do factor de carga ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . . 474.6 Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas na

rede . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.7 Evolucao do atraso em funcao do numero de chamadas activas . . . . . . . 484.8 Evolucao do atraso em funcao da taxa de ocupacao . . . . . . . . . . . . . . 494.9 Evolucao da taxa de ocupacao ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . 494.10 Evolucao do atraso em funcao do numero de chamadas activas . . . . . . . 504.11 Evolucao do atraso em funcao da taxa de ocupacao . . . . . . . . . . . . . . 514.12 Evolucao da taxa de ocupacao ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . 514.13 Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas . . 524.14 factor de carga ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.15 Evolucao do numero de chamadas activas em UMTS ao longo do tempo . . 534.16 Evolucao do numero de chamadas activas em WLAN em funcao da taxa de

ocupacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544.17 Atraso em funcao da taxa de ocupacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 554.18 Evolucao do numero de chamadas activas em WLAN ao longo do tempo . . 554.19 Numero de chamadas perdidas ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . 564.20 Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas em

UMTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574.21 Evolucao do factor de carga ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . . 574.22 Evolucao do numero de chamadas activas em UMTS ao longo do tempo . . 584.23 Evolucao do numero de chamadas activas em WLAN em funcao da taxa de

ocupacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 594.24 Evolucao do atraso em funcao da taxa de ocupacao . . . . . . . . . . . . . . 594.25 Evolucao do numero de chamadas em WLAN ao longo do tempo . . . . . . 604.26 Chamadas perdidas ao longo do tempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60


Lista de Tabelas

3.1 Valores do debito e do atraso (retirada de [6]) . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.1 Valores utilizados para o calculo do factor de carga(ou load factor) . . . . . 43

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xvi LISTA DE TABELAS


Lista de Acronimos

3G Third Generation

3GPP Third Generation Partnership Project

AGG-MAC Aggregated Medium Access Control

AGG-MAC Aggregated Medium Access Control

AP Acess Point

BCH Broadcast Channel

BS Basic Stations

BSA Basic Service Area

BSS Basic Service Set

CCA Clear Channel Assessment

CDMA Code Division Multiple Access

CN Core Network

CPCH Common Packet Channel

CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance

DCF Distributed Coordination Function

DCH Dedicated Channel

DFWMAC Distributed Foundation Wireless MAC

DIFS DCF InterFrame Space

DPCCH Dedicated Physical Control Channel

DPDCH Dedicated Physical Data Channel

DSCH Downlink Shared Channel

DSMIP Dual stack Mobility IP

DSSS Direct Sequence Spread Spectrum

ESA Extended Service Area

xvii

xviii LISTA DE ACRONIMOS

ESS Extended Service Set

FACH Forward Access Channel

FDD Frequency Division Duplex

FER Frame Error Rate

FHSP Spread Spectrum Frequency Hopping

FTP File Transfer Protocol

GGSN Gateway GPRS Support Node

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile communications

GTP GPRS Tunneling Protocol

GTP’ GTP Prime

GTP-C GPRS Tunneling Protocol Control

GTP-U GPRS Tunneling Protocol User

HA Home Agent

HA-APN Home Agent Access Point Name

HSS Home Subscriber Server

HTTP Hypertext Transfer Protocol

IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

IFS Interframe Space

IMS IP Multimedia Subsystem

IMSI International Mobile Subscriber Identity

IMT International Mobile Telecommunications

IP Internet Protocol

ITU International Telecommunication Union

LAN Local Area Network

MAC Media Access Control

ME Mobile Equipment

MIP Mobility IP

MS Mobile Station

MSC Mobile services Switching Centre


xix

NIC Network Integrated Controller

NS-3 Network Simulator 3

OSI Open Systems Interconnection

OSI Open Systems Interconnection

OSI-ISO Open Systems Interconnection of the International Standardization Organiza-tion

P2P Point to Point

PCF Point Coordination Function

PCH Paging Channel

PDG Packet Data Gateway

PDN Packet Data Networks

PDP Packet Data Protocol

PHY Physical Layer of the OSI Model

PIFS PCF Interframe Space

QoS Quality of Service

RACH Random Access Channel

RAN Radio Access Network

RF Radio Frequency

RIF Real Interface

RNC Radio Network Controller

RNS Radio Network Subsystem

RTP Real-time Transport Protocol

SGSN Serving GPRS Support Node

SIFS Short Interframe Space

SMS Short Message Service

SSFH Spread-Spectrum Frequency Hopping

TCP Transport Control Protocol

TDD Time Division Duplex

TEID Tunnel Endpoint Identifier

TFCI Transport Format Combination Indicator


xx LISTA DE ACRONIMOS

TFI Transport Format Indicator

TID Tunnel Identifier

UDP User Datagram Protocol

UE User Equipment

UID User Identifier

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

USIM Universal Subscriber Identity Module

UTRA UMTS Terrestrial Radio Access

UTRAN UMTS Terrestrial Radio Access Network

VIF Virtual Interface

VLR Visitor Location Register

VoIP Voice over Internet Protocol

WAG WLAN Access Gateway

WCDMA Wideband Code Division Multiple Access

WLAN Wireless Local Area Network


Capıtulo 1

Introducao

Este trabalho tem como objectivo a realizacao de uma estrutura para interligacao entreas redes WLAN e UMTS, que servira de apoio a avaliacao e comparacao de mecanismosde gestao de recursos de radio em redes de acesso, usadas para maximizar a utilizacaodos recursos de radio disponıveis em cada uma das redes de acesso. Esta estrutura foielaborada num simulador de redes, o Network Simulator 3 , e implementada de acordocom o seguinte modelo:

Figura 1.1: Modelo de simulacao

O modelo da Figura 1.1 tem como base as normas do 3GPP, que visam a integracao deredes UMTS e WLAN. Os elementos constituintes deste modelo sao: HA, GGSN, SGSN,UTRAN, PDG, AP e UE. A implementacao deste modelo sera usada para a avaliacao detres mecanismos de gestao de recursos de radio em redes de acesso. Estes metodos sao:

• Gestao Baseada na Area de cobertura, descrito em [7] - consiste no enchimento da

1

2 Introducao

rede WLAN e so depois na rede UMTS, podendo ocorrer uma situacao de handoververtical entre estas duas redes;

• Gestao Baseada no Balanceamento de Carga, descrito em [8] , [9], [7], [10] - consisteno encaminhamento de chamadas para cada uma das redes alternadamente e, nocaso de alguma chamada nao ser admitida, esta perde-se, ou seja, nao ha realocacaode chamadas;

• Gestao Baseada na tendencia de mobilidade, descrito em [11] - metodo propostobaseado em criterios de mobilidade do utilizador e de sensibilidade aos requisitosde QoS das aplicacoes. Neste mecanismo de gestao, numa situacao de escassez derecursos em ambas as interfaces, o algoritmo introduz a possibilidade de renegociacaodos pedidos de novas chamadas e/ou realocacao de chamadas em curso de umainterface para a outra.

Nas transferencias de chamadas entre as duas redes ocorre handover vertical. Foiconsiderado que nao haveria handover horizontal neste modelo, ou seja, que nao haveriamobilidade dentro da mesma tecnologia de rede. O modelo de interligacao criado foielaborado de modo a que correspondesse ao cenario solucionado pela norma 3GPP release8, para que se simulasse do modo mais fiel possıvel a transferencia de trafego entre osvarios elementos.

O modelo de simulacao implementado baseou-se no cenario descrito em [3]. Estecenario especifica que pode haver alteracao da rede sem que haja falha no servico e semque seja perceptıvel para o utilizador a comutacao entre redes de acesso. Neste caso, diz-seque o cenario e baseado na tecnologia seamless. Para a obtencao de valores sobre o estadoda rede UMTS foram gerados, estatisticamente, valores para obter o load factor, isto e,valores para a obtencao do factor de carga. Tirando partido de modelos de simulacaoexistentes no NS-3 sobre WLAN, MAC e PHY, especificados pelo IEEE 802.11, foramobtidos valores da rede WLAN tais como o atraso e a taxa de ocupacao.

Foram implementados na aplicacao varios tipos de trafego que usam os protocolos detransporte TCP e UDP. Os tipos de trafego implementados foram: VoIP, vıdeo FTP eHTTP. Sendo que VoIP e vıdeo sao transportados sobre UDP, devido a sua necessidade dedebitos uniformes, e FTP e HTTP transportados sobre TCP devido a sua impossibilidadede perda de pacotes de dados.

Nos seguintes capıtulos ira ser apresentado o trabalho efectuado e seus resultados, as-sim como trabalhos relacionados com esta implementacao. No capıtulo 2, Estado da Arte,sera dada uma explicacao sobre as redes utilizadas, UMTS e WLAN, assim como do 3GPPe ainda a apresentacao de trabalhos relacionados com a implementacao da estrutura deinterligacao das redes. O capıtulo 3, Metodologia e Modelo de Simulacao, apresenta, talcomo o nome indica, a metodologia e o modelo de simulacao utilizado no desenvolvimentoda plataforma de interligacao das redes UMTS e WLAN, de acordo com as normas 3GPP


Introducao 3

release 8. No capıtulo 4, Analise dos Resultados, serao apresentados, analisados e dis-cutidos os resultados obtidos com a aplicacao implementada. No capıtulo 5, Conclusaoe Trabalho Futuro, sera feita a conclusao obtida da realizacao deste projecto de imple-mentacao da estrutura de interligacao das redes UMTS e WLAN assim como uma analisesobre o trabalho a efectuar no futuro.


4 Introducao


Capıtulo 2

Estado da Arte

2.1 Rede UMTS

2.1.1 Sistema UMTS (3G), WCDMA e Servicos

UMTS e uma tecnologia para sistemas moveis de comunicacoes de terceira geracao,baseado nas normas da International Telecommunication Union (ITU), no ambito doprograma International Mobile Telecommunications (IMT) -2000. Esta tecnologia permiteefectuar coberturas de pico, micro e macro celulas, suportar varios utilizadores, utilizarmultiplas aplicacoes moveis, suportar operacoes de roaming e aumentar a flexibilidade naqualidade de servico [6]. Esta usa Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA),descrito em [12], para acesso ao meio, que utiliza de forma mais eficiente o espectro de radio.WCDMA usa espalhamento directo com chip rate constante. Sao usados diferentes codigospara as celulas e separacao dos utilizadores. Em Code Division Multiple Access (CDMA),os utilizadores usam codigos que identificam cada ligacao. Isto torna possıvel que variosutilizadores transmitam ao mesmo tempo e em qualquer frequencia. A recepcao e feitausando o mesmo codigo do transmissor. Dado que os codigos sao ortogonais entre si,so serao descodificadas informacoes relativas ao codigo recebido para a sua ligacao. OWCDMA pode ser usado com dois tipos de duplex :

• Time Division Duplex (TDD) - neste metodo, transmissoes duplex, uplink e down-link sao realizadas na mesma frequencia de banda, usando intervalos de tempo sin-cronizado;

• Frequency Division Duplex (FDD) - as transmissoes uplink e downlink ficam embandas de frequencia separadas para este metodo.

UMTS disponibiliza os seguintes servicos ao utilizador: enviar e receber imagens, co-municacoes de vıdeo, download de musicas e jogos, outros servicos de banda larga, qualquer

5

6 Estado da Arte

Figura 2.1: FDD e TDD

combinacao de servicos de voz e dados, servicos multimedia. Os servicos da rede UMTSpossuem diferentes classes de Quality of Service (QoS) para quatro tipos de trafego: classede conversacao (voz, vıdeo), classe de streaming (multimedia, webcast), classe interactiva(Web browsing, jogos em rede, acesso a banco de dados), classe de background (e-mail,SMS, downloading).

Podemos concluir que o UMTS procura aumentar a capacidade das tecnologias de redesmoveis terrestres para proporcionar o aumento da qualidade e rapidez na transferencia dedados e um maior alcance geografico.

2.1.2 Nıvel Fısico

As estruturas de nıvel fısico do WCDMA (UTRA FDD) e o desempenho da ligacaoentre um terminal e a estacao radio estao directamente relacionadas. Na rede UMTSTerrestrial Radio Access (UTRA) sao usados canais de transporte, que sao gerados nascamadas superiores da interface do ar e mapeados em diferentes canais fısicos, para atransmissao de dados. Com o objectivo de oferecer servicos de banda variavel e para con-seguir a multiplexagem de varios servicos numa unica ligacao, a camada fısica do WCDMAdeve suportar canais de transporte com debito binario variavel. Isto e descrito em [13].Cada um destes canais de transporte possui um Transport Format Indicator (TFI). As in-formacoes dos TFIs de diferentes canais de transporte num Transport Format CombinationIndicator (TFCI) sao combinadas pelo nıvel fısico. Com o objectivo de informar o receptorquais os canais de transporte que estao activos, o TFCI e transmitido atraves do canalfısico de controlo. Por sua vez, no receptor, o TFCI e descodificado e os TFIs resultantessao entregues as camadas superiores de cada um dos canais de transporte que participamna ligacao. Existem dois tipos diferentes de canais de transporte: os canais dedicados,isto e, canais identificados por um determinado codigo numa determinada frequencia ereservados para um unico utilizador (Dedicated Channel (DCH)), e os canais comunsque, ao contrario dos dedicados, sao partilhados por um grupo de utilizadores (Broad-cast Channel (BCH), Forward Access Channel (FACH), Paging Channel (PCH), RandomAccess Channel (RACH), Downlink Shared Channel (DSCH) e Common Packet Chan-nel (CPCH)). Em relacao aos canais fısicos, o WCDMA define dois canais dedicados: oDedicated Physical Data Channel (DPDCH) para transportar dados gerados nas camadas


2.1 Rede UMTS 7

superiores, e o Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) para transportar informacaode controlo da camada fısica.

Daqui podemos retirar que a camada fısica esta directamente ligada ao canal de co-municacao, e e directamente gerida pelo controlador da interface de rede.

2.1.3 A arquitectura da rede

Figura 2.2: Estrutura da rede UMTS (retirado de [1])

A rede UMTS, descrita em [13], e constituıda por tres subsistemas principais: Core Net-work (CN), UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) e User Equipment (UE).A CN faz a comutacao e gere o trafego e rotas ate ao utilizador. A CN e constituıda por el-ementos de comutacao de circuitos e comutacao de pacotes. Os elementos de comutacao decircuitos sao Mobile services Switching Centre (MSC), Visitor Location Register (VLR),e Gateway MSC. Os elementos de comutacao de pacotes sao o Serving GPRS SupportNode (SGSN) e a Gateway GPRS. A Gateway GPRS Support Node (GGSN) actua comoum interface entre a backbone da rede GPRS e as redes externas GPRS (rede radio e darede IP). Esta converte os pacotes GPRS provenientes do SGSN para o formato apropri-ado do Packet Data Protocol (PDP) e envia-os para a rede. Um SGSN e responsavel pelaentrega dos pacotes de dados para as estacoes moveis, dentro da sua area geografica deservico. As suas tarefas incluem routing, transferencia de pacotes, gestao da mobilidade(attach/detach gestao de localizacao), gestao da ligacao logica e funcoes de autenticacao etarifacao. O SGSN armazena informacoes sobre a localizacao (por exemplo, celula VLR)e perfis do utilizador (por exemplo, IMSI, endereco(s) usado(s) na rede GPRS de todos


8 Estado da Arte

os utilizadores registados no GPRS com este SGSN). A UTRAN possibilita o metodo deacesso a interface de ar para a UE, e e constituıda pelos Node Bs (estacoes base) e RadioNetwork Controller (RNC). Node B e a unidade fısica de transmissao e recepcao de radionas celulas e utiliza como tecnologia de acesso o WCDMA. Este mede a qualidade daligacao e determina o Frame Error Rate (FER), transmitindo esses dados para o RNCcomo um relatorio de medidas para handover e macro diversity combining. O Node Btambem e responsavel pelo FDD softer handover, e participa no controle de potencia,uma vez que este habilita a UE a ajustar a sua potencia usando comandos de controlona transmissao. O RNC controla um ou mais Node Bs, gerindo os recursos de radio eefectuando algumas funcoes de gestao da mobilidade. O UE e baseado na separacao en-tre o Mobile Equipment (ME) e o Universal Subscriber Identity Module (USIM). Existemquatro interfaces na rede UMTS: a interface Uu que liga Node B ao UE, a interface lu queliga o RNC ao CN, o Iub que e uma interface que liga o RNC com o Node B e o Iur queconecta dois RNCs [1]. Na Figura 2.2 e apresentada a estrutura da rede UMTS.

Conclui-se que a rede UMTS e constituıda por tres subsistemas principais: CN, UTRANe UE. A funcao principal da rede e a de proporcionar comutacao e encaminhamento detrafego do utilizador.

2.1.4 Pilha do Protocolo UMTS

Figura 2.3: UMTS plano do utilizador (retirado de [1])

Os protocolos necessarios para a comunicacao entre os elementos da rede UMTS estaodefinidos nas normas do 3GPP. Na Figura 2.3 e na Figura 2.4 estao presentes os protocolosutilizados, a nıvel do plano de utilizador e a nıvel do plano de controlo. Nestas podemosobservar que a rede UMTS segue o modelo tıpico de comunicacao, que define camadashorizontais e verticais. As camadas horizontais da rede UMTS sao: nıvel fısico, nıvelde rede, nıvel de transporte e nıvel de aplicacao, tal como definidas no modelo OSI. Ascamadas verticais sao: plano de controlo, plano de utilizador e plano de dados. O plano de


2.2 Rede WLAN 9

Figura 2.4: UMTS Plano de controlo (retirado de [1])

controlo e usado para controlar uma ligacao. O plano de utilizador e usado para transmitir,transparentemente, dados de utilizador de camadas superiores.

2.1.5 Conclusao

O objectivo do UMTS e fornecer um standard universal para as comunicacoes pessoaisde banda larga. Na optica UMTS, um sistema de comunicacoes devera suportar diversasfacilidades:

• Portadoras realocaveis, debito atribuıvel sob pedido;

• Variedade de tipos de trafego compartilhando o mesmo meio;

• Tarifacao adequada a aplicacoes multimedia;

• Servicos personalizados;

• Facilidade de implementacao de novos servicos;

• Radio acesso de banda larga;

• ”Roaming” inteligente;

• Debitos elevados.

2.2 Rede WLAN

2.2.1 Tecnologia WLAN

WLAN e uma rede local sem fios que usa ondas de radio ou infravermelhos, para esta-belecer ligacao entre dispositivos de rede. Esta tecnologia utiliza espalhamento espectral


10 Estado da Arte

(utilizado sempre com modulacao) ou apenas modulacao (sem espalhamento espectral),permitindo assim a comunicacao entre dispositivos numa area limitada. O Institute ofElectrical and Electronics Engineers (IEEE) contem um grupo chamado de Wireless Local-Area Networks Standard Working Group que visa criar modelos para redes sem fio, quedefine o nıvel fısico para rede e o protocolo de controlo de acesso ao meio (DistributedFoundation Wireless MAC ). A Figura 2.5 ilustra o modelo Open Systems Interconnectionof the International Standardization Organization (OSI-ISO), com o modelo standard do802.11.

Figura 2.5: Modelo OSI-ISO com o modelo standard do 802.11

Daqui podemos concluir que “Uma rede sem fio e um sistema que interliga variosequipamentos fixos ou moveis utilizando o ar como meio de transmissao” (IEEE 802.11a).O modelo standard da rede WLAN segue o modelo Open Systems Interconnection (OSI).

2.2.2 Arquitectura de Rede sem fio 802.11

A arquitectura Standard de uma rede sem fios descrito em [14], e constituıda por: BasicService Area (BSA), Basic Service Set (BSS), Acess Point (AP), Sistema de distribuicao,Extended Service Area (ESA), Extended Service Set (ESS). Os elementos constituintes daarquitectura de rede sao: BSA, celulas que variam o tamanho conforme o meio e a potenciados transmissores e receptores; BSS que representa um grupo de estacoes que se comunicapor radiodifusao ou infravermelhos numa celula; AP que recebe as transmissoes realizadaspelas estacoes da sua celula, e retransmite-as para outras estacoes de destino noutras


2.2 Rede WLAN 11

celulas, utilizando um sistema de distribuicao; Sistema de distribuicao consiste numainfra-estrutura que interliga as celulas de modo a cobrir uma maior area do que apenas deuma celula; ESA interliga varias celulas pelos APs atraves do sistema de distribuicao; ESSrepresenta a interligacao de estacoes pelos BSSs ligados por um sistema de distribuicao.A Figura 2.6 apresenta a uniao de duas BSSs ligados por um sistema de distribuicao,formando um ESS.

Figura 2.6: Extended Service Set

Existem tres tipos de LAN sem fios: Peer to Peer, ou ad-hoc wireless LAN, permiteque dispositivos sem fios comuniquem directamente uns com os outros (sem envolver APs)desde que se encontrem dentro da sua area de alcance; Bridge e utilizado para ligar redesde, tipicamente, diferentes tipos; Wireless Distribution System e utilizado quando e difıcilligar todos os APs de uma rede.

Concluiu-se que a arquitectura WLAN e baseada na divisao da area coberta pela redeem celulas. Esta e constituıda pelos seguintes elementos: BSA, BSS, AP, Sistema dedistribuicao, ESA e ESS. Existem duas formas de organizar redes WLAN: Ad-hoc e Infra-estrutura. Ad-hoc nao tem estrutura pre-definida e permite que cada computador sejacapaz de comunicar com qualquer outro, desde que se encontre na sua area de alcance.Infra-estrutura consiste na ligacao dos computadores a um elemento de rede central de-nominado Acess Point .

2.2.3 Acesso ao meio (MAC)

Uma funcao de coordenacao determina qual estacao tem permissao para transmitire receber dados utilizando o meio sem fios. Existem tres metodos de acesso descritosem [15]. O primeiro metodo e obrigatorio e utiliza duas tecnicas combinadas: Carrier


12 Estado da Arte

Sense Multiple Access Collision Avoidance (CSMA/CA) Protocol com Distributed Coor-dination Function (DCF). Este metodo evita colisao recorrendo ao mecanismo de back-off, garante distancia mınima entre pacotes consecutivos, e usa pacotes ACK para con-firmacoes. Existe tambem o metodo opcional DCF com RTS/CTS (Request to Send/Clearto Send) que contorna o problema do terminal escondido. Existe ainda o metodo PointCoordination Function (PCF) em que o Acess Point interroga terminais de acordo comuma lista.

Figura 2.7: Tempo de espera entre frames (retirado de [2])

A Figura 2.7 apresenta o tempo de espera entre frames.O intervalo de tempo entre frames e chamado a Interframe Space (IFS). A estacao

determinara que o meio esta inactivo atraves do mecanismo Carrier Sense. Tres diferentesIFS estao especificados em [15] de modo a fornecer nıveis de prioridade de acesso ao meio.Short Interframe Space (alta prioridade) e o menor tempo de espera de acesso ao meio e eutilizado nas mensagens de controlo curtas, como acknowledgements para pacotes de dadosou polling responses. PCF Interframe Space (prioridade media) e o tempo de espera entreDCF InterFrame Space (DIFS) e Short Interframe Space (SIFS) e e definido durante otime-bounded service usado no PCF. DCF InterFrame Space (menor prioridade) e o tempode maior espera.

Daqui conclui-se que, para permitir a construcao de redes WLAN, foi definido peloIEEE 802.11 um protocolo de controlo de acesso ao meio. Este protocolo e implementadopela camada Media Access Control (MAC), sendo responsavel por evitar colisoes entreos dispositivos que utilizam o mesmo canal. Existem tres tecnicas de acesso ao meio:Carrier Sense Multiple Access Collision Avoidance Protocol com Distributed CoordinationFunction, DCF com RTS/CTS e PCF.

2.2.4 Nıvel Fısico

IEEE 802.11 e um conjunto de normas para a rede local sem fios (WLAN), desenvolvidapelo IEEE LAN/MAN Standards Committee (IEEE 802). Este conjunto de normas de-scrito em [15] tem como princıpios: suportar a sobreposicao de diversas redes na mesmaarea de canal, ser robusto em relacao a interferencia, ter mecanismos de descoberta de nosescondidos, oferecer seguranca e privacidade no acesso ao meio, suportar diversos canais.


2.3 Mobilidade IP 13

Todas as variantes da famılia 802.11 incluem o fornecimento de sinal Clear Channel As-sessment (CCA). Este sinal e necessario pela MAC, de modo a determinar se o meio estaidle. Existem tres tecnicas de modulacao: Spread-Spectrum Frequency Hopping (SSFH),Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) e Infravermelhos. O nıvel fısico pode estar numdos quatro estados possıveis: TX, esta actualmente a transmitir um sinal; SYNC, estasincronizado com o sinal e espera ate que tenha recebido o seu ultimo bit; busy, nao seencontra no estado TX nem no estado SYNC mas a energia medida no meio e maior queo valor de energia do limiar; idle esta inactivo.

Pode-se concluir que a camada fısica e responsavel pela transmissao dos dados. Asduas tecnicas de transmissao utilizadas sao:

• Transmissao por RF - Utiliza a faixa de frequencia entre 2,4 - 2,4835 GHz. O sinalpode ser interceptado por receptores colocados fora do predio;

• Transmissao por pulsos de Infra-Vermelho - Utiliza faixas de 300 - 428 000 GHz.Mais seguro, mas e afectado pela luz do sol e por obstaculos.

2.2.5 Conclusao

WLAN e um sistema que interliga varios equipamentos moveis utilizando o ar comomeio de transmissao. Os modelos standard da rede WLAN seguem o modelo Open SystemsInterconnection (OSI).

Esta estrutura e baseada na divisao da area coberta pela rede em celulas. Existemduas formas de organizar redes WLAN: Ad-hoc e Infra-estrutura. A camada Media AccessControl e responsavel por evitar colisoes entre os dispositivos que utilizam o mesmo canal.Existem duas tecnicas de transmissao utilizadas. Elas sao:

• Transmissao por RF;

• Transmissao por pulsos de Infra-Vermelho.

2.3 Mobilidade IP

O IP Movel tem vindo a ser definido pelo grupo de trabalho [16]. Chama-se de IP Movela tecnologia normalizada para mobilidade do no na Internet, especificada no conjunto dedocumentos RFC 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 e 1701. O Protocolo da camada de redeInternet Protocol (IP) e responsavel por escolher de maneira dinamica um caminho dafonte original de um pacote ate o seu destino, nao importando onde o destinatario estejalocalizado. O IP Movel tambem e um protocolo de encaminhamento e que permite amobilidade na Internet. Para que isso seja possıvel, o IP Movel configura as tabelas derotas em nos apropriados, fazendo com que os pacotes IP possam ser enviados a nos moveisnao ligados na sua rede de origem. O IP Movel, para garantir a mobilidade para o qual foi


14 Estado da Arte

criado, deve ser implementado em tres entidades funcionais: no movel, que pode alterarseu local de ligacao na Internet, mantendo todas as comunicacoes e utilizando somenteseu endereco IP permanente (IP home address); Home Agent e um router que tem umainterface no home link do no movel, o qual informa constantemente a sua localizacao(care-of-address) conforme o movimento entre redes, e intercepta os pacotes destinadospara o home address do no movel e faz tunneling para o care-of-address; Foreign Agent eum router no foreign link do no movel que auxilia este a manter informado o Home Agentcom o seu respectivo care-of-address actual. O Mobility IP (MIP),MIPv6 e Dual stackMobility IP (DSMIP)v6 sao protocolos que possibilitam que um no movel se movimenteentre redes, sem que as suas sessoes sejam interrompidas. O DSMIPv6 utiliza o IPv4 eIPv6 e recorre ao protocolo de mobilidade Dual Stack. Este tem como principio fazer comque um no possua um endereco IP de cada um dos protocolos IPv4 e IPv6, utilizando oMIP correspondente a cada endereco.

Concluindo, a mobilidade IP consiste numa tecnologia normalizada para mobilidadedo no na Internet. A mobilidade IP da ao utilizador a capacidade de se mover entre redessem que haja interrupcao da sessao.

2.4 3GPP

2.4.1 Projecto 3GPP

O 3GPP pretende fornecer continuidade de servico entre redes 3G e WLAN atraves doestudo das tecnologias existentes para resolver a sua interligacao. Existem varios cenariosde interligacao das duas redes, especificados em [17]. Ha tres cenarios que estao descritosem [18] e um cenario que actualmente esta em estudo em [3]. Existem cinco nıveis basicosde integracao para 3GPP e WLAN que estao identificados em [19]:

• Nıvel 1 - Integracao em nıvel de servico de suporte ao cliente;

• Nıvel 2 - Controle de acesso e cobranca baseado em sistemas 3GPP;

• Nıvel 3 - Acesso a IP Multimedia Subsystem (IMS) 3GPP a partir da WLAN semsuporte a mobilidade;

• Nıvel 4 - Acesso a IMS 3GPP a partir da WLAN com suporte a mobilidade para acontinuidade dos servicos;

• Nıvel 5 - Acesso a IMS 3GPP a partir da WLAN com suporte a mobilidade de formatransparente.

Para permitir inter-funcionamento entre Third Generation (3G) e WLAN, foram adi-cionados alguns elementos. Esses elementos sao: o WLAN Access Gateway (WAG); PacketData Gateway (PDG); 3GPP AAA Server ; Home Subscriber Server (HSS). O WAG e a


2.4 3GPP 15

Figura 2.8: Arquitectura do cenario de interligacao(retirado de [3])

porta de ligacao entre uma rede WLAN e 3GPP. Este fornece filtragem, contabilizacaodo trafego entre o utilizador WLAN 3GPP e o terminal. O PDG permite o acesso aopacote 3GPP atraves do AP. O HSS e a entidade que contem dados de autenticacao esubscricao necessaria para o utilizador 3GPP aceder ao servico de inter-funcionamentopelo lado WLAN. O terminal movel depois de mudar para a rede WLAN fica em con-tacto com o 3GPP AAA Server que garante a autenticacao, autorizacao e contabilizacaodeste terminal pelo lado WLAN. O modelo de simulacao foi implementado baseado nocenario especificado em [3]. Este cenario e baseado na tecnologia seamless (nıvel 5), ouseja, o utilizador pode mudar de rede mantendo o servico contınuo, nao percepcionandoque houve comutacao de uma rede para a outra. Tornando assim transparente o uso devarias interfaces pelo utilizador. Este cenario tem um elemento novo na sua arquitecturadenominado de Home Agent Access Point Name (HA-APN). O HA-APN e usado paraidentificar um determinado Packet Data Networks (PDN) e e um ponto de interligacaocom a rede (Home Agent). O inter-funcionamento entre 3G e WLAN e possıvel comDSMIPv6 (ver Seccao 2.3), descrito em [3]. A Figura 2.8 ilustra a arquitectura destecenario de interligacao.

2.4.2 Breve descricao sobre o protocolo 3GPP

O protocolo GPRS Tunneling Protocol (GTP) permite que utilizadores da extremidadede uma rede GSM ou UMTS se possam mover e continuarem ligados a Internet. Isto efeito transportando os dados do utilizador do SGSN actual para o GGSN que esta a gerir


16 Estado da Arte

a sessao do utilizador. O tunel GTP e necessario para reencaminhar pacotes de dadosentre uma rede externa e um utilizador (MS). Um tunel GTP e identificado em cada nocom um TEID, um endereco IP e um numero de porta de UDP. Existem tres protocolosseparados:

• GPRS Tunneling Protocol Control (GTP-C) - E usado dentro da GPRS CN sinal-izando entre GGSNs e SGSNs. Isto permite ao SGSN activar uma sessao (PDPcontext activation), desactivar a mesma sessao, ajustar a qualidade de parametrosdo servico e actualizar uma sessao para um utilizador que tenha chegado de outroSGSN;

• GPRS Tunneling Protocol User (GTP-U) - E usado para carregar dados do utilizadordentro da GPRS Core Network e entre a RAN e a Core Network . As mensagensdo plano do utilizador sao usadas para carregar os pacotes de dados do utilizador, emensagens de sinalizacao para a gestao do caminho e a indicacao de erro;

• GTP Prime (GTP’) - Usa a mesma estrutura de mensagens que o GTP-C e o GTP-U. Pode ser usado para transportar dados da Charging Data Function da rede GSM,ou da rede UMTS, para a Charging Gateway Function.

2.4.3 PDP

O PDP Context e uma estrutura de dados presente tanto no SGSN como no GGSNque contem a informacao da sessao do utilizador quando esta se encontra activa. Quandoum movel quer usar GPRS deve, primeiramente, efectuar o attach e entao activar o PDPContext.

2.4.4 Tunnel Endpoint Identifier (TEID)

O TEID identifica um endpoint do tunel na entidade receptora do protocolo GTP-Uou GTP-C. A extremidade do lado de recepcao de um tunel de GTP atribui, localmente,o valor do TEID que o lado transmissor tem que usar. Os valores de TEID sao trocadosentre endpoints do tunel usando mensagens de GTP-C.

2.4.5 GTP

Figura 2.9: GPRS Tunneling Protocol


2.5 Metodos para a recolha de parametros das redes UMTS e WLAN para a simulacaoda banda disponıvel 17

De seguida sera dada uma breve explicacao quanto a estrutura do pacote do protocoloGTP, descrito em [3]. Pela Figura 2.9 pode-se observar que a estrutura do pacote econstituıda pelos seguintes campos:

• Cabecalho IP - identifica um fluxo da sessao entre o GGSN e o SGSN;

• Cabecalho UDP - identifica o protocolo de aplicacao de GTP;

• Cabecalho GTP - identifica a sessao do tunel de GTP;

• payload - identifica o fluxo da sessao.

2.5 Metodos para a recolha de parametros das redes UMTS

e WLAN para a simulacao da banda disponıvel

Nesta seccao, com base em [20] e [21], sera explicado como se efectuara a recolha dosparametros necessarios para a obtencao das caracterısticas que identificam o estado darede do modo mais real possıvel.

2.5.1 Algoritmo usado para UMTS

O algoritmo usado para o controlo do processo de admissao na rede UMTS e iniciadoquando e solicitado um novo servico. O pedido contem o trafego e o QoS pedido que,entre outras variaveis, contem o debito e requisitos de atraso. Os elementos da redeUMTS recebem o pedido e decidem com base nas condicoes da rede que foram avaliadaspela UTRAN. A UTRAN avalia a rede atraves de factores de ocupacao para uplink edownlink. O factor de carga (ou load factor) para o uplink e definido como:

ηUL = (1 + ι)N∑j=1

11 + W

(EbN0

)j ·Rj ·υj

(2.1)

N : representa o numero de estacoes;υj : representa o factor activo da estacao j;EbN0

: representa a relacao sinal ruıdo (energia do sinal/densidade espectral do ruıdo);W : representa o chip rate;Rj : representa o bit rate da estacao j;ι: representa o racio de interferencia da propria celula para outra celula;O factor de carga para o downlink e definido como:

ηDL =N∑j=1

( EbN0

)jWRj

· [(1− αj) + ιj ] (2.2)


18 Estado da Arte

αj : representa a ortogonalidade do canal da estacao j;

ιj : representa o racio (relacao) de outra celula para a propria celula da estacao baserecebido pelo utilizador j.

Os factores de interferencia (ι, ιj , αj) nao serao considerados na simulacao.

Nos sistemas UMTS a ocupacao e sempre controlada abaixo de um limiar, ηmax(ηmax < 1). O valor considerado para o limiar ηmax e 0,75, que e o valor mais utilizadotanto para uplink e downlink. Quando um servico e avaliado na rede do novo UTRANo resultado do factor de carga, tanto em uplink como em downlink. A UTRAN aceita opedido quando os novos factores de ocupacao sao menores que o ηmax definido.

Considerando o factor de carga corrente, ηUL no momento t, e construıda a funcao deutilidade:

fUMTS−UL(ηUL) = BUL · (1−ηULηmax

) (2.3)

BUL: banda maxima dinamica do uplink (bits por segundo).

BUL =RUL · ηmax

ηUL(2.4)

RUL: representa a taxa de dados global do uplink no UTRAN no momento t.

Similarmente, supondo o factor de carga do downlink corrente, e construıda a funcaode utilidade:

fUMTS−DL(ηDL) = BDL · (1−ηDLηmax

) (2.5)

BDL =RDL · ηmax

ηDL(2.6)

Onde BDL e banda maxima dinamica do downlink e RDL e taxa de dados global dodownlink no UTRAN no momento t.

Atraves destas consegue-se obter uma estimativa de quanto de banda esta disponıvelno uplink/downlink. A funcao global de utilidade para o UMTS e dada por:

fUMTS = ω · fUMTS−UL(ηUL) + (1− ω) · fUMTS−DL(ηDL) (2.7)

ω: representa o factor do trafego de uplink, que esta relacionado com os atributos detrafego da aplicacao do utilizador.


2.5 Metodos para a recolha de parametros das redes UMTS e WLAN para a simulacaoda banda disponıvel 19

2.5.2 Algoritmo usado para WLAN

Admitindo que nao ha controlo explicito de QoS na WLAN, ou seja, quando a rede estasobrecarregada, os requisitos de QoS dos pedidos nao sao respeitados. Quando o trafegoaumenta colisoes ocorrem, resultando no raro sucesso de envio de pacotes. Um indicadorque reflecte a utilizacao da rede WLAN e a taxa de ocupacao (Busyness ratio). Taxa deocupacao e a razao entre o tempo em que a rede parece ocupada e o tempo total.

Sendo as estacoes admitted/handovered para uma rede WLAN, apenas quando Rb

(Busyness ratio) e menor do que o limiar dado por Rth (threshold ratio).

Tendo a corrente taxa de ocupacao, Rb, e o seu limiar, a funcao de utilidade para a redeWLAN (indica qual a banda disponıvel para hospedar as novas estacoes) e dada como:

fWLAN =EP · (Rth − Rb)

Ts(2.8)

EP : representa a media do tamanho dos pacotes;

Ts: representa o tempo medio associado a uma transmissao bem sucedida (ou atraso).

Para o caso em que nao ser usado o mecanismo RTS/CTS (Request to Send/Clear toSend) para reduzir as colisoes que existem com o problema do terminal escondido.

Ts = DIFS + T [ET ] + SIFS + ACK (2.9)

SIFS : Short Inter Frame Spacing

• prioridades em acesso definidas por tempos entre tramas;

• prioridade maxima usado para ACK, CTS, respostas a polling.

DIFS : DCF IFS

• prioridades em acesso definidas por tempos entre tramas;

• prioridade mais baixa, usado para dados assıncronos.

Se usar o mecanismo RTS/CTS:

Ts = DIFS + RTS + SIFS + CTS + SIFS + T [ET ] + SIFS + ACK (2.10)

T [ET ]: representa o tempo de transmissao do pacote com tamanho EP;

RTS ,CTS ,ACK : sao o tempo de transmissao desses pacotes.


20 Estado da Arte

2.6 Network Simulator 3

O Network Simulator 3 e um simulador de eventos discretos da rede desenvolvidoem C++, com o objectivo de servir como plataforma de investigacao e de educacao.Serao detalhados alguns elementos constituintes do NS-3 que serao necessarios para acompreensao do modelo de simulacao (ver Figura 1.1).

2.6.1 No

No NS-3 uma abstraccao de um dispositivo basico de computacao e chamada de no.Essa abstraccao e representada em C++ pela classe Node. A classe Node fornece metodospara gerir as representacoes de dispositivos de computacao em simulacoes. Para criar umnovo modelo de dispositivos computacionais os programadores especializam o No atravesde programacao orientada a objectos.

2.6.2 Canal

No mundo NS-3 uma ligacao de um no a um objecto representa um canal de comu-nicacao. O Canal e representado em C++ pela classe Channel. A classe channel fornecemetodos de gestao de comunicacao em objectos da sub-rede e nos de comunicacao. Estestambem podem ser especializados atraves de programacao orientada a objectos.

2.6.3 Dispositivos de rede

Em UNIX uma peca de hardware e classificada como um dispositivo. Os dispositivossao controlados usando controlador de dispositivos (device driver), e dispositivos de rede,(NICs), sao controlados usando um controlador de dispositivo de rede. No NS-3 a ab-straccao do dispositivo de rede abrange tanto o controlador de software assim como ohardware simulado. A abstraccao do dispositivo de rede e representada em C++ pelaclasse NetDevice. A classe NetDevice fornece metodos para gerir ligacoes a um no e ob-jectos de canal.

2.7 Handover vertical e horizontal

O handover vertical ocorre entre pontos de acesso pertencentes a diferentes tecnologiascomo, por exemplo, entre celulas 3G e WLAN. O handover horizontal ocorre entre celulasde mesma tecnologia, tal como a troca de hot spot.


2.8 Protocolos UDP e TCP 21

2.8 Protocolos User Datagram Protocol (UDP) e Trans-

port Control Protocol (TCP)

Nesta seccao e descrito os protocolos UDP e TCP da camada 4 do Modelo OSI. OUDP, descrito em RFC 768, da as aplicacoes acesso directo ao servico de entrega dedatagramas. O UDP e pouco confiavel, sendo um protocolo nao orientado a ligacao naoexistindo, portanto, tecnicas no protocolo para confirmar que os dados chegaram ao destinocorrectamente. No UDP foi feito para transmitir dados pouco sensıveis, como fluxos deaudio e vıdeo. O TCP e um protocolo versatil e robusto tornando assim adequado pararedes globais, ja que este verifica se os dados sao enviados de forma correcta, na sequenciaapropriada e sem erros. O TCP e um protocolo do nıvel da camada de transporte doModelo OSI sobre o qual assentam a maioria das aplicacoes cibernautas, como o FTP eHTTP.

2.9 Trafego

Nesta seccao sera dada uma breve descricao sobre os quatro tipos de trafego. Osquatros tipos de trafego sao: VoIP, vıdeo, FTP e HTTP. O VoIP e o encaminhamento daconversacao humana usando a Internet ou qualquer outra rede de computadores baseadano Internet Protocol . O procedimento consiste em digitalizar a voz em pacotes de dadospara que seja transportado pela rede IP e converter em voz novamente no seu destino.Se utilizador de destino atender a ligacao e estabelecido um fluxo RTP sobre UDP entreo gateway de origem e destino, tornando a conversacao possıvel. Quando qualquer dasextremidades da chamada desligar a sessao e encerrada. O vıdeo e transportado em UDP.O HTTP e um protocolo de comunicacao (na camada de aplicacao segundo o ModeloOSI) utilizado para transferir dados por intranets e pela . Este protocolo e usado paraa comunicacao de sites Web. Para que o protocolo HTTP consiga transferir seus dadospela Web, e necessario que os protocolos TCP e IP tornem possıvel a ligacao entre clientese servidores atraves de sockets TCP/IP. O FTP, descrito em RFC 959, utilizado paratransferencia de ficheiros, e um protocolo generico independente do hardware e do sistemaoperacional. Este transfere ficheiros tendo em conta restricoes de acesso e propriedadesdos mesmos.


22 Estado da Arte

2.10 Trabalhos Relacionados

A interligacao entre redes 3G e WLAN e alvo de constantes estudos e investigacoes.Varios trabalhos realizados sobre este tema irao ser apresentados de seguida. Em [4] esteestudo incidiu sobre tres metodos de interligacao entre estas redes, tendo como objectivoo estudo do atraso provocado pelo handover em cada um destes metodos. O ambientede simulacao foi o Matlab. Os tres metodos sao: IP movel, gateway e emulador. OHandover delay e o tempo entre o inıcio e o fim do handover entre BS e AP. De seguidasao apresentadas as arquitecturas dos metodos descritos em [4]:

Figura 2.10: Arquitectura do Metodo do IP movel (retirado de [4])


2.10 Trabalhos Relacionados 23

Figura 2.11: Arquitectura do Metodo gateway (retirado de [4])

Figura 2.12: Arquitectura do Metodo Emulador (retirado de [4])


24 Estado da Arte

Figura 2.13: Modelo de simulacao (retirado de [4])

Figura 2.14: Modelo de decisao seguido (retirado de [4])

A Figura 2.13 ilustra o modelo de simulacao, e a Figura 2.14 apresenta qual o modelode decisao que esta segue para a simulacao do inter-funcionamento destas.


2.10 Trabalhos Relacionados 25

Em [5] foi elaborado um modelo de simulacao numa rede Heterogenea (interligacaoentre 3G e WLAN) em ambiente OPNETTM , de modo a contribuir para a avaliacao defuturos protocolos em sistemas de interligacao 3G e WLAN. Este modelo visa apoiar umavariedade de aplicacoes QoS com multiplos perfis. A contribuicao especıfica deste trabalhoera a de aumentar o actual modelo OPNETTM , criando uma melhoria no no UE e no noWLAN-Acess Point .

Figura 2.15: Modelo de melhoria do WLAN-AP (retirado de [5])

Figura 2.16: Modelo de melhoria do UE (retirado de [5])


26 Estado da Arte

A Figura 2.15 e 2.16 sao apresentados os modelos de simulacao do no UE e o noWLAN-Acess Point respectivamente.

Em [22] foi elaborado um modelo de inter-funcionamento entre as redes 3G e WLAN,de modo a estudar o comportamento do protocolo proposto, Aggregated Medium AccessControl (AGG-MAC). AGG-MAC e um protocolo que tem como objectivo, melhorar odesempenho ao transmitir uma quantidade maxima de dados com um mınimo de overhead.O ambiente de simulacao foi o OPNETTM .


Capıtulo 3

Metodologia e Modelo de

Simulacao

Este capıtulo apresenta a metodologia e o modelo de simulacao utilizado no desenvolvi-mento da estrutura de interligacao das redes UMTS e WLAN. O objectivo desta estruturae criar um modelo de simulacao que permita estudar os valores acerca do estado das duasredes, de modo a poderem ser integrados metodos de gestao de recursos de radio, paramaximizar a banda disponıvel em cada uma destas redes. Alem da estrutura foram imple-mentados tres metodos de gestao de recursos. A implementacao destes tres metodos tevecomo objectivo validar e servir de apoio ao estudo de novos metodos de gestao de recursosde radio. Esta estrutura foi desenvolvida usando o Simulador NS-3. Foi considerado quenao haveria handover horizontal neste modelo, ou seja, que nao haveria mobilidade dentroda mesma tecnologia de rede. O modelo de interligacao implementado corresponde aocenario descrito pela norma 3GPP release 8. A estrutura desenvolvida neste trabalho con-siste na obtencao de valores acerca do estado das redes. No perıodo de desenvolvimentodesta estrutura o simulador NS-3 nao tinha IPv6 implementado, tornando impossıvel re-alizar handover vertical entre a rede UMTS e WLAN dado que a solucao apontada pela3GPP release 8, seria a utilizacao de DSMIPv6 (ver Seccao 2.3). Foi entao elaborada umainterface virtual, desenvolvida pelo aluno de doutoramento Gustavo Carneiro do INESCPorto, para a resolucao do problema do handover vertical. Esta interface virtual tem comoobjectivo associar um no, com varias interfaces, a uma interface unica que o identifique.Deste modo uma estacao pode ter varias interfaces, sem a percepcao do utilizador. Coma interface virtual tornou possıvel fazer handover vertical (ver Seccao 2.7) sem recorrer atecnologia DSMIPv6.

27

28 Metodologia e Modelo de Simulacao

3.1 Modelo UMTS

Em relacao a rede UMTS, os valores foram obtidos atraves de calculos teoricos dadoque o NS-3 nao tem esta tecnologia implementada. Para a arquitectura relativamente aesta parte do modelo foram implementados os seguintes nos: GGSN, SGSN, RNS e UEs,de acordo com as normas em [23]. Na Figura 3.1 e apresentado o modelo implementadopara a rede UMTS.

Figura 3.1: Modelo implementado para a rede UMTS

De seguida e descrito o modelo da rede UMTS implementado. A cada par de nosconsecutivos e associado um canal do tipo P2P. A cada par no/canal e associado umdispositivo P2P e e adicionado um endereco IPv4, de modo a poderem enviar e recebertrafego entre si. Os UEs sao terminais (ver Seccao 3.2). A cada terminal/RNS e adicionadoum canal P2P, e a cada canal/terminal e associado um dispositivo P2P. O RNS esta prontopara receber trafego do Home Agent e envia-lo para o terminal de destino, e apto parareceber trafego do terminal e envia-lo para o Home Agent .

Figura 3.2: Modelo implementado para a rede UMTS com maior detalhe

Os terminais estao preparados para receber e enviar trafego pela rede UMTS. O HA e ono que interliga a rede UMTS a rede WLAN, e onde e gerado trafego. Este esta preparadopara enviar trafego ate aos terminais pela rede UMTS. Para a total comunicacao entre


3.1 Modelo UMTS 29

estes nos foi ainda necessario adicionar rotas. Na Figura 3.2 e ilustrado o modelo desimulacao mais detalhado.

A Figura 3.3 apresenta a pilha de protocolos do modelo da rede UMTS. O tunel IP’utiliza o endereco virtual do terminal para o encaminhamento de pacotes entre o HA ate aoRNS, tornando assim transparente para os nos intermedios a localizacao do terminal, naonecessitando de actualizar as tabelas de encaminhamento sempre que houver handoververtical. Quando o RNS recebe trafego do HA, este elimina o cabecalho GTP, UDP’e IP’ e encaminha o trafego para a interface real do terminal de destino. Quando existetrafego uplink o terminal recebe pacotes pela interface real, associa esta a interface virtual,adiciona cabecalho IP e UDP e envia o trafego gerado pela aplicacao ate o RNS. Quandoo RNS recebe trafego do terminal, este adiciona o cabecalho GTP, UDP’ e IP’ e enviapara o HA.

Figura 3.3: Pilha protocolar do modelo UMTS

Para se saber qual o estado da rede UMTS num certo momento foi necessario obter ovalor do factor de carga (ver Equacao 2.2). Quando uma chamada (VoIP, vıdeo) e gerada,e recolhido o respectivo valor do factor de carga, bem como a soma do factor de carga detodas as chamadas activas em UMTS naquele momento (incluindo com o proprio factor decarga daquela chamada). Se a chamada, atraves de um metodo de gestao de recursos deradio, for encaminhada para UMTS, o respectivo valor do factor de carga sera subtraıdoa soma do factor de carga de todas as chamadas (efectuadas anteriormente) quando achamada terminar. Caso esta seja encaminhada para WLAN, o valor do factor de cargadesta chamada e subtraıdo a soma do factor de carga de todas as chamadas, antes docomeco dessa chamada. Na Figura 3.4 e apresentado um diagrama de fluxo relativo aobtencao do factor de carga.

As variaveis utilizadas para obter factor de carga, sao descritas na Tabela 4.1.



Figura 3.4: Diagrama de fluxo relativo a obtencao do factor de carga

3.2 Modelo WLAN

A rede WLAN foi implementada, tirando partido dos modelos de simulacao existentesno simulador NS-3 sobre WLAN (MAC e PHY) especificados pelo IEEE 802.11. Combase nestes modelos ja existentes foi implementado a arquitectura da rede WLAN. Oselementos constituintes da rede WLAN, de acordo com [23], sao: PDG, WAG, WLANAccess Network e UEs. Os elementos constituintes do modelo de simulacao implementadosao: PDG, AP e UEs. O no PDG representa, no modelo de simulacao, o no PDG eWAG simultaneamente. O no AP neste modelo representa o WLAN Access Network. NaFigura 3.5 e ilustrada a arquitectura da rede WLAN no modelo de simulacao.

Nesta parte da implementacao foi criado um no PDG e um no denominado de AcessPoint . A estes dois nos e adicionado um canal P2P. O AP e um no constituıdo por:um MAC Address, um canal Wi-fi, um dispositivo Wi-fi e esta adaptado para receber


3.2 Modelo WLAN 31

Figura 3.5: Modelo implementado para a rede WLAN

trafego do terminal. Ao par AP/canal P2P e associado tambem um dispositivo P2P eadicionado um endereco Internet Protocolv4. Ao par no PDG/canal P2P e adicionadoum dispositivo P2P e um endereco IPv4. O AP esta preparado para receber trafego doterminal e envia-lo ate ao HA. O AP esta tambem apto para enviar trafego desde o HAate ao terminal. Sao criadas UEs que sao denominados de terminais. Estes terminaissao nos dotados de uma interface virtual, uma interface Wi-fi real, um endereco IPv4 eum MAC Address associado. O terminal esta preparado para receber (atraves do AP) eenviar trafego atraves da rede Wireless Local Area Network . O HA e o no que interliga arede WLAN a rede UMTS, e onde e gerado trafego. Este no contem uma interface virtuale esta preparado para receber ou enviar trafego do AP. Alem da interface virtual, esteno tem tambem um canal P2P associado ao par HA/PDG. Para total comunicacao entretodos os nos foi ainda necessario adicionar rotas. Na Figura 3.6 e ilustrado o modelo desimulacao relativo a rede WLAN em maior detalhe.

Figura 3.6: Modelo implementado para a rede WLAN em maior detalhe



A Figura 3.7 apresenta a pilha de protocolos do modelo WLAN implementado. Desdeo HA ate a WLAN (AP), existe um tunel IP’ que serve para encaminhar os pacotes ate aoAP, usando o endereco IP virtual do terminal de modo a ser transparente, para esses nosintermedios, a localizacao do terminal. Isto faz com que nao seja necessario actualizar astabelas de encaminhamento sempre que houver handover vertical. O WLAN (AP) quandorecebe trafego do HA, elimina o cabecalho GTP, UDP’ e IP’ e encaminha o trafego paraa interface real do terminal de destino. Quando existe trafego uplink o terminal recebe ospacotes pela interface real e reencaminha estes para a interface virtual, enviando depoistrafego, sobre UDP/IP ate a rede WLAN (AP). O WLAN (AP) quando recebe trafego doterminal adiciona cabecalho GPRS Tunneling Protocol , UDP’ e IP’ e envia ate o HA.

Figura 3.7: Pilha protocolar WLAN

Os valores necessarios para conhecer o estado da rede (banda disponıvel) WLAN sao:a taxa de ocupacao do AP, o atraso no envio do pacote e o tamanho do pacote medio(ver Seccao 2.5.2). Cada pacote enviado tem um valor que o identifica, denominado UID.Foi medido o tempo que cada pacote demora desde que e enviado no AP ate chegar aoterminal, de modo a ser obtido o atraso. O valor final do atraso sera a media do atraso totalde todos os pacotes. A Figura 3.8 ilustra o modelo usado para o calculo do atraso. Nestemodelo de calculo do atraso existe um metodo que e chamado quando ha transmissao depacote no AP e outro metodo que e chamado quando ha recepcao de pacote no terminal.Esses dois metodos obtem o atraso de cada pacote transmitido, assim como a media doatraso em todos os pacotes.


3.2 Modelo WLAN 33

Figura 3.8: Modelo usado para o calculo do atraso

Para o calculo da taxa de ocupacao, foi necessario contabilizar o tempo em que oAP esta no estado ocupado, e o tempo em que esta livre (ver Seccao 2.5.2). Todos osestados que nao sejam idle sao considerados ocupados. A Figura 3.9 ilustra como e feitoa contabilizacao do tempo em que o AP se encontra ocupado e o tempo em que esta livre.



Atraves desses tempos, obtemos a taxa de ocupacao, dividindo o tempo total de ocupacaopor tempo total (Tempo Total = Tempo total de ocupacao + Tempo total livre).

Figura 3.9: Modelo usado para o calculo da taxa de ocupacao

O tamanho medio do pacote e obtido atraves da media do tamanho de todos os pacotesgerados. Atraves da taxa de ocupacao, tamanho medio do pacote e atraso e possıvel sabera banda disponıvel no meio WLAN (ver Equacao 2.8).

3.3 Modelo de Simulacao da interligacao das redes WLAN

e UMTS

O modelo de simulacao com as duas redes WLAN e UMTS interligadas segue anorma [23]. A interligacao destas duas redes e feita atraves do no HA. A Figura 3.10ilustra o modelo de simulacao dentro do simulador NS-3.

De seguida procede-se a explicacao do modelo de simulacao. No no HA e geradotrafego e e decidido, atraves dos metodos de gestao de recursos radio, para qual das redes


3.3 Modelo de Simulacao da interligacao das redes WLAN e UMTS 35

Figura 3.10: Modelo de Simulacao

sera encaminhado o trafego. Este no e dotado de uma interface virtual e esta preparadopara receber e enviar trafego no RNS e no AP. Alem da interface virtual, este no tem umcanal P2P associado ao par HA/PDG e outro ao par HA/GGSN. Aos pares canal/PDG,canal/HA (da interface ligada ao PDG), canal/GGSN e canal/HA (da interface ligadaao PDG) foram adicionados dispositivos P2P. Na Figura 3.11 e ilustrado o modelo desimulacao mais detalhadamente.

Figura 3.11: Modelo de simulacao em maior detalhe

A Figura 3.12 ilustra o funcionamento da pilha de protocolos do modelo de simulacao.Verifica-se que o HA tem, na camada de nıvel 2, uma interface virtual associada a duas



Figura 3.12: Pilha de protocolos do modelo de simulacao

interfaces reais, uma para WLAN e outra para UMTS. A cada interface e associado umendereco IP correspondente. Quando a RNS/WLAN recebe trafego do HA, este extrai eenvia o payload ate a interface real do terminal atraves de packet socket. Quando ha trafegouplink, o terminal recebe o packet socket pela interface real (RIF1 ou RIF2) e passa-o parainterface virtual (VIF), sendo depois gerado trafego pela aplicacao e transportado sobreUDP/IP ate o RNS/WLAN. Quando o RNS/WLAN recebe trafego do terminal, extrai eenvia o payload atraves de packet socket ate ao HA.

A Figura 3.13 apresenta o metodo utilizado para contabilizacao das chamadas realo-cadas. Sempre que e gerada uma chamada no modelo de simulacao e analisado o estadode cada rede (ver Seccao 2.5.1 e 2.5.2) e sao contabilizadas as chamadas perdidas, aschamadas efectuadas pelo meio UMTS, as chamadas efectuadas pelo meio WLAN e, nocaso do metodo de gestao baseada na tendencia de mobilidade, as chamadas renegociadas.E tambem analisado o estado da rede com um intervalo de tempo definido pelo o utilizadore sao contabilizados os pacotes perdidos, os pacotes recebidos e, no caso do metodo degestao baseada na tendencia de mobilidade, as chamadas realocadas. A chamada diz-serealocada quando, no caso da admissao de uma chamada numa rede provocar instabilidadee, caso a outra rede ainda se encontre pronta para receber chamadas, a chamada e trans-ferida para essa rede. Para obter o numero de pacotes perdidos e recebidos, sao guardadosos UIDs dos pacotes transferidos e comparados com os UIDs dos pacotes recebidos. Casoo UID transmitido seja igual ao recebido, o pacote foi recebido. Caso contrario, o pacotefoi perdido.



Figura 3.13: Metodo para contabilizacao das chamadas realocadas



Na Figura 3.14 e ilustrado o metodo de contabilizacao dos pacotes perdidos e recebidosno meio WLAN.

Figura 3.14: Metodo de contabilizacao dos pacotes perdidos e recebidos no meio WLAN

A contabilizacao das chamadas e efectuada da seguinte forma: o metodo de gestaode recursos de radio escolhido pelo utilizador decide para qual rede escolhida encaminharo trafego naquele momento; se a rede escolhida for UMTS, incrementa as chamadas narede UMTS; se o metodo escolher WLAN, ha contabilizacao de chamadas na rede WLAN.Quando o metodo escolhido e o de gestao baseado na tendencia de mobilidade existemchamadas renegociadas. Estas ocorrem quando, a partida, nao e escolhida nenhuma dasduas redes. Quando isto acontece o parametro de debito da chamada pedida e renego-ciado (debito e dividido para metade). Apos renegociacao, caso o metodo de gestao detendencia de mobilidade escolha uma das redes para encaminhar o trafego, a chamada econtabilizada, se nao a chamada e dada como perdida.

A Figura 3.15 ilustra o metodo utilizado para a contabilizacao das chamadas perdidas,chamadas encaminhadas pelo meio UMTS e pelo meio WLAN, assim como as chamadasrenegociadas em cada uma destas redes.



Figura 3.15: Contabilizacao das chamadas pelo meio UMTS, pelo meio WLAN e renego-ciadas



3.4 Geracao de trafego

Para testar o modelo de simulacao foi gerado trafego no HA (downlink) e nos terminais(uplink). Existem implementados quatro diferentes tipos de trafego: VoIP, Vıdeo, FTP eHTTP (ver Seccao 2.9). A geracao de trafego do tipo FTP e HTTP, nao serao simuladosdada a instabilidade do TCP no NS-3. O trafego/chamada e gerado, periodicamente, comum intervalo de tempo entre chamadas consecutivas e tempo de duracao definido peloutilizador. A origem e destino do trafego sao definidos consoante o sentido do trafego(downlink ou uplink e downlink). Dependendo do sentido, os terminais apenas recebemou enviam e recebem trafego. O trafego e gerado recorrendo a aplicacao OnOff do NS-3que gera varios pacotes por chamada, de acordo com [24]. Na aplicacao, o tempo de enviode pacotes (On), o tempo entre pacotes (Off ), o debito e o tamanho de pacote foramalterados de modo a gerar chamadas dos varios tipos de trafego, de acordo com [25], [26]e [27]. Em [25], [26] e [27] sao definidos o modelo de parametros que cada tipo de trafegodeve obedecer.

De acordo com [6], os valores do debito e do atraso para uma bom desempenho darede, definidos para cada tipo de trafego gerado estao presentes na Tabela 3.1.

Tabela 3.1: Valores do debito e do atraso (retirada de [6])


3.5 Metodos de decisao implementados 41

3.5 Metodos de decisao implementados

Nesta seccao sao descritos os metodos de gestao de recursos de radio implementados.Os metodos implementados sao: Gestao Baseada no Balanceamento de Carga, GestaoBaseada na Area de cobertura, e Gestao Baseada na Tendencia de Mobilidade. A GestaoBaseada no Balanceamento de Carga, descrito em [8], [9], [7] e [10], consiste no encam-inhamento de chamadas para cada uma das redes, alternadamente, e no caso de algumachamada nao ser admitida esta e dada como perdida. Um exemplo de como as chamadassao encaminhadas e descrito de seguida. A primeira chamada e enviada pelo meio UMTSse o factor de carga for menor que 0,75 (definido na Equacao 2.2). Caso o factor de cargaseja maior a chamada e dada como perdida. A segunda chamada sera enviada pelo lado doWLAN se a banda disponıvel em WLAN for maior que a banda pedida pela chamada ger-ada. Caso isto nao aconteca a chamada nao e enviada, e assim sucessivamente. A GestaoBaseada na Area de cobertura, descrito em [7], consiste no enchimento da rede WLAN eso depois da rede UMTS, podendo ocorrer uma situacao de handover vertical entre estasduas redes. As chamadas sao admitidas no meio WLAN quando a banda disponıvel darede e maior ou igual a banda pedida pela chamada. As chamadas sao admitidas na redeUMTS se a rede WLAN estiver congestionada e se o factor de carga for menor ou igual que0,75. O metodo de Gestao Baseada na Tendencia de Mobilidade, descrito em [11] consistenum criterio que diferencia as chamadas de acordo com a sua tendencia de mobilidade, ouseja, dando um grau de elegibilidade a cada uma das redes para as quais a chamada sedestina. Este metodo so aceita chamadas em UMTS se o factor de carga for menor que0,75 e so aceita em WLAN se a banda disponıvel for maior ou igual que banda pedidapelo trafego. Este metodo toma uma decisao quanto ao destino da chamada a partir dograu de elegibilidade de cada rede e dos factores que definem o estado da rede UMTS eWLAN, possibilitando ainda a renegociacao e realocacao de chamadas.


Capıtulo 4

Analise de Resultados

4.1 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS

Tendo como objectivo o conhecimento do estado da rede UMTS, foi necessario saberos valores tıpicos desta rede para se proceder ao calculo do factor de carga. Na Tabela 4.1sao apresentados os valores utilizados para o calculo do factor de carga, definidos em [28].

Tabela 4.1: Valores utilizados para o calculo do factor de carga(ou load factor)

4.1.1 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS com trafego VoIP

Foi simulado na rede UMTS a geracao de trafego VoIP com intervalo entre chegadasconsecutivas de 1 segundo e duracao de chamada de 120 segundos. Estas chamadas foramrecebidas por 10 estacoes. Esta simulacao foi efectuada sem qualquer metodo de decisao,ou seja, todas as chamadas sao aceites. A chamada de VoIP foi gerada com um debito de24kb/s, de acordo com [6]. Com este debito, os valores para o calculo do factor de cargade cada chamada sao os seguintes (ver Tabela 4.1): Eb

N0= 7, 4dB; W = 3, 84Mcps; i=0,65;

αj = 1. A Figura 4.1 ilustra a evolucao do factor de carga ao longo do tempo.

43

44 Analise de Resultados

Figura 4.1: Evolucao do factor de carga ao longo do tempo

A Figura 4.2 apresenta a evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadasactivas na rede.

Figura 4.2: Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas narede UMTS

O factor de carga e descrito pela Equacao 2.2. As Figuras 4.1 e 4.2 mostram que ofactor de carga aumenta ao longo do tempo e com o crescimento do numero de chamadas


4.1 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS 45

admitidas na rede UMTS, de acordo com o calculo do factor de carga.

4.1.2 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS com trafego

Vıdeo

Procedeu–se a geracao de trafego de Vıdeo na rede UMTS, sem qualquer metodo dedecisao. Foi gerado trafego de Vıdeo com intervalos entre chegadas de chamadas con-secutivas de 1 segundo e duracao de cada chamada de 120 segundos. Estas chamadasforam recebidas por 10 estacoes. As chamadas de Vıdeo foram geradas com um debito de384kb/s, de acordo com [6]. Com este debito, os valores para o calculo do factor de cargade cada chamada sao os seguintes (ver Tabela 4.1): Eb

N0= 3, 4dB; W = 3, 84Mcps; i=0,65;

αj = 1. A Figura 4.3 ilustra a evolucao do factor de carga ao longo do tempo.


A Figura 4.4 apresenta a evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadasactivas na rede.



Figura 4.4: Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas narede UMTS

As figuras apresentadas ilustram a evolucao do factor de carga com o envio de trafegode Vıdeo. As figuras apresentam valores de acordo com a evolucao da Equacao 2.2 devidoao comportamento das variaveis das quais o factor de carga depende. Conclui-se que, como aumento das chamadas admitidas na rede UMTS, o factor de carga aumenta. Verifica-setambem que, quanto maior o debito mais rapido sera o crescimento do factor de carga.

4.1.3 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS com trafego VoIP

e Vıdeo

Procedeu–se ao envio de trafego VoIP e Vıdeo na rede UMTS, sem qualquer metodode decisao. Foi gerado trafego com intervalos entre chegada de chamadas consecutivas de1 segundo e duracao de cada chamada de 120 segundos. Estas chamadas foram recebidaspor 10 estacoes. As chamadas de Vıdeo foram geradas com um debito de 64kb/s e as deVoIP com 24kb/s, de acordo com [6]. A Figura 4.5 ilustra a evolucao do factor de cargaao longo do tempo.


4.1 Analise dos valores obtidos no modelo de UMTS 47


A Figura 4.6 apresenta a evolucao do factor de carga em funcao do numero chamadasactivas na rede.

Figura 4.6: Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas narede

As Figuras 4.5 e 4.6 ilustram a evolucao do factor de carga. Esta evolucao encontra-sede acordo com o comportamento do factor de carga na Equacao 2.2 face a variacao das



variaveis, das quais o factor de carga e dependente.

4.2 Analise dos valores obtidos no modelo de WLAN

Tendo como objectivo calcular a banda disponıvel na rede WLAN, foi necessario obteros valores da taxa de ocupacao, tempo medio de uma transmissao (atraso) e o tamanhomedio dos pacotes, de acordo com a Equacao 2.8. A taxa de ocupacao e o tempo mediode transmissao de pacotes foi calculados segundo o descrito na Seccao 3.2. Considerou-seo valor de Rth igual a 0,8 de acordo com [29] e [30].

4.2.1 Analise dos valores obtidos no modelo WLAN com envio de trafego

VoIP, com 100 estacoes

Foi simulado o envio de trafego VoIP pela rede WLAN, sem qualquer metodo de de-cisao. Esta simulacao foi elaborada da seguinte maneira: foi gerado trafego VoIP com in-tervalos de tempo consecutivos entre chamadas de 0,1 segundos e duracao de cada chamadade 120 segundos. Estas chamadas foram recebidas por 100 estacoes. O trafego foi enviadodesde o HA ate as estacoes e das estacoes ao HA (downlink e uplink). Os valores utilizadospara a geracao de trafego VoIP foram os seguintes: distribuicao exponencial dos temposde On e Off de 300ms cada um, debito de 32kb/s, com tamanho de pacote 160 bytes, deacordo com [31] e [32]. A Figura 4.7 apresenta a evolucao do atraso em funcao do numerode chamadas activas.

Figura 4.7: Evolucao do atraso em funcao do numero de chamadas activas


4.2 Analise dos valores obtidos no modelo de WLAN 49

Com o aumento do numero de chamadas activas ao longo da simulacao, verificou-seuma evolucao crescente do atraso, de acordo com [32]. Concluindo assim, que o numerode chamadas activas contribui para o aumento do atraso. Na Figura 4.8 e ilustrada aevolucao do atraso em funcao da taxa de ocupacao.

Figura 4.8: Evolucao do atraso em funcao da taxa de ocupacao

Com o aumento do atraso, a taxa de ocupacao tambem aumenta.

Figura 4.9: Evolucao da taxa de ocupacao ao longo do tempo



A Figura 4.9 ilustra a evolucao da taxa de ocupacao ao longo do tempo.A taxa de ocupacao evolui ao longo do tempo, o que esta em conformidade com os

valores obtidos em [32]. Concluindo-se assim que o aumento das chamadas activas provocao aumento da taxa de ocupacao e, consequentemente, o aumento do atraso.

4.2.2 Analise dos valores obtidos no modelo de WLAN com envio de

trafego Vıdeo, com 100 estacoes

Foi enviado trafego vıdeo pela rede WLAN, sem qualquer metodo de decisao. O trafegofoi gerado, com intervalo entre chegada de chamadas consecutivas de 0,1 segundo, e aduracao de cada chamada de 120 segundos. Estas chamadas foram recebidas por 100estacoes. O trafego gerado e enviado desde o Home Agent ate as estacoes e das estacoesao Home Agent (downlink e uplink), com os seguintes valores: distribuicao constante dostempos de On a 300ms e Off de 125ms, debito de 64kb/s, com tamanho de pacote 1000bytes, de acordo com [31] e [32]. A Figura 4.10 ilustra a evolucao do atraso em funcao donumero de chamadas activas .

Figura 4.10: Evolucao do atraso em funcao do numero de chamadas activas

Verifica-se que o aumento do numero de chamadas causa uma evolucao crescente doatraso, assim como os valores obtidos em [32] para trafego de vıdeo. Pode-se tambemconcluir que quanto maior for o debito de cada chamada mais rapido sera o crescimentodo atraso. A Figura 4.11 ilustra a evolucao do atraso em funcao da taxa de ocupacao.


4.2 Analise dos valores obtidos no modelo de WLAN 51


Verificou-se que o aumento da taxa de ocupacao leva a um crescimento do atraso,devido ao aumento do numero de chamadas admitidas em WLAN. A Figura 4.12 apresentaa evolucao da taxa de ocupacao ao longo do tempo.

Figura 4.12: Evolucao da taxa de ocupacao ao longo do tempo

Da Figura 4.12 retiramos que a taxa de ocupacao evolui ao longo do tempo. Verifica-seque o aumento do numero de chamadas activas provoca o aumento da taxa de ocupacao



e, consequentemente, o aumento de atraso. Isto esta de acordo com [32].

4.3 Analise dos valores obtidos no modelo de simulacao

com o metodo de Gestao Baseado no Balanceamento

de Carga

Foi simulado o envio de trafego de VoIP e vıdeo, aleatoriamente, com o modelo desimulacao, com a opcao do metodo de Balanceamento escolhida (ver Seccao 3.5).O trafegofoi gerado de acordo com os valores definidos em [31] e [32]. A geracao de trafego foirealizada, com intervalo de tempo entre chegada de chamadas consecutivas de 0,1 segundoe duracao de cada chamada de 120 segundos. O trafego foi enviado desde o HA ate asestacoes, e das estacoes ao Home Agent (downlink e uplink). A Figura 4.13 apresentaa evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas admitidas pela redeUMTS.

Figura 4.13: Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas

Verifica-se que o numero de chamadas admitidas na rede UMTS foi 23. Nao forammais chamadas admitidas devido ao metodo de decisao que impoe um limite no factor decarga de 0,75. A Figura 4.14 ilustra o valor do factor de carga ao longo do tempo.

Verifica-se que ha um aumento em escada do factor de carga desde o inıcio da simulacaoate cerca de 10 segundos. Concluindo-se assim que, as chamadas alteram entre admitidase nao admitidas na rede UMTS, alternadamente. Observa-se que as chamadas so saoadmitidas na rede UMTS ate o factor de carga atingir o seu limite previsto pelo metodo


4.3 Analise dos valores obtidos no modelo de simulacao com o metodo de GestaoBaseado no Balanceamento de Carga 53

Figura 4.14: factor de carga ao longo do tempo

do gestao baseada no Balanceamento de Carga. A Figura 4.15 ilustra a evolucao daschamadas em UMTS ao longo do tempo.

Figura 4.15: Evolucao do numero de chamadas activas em UMTS ao longo do tempo

Observa-se que ha um aumento em forma de escada do numero de chamadas activasna rede UMTS, ate cerca de 10 segundos. Pela analise da Figura 4.14 e 4.15 conclui-se queo numero de chamadas activas cresce ate 0,75 de factor de carga, sendo que as chamadas



variam de admitidas e nao admitidas na rede UMTS, alternadamente ao longo do tempo.A Figura 4.16 apresenta a evolucao do numero de chamadas activas em WLAN em funcaoda taxa de ocupacao.

Figura 4.16: Evolucao do numero de chamadas activas em WLAN em funcao da taxa deocupacao

Com o aumento de numero de chamadas activas na rede WLAN ha um aumentoda taxa de ocupacao. O numero de chamadas activas e crescente, enquanto a taxa deocupacao e menor que cerca de 0,32. Daqui conclui-se que as chamadas sao admitidas narede WLAN se a taxa de ocupacao for inferior a 0,32. A Figura 4.17 ilustra o atraso emfuncao da taxa de ocupacao.


4.3 Analise dos valores obtidos no modelo de simulacao com o metodo de GestaoBaseado no Balanceamento de Carga 55

Figura 4.17: Atraso em funcao da taxa de ocupacao

Verifica-se que o aumento da taxa de ocupacao leva ao aumento do atraso, provocadopelo aumento do numero de chamadas activas em WLAN. A Figura 4.18 ilustra a evolucaodo numero de chamadas activas em WLAN ao longo do tempo.

Figura 4.18: Evolucao do numero de chamadas activas em WLAN ao longo do tempo

Apos analise das Figuras 4.16, 4.17 e 4.18, verifica-se que o numero de chamadas ad-mitidas em WLAN aumenta em forma de escada, ate a taxa de ocupacao atingir o valor



de 0,32. Quando a taxa de ocupacao atinge 0,32, verifica-se que as chamadas nao saoadmitidas em WLAN . Conclui-se que as chamadas alteram de admitidas e nao admiti-das alternadamente ao longo do tempo, de acordo com o metodo de gestao baseada noBalanceamento de Carga.

Figura 4.19: Numero de chamadas perdidas ao longo do tempo

Na Figura 4.19 e apresentado o numero de chamadas perdidas ao longo do tempo.Apos analise de todas as Figuras referentes ao metodo de gestao baseada no Balancea-

mento de Carga, verifica-se que as chamadas sao admitidas pelas redes de acesso ate aocongestionamento de cada uma. Conclui-se ainda que as chamadas sao encaminhadas,alternadamente, pelas redes de acesso [8], [9], [7] e [10].

4.4 Analise dos valores obtidos no modelo de simulacao com

o metodo de Gestao Baseada na Area de Cobertura

De seguida sao apresentados os valores referentes ao estado da rede no metodo degestao baseada na area de cobertura (ver Seccao 3.5). Para obtermos estes valores foienviado trafego de VoIP e vıdeo, aleatoriamente, com o modelo de simulacao. O trafegofoi gerado de acordo com os valores definidos em [31] e [32]. A geracao de trafego foirealizada com o intervalo de tempo entre chegada de chamadas consecutivas de 0,1 s. Otrafego e enviado desde o HA ate as estacoes e das estacoes ao HA (downlink e uplink).Na Figura 4.20 e apresentada a evolucao do factor de carga em funcao do numero dechamadas admitidas pela rede UMTS.


4.4 Analise dos valores obtidos no modelo de simulacao com o metodo de GestaoBaseada na Area de Cobertura 57

Figura 4.20: Evolucao do factor de carga em funcao do numero de chamadas activas emUMTS

A Figura 4.21 ilustra a evolucao do factor de carga ao longo do tempo.


Apos analise, verifica-se que as chamadas so sao admitidas na rede UMTS a partir de4,60 segundos depois do inıcio da simulacao. Isto e de acordo com o metodo de gestaoque tem como criterio, primeiro, ”encher”a rede WLAN e so depois a rede UMTS. A



Figura 4.22 mostra a evolucao do numero de chamadas admitidas em UMTS ao longo dotempo.

Figura 4.22: Evolucao do numero de chamadas activas em UMTS ao longo do tempo

A partir das Figuras 4.20, 4.21 e 4.22, conclui-se que 4,60 segundos depois do inıcioda simulacao ha um aumento do numero de chamadas, levando a evolucao crescente dofactor de carga.

Na Figura 4.23 e ilustrada a evolucao do numero de chamadas activas em WLAN emfuncao da taxa de ocupacao. Verifica-se que o numero de chamadas em WLAN cresce ateao valor de cerca de 0,34 da taxa de ocupacao.



Figura 4.23: Evolucao do numero de chamadas activas em WLAN em funcao da taxa deocupacao

A Figura 4.24 apresenta a evolucao do do atraso em funcao da taxa de ocupacao.


Apos analise das figuras verifica-se que o aumento do numero de chamadas em WLANtem como consequencia o aumento da taxa de ocupacao e do atraso. A Figura 4.25 ilustraa evolucao do numero de chamadas em WLAN ao longo do tempo.



Figura 4.25: Evolucao do numero de chamadas em WLAN ao longo do tempo

Verifica-se que as chamadas em WLAN aumentam desde o inıcio da simulacao ate cercade 4,60 segundos, concluindo-se assim que ocorre, em primeiro lugar, o ”enchimento”darede WLAN e, posteriormente, o ”enchimento”da rede UMTS.

Figura 4.26: Chamadas perdidas ao longo do tempo

Apos analise de todas as figuras para o metodo de gestao baseada na area de cober-tura verifica-se que o modelo de simulacao comporta-se de seguinte maneira: as primeiras



chamadas geradas sao encaminhadas para a rede WLAN ate ao seu congestionamento; de-pois da rede WLAN se encontrar congestionada, as chamadas passam a ser encaminhadaspela rede UMTS ate ao seu congestionamento; as chamadas seguintes nao sao admiti-das em nenhuma rede ate que a rede WLAN, ou UMTS, volte a estar disponıvel para arecepcao de chamadas, de acordo com [7].


Capıtulo 5

Conclusao e Trabalho Futuro

5.1 Conclusao

Este trabalho teve como finalidade elaborar uma estrutura de interligacao entre duasredes, WLAN e UMTS, de acordo com arquitectura definida em 3GPP release 8. Estaestrutura foi desenvolvida no Simulador Network Simulator 3 . Os objectivos principaisdeste trabalho foram a interligacao destas duas redes de acordo com [3], bem como aobtencao de valores sobre o estado das redes (ver seccoes 2.5.2 e 2.5.1). Esta estruturaservira de apoio a avaliacao e comparacao de metodos de gestao de recursos de radio,de modo a maximizar os recursos disponıveis em cada uma destas redes de acesso. Paravalidar e testar o desempenho da estrutura interligacao foram implementados dois metodosde gestao: gestao baseada na area de cobertura e gestao baseada no balanceamento decarga. A estrutura elaborada e dotada de uma interface virtual que permitiu a existenciade Handover vertical, necessario para a interligacao das duas redes de acesso. Alemda estrutura, foram implementados varios tipos de trafego(VoIP, Vıdeo, FTP, HTTP)recorrendo a aplicacao OnOff.

Foram efectuados varios testes para a validacao da estrutura de interligacao. Os testesefectuados foram: analise dos valores obtidos na rede UMTS; analise dos valores obtidosna rede WLAN; analise dos valores obtidos no modelo de simulacao com o metodo degestao baseada no balanceamento de carga; analise dos valores obtidos no modelo desimulacao com o metodo de gestao baseada na area de cobertura. Os primeiros dois testesforam avaliados com dois tipos de trafego (VoIP, Vıdeo) separadamente, gerados de acordocom [31] e [32].

Concluiu-se que na rede UMTS o factor de carga aumenta com o crescimento do numerode chamadas admitidas. Verificou-se tambem que quanto maior o debito de cada chamadagerada mais rapido e o crescimento do factor de carga ao longo do tempo. Os resultadosobtidos estao de acordo com a evolucao da Equacao 2.2, perante o comportamento dasvariaveis, das quais o valor do factor de carga depende.

63

64 Conclusao e Trabalho Futuro

Na rede WLAN verificou-se que o comportamento das variaveis estao em conformidadecom os resultados obtidos em [31] e [32]. Concluindo-se assim que o aumento do numerode chamadas admitidas em WLAN resulta num aumento da taxa de ocupacao e do atraso.Pode-se ainda concluir que o aumento do debito de cada chamada gerada leva a umcrescimento mais acentuado da taxa de ocupacao e do atraso.

Os resultados obtidos no metodo de Gestao baseada no Balanceamento de Carga estaode acordo com o comportamento esperado deste metodo. Conclui-se que na rede UMTSo numero de chamadas activas cresce ate 0,75 de factor de carga, sendo que as chamadasvariam de admitidas e nao admitidas, alternadamente ao longo do tempo. Verifica-se quena rede WLAN o numero de chamadas admitidas aumenta em forma de escada, ate a taxade ocupacao atingir o valor de 0,32. Conclui-se ainda que as chamadas sao encaminhadas,alternadamente, pelas redes de acesso [8], [9], [7] e [10].

Os resultados obtidos no metodo de gestao baseada na area de cobertura estao deacordo com o comportamento esperado deste metodo. Verifica-se que as chamadas sosao admitidas na rede UMTS a partir de cerca de 4,60 segundos depois do inıcio dasimulacao. Observa-se assim que as chamadas na rede WLAN aumentam desde o inıcioda simulacao ate cerca de 4,60 segundos. Concluindo-se assim que ocorre, em primeirolugar, o ”enchimento”da rede WLAN e, posteriormente, o ”enchimento”da rede UMTS.

Como conclusao final pode-se afirmar que o modelo de simulacao de interligacao dasredes WLAN e UMTS implementado comporta-se conforme o desejado para a estruturareal de integracao das duas redes.

5.2 Trabalho Futuro

De modo a dar continuidade a implementacao e avaliacao do metodo de Tendenciade Mobilidade proposto pelo aluno doutoramento, Hermes Del Monego, tera ainda de serelaborado algum trabalho. Este trabalho consistira na criacao de mobilidade nos terminaismoveis, de modo a tornar o mais real possıvel a estrutura implementada. Alem disto seraainda testado e avaliado o metodo de Tendencia de Mobilidade.


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Estrutura de Simula˘c~ao para Integra˘c~ao de Redes WLAN e ...

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