ITTO20010297A1 - Metodo per valutare le caratteristiche di una rete per apparecchiature mobili di telecomunicazioni. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

"METODO PER VALUTARE LE CARATTERISTICHE DI UNA RETE PER APPARECCHIATURE MOBILI DI TELECOMUNICAZIONI"

TESTO DELLA DESCRIZIONE SETTORE DELLA TECNICA

La presente invenzione si riferisce ad un metodo per valutare le caratteristiche di una rete per apparecchiature mobili di telecomunicazioni in funzione di parametri quali il numero di risorse radio disponibili (stazioni radiobase) e l'ammontare di traffico telefonico ad esse offerto.

In particolare, la presente invenzione riguarda un metodo per valutare le caratteristiche in termini di dimensionamento e prestazioni delle stazioni radiobase di una rete per apparecchiature mobili di tipo GSM-GPRS (Global System for Mobile Communications - General Packet Radio Service on mobile networks) che usa, come noto, un'interfaccia radio ibrida basata sulle tecniche d'accesso a divisione di frequenza (FDMA - Frequency Division Multiple Access) e di tempo (TDMA - Time Division Multiple Access) e che permette di gestire sia chiamate telefoniche vocali (voce) che chiamate dati (dati). Pertanto, il metodo concerne la valutazione del corretto dimensionamento e prestazioni delle risorse radio in funzione del numero e della durata delle chiamate telefoniche vocali (traffico voce) e del numero e del volume di informazione da trasmettere delle chiamate dati (traffico dati) e della priorità attribuita alle chiamate del traffico voce rispetto a quelle del traffico dati.

ARTE NOTA

Sono note le reti per apparecchiature mobili di telecomunicazioni .

Tali reti sono dette, in genere, di tipo cellulare in quanto sono caratterizzate da una pluralità di celle ciascuna definita come l'insieme dei punti di territorio serviti dal segnale radioelettrico irradiato da un'antenna (interfaccia radio).

Principale peculiarità delle reti per apparecchiature mobili è, oltre all'intrinseca mobilità dell'utenza, l'uso dell'interfaccia radio come porta di accesso alla rete stessa.

È anche noto che la valutazione del dimensionamento e delle prestazioni di una rete o sistema per telecomunicazioni in cui il traffico offerto sia costituito dal solo traffico voce, sono effettuate mediante un metodo che ha alla base un modello cosiddetto di tipo M/M/N dove la prima M sta ad indicare la distribuzione esponenziale delle chiamate offerte al sistema, la seconda M sta ad indicare la distribuzione esponenziale della durata delle chiamate servite e N corrisponde al numero di linee, canali telefonici o risorse disponibili, il tutto espresso dalla cosiddetta formula "Erlang-B".

In accordo a tale metodo è possibile determinare in termini probabilistici il dimensionamento e/o le prestazioni, o in altre parole, il grado di servizio P(c) del sistema per telecomunicazioni esaminato, nel periodo di maggior traffico offerto (ora di punta), mediante la formula:

m cui:

ρ= λ/μ

e m cui:

À è il numero di chiamate in arrivo per unità di tempo;

μ è il numero di chiamate servite per unità di tempo;

C è il numero di linee, canali telefonici o risorse disponibili .

In accordo all'arte nota P(c) rappresenta, pertanto, la percentuale delle chiamate in arrivo (cioè offerte) non servite (cioè bloccate dal sistema) durante il periodo di maggior traffico (ora di punta) e viene calcolato sulla base del traffico telefonico offerto e delle linee, canali telefonici o risorse disponibili, naturalmente sotto le ipotesi, comunemente note e accettate, che:

il numero delle chiamate voce in arrivo abbia distribuzione di Poisson con parametro λ , cioè, in modo intuitivo, che la distribuzione del tempo fra l'istante di arrivo di una chiamata e l'istante di arrivo della chiamata successiva (tempo di interarrivo) sia di tipo esponenziale con parametro λ e, di conseguenza, non esistano "burst" di chiamate;

il numero delle chiamate voce servite abbia distribuzione di tipo esponenziale con parametro μ, cioè, in modo intuitivo, che la distribuzione della durata delle chiamate servite dal sistema sia di tipo esponenziale con parametro μ .

Il metodo noto è sicuramente adeguato per valutare il dimensionamento e le prestazioni di un sistema per telecomunicazioni del tipo descritto e, di conseguenza, di una stazione radiobase (cella) di un sistema di telefonia mobile, quale il GSM, che gestisca il solo traffico voce, in quanto, in tale caso, le ipotesi indicate sono, di fatto, una buona approssimazione della realtà.

È altresì noto che la valutazione del dimensionamento e delle prestazioni di un sistema per telecomunicazioni con traffico voce caratterizzato dalla presenza di "code", ad esempio per la presenza di centralini telefonici, viene effettuata usando metodi che hanno alla base un modello di tipo M/M/N/Q dove i primi tre termini hanno il significato già illustrato in precedenza e Q corrisponde al numero di chiamate accodabili nel sistema in attesa di essere servite.

Tali metodi sono, in genere, caratterizzati dal fatto di prevedere 1 impazienza" degli utenti mediante una frequenza di abbandono di parametro a .

I metodi noti sin qui citati non si adattano però alla gestione del traffico dati o, a maggior ragione, del traffico misto voce e dati e non sono di conseguenza utilizzabili per la valutazione del dimensionamento e delle prestazioni delle stazioni radiobase della rete per telecomunicazioni mobili di tipo GSM-GPRS, ad esempio.

Infatti, come noto, una peculiarità delle reti dati o voce e dati, come la rete GSM-GPRS, consiste nel fatto che le reti di tale tipo sono atte a fornire una molteplicità di "servizi" quali, ad esempio, telefonia vocale, ftp, email e accesso a Internet e che ciascuno di tali servizi ha, in linea di principio, caratteristiche differenti sia in termini di velocità (numero di bit per secondo) che di traffico (volume da trasméttere, simmetria o asimmetria del servizio).

Da ciò segue che il dimensionamento di una cella del sistema deve tenere conto congiuntamente delle caratteristiche di ciascun servizio dati e, in particolare, della coesistenza del tradizionale servizio voce e dei servizi dati supportati.

Un primo problema tecnico legato alla necessità di supportare traffico dati consiste nel fatto che la velocità di trasmissione del traffico dati in tali tipi di rete e nelle reti dati di telefonia fissa più in generale, non è costante nel tempo e dipende strettamente dal numero di linee, canali telefonici o risorse disponibili in un dato istante.

Nel caso specifico della rete GSM-GPRS, come noto, il traffico dati per le varie tipologie di servizio è gestito (servito) utilizzando portanti radio di frequenza predefinita e, nell'ambito di ciascuna portante radio (tecnica di accesso FDMA) , da un determinato "slot" (il canale logico propriamente detto) fra quelli periodicamente disponibili nell'ambito della trama temporale utilizzata sull'interfaccia radio (tecnica di accesso TDMA) . In tale contesto, se un solo utente fa richiesta di una trasmissione dati, tutto uno slot della trama temporale GSM è assegnato all'utente medesimo e ciò implica una determinata velocità di trasmissione, ad esempio 9.05 kbit/s nominali per la codifica dati denominata CS-1 o 13.4 kbit/s nominali per la codifica dati denominata CS-2. Se invece più utenti fanno richiesta contemporanea di trasmissione dati, il singolo slot è suddiviso fra gli utenti medesimi, con conseguente diminuzione della velocità di trasmissione che risulta essere quindi funzione del numero di utenti attivi, al momento, nel sistema (cella); in modo più intuitivo, il generico utente percepisce una velocità netta di trasmissione dei dati variabile nel tempo in funzione delle condizioni di carico del sistema stesso. Il fenomeno descritto presenta caratteristiche chiaramente diverse da quello tipico della trasmissione della semplice fonia (voce) per la quale, come noto, lo slot della trama temporale GSM assegnato all'utente è attribuito allo stesso in modo univoco ed esclusivo fino al completamento della chiamata telefonica.

Pertanto, l'uso di un metodo che abbia alla base la formula Erlang-B, come riscontrato nell'arte nota, risulta in una grossolana approssimazione dei risultati e di fatto si traduce in una valutazione molto approssimativa del dimensinamento di una rete che gestica dati, come ad esempio la rete GSM-GPRS.

Un secondo problema riscontrato nell'arte nota consiste nel fatto che, nonostante, in linea di principio, il traffico dati non richieda di essere servito immediatamente e quindi possa essere posto in coda e quindi apparentemente possa essere approssimato con un modello M/M/N/Q in cui tale traffico esca dalla coda o in quanto servito (se un canale telefonico è stato nel frattempo rilasciato) o per abbandono del sistema (la cosiddetta "impazienza" dell'utente che qui modellizza il comportamento dell'insieme terminale-cella), lo stesso tale modello M/M/N/Q e corrispondente metodo comporta, ancora una volta, una grossolana approssimazione dei risultati in quanto non prevede di gestire il traffico con risorse variabili nel tempo.

Pertanto, l'uso di un metodo che abbia alla base la formula Erlang-B modificata per tener conto del fatto che il traffico dati può essere posto in coda, come riscontrato nell'arte nota, risulta in una grossolana approssimazione dei risultati e di fatto si traduce in una valutazione molto approssimativa del dimensinamento di una rete che gestica dati e/o voce, come ad esempio la rete GSM-GPRS.

Un terzo problema presente, in particolare, nel caso di coesistenza del traffico voce con il traffico dati, risiede nel fatto che, per quanto, come noto, in tali casi venga data priorità al traffico voce rispetto al traffico dati (preemption) in modo da attribuire tutte le risorse (o comunque tutte le risorse messe in comune fra le due tipologie di servizi) al primo tipo di traffico piuttosto che al secondo al quale, al più, è riservata una capacità minima protetta dall'intrusione delle chiamate voce, anche in questo caso l'arte fin qui nota non tine conto di tale preemption e pertanto nel valutare le prestazioni di una rete mista voce e dati, sostanzialmente valuta tali prestazioni come se voce e dati non coesistessero e non fosse presente la preemption.

Dalle problematiche fin qui descritte emerge chiaramente che le metodologie note per valutare il dimensionamento e le prestazioni delle stazioni radiobase di una rete per apparecchiature mobili di telecomunicazioni risultano essere inadeguate alle necessità e tali da comportare grossolani errori di valutazione, in quanto prescindono dal tenere in considerazione le peculiarità del traffico dati e/o del traffico voce e dati.

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

Scopo della presente invenzione è 1'implementazione di un metodo di valutazione del dimensionamento e delle prestazioni delle stazioni radiobase di una rete per apparecchiature mobili di telecomunicazioni che non presenti i limiti descritti dell'arte nota e che tenga conto, di conseguenza, delle problematiche specifiche della trasmissione dati e/o della coesistenza fra il traffico voce e il traffico dati, che sia, in particolare, adeguata per risolvere le problematiche delle reti GSM-GPRS e che sia, al contempo, semplice e di facile applicazione.

Raggiunge lo scopo illustrato il metodo come descritto nelle rivendicazioni indipendenti.

DESCRIZIONE SINTETICA DELLE FIGURE

Questa ed altre caratteristiche della presente invenzione risulteranno chiare dalla seguente descrizione di una forma preferita di esecuzione, fatta a titolo esemplificativo e non limitativo con l'ausilio degli annessi disegni, in cui:

Fig. 1 rappresenta uno schema di principio degli ingressi necessari per l'applicazione del metodo per valutare le caratteristiche di una stazione radiobase per apparecchiature mobili di telecomunicazioni, secondo l'invenzione, e delle uscite garantite dal metodo stesso;

Fig. 2 rappresenta un diagramma di flusso del metodo secondo l'invenzione; e

Fig. 3 rappresenta la descrizione di un possibile stato di una cella di tipo GSM-GPRS (in termini di frequenza delle nascite e delle morti delle chiamate dati che provocano l'uscita dallo stato medesimo) quando il numero di utenti per traffico dati (utenti GPRS) nel sistema non è superiore al massimo consentito e quando il numero di utenti GPRS, presenti nella cella, è tale da richiedere l'inserimento in coda di parte delle chiamate.

DESCRIZIONE DI UNA FORMA PREFERITA DI REALIZZAZIONE

Con riferimento alla Fig. 1 il metodo 10 per valutare le caratteristiche in termini di dimensionamento e prestazioni di una rete per apparecchiature mobili di telecomunicazioni, ad esempio per telecomunicazioni mobili GSM-GPRS, prevede un insieme di ingressi costituito, in dettaglio, da prestazioni richieste per il traffico voce (perdita voce) 20, da prestazioni richieste per il traffico dati (perdita dati o throughput di utente) 30, da descrizione del traffico voce offerto (Erlang) 40 e da descrizione del traffico dati offerto (traffico GPRS) 50 costituito da frequenza di arrivo delle chiamate dati e lunghezza media del singolo messaggio.

Il metodo 10, secondo l'invenzione, è atto a fornire sia un dimensionamento ottimale 60 della cella GSM-GPRS (numero di portanti radio) date le prestazioni richieste 20 e 30 e i traffici offerti 40 e 50, che le effettive prestazioni 70 della cella medesima dati gli ingressi 20, 30, 40 e 50.

In particolare, dal punto di vista operativo, il metodo 10 per valutare il dimensionamento e le prestazioni di una stazione radiobase in una rete per telecomunicazioni mobili atta a gestire traffico voce e dati, ad esempio una rete di tipo GSM-GPRS, comprende un insieme di fasi che possono essere raggruppate in sei blocchi logici fondamentali.

Un primo blocco 10000 (Fig. 2), di tipo noto, atto a valutare il numero di canali di traffico (slot) voce necessari (fase 150) sulla base del traffico voce da smaltire o Erlang offerti 40 alla cella (fase 100) e sotto il vincolo di garantire una perdita voce non superiore alla perdita voce richiesta 20 per la sola fonia (fase 200).

Un secondo blocco 20000, di tipo noto, atto a valutare il numero minimo di portanti radio da allocare nella cella (fase 250), sulla base del numero di canali di segnalazione necessari (fase 300), ricavabili, in modo noto, dal numero di canali calcolati nella fase 150 del primo blocco 10000, e sulla base del numero di canali (fase 400) riservati staticamente al solo traffico dati (50).

Un terzo blocco 30000 atto a valutare, come verrà più avanti descritto in dettaglio, le prestazioni del traffico dati nella tratta tra terminale mobile e stazione radiobase (fase 550), sulla base del numero di portanti radio disponibili ottente con la fase 350 del secondo blocco 20000, a fronte di caratteristiche del traffico dati offerto in termini di frequenza degli arrivi delle chiamate, lunghezza del pacchetto, numero medio di pacchetti per messaggio (fase 500), della perdita dati richiesta 30 per il solo traffico dati (fase 600), di parametri relativi al ritardo richiesto per il traffico dati (fase 700), di parametri indicativi del massimo numero di canali allocabili dinamicamente al servizio dati (fase 800), di parametri indicativi del tempo massimo di permanenza nella coda d'attesa di una chiamata dati (fase 900) e di parametri relativi alla codifica utilizzata per la trasmissione dei dati (fase 1000), ad esempio parametri relativi al tipo di codifica GPRS usata.

Un quarto blocco 40000, sostanzialmente di valutazione dei risultati ottenuti, atto a confermare, incrementare o ridurre il numero di portanti radio utilizzate dal terzo blocco 30000, comprendente una prima fase di controllo se le prestazioni soddisfano i requisiti (fase 1100).

Tale fase 1100, in caso di esito positivo conclude il blocco 40000 e in caso di esito negativo conduce ad una seconda fase di controllo se le prestazioni sono migliorate rispetto ad un eventuale situazione precedente (fase 1200).

Tale fase 1200, in caso di esito negativo conduce ad una fase (fase 1250) atta a ricondurre il numero di canali a quelli utilizzati nel blocco 30000 rappresentativo della situazione precedente, e in caso di esito positivo, conduce ad incrementare il numero di canali (fase 1150), se possibile, noto il massimo numero di portanti allocabili in una cella GSM, ed a ripetere il blocco 30000.

Un quinto blocco 50000 di valutazione delle prestazioni del traffico dati nella tratta tra stazione radiobase e terminale mobile (fase 1350), sulla base del numero di portanti radio disponibili (confermate o calcolate nei blocchi 30000 e 40000), sulla base dell'insieme di ingressi relativi al traffico dati offerto (fase 1300) come descritti per le fasi 500, 600 e 700 del blocco 30000 e sulla base dell'insieme di parametri di configurazione (fase 1400) come descritti nelle fasi 800, 900 e 1000 del blocco 30000.

Un sesto blocco 60000 sostanzialmente di valutazione dei risultati ottenuti, atto a confermare, incrementare o ridurre il numero di portanti radio utilizzate dal quinto blocco 50000; tale blocco 60000 è, sostanzialmente, equivalente al blocco 40000, già descritto, e comprende fasi 2100, 2200, 2250 e 2150 rispettivamente equivalenti alle fasi 1100, 1200, 1250 e 1150 già descritte.

Il blocco 60000 conduce, noto il massimo numero di portanti allocabili in una cella per apparecchiature mobili, ad esempio di tipo GSM, al completamento del metodo 10, secondo l'invenzione, riciclando eventualmente sul blocco 50000.

I primi due blocchi 10000 e 20000 non presentano, nel metodo secondo l'invenzione, elementi di novità rispetto all'arte nota e saranno descritti solo a grandi linee, così come i blocchi 40000 e 60000; i blocchi 30000 e 50000 comprendono invece componenti innovative rispetto all'arte nota e saranno descritti in dettaglio.

Le funzioni svolte dai vari blocchi sono implementate, in accordo agli scopi della presente invenzione, sotto forma di programmi su elaboratore elettronico e permettono di determinare le caratteristiche di una rete per apparechiature mobili di telecomunicazioni.

Il funzionamento del metodo 10 di valutazione del dimensionamento e delle prestazioni di una cella del sistema per telecomunicazioni mobili viene descritto prendendo a riferimento una rete di tipo GSM-GPRS, anche se risulterà evidente ad un tecnico del settore che il metodo 10 è facilmente estensibile a reti mobili atte a gestire traffico dati e/o traffico voce e dati.

II primo blocco 10000 permette di valutare il minimo numero di canali di traffico (slot) necessari (fase 150) al fine di smaltire il traffico voce offerto (Erlang) alla cella (fase 100), sotto il vincolo di garantire una perdita non superiore alla perdita richiesta per la sola fonia (fase 200). A tale scopo, la fase 150 del blocco 10000 utilizza la cosiddetta formula "Erlang-B", nota in sè (modello M/M/N) per le reti di telecomunicazioni fisse e mobili di prima e seconda generazione che, in funzione dei dati citati, fornisce il numero di canali di traffico da allocare nella cella GSM-GPRS per smaltire il traffico espresso in Erlang con le prestazioni richieste (perdita voce).

Il secondo blocco 20000 permette di valutare il numero di portanti radio (tecnica di accesso FDMA) da allocare nella cella, assumendo come noti:

- il numero totale di canali di traffico (tecnica di accesso TDMA) associati a ciascuna portante radio, che come noto, nel caso del sistema GSM, sono otto canali;

- la regola di associazione, nota in sè, fra il numero di canali di traffico calcolati dal primo blocco 10000 e il numero di canali di segnalazione necessari per la gestione della cella (fase 300);

- il numero di canali allocati staticamente al traffico GPRS, cioè non utilizzabili in alcun caso dal traffico voce (fase 400), dato che è, in genere, un parametro di progetto.

Il terzo blocco 30000 permette di valutare, in accordo alla presente invenzione, le prestazioni del traffico dati (perdita e throughput di utente) (fase 550) nella tratta tra terminale mobile e stazione radiobase (tratta uplink) in funzione di una pluralità di dati di ingresso, di caratteristiche del servizio dati GPRS e di assunzioni di metodo e di modello. In particolare, per ciò che concerne i dati di ingresso la fase 550 tiene conto:

- delle caratteristiche del traffico dati offerto alla cella e cioè la frequenza degli arrivi delle chiamate, la lunghezza del pacchetto e il numero medio di pacchetti per messaggio (fase 500);

- della perdita richiesta per il traffico dati (fase 600);

- del throughput di utente richiesto per il traffico dati (fase 700);

- del massimo numero di canali allocabili dinamicamente al servizio dati (fase 800), cioè utilizzabili dal traffico dati GPRS se lasciati liberi dal traffico voce GSM;

- del tempo massimo di permanenza nella coda d'attesa di una chiamata dati GPRS (fase 900);

- della codifica GPRS utilizzata per la trasmissione dei dati (fase 1000);

- del numero di portanti calcolate dal secondo blocco 20000 nella fase 350.

Per ciò che concerne le caratteristiche del servizio dati GPRS, il blocco 30000, in accordo alla presente invenzione, tiene conto del fatto che:

- ciascun utente (o meglio terminale mobile GPRS) tenta l'accesso al sistema, secondo varie politiche, per un numero di secondi prestabilito attraverso tentativi multipli; se al termine di tale periodo di tempo, ad esempio 7 secondi, l'utente non è riuscito a guadagnare la risorsa radio (slot), la chiamata è bloccata;

- l'accesso alle risorse radio (slot) del sistema è guadagnato, in modo noto, su base chiamata e non per il singolo pacchetto del messaggio; ciò significa che una volta acquisita la risorsa questa è mantenuta fino alla completa trasmissione del messaggio stesso;

- la velocità di trasmissione del messaggio, una volta ottenuto l'accesso alla risorsa radio, dipende dal numero di utenti multiplati sul singolo canale (slot) della trama GSM; tale numero va, ad esempio, da un minimo di un utente ad un massimo di otto; in conseguenza di ciò la velocità, come noto, può variare durante la trasmissione del singolo messaggio in funzione del numero di utenti che accedono alla cella GSM-GPRS.

In accordo all'invenzione il metodo 10, ai fini della modellazione del comportamento della cella GSM-GPRS per i soli dati (traffico GPRS), tiene conto del fatto che:

- è stato scelto un modello M/M/N/Q in cui i serventi del sistema corrispondono ai canali di traffico (slot) della cella e lo stato della cella è rappresentato dal numero di utenti GPRS presenti nel sistema;

- è considerata una coda di lunghezza infinita (Q = ∞) in quanto ciascun utente effettua, in caso di congestione delle risorse di traffico, i tentativi multipli di accesso precedentemente citati;

- è considerato un tempo medio di permanenza in coda (di un utente GPRS) espresso in funzione del tempo necessario al terminale mobile per effettuare i tentativi multipli di accesso precedentemente citati;

- è considerato essere posto in coda l'intero messaggio e non il singolo pacchetto del messaggio;

- è considerato un tempo di interarrivo fra le chiamate dati (processo degli arrivi) caratterizzato da distribuzione esponenziale con parametro λ pari alla frequenza degli arrivi ;

- è considerata una durata media delle chiamate (tempo di servizio τ) caratterizzata da distribuzione esponenziale con parametro μ = 1/τ pari all'intensità di morte delle chiamate; - è considerato un tempo medio di permanenza in coda caratterizzato da distribuzione esponenziale con parametro a pari alla frequenza degli abbandoni ("impazienza" degli utenti) .

Mentre l'assunzione relativa alla distribuzione esponenziale di parametro λ dei tempi di interarrivo delle chiamate (frequenza di arrivo) dati può essere considerata una semplificazione usuale e nota, all'opposto le approssimazioni relative sia alla distribuzione esponenziale di parametro μ della durata delle chiamate dati, che alla distribuzione, ancora esponenziale di parametro a, del tempo di permanenza in coda, sono nuove nel settore della tecnica e, sorprendentemente, permettono di realizzare un metodo di dimensionamento e valutazione delle prestazioni di una cella GSM-GPRS di buona affidabilità e, in particolare, di semplice applicazione, grazie alla parziale semplificazione degli aspetti matematici coinvolti nella modellazione, peraltro molto complessi.

In funzione di quanto elencato, il blocco 30000 permette di valutare il traffico dati "A" offerto alla cella mediante le relazioni di tipo noto:

dove :

tempo minimo di servizio di una chiamata dati;

e

Vcanale velocità del singolo servente ;

n ·L lunghezza del messaggio (n pacchetti di lunghezza L).

Le prestazioni della cella nella tratta fra terminale mobile e stazione radiobase (probabilità di blocco dati e throughput medio di utente) sono valutate utilizzando una modellazione dello stato della cella basata su due differenti tipologie di "stato". Detto "i" il numero di utenti GPRS presenti nel sistema si ha:

- lo stato 100000 (Fig. 3), in cui il numero "i" di utenti GPRS presenti nel sistema è inferiore al massimo numero di connessioni dati supportabili contemporaneamente dalla cella, noto il numero di canali (slot) disponibili in un dato momento per il servizio dati; in tale caso il sistema esce dallo stato "i" a causa della nascita di una nuova chiamata dati (con λ frequenza di arrivo delle chiamate) o per la morte di una chiamata in corso; la frequenza delle morti è pari a k-μ, dove k è pari al numero di slot GSM occupati da uno o più utenti GPRS. In tale contesto, ciascuno slot su cui è attivo almeno un utente dati contribuisce alla frequenza delle morti della cella con un termine additivo pari a μ in quanto:

• in presenza di un solo utente si ha velocità di trasmissione pari alla massima velocità possibile; ciò implica un contributo additivo alla frequenza di morte complessiva della cella pari a μ ;

• in presenza di due utenti si ha velocità di trasmissione dimezzata (che contribuisce ad un dimezzamento della frequenza delle morti associata allo slot) e un raddoppio degli utenti multiplati (che contribuisce al raddoppio della frequenza delle morti associata allo slot); in funzione di quanto descritto si ha un contributo additivo alla frequenza di morte complessiva della cella pari sempre a

• in presenza di tre o più utenti il meccanismo di valutazione non cambia, in quanto si ha una riduzione di un fattore 1/3, 1/4, 1/5, 1/6, 1/7 o 1/8 della velocità di trasmissione (con l'omologo effetto sulla frequenza delle morti associata allo slot) e un aumento di un fattore 3, 4, 5, 6, 7 o 8 del numero di utenti multiplati (con l'omologo effetto sulla frequenza delle morti associata allo slot); in ognuno dei casi elencati si ha, sorprendentemente, un contributo additivo alla frequenza di morte complessiva della cella pari ancora a μ ;

lo stato 200000, in cui il numero "i" di utenti GPRS presenti nel sistema è superiore al massimo numero di connessioni supportabili conemporaneamente dalla cella, noto il numero di canali (slot) disponibili in un dato momento per il servizio dati; in tale caso il sistema esce dallo stato "i" o a causa della nascita di una nuova chiamata dati (con λ frequenza di arrivo delle chiamate) o per la morte di una chiamata presente nel sistema dovuta a due cause:

• il completamento di una chiamata in corso che avviene con frequenza di morte data dal termine pari a N-μ, dove N è il massimo numero di slot utilizzabili dal servizio dati; • l'uscita dalla coda di una chiamata dati per esaurimento del tempo di attesa previsto dal sistema che avviene con frequenza di morte data dal termine pari a (ί-8·Ν)·α, dove i-8<.>N corrisponde al numero di utenti GPRS in coda che contribuiscono, ciascuno, con un termine additivo pari ad a.

L'insieme dei possibili stati associati ad una cella, noto il numero di slot al momento disponibili per il servizio GPRS, è poi riassunto nelle equazioni di bilanciamento dei flussi (di tipo noto) necessarie per il calcolo delle varie probabilità di stato, date dalla relazione:

dove P0 è la probabilità del sistema di trovarsi nello stato 0; l'insieme di probabilità è poi normalizzato attraverso la relazione di normalizzazione (di tipo noto) della Po corrispondente alla formula:

La potenza del metodo 10 (Fig.l e Fig.2) di valutazione delle prestazioni di una stazione radiobase, ad esempio di tipo GSM-GPRS, per la gestione di traffico dati e/o voce, secondo l'invenzione, noto il numero di slot disponibili per il servizio dati, risiede nella sua generalità d'uso in quanto può essere applicato al variare:

- del numero di slot di traffico assegnati staticamente al servizio dati;

- del numero di slot di traffico assegnati dinamicamente al servizio dati;

- del numero di slot richiesti per la connessione dal terminale mobile;

- dei criteri utilizzati dalla rete GSM-GPRS per l'assegnazione e il rilascio degli slot di traffico attribuiti agli utenti dati .

Quanto finora descritto è da intendersi associato, come più volte sottolineato, al numero di slot disponibili, in un dato istante, per il servizio dati. Poiché tale numero varia in tempo reale in funzione del traffico voce che, in genere, ha priorità sulle chiamate GPRS (preemption), è necessario pesare le varie configurazioni possibili di slot disponibili per il servizio dati con la probabilità, legata al solo traffico di fonia, che ciascuna configurazione ha di verificarsi effettivamente. A tale scopo il blocco 30000 permette di valutare le probabilità di avere x canali lasciati liberi dalla voce, cioè utilizzabili dal servizio GPRS, attraverso la relazione:

dove D corrisponde al massimo numero di slot allocabili per i dati (statici più dinamici) e P<v>(i) alla probabilità di avere "i" canali (slot) occupati dalla voce, data dalla relazione di tipo noto:

Le effettive prestazioni della cella (probabilità di blocco dati e throughput di utente) sono quindi date dalle seguenti relazioni:

probabilità di blocco media per i dati;

ritardo medio per i dati;

con il throughput di utente calcolato nella fase 550 in funzione del ritardo medio, mediante la relazione (di tipo noto):

con n-L lunghezza del messaggio.

Il blocco 30000 si caratterizza rispetto all'arte nota; per il contenuto innovativo che risiede:

- nel tenere conto delle reali caratteristiche del servizio dati, ad esempio di tipo GPRS, mediante le assunzioni relative alla velocità di trasmissione variabile nel tempo, al tempo medio di permanenza in coda durante i tentativi multipli di accesso, alla conquista della risorsa radio su base chiamata e non su base singolo pacchetto (blocco 30000); - nelle modalità di valutazione delle prestazioni della cella (probabilità di blocco dati e throughput di utente), noto il numero di slot disponibili in un dato istante per il servizio dati, mediante la descrizione dello stato del sistema fatta attraverso i diagrammi della figura 3;

- nella valutazione della perdita voce, della perdità dati e del throughput di utente effettivi, calcolati in termini probabilistici, in caso di coesistenza delle due tipologie di traffico (dati e voce), mediante le formule che danno la probabilità di blocco dati e il ritardo medio in funzione delle probabilità di avere "i" canali disponibili per i dati in quanto lasciati liberi dalla voce.

Il quarto blocco 40000 confronta la qualità delle prestazioni valutate dal terzo blocco 30000 con le prestazioni attese (probabilità di blocco dati e throughput richiesti) decidendo l'aumento del numero di portanti della cella (fase 1150) se le prestazioni non sono soddisfacenti (fase 1100) e se :

- le prestazioni valutate sono migliori rispetto a quelle ottenute al passo precedente (fase 1200) e, naturalmente, non è stato raggiunto il massimo numero di portanti allocabili in una cella.

La fase 1100 consente di evitare l'inutile incremento del numero di portanti se le prestazioni, anche se ritenute insoddisfacenti, non sono ulteriormente migliorabili (ciò può accadere se il numero di slot allocabili dinamicamente al servizio dati, ad esempio al servizio GPRS, è fisso e non può essere aumentato pur incrementando il numero di portanti assegnate alla cella),- il limite costituito dal numero massimo di portanti disponibili tiene conto della limitatezza della banda spettrale e delle norme che ciascun gestore radiomobile utilizza per effettuare il dimensionamento radio delle stazioni radiobase del sistema.

Il quinto blocco 50000, relativo alla valutazione delle prestazioni (probabilità di blocco dati e throughput di utente) per la tratta tra stazione radiobase e terminale mobile (tratta downlink), ha caratteristiche identiche, dal punto di vista delle assunzioni di metodo e di modello, al blocco 30000 relativo alla tratta radio opposta (tratta uplink) e pertanto si rimanda alla descrizione di tale blocco.

Il sesto blocco 60000 ha caratteristiche identiche al blocco 40000 e, anche in questo caso, se ne omette la descrizione.

Modifiche ovvie o varianti sono possibili alla descrizione di cui sopra, nelle dimensioni, forme, materiali, componenti, elementi circuitali, collegamenti e contatti, così come nei dettagli della circuiteria e della costruzione illustrata e del metodo di operare senza allontanarsi dallo spirito dell'invenzione come precisato dalle rivendicazioni seguenti.

Claims (5)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per valutare le caratteristiche di una rete per apparecchiature mobili di telecomunicazioni atta a gestire chiamate telefoniche relative a traffico dati e/o a traffico voce e dati fra dette apparecchiature mobili ed una stazione radio base ed in cui le chiamate relative al traffico dati sono atte a permanere in coda per un tempo determinato, il metodo essendo caratterizzato dalle seguenti fasi: - attribuire una frequenza media delle chiamate per traffico dati con distribuzione esponenziale a parametro λ; - attribuire una durata media delle chiamate per traffico dati con distribuzione esponenziale a parametro μ; attribuire una durata media di permanenza in coda delle chiamate per traffico dati con distribuzione esponenziale a parametro α; - determinare le caratteristiche della rete relativamente al traffico dati in termini di grado di servizio nel periodo di maggior traffico, sulla base di un numero determinato di canali radio allocabili al traffico dati e sulla base di dette distribuzioni esponenziali a parametro λ, μ ed a.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che - detto parametro μ è atto a contribuire in modo additivo per determinare, associato a detto parametro λ, il grado di servizio nel periodo di maggior traffico in termini di probabilità di una totale occupazione di detti canali radio allocabili; e da ciò che - detto parametro a è atto a contribuire in modo additivo per determinare il grado di servizio nel periodo di maggior traffico in termini di probabilità di perdita di chiamate in coda relative a traffico dati.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 caratterizzato da ciò che detta fase di determinare le caratteristiche della rete comprende anche la fase di confrontare dette caratteristiche così determinate con valori predeterminati di prestazioni; e - aggiornare detto numero determinato di canali in modo che dette prestazioni determinate corrispondano a detti valori predeterminati di prestazioni.
4. 4. Metodo secondo le rivendicazioni 1, 2 o 3 caraterizzato da ciò che detta fase di determinare le caratteristiche della rete comprende - una fase rivolta a determinare le caratteristiche della rete relativamente al traffico dati fra dette apparecchiature mobili e detta stazione radio base; e - una fase rivolta a determinare le caratteristiche della rete relativamente al traffico dati fra detta stazione radio base e dette apparecchiature mobili.
5. 5. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato da ciò che detto numero di canali radio allocabili al traffico dati è determinato mediante le fasi di: - determinare il numero di canali radio necessari per gestire il traffico voce; - determinare le probabilità che i canali radio atti a gestire il traffico voce occupino detti canali allocabili al traffico dati.