Réseaux Mobiles - Théorie du Trafic

Page 1 sur 26Lecteur de document UniversityLib

Réseaux Mobiles - Théorie du Trafic

Réseaux Mobiles, Théorie du Trafic, Mathématiques · course

Réseaux Mobiles

Chap 2: Théorie du Trafic

Rhouma Rhouma

https://sites.google.com/site/rhoouma

École Supérieure d’Économie Électronique

2eme année Master Pro MBDS

1 / 26

Plan

1

Intensité de Trafic

2 Erlang B

3 Erlang C

2 / 26

Plan

Intensité de Trafic

1

Intensité de Trafic

2 Erlang B

3 Erlang C

3 / 26

Trafic

Intensité de Trafic

4 / 26

Trafic

Intensité de Trafic

Les réseaux mobiles reposent sur la conduite du trafic pour accueillir un grand nombre des

utilisateurs dans un spectre radio limité. Le concept de trafic permet une large population à

être logé par un nombre limité de services.

Trafic : chaque utilisateur se voit attribuer un canal pour effectuer son appel ; et à la fin de

l’appel, le canal précédemment occupé est immédiatement retourné à l’ensemble de

canaux disponibles.

La Théorie du trafic a été inventé par le mathématicien danois, A.K. Erlang

Mesure du trafic : 1 Erlang représente la quantité de trafic transportée par un canal qui est

totalement occupé. Par exemple, un canal radio qui est occupée 30 minutes pendant une

heure transporte 0.5 Erlang de trafic.

GoS(Grade of service) : Mesure de la capacité de l’utilisateur d’accéder à une ressource

partagée pendant l’heure de pointe au cours d’une semaine, un mois ou une année. GoS

est généralement donnée comme la probabilité de blocage des appels, ou la probabilité

qu’un appel connaît un retard supérieur à une certaine valeur dans une file d’attente.

ex : Le système cellulaire AMPS est conçu pour une GoS 2% de blocage. Cela implique

que les attributions de canaux pour les cellules sont conçus pour que parmi 100 appels, 2

seront bloqués en raison de l’occupation du canal pendant l’heure de pointe.

5 / 26

Trafic

Intensité de Trafic

L’intensité de trafic : A = λ×H

Temps d’observation T . La plupart pendant une heure T = 3600s.

Nombre moyen de demandes d’appel par unité de temps λ

T Erlang

Durée moyenne d’un appel H

Utiliser la notation Au et λu si le calcul est fait pour un seul

utilisateur.

Si on a n utilisateurs alors A = n × Au et λ = n × λu

Si on a m canal, alors l’intensité de trafic par canal est A/m

6 / 26

Exemples

Intensité de Trafic

EX1 : Dans un réseau sans fil, chaque abonné génère deux appels par

heure en moyenne et un appel typique dure 120 secondes. Quelle est

l’intensité du trafic ?

I = 2×120

3600 = 0.0667 Erlangs.

Ex2 : Afin de déterminer l’intensité du trafic sur une ligne, nous avons

recueilli les données suivantes au cours une période de 90 minutes.

Calculer l’intensité du traffic correspondante ?

1.5 = 6.667 appels/heure

nb d’appels λ = 10

durée moyenne d’appel H =

60+74+80+90+92+70+96+48+64+126

10

intensité de trafic A = 6.667×80

= 80 sec/appel

Publicité

3600 = 0.148 Erlangs

7 / 26

Exemple 3

Intensité de Trafic

Nous considérons un réseau sans fil avec les données suivantes :

Population : 200 000

Abonnées : 25 %

Durée d’appel moyen de mobile-fixe ou fixe-mobile : H = 100 s

nb moyen d’appels de mobile-fixe ou fixe-mobile : λ = 3

appels/heure

Durée d’appel moyen de mobile-mobile : H = 80 s

nb moyen d’appels de mobile-mobile : λ = 4 appels/heure

Distribution du trafic : mobile-fixe 50% ; fixe-mobile 40 % ;

mobile-mobile 10 %.

calculer le trafic total. Si chaque MSC peut supporter 1800 Erlang de

trafic, combien de MSC on a besoin pour supporter tout le trafic ?

8 / 26

Solution

Intensité de Trafic

1 Trafic du mobile-fixe ou fixe-mobile : A1 = 3×100

2 Trafic mobile-mobile : A1 = 4×80

3 nb d’abonnées : 0.25 × 200000 = 50000

4 Trafic total : 45000 × 0.0833 + 5000 × 0.0889 = 4194.5 Erlangs

5 MSCs : 4194.5

3600 = 0.0889 Erlangs

3600 = 0.0833 Erlangs

1800 = 2.33 (cid:39) 3

9 / 26

Trafic et Appels Bloquées

Intensité de Trafic

Il existe deux types de systèmes à ressources partagées :

1 Blocked Calls Cleared System : Systèmes a appels perdus =⇒

Erlang B

1 Pas de file d’attente

2 Si aucun canal n’est disponible, l’utilisateur demandeur est bloqué

et est libre de réessayer plus tard.

2 Blocked Calls Delayed System : Systèmes à appels retardées

=⇒ Erlang C

1 Une File d’attente est utilisée pour maintenir les appels qui sont

bloqués. Si un canal n’est pas disponible immédiatement, la

demande d’appel peut être retardé jusqu’à ce qu’un canal devient

disponible.

10 / 26

Plan

Erlang B

1

Intensité de Trafic

2 Erlang B

3 Erlang C

11 / 26

Systèmes d’Erlang B

Erlang B

il y a un nb infini d’utilisateurs

tous les utilisateurs, y compris les utilisateurs bloqués, peuvent

demander un canal à tout moment.

De longs appels sont moins susceptibles de se produire.

Il existe un nombre fini de canaux disponibles m.

Alors, GOS=Pr(Appel bloqué)=

Am

m!

(cid:80)m

i=0

Ai

i!

A : Intensité du trafic en Erlang

m : nb de canaux disponibles

12 / 26

Diagramme d’Erlang B

Erlang B

dessiné en log-log

calculateur free sur : http ://www.erlang.com/calculator/erlb

13 / 26

Publicité

Exemple 1

Erlang B

Combien d’utilisateurs peuvent être pris en charge pour 0, 5% de

probabilité de blocage pour le nombre suivant de canaux dans un

système d’Erlang B où le trafic pour chaque utilisateur est

Au = 0.1 Erlang ?

(a) m=5

(b) m=10

14 / 26

Solution 1a

Erlang B

A ≈ 1 Erlang =⇒ n = A/Au ≈ 10 utilisateurs

15 / 26

Solution 1b

Erlang B

A ≈ 4 Erlang =⇒ n = A/Au ≈ 40 utilisateurs

16 / 26

Exemple 2

Erlang B

Soit un réseaux cellulaire où :

La durée moyenne d’appel H = 2 min

Le nb de canaux disponible pour le système est 395

On veut que la probabilité de blockage ne dépasse pas 1 %.

1 Si le facteur de réutilisation de fréquence N = 7, combien de

canal est disponible par cellule ?

2 Donner l’intensité de trafic supporté par chaque cellule.

3 Combien d’appels par heure est faisable dans chaque cellule ?

4 Si mnt le sectoring 120◦ est employé, combien de canal est

disponible pour chaque secteur ?

5 Donner l’intensité de trafic supporté par chaque secteur.

6 Combien d’appels par heure est faisable dans chaque secteur ?

7 Combien d’appels par heure est faisable dans chaque cellule ?

8 Quel est l’effet du sectoring sur l’intensité du trafic ou le nb

d’appels faisable par chaque cellule ?

17 / 26

Solution 2

Erlang B

1 395/7 = 57 canaux pour chaque cellule

2 d’apres le diagramme d’Erlang B, Pour Pb = 0.01 et m = 57, on lit

A = 38 Erlang

3 nb d’appels par cellule : (A × 3600)/(2 × 60) = 1140

Appels/heure.

4 apres sectoring 120◦, il y aura 57/3 = 19 canaux pour chaque

secteur.

5 avec la meme Pb et meme durée d’appel, on lit depuis l’erlang B,

A = 9 Erlang

6 nb d’appels par secetur : (A × 3600)/(2 × 60) = 270

Appels/heure.

7 nb d’appels par cellules : 270 × 3 = 810 appels/heure

8

le sectoring diminue la capacité globale du trafic mais en même

temps il diminue les interférences et donc SIR augmente pour

chaque utilisateur.

18 / 26

Exemple 3 : conception et dimensionnement

Erlang B

Modelisation d’un système cellulaire avec les données et

recommandations suivantes :

Bande de fréquence pour l’opérateur est 20 MHz

Chaque canal simplex doit avoir 25 KHz de largeur de bande.

1 Combien de canal duplex est disponible dans ce système ?

2 on donne γ = 4, Donner les valeurs possibles de K et N pour avoir

SIR ≥ 15

3 Supposons que chaque utilisateur fait 2 appels/jour et 2 min/appel

en moyenne, quel est l’intensité de trafic par utilisateur ?

4 On veut Pb ≤ 5%. Donner l’intensité trafic globale par

secteur/cellule.

5 Donner le nb d’utilisateur maximal par cellule.

19 / 26

Solution 3

Erlang B

1 Nb de canaux duplex : S = 20×106

Publicité

2×25×103 = 400 canaux

√

2 SIR = (

3N)γ

K

20 / 26

solution 3 (suite)

Erlang B

Au = 2×2

24×60 = 1

360 Erlang

21 / 26

Plan

Erlang C

1

Intensité de Trafic

2 Erlang B

3 Erlang C

22 / 26

Système d’Erlang C

Erlang C

Dans le système d’Erlang C, Les appels bloqués sont retardés

La prob qu’un appel n’aura pas l’accès au système :

Prob[Retard > 0] =

Am

Am + m!(1 − A

C ) (cid:80)m−1

k =0

Ak

k !

La probabilité que le retard soit supérieur à t :

Prob[Retard > t] = Prob[Retard > 0]Prob[Retard > t|retard > 0]

= Prob[Retard > 0]exp(−

(m − A)t

H

)

H es la durée moyenne d’un appel en seconde. m le nb de canaux

duplex.

23 / 26

Erlang C

Erlang C

24 / 26

exemple

Erlang C

une cellule hexagon dans un système cellulaire à N=4 a un rayon

R = 1.387Km et un total de m = 60 canaux dans tout le système.

Si l’intensité de trafic par utilisateur Au = 0.029 Erlang, et

λ = 1 appel/heure, calculer pour un système d’Erlang C qui a une

probabilité de blockage de 5% en retardant un appel :

1 combien d’utilisateur par Km2 le système peut supporter ?

2 Calculer Pr [retard > 10s]

25 / 26

Solution

Erlang C

surface couverte par une cellule = 2.5981 × R2 = 5 Km2

nb de canaux par cellule dans un système à clusters N=4 :

m = 60/4 = 15 canaux

1

2

GOS=0.05 ; m=15. =⇒ D’apres le diagramme d’erlang C on lit A = 9

Erlangs.

nb d’utilisateurs =trafic total/tarfic par utilisateur = 9/0.029=310

utilisateurs

nb d’utilisateur par Km2 : 310/5=62 utilisateur/km2

H = Au/λ = 0.029 heure= 0.029 × 3600 = 104.4 secondes

Pr [retard > 10s] = Pr [retard > 0]e−(m−A)t/H

= 0.05e−(15−9)10/104.4 = 2.81%

26 / 26