Humanism

CAPITULO 4 MENTUM PLANET

Como se ha estudiado en los capítulos anteriores el problema de asignación de frecuencias en redes inalámbricas es muy importante. Estas redes operan sobre anchos de banda limitados por lo que el uso optimizado del espectro electromagnético disponible es fundamental para una operación eficiente de las redes. En la práctica el problema de asignación de frecuencias tiene muchas características que lo transforman en un problema difícil.

De forma comercial existen herramientas de software para planificación de redes que abordan la tarea de generar planes de frecuencia. La asignación que se realiza en estos planes típicamente se basa en técnicas de optimización combinatoria. Ejemplos de este tipo de herramientas de planeación de redes incluyen las siguientes:

 Mentum Planet (Infovista, http://www.mentum.com),

 CelPlan (CelPlan Technologies, Inc. http://www.celplan.com), y  Motorola NetPlan (Motorola - http://www.motorola.com).

Estas herramientas utilizan técnicas heurísticas y metaheurísticas (algoritmos genéticos y algoritmos evolutivos, principalmente) [32]. Actualmente, todos los operadores de telefonía móvil cuentan con este tipo de herramientas. Sin embargo, hay muy pocos estudios sobre métodos exactos de resolución para este tipo de problemas.

En este capítulo se describe una de estas herramientas, el software Mentum Planet que será usado para validar la eficiencia de la asignación de frecuencias que se realiza con la técnica propuesta, la comparativa correspondiente será presentada en el capítulo siguiente.

4. 1.- Mentum Planet

Mentum Planet es una sofisticada solución de software basada en Windows y MapInfo, que apoya las tareas de evaluación, administración y optimización del desempeño de la cobertura y capacidad de redes inalámbricas y móviles. Mentum Planet soporta las siguientes tecnologías: AMPS, TDMA, FDMA, iDEN, TETRA, GSM, GPRS, EDGE, CDMA2000, EVDO, WCDMA, HSPA, WiFi, WiMAX y LTE. En el caso de las tecnologías WIMAX y LTE, Mentum Planet hace uso de algoritmos de antenas inteligentes, soporte de MIMO, PUSC, FUSC, FFR planificación de frecuencias, etc.

4.2.- Asignación de canales con Mentum Planet

Con el fin de minimizar la interferencia total dentro de un área de cobertura en una red, Mentum Planet ofrece una opción para generar automáticamente un plan de frecuencias, sin embargo también permite al usuario realizar una asignación de canales de forma manual.

La herramienta que genera los planes de frecuencia se denomina Automatic Frequency Planning (AFP, Planeación Automática de Frecuencias). La herramienta AFP genera una asignación posible de frecuencias con un algoritmo propietario para la red diseñada. A través de múltiples iteraciones la herramienta de AFP hace un recuento de los costos incurridos en la asignación de frecuencias de cada iteración y en cada paso del proceso se salva un plan de frecuencias. El proceso de generación se detiene cuando el plan con el menor costo de violación (hace referencia a cuando se viola una restricción de interferencia de tipo cocanal , cuando se ejecuta el algoritmo de asignación del software) ha sido generado o cuando la herramienta alcanza el número máximo de iteraciones que haya sido definido [33].

Para crear un plan de frecuencias, la herramienta AFP requiere lo siguiente:  Variables de entrada para el AFP

Para realizar un plan de frecuencias se requiere de un grupo de sitios, este grupo debe de ser el mismo que sea usado para generar la Matriz de Posibles Interferentes, que es requerida para realizar el plan de frecuencias.

 Requisitos para el AFP

Las restricciones son usadas por la herramienta AFP para asignar las frecuencias a los sectores (cada valor de frecuencia se encuentra ligado a un canal específico). Estos requisitos incluyen:  Los canales disponibles para aplicar el plan de frecuencias

 El área de cobertura en la cual será aplicado el plan de frecuencias  La máxima cantidad de interferencia permitida por sector

Costos para la herramienta AFP

La herramienta AFP también considera costos cuando se crea un plan de frecuencias. En este caso el costo se refiere a la cantidad de interferencia que se aporta a la red a partir de una asignación de canal a algún sector particular. El proceso de asignación debe respetar el número de restricciones específicas cuando se trata de minimizar los costos. Cuando una restricción es violada, se aplica un costo definido.

El plan de frecuencias deseado es aquel con el menor costo de interferencia. Sin embargo, el proceso de planificación de frecuencias requiere de compensaciones, es por esto que para alcanzar un plan de frecuencias con el menor costo de interferencias podría requerirse que se definan restricciones tolerantes o permitir violaciones.

Los pasos generales para la creación de un plan de frecuencias con la herramienta de diseño Mentum Planet son [33]:

Paso 1. Crear una matriz de interferencia. Matrices de interferencia

 Matriz de interferencia cocanal: indica la potencia interferente considerando que tanto el transmisor interferente como el receptor interferido se encuentran trabajando a la misma frecuencia.

Mentum Planet realiza una matriz de interferencia que muestra las fuentes de interferencia para cada sector. Por lo que se realiza un histograma de para cada par servidor-interferente y cada histograma representa la distribución de entre un par de servidores interferente si se asigna la misma frecuencia.

El porcentaje de interferencia co-canal y de canal adyacente se presenta en histogramas de

basados en umbrales definidos por el usuario.

En la figura siguiente se presenta una pantalla de la interface de generación la matriz de interferencia para generar planes de frecuencia de Mentum Planet. En este caso la flecha verde identifica la matriz de interferencia que se encuentra activa en el análisis .

Paso 2. Definir la configuración y crear el plan de frecuencias.

Para crear un plan de frecuencias con la herramienta AFP, primero se debe seleccionar un grupo de sitios, y alimentar la información de la matriz de interferencia. La herramienta AFP evalúa los coeficientes contenidos en la matriz de interferencias para determinar la interferencia cocanal así como la de canal adyacente. Después se asigna un costo de violación cuando se violan los umbrales definidos.

Para crear un plan de frecuencias con Mentum Planet se tienen los siguientes pasos:

1. En el explorador de proyectos, en la categoría RF Tools, expandir el nodo denominado Frequency and Preamble Plans.

2. Clic derecho en el nodo Fixed WIMAX TDD y seleccionar, new. Se abrirá la ventana de la herramienta AFP, que es como se muestra a continuación:

Figura 11 Pantalla de la interface para la Generación del plan de frecuencias.

En la figura anterior se muestran tres pestañas las cuales hacen referencia a lo siguiente:

 General. Permite definir el nombre que se le dará al plan de frecuencias, después se escoge la banda de frecuencias en la cual están definidos los canales que se desean utilizar para el plan de frecuencias. Por último se selecciona el grupo al que se le quiere aplicar dicho plan.

En la sección de matriz de interferencia se tienen los siguientes campos:

 Affected Area (área afectada). Se escoge esta opción si se desea que la matriz de interferencia este basada en un área específica.

 Affected Traffic. Se escoge esta opción si se desea que la matriz de interferencia este basada en tráfico.

Si se utiliza la opción Affected area, se puede entonces escoger alguna de las siguientes opciones para especificar como se quiere calcular el costo:

 Absolute Cost (km cuadrados). Con esta opción se usa el área afectada de la matriz de interferencias dando como resultado una distribución de la relación portadora a interferencia más ruido (CNIR) óptima.

 Relative Cost (porcentaje). Con esta opción se usa el área afectada de la matriz de interferencia como un porcentaje.

 Frequency. Permite definir los umbrales de interferencia, la configuración deseada en la separación de canales y los parámetros de tiempo de ejecución.

 Progress. Permite visualizar el progreso y los mensajes que ocurran durante la creación del plan. También se pueden visualizar los costos asociados con el plan inicial así como el costo asociado con el plan generado en cada iteración.

Las restricciones y costos tienen un papel fundamental en la generación del plan de frecuencias. Las restricciones tomadas en cuenta por la herramienta AFP incluyen la configuración de umbrales de interferencia y la separación entre canales.

Los costos de violación son los factores de costos que aparecen cada vez que una restricción del plan de frecuencia no es respetada. Las restricciones en el plan de frecuencias están definidas en la ventana de la herramienta AFP.

Los valores de los costos de violación que se introduzcan en la sección de umbrales de interferencia tanto para la interferencia de canal compartido como la de canal adyacente, son multiplicados por la interferencia definida en la matriz de interferencia. Cada costo contribuye al costo total asociado con la asignación específica de un canal a un sector.

Paso 3. Aplicar el plan a los sectores de la red.

La herramienta de software posee algoritmos de planeación de frecuencia de forma automática siguiendo el procedimiento descrito anteriormente. Esta asignación se observa en la figura 11, donde los números indican el canal asignado a cada sector, sin embargo la herramienta de planeación puede ser utilizada de forma manual para la planeación de frecuencias modificando los parámetros en la misma ventana.

Figura 12 Asignación de canales a los sectores de una red WiMAX con Mentum Planet.

Conclusión

Como se ha mostrado existen herramientas comerciales que realizan planes de frecuencia, sin embargo estas herramientas tienen un elevado costo y en ocasiones a veces son difíciles de conseguir. La descripción del procedimiento para generar planes de frecuencia con Mentum Planet es una referencia para conocer como las herramientas profesionales realizan la tarea de asignación de frecuencias. Mentum Planet será utilizado para evaluar la eficiencia de una red operando con el plan de frecuencias generado por la metodología propuesta y compararlo contra el desempeño obtenido cuando se usa un plan de frecuencias generado con esta herramienta profesional de diseño de redes.

CAPITULO 5