Numerical Exercise

El análisis de la SNR es de vital importancia, dado que refleja la calidad de la señal de acuerdo al desplazamiento de la MS. Es por esto que el momento que determinará la activación del mecanismo de HO (handover) será de acuerdo a la calidad de la señal medida mediante la SNR.

Las radio bases se configuraron de tal forma que la relación señal ruido SNR (Signal to Noise Ratio) detectado por la estación móvil MS en el borde de los 4 áreas de cobertura tuviese casi el mismo valor, con el objetivo de fijar este valor como umbral de escaneo. Una vez cae la señal SNR por debajo de dicho umbral empiezan la actividad del escaneo con la esperanza de identificar otra radio base destino para realizar el proceso del handover. La figura 3.17 muestra la SNR detectada por la MS durante su recorrido por las 4 radio bases y específicamente este valor en el borde de cada área de cobertura, en este caso es de alrededor de 31 dB. Este valor será utilizado como umbral de escaneo.

Figura ‎3-17 Umbral de escaneo configurado en la MS.

Para establecer un número de escaneo óptimos es necesario determinar un valor adecuado de SNR para el umbral de escaneo. Según la figura 3.17, la SNR detectado por la MS en los

bordes es un valor entre 30 y 32 dB. La primera prueba se hizo para determinar el valor más adecuado de estos tres valores correspondientes a la SNR (Tabla 3.11), para el umbral de escaneo.

Tabla ‎3-11 Umbrales de escaneo para la simulación. Escenario Valor

Umbral 1 30 dB Umbral 2 31 dB Umbral 3 32 dB

Los resultados de la simulación son:

Figura ‎3-19 Demora WiMAX.

En Las dos figuras 3.18 y 3.19 se muestran el throughput en la MS y la demora WiMAX del sistema respectivamente, con 3 valores de umbral de escaneo diferentes, indicando que el mejor valor SNR para el umbral de escaneo es 30 dB, ya que con este umbral se minimiza el tiempo de escaneo para detectar otro canal descendente con una SNR mayor. El proceso de escaneo es un paso esencial para determinar la activación del mecanismo de handover. Durante éste, la MS solicita a su radio base servidora un período para sondear la calidad de la señal que recibe de las radio bases vecinas. En este punto la MS indica el número de radio base a escanear, el intervalo entre escaneos y el número de escaneos a realizar. La radio base servidora responde dando un informe que incluye el período de escaneo [46].

En la tabla 3.12 se muestra una definición de los parámetros de escaneo y en la tabla 3.13 los valores usados en la simulación.

Tabla ‎3-12 parámetros del escaneo

Parámetro Función

Scanning Threshold (dB) Cuando el nivel de la señal esté por debajo de este valor la MS escaneará las radio bases vecinas.

Scan Duration (Frames) Tiempo en frames que la MS escanea las radio bases vecinas. El Estándar IEEE 802.16e, epígrafe 6.3.2.3.48 define que el valor máximo de este parámetro es 255 farme [38].

Interleaving Interval (Frames) Duración en frames entre un escaneo y otro, dentro del modo de escaneo. El Estándar IEEE 802.16e, epígrafe 6.3.2.3.48 define que el valor máximo de este parámetro es 255 farme [38].

Scan Iterations Número de intervalos de escaneo e Interleaving durante el modo de escaneo. 255 frames es el valor máximo definido por el estándar [38].

Tabla ‎3-13 Valores usados para escaneo

Parámetro Valor

Scanning Threshold (dB) 30 dB

Scan Duration (Frames) 222 frames

Interleaving Interval (Frames) 40 frames

Scan Iterations 10

La segunda prueba se hizo para conocer el comportamiento de la antena, para lo cual se usaron valores de ganancia predeterminados, -1 dBi y 14 dBi. Las gráficas de la figura 3.20 revelan la SNR registrada por la MS durante el recorrido.

Figura ‎3-20 SNR detectado por la MS.

La figura 3.20 muestra que con la ganancia de antena de 14 dBi la señal recibida por la MS tiene más calidad, lo que se traduce en poca pérdida de paquetes por el receptor, en este caso la MS, tal y como lo muestra la figura 3.21. Esto se debe a que el modelo de antena de 14dBi es menos susceptible a los efectos multipath.

Figura ‎3-21 Tráfico recibido por la MS.

A continuación se hará un análisis del tráfico (throughput) y del comportamiento del proceso de handover durante el recorrido de la MS por las 4 radio bases.

Figura ‎3-22 throughput en la MS.

Los números en la figura 3.22 representan:

1- En el comienzo de la simulación, la MS permanece sin cobertura por un tiempo de 1 minuto y 36 segundos.

2- Después de 96 segundos la MS entra al área de cobertura de la radio base Mecánica y recorre en ella una distancia de 250 metros.

3- Handover entre la radio base Mecánica y Biblioteca, y se pierde el tráfico.

4- La MS entra al área de cobertura correspondiente a la radio base Biblioteca y se mueve en ella una distancia de 498 metros.

5- Handover entre la radio base Biblioteca y FEU.

6- La MS entra al área de cobertura de la radio base FEU y recorre en ella una distancia de 830 metros.

7- Handover entre la radio base FEU y Agropecuaria.

8- La MS entra al último área de cobertura correspondiente a la radio base Agropecuaria y recorre en ella 1100 metros.

9- Al final del tiempo de simulación, la MS sale del área de cobertura de la radio base de Agropecuaria.

Figura ‎3-23 Throughput, initial ranging, SNR, demora handover y tiempo de escaneo en la MS.

En la figura 3.23 se muestran las siguientes gráficas: - La gráfica A representa el throughput en la MS.

- La gráfica B indica el proceso de ranging inicial. Cuando la MS se conecta a una radio base, realiza este proceso para confirmar si el nivel de potencia es suficiente para terminar con el escaneo.

- La gráfica C muestra la demora del handover. La interrupción de tiempo en el handover es debido al traspaso de la MS de la radio base servidora a la radio base destino.

- La gráfica D muestra el proceso de escaneo, el cual ocurre cuando el nivel la SNR baja por debajo del umbral. en este caso es de 30 dB (Tabla 3.13).

- La gráfica E indica el ID de la radio base servidora. El ID de la radio base representa la dirección MAC de cada una de las radio base.

- La gráfica F muestra el nivel de la SNR en la capa física de la MS. Se puede notar que el máximo nivel de la SNR es alcanzado cuando la MS está cerca de la radio base, y el mínimo nivel de SNR se alcanza cuando la MS está realizando el proceso de escaneo. Muestra además que el valor SNR detectado por la MS en el borde de las 4 zonas de cobertura es de alrededor de 30 dB.

La tercera prueba sirvió para conocer el comportamiento del proceso de escaneo, para determinar los valores más apropiados para las simulaciones. Se examinaron 2 esquemas, en ambos se usó una ganancia de Antena de -1 dBi y un umbral de escaneo de 30 dB. En este caso la duración de un frame es de 5 ms que es la que corresponde a la configuración de OFDM del escenario. En la tabla 3.14 se muestran los parámetros de escaneo para los dos escenarios.

Tabla ‎3-14 Parámetros de escaneo para los 2 escenarios. Método de escaneo Scan Duration (frame) Interleaving Interval (frame) Scan Iterations Escaneo ligero 3 240 10 Escaneo denso 255 (1.275 s) 20 10 Figura ‎3-24 Proceso de escaneo ligero en la MS.

Figura ‎3-25 Proceso de escaneo denso en la MS.

En las figuras 3.24 y 3.25 se muestra una representación gráfica de los tres parámetros de los dos escaneos, ligero y denso durante la simulación.

Figura ‎3-27 Promedio de throughput en la MS para los dos tipos de escaneo.

Por los resultados de las dos figuras 3.26 y 3.27, se puede notar que realizar un número de escaneos grande afecta la transmisión de paquetes. Mientras que en la figura 3.28 se puede apreciar que el número de paquetes perdidos disminuye en gran manera al minimizar el tiempo de duración del escaneo. Por lo que es mejor realizar un número de escaneos pequeño buscando que sólo sean realizados cuando la MS se encuentre en los bordes de la celda.

En la figura 3.29 se muestra que la variación de la demora (jitter) en el servidor es mayor con el escaneo denso.

Figura ‎3-29 La variación de la demora (jitter) en el servidor.

A través del análisis de los resultados obtenidos se puede concluir que con la implementación del mecanismo de handover, se aprecia una mejora cuando se disminuye el tiempo de escaneo, reduciendo la pérdida de paquetes. Esto se debe a que durante el escaneo se pierden paquetes y dado que no se realiza completo el proceso de escaneo, el número de paquetes perdidos disminuye, y es variable en dependencia de los parámetros configurados. Además, para establecer un número de escaneos óptimos es necesario determinar un valor adecuado de SNR para el umbral de escaneo.