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UNIVERSIDAD TÉCNICA FEDERICO SANTA MARÍA

DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA VALPARAÍSO – CHILE

ANÁLISIS DE ESTRATEGIAS DE AUMENTO DEL NÚMERO DE USUARIOS CON

ACCESO A TELEFONÍA CELULAR EN SITUACIONES DE CATÁSTROFE

Francisco Javier Echeverría Dazarola

Profesor Guía: Dra. ALEJANDRA BEGHELLI Z.

Profesor Correferente:

Dr. WALTER GROTE H.

Universidad Técnica Federico Santa María Departamento de Electrónica

Ingeniería Civil Telemática

1

A mis padres y hermana; mi familia,

A mis amig@s, compañer@s, y colegas telemátic@s; mi segunda familia,

A la carrera Ingeniería Civil Telemática UTFSM; mi pasión.



2

Agradecimientos

En primer lugar, agradecer a mi familia: a mis padres Arnoldo y Francisca, y a mi hermana María José, por su apoyo

incondicional durante estos seis años y medio de formación profesional en la carrera de Ingeniería Civil Telemática UTFSM. Mis

padres siempre me enseñaron que en la vida sólo con trabajo, disciplina, perseverancia y esfuerzo se logran los éxitos y sueños

más anhelados. Durante mi paso por esta Universidad intenté dejar no sólo un legado académico y profesional, sino que también

uno valórico, que es el que viene de casa.

En segundo lugar, quiero dar las gracias a la Comisión Evaluadora de este trabajo de memoria de título. A Alejandra

Beghelli, por su paciencia y pedagogía al atender todas mis consultas y correos electrónicos, y por su clara pasión y vocación por

enseñar. A Franklin Quijada, por gestionar junto a Alejandra mi práctica profesional que hice en paralelo con la investigación y

redacción de este trabajo. A Walter Grote, por todos los conocimientos entregados en las cátedras del área de

telecomunicaciones del Departamento de Electrónica UTFSM. A los tres, estoy muy agradecido por vuestra disposición al atender

todas mis consultas. Muchas gracias!

En tercer lugar, agradecer a todas las personas que me han acompañado durante este tremendo viaje de seis años y

medio:

A l@s amig@s y compañer@s de la Generación 2005, que llegamos en un momento de incertidumbre, cuando nuestra

carrera aún estaba en pañales. Muchos se fueron o se cambiaron de carrera, pero otros siguieron (y hasta la fecha que escribo,

siguen) luchando por terminar sus estudios universitarios. Me llevo los mejores recuerdos de todos Uds, desde esas frías

mañanas de Mat021 hasta el piscinazo final del día de mi titulación. Alejandro L. (Jano, Larita, Compare), Paulo M. (Negro, Mery,

y otros sobrenombres irreproducibles), Lidia U. (Li), Patricio O. (Pato), Diego A., Julio D. (Julito, Julitrox, Juliodo, Cumpita Perrin,

Sayayin, Optimus, Hokage, Insecto), Edward (Eddie), Francisca A. (Fran), Nicolás I. (Nico), Rodrigo A., Francisco D. (Pancho,

Feco), Francisco U., Mauricio A., Victor C. (Vitoito), Jorge F., Rodrigo G., Luis L. (Lucho), Diego R.T., Diego R.Z., Emilio T.,

Esteban T., Oscar F., Juan C., Alexis G., Andrés C. (Andrux), Catherine F. (Cathy), Danilo B., Fernanda M. (Feña), Rodrigo Y.,

José y Ricardo O. Muchísimas gracias!

A l@s amig@s y compañer@s de la Generación 2004, por ser la “generación perdida”, por acompañarnos en varios

ramos que tuvimos juntos, por compartir experiencias y apuntes, y por todo el apoyo. Iván G. (Panameño, Ivanzinho, I -ván),

Braulio V. (Brauliongo, Perrin, Cumpita), Sebastián C. (Mono), Francisco C. (Pancho, Panshow, Christian Angel) , David R.

(Salucita, Cumpita, Perrin, DaVinci, SaluMorrigan, SaluCeption, y todo sobrenombre que derive de Salu-algo), Natalia V.

(Natyyyyy), María José L. (Coté), Susana S.(Susy), Jose Pablo A. (Jose-kun), Daniela A. (Dani), David B., Eduardo G. (Guatón),

Nicolás J. (Nico), Claudio N., Luis O.V. (Chino), Wladimir O., Tomas R. (Colega), Jorge R. (Pelao), Jorge U., Rodrigo P., Aldo R.,

Álvaro C., Nicolás G., Francisca G, Alejandro H., Luis O. Muchas gracias!

A l@s amig@s y compañer@s de la Generación 2003, que aperraron por ser los primeros, por acercarse a las

generaciones más chicas, por el apoyo. Por crear el Encuentro ITS de Estudiantes junto a Pedro Vidal, iniciativa que después

continuamos con Iván y que esperemos nunca se pierda. Felipe J. (Nex), Verónica F. (Vero), Nico A., Felipe S., Israel V., Juan A.,

Francisco A., Walter W. Muchas gracias!

Y a todas las Generaciones que vienen: a los 2006, 2007, 2008, 2009, 2010, que son tremendas personas. Alejandro P.

(Jano), Loreto A. (Loretito), Ignacio Z. (Nacho), Camilo V., Dominique N. (Domi), Rakesh D. (Rocky), Alejandra F. (Ale), Nancy A.,

Yanara V., Carlos A., Charly L. (Lostie), Matías C., Paulina G., Julia L., Jorge P., Eduardo C., Raúl F., Gonzalo C., Vicente A.,

Alejandro G., Felipe S. Espero que Uds, que son las generaciones venideras, saquen provecho del legado que nosotros como

generaciones salientes les dejamos a través de los años. Muchas gracias por el apoyo!

Y finalmente, a todas las personas de las cuales he recibido muestras de apoyo y cariño todos estos años: a mi nana

Luisa, a mi Tía Yoya, Tía Anita, Tío Lucho, Tía Tania, Tío Iván, a mi polola Vanessa G. (VaneGi), a María José A. (Coté Paté),

Luis S. (Lusho), Fernanda C. (Feña), Mauricio E., Enrique M. (Kako), Karen L., Valentina P., Andrea Q., Alfredo del C. (Wala), Ian

O., Diego C. (Perrin), Felipe A. (Pastor), Dany A. (Cumpita), Rodolfo B. (Rolo), César C. (Capde), Dagoberto M. (Dago), Guillermo

V. (Valinmón), Pablo T. (Truffa), Fabián M., Nicolás A. (Nakao), Nicolás M., Sabina T., Camila O., Evandro T., Héctor S. (Profe),

Nicole U., Pablo Q., Daniela H. (Prima), Rodrigo D. (Colega), Diego B., Sebastián B., Susana V., Valeria M., Vicky G.

(Colombiana), Mónica, y a los colegas de Ingeniería de Red Core de CLARO Chile. Gracias a tod@s y cada un@ de Uds, ya que

sin ese cariño, ayuda y empuje, mi sueño de convertirme en Ing. Civil Telemático no hubiera sido posible. Muchísimas gracias!!!



3

Índice

Resumen. .................................................................................................................................................... 6

1. Introducción .......................................................................................................................................... 8

1.1. Antecedentes. ................................................................................................................................ 9

1.2. Descripción de este trabajo. ......................................................................................................... 10

1.3. Objetivos de este trabajo.............................................................................................................. 11

1.4. Supuestos, restricciones y alcances de este trabajo. .................................................................... 12

1.5. Guía de Contenidos por Capítulo. ................................................................................................ 12

2. Descripción del Sistema y Estado del Arte. ....................................................................................... 13

2.1. Información general del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM). ............................ 13

2.2. Arquitectura y elementos de red del Sistema GSM. ...................................................................... 14

2.2.1. Subsistema de Estación Base (BSS). ................................................................................... 15

2.2.2. Subsistema de Red y Conmutación (NSS) ............................................................................ 16

2.2.3. Subsistema de Operaciones (OSS). ..................................................................................... 18

2.3. Radioenlace GSM. ....................................................................................................................... 18

2.4. Planificación y diseño. .................................................................................................................. 19

2.5. Servicio General de Paquetes de Radio (GPRS) .......................................................................... 20

2.6. Enhanced Data rates for GSM of Evolution (EDGE). .................................................................... 22

2.7. Información general del Servicio Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS). ................... 22

2.8. Arquitectura y elementos de red del Sistema UMTS. .................................................................... 24

2.8.1. Equipo de Usuario (UE). ....................................................................................................... 24

2.8.2. Red de Acceso (AN). ............................................................................................................ 24

2.8.3. Red de Núcleo (CN). ............................................................................................................ 25

2.9. Estado del Arte. ........................................................................................................................... 25

2.9.1. Administración de la congestión. ............................................................................................ 26



4

2.9.2. Mitigación de la congestión. .................................................................................................. 27

2.9.3. Medidas adoptadas por gobiernos y operadores ................................................................... 27

3. Estrategias para aumentar el número de usuarios en situaciones de catástrofe. ........................... 30

3.1. Limitar tiempo de duración de llamadas. ...................................................................................... 30

3.1.1. Objetivos de usar la temporización de llamadas durante alta congestión y catástrofes. .......... 30

3.1.2. Subsistemas, plataformas y componentes de la red celular involucrados. .............................. 30

3.1.3. Estadísticas y antecedentes de redimiento durante alta congestión. ...................................... 32

3.1.4. Cuantificación y modelo ......................................................................................................... 35

3.2. Sacrificar QoS para aumentar canales de voz ............................................................................. 42

3.2.1. Objetivos de degradar la voz durante alta congestión y catástrofes. ....................................... 42



3.2.4. Cuantificación y modelo. ........................................................................................................ 45

3.3. Configurar la red para uso preferente de SMS . ............................................................................ 51

3.3.1. Objetivos de usar SMS durante alta congestión y catástrofes. ............................................... 51



3.3.4. Cuantificación y modelo ......................................................................................................... 54

4. Implementación de estrategias.. ......................................................................................................... 61

4.1. Limitar tiempo de duración de llamadas. ...................................................................................... 61

4.2. Sacrificar QoS para aumentar canales de voz. ............................................................................. 62

4.3. Configurar la red para uso preferente de SMS.............................................................................. 65

5. Conclusiones....................................................................................................................................... 69

5.1. Recomendaciones a la configuración actual ................................................................................. 69

5.1.1. Limitar tiempo de duración de llamadas ................................................................................. 69

5.1.2. Sacrificar QoS para aumentar canales de voz. ....................................................................... 70

5.1.3. Configurar la red para uso preferente de SMS ....................................................................... 70



5

5.2. Posibles extensiones de este Trabajo de Título. ........................................................................... 71

5.2.1. Colaboración entre estrategias .............................................................................................. 71

5.2.2. Trabajo futuro ........................................................................................................................ 72

Glosario ................................................................................................................................................... 73

Bibliografía. ................................................................................................................................................ 77

Anexo A . ................................................................................................................................................... 82

Anexo B . ................................................................................................................................................... 84

Anexo C . ................................................................................................................................................... 85

Anexo D . ................................................................................................................................................... 86

Anexo E . ................................................................................................................................................... 87

Anexo F . ................................................................................................................................................... 88

Anexo G . ................................................................................................................................................... 89

Anexo H . ................................................................................................................................................... 90



6

“Análisis de Estrategias de Aumento del Número de Usuarios con

Acceso a Telefonía Celular en Situaciones de Catástrofe”

Trabajo de Memoria presentado por


para optar al título de Ingeniero Civil Telemático.

Profesor Guía: Alejandra Beghelli Z.

Julio 2011

RESUMEN

Cuando ocurren situaciones de catástrofe masivas, los sistemas de telecomunicaciones móviles colapsan debido a

que prácticamente la totalidad de los abonados de la telefonía celular (que en algunos casos pueden fácilmente

tratarse de millones de personas) intentan realizar llamadas en forma simultánea.

Estas situaciones de congestión extrema no se pueden impedir debido a la tendencia natural de las personas de

comunicarse con sus familiares y amigos después de una emergencia. Sin embargo, es posible incrementar el

número de usuarios atendidos introduciendo estrategias que ayuden a atender usuarios con mayor rapidez y que

permitan aumentar los canales de comunicación a expensas de una disminución en la calidad del servicio entregado.

Este proyecto se centra en el análisis de tres estrategias que buscan aumentar el número de usuarios con acceso al

servicio de telefonía móvil durante e inmediatamente después de ocurrida una situación de catástrofe. Las estrategias

a estudiar son las siguientes: limitar el tiempo de duración de las llamadas, degradar la calidad de servicio

ofrecida a los usuarios para aumentar el número de canales de voz, y configurar la red para uso preferente de

mensajes de texto.

En este trabajo de título se proponen estas estrategias a una empresa operadora de telefonía móvil en Chile, se

cuantifica el impacto de las estrategias en el número de usuarios atendidos por unidad de tiempo, se estudia su

factibilidad técnica, y se hacen recomendaciones a la configuración actual de la operadora para poder aumentar el

número de usuarios atendidos en situaciones de emergencia.

Palabras claves: telecomunicaciones en emergencias, telefonía celular GSM, modelo de tráfico Erlang B, control de

duración de llamadas, codificación de voz half rate, mensajería de texto SMS.



7

“Analysis of Strategies to Increase the Number of Users with Access to

Mobile Telephony during Disaster Situations”


Final Project Report towards the partial fulfillment of the requirements of the

Telematic Engineering Degree, (6 year program).

Advising professor: Alejandra Beghelli Z.

July 2011

ABSTRACT

Whenever massive disasters occur, mobile telecommunications systems collapse because virtually mobile phone

service subscribers (that in some cases can easily be millions of people) try to call simultaneously.

These extreme congestion situations cannot be prevented because the natural behavior of people is to communicate

with family and friends during and after disaster events. However, it is possible to increase the number of users served

by introducing certain strategies to help mobile network operators to respond quicker to their users increased demand

of communication channels. These mechanisms will allow the release of communication channel resources at the

expense of reduced a quality of service.

This project focuses on the analysis of three strategies that seek to increase the number of users with access to mobile

phone services during and immediately after a catastrophic event. The strategies to consider include: limiting the

duration of calls, degrading the quality of service offered to users in order to increase the number of voice

channels, and configuring the network to prioritize SMS messages.

In this project report, these strategies are proposed to a mobile telephone operator company in Chile, and then their

impact is measured in terms of the number of users served per unit of time. Also, technical feasibility studies are made

with their respective recommendations to the current operating configuration in order to increase the number of users

treated in emergency situations.

Keywords: emergency telecommunications, GSM mobile system, Erlang B traffic model, call duration control, half rate

speech coding, SMS text messaging.



8

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Figura 1.1: Necesidad de comunicarse según las diferentes etapas de un desastre. 2

1. Introducción

Cuando ocurren situaciones de catástrofe masivas (e.g. fenómenos naturales, corte extendido del suministro

eléctrico o cualquier suceso que ponga en peligro vidas humanas), se presenta un grave problema de congestión1 de

tráfico en los sistemas de telecomunicaciones. Estas situaciones de congestión extrema no se pueden impedir, debido

a la tendencia natural de las personas por comunicarse con sus familiares y amigos durante e inmediatamente

después de ocurridas estas emergencias. Además, en estas condiciones, las telecomunicaciones se vuelven un bien

preciado y muy demandado, al permitir mantener conectadas las localidades aisladas por la emergencia, realizar

llamadas telefónicas para apoyar acciones de rescate, y ayudar a la normalización de las zonas afectadas [1].

En la Figura 1.1 se puede observar el comportamiento de la necesidad de las personas por comunicarse a

medida que transcurre el tiempo una vez ocurrida una situación de catástrofe2. Los dos días anteriores al evento se

consideran en situación de “alerta temprana” (por ejemplo, en caso de tornado o tsunami); las primeras 12 horas de

1 Según la Real Academia Española, “congestionar” quiere decir: “obstruir o entorpecer el paso, la circulación o el movimiento de

algo". Aplicado en telefonía, la congestión de tráfico se manifiesta cuando una nueva llamada no puede ser cursada porque todos

los canales están ocupados.

2 Figura obtenida del reporte “The Role of Mobiles in Disasters and Emergencies” publicado por la GSM Association, el año 2005.

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Impacto del desastre

Consecuencias inmediatas

Alerta temprana

Recuperación y reconstrucción

Recaudación de fondos



9

ocurrido el desastre corresponde al impacto y consecuencias inmediatas del mismo y es en este período donde existe

una mayor necesidad de comunicación de las personas y típicamente es muy difícil poder establecer una llamada al

primer intento; de 12 horas a 3 días después la población se enfrenta a las consecuencias posteriores y los niveles de

congestión, si bien son menores a los experimentados en las primeras 12 horas después del evento, aún se

mantienen en niveles muy elevados respecto de una situación normal; desde el tercer día en adelante comienza el

proceso de reconstrucción y los niveles de la necesidad de comunicación comienzan a disminuir de forma gradual [2].

La necesidad por comunicarse es intensa durante la etapa de impacto y consecuencias inmediatas, y es en estos

momentos cuando se deberán implementar las estrategias para aumentar el número de usuarios atendidos que se

analizan en este trabajo de título.

Los servicios de telecomunicaciones más relevantes para la población frente a situaciones de emergencia

son tres: telefonía fija y móvil, Internet y radiodifusión (sonora y televisiva) [3]. De esta manera, cada vez que se

presenta una situación de catástrofe, ocurre que uno de los sectores más resentidos es el de las telecomunicaciones,

especialmente el de las telecomunicaciones móviles. El problema del colapso de estos sistemas móviles se debe

principalmente al aumento drástico del número de llamadas simultáneas, donde prácticamente la totalidad de los

abonados de la telefonía celular (que en algunos casos pueden fácilmente tratarse de millones de personas) intentan

comunicarse al mismo tiempo. Dado que los sistemas de telefonía móvil suelen estar diseñados para atender a un

porcentaje del total de abonados, es natural que frente al requerimiento de uso por la totalidad de los abonados el

sistema colapse, lo que se traduce en que el usuario percibe que es imposible establecer llamadas.

1.1 Antecedentes

Durante el impacto y consecuencias inmediatas de ataques terroristas o desastres naturales, es inevitable

que las redes móviles colapsen y los usuarios experimenten congestión. El día del terremoto y posterior tsunami del

27 de febrero de 2010 en Chile no fue la excepción: el número de llamadas se multiplicaron por 24 veces respecto a

un día normal [5], originando un colapso en las redes de telefonía móvil.

Lo anterior ocurre porque los sistemas de telefonía celular no se dimensionan para atender servicios en

situaciones extremas como las catástrofes, sino para que se comunique entre un 15 y 18% de los usuarios por celda,

en forma simultánea, que es el estándar mundial y son las recomendaciones de la UIT (Unión Internacional de

Telecomunicaciones). Este porcentaje proviene de estudios de comportamientos de las personas, que han

determinado que no más del 15% habla en forma simultánea en una celda [5]. Chile se ubica dentro de los estándares

mundiales para efectos de tráfico. Las centrales y enlaces de telefonía móvil se diseñan considerando, primero, el año

en que se registra el máximo tráfico telefónico, en promedio. Luego, se dimensiona considerando los 60 minutos

consecutivos del día cuya semana y mes de ese año registren el máximo tráfico telefónico, también en promedio.



10

Desde el punto de vista comercial, esto evita la adquisición de recursos en forma excesiva por parte del proveedor, lo

que permite una recuperación de la inversión con costos razonables para los clientes, pero no permite atender a la

totalidad de los usuarios en situaciones extremas como Año Nuevo, Navidad, o en condiciones de emergencias.

Como ya se observó en la Figura 1.1, cuando ocurren estos escenarios, se produce un aumento explosivo de

llamadas simultáneas, lo que exige a las redes un desempeño muy por encima de las capacidades técnicas para las

cuales fueron construidas [6]. En esos momentos se produce una demanda considerablemente mayor a la habitual y

bastante superior a la de las horas punta del día, que son las primeras de la mañana y las últimas de la tarde [7].

Entonces, como económicamente es imposible dimensionar una red de telecomunicaciones para que todos

los usuarios se comuniquen al mismo tiempo, es imprescindible contar con mecanismos que permitan aumentar el

número de usuarios atendidos en situaciones de emergencia considerando el dimensionamiento ya existente.

En los Estados Unidos, desde los ataques terroristas del 11 de septiembre de 2001 y tras el huracán Katrina

del año 2005, la Comisión Federal de Comunicaciones ha desarrollado una serie de medidas para asegurar que los

servicios prestados por el sistema 911 se mantengan operando en momentos de desastres y durante el colapso de

las telecomunicaciones [4][28]. Estas medidas incluyen la priorización de llamadas críticas y el envío de mensajería de

texto a la red 911 para evitar la saturación de las líneas de emergencia cuando un número elevado de personas

reportan un mismo evento a las operadoras.

Recientemente el Gobierno de Chile, a propósito de la situación de emergencia vivida después del terremoto

y tsunami del 27 Febrero del año 2010, comenzó a tramitar jurídicamente las medidas que se deberán adoptar para

mitigar la congestión de llamadas en condiciones de emergencia, a través de un proyecto de ley que optimiza la

recuperación y continuidad en condiciones críticas y de emergencia del sistema público de telecomunicaciones3.

Según el Informe de la Comisión de Transportes y Telecomunicaciones, que discute las modificaciones que plantea

este proyecto de ley, las medidas a adoptar son las siguientes: incentivar el uso de SMS4, restringir el uso de paging,

restringir los intentos de llamadas, y restringir el uso de buzón de voz [8]. Para incentivar el uso de mensajería de

texto, a los operadores de telefonía móvil se les exige triplicar la capacidad actual del servicio SMS en términos del

número de mensajes enviados por segundo.

3 Este proyecto de ley ingresó al Congreso con fecha 30 de junio de 2010 y pretende modificar la Ley N°18.168, General de

Telecomunicaciones. Con fecha 30 de noviembre de 2010, el proyecto de ley ya cuenta con aprobación a las modificaciones y se

encuentra en la etapa de tercer trámite constitucional en la Cámara de Diputados.

4 Servicio de Mensajes Cortos o Short Message Service (SMS).



11

1.2 Descripción de este trabajo

En este trabajo de memoria de título se estudia el impacto de diferentes estrategias que se proponen para

complementar las medidas ya adoptadas por el gobierno, con el propósito de aumentar el número de usuarios con

acceso al servicio de telefonía móvil durante e inmediatamente después de ocurrida una situación de catástrofe. Las

medidas propuestas son las siguientes:

1. Limitar el tiempo de duración de las llamadas.

2. Degradar la calidad de servicio de voz ofrecida a los usuarios para aumentar el número de canales.

3. Configurar la red para uso preferente de mensajes de texto.

Para evaluar la factibilidad técnica de las estrategias mencionadas, parte de este trabajo de título fue

desarrollado en paralelo con la práctica profesional de tiempo completo realizada por el autor de esta memoria en un

operador de telefonía móvil en Chile. Esta práctica estuvo bajo la supervisión de un profesional del Área de Diseño de

Red y Plataformas SVA (Servicios de Valor Agregado) de dicha empresa, y fue realizada durante los meses de

octubre y noviembre de 2010. Las estrategias se estudiaron en detalle como requisito parcial y complementario a las

labores desempeñadas durante este periodo.

Cabe señalar que las estrategias presentadas en este trabajo se focalizarán en la telefonía móvil de segunda

generación. Esto se debe a que Chile encabeza la lista de penetración de este servicio en América Latina, con un

115,61% en diciembre de 2010 (según las estadísticas presentadas por la Subsecretaría de Telecomunicaciones,

SUBTEL [34]) y que además se debe considerar que la penetración de la tercera generación es baja: un 2,6% el año

2008, con una proyección que indica que recién para el año 2014 debiera llegar al 75,6% [47].

1.3 Objetivos de este trabajo

Los objetivos específicos de este trabajo son los siguientes:

1. Proponer a una empresa de telefonía móvil las estrategias de aumento del número de usuarios atendidos en

situaciones de emergencia.

2. Cuantificar la efectividad de las estrategias propuestas en términos del número de usuarios atendidos por

unidad de tiempo.

3. Sugerir mecanismos de implementación de las estrategias propuestas.



12

3.1 Estudiar la factibilidad técnica de mecanismos de implementación de las estrategias en la

práctica.

3.2 Hacer recomendaciones a la configuración actual de las redes de telefonía móvil para

incrementar el número de usuarios atendidos en situaciones de emergencia.

1.4 Supuestos, restricciones y alcances de este trabajo

Como supuesto se considerará que ya existe cobertura por fallas en el suministro de energía eléctrica en

estaciones base. Esto se justifica porque el proyecto de ley del Gobierno ya propone contar con respaldos de

energía eléctrica y energía autónoma en cada estación base [8].

Las restricciones impuestas para el estudio de las medidas adoptadas es que éstas deben poder realizarse

con el equipamiento ya existente. A lo más, pueden requerir modificaciones de software.

Las estrategias considerarán el sistema de telefonía celular de segunda generación.

Este no es un trabajo de dimensionamiento de la red. En base al dimensionamiento actual, se busca

aumentar el número de usuarios que se pueden atender.

1.5 Guía de contenidos por capítulo

En el Capítulo 2 se describen los sistemas celulares que rigen en Chile, se revisa el estado del arte en

términos de la administración y mitigación de la congestión durante situaciones de catástrofes, y las medidas

adoptadas por gobiernos y operadores para enfrentar esta problemática.

En el Capítulo 3 se detallan y cuantifican cada una de las estrategias propuestas en esta memoria para

aumentar el número de usuarios durante situaciones de catástrofe.

En el Capítulo 4 se estudia la documentación de los mecanismos de la Red de Acceso y Red Core de una

empresa operadora de telefonía móvil en Chile, y se evalúa la factibilidad técnica de implementación práctica

de cada estrategia.

Finalmente, en el Capítulo 5 se detallan las conclusiones más importantes obtenidas después de estudiar

cada estrategia, acompañadas de sus respectivas sugerencias y recomendaciones a la configuración actual.

También se revisa una posible cooperación entre ellas, extensiones y trabajos futuros.



13

2. Descripción del sistema y estado del arte.

En este capítulo se describen en detalle los servicios, la arquitectura de red y las principales características

que ofrecen los sistemas de telecomunicaciones móviles que rigen en Chile al año 2010. Además, se presenta un

estudio del estado del arte sobre el comportamiento de cada uno de estos sistemas durante desastres o situaciones

de emergencia, y las medidas adoptadas por gobiernos y operadores en el tema.

2.1 Información general del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM).

El GSM (Global System for Mobile Communications) es un sistema telefónico celular de segunda generación,

desarrollado originalmente para resolver los problemas de incompatibilidad de los sistemas de primera generación en

Europa, donde todos los países usaban distintas normas. El servicio comercial GSM comenzó en 1991, y para 1993

había 36 redes GSM en 22 países en el mundo. Hoy, están planeadas o ya funcionan redes GSM en más de 80

países en todo el mundo y ya existen sistemas GSM en todos los continentes [9].

El GSM fue el primer sistema telefónico celular totalmente digital, diseñado para usar los servicios

suplementarios ISDN (Integrated Services Digital Network o Red Digital de Servicios Integrados) de Caller ID

(Identificador de Llamadas), notificación, impedimento y desvío de llamadas, SMS (Short Messaging Services o

Servicio de Mensajes Cortos de texto) y SMS Cell Broadcasting (Difusión de Celda). Además, GSM introduce el uso

obligatorio de tarjetas SIM (Subscriber Identity Module o Módulo de Suscripción de Identidad), que es una memoria

portátil capaz de almacenar el número de identificación del abonado, redes y países accesibles por el usuario y llaves

de privacidad, entre otras informaciones. Antes del uso de tarjetas SIM los usuarios debían contactarse con el

proveedor del servicio si es que querían cambiar de equipo móvil. Actualmente con GSM esto no es necesario, ya que

los abonados simplemente deben mover la tarjeta SIM del móvil antiguo al nuevo sin necesidad de avisar al operador

para que lo active.



14

Chile fue el primer país latinoamericano en operar redes GSM ya desde el año 1997. El 100% de los

celulares en Chile trabajan actualmente bajo GSM [10], cuyas redes operan en la banda de 800 MHz o también como

redes PCS (Personal Communication Services)5 en la banda 1900 MHz6. Actualmente las aplicaciones de mensajes

cortos SMS han ganado popularidad y la penetración de este servicio ya ha superado al acceso a telefonía fija [11].

2.2 Arquitectura y elementos de red del Sistema GSM.

En esta sección se detallan los componentes clave y arquitectura de red del sistema GSM, mostrada en la

Figura 2.17. La figura muestra que una red GSM se encuentra dividida principalmente en tres subsistemas:

Subsistema de Estación Base o Base Station Subsystem (BSS), Subsistema de Red y Conmutación o Network

Switching Subsystem (NSS), y Subsistema de Operaciones u Operation and Support Subsystem (OSS):

A veces se conoce al BSS como el Subsistema de Radio, porque proporciona y administra rutas de

transmisión en radiofrecuencia entre las unidades móviles y la central MSC. El NSS administra las funciones de

conmutación del sistema y permite que se comuniquen las MSC con otras redes telefónicas como la PSTN y la ISDN.

5 El término PCS se utiliza comúnmente para referirse a cualquier red celular digital que opere en el rango de 1900 MHz.

6 GSM 900 opera en el rango de 900 MHz, es el más común en Europa y el mundo. GSM 1800 opera en el rango 1800 MHz,

implementado en Francia, Alemania, Suiza, Reino Unido y Rusia. GSM 1900 opera en el rango de 1900 MHz y es la única

frecuencia usada en USA y Canadá para GSM.

7 Figura obtenida del libro “Sistemas de Comunicaciones Electrónicas 4° Edición”, W. Tomasi. Prentice Hall, Año 2003.

Figura 2.1: Arquitectura GSM, donde BTS = Base Transceiver Station, BSC = Base Station Controller, MSC = Mobile Switching Center, OSS = Operational Support Subsystem, PSTN = Public Switched Telephone Network, ISDN = Integrated Services Digital Network, BSS =

Base Station Subsystem, NSS = Network and Switching Subsystem 8.



15

El OSS soporta la operación y mantenimiento del sistema, y permite a los ingenieros vigilar, diagnosticar y localizar las

fallas de la red GSM [9].

Estos subsistemas están interconectados, interactúan entre sí y con los abonados a través de interfaces

especificadas de red [9], tal y como se puede apreciar en la Figura 2.28:

Figura 2.2: Arquitectura GSM con interfaces de red, donde MS = Mobile Station, HLR = Home Location Register, AUC = Authentication Center, EIR = Equipment Identity Register 9.

El BSS administra la interfaz de radio A-bis entre las estaciones móviles y todos los demás subsistemas

GSM. Cada BSS consiste de muchos controladores BSC que se usan para conectar el dispositivo móvil (MS) con el

NSS a través de una o más centrales MSC [9]. A continuación se describe en mayor detalle cada uno de los

subsistemas mencionados anteriormente.

2.2.1 Subsistema de Estación Base (BSS).

Este subsistema se conecta con las estaciones móviles a través de la interfaz de radio, por lo que incluye los

elementos a cargo de la transmisión y recepción del trayecto radio y gestión del mismo. Realiza el control de canales

para establecimiento y liberación de llamadas, administra la interferencia entre estaciones móviles, gestiona los

traspasos entre celdas de un mismo BSS, maneja el control de potencia entre los terminales móviles y las estaciones

base [12] [13], y provee y administra la transmisión entre los terminales móviles y la central MSC.

8 Figura obtenida desde Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_global_para_las_comunicaciones_m%C3%B3viles

Subsistema de

Operaciones (OSS)

Subsistema de

Estación Base (BSS)

Subsistema de Red y

Conmutación (NSS)

Telefonía fija

Red de

señalización SS7

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_global_para_las_comunicaciones_m%C3%B3viles



16

El NSS se encarga de los procesos a nivel de capa de red, mientras que el BSS se encarga de los procesos

que se llevan a cabo a nivel de capa física. A continuación se describen los componentes que están a cargo del nivel

físico del sistema GSM.

Controladora de Estación Base o Base Station Controller (BSC).

Este elemento está en contacto con las centrales de conmutación del BSS y realiza las funciones de control y

gestión de los recursos de radio y enlaces físicos entre la central MSC con las estaciones base. Es un conmutador de

alta capacidad que provee una serie de funciones como el handover9, reparto de frecuencias, datos de configuración

de celdas y control de los niveles de potencia de los transceptores de las estaciones base [13]. Esta regulación de

potencia en móviles y estaciones base es fundamental para reducir niveles de interferencia y alargar la vida útil de la

batería del teléfono celular. Adicionalmente, la controladora BSC se encarga de distribuir los mensajes de aviso

(paging) de la central MSC y realiza la conexión con los móviles para establecimiento y liberación de recursos de

canales de tráfico [12].

Estaciones Base o Base Transceiver Stations (BTS).

Las estaciones base son las encargadas de proporcionar y gestionar la interfaz de radio entre las estaciones

móviles (MS) y la estación de control BSC y conmutación MSC. Su función principal es la de proporcionar un número

de canales de radio en su respectiva zona de servicio a través de uno o más canales de señalización para la gestión

de los recursos de radio y la movilidad de los móviles. Todas las BTS cuentan con unidades de control, radio, y

canales, además de antenas omnidireccionales o sectoriales, y la unidad de energía [12] [13].

Estación Móvil o Mobile Stations (MS).

Es el equipamiento empleado por el suscriptor para comunicarse a través de la red móvil y consiste en el

terminal móvil con la tarjeta SIM [13]. Se comunica con el BSS por medio de la interfaz aérea o de radio.

2.2.1 Subsistema de Red y Conmutación (NSS).

Es el encargado de administrar y gestionar las comunicaciones que se realizan entre los diferentes usuarios

de la red GSM y los usuarios de otras redes de telecomunicación (e.g. telefonía fija PSTN, otros operadores de

telefonía móvil). Para ello hace uso de una red soporte de señalización con los protocolos del Sistema de

Señalización por Canal Común UIT-T N°7, generalmente conocido como la red SS7 (ver Figura 2.2, NSS). Este

9 Handover es el traspaso de llamada entre dos estaciones base conectadas a una misma BSC. Por otra parte, el Handoff, es el

traspaso de llamada entre dos estaciones base pero conectadas en distintas controladoras BSC, y es administrado por la central

MSC.



17

subsistema es la capa lógica de la red, incluye las funciones básicas de conmutación, así como las bases de datos

necesarias para los datos de usuario y la gestión de la movilidad [12] [13]. También recibe el nombre de Red de

Núcleo o Core Network (CN).

La operación del NSS se basa en las labores de conmutación, localización de abonados y visitantes, así

como la autenticación de usuarios y equipos. A continuación se describen los componentes a cargo de estas tareas.

Centro de Conmutación de Móviles o Mobile Switching Center (MSC).

Realiza la función básica de señalización, enrutamiento y conmutación, coordinando el establecimiento,

término y canalización de llamadas desde y hacia usuarios de telefonía fija y móvil, facilitando funciones adicionales

para soportar la movilidad y organizar recursos de radiofrecuencia. Actúa como interfaz entre la red móvil y la PSTN,

controla los servicios suplementarios ISDN, el manejo del handoff, y de la generación de información necesaria para la

medición y registro de tráfico [13].

Registro de Localización de Abonados o Home Location Register (HLR).

Es una base de datos centralizada donde se registran todos los abonados móviles asociados a una estación

base determinada y así ser gestionados por el operador. Contiene toda la información administrativa, como el tipo de

abono (e.g. plan o prepago), código de identificación de abonado IMSI (Identidad Internacional del Abonado a un

Móvil o International Mobile Subscriber Identity), y servicios suplementarios ISDN [13].

Registro de Localización de Visitantes o Visitor Location Register (VLR).

Es una base de datos más volátil que el HLR que almacena información de localización temporal de la celda

en que se encuentran las estaciones móviles de usuarios visitantes y que son señalizados por el MSC para darles

servicio dentro de su zona. Esto ocurre cuando un teléfono móvil se encuentra en una zona distinta a la suya (donde

está registrado como usuario local) y realiza o recibe una llamada. En este caso, el VLR junto al MSC se preocupan

del tratamiento de llamadas entrantes y salientes obtenidas por medio de consultas al HLR. Esta información

permanece almacenada dinámicamente en el VLR mientras el terminal de usuario está encendido y se refresca en

forma periódica. El estándar GSM funciona bajo el principio de que todo abonado es itinerante en un área, estando

inscrito en cada momento en algún VLR, lo que implica que existirá un VLR por cada MSC [10] [12] [13].

Centro de Autenticación de Abonados o Authentication Center (AuC).

Base de datos altamente protegida que contiene información relativa a los usuarios con el propósito de

identificar y asegurar la confidencialidad de los mismos. El AuC está asociado al HLR [12] y proporciona los datos



18

para la autentificación tanto de abonados y visitantes, además de las llaves de encriptación para cada usuario,

protegiéndolo tanto a él como al operador de fraudes [13].

Registro de Identidad de Equipos o Equipment Identity Register (EIR).

Contiene la identidad de los equipos móviles IMEI (Identidad Internacional de Equipo Móvil o International

Mobile Equipment Identity) que identifican los equipos por código de fabricación y homologación. Antes de cursar una

llamada, el MSC consulta al EIR la validez del IMEI [12] y si los datos de identificación no corresponden a los

almacenados en el HLR ni en el VLR, entonces se consideran teléfonos robados o alterados. Esta verificación se

realiza gracias a que la base de datos está dividida en tres secciones: lista blanca (equipos autorizados para el

acceso), lista negra (equipos que se consideran bloqueados y que tienen prohibido el acceso, como por ejemplo, los

robados) y lista gris (equipos con algún tipo de falla) [12] [13].

2.2.2 Subsistema de Operaciones (OSS).

Posee tres funciones principales: mantenimiento y operación de la red, gestión de los equipos móviles, y

gestión y cobro de cuota. Este subsistema está conectado a todos los equipos del NSS y hasta los BSC del BSS ya

que es una unidad funcional que permite monitorear la red y controlar el sistema completo. Su propósito es ofrecer al

operador un soporte de mantenimiento centralizado, regional o local [13].

Centro de Operación y Mantenimiento o Operation and Maintenance Center (OMC).

Es el centro de monitoreo computarizado y diagnóstico de la red GSM que se conecta a otros componentes

de la red como los MSC y los BSC. Provee acceso remoto a estos elementos, gestiona las alarmas y estado del

sistema, supervisa el flujo de tráfico, visualiza la configuración de la red con posibilidad de cambiarla remotamente, y

administra los abonados [13].

2.3 Radioenlace GSM.

La tecnología GSM opera en configuración full dúplex en las bandas de frecuencias 800 MHz, 1800 MHz y

1900 MHz, con una combinación de técnicas FDMA (Frequency Division Multiple Access) y TDMA (Time Division

Multiple Access) [13].

El sistema utiliza portadoras de radiofrecuencia (RF) de 200 KHz de ancho de banda, cada una de los cuales

maneja 8 canales, usando TDMA. En el resto de esta memoria, cada sub-canal TDMA se denominará canal de voz o

de control, según corresponda. Estos sub-canales tienen 200 / 8 = 25 [KHz] de ancho de banda.



19

Cada canal dúplex de comunicación (sentido directo e inverso) se denomina Número Absoluto de Canal de

RF (ARFCN o Absolute Radio Frequency Channel Number) [9], donde cada canal es compartido por 8 usuarios. Para

prevenir interferencias, las estaciones base adyacentes usan diferentes grupos de frecuencias [13].

2.4 Planificación y diseño.

Celda.

La división de una zona geográfica en pequeñas regiones define esta unidad básica de cobertura de radio

dado por un sistema de antenas de una estación base (BTS) [12]. Normalmente, para efectos académicos o gráficos

se considera la forma de cobertura de una celda con forma hexagonal, dado que es la forma que mejor optimiza el

uso del área [13], pero en la práctica, la cobertura de la celda varía considerablemente dependiendo del terreno, la

ubicación de la antena, las construcciones o barreras que pudieran interferir [14].

Cobertura.

Es la zona desde la cual un terminal móvil puede comunicarse con las estaciones base y viceversa. La

cobertura de una red es la suma del alcance de todas sus estaciones base [12], donde se conjugan factores como el

área mínima requerida para satisfacer la demanda de tráfico y las zonas de cobertura necesarias para proporcionar un

servicio de calidad (continuidad del servicio) [13].

Dimensionamiento y capacidad.

Consiste en planificar la ubicación de las BTS necesarias para potenciar la capacidad de cursar tráfico en los

sectores de mayor demanda y de alta concentración de personas, como los grandes centros urbanos. Para el diseño

de una red eficiente se consideran las recomendaciones de los proveedores, que sugieren que la capacidad teórica

de cada una de las estaciones base no debiese superar el 80% de su capacidad total [13].

Grado de Servicio o Grade of Service (GoS).

Es una medida de la congestión experimentada por una red telefónica, expresada en términos de una

probabilidad de bloqueo (calculada de manera teórica mediante la fórmula conocida como Erlang B) o de que una

llamada sea atendida después de un determinado retardo (en cuyo caso se utiliza la fórmula conocida como Erlang

C). El grado de servicio mide la dificultad de utilizar un canal cuando se requiere la comunicación, por lo que da una

idea de la calidad del dimensionamiento. Para la Red de Acceso, se considera una probabilidad de bloqueo máxima

del 2%, según recomendaciones del estándar GSM como medida de diseño en la industria [13].



20

Calidad de Servicio o Quality of Service (QoS).

Es la capacidad de dar un buen servicio. Para mantener la calidad en presencia de alta demanda, la

capacidad puede incrementarse mediante el uso de técnicas como el control de potencia, reutilización de frecuencias,

asignación dinámica de canal, cambio de la tasa de compresión para los canales de tráfico (Full Rate, Half Rate)10, o

controlando la cobertura a través del manejo de la inclinación de las antenas [12]. El GoS es considerado una métrica

importante a la hora de evaluar la QoS requerida por la industria de telefonía móvil, ya que la probabilidad de bloqueo

tiene implicancias en la disponibilidad y fiabilidad del servicio ofrecido.

Medición de Tráfico y Erlangs.

Una medida práctica del flujo de información es la intensidad de tráfico (o flujo de tráfico). Corresponde al

volumen de tráfico dividido por la duración del intervalo de observación, donde normalmente el tiempo de observación

considerado es el de una hora. En este caso, la intensidad de tráfico se expresa en Erlang, donde 1 [E] equivale a la

utilización de una línea telefónica durante 1 hora.

El tráfico generado por cada usuario individualmente se mide en mili Erlang [mE], que corresponde a una

milésima de Erlang [12]. Teniendo el tráfico generado por cada usuario y el número total de abonados, ya se puede

calcular el número de circuitos necesarios para equipar una celda utilizando la tabla del modelo de la Erlang B.

2.5 Servicio General de Paquetes de Radio (GPRS).

La tecnología GPRS (General Packet Radio Service) es una extensión de las capacidades de conmutación

de circuitos de datos de GSM. Consiste en una actualización a una arquitectura de conmutación de paquetes de datos

que permite a los abonados contar con acceso always on (siempre conectado) a Internet, mensajes multimedia o

Multimedia Messaging Service (MMS), acceso a servicios WAP (Wireless Application Protocol), correo electrónico, y

aumento en la velocidad de envío de SMS (de 6 a 10 mensajes por minuto usando ISDN hasta 30 mensajes por

minuto usando GPRS), entre otras novedades [16]. Para que estos servicios puedan ser proveídos, se han agregado

dos elementos a la red GSM que permiten la conmutación de paquetes de datos y el acceso a Internet: el Nodo de

Soporte del Servicio GPRS o Serving GPRS Support Node (SGSN) y el Nodo de Soporte del Gateway GPRS o

Gateway GPRS Support Node (GGSN), con sus respectivas interfaces de red, tal y como se ilustra en la Figura 2.311:

10 Full Rate: la información de un usuario se envía en una ranura de tiempo, en cada trama.

Half Rate: la información de un usuario se envía en una ranura de tiempo, trama por medio.

11 Figura obtenida desde Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/GSM

http://en.wikipedia.org/wiki/GSM



21

A continuación se detallan los componentes adicionales que extienden la arquitectura GSM a la arquitectura

de conmutación de paquetes de GPRS y las ventajas que trae esta actualización.

Nodo de Soporte del Servicio GPRS (SGSN).

Junto con el GGSN, es el nodo encargado de realizar la conmutación de paquetes en la red GPRS. Está

conectado a la BSC y constituye para el terminal móvil el punto de acceso al servicio de la red GPRS. Dentro de sus

funciones más importantes está la retransmisión de datos entre el MS y el GGSN, gestión de la movilidad, y

autentificación y cifrado entre todos los abonados GPRS que se encuentren en el área de servicio. El tráfico de datos

pasa por el SGSN, la BSC y al terminal móvil mediante la BTS [15] (ver Figura 2.3).

Nodo de Soporte del Gateway GPRS (GGSN).

Su misión principal es la conexión del terminal móvil a Internet para el acceso a sus servicios y

aplicaciones basadas en IP. Se encarga de la transferencia de datos del usuario y de la señalización hacia el

backbone (ver Figura 2.3), gestiona la seguridad y las funciones de contabilidad, así como la asignación dinámica de

direcciones IP [15].

Figura 2.3: Arquitectura GSM con extensión de los elementos de la red GPRS, y sus interfaces, donde SGSN = Serving GPRS Support Node, GGSN =Gateway GPRS Support Node 10.

Subsistema de


Estación Móvil (MS)

Subsistema de Red y

Conmutación (NSS)

Red Núcleo

de GPRS



22

Transmisión de datos.

GPRS surge debido a las limitaciones de GSM para la transmisión de datos, que alcanza velocidades de 9,6

[Kbps], lo que hace que este sistema sea una tecnología utilizada principalmente para la voz. Con la conmutación de

paquetes introducida por GPRS, esta velocidad de transmisión de datos puede llegar a alcanzar un máximo teórico de

171,2 [Kbps], dependiendo de la disponibilidad de la red, la codificación de canal utilizada, y de la capacidad del

terminal [12]12.

Canales de voz.

El servicio GPRS une múltiples canales de voz para proveer un mayor ancho de banda para una conexión de

datos. El ancho de banda del radioenlace permanece inalterado, pero es compartido tanto por los usuarios de voz

como de datos, donde varios canales RF se utilizan combinados para conseguir una gestión eficaz de la interfaz de

comunicaciones, pudiendo enviar voz y datos al mismo tiempo [15]. Además, los paquetes de datos pueden ser

enviados en tiempos de inactividad de las llamadas de voz.

2.6 Enhanced Data rates for GSM of Evolution (EDGE).

EDGE es una tecnología que permite mejorar el ancho de banda de la transmisión de datos en GPRS, ya

que permite alcanzar una velocidad máxima teórica de 474 [Kbps], lo que implica soportar una gama más amplia de

servicios, principalmente acceso a Internet, transmisión de grandes volúmenes de información, y streaming de audio y

video, entre otros servicios multimedia que requieren mayor ancho de banda.

2.7 Información general del Servicio Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS).

Los sistemas móviles de segunda generación, combinados con la tecnología GPRS, reciben a menudo el

nombre comercial de redes 2.5G, surgidas a partir del año 2001 [16]. Luego, la evolución natural hacia el 3G

comienza con EDGE, tecnología que actúa como puente entre las redes 2G y 3G [17]. Después, el 3GPP (Third

Generation Partnership Project), que es un acuerdo de colaboración entre varios organismos internacionales de

estandarización establecido en diciembre de 1998 [18], definió un nuevo estándar para la tercera generación: el

Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles o Universal Mobile Telecommunications System (UMTS).

12 Figura obtenida desde Wikipedia: http://en.wikipedia.org/wiki/General_Packet_Radio_Service. En GPRS se han definido cuatro

esquemas de codificación de canal usando 8 Time Slots (TS). Con codificación CS-1 se tiene una tasa de 9,05 [Kbps], con

codificación CS-2: 13,4 [Kbps], con codificación CS-3: 15,6 [Kbps], y con codificación CS-4: 21,4 [Kbps]. Con CS-4 se llega al

máximo teórico de 21,4 * 8 = 171,2 [Kbps] [16].

http://es.wikipedia.org/wiki/2.5G

http://es.wikipedia.org/wiki/2G

http://es.wikipedia.org/wiki/3G

http://en.wikipedia.org/wiki/General_Packet_Radio_Service



23

Figura 2.4: Arquitectura de red de UMTS y GSM 15.

Con UMTS, se aumenta considerablemente la velocidad de transmisión de datos hasta 2 [Mbps] por usuario

móvil, gracias al uso de técnicas de Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha o Wideband Code

Division Multiple Access (WCDMA). De esta forma, se soportan servicios como el roaming internacional [19],

transferencia de archivos de gran tamaño13, aplicaciones de entorno multimedia en tiempo real como las video

conferencias (streaming de imágenes y video), y juegos en línea.

Durante el año 2008, cuando surge el servicio de Internet móvil en Chile, se sumaron más de 280 mil

abonados y la tendencia internacional señala que hacia el 2012 las conexiones móviles a Internet superarán en

número a las conexiones fijas. Aquí radica la importancia que tiene para Chile que este servicio se desarrolle,

favoreciendo el crecimiento del acceso a Internet, y también potenciando una mayor competencia en el mercado de la

telefonía móvil [20].

13 Archivos de más de 5 [MB].

Dominio de la Red

de Núcleo (CN)

Dominio de la Red

de Acceso (AN)

Subsistema de


Dominio del Equipo de

Usuario (UE)



24

2.8 Arquitectura y elementos de red del Sistema UMTS.

En la Figura 2.4 se presenta a nivel general la arquitectura UMTS y los principales componentes que se

agregan sobre la red GPRS para extenderla a una red UMTS. Destacado en color rojo, se muestran los nuevos

elementos UMTS que se incorporan y en color negro la red GPRS subyacente. En una arquitectura UMTS es posible

distinguir tres dominios principales: el Equipo de Usuario o User Equipment (UE), la Red de Acceso o Access Network

(AN), y la Red de Núcleo o Core Network (CN) 14. Los cambios necesarios a la red GSM/GPRS para transformarse en

una red UMTS pasan principalmente por la AN y el UE, creándose nuevas entidades en ellas. UMTS ocupa el núcleo

del sistema GPRS, reemplazando sólo la Red de Acceso, lo que disminuye los costos de implementación para los

operadores.

2.8.1 Equipo de Usuario (UE).

Es el equipo que el usuario trae consigo para lograr la comunicación con una BTS en el momento que lo

desee y en el lugar en donde exista cobertura. Se compone del Equipo Móvil y la tarjeta USIM (Universal Subscriber

Identity Module), que vendría siendo el equivalente a la tarjeta SIM introducida en GSM, pero para el sistema UMTS.

El equipo debe ser un teléfono con nuevas funcionalidades ya que debe soportar los servicios de datos de las redes

2.5G - 3G.

2.8.2 Red de Acceso (AN).

También es conocida como Red de Acceso Radio Terrestre UMTS o UMTS Terrestrial Radio Access Network

(UTRAN). Está conformada por los Nodo B (Node B) y por el Controlador de la Red de Radio o Radio Network

Controller (RNC). Ambos elementos juntos forman el Subsistema de Acceso Radio o Radio Network Subsystem

(RNS), tal y como se muestra en la Figura 2.4, donde las líneas gruesas muestran las interfaces que soportan el

tráfico de las aplicaciones, o user data [21]. Tiene dos interfaces que lo conectan con la CN y el UE, las interfaces Iu y

Uu respectivamente.

Node B.

Es el equivalente a las BTS del sistema GSM ya que es esta entidad la que se comunica con los UE

mediante la capa física de la interfaz aérea. Puede dar servicio a una o más celdas.

14 Figura obtenida desde el Release 1999 V0.1.1 de la 3GPP (2010-02).



25

Controlador de la Red de Radio (RNC).

Se encarga de controlar a uno o varios Nodos B, y al igual que la controladora BSC del sistema GSM, se

encarga del handover entre celdas, maneja el tráfico de los canales comunes y compartidos, administra recursos de

radio, asigna canales, y discrimina y dirige el tráfico de datos y de voz. Se conecta con el MSC mediante la interfaz

IuCS o con un SGSN mediante la interfaz IuPS.

2.8.3 Red de Núcleo (CN).

Se mantiene inalterada respecto al sistema GSM, identificando dos dominios de conmutación: uno de

circuitos o Circuit Switching (CS), encargado del tráfico de voz; y otro de paquetes o Packet Switching (PS),

encargado del tráfico de datos. Los componentes del dominio CS son: el MSC, el Gateway MSC, y el VLR, mientras

que los elementos que integran el dominio PS son los mismos de GPRS: el SGSN y GGSN. Además, hay

componentes compartidos por ambos dominios: el HLR, el AuC, y el EIR.

2.9 Estado del Arte

En la literatura existen dos tipos de técnicas que combaten la congestión de tráfico: estrategias de

administración de la congestión y estrategias de mitigación de la congestión.

La administración de congestión consiste en la reasignación de recursos durante momentos de alta

congestión, donde el control de tráfico prioritario es particularmente importante en el lapso de tiempo inmediatamente

posterior a las catástrofes, en el que pueden escasear los recursos de las comunicaciones [22].

La mitigación de congestión intenta aminorar los efectos generados por los altos niveles de tráfico que se

presentan durante e inmediatamente después de ocurridas situaciones de emergencia. Esto se realiza aplicando

medidas que limitan el acceso y el tiempo de uso del sistema celular.

A continuación se presentan los servicios y estrategias usados por los sistemas de telefonía celular descritos

anteriormente para administrar y mitigar la alta congestión de tráfico móvil que se presenta en situaciones de

emergencia. Además, se describen las medidas adoptadas por los gobiernos y operadores de algunos países para

enfrentar esta problemática.



26

2.9.1 Administración de la congestión.

Aquí se distinguen tres estrategias, las que se describen a continuación.

Servicio mejorado de precedencia multinivel con apropiación (Enhanced Multi-level Precedence and

Pre-emption Service (eMLPP)) en GSM.

Este servicio tiene dos partes: precedencia y apropiación. La precedencia consiste en asignar un nivel de

prioridad a una llamada. La apropiación consiste en asignar los recursos usados por llamadas de menor prioridad a

llamadas de mayor prioridad. Incluso, se puede realizar la desconexión de una llamada saliente de menor prioridad

para aceptar una llamada entrante de más alta prioridad. Esta medida es recomendada por la UIT (Unión Internacional

de Telecomunicaciones) para enfrentar emergencias [22] [23].

Asignación de recursos adaptiva y probabilística (Adaptive Probability Scheduling (APS))

Durante situaciones de emergencia se conjugan dos tipos de tráfico móvil: el originado por los servicios de

emergencia, y el originado por la población civil. Ambos tipos de tráfico tienen requerimientos de asignación de

recursos que deben ser balanceados ya que un porcentaje del espectro radioeléctrico es demandado también por la

población civil para poder responder ante la emergencia. Cuando una llamada en curso termina, una llamada de

emergencia en cola es elegida con cierta probabilidad, de lo contrario, una llamada pública es elegida. De esta forma,

el esquema de asignación APS se ajusta dinámicamente acorde a los volúmenes de congestión del sistema para

poder atender tanto a los servicios de emergencia, como también a los usuarios de la red pública, y es compatible con

redes 2G, 3G, e incluso 4G [24].

Administración activa de colas (Active Queue Management (AQM)) para tráfico de emergencia.

Este mecanismo busca desechar paquetes de tráfico civil para que se permita el tránsito de paquetes de los

servicios de emergencia. El objetivo es proveer la menor cantidad de pérdida de paquetes de tráfico de emergencia

para así incrementar la fiabilidad de este tipo de comunicaciones durante las catástrofes. Esto se logra usando

técnicas AQM de filtrado de datos para priorizar el descarte de paquetes de tráfico de la población civil, identificando y

marcando con etiquetas15 aquellos que pertenecen a los de tráfico de los servicios de emergencia [25]. Se diferencia

con la técnica anterior en que la priorización se aplica en el descarte de paquetes de tráfico y no en base a una

probabilidad para elegir cierto tipo de llamadas.

15 El etiquetado realizado por esta técnica sólo es posible en las redes con conmutación de paquetes de datos introducidos en

GPRS. Para identificar el tráfico de información de emergencia en redes de conmutación de circuitos de voz (GSM), es necesario

recurrir a los protocolos de señalización (usado por eMLPP).



27

2.9.2 Mitigación de la congestión.

Se distinguen dos mecanismos de mitigación de la congestión, las que se describen a continuación.

Control de Duración de Llamadas o Call Duration Control (CDC).

Este esquema detecta cuando se solicita el establecimiento de una nueva llamada estando todos los canales

de tráfico ocupados. En ese caso, el sistema envía un mensaje de término de conexión, con una antelación de 15

segundos, al equipo móvil (MS) que tenga el mayor tiempo de duración de llamada en la celda respectiva. De esta

manera, las nuevas llamadas entrantes no se bloquean sino que quedan temporalmente encoladas hasta que un

canal de tráfico de voz quede disponible gracias a la terminación de una de las llamadas en curso. El objetivo es que

el sistema asigne a las nuevas llamadas entrantes los recursos liberados por las llamadas en curso, que son

finalizadas antes (por los mismos usuarios) o una vez expirados los 15 segundos de aviso (por el sistema) [26].

Control de Admisión de Llamadas o Call Admission Control (CAC) en UMTS.

Esta medida es fundamental para mantener la QoS de una red. Consiste en restringir el acceso según los

recursos disponibles del sistema para prevenir la congestión y la degradación del servicio para aquellos usuarios que

ya están siendo atendidos. Una nueva solicitud de llamada es aceptada siempre y cuando existan los recursos

suficientes para satisfacer los requerimientos de QoS de la nueva llamada sin violar la QoS de las llamadas que ya se

están cursando [27]. La estrategia básica es proteger las llamadas en curso negando a los nuevos usuarios acceder al

sistema durante alta congestión de tráfico, y es el Nodo B el componente encargado de implementar los algoritmos

CAC y tomar las decisiones de umbrales de congestión de celda que correspondan [28].

2.9.3 Medidas adoptadas por gobiernos y operadores.

Perú.

A consecuencia del terremoto del 15 de agosto de 2007, el Gobierno peruano tomó medidas para

obligar a los operadores de telefonía fija y móvil a reservar en forma gratuita y permanente, una cantidad determinada

de recursos para las comunicaciones de las autoridades, activada de inmediato en casos de emergencia. Además,

se crearon normas legales para permitir la limitación del tiempo de las llamadas, las que no pueden ser menores a un

minuto ni superar los dos minutos. Esta última medida se puede extender hasta por doce horas después de la

situación de emergencia [1] [7] [29].



28

Estados Unidos.

Durante algunos años, pero especialmente en respuesta a los eventos del 11 de septiembre de 2001, el

Gobierno de los Estados Unidos y la industria de las telecomunicaciones móviles han trabajado en conjunto para

especificar una solución política y técnicamente aceptable para satisfacer las necesidades de seguridad nacional en

cuanto al acceso prioritario durante catástrofes. Este esfuerzo dio como resultado una solución llamada Servicio

Prioritario Móvil o Wireless Priority Service (WPS), reglamentada por la Comisión Federal de Comunicaciones, y que

permite disminuir la probabilidad de bloqueo de una llamada usando perfiles de usuario y priorización de recursos

durante eventos de emergencia nacional [24][30].

Alemania.

El 23 de agosto de 2005, en el sur de Alemania ocurrió el máximo daño causado por las inundaciones que

afectaron a Europa Central durante ese verano. En este escenario, el operador Vodafone Germany pudo hacer uso de

técnicas de compresión de voz permitiendo que en las celdas más congestionadas se pudieran duplicar el número

normal de conexiones. Esto pudo ser posible ajustando los transceptores de las estaciones base (BTS) para activar

Half Rate en los canales de tráfico, pero inevitablemente en desmedro de la QoS [2].

Japón.

Inmediatamente después del terremoto de la Prefectura Media de Niigata del 23 de octubre de 2004 se

produjo un aumento explosivo de llamadas (45 a 50 veces mayor al de la tasa normal), y como consecuencia, las

redes de telefonía celular se congestionaron durante aproximadamente seis horas. Para mantener las centrales de

conmutación y los números de emergencia activos se implementaron controles de comunicación en las centrales MSC

[31].

Luego, el año 2005, el Departamento de Telecomunicaciones del Ministerio de Asuntos Internacionales y de

Comunicaciones de Japón, presentó un resumen sobre las experiencias acumuladas en materia de acceso a las

Tecnologías de la Información y Comunicación (TICs) ante la ocurrencia de desastres naturales, en el Marco de

Acción de Hyogo para 2005-2015. De dicha iniciativa surgieron varias medidas como: crear facilidades para compartir

mensajes y llamadas sobre desastres entre entidades de rescate, establecer un sistema para la comunicación con las

organizaciones a cargo del tratamiento de emergencias, y revisar los métodos para el control de comunicaciones

sobre voz y paquetes en forma separada, entre otras [32][33].



29

Chile.

Según el Colegio de Ingenieros de Chile, una de las evidencias más lamentables que dejó el terremoto y

posterior tsunami del 27 de febrero de 2010, es que no existe un Plan Nacional de Emergencias que considere la

atención de las llamadas de voz con un determinado orden de prioridad, o que el tráfico de mensajería SMS sea

considerado un medio esencial para que la población se comunique si los servicios de voz se ven limitados [3]. A raíz

de estos antecedes, es que el Gobierno de Chile impuso la obligación a las empresas de telefonía móvil de triplicar la

capacidad actual de envío y recepción de mensajes SMS.



30

3. Estrategias para aumentar el número de usuarios en situaciones de catástrofe.

En este capítulo se describen cada una de las estrategias de aumento del número de usuarios móviles en

situaciones de catástrofe, detallando sus objetivos y todos los subsistemas, componentes y plataformas de red

involucrados. Además, se dan a conocer estadísticas y antecedentes de rendimiento de la red celular de una empresa

operadora de telefonía móvil en Chile durante intervalos de tiempo de alta congestión, y se presentan modelos para

cuantificar el impacto de cada estrategia en términos del número de usuarios atendidos por unidad de tiempo.

3.1 Limitar tiempo de duración de llamadas.

En esta sección se explica en qué consiste la temporización de llamadas durante e inmediatamente después

de ocurrida una situación de catástrofe, se detallan los elementos de la red celular que deben ser considerados para

permitir la limitación de los canales de voz, se presentan estadísticas de tráfico y se cuantifica el costo de oportunidad

de una posible implementación de esta estrategia.

3.1.1 Objetivos de usar la temporización de llamadas durante alta congestión y catástrofes.

De la teoría de tráfico se sabe que la congestión de tráfico celular disminuye si se reduce la carga de tráfico

ofrecida a la red16. A su vez, la carga de tráfico es proporcional a la tasa de llegada de las llamadas y al promedio de

la duración de las llamadas. Por lo tanto, si se reduce la duración de las llamadas, la carga de tráfico disminuirá,

con lo que sería posible atender una mayor cantidad de usuarios de manera simultánea.

El tiempo al que se restringe la duración de la llamada debe ser tal que permita comunicar noticias relevantes

a los seres queridos, pero también lo suficientemente corto como para permitir seguir atendiendo usuarios a un ritmo

ágil y así poder ir liberando recursos de red.

3.1.2 Subsistemas, plataformas y componentes de la red celular involucrados.

La Figura 3.1 ilustra el funcionamiento de un sistema de telefonía móvil 2G/3G en términos de la atención de

las llamadas salientes y entrantes a la red celular.

16 El tráfico ofrecido a la red, o carga, es el tráfico generado por los usuarios.



31

Llamadas salientes: cuando un usuario marca un número telefónico y aprieta el botón SEND de su equipo

móvil (MS), éste envía un mensaje de señalización solicitando el establecimiento de llamada o Call Setup Request

Message a la estación base (BTS) más cercana. Esta solicitud es manejada por la central de conmutación (MSC), que

verifica el tipo de subscripción del abonado en la base de datos de visitantes (VLR) para confirmar si es posible

establecer la llamada saliente (por ejemplo, si se trata de una subscripción prepago y no le quedan minutos, entonces

no se autoriza la llamada). Si la llamada es autorizada, la central MSC rutea normalmente la llamada a otra central

MSC (si es una llamada a otro teléfono móvil) o a la red PSTN (si es una llamada a un teléfono fijo), según

corresponda. La funcionalidad que permite determinar la duración máxima de las llamadas establecidas (conocida

como temporización de llamadas) se encuentra implementada en la central MSC.

Llamadas entrantes: cuando un usuario realiza una llamada hacia un teléfono móvil y marca el número

destino desde un teléfono fijo, la central MSC y el Mega Gateway (MGw) actúan como puerta de enlace para la

llamada que entra desde la red fija (PSTN) a la red del operador. La tarea de la central MSC es determinar la

ubicación del equipo móvil destino para poder establecer la llamada, consultando a la base de datos de los abonados

(HLR) cuál es la base de datos de datos de visitantes (VLR) asociada a ese teléfono móvil. El procedimiento es similar

si la llamada debe establecerse entre teléfonos móviles del mismo operador, donde la salida a la red PSTN es

innecesaria. Si se trata de una llamada entre distintos operadores, la llamada se trata como si proviniera desde una

PSTN.

Figura 3.1 Elementos involucrados en el establecimiento de las llamadas, donde CS = Circuit Switching, MGw = Mega

Gateway, STP = Signaling Transfer Point. Fuente: operadora de telefonía móvil, Red de Acceso y Red Core.



32

0

500

1000

1500

2000

2500

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

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0

22:0

0

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0

10-03-2010 11-03-2010 12-03-2010

Trá

fico

[E

]

Día de observación

Tráfico [E] VS Día de observación

BS1302I-BS1302O - Suma de TOT_TRAF BS1302I-BS1302O - Suma de CAP

BS1308I-BS1308O - Suma de TOT_TRAF BS1308I-BS1308O - Suma de CAP

Gráfico 3.1 Tráfico [E] de los troncales BS1302I-BS1302O y BS1308I-BS1308O de la Región Metropolitana VS Día de observación. Fuente: operadora de telefonía móvil, Red Core.

La plataforma señalizadora STP17, la base de datos de abonados HLR, y la central MSC pertenecen a la Red

Core de Voz, mientras que los controladores BSC y RNC, las antenas base, y los Nodos B son de la Red de Acceso.

3.1.3 Estadísticas y antecedentes de rendimiento durante alta congestión.

Una empresa operadora de telefonía móvil ha facilitado información estadística sobre el tráfico de voz en

momentos de alta congestión de las rutas troncales de las controladoras BSC de la Región Metropolitana. En

particular, se tuvo acceso a las estadísticas de tráfico de los instantes de tiempo durante e inmediatamente después

de ocurridas las réplicas del terremoto del 27 de febrero de 2010, que se produjeron el día 11 de marzo. El Gráfico 3.1

muestra un resumen del tráfico generado durante estas réplicas. En el eje horizontal se han colocado el día anterior y

posterior a las réplicas del 11 de marzo, que se produjeron a las 11.39, 11.55, y 12.06 horas18, y en el eje vertical se

presenta el tráfico registrado, en Erlangs.

En el Gráfico 3.1 se aprecia el comportamiento de las rutas troncales de dos controladoras BSC de la Región

Metropolitana (BS1302I-BS1302O y BS1308I-BS1308O19). Se puede concluir que los días 10 y 12 de marzo el

comportamiento de la red fue normal, pero al medio día del 11 de marzo se registra una congestión explosiva de

17 La plataforma Signaling Transfer Point (STP) rutea todos los mensajes de señalización de la red SS7 (ver Subsección 2.2.1).

18 Las intensidades registradas de estos sismos fue de 6.9, 6.7, y 6.0 grados en la escala de Richter, respectivamente. El

epicentro de estos movimientos se ubicó en la Sexta Región, a 110, 85, y 105 [kms] al oeste de Rancagua, respectivamente [33].

19 La sigla BS1302I-BS1302O quiere decir que es el troncal de la BSC #1302 considerando entrada (In) y salida (Out) del enlace.



33

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0

0:00

2:00

4:00

6:00

8:00

10:0

0

12:0

0

14:0

0

16:0

0

18:0

0

20:0

0

22:0

0

10-03-2010 11-03-2010 12-03-2010

N°

de

llam

adas

Día de observación

N° de llamadas de una BSC VS Día de observación

BS1302I-BS1302O - Suma de Ncallsi BS1302I-BS1302O - Suma de Nanswersi

Gráfico 3.2 N° de llamadas del troncal BS1203I-BS1302O de la Región Metropolitana VS Día de observación. Fuente: operadora de telefonía móvil, Red Core.

tráfico que alcanza el límite de la capacidad (sigla CAP, en la leyenda de la figura) de ambas rutas: 2000 y 1300 [E],

curvas roja y morada, respectivamente. Los datos también evidencian una caída repentina de los troncales BSC

durante y entre las réplicas, y además que una vez que se recuperaron cerca de las 13.00 hrs, éstos experimentaron

alta congestión (curvas azul y verde). Lo anterior se justifica porque cuando se produce la explosión de tráfico, la tasa

de llegada de llamadas que reciben las BSC sobrepasa la capacidad máxima de procesamiento de su CPU, luego

colapsan, y una vez que se restaura el servicio, las personas siguen intentando comunicarse.

Por otro lado, en el Gráfico 3.2 se presenta un resumen de la información facilitada por la operadora sobre

requerimientos de conexión (Ncallsi: intentos de llamadas, curva azul) y las llamadas establecidas (Nanswersi:

llamadas atendidas, curva roja) de una ruta troncal de una controladora BSC (BS1302I-BS1302O) de la Región

Metropolitana durante las réplicas que se produjeron al mediodía del 11 de marzo de 2010:

Se puede apreciar que una vez que la controladora BSC volvió a estar operando después del colapso inicial

por solicitud de establecimiento de llamadas, recibió una segunda inundación de requerimientos de conexión

entrantes (cifra cercana a 120.000), de los cuales sólo la cuarta parte fueron atendidos satisfactoriamente. Esta

información es evidencia de la congestión severa que se produce en los sistemas de señalización20 durante e

inmediatamente después de ocurrida una situación de catástrofe.

20 El servidor que establece las llamadas es la central MSC (ver Figuras 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, 3.1) y la señalización del

establecimiento de las llamadas o Call Setup es realizado en el Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH).



34

Gráfico 3.3 (a) Tráfico [E] y (b) Mean Holding Time (MHT) del troncal BS1303I-BS1303O de la Región Metropolitana VS Día de observación. Fuente: operadora de telefonía móvil, Red de Acceso.

Por otra parte, se muestran a continuación las estadísticas de la rutaBS1303I-BS1303O21, en términos del

tráfico en y el mean holding time de las llamadas (tiempo medio de uso de los canales de voz). En el eje horizontal se

han colocado el día anterior y posterior a las réplicas del 11 de marzo, y en el eje vertical se presenta el tráfico

registrado, en Erlangs y el tiempo de duración de las llamadas, en segundos:

Se puede ver en el Gráfico 3.3 (a) que el fenómeno de alta congestión que se presenta durante e

inmediatamente después de las réplicas del 11 de marzo es similar a los del Gráfico 3.1. Adicionalmente, en el Gráfico

3.2 (b) se puede apreciar que el tiempo medio de duración de las llamadas en la ruta troncal BS1303I-BS1303O fue

de 68,06 segundos para las llamadas salientes22, y de 39,2 segundos para las entrantes23. Esta información será de

utilidad para poder cuantificar esta estrategia en la Subsección 3.1.4.

Entonces, lo que plantea esta estrategia es atender rápidamente la mayor cantidad de usuarios posibles,

y para ello utilizar la temporización de llamadas fijando un umbral adecuado que permita a las personas

comunicarse por el mínimo tiempo necesario con sus seres queridos durante e inmediatamente después de ocurrida

una situación de emergencia.

21 La sigla BS1303I-BS1303O quiere decir que es el troncal de la BSC #1303 considerando entrada (In) y salida (Out) del enlace.

22 Las llamadas salientes o mobile originating call son aquellas llamadas que se inician en el móvil (MS).

23 Las llamadas entrantes o mobile terminating call son aquellas llamadas cuyo destino es el móvil (MS).

a)

b)



35

3.1.4 Cuantificación y modelado.

Supóngase el siguiente escenario hipotético:

Un grupo conformado por 7 celdas de cobertura móvil.

Cada celda consta de 3 sectores, con 4 canales RF cada uno.

Por tanto, en un grupo de 7 celdas hay 21 sectores, tal y como se muestra en la

Figura 3.2.

Como cada canal RF se multiplexa en el tiempo usando TDMA de 8 ranuras de tiempo, se cuenta con 32

canales de comunicación por sector. Descontando el canal de control24, se tienen N = 32 – 1 = 31 canales de voz por

cada sector de celda. Este supuesto es el que será usado en el resto de este trabajo.

Ejemplo.

Suponiendo que todos los usuarios de cada sector generan en promedio 1 llamada cada hora (según el

criterio de dimensionamiento usado por los operadores25), y que cada llamada dura en promedio 1 minuto y 19,8

segundos (equivalente a la duración promedio de las llamadas26 cursadas por las redes de telefonía celular durante el

año 2009 en Chile, según las estadísticas presentadas por la Subsecretaría de Telecomunicaciones, SUBTEL [34]),

es posible determinar la intensidad de tráfico medio por cada suscriptor, en mili Erlangs:

𝑎 = λ ∙ 𝑡𝑚 =1

3600∙ 79,8 =

133

6000= 0,022167 𝐸 ≈ 22,17[𝑚𝐸/𝑠𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟]

Donde λ es la tasa media de generación de llamadas por suscriptor [llamadas/hr], y tm es la duración

promedio de cada llamada [segundos/llamada].

Si se desea ofrecer un grado de servicio tal que el porcentaje de llamadas bloqueadas (es decir, llamadas

que no encuentran un canal de voz disponible cuando lo requieren) no supere el 2% 27, utilizando la formula Erlang B

(ver tabla en Anexo A) se deduce que la máxima carga de tráfico que se puede ofrecer en un sector es

24 Se considerará para el resto de este trabajo que de los 4 canales de radiofrecuencia (4 tramas o Frames TDMA de 8 ranuras o

Time Slots cada uno [48]), sólo basta descontar 1 ranura (TS0) en una de las tramas como canal de control.

25 Dimensionamiento del peor caso: la totalidad de los abonados de la red móvil genera 1 llamada cada hora.

26 Duración promedio anual; corresponde a la duración promedio de cada llamada realizada por los abonados móviles, ca lculada

como el cociente entre el tráfico anual y el número de llamadas para cada año.

27 Se utiliza un grado de servicio del 2% según recomendaciones del estándar GSM como medida de diseño en la industria [13].

Figura 3.2 Grupo de 7 celdas



36

A = 22,83[E], es decir, 𝑛 =22,83

133/6000≈ 1.030 usuarios atendidos por sector. Esto se traduce en un máximo de

1.030 ∙ 3 = 3.090 usuarios por celda, bajo la suposición de 22,17 [mE/suscriptor].

Calculo del número de usuarios atendidos para distintos valores de λ y tm.

Sea N:= número de canales de comunicación en el sector de la celda.

n:= número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender.

B:= grado de servicio o probabilidad de bloqueo.

λ:= tasa media de generación de llamadas por usuario [llamadas/hr].

tm:= tiempo medio de una llamada [segundos/llamada].

µ:= tasa de atención [llamadas/segundos]. 𝜇 =1

𝑡𝑚

a:= intensidad de tráfico de cada suscriptor [mE/suscriptor]. 𝑎 = λ ∙ 𝑡𝑚

A := máxima carga que se puede ofrecer [E]. 𝐴 = 𝑛 ∙λ

𝜇

A continuación se presenta la formula Erlang B:

𝐴𝑁 𝑁!

𝐴𝑘

𝑘!𝑁𝑘=0

= 𝑛 ∙

𝜆𝜇 𝑁

𝑁!

𝑛 ∙

𝜆𝜇 𝑘

𝑘!𝑁𝑘=0

≤ 𝐵 (3.1)

Resolviendo numéricamente28 la ecuación (3.1), considerando un bloqueo del 2%, N = 31, y barriendo todos

los valores factibles para tm 𝜖 15,30,45,… ,240 , 𝜆 𝜖 1,2,3… ,16 , y n 𝜖 1,2,3… ,6.000 , se obtiene el siguiente

gráfico para verificar la relación entre capacidad y duración de las llamadas:

28 Ver código Matlab del programa que resuelve numéricamente la Ecuación 3.1, considerando N = 31 y B <= 0,02 en Anexo B.



37

Gráfico 3.3 Número máximo de usuarios atendidos en función de la duración y cantidad promedio de llamadas, considerando N = 31 y un bloqueo <= 2%.

En el Gráfico 3.3 se simula una situación de catástrofe aumentando la tasa de generación de llamadas29

considerando una disminución en la duración de cada una de ellas.

Observaciones:

Se aprecia una superficie formada por curvas que crecen de manera exponencial a medida que el tiempo de

duración y la tasa de llegadas van disminuyendo.

Se puede evaluar el efecto numérico que tiene el disminuir tm en un factor de 𝛼 (𝛼 𝜖 0,1 ), en términos del

incremento del número de usuarios, de la siguiente manera:

Sea tm:= tiempo medio de duración de una llamada [segundos/llamada].

𝛼 tm:= tiempo medio de duración de una llamada [segundos/llamada] disminuido en un factor de

𝛼 (𝛼 𝜖 0,1 ).

n1:= número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender con un tiempo medio de

duración de las llamadas igual a tm.

n2:= número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender aplicando la disminución de tm

en un factor de 𝛼 (𝛼 𝜖 0,1 ).

29 La tasa de generación de llamadas se dispara explosivamente debido a la necesidad natural de las personas por comunicarse

con sus seres queridos durante e inmediatamente después de ocurrida una situación de catástrofe [2].



38

Gráfico 3.4 n2 VS n1 en función de α

Reemplazando estos valores en la ecuación (3.1), y manteniendo la condición de que ambos casos (tm, 𝛼 tm)

deben cumplir con el mismo valor de B, se tiene que:

𝑛1 ∙ λ ∙ 𝑡𝑚 𝑁 𝑁!

𝑛1 ∙ λ ∙ 𝑡𝑚 𝑘

𝑘!𝑁𝑘=0

= 𝑛2 ∙ λ ∙ 𝛼 ∙ 𝑡𝑚 𝑁 𝑁!

𝑛2 ∙ λ ∙ 𝛼 ∙ 𝑡𝑚 𝑘

𝑘!𝑁𝑘=0

(3.2)

Manipulando algebraicamente la igualdad (3.2), se obtiene:

𝑛1𝑁

(𝑛2 ∙ 𝛼)𝑘( λ ∙ 𝑡𝑚)𝑘

𝑘!

𝑁

𝑘=0= 𝑛2 ∙ 𝛼 𝑁

𝑛1𝑘(λ ∙ 𝑡𝑚)𝑘

𝑘!

𝑁

𝑘=0(3.3)

Mediante reemplazo se puede comprobar que la condición: 𝑛2 =𝑛1

𝛼 (3.4) satisface la igualdad (3.3). Esto

quiere decir, que una disminución en 𝛼 de tm implica un aumento en el número de usuarios que se pueden atender en

un factor de 1/𝛼 veces. Es importante agregar que no debe asumir un valor muy pequeño por dos razones: a) que el

segmento de habla que se reserva todavía sea significativo para el usuario (mayor de 20 segundos), b) que el tiempo

de establecimiento de la llamada sea significativamente menor que la duración de la llamada, para evitar el

congestionamiento por tráfico de señalización.

La conclusión anterior puede observarse en el siguiente gráfico resumen para distintos valores de 𝛼:



39

Ejemplos numéricos.

La condición (3.4) también puede observarse en los siguientes ejemplos.

Para B = 2% y 𝜆 = 5 [llamadas/hr], se observan los siguientes valores de n:

tm 240 225 210 195 180 165 150 135 120 105 90 75 60 45 30 15

n 68 73 78 84 91 99 109 121 136 156 182 219 273 365 547 1095

Si la duración promedio de las llamadas se disminuye de 240 a 30 segundos, es decir 𝛼 = 0,125, entonces

es posible atender 423 usuarios más (de 68 a 547, aumenta ~ ocho veces).

Si la duración promedio de las llamadas se disminuye de 240 a 60 segundos, es decir, 𝛼 = 0,25, entonces

es posible atender 205 usuarios más (de 68 a 273, aumenta ~ cuatro veces).


es posible atender 137 usuarios más (de 68 a 136, aumenta ~ el doble).


es posible atender 23 usuarios más (de 68 a 91, aumenta ~ 1,33 veces).

Si la duración promedio de las llamadas se disminuye de 240 a 210 segundos, es decir, 𝛼 = 0,875,

entonces es posible atender 10 usuarios más (de 68 a 78, aumenta ~ 1,14 veces).

Conclusiones.

1. Se confirma objetivo general de esta estrategia: al limitar la duración de las llamadas, se puede aumentar

la capacidad (número de usuarios que se pueden atender).

2. De la condición 3.4 se concluye que si la duración de las llamadas disminuye en un factor de α veces, el

número de usuarios que el sistema puede atender aumenta 1/α veces, independientemente de los valores

de N, B, 𝜆 y tm.

Problema real.

Una empresa operadora de telefonía móvil en Chile cuenta con 4.000.000 de usuarios totales, de los cuales

se atiende aproximadamente entre el 10 y 15% de ellos en condiciones normales según estudios de

dimensionamiento y comportamiento de las personas [5]. Cuando ocurren situaciones de catástrofe esta cifra aumenta

de forma desproporcionada, donde prácticamente la totalidad de los abonados intentan comunicarse al mismo tiempo.

Entonces, si el operador deseara aumentar de 400.000 (el 10% del total de abonados) a 4.000.000 de

usuarios atendidos en una situación de catástrofe, se debería implementar esta estrategia acortando la duración de

las llamadas considerando α = 0,1. Esto se traduce en una política impráctica ya que si se considera que el

promedio de las llamadas es de aproximadamente 80 segundos según SUBTEL [34], entonces cada llamada duraría



40

Gráfico 3.5 Grado de Servicio (GoS) en función del número máximo de usuarios atendidos, con N = 31 y 𝜶 = 1

8 segundos según la condición (3.4). Naturalmente, este tiempo es insuficiente para tener una conversación con un

intercambio mínimo de información.

Por lo tanto, se concluye que un valor razonable para limitar la duración de las llamadas es aplicar un valor

de α = 0,5 donde cada llamada duraría 40 segundos considerando el promedio entregado por SUBTEL. De esta

forma se pueden atender 800.000 usuarios, pero esta cifra se aleja bastante de la totalidad de usuarios que se desea

atender en una situación de catástrofe (4.000.000).

A continuación se presenta un modelo que recrea el aumento a 4.000.000 de usuarios atendidos para la red

del operador en una situación de catástrofe utilizando la formula Erlang B. El supuesto utilizado para simular el

aumento al total de abonados es que la intensidad de tráfico de cada suscriptor aumenta 10 veces:

𝟏𝟎 ∙ 𝑛 ∙ λ ∙ 𝛼 ∙ 𝑡𝑚 𝑁 𝑁!

𝟏𝟎 ∙ 𝑛 ∙ λ ∙ 𝑡𝑚 𝑘

𝑘!𝑁𝑘=0

≤ 𝐵 (3.4)

Se identifican dos escenarios:

Escenario 1: sin aplicar la estrategia de disminución de la duración de las llamadas (𝜶 = 𝟏).

Resolviendo numéricamente30 la ecuación (3.4), considerando N = 31, 𝛼 = 1, y barriendo todos los valores

factibles para, 𝜆 𝜖 1,2,3… ,15 , n2 𝜖 1,2,3… ,3.000 y B 𝜖 [0,1], se obtiene el siguiente gráfico para verificar la

relación entre grado de servicio (GoS)31 y número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender:

30 Ver código Matlab del programa que resuelve numéricamente la Ecuación 3.4, considerando α N = 31 y 𝛼 = 1 en Anexo C.

31 Se denomina grado de servicio (GoS) al porcentaje de llamadas que no pueden ser atendidas al estar operando el sistema en

plena carga. En este caso se llama grado de servicio a la probabilidad de bloqueo.



41

Gráfico 3.6 Grado de Servicio (GoS) en función del número máximo de usuarios atendidos, con N = 31 y 𝜶 = 0,5.

Escenario 2: Aplicando la estrategia de disminución de la duración de las llamadas a la mitad

(𝛂 = 𝟎,𝟓).

Resolviendo numéricamente32 la ecuación (3.4), considerando N = 31, α = 0,5, y barriendo todos los valores

factibles para, 𝜆 𝜖 1,2,3… ,15 , n 𝜖 1,2,3… ,5.000 y B 𝜖 [0,1], se obtiene el siguiente gráfico para verificar la

relación entre grado de servicio (GoS) y número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender:

Al comparar el Gráfico 3.3 con los Gráficos 3.5 y 3.6 se aprecia que en una situación de catástrofe el número

máximo de usuarios que el sistema podrá atender va a disminuir debido a la congestión que se presenta al estar

operando el sistema en plena carga (bajo el supuesto de que la intensidad de tráfico de cada suscriptor aumenta 10

veces). Por esta misma razón, el grado de servicio o porcentaje de llamadas que no se pueden atender, también va en

aumento.

Finalmente, comparando los Gráficos 3.5 y 3.6 se observa que la única diferencia entre ellos es que en el

Gráfico 3.6 se atienden el doble de personas debido a la reducción de tm en un factor de α = 0,5. Se concluye

entonces si bien esta estrategia no permite mitigar congestión en situaciones de catástrofe, sí permite aumentar el

número de usuarios atendidos.

32 Ver código Matlab del programa que resuelve numéricamente la Ecuación 3.4, considerando N = 31 y 𝛼 = 0,5 en Anexo D.



42

3.2 Sacrificar QoS para aumentar canales de voz.

En esta sección se especifican los mecanismos necesarios para degradar la calidad de la señal de voz con el

objetivo de aumentar el número de canales de voz en circunstancias de congestión extremas. A su vez, se describen

las plataformas y componentes que participarían en una eventual implementación, se presentan antecedentes de una

empresa operadora de telefonía móvil en Chile durante momentos de alta congestión, se realiza una cuantificación de

la estrategia, y se muestran los aportes esperados para poder aumentar el número de usuarios atendidos durante

situaciones extremas.

3.2.1 Objetivos de degradar la voz durante alta congestión y catástrofes.

En una situación de catástrofe lo más relevante es comunicar rápida y satisfactoriamente al mayor número de

personas posible, dado el contexto de alta congestión de tráfico de voz. La idea que se plantea con esta estrategia es

implementar codecs de compresión de voz para poder disminuir el ancho de banda requerido por cada llamada.

De esta forma, todas las llamadas telefónicas tendrán menor calidad de la señal transmitida, pero se podrá soportar

un mayor número de conexiones simultáneas, es decir, se aumentará el número de personas comunicadas.


En el Subsistema de Radio (BSS) o Red de Acceso del sistema GSM existen dos tipos de Canales Lógicos:

los Canales de Control (CCH) y los Canales de Tráfico (TCH). Una vez que ya se ha realizado la señalización del Call

Setup satisfactoriamente en el canal de control Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH), la Controladora de

Estación Base (BSC) le ordenará al dispositivo móvil (MS) que transmita la información en el canal de tráfico cuando

éste se encuentre disponible. Es tarea del BSC asignar un codec de compresión de voz, realizar la señalización

correspondiente, y asignar el canal de tráfico disponible en la estación base (BTS). Finalmente, el dispositivo móvil y

la controladora BSC avisan a la central MSC que ya se puede liberar el canal de control SDCCH utilizado [37].

El canal de tráfico soporta los siguientes codecs: GSM Full Rate (TCH-FR), GSM Half Rate (TCH-HR), GSM

Enhanced Full Rate (TCH-EFR), 3GPP Adaptive Multi Rate-Half Rate (AMR-HR), y 3GPP Adaptive Multi Rate-Full

Rate (AMR-FR), estos dos últimos correspondientes a los sistemas 3G33. En la Tabla 3.1 se presenta un resumen con

los detalles técnicos de cada codec:

33 Para mayor información acerca de estos codecs, ver http://en.wikipedia.org/wiki/GSM#Voice_codecs en [10] (inglés).

http://en.wikipedia.org/wiki/GSM#Voice_codecs



43

Tabla 3.1 Velocidad de transmisión, características y uso de los codecs soportados por el canal de tráfico.

Nombre del codec Velocidad de transmisión Características Uso

Full Rate / TCH-FR / GSM-FR 13 [Kbits/seg]. La información de un usuario

se envía en una ranura de

tiempo, en cada trama.

Primer codec usado en

GSM [10][42].

Half Rate / TCH-HR / GSM-HR 6,5 [Kbits/seg]. La información de un usuario

se envía en una ranura de

tiempo, trama por medio.

Tiene mitad de calidad de

voz que TCH-FR pero doble

de capacidad.

Uso sugerido cuando la

carga del dispositivo sea

baja, ya que ahorra un

30% de energía [42].

Enhanced Full Rate / TCH-

EFR / GSM-EFR

12,2 [Kbits/seg]. Desarrollado para mejorar la

calidad de voz del TCH-FR

[43].

Consume un 5%

adicional de batería [43].

Adaptive Multi Rate-Full Rate

/ AMR-FR / 3GPP-AMR-FR

12,2 [Kbits/seg];10,2[Kbits/seg];7,95[Kbits/seg];

7,40[Kbits/seg];6,70[Kbits/seg];5,90[Kbits/seg];

5,15[Kbits/seg]; 4,75[Kbits/seg] [44].

Velocidad de transmisión se

adapta según las

condiciones de interferencia

del canal [10].

En momentos de alta

congestión, el codec

AMR usa bajas

velocidades de

transmisión para

aumentar

dinámicamente la

capacidad de las celdas

en desmedro de la

calidad de voz. Este

codec es utilizado por

redes UMTS (3G) [45].

Adaptive Multi Rate-Half Rate

/ AMR-HR / 3GPP-AMR-HR

7,95[Kbits/seg]; 7,40[Kbits/seg]; 6,70[Kbits/seg];

5,90[Kbits/seg]; 5,15[Kbits/seg]; 4,75[Kbits/seg]

[44].

Velocidad de transmisión se

adapta según las

condiciones de interferencia

del canal. Menos robusto y

menor calidad de voz que

AMR-FR pero mayor

capacidad [10].

En el Subsistema de Radio (BSS) existe una plataforma que realiza el trabajo de asignación de los codecs

de compresión de voz en las Controladoras de Estación Base (BSC). Esta plataforma recibe el nombre de

Controladora de Transcodificación34 o Transcoder Controller (TRC) y contiene los recursos de transcodificación de

cada codec (ver Figura 3.3). Esta controladora organiza estos recursos separándolos en “piscinas” o pools de

transcodificación, donde cada pool contiene un tipo de codec distinto, por ejemplo, Full Rate (THC-FR), Enhanced Full

Rate (TCH-EFR), o Half Rate (TCH-HR) [44].

34 Se denomina transcodificar (del inglés transcoding) a la conversión directa (de digital a digital) de un codec a otro. Puede ser

con o sin pérdida de calidad, dependiendo del codec usado [46].



44

En la Figura 3.3 se muestra una arquitectura típica del Subsistema de Radio (BSS) considerando la

Controladora de Transcodificación (TRC). La controladora BSC/TRC participa en la señalización (línea punteada) del

Call Setup asignando el canal de tráfico con su respectivo codec a la estación base (BTS) y ésta al dispositivo móvil

(MS).


A continuación se muestran las estadísticas de los codecs de compresión de voz utilizados por las estaciones

base (BTS) y los dispositivos móviles (MS) en la Red de Acceso de una empresa operadora de telefonía móvil en

Chile. Esta información contiene el comportamiento del tráfico registrado por cada codec utilizado durante el mes de

octubre de 2010 en una máquina controladora BSC:

Gráfico 3.7 Tráfico [E] de los canales TCH, TCH-FR, TCH-HR, SDCCH, Capacidad TCH, Capacidad SDCCH de la máquina BSC1303 VS Día de observación. Fuente: operadora de telefonía móvil, Red de Acceso.

Figura 3.3: Elementos involucrados en la asignación de los codecs de compresión de voz, donde MS = Dispositivo Móvil, BTS = Estación Base, BSC/TRC = Controladora de Estación Base y de Transcodificación, MSC = Central de Conmutación. Fuente: Ericsson [44].



45

En el Gráfico 3.7 se presentan curvas de tráfico de voz procesado en una BSC35 de la red de una empresa

operadora de telefonía móvil. Se aprecia en amarillo y café las capacidades máximas (en Erlangs) de los canales de

tráfico (TCH) y de control (SDCCH) respectivamente, mientras que en verde y rosado se muestra el tráfico cursado

(en Erlangs) de los canales usando los codecs GSM Full Rate (TCH-FR) y GSM Half Rate (TCH-HR). La curva roja es

el tráfico total cursado del canal SDCCH y la suma del tráfico de TCH-FR y TCH-HR es representada en la curva azul

(tráfico TCH total cursado36), y muestra un comportamiento de alta congestión durante los días viernes de todo el mes

de octubre (días 8, 15, 22, y 29).

Es interesante notar el comportamiento del tráfico de los codecs GSM Full Rate (TCH-FR) y GSM Half Rate

(TCH-HR) porque aquí es donde se planea estudiar la implementación del cambio forzado de los codecs de

compresión de voz de Full Rate a Half Rate. De esta forma se disminuye la calidad de la voz, y así se obtiene un

mayor número de usuarios atendidos. La idea es, entonces, minimizar el tráfico TCH-FR para darle prioridad al

tráfico TCH-HR cambiando manualmente las configuraciones en los pools de los codecs de las Controladoras de

Estación Base y de Transcodificación (BSC/TRC)37.

3.2.4 Cuantificación y modelo.

Un frame (trama) consiste en un número consecutivo de time slots (ranuras de tiempo), donde cada ranura es

asignada a un usuario individual. Por cada trama TDMA de 8 ranuras se debe descontar 1 Time Slot como canal de

control (TS0) donde para efectos de dimensionamiento el resto de las 7 ranuras quedan disponibles para canales de

tráfico de voz, pero considerando una celda trisectorial con 4 canales de radiofrecuencia por sector (Ver Figura 3.2),

basta descontar el canal de control sólo en una de las portadoras TDMA. Cada ranura tiene una duración de 576,92

[µseg], por lo que cada trama TDMA tendrá una duración de 4,615 [ms], tal y como muestra en la Figura 3.5 38[48].

Para modelar la implementación de esta estrategia, es imprescindible comprender el funcionamiento a nivel

de tramas de los codecs GSM Full Rate (TCH-FR) y GSM Half Rate (TCH-HR). En la Figura 3.5 a) se puede apreciar

que cuando se utiliza Full Rate, la información de un usuario se envía en una ranura de tiempo, en cada trama,

mientras que en la Figura 3.5 b) la información de un usuario se envía también en una ranura de tiempo, pero esta

vez se envía trama por medio. En este último caso se está transmitiendo la voz en Half Rate, donde dos usuarios

pueden compartir una misma ranura de tiempo transmitiendo alternadamente, trama por medio.

35 Es tarea de la controladora BSC asignar un codec de compresión de voz.

36 La capacidad máxima de los TCH y SDCCH, y el tráfico cursado en los TCH y SDCCH se presentan en Erlangs.

37 Ilustrativamente, en el Gráfico 3.7 esto se reflejaría en que la curva rosada (TCH-HR) se acercaría a la curva azul (TCH Total) y

que la curva verde (TCH-FR) se acercaría a 0.

38 Figura obtenida desde los apuntes de la asignatura de Telecomunicaciones Inalámbricas (ELO346).



46

Entonces, para presentar un modelo simplificado que pueda recrear las condiciones de un cambio en la tasa

de compresión de voz de Full Rate a Half Rate en los canales de tráfico, se puede suponer el mismo escenario

hipotético de la Subsección 3.1.4, y de la Figura 3.2, con la diferencia de que esta vez se cuenta con 64 canales Half

Rate de comunicación por sector, pero dos de ellos deben ser usados en modalidad Full Rate porque corresponden al

canal de control. Descontando el canal de control, se tienen entonces N = 64 – 2 = 62 canales de voz por cada sector

de celda.

Entonces, resolviendo numéricamente39 la ecuación (3.1), considerando un grado de servicio del 2%, N = 62,

y barriendo todos los valores factibles para tm 𝜖 15,30,45,… ,240 , 𝜆 𝜖 1,2,3… ,16 , y n 𝜖 0,1,2,3… ,13.000 ,

se obtiene el siguiente gráfico para verificar la relación entre capacidad y un cambio en el codec de voz utilizado:

39 Ver código Matlab del programa que resuelve numéricamente la Ecuación 3.1, considerando N = 62 y B <= 0,02 en Anexo E.

a)

b)

Figura 3.5 a) Transmisión del canal de tráfico de voz utilizando el códec GSM Full Rate (TCH-FR) b) Transmisión del canal de tráfico de voz utilizando el códec GSM Half Rate (TCH-HR) 39.



47

Gráfico 3.8 Número máximo de usuarios atendidos en función de la duración y cantidad promedio de llamadas, considerando N = 62 y un bloqueo <= 2%.

Gráfico 3.9 GSM Full Rate (TCH-FR) V/S GSM Half Rate (TCH-HR), considerando un bloqueo <= 2%.

Observaciones:

Al igual que en la Subsección 3.1.4, se aprecian superficies formadas por curvas que crecen de manera

exponencial a medida que el tiempo de duración y la tasa de llegadas van disminuyendo. Para poder comparar de mejor

manera un escenario Full Rate con uno Half Rate se han confeccionado el Gráfico 3.9:



48

En el Gráfico 3.9 se aprecia en rojo la superficie formada por las curvas analizadas para Full Rate, que se

encuentra por debajo de las superficies azules formadas por las curvas pertenecientes a Half Rate. Las curvas crecen

de manera exponencial a medida que el tiempo de duración y la tasa de llegadas van disminuyendo, pero la diferencia

radica en que la superficie Half Rate alcanza poco más del doble40 del número de usuarios que el sistema podrá

atender en relación a la superficie Full Rate.

Conclusiones.

1. Se confirma objetivo general de esta estrategia: al cambiar los codecs de Full Rate a Half Rate, se puede

aumentar la capacidad (número de usuarios que se pueden atender).

2. Si se degrada la voz cambiando los codecs de Full Rate a Half Rate, se puede atender en promedio 2,3

veces el número de conexiones normales en las celdas que experimenten mayor congestión, pero con una

QoS reducida.

3. No se ha comprobado que el grado de servicio de acceso al canal de señalización RACCH (Random Access

Channel) es suficientemente bajo como para garantizar que efectivamente se pueda atender el incremento

de llamadas al pasar de Full Rate a Half Rate. Sin embargo, hay dos aspectos que permiten suponer que

esto no es un impedimento: los tiempos de ocupación en lo relativo a señalización son mucho más breves en

el caso de los canales de subida, donde se realiza un acceso mediante un sistema ALOHA y, por otro lado

en el canal de bajada, no hay contienda, sino simplemente mensajes de paginación más largos. Pero, por

otro lado y más importante, la política que se invoca es parte del estándar GSM, lo que significa que este

análisis ya fue realizado.

Problema real.

A continuación se presenta un modelo que recrea el aumento a 4.000.000 de usuarios atendidos por la red

de una operadora de telefonía móvil en Chile en una situación de catástrofe, utilizando la formula Erlang B. El

supuesto utilizado para simular el aumento al total de abonados es que la intensidad de tráfico de cada suscriptor

aumenta 10 veces.

Sea: n:= número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender utilizando el codec Full Rate

(en cuyo caso, N = 31) o el codec Half Rate (en cuyo caso, N = 62):

𝟏𝟎 ∙ 𝑛 ∙ λ ∙ 𝑡𝑚 𝑁 𝑁!

10 ∙ 𝑛 ∙ λ ∙ 𝑡𝑚 𝑘

𝑘!𝑁𝑘=0

≤ 𝐵 (3.5)

40 En promedio, el número de usuarios que se puede atender bajando la tasa de transmisión a Half Rate es 2,3 veces el número

de usuarios atendidos en modalidad Full Rate considerando un bloqueo del 2%.



49

Gráfico 3.10 Grado de Servicio (GoS) en función del número máximo de usuarios atendidos, con N = 31 y tm = 80[s]

Se identifican dos escenarios:

Escenario 1: sin aplicar la estrategia del cambio de codecs de Full Rate a Half Rate.

Resolviendo numéricamente41 la ecuación (3.5), considerando N = 31, tm = 80 segundos42, y barriendo todos

los valores factibles para, 𝜆 𝜖 1,2,3… ,15 , n 𝜖 1,2,3… ,3.000 y B 𝜖 [0,1], se obtiene el siguiente gráfico43 para

verificar la relación entre grado de servicio (GoS) y número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender:

Escenario 2: aplicando la estrategia del cambio de codecs de Full Rate a Half Rate.

Resolviendo numéricamente44 la ecuación (3.5), considerando N = 62, tm = 80 segundos, y barriendo todos los

valores factibles para, 𝜆 𝜖 1,2,3… ,15 , n 𝜖 1,2,3… ,6.000 y B 𝜖 [0,1], se obtiene el siguiente gráfico para

verificar la relación entre grado de servicio (GoS) y número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender:

41 Ver código Matlab del programa que resuelve numéricamente la Ecuación 3.4, considerando N = 31 y tm = 80[s] en Anexo C.

42 Durante el año 2009 en Chile cada llamada duró en promedio 1 minuto y 19,8 segundos, según las estadísticas presentadas

por la Subsecretaría de Telecomunicaciones, SUBTEL [34].

43 Note que es el mismo Gráfico 3.5.

44 Ver código Matlab del programa que resuelve numéricamente la Ecuación 3.4, considerando N = 62 y tm = 80[s] en Anexo F.



50

Gráfico 3.11 Grado de Servicio (GoS) en función del número máximo de usuarios atendidos, con N = 62 y tm = 80[s].

En los Gráficos 3.10 y 3.11 se aprecia que el grado de servicio o porcentaje de llamadas que no se pueden

atender, va en aumento debido a la presencia de alta congestión. La única diferencia entre ambas figuras es que en el

Gráfico 3.11 se atienden en promedio 2,3 veces el número de personas que las del Gráfico 3.10 debido al aumento de

los canales de voz de 31 a 62 gracias al cambio de Full Rate a Half Rate. Se concluye entonces que esta estrategia

permite aumentar el número de usuarios atendidos, a pesar del alza en la congestión del sistema.



51

3.3 Configurar la red para uso preferente de SMS.

En esta sección se realiza una descripción breve sobre el funcionamiento del servicio SMS, con énfasis en el

posible uso de esta herramienta en momentos de alta congestión. Además, se presentan estadísticas sobre el

comportamiento de este servicio durante emergencias, y se plantean las ventajas y los objetivos de aplicar una

estrategia que modifique la configuración de las redes de telefonía móvil para privilegiar el uso de SMS.

3.3.1 Objetivos de usar SMS durante alta congestión y catástrofes.

Creado en la década de los 80 cuando las llamadas de voz eran consideradas como el uso primario de los

dispositivos móviles, el servicio SMS fue diseñado como un servicio secundario para utilizar los canales de

señalización y otros recursos no demandados por las llamadas de voz. Si estos recursos no se encuentran disponibles

o si es que el envío del mensaje falla, los SMS se almacenan en la Central SMS (SMSC) hasta que exista capacidad

disponible en la red, momento en que son enviados a destino [35]. La característica de la información de SMS es que

usa los canales de control o señalización por menor tiempo que la información de voz y requiere menor ancho de

banda. Un mensaje SMS puede contener hasta un máximo de 140 bytes (1120 bits) de información, lo que se traduce

en un máximo de 160 caracteres de 7 bits del alfabeto inglés o caracteres latinoamericanos. Esta información viaja por

los canales de control Stand alone Dedicated Control Channels (SDCCH) y tienen un tiempo medio de uso del mismo

del orden de los 6,2 segundos (depende del largo del mensaje) [41].

Precisamente, estas características de la información SMS hacen que este servicio sea tan relevante para

enfrentar situaciones de catástrofe, ya que en presencia de alta congestión de los canales de voz, existe la posibilidad

de transmitir información mediante tráfico SMS en los canales de control y almacenarlos mediante el encolado de

mensajes en el buffer del SMSC [36] si fuera necesario enviarlos a destino posteriormente. El objetivo es, entonces,

configurar la red para uso prioritario de SMS.


Para proveer el servicio de mensajería SMS se necesitan los elementos que se muestran en la topología de

red de la Figura 3.6, donde se puede apreciar que la plataforma SMSC se conecta mediante señalización SS7/C7 a

los routers STP de la red, y desde éstos a la base de datos HLR. Aquí se verifica cuál es la central MSC donde esté

registrado un usuario específico y desde aquí se encuentra al terminal móvil (MS) que está siendo cubierto por la

celda de la estación base (BTS) que corresponda. Los controladores BSC o RNC gestionan varias estaciones base.



52

BTSMS

BTSMS

RNC

MGw

Señalización SS7

Voz y Datos

CS

STPBSC

HLR

MSC SMSC

InterOperadores

FirewallSMPP

Internet

ESME’s

Prepago

Las plataformas y componentes que participan en el envío de información SMS son las siguientes:

a) Red de Acceso: también llamada Subsistema de Estación Base (BSS). Aquí se origina el mensaje de texto

desde las estaciones base (BTS o Node B) hacia las controladoras (BSC o RNC).

b) Red Core de Voz: también llamada Subsistema de Red y Conmutación (NSS). La información SMS continúa

hacia la central MSC, desde donde se consulta información del abonado a la base de datos HLR y a la

plataforma de Prepago mediante el router señalizador STP.

c) Plataforma SMSC: provee el servicio de mensajería SMS a los usuarios móviles, que por este medio tienen

la posibilidad de recibir y enviar mensajes hacia y desde otros usuarios de la misma red del operador, desde

y hacia usuarios de otras compañías móviles (Inter Operadores), desde y hacia usuarios de compañías de

otros países con los que se tenga acuerdos, y desde y hacia servicios mediante numeración corta, tales

como trivias, concursos, y otros similares.

Figura 3.6: Elementos involucrados en el servicio SMS, donde SMPP = Short Message Peer-to-Peer Protocol, ESME = External Short Messaging Entity. Fuente: operadora de telefonía móvil, Red de Acceso y Red Core.



53


La empresa operadora de telefonía móvil estudiada posee una central SMSC para todo su sistema de

telefonía móvil, que posee una capacidad de procesamiento de 340 [MPS] (mensajes por segundo). Durante los

meses de enero y junio del año 2010 se pudo apreciar el siguiente comportamiento de esta plataforma (ver Tabla 3.2):

Mes Capacidad Instalada [MPS] Capacidad utilizada [MPS] Utilización

Ene-10 340 172,88 51%

Feb-10 340 145,06 43%

Mar-10 340 243,37 72%

Abr-10 340 190,02 56%

May-10 340 167,14 49%

Jun-10 340 199,40 59%

Promedio 340 186,31 55%

Esta información se presenta gráficamente a continuación:

172,88

145,06

243,37

190,02

167,14

199,4

51%

43%

72%

56%

49%

59%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

0

50

100

150

200

250

300

Ene-10 Feb-10 Mar-10 Abr-10 May-10 Jun-10

% d

e u

tiliz

ació

n

N°

de

MP

S

Mes de observación

Plataforma SMSC - Capacidad Utilizada

Capacidad utilizada (MPS)

% Utilización

Tabla 3.2 Capacidad instalada y porcentaje de utilización la Plataforma SMSC. Fuente: Comverse.

Gráfico 3.12 Número de mensajes por segundo y porcentaje de utilización de la Plataforma SMSC VS Mes de observación. Fuente: Comverse.



54

En el Gráfico 3.12 se puede observar que el mayor tráfico de SMS ocurrió durante el mes de marzo, que

alcanzó una tasa máxima de 244 [MPS], atribuible a los mensajes que se enviaron durante y después de las réplicas

percibidas el día 11 de ese mes45. Naturalmente, lo anterior implica que también se presentó el mayor procesamiento

de CPU de la central SMSC con un 72% de utilización, casi alcanzando el máximo recomendado por el fabricante46.

Entonces, el objetivo es configurar la red para uso preferente de SMS dejando la suficiente holgura como para evitar

llegar al umbral de utilización de CPU que recomienda el proveedor, ya que de lo contrario, la plataforma podría no

cumplir con los requerimientos de calidad de servicio de la mensajería SMS (e.g. pérdida de mensajes).

3.3.4 Cuantificación y modelo.

Esta estrategia propone reasignar los recursos ociosos reservados por los canales de tráfico de voz (TCH)

para obtener momentáneamente un mayor número de canales de control Stand alone Dedicated Control Channels

(SDCCH), que es por donde viaja la información SMS. De esta forma se forzaría a los usuarios a generar menos

tráfico de voz para aumentar la capacidad de procesamiento de un mayor número de mensajes de texto.

Para poder cuantificar y modelar el tráfico SMS, se puede suponer el mismo escenario hipotético de la

Subsección 3.1.4, de la Figura 3.2, y usar la formula (3.1) de la Erlang B, pero aplicada a los canales de control

SDCCH:

Calculo del número de usuarios SMS atendidos para distintos valores de λSMS y tm-SDCCH.

Sea NSDCCH:= número de canales de comunicación SMS en el sector de la celda.

nSMS:= número máximo de usuarios SMS que el sistema será capaz de atender.

BSDCCH:= grado de servicio o probabilidad de bloqueo de los canales SDCCH.

λSMS := tasa media de generación de mensajes SMS por usuario [mensajes/hr].

tm-SDCCH:= tiempo medio de uso del canal SDCCH [segundos/mensaje].

45 Como referencia, el mayor tráfico SMS del año 2008 se observó durante el mes de septiembre, con un total de 144.836.139

mensajes enviados, mientras que el máximo del año 2009 fue durante el mes de octubre, con 152.927.410 mensajes. El año 2010

hay un quiebre en esta tendencia ya que durante el mes de marzo se produce un máximo anual e histórico de 188.335.743

mensajes enviados, según las estadísticas presentadas por la Subsecretaría de Telecomunicaciones, SUBTEL [34].

46 Los proveedores generalmente recomiendan un uso cercano al 80%. Comverse, fabricante de centrales SMSC, y Ericsson,

fabricante de centrales MSC, recomiendan un umbral del 77% de utilización de CPU. Cifras bajo estos umbrales permiten a los

proveedores garantizar estándares aceptables de calidad de servicio en el procesamiento de la información SMS.



55

Datos.

Los canales de control SDCCH son imprescindibles para el establecimiento de las llamadas, por lo que si se

presenta una alta congestión SDCCH aún teniendo canales de voz (TCH) desocupados, las llamadas no

podrán realizarse. Es por esto que la probabilidad de bloqueo de los canales SDCCH debe ser

significativamente menor que la de los canales de voz, por lo cual se utilizará el siguiente criterio: BSDCCH =

0,02 / 5 = 0,004 [41].

El tiempo medio de uso o mean holding time del canal de control SDCCH para enviar un mensaje SMS es

del orden de: tm-SDCCH = 6,2 segundos (dependiendo del largo del mensaje) [41].

Problema real.47

Para obtener un rango apropiado de λSMS, se puede recurrir a la información obtenida desde la operadora de

telefonía móvil estudiada en la Subsección 3.3.3. Considerando que la red de esta empresa tiene

aproximadamente 4.000.000 de usuarios y que la tasa máxima de SMS observada en los meses de enero a

junio del 2010 fue de 244 [MPS] en marzo (ver Tabla 3.2 y Gráfico 3.11), se obtiene que la tasa de SMS por

hora del mes de mayor congestión es de:

𝑆𝑀𝑆 𝑝𝑜𝑟 ℎ𝑜𝑟𝑎 = 244 ∙ 3600 = 878.400 [𝑀𝑃𝐻]

Luego, para cada usuario de la red:

𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑚á𝑥𝑖𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑆𝑀𝑆 𝑝𝑜𝑟 𝑐𝑎𝑑𝑎 𝑢𝑠𝑢𝑎𝑟𝑖𝑜 = 𝜆𝑆𝑀𝑆 =878.400

4.000.000= 0,2196 [

𝑀𝑃𝐻

𝑆𝑢𝑏𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟]

Por lo tanto, para graficar 16 valores distintos se ha seleccionado el siguiente rango para la tasa de

envío de mensajes SMS: 𝜆𝑆𝑀𝑆 𝜖 0,013725; 0,02745;… ; 0,2196 .

Los canales lógicos de GSM pueden ser mapeados en un canal físico o physical channel, que es una

combinación del número de ranura (TSn) con el Número Absoluto de Canal de RF (ARFCN o Absolute Radio

Frequency Channel Number) [48]. El canal lógico Stand alone Dedicated Control Channel (SDCCH) puede

ser mapeado en un canal físico dividiéndose en 4 u 8 sub-canales: SDCCH/4 (0…3) o SDCCH/8 (0…7),

donde los números que aparecen entre paréntesis son las identificaciones de asignación para cada sub-

canal [49].

47 El modelo utilizado por los ingenieros de una operadora de telefonía móvil considera distintos perfiles de tráfico de voz por

usuario (ver Anexo G).



56

El modelo matemático que se presenta a continuación recrea las condiciones de reasignación de recursos

reservados por los canales de voz (TCH) para obtener 8 sub-canales SDCCH adicionales por cada ranura de tiempo

(Time Slot), considerando que por cada trama TDMA de 8 ranuras se debe descontar 1 ranura como canal de control

(TS0). Esto se consigue variando el número de canales de comunicación SMS en el sector de celda (NSDCCH) según

cada uno de los siete casos de asignación que se puedan presentar (ver Tabla 3.3):

Caso SDCCH/8 TCH NSDCCH

1 TS1 TS2, TS3, TS4, TS5, TS6, TS7 8

2 TS1, TS2 TS3, TS4, TS5, TS6, TS7 16

3 TS1, TS2, TS3 TS4, TS5, TS6, TS7 24

4 TS1, TS2, TS3, TS4 TS5, TS6, TS7 32

5 TS1, TS2, TS3, TS4, TS5 TS6, TS7 40

6 TS1, TS2, TS3, TS4, TS5, TS6 TS7 48

7 TS1, TS2, TS3, TS4, TS5, TS6, TS7 0 56

Entonces, resolviendo numéricamente48 la ecuación (3.1), considerando tm-SDCCH = 6,2 [segundos] y un

bloqueo del 0,4%, barriendo todos los valores factibles para 𝜆𝑆𝑀𝑆 𝜖 0,013725; 0,02745;… ; 0,2196; 5,10 , y n

𝜖 0,1,2,3,… ,1.800.000 , se obtienen los siguientes gráficos para verificar la relación entre capacidad y número de

canales SDDCH utilizados:

Caso 1.

48 Ver código Matlab del programa que resuelve numéricamente la Ecuación 3.1, considerando distintos valores para NSDCCH y

BSDCCH <= 0,004 en Anexo H.

Tabla 3.3 Número de canales SDCCH disponibles según cada caso de asignación de canales SDCCH/8 y TCH.

Gráfico 3.13 Caso 1: Número máximo de usuarios SMS atendidos, considerando tm = 6,2[s], NSDCCH = 8 y B <= 0,4%



57


Caso 2.

Caso 3.

Caso 4.





58


Caso 5.

Caso 6.

Caso 7.





59

Observaciones:

En los Gráficos 3.13 a 3.19 se aprecian curvas que decrecen de manera exponencial a medida que la tasa de

llegadas de mensajes SMS va aumentando.

Finalmente, se ha confeccionado el siguiente gráfico resumen del número máximo de usuarios SMS

atendidos en función del número de canales SDCCH asignados para tráfico SMS considerando valores promedio para

la tasa de llegadas SMS49 (λSMS = 0,16 [mensajes/hora]) y tiempo de uso del canal SDCCH (tm-SDCCH = 6,2 [segundos]):

Conclusiones.

1. Del Gráfico 3.20 se confirma objetivo general de esta estrategia: al configurar la red para uso

preferente de SMS se logra atender una cantidad significativamente mayor de usuarios que

los atendidos por canales de voz en momentos de congestión. Sin embargo, debe destacarse

que esta solución debe ir acompañada por una inversión adicional en la central SMS, ya que los

existentes no son capaces de sustentar un servicio SMS como el que se propone. Los mensajes

pueden llegar con medio día de atraso o simplemente desaparecer por congestión.

49 Según datos de la operadora de telefonía móvil estudiada, el valor promedio de λSMS entre enero y junio del año 2010 fue de

186,31 [MPS] (ver Tabla 3.2), es decir, 186 ∙ 3.600 4.000.000 ≈ 0,16 [𝑀𝑃𝐻/𝑆𝑢𝑠𝑐𝑟𝑖𝑝𝑡𝑜𝑟].

Gráfico 3.20 Resumen: Número máximo de usuarios SMS atendidos en función de NSDCCH, considerando B <= 0,4%,

𝛌𝛌SMS = 0,16 [mensajes/hora] y tm-SDCCH = 6,2 [segundos]



60

2. Si se aumenta el número de canales de control SDCCH reasignando los recursos de los canales de

voz (TCH), se puede atender en promedio:

a. 3,00 veces el número de usuarios si se aumenta el número de canales NSDCCH de 8 a 16.

b. 1,76 veces el número de usuarios si se aumenta el número de canales NSDCCH de 16 a 24.

c. 1,46 veces el número de usuarios si se aumenta el número de canales NSDCCH de 24 a 32.

d. 1,34 veces el número de usuarios si se aumenta el número de canales NSDCCH de 32 a 40.

e. 1,25 veces el número de usuarios si se aumenta el número de canales NSDCCH de 40 a 48.

f. 1,20 veces el número de usuarios si se aumenta el número de canales NSDCCH de 48 a 56.

3. Al comparar los gráficos obtenidos para las estrategias 3.1 y 3.2 (canales de voz) con los de la

estrategia 3.3 (canales SMS), se puede concluir que el impacto de la tercera estrategia es mayor

desde el punto de vista del número máximo de usuarios que el sistema será capaz de atender. Esto

se debe a la reasignación de recursos de los canales de voz para obtener 8 sub-canales SMS

adicionales por cada ranura de tiempo de cada trama TDMA de 8 ranuras.



61

4. Implementación de estrategias.

En este capítulo se estudia la factibilidad técnica de implementar en la práctica cada una de las estrategias

propuestas en el Capítulo 3. Para ello se estudió la documentación disponible para configurar mecanismos que

busquen aumentar el número de usuarios con acceso al servicio de telefonía móvil durante e inmediatamente

después de ocurrida una situación de catástrofe. La documentación corresponde a componentes y plataformas de la

Red Core y Red de Acceso de Ericsson funcionando en una empresa operadora de telefonía móvil en Chile.

4.1 Limitar tiempo de duración de llamadas.

Según información entregada por Ericsson [38], la temporización de las llamadas es posible mediante la

configuración manual de la central MSC en la Red Core. Esto se realiza mediante el comando de consola del

mecanismo especial (feature) llamado Call Duration Supervision, Long Duration Call, Change (CDLCC), que

consiste en cambiar la función de supervisión del tiempo de la duración de las llamadas y desconexión de las

identificadas como de “larga duración” durante el Call Setup Request Message.

El comando, abreviado CDLCC, se describe a continuación:

/ \

/ \ | / \|

|DEFAULT| | |DEFAULT||

CDLCC:+ IO=+io + |,TDHM=+ | + ;

|OWN | | |tdhm ||

\ / | \ /|

\ /

Donde el primer parámetro IO (output) selecciona el dispositivo que mostrará la salida del comando;

DEFAULT toma el valor por omisión, o bien, OWN, que envía la orden de imprimir por pantalla directamente al

dispositivo remoto que ejecutó el comando.

El segundo parámetro, TDHM (time duration), define un umbral de tiempo determinado que define una

llamada como de “Larga Duración” para cortarla. Se expresa en hh (horas, 00-12) y mm (en minutos, 00-50), y donde

DEFAULT deja el valor 0100 por omisión. La duración mínima que se permite temporizar cada llamada es de 10

minutos, y la máxima es de 12 horas. Además, el tiempo que se desee ingresar debe ser especificado en pasos de

10 minutos cada uno.



62

Ejemplo:

CDLCC:TDHM=0110, IO=OWN;

Una llamada que dure más de 1 hora con 10 minutos es considerada como “Llamada de Larga Duración” y

será desconectada. El resultado de la operación será impreso por pantalla.

4.2 Sacrificar QoS para aumentar canales de voz.

Para implementar manualmente el cambio de los codecs de compresión de voz de las llamadas, se

puede recurrir a la documentación asociada al mecanismo especial (feature) llamado Radio Transmission

Transcoder Pool de las Controladoras de Estación Base y Transcodificación (BSC/TRC)50 Ericsson [39].

Ejemplo:

A modo ilustrativo, usando el comando RRTPP:TRAPOOL=ALL; se obtiene la configuración de los pools

de los transcoders51 de una BSC/TRC de la Red de Acceso, información que se presenta en el Cuadro 4.1, donde la

columna TRAPOOL especifica el algoritmo de compresión de la pool o piscina de transcoders correspondiente; la

columna CHRATE es el tipo de codec de voz (i.e. Full Rate o Half Rate); la columna POOLACT es el número de

canales de voz (TCH) activos listos para usar esa compresión de voz; la columna POOLIDLE son los TCH ociosos;

y finalmente la columna POOLTRAF son los TCH que están traficando y usando los codecs de esta pool.

Cada pool puede dividirse en subpools para distribuir la carga para cada codec de voz, donde SUBACT,

SUBIDLE y SUBTRAF son las columnas que especifican el número de recursos activos, ociosos, y ocupados

para cada subpool, respectivamente. La columna final DEV asocia cada subpool a los dispositivos MUX y DEMUX52

de transcodificación que correspondan:

50 La Controladora de Transcodificación (BSC/TRC) contiene los recursos de transcodificación de cada codec y los organiza

separándolos en “piscinas” o pools de transcodificación, donde cada pool contiene un tipo de codec distinto.

51 Se denomina transcodificar (del inglés transcoding) a la conversión directa (de digital a digital) de un codec a otro [46].

52 En sistemas digitales, los multiplexores y demultiplexores se usan para conectar y rutear. Para muchas entradas ( inputs) a una

salida (output) se usan multiplexores. Para una entrada a muchas salidas se usan demultiplexores. Se pueden usar para conectar

entre diferentes fuentes y destinos.



63

Cuadro 4.1 El comando Radio Transmission Transcoder Pool, Print (RRTPP) muestra la configuración de los pools de transcoders de una BSC Ericcson en la Red de Acceso. Fuente: Ericsson.

<RRTPP:TRAPOOL=ALL;

RADIO TRANSMISSION TRANSCODER POOL DETAILS

TRAPOOL CHRATE POOLACT POOLIDLE POOLTRAF

AMR_HR HR 1584 1081 503 SUBPOOL SUBACT SUBIDLE SUBTRAF

0 1200 697 503

2 384 384 0


FRPOOL FR 24 22 2 SUBPOOL SUBACT SUBIDLE SUBTRAF

2 24 22 2


EFRPOOL FR 1824 729 1095 SUBPOOL SUBACT SUBIDLE SUBTRAF

1 1104 249 855

2 336 96 240

4 384 384 0

DEV SUBPOOL

256 1

262 2

287 4

END

La configuración del Cuadro 4.1 muestra que existen 1584 recursos actuales reservados para llamadas en el

pool del codec Adaptive Multi Rate-Half Rate (AMR-HR), de los cuales 1081 están ociosos y 503 están generando

tráfico. Este pool se divide en dos subpools, una de identificador 0, y otra de identificador 2, con 1200 y 384 llamadas

respectivamente. Además, existen 24 recursos registrados en el pool de Full Rate (TCH-FR) y 1824 en el pool de

Enhanced Full Rate (TCH-EFR), dividida en los subpools 1, 2, y 4, con 1104, 336, y 384 recursos reservados, y

asociados a los dispositivos #256, #262, y #287, respectivamente.

Entonces, para cambiar los codecs de los dispositivos que están usando Enhanced Full Rate (TCH-EFR) y

dejarlos en Half Rate (TCH-HR), se puede realizar la siguiente serie de comandos:

a) RRTBI:DEV=RTTGD-256&&-262&&-287,FORCE;



64

Este es el comando Radio Transmission, Manual Blocking of Transcoder Devices, Initiate, donde DEV indica

la sigla identificadora del dispositivo transcodificador (caracteres, 1-7) seguido por su número identificador (entero, 0-

65535), y donde FORCE es la indicación de bloqueo por fuerza bruta para evitar que sean utilizados. En este

ejemplo, los dispositivos #256, #262 y #287 son bloqueados.

Una vez que los dispositivos están bloqueados, se procede a realizar el cambio de codec mediante el

comando Radio Transmission Transcoder Configuration, Change:

b) RRTCC:DEV=RTTGD-256&&-262&&-287,CHRATE=HR,SPV=1;

Donde DEV identifica al dispositivo, CHRATE especifica el codec de cambio, y SPV indica el algoritmo

de codificación de voz (entero, 1 - 3; 1 para Half Rate o Full Rate, 2 para Enhanced Full Rate, y 3 para Adaptive Multi

Rate-Half Rate o Adaptive Multi Rate-Full Rate).

Finalmente, se desbloquean los dispositivos para que vuelvan a ser usados, mediante el comando Radio

Transmission, Manual Blocking of Transcoder Devices, End:

c) RRTBE:DEV=RTTGD-256&&-262&&-287;

De esta forma, los codecs de los dispositivos que estaban usando Enhanced Full Rate (TCH-EFR) ahora

quedaron en Half Rate (TCH-HR), tal y como se muestra en el siguiente impreso (Cuadro 4.2):

<RRTPP:TRAPOOL=ALL;

RADIO TRANSMISSION TRANSCODER POOL DETAILS


AMR_HR HR 1584 1081 503

SUBPOOL SUBACT SUBIDLE SUBTRAF

0 1200 697 503

2 384 384 0


HRPOOL HR 1824 729 1095 SUBPOOL SUBACT SUBIDLE SUBTRAF

1 1104 249 855

2 336 96 240 4 384 384 0


FRPOOL FR 24 22 2


2 24 22 2



65

Cuadro 4.2 El comando Radio Transmission Transcoder Pool, Print (RRTPP) muestra la configuración de los pools de transcoders de una BSC Ericcson en la Red de Acceso, con la piscina de codecs de Enhanced Full Rate (TCH-EFR)

cambiada a Half Rate (TCH-HR). Fuente: Ericsson.


EFRPOOL FR 0 0 0


1 0 0 0

2 0 0 0 4 0 0 0

DEV SUBPOOL

256 1

262 2

287 4

END

Se puede apreciar comparando el Cuadro 4.2 con el Cuadro 4.1 que todos los recursos del pool de

Enhanced Full Rate (TCH-EFR) fueron reasignados al pool de Half Rate (TCH-HR).

4.3 Configurar la red para uso preferente de SMS.

Cuando el canal Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH) no está siendo usado para el Call Setup y

se encuentra ocioso (idle), éste es utilizado para transportar los mensajes SMS. Entonces, para configurar la red para

uso prioritario de SMS, se deben configurar de forma manual las controladoras BSC para que incrementen

dinámicamente el número de SDCCH en las celdas con mayor congestión.

Las controladoras BSC Ericsson tienen un mecanismo especial (feature), llamado Adaptive Configuration of

Logical Channel (ACLC) [39], que permite dimensionar automáticamente los SDCCH según su demanda, donde 8

sub-canales de control (SDCCH/8) son mapeados en 1 canal físico (Base Physical Channel, BPC) por celda53. Esto

quiere decir que este mecanismo requiere que los recursos reservados para los canales de voz o Traffic Channels

(TCH) ociosos sean reasignados para los 8 sub-canales de control (SDCCH/8).

53 Cada suscriptor utiliza un mismo Número de Canal Absoluto de la Radiofrecuencia (Absolute Radio Frequency Channel

Number, ARFCN) y ocupa un Time Slot (TS) único por cada trama. La combinación de un TSn con un ARFCN constituye un Canal

Físico (Base Physical Channel, BPC). Cada canal físico puede ser mapeado en dos tipos de canales lógicos: canales de tráfico de

voz (Traffic Channels, TCH) o canales de control (Control Channels, CCH) [44] [48].



66

El comando Radio Control Cell, Adaptive Configuration, Change (RLACC) que configura este mecanismo se

muestra a continuación:

/ \

RLACC:CELL=cell+[,SLEVEL=slevel][,STIME=stime]+;

\ /

Donde el parámetro CELL es el identificador alfanumérico de la celda, seguido por SLEVEL, que es el nivel

de canales SDCCH que quedan disponibles antes de realizar el incremento, pudiendo tomar los valores 0 - 2, o CONG

(se coloca en CONG para especificar que el incremento de canales SDCCH/8 se realice cuando la asignación de

SDCCH falle debido a la presencia de congestión). Finalmente, el parámetro STIME es el mínimo intervalo de tiempo

(segundos, 15 - 360) que pasará hasta que se disminuya el número de SDCCH/8 una vez que la demanda de canales

SDCCH empiece a disminuir.

Ejemplo:

A modo ilustrativo, usando el comando Radio Control Cell Resources, Print (RLCRP), se puede obtener un

impreso con la asignación de canales SDCCH de una controladora BSC en la Red de Acceso. Este impreso se

muestra a continuación en el Cuadro 4.1, donde se puede apreciar la identificación de la celda seguida por columnas

que detallan el estado de sus canales. La primera columna BPC es el número identificador del Base Physical

Channel o Canal Base Físico; la segunda columna CHANNEL registra el tipo de canal con su respectivo

identificador; la tercera columna CHRATE es el tipo de códec de voz usado por los TCH; la cuarta columna STATE

es el estado del canal (IDLE si está ocioso, BUSY si está ocupado); la quinta columna CHBAND es la frecuencia;

y finalmente la última columna 64K registra si es que el TCH tiene activado o desactivado el Enhanced GPRS

(EGPRS) para transmisión de datos:



67

Cuadro 4.3 El comando Radio Control Cell Resources, Print (RLCRP) muestra la configuración de asignación de canales de una celda perteneciente a una cntroladora BSC Ericcson en la Red de Acceso. Fuente: Ericsson.

<RLCRP:CELL=59971;

CELL RESOURCES

CELL BCCH CBCH SDCCH

59971 1 0 8

BPC CHANNEL CHRATE STATE CHBAND 64K

8153 TCH-38237 FR IDLE 1900 NONE

TCH-38236 HR IDLE 1900








8155 TCH-38246 FR IDLE 1900 EGPRS









8158 SDCCH-38260 IDLE 1900

SDCCH-38259 BUSY 1900







8159 BCCH-38263 BUSY 1900

END

Además, la información entregada por el impreso muestra que para la celda #59971 se tienen 8 canales

SDCCH y 1 BCCH que está siempre ocupado (esto se debe a que el Broadcast Control Channel es el encargado de

sincronizar continuamente la asignación y utilización de los canales, entre otras tareas).

Luego, si se aplica el comando RLACC:CELL=59971,SLEVEL=1,STIME=30; se incrementará el

número de SDCCH/8 si el número de sub-canales SDCCH de la celda #59971 es menor o igual a 1. Además,

después de 30 segundos, y si la demanda de SDCCH retorna a un nivel menor, el número de SDCCH/8 se disminuirá.

El resultado antes de que transcurran 30 segundos sería el siguiente:



68

Cuadro 4.4 El comando Radio Control Cell Resources, Print (RLCRP) muestra la nueva asignación de canales SDCCH/8 de una celda perteneciente a una BSC Ericcson después de aplicar el comando Radio Control Cell, Adaptive Configuration, Change (RLACC).

Fuente: Ericsson.

<RLCRP:CELL=59971;

CELL RESOURCES

CELL BCCH CBCH SDCCH

59971 1 0 16

BPC CHANNEL CHRATE STATE CHBAND 64K
















8157 SDCCH-38268 IDLE 1900

SDCCH-38267 IDLE 1900







8158 SDCCH-38260 IDLE 1900








8159 BCCH-38263 BUSY 1900

END

Comparando el Cuadro 4.3 con el Cuadro 4.4, se puede apreciar que los recursos ociosos asignados para 2

canales de tráfico de voz Half Rate (TCH-HR) y 1 canal Full Rate (TCH-FR), pertenecientes al canal físico BPC 8157,

fueron reasignados para obtener 8 nuevos sub-canales de control SDCCH para uso preferente de SMS. De esta

forma se podrán atender un mayor número de usuarios SMS en la celda #59971.



69

5. Conclusiones.

En este capítulo se presentan las conclusiones más importantes para cada una de las estrategias que se han

detallado en el Capítulo 3 y cuya implementación práctica ha sido presentada en el Capítulo 4. Las conclusiones para

cada medida van acompañadas de sus respectivas recomendaciones a la configuración actual de la Red de Acceso y

Red Core de una empresa operadora de telefonía móvil en Chile. Finalmente, se revisa si es posible la cooperación

entre las estrategias, y se plantean extensiones como trabajo futuro.

5.1 Recomendaciones a la configuración actual.

En esta Subsección se plantean las sugerencias a la configuración de la red de una operadora de telefonía

móvil para permitir atender un mayor número de usuarios de telefonía móvil durante e inmediatamente después de

una situación de catástrofe.

5.1.1 Limitar tiempo de duración de llamadas.

Para poder fijar un umbral para cortar las llamadas de “larga duración” en, por ejemplo, 1 minuto o menos, el

comando de Ericsson Call Duration Supervision, Long Duration Call, Change (CDLCC)en la central MSC serviría

siempre y cuando se pudiera fijar como umbral un valor menor al que se establece por fábrica, que es de 10

minutos. Para que esto sea posible, el operador debe enviar una orden de mercado al fabricante y pagar por las

licencias correspondientes, lo cual viola la restricción inicial de este trabajo, que idealmente buscaba que ninguna

medida requiriera de una elevada inversión.

Si se pudiera, el comando adecuado para cortar las llamadas que duren 1 minuto sería el siguiente:

CDLCC:TDMH=0001,IO=OWN;

Limitar las llamadas en 1 minuto no sólo se justifica por un tema técnico, sino que también según lo revisado

en los mean holding time registrados durante e inmediatamente después de ocurridas las réplicas del 11 de marzo de

2010 (ver Gráfico 3.2 (b)), donde se aprecia que las llamadas no fueron largas: 68,06 segundos para las llamadas

salientes54, y 39,2 segundos para las entrantes55. Además, la elección de temporizar las llamadas en 1 minuto es

justificable según lo modelado analíticamente en la Subsección 3.1.4, donde por ejemplo, disminuir de 90 a 60

segundos cada llamada, reporta un aumento de 91 usuarios adicionales a atender, considerando B = 2% y λ = 5

[llamadas/hr].

54 Las llamadas salientes o mobile originating call son aquellas llamadas que se inician en el móvil (MS).

55 Las llamadas entrantes o mobile terminating call son aquellas llamadas cuyo destino es el móvil (MS).



70

5.1.2 Sacrificar QoS para aumentar canales de voz.

Dado que ya se ha presentado una implementación manual de esta estrategia con el comando asociado al

Radio Transmission Transcoder Pool de las controladoras BSC Ericsson, las sugerencias a la configuración actual

deben apuntar a automatizar este proceso en caso de una situación de catástrofe.

La recomendación es, entonces, que si las controladoras BSC cuentan con mecanismos de control de

sobrecarga automáticos que degraden la voz según el nivel de sobrecarga, la solución lógica sería diseñar un

mecanismo complementario que a través de scripts56 active automática e inmediatamente la conmutación a un

modo de emergencia con bajos niveles de QoS para los usuarios (i.e. que todos los canales de voz cambien

sus codecs a Half Rate). Lamentablemente, el software propietario de Ericsson es diseñado por fábrica y para

editarlo se debe pagar por las licencias correspondientes, violando la restricción inicial de este trabajo que busca

modificar únicamente la configuración actual de la red de la operadora de telefonía móvil y a un bajo costo.

5.1.3 Configurar la red para uso preferente de SMS.

La configuración recomendada para el mecanismo Adaptive Configuration of Logical Channel (ACLC) que

automatiza la asignación de recursos de las controladoras BSC Ericsson para los canales de control SDCCH usados

por los SMS viene dada por el siguiente comando:

RLACC:CELL=59971,SLEVEL=CONG,STIME=30;

De esta forma, con SLEVEL=CONG, el incremento de sub-canales SDCCH/8 se realizará cuando la

asignación de SDCCH falle debido a la presencia de alta demanda por estos canales de control. El tiempo de 30

segundos para empezar a disminuir los SDCCH/8 cuando baje la demanda de SDCCH es adecuado considerando

que el mean holding time del Call Setup es de 2,8 segundos y que el del envío de un SMS es del orden de 6,2

segundos (varía según el largo del mensaje) [41].

56 En informática, se denomina script a un conjunto de instrucciones generalmente almacenadas en un archivo de texto que deben

ser interpretadas línea a línea en tiempo real para su ejecución.



71

5.2 Posibles extensiones de este Trabajo de Título.

En esta Subsección se plantean algunas extensiones del trabajo realizado, como por ejemplo, una posible

cooperación entre las estrategias para aumentar el número de usuarios con acceso a servicio de telefonía

celular en situaciones de catástrofe. Además se revisan las labores realizadas sobre este tema durante la práctica

profesional en una empresa operadora de telefonía móvil, agregando conclusiones y sugerencias como trabajo futuro.

5.2.1 Colaboración entre estrategias.

Limitar el tiempo medio de cada llamada y degradar la calidad de servicio para aumentar el número de

canales de voz (combinar estrategias 3.1 y 3.2).

Al cambiar los codecs de voz a Half Rate con el mecanismo asociado al Radio Transmission Transcoder

Pool, y al mismo tiempo limitar la duración de llamadas usando la temporización del Call Duration Supervision, se

podrán atender más usuarios debido al incremento de los canales de voz (e.g. aumentar de N = 31 a N = 62) y

además debido a la disminución de la duración de las llamadas en un factor de 𝛼 (𝛼 𝜖 0,1 ). La combinación de

ambas estrategias debiera resultar en un incremento de 2,3 𝛼 usuarios.

Limitar el tiempo medio de cada llamada y uso prioritario del servicio SMS (combinar estrategias 3.1 y

3.3).

Como ya se estudió en las Subsecciones 3.1.2, 3.2.2 y 3.3.1, cuando el equipo móvil (MS) envía el mensaje

de señalización solicitando el establecimiento de llamada (Call Setup) a la estación base (BTS) más cercana, éste

viaja por el canal Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH), que es el mismo canal por el cual también viajan

los SMS. Si se limita el tiempo de uso de los canales de voz, entonces la persona cuya llamada ha sido cortada

realizará más intentos de Call Setup. Esta situación es lo que generará mayor congestión ya que son los intentos de

llamada los que saturan la red, aunque haya canales de voz disponibles.

La idea es entonces, combinar ambas estrategias usando los mecanismos de temporización y aumento del

número de canales SDCCH disponibles en cada estación base. Al temporizar los canales de voz con el mecanismo

Call Duration Supervision, éstos se irán desocupando con mayor rapidez, lo cual permitirá que el mecanismo Adaptive

Configuration of Logical Channel asigne dinámicamente los recursos ociosos de cada canal de voz liberado a los sub-

canales de control (SDCCH/8) y así poder ser usados para transportar tanto los mensajes SMS como los intentos

adicionales de Call Setup. De esta forma se podrá aumentar el número de usuarios SMS y al mismo tiempo atender

más usuarios de voz limitando la duración de las llamadas en un factor de 𝛼 (𝛼 𝜖 0,1 ).



72

Uso prioritario del servicio SMS y que el usuario modifique su conducta (combinar estrategia 3.3 y

comportamiento de los suscriptores).

El uso preferente de SMS no es un tema puramente técnico, ya que el uso de este servicio en situaciones de

emergencia es una condición que depende del comportamiento del suscriptor más que de las empresas operadoras.

La mejor medida posible es un uso informado y prudente del servicio SMS, ya que si el usuario no modifica su

conducta para utilizar el servicio SMS en lugar de las llamadas de voz, no será posible sacarle provecho a las ventajas

de este servicio durante situaciones de catástrofe. Una campaña de información a la población indicando que los

mensajes SMS utilizan menos recursos que la solicitud de canales de voz es imprescindible para complementar la

estrategia que se ha propuesto.

5.2.2 Trabajo futuro.

Durante las 10 semanas de práctica profesional en una empresa operadora de telefonía móvil, el autor de

esta memoria se integró al Área de Diseño de Red y Plataformas SVA (Servicios de Valor Agregado), cuyas

principales tareas consisten en solucionar problemas de diseño en la Red Core, evaluando la documentación de los

componentes, plataformas y estructuras de las topologías de red, para luego enviar órdenes de trabajo al

Departamento de Operación y Mantenimiento.

Se aprovechó esta oportunidad para recopilar información técnica sobre documentación de configuración y

estadísticas de tráfico de la Red de Acceso y Red Core, analizar indicadores estadísticos (Key Performance

Indicators, KPI), y realizar la investigación y redacción de este trabajo de memoria de título. Es imprescindible notar

aquí que el enfoque de las estrategias sugeridas atacan el cuello de botella que se presenta en la capacidad

máxima de componentes en la Red de Acceso y Red Core, por lo que las recomendaciones para modificar la

configuración actual de la red son a nivel del Subsistema de Radio (BSS) y a nivel del Subsistema de Red y

Conmutación (NSS).

Se plantea, entonces, como trabajo futuro, que las estrategias para aumentar el número de usuarios

sugeridas en este trabajo no sólo sean a nivel de componentes de BSS y NSS, sino que también sean consecuentes

con los troncales que conectan estas plataformas, de lo contrario las estrategias no funcionarán al no contar con una

implementación coherente en cada una de las etapas del sistema de telefonía celular.

Finalmente, queda como extensión de este trabajo de memoria aplicar las estrategias y mecanismos

estudiados, pero en los componentes y plataformas de los sistemas GPRS y UMTS (tercera generación).



73

Glosario

3GPP: Third Generation Partnership Project.

ACLC: Adaptive Configuration of Logical Channel.

AMR: Adaptive Multi Rate.

AN: Access Network (Red de Acceso).

APS: Adaptive Probability Scheduling (Asignación de recursos según Probabilidad de Adaptación).

AQM: Active Queue Management (Administración de Colas Activas).

ARFCN: Absolute Radio Frequency Channel Number (Número de Canal Absoluto de la Radiofrecuencia).

AXE: Automatic Cross-Connection Equipment.

AuC: Authentication Center (Centro de Autenticación).

BCCH: Broadcast Control Channel.

BPC: Base Physical Channel (Canal Físico Base).

BSC: Base Station Controller (Controlador de Estaciones Base).

BSS: Base Station Subsystem (Subsistema de Estación Base).

BTS: Base Transceiver Station (Estación Base de Telefonía Móvil).

CAC: Call Admission Control (Control de Admisión de Llamadas).

CCH: Control Channels (Canales de Control).

CDC: Call Duration Control (Control de Duración de Llamadas).

CDLCC: Call Duration Supervision, Long Duration Call, Change.

CDMA: Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Código).

CN: Core Network (Red de Núcleo).

CPU: Central Processing Unit (Unidad de Proceso Central).

CS: Circuit Switching (Conmutación de Circuitos).

DBTRE: Database Transaction, End.

DBTRI: Database Transaction, Initiate.



74

DBTSC: Database Table Specification, Change.

DBTSP: Database, Table Specification, Print.

EDGE: Enhanced Data rates for GSM of Evolution (Tasas de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM).

EFR: Enhanced Full Rate.

EIR: Equipment Identity Register (Registro de Identidad del Equipos).

eMLPP: enhanced Multi-level Precedence and Pre-emption Service (Servicio de precedencia y apropiación multinivel

mejorado).

ESME: External Short Messaging Entity (Entidades Externas al Sistema de Mensajería Corta).

FDMA: Frequency Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Frecuencia).

FR: Full Rate.

GGSN: Gateway GPRS Support Node (Nodo de Soporte del Gateway GPRS).

GoS: Grade of Service (Grado de Servicio).

GPRS: General Packet Radio Service (Servicio General de Paquetes vía Radio).

GSM: Global System for Mobile Communications (Sistema Global para las Comunicaciones Móviles).

HLR: Home Location Register (Registro de Ubicación Base).

HR: Half Rate.

IMEI: International Mobile Equipment Identity (Identidad Internacional de Equipo Móvil).

ISDN: Integrated Service Digital Network (Red Digital de Servicios Integrados).

IP: Internet Protocol (Protocolo de Internet).

KPI: Key Performance Indicators (Indicadores Clave de Desempeño).

mE: mili Erlang.

MHT: Mean Holding Time (Tiempo Medio de Duración).

MGw: Mega Gateway.

MMS: Multimedia Messaging System (Sistema de Mensajería Multimedia).

MPS: Mensajes Por Segundo.

MS: Mobile Station (Estación Móvil).

MSC: Mobile Switching Center (Central de Conmutación Móvil).



75

NSS: Network Switching Subsystem (Subsistema de Red y Conmutación).

OMC: Operation and Maintenance Center (Centro de Operación y Mantenimiento).

OSS: Operation and Support Subsystem (Subsistema de Operaciones).

PCS: Personal Communnication Service (Servicio de Comunicación Personal).

PS: Packet Switching (Conmutación de Paquetes).

PSTN: Public Switched Telephony Network (Red Telefónica Pública Conmutada).

QoS: Quality of Service (Calidad de Servicio).

RF: Radio Frequency (Radiofrecuencia).

RLACC: Radio Control Cell, Adaptive Configuration, Change.

RLCRP: Radio Control Cell Resources, Print.

RRTBE: Radio Transmission, Manual Blocking of Transcoder Devices, End.

RRTBI: Radio Transmission, Manual Blocking of Transcoder Devices, Initiate.

RRTCC: Radio Transmission Transcoder Configuration, Change.

RRTP: Radio Transmission Transcoder Pool.

RRTPP: Radio Transmission Transcoder Pool, Print.

RNC: Radio Network Controller (Controlador de la Red de Radio).

RNS: Radio Network Subsystem (Subsistema de Acceso Radio).

SCCP: Signalling Connection Control Part (Parte de Control de Señalización de Conexión).

SCCPCC: SCCP Congestion Control.

SDCCH: Stand alone Dedicated Control CHannel (Canales de Control Dedicados).

SGSN: Serving GPRS Support Node (Nodo de Soporte del Servicio GPRS).

SIM: Subscriber Identity Module (Módulo de Suscripción de Identidad).

SMS: Short Message Service (Servicio de Mensajes Cortos).

SMSC: Central SMS.

SS7/C7: Signaling System N° 7 (Sistema de Señalización por Canal Común N°7).

STP: Signaling Transfer Point (Punto de Transferencia de Señalización).



76

SUBTEL: Subsecretaría de Telecomunicaciones.

SVA: Servicios de Valor Agregado.

TCH: Traffic Channels (Canales de Tráfico).

TRC: Transcoder Controler (Controladora de Transcodificación).

TDMA: Time Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Tiempo).

TICs: Tecnologías de la Información y Comunicación.

TS: Time Slot (Ranura de Tiempo).

UE: User Equipment (Equipo de Usuario).

UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones.

UMTS: Universal Mobile Telecommunications System (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles).

USIM: Universal Subscriber Identity Module (Módulo Universal de de Suscripción de Identidad).

UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access Network (Red de Acceso Radio Terrestre UMTS).

VLR: Visitor Location Register (Registro de Ubicación de Visitante).

WAP: Wireless Application Protocol (Protocolo de Aplicaciones Inalámbricas).

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access (Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha).

WPS: Wireless Priority Service (Servicio Prioritario Móvil).



77

Bibliografía

[1] “Comunicaciones de emergencias sobre redes móviles GSM”.

Filiberto Azabache Fernández.

Universidad Privada Antenor Orrego. Perú. 2008.

http://ielectronicaunprg.files.wordpress.com/2008/03/conferencia-unprg-2008.ppt

[2] “The Role of Mobiles in Disasters and Emergencies”.

GSM Association. 2005.

[3] “Los Servicios de Telecomunicaciones y el Terremoto del 27 de Febrero”.

Declaración del Colegio de Ingenieros de Chile. 2010.

[4] “Comunicaciones de Emergencia”.

Información para el Consumidor.

Federal Communications Commision, EEUU.

http://www.fcc.gov/cgb/consumerfacts/spanish/emergencies.html

[5] “Segundo Informe de la Comisión de Transportes y Telecomunicaciones, recaído en el proyecto de ley, en

primer trámite constitucional, sobre recuperación y continuidad en condiciones críticas y de emergencia del

sistema público de telecomunicaciones.”

Exposición del Subsecretario de Telecomunicaciones, Sr Jorge Atton.

Boletín N°7.029-15.

http://sil.senado.cl/cgi-bin/sil_abredocumentos.pl?2,13443

[6] “Una red de celulares que no tenga congestión en momentos excepcionales es económicamente inviable“.

Ex Subsecretario de Telecomunicaciones, Sr. Pablo Bello.

Artículo El Mercurio.

http://blogs.elmercurio.com/economiaynegocios/2010/03/16/una-red-de-celulares-que-no-te.asp

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82

Anexo A

Tabla Erlang B

N A: Carga Máxima Ofrecida [E] N

B 0.007 0.008 0.009 0.01 0.02 0.03 0.05 0.1 0.2 0.4 B

1 .00705 .00806 .00908 .01010 .02041 .03093 .05263 .11111 .25000 .66667 1

2 .12600 .13532 .14416 .15259 .22347 .28155 .38132 .59543 1.0000 2.0000 2

3 .39664 .41757 .43711 .45549 .60221 .71513 .89940 1.2708 1.9299 3.4798 3

4 .77729 .81029 .84085 .86942 1.0923 1.2589 1.5246 2.0454 2.9452 5.0210 4

5 1.2362 1.2810 1.3223 1.3608 1.6571 1.8752 2.2185 2.8811 4.0104 6.5955 5

6 1.7531 1.8093 1.8610 1.9090 2.2759 2.5431 2.9603 3.7584 5.1086 8.1907 6

7 2.3149 2.3820 2.4437 2.5009 2.9354 3.2497 3.7378 4.6662 6.2302 9.7998 7

8 2.9125 2.9902 3.0615 3.1276 3.6271 3.9865 4.5430 5.5971 7.3692 11.419 8

9 3.5395 3.6274 3.7080 3.7825 4.3447 4.7479 5.3702 6.5464 8.5217 13.045 9

10 4.1911 4.2889 4.3784 4.4612 5.0840 5.5294 6.2157 7.5106 9.6850 14.677 10

11 4.8637 4.9709 5.0691 5.1599 5.8415 6.3280 7.0764 8.4871 10.857 16.314 11

12 5.5543 5.6708 5.7774 5.8760 6.6147 7.1410 7.9501 9.4740 12.036 17.954 12

13 6.2607 6.3863 6.5011 6.6072 7.4015 7.9667 8.8349 10.470 13.222 19.598 13

14 6.9811 7.1155 7.2382 7.3517 8.2003 8.8035 9.7295 11.473 14.413 21.243 14

15 7.7139 7.8568 7.9874 8.1080 9.0096 9.6500 10.633 12.484 15.608 22.891 15

16 8.4579 8.6092 8.7474 8.8750 9.8284 10.505 11.544 13.500 16.807 24.541 16

17 9.2119 9.3714 9.5171 9.6516 10.656 11.368 12.461 14.522 18.010 26.192 17

18 9.9751 10.143 10.296 10.437 11.491 12.238 13.385 15.548 19.216 27.844 18

19 10.747 10.922 11.082 11.230 12.333 13.115 14.315 16.579 20.424 29.498 19

20 11.526 11.709 11.876 12.031 13.182 13.997 15.249 17.613 21.635 31.152 20

21 12.312 12.503 12.677 12.838 14.036 14.885 16.189 18.651 22.848 32.808 21

22 13.105 13.303 13.484 13.651 14.896 15.778 17.132 19.692 24.064 34.464 22

23 13.904 14.110 14.297 14.470 15.761 16.675 18.080 20.737 25.281 36.121 23

24 14.709 14.922 15.116 15.295 16.631 17.577 19.031 21.784 26.499 37.779 24

25 15.519 15.739 15.939 16.125 17.505 18.483 19.985 22.833 27.720 39.437 25

26 16.334 16.561 16.768 16.959 18.383 19.392 20.943 23.885 28.941 41.096 26

27 17.153 17.387 17.601 17.797 19.265 20.305 21.904 24.939 30.164 42.755 27

28 17.977 18.218 18.438 18.640 20.150 21.221 22.867 25.995 31.388 44.414 28

29 18.805 19.053 19.279 19.487 21.039 22.140 23.833 27.053 32.614 46.074 29

30 19.637 19.891 20.123 20.337 21.932 23.062 24.802 28.113 33.840 47.735 30



83

31 20.473 20.734 20.972 21.191 22.827 23.987 25.773 29.174 35.067 49.395 31

32 21.312 21.580 21.823 22.048 23.725 24.914 26.746 30.237 36.295 51.056 32

33 22.155 22.429 22.678 22.909 24.626 25.844 27.721 31.301 37.524 52.718 33

34 23.001 23.281 23.536 23.772 25.529 26.776 28.698 32.367 38.754 54.379 34

35 23.849 24.136 24.397 24.638 26.435 27.711 29.677 33.434 39.985 56.041 35

36 24.701 24.994 25.261 25.507 27.343 28.647 30.657 34.503 41.216 57.703 36

37 25.556 25.854 26.127 26.378 28.254 29.585 31.640 35.572 42.448 59.365 37

38 26.413 26.718 26.996 27.252 29.166 30.526 32.624 36.643 43.680 61.028 38

39 27.272 27.583 27.867 28.129 30.081 31.468 33.609 37.715 44.913 62.690 39

40 28.134 28.451 28.741 29.007 30.997 32.412 34.596 38.787 46.147 64.353 40

41 28.999 29.322 29.616 29.888 31.916 33.357 35.584 39.861 47.381 66.016 41

42 29.866 30.194 30.494 30.771 32.836 34.305 36.574 40.936 48.616 67.679 42

43 30.734 31.069 31.374 31.656 33.758 35.253 37.565 42.011 49.851 69.342 43

44 31.605 31.946 32.256 32.543 34.682 36.203 38.557 43.088 51.086 71.006 44

45 32.478 32.824 33.140 33.432 35.607 37.155 39.550 44.165 52.322 72.669 45

46 33.353 33.705 34.026 34.322 36.534 38.108 40.545 45.243 53.559 74.333 46

47 34.230 34.587 34.913 35.215 37.462 39.062 41.540 46.322 54.796 75.997 47

48 35.108 35.471 35.803 36.109 38.392 40.018 42.537 47.401 56.033 77.660 48

49 35.988 36.357 36.694 37.004 39.323 40.975 43.534 48.481 57.270 79.324 49

50 36.870 37.245 37.586 37.901 40.255 41.933 44.533 49.562 58.508 80.988 50

0.007 0.008 0.009 0.01 0.02 0.03 0.05 0.1 0.2 0.4

N A: Carga Máxima Ofrecida [E] N



84

Anexo B

Programa Matlab que resuelve numéricamente la ecuación (3.1), considerando un bloqueo del 2%, y

barriendo todos los valores factibles para tm 𝜖 15,30,45,… ,240 , 𝜆 𝜖 1,2,3… ,16 , y n 𝜖 0,1,2,3… ,6.000 :

N = 31; %Número de canales B = 0.02; %Bloqueo del 2% tm = 15:15:240; %duración promedio de cada llamada l = 1:1:16; %tasa de generación de llamadas lbda = l/3600; %tasa de generación de llamadas en 1 hora a = zeros(16,16); A = zeros(16,16,6000); numerador = zeros(16,16,6000); denominador = zeros(16,16,6000); gos = zeros(16,16,6000); %Grado de Servicio Resultado = []; Filtro = [];

for i = 1:1:16 for j = 1:1:16 a(i,j) = lbda(i) * tm(j); %intensidad de tráfico por cada suscriptor

for n = 1:1:6000 %suscriptores por sector A(i,j,n) = n * a(i,j); %máxima carga que se puede ofrecer numerador(i,j,n) = A(i,j,n)^N/factorial(N);

sumatoria = 0;

for k = 1:1:N sumatoria = sumatoria + A(i,j,n)^k/factorial(k); end

denominador(i,j,n)= 1 + sumatoria;

gos (i,j,n)= numerador(i,j,n) / denominador(i,j,n);

if ((gos(i,j,n) <= B) && (tm(i) <= 1/lbda(j)))

%condición de bloqueo y atención de llamadas

G = [tm(i),l(j),n]; Resultado = [Resultado ; G]; end end end end



85

Anexo C

Programa Matlab que resuelve numéricamente la ecuación (3.4), considerando N = 31, 𝛼 = 1, y barriendo

todos los valores factibles para, 𝜆 𝜖 1,2,3… ,15 , n2 𝜖 1,2,3… ,3.000 y B 𝜖 [0,1]:

N = 31; %Número de canales B = 0.0625:0.0625:0.9375; %Grado de Servicio tm = 80; %duración promedio de cada llamada:

80 segundos (SUBTEL) l = 1:1:15; %tasa de generación de llamadas lbda = l/3600; %tasa de generación de llamadas en 1 hora a = zeros(15); A = zeros(15,3000); numerador = zeros(15,3000); denominador = zeros(15,3000); gos = zeros(15,3000); Resultado = []; Filtro = [];

for i = 1:1:15 for j = 1:1:15 a(i) = lbda(i) * tm; %intensidad de tráfico por cada suscriptor

for n = 1:1:3000 %suscriptores por sector A(i,n) = 10 * n * a(i); %máxima carga que se puede ofrecer * 10 numerador(i,n) = A(i,n)^N/factorial(N);

sumatoria = 0;

for k = 1:1:N sumatoria = sumatoria + A(i,n)^k/factorial(k); end

denominador(i,n)= 1 + sumatoria;

gos (i,n)= numerador(i,n) / denominador(i,n);

if ((gos(i,n) <= B(j)) && (tm <= 1/lbda(i)))

%condición de bloqueo y atención de llamadas G = [l(i),n,B(j)]; Resultado = [Resultado ; G]; end end end end



86

Anexo D

Programa Matlab que resuelve numéricamente la ecuación (3.4), considerando N = 31, 𝛼 = 0,5, y barriendo

todos los valores factibles para, 𝜆 𝜖 1,2,3… ,15 , n2 𝜖 1,2,3… ,5.000 y B 𝜖 [0,1]:

N = 31; %Número de canales B = 0.0625:0.0625:0.9375; %Grado de Servicio tm = 40; %duración promedio de cada llamada: 40 segundos

(SUBTEL) con alfa = 0,5 l = 1:1:15; %tasa de generación de llamadas lbda = l/3600; %tasa de generación de llamadas en 1 hora a = zeros(15); A = zeros(15,5000); numerador = zeros(15,5000); denominador = zeros(15,5000); gos = zeros(15,5000); Resultado = []; Filtro = [];


for n = 1:1:5000 %suscriptores por sector A(i,n) = 10 * n * a(i); %maxima carga que se puede ofrecer * 10 numerador(i,n) = A(i,n)^N/factorial(N);

sumatoria = 0;








87

Anexo E

Programa Matlab que resuelve numéricamente la ecuación (3.1), considerando un bloqueo del 2%, N = 62, y

barriendo todos los valores factibles para tm 𝜖 15,30,45,… ,240 , 𝜆 𝜖 1,2,3… ,16 , y n 𝜖 0,1,2,3… ,13.000 ,

simulando un aumento en el número de canales debido al uso del codec Half Rate:

N = 62; %Número de canales B = 0.02; %Bloqueo del 2% tm = 15:15:240; %duración promedio de cada llamada l = 1:1:16; %tasa de generación de llamadas lbda = l/3600; %tasa de generación de llamadas en 1 hora a = zeros(16,16); A = zeros(16,16,13000); numerador = zeros(16,16,13000); denominador = zeros(16,16,13000); gos = zeros(16,16,13000); %Grado de Servicio Resultado = []; Filtro = [];

for i = 1:1:16 for j = 1:1:16 a(i,j) = lbda(i) * tm(j); %intensidad de tráfico por cada suscriptor

for n = 1:1:13000 %suscriptores por sector A(i,j,n) = n * a(i,j); %maxima carga que se puede ofrecer numerador(i,j,n) = A(i,j,n)^N/factorial(N);

sumatoria = 0;

for k = 1:1:N sumatoria = sumatoria + A(i,j,n)^k/factorial(k); end

denominador(i,j,n)= 1 + sumatoria;

gos (i,j,n)= numerador(i,j,n) / denominador(i,j,n);

if ((gos(i,j,n) <= B) && (tm(i) <= 1/lbda(j)))

%condición de bloqueo y atención de llamadas G = [tm(i),l(j),n]; Resultado = [Resultado ; G]; end end end end



88

Anexo F

Programa Matlab que resuelve numéricamente la ecuación (3.4), considerando N = 62, tm = 80 [s], y

barriendo todos los valores factibles para, 𝜆 𝜖 1,2,3… ,15 , n2 𝜖 1,2,3… ,6.000 y B 𝜖 [0,1]:

N = 62; %Número de canales B = 0.0625:0.0625:0.9375; %Grado de Servicio tm = 80; %duración promedio de cada llamada: 80 segundos

(SUBTEL) l = 1:1:15; %tasa de generación de llamadas lbda = l/3600; %tasa de generación de llamadas en 1 hora a = zeros(15); A = zeros(15,6000); numerador = zeros(15,6000); denominador = zeros(15,6000); gos = zeros(15,6000); Resultado = []; Filtro = [];


for n = 1:1:6000 %suscriptores por sector A(i,n) = 10 * n * a(i); %maxima carga que se puede ofrecer * 10 numerador(i,n) = A(i,n)^N/factorial(N);

sumatoria = 0;








89

0100.000200.000300.000400.000500.000600.000700.000800.000

0200.000400.000600.000800.000

1.000.0001.200.0001.400.0001.600.000

20 15 10 5 1

N°

de

SM

S T

ota

les

N°

de

Su

bsc

rip

tore

s

Tráfico de voz [mE/Subscriptor]

Modelado de tráfico SMS de una MSC según perfiles de tráfico de voz por usuario

N° de Subscriptores

N° de SMS Totales

Tabla G.1 Modelado de tráfico de voz de una central MSC, considerando N° de subscriptores. Fuente: Ericsson.

Gráfico G.1 Modelado de tráfico SMS de una MSC según perfiles de tráfico de voz. Fuente: Ericsson.

Tabla G.2 Modelado de tráfico SMS de una MSC según perfiles de tráfico de voz.

Anexo G

Se ha solicitado a la empresa proveedora Ericsson, la información de modelado del número de suscriptores

de una central MSC con una utilización de CPU al 77% y considerando distintos perfiles de tráfico de voz por

usuario. Estos datos son presentados en la Tabla G.1:

Con esta información se ha confeccionado la Tabla G.2, que considera que todos y cada uno de los usuarios

tienen la posibilidad de enviar 0,2196 SMS por hora57. Se han contabilizado los mensajes originados (Short Message

Mobile Originated, SMS-MO) y los mensajes terminados (Short Message Mobile Terminated, SMS-MT):

Tráfico [mE/Subscriptor] N° de Subscriptores N° de SMS-MO N° de SMS-MT N° de SMS Totales

20 547.300 120.187,08 120.187,08 240.374,16

15 653.400 143.486,64 143.486,64 286.973,28

10 810.700 178.029,72 178.029,72 356.059,44

5 1.067.500 234.423,00 234.423,00 468.846,00

1 1.428.500 313.698,60 313.698,60 627.397,20

Gráficamente, la información de la Tabla 3.6 queda de la siguiente forma:

57 λSMS = 0,2196 [MPH/Suscriptor] es la tasa de mensajes SMS por hora del mes de mayor congestión según la Tabla 3.2 y

Gráfico 3.11.

Tráfico [mE/Subscriptor] N° de suscriptores

20 547.300

15 653.400

10 810.700

5 1.067.500

1 1.428.500



90

En el Gráfico G.1 se puede ver que a medida que disminuye el tráfico de voz demandado por cada

subscriptor de la red, la cantidad de SMS que se puede procesar va aumentando.

Anexo H

Programa Matlab que resuelve numéricamente la ecuación (3.1), considerando un bloqueo del 0,4%,

barriendo todos los valores factibles para tm-SDCCH = 6,2 segundos, 𝜆𝑆𝑀𝑆 𝜖 0,013725; 0,02745;… ; 0,2196 , y n

𝜖 0,1,2,3… ,1.800.000 :

N = 56 %Número de canales SDCCH:8,16,24,32,40,48,56

(según sea el caso) B = 0.004; %Bloqueo del 0,4% tm = 6.2 / 3600; %tiempo medio de uso de canal SDCCH: 6,2

segundos lbda = 0.013725:0.013725:0.2196;%tasa de generación de mensajes SMS a = zeros(16); A = zeros(16,1800000); numerador = zeros(16, 1800000); denominador = zeros(16, 1800000); gos = zeros(16,1000); %Grado de Servicio Resultado = []; Filtro = [];

for i = 1:1:16 a(i) = lbda(i) * tm; %intensidad de tráfico por cada suscriptor

for n = 1:1: 1800000 %suscriptores por sector A(i,n) = n * a(i); %maxima carga que se puede ofrecer numerador(i,n) = A(i,n)^N/factorial(N);

sumatoria = 0;




if (gos(i,n) <= B)

%condición de bloqueo y atención de llamadas G = [tm,lbda(i),n]; Resultado = [Resultado ; G]; end end end

aumento de usuarios_google

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