Redes Gsm Celular

7/23/2019 Redes Gsm Celular

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UNIVERSIDAD SIMN BOLVARDecanato de Estudios Profesionales

Coordinacin de Ingeniera Electrnica

OPTIMIZACIN DE LAS HERRAMIENTAS DE ANLISIS DE LA RED CELULARDE DIGITEL GSM

PorHansell E. Barn Altuve

Sartenejas, Noviembre 2006


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PorHansell E. Barn Altuve

Realizado con la Asesora de:Ing. Fidel Gil (Tutor Acadmico)

Ing. Juan Gallardo (Tutor Industrial)

Informe Final de Cursos en Cooperacin Tcnica y Desarrollo SocialPresentado ante la Ilustre Universidad Simn Bolvar

como requisito parcial para optar al ttulo de Ingeniero ElectrnicoSartenejas, Noviembre 2006


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Informe Final de Cursos en Cooperacin Tcnica y Desarrollo Social presentado porHansell E. Barn Altuve

REALIZADO CON LA ASESORIA DE:Ing. Fidel Gil (Tutor Acadmico)

Ing. Juan Gallardo (Tutor Industrial)

RESUMENEl proyecto de grado que se presenta en este libro consta de dos partes fundamentales. Laprimera de ellas consisti en optimizar y disminuir el tiempo de consulta y procesamiento dedos herramientas de anlisis usadas por la Coordinacin de Optimizacin de Digitel GSM.Dicha optimizacin se realiz a travs de: la migracin de las bases de datos a un nuevosistema administrador (PostgreSQL) como resultado de un estudio comparativo entre

Microsoft Access, MySQL y PostgreSQL, la modificacin de las bases de datos y de lasherramientas usadas. Al finalizar el proyecto se logr disminuir el tiempo de procesamiento yconsulta, en algunos casos en ms del 90%.La segunda parte del proyecto de grado consisti en desarrollar una herramienta capaz decalcular las adyacencias de una estacin base. La herramienta, desarrollada en Visual Basic,hace uso de modelos de propagacin, ecuaciones matemticas y fundamentos de geometrapara automatizar, sustituir y agilizar el procedimiento manual y engorroso utilizado por elpersonal de la Coordinacin de Optimizacin. Dicha herramienta permite generar documentosde reportes, denominados Datafill, y administrar (agregar, modificar o eliminar) lasestaciones base, Nokia, de la red celular de Digitel GSM.

PALABRAS CLAVES

Comparacin entre administradores de bases de datos, MySQL, PostgreSQL, MicrosoftAccess, Clculo automtico de adyacencias de una estacin base.

Aprobado con mencin:_______Postulado para el premio:_______

Sartenejas, Noviembre 2006


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A mi pap Estefan

quien con sus enseanzas ayuda y apoyo hoy en da no sera una exitosa

persona y estudiante y no hubiese podido realizar y terminar este libro.

A mi mam Maria Luisa

quien con sus palabras alentadoras e innumerables consejos me han motivado a

seguir adelante y a seguir mis sueos.

A mi hermana Heidell

quien me ense que el xito y que todas nuestras metas las podemos alcanzar

con esfuerzo dedicacin y perseverancia.


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NDICE GENERAL

ndice General indice de Figuras iv

ndice de Tablas viSmbolos y abreviaturas vii1. INTRODUCCIN 12. DESCRIPCIN Y ANTECEDENTES DEL PROBLEMA 5

2.1 Descripcin de la Empresa 52.1.1 Misin de la Empresa 62.1.2 Visin de la Empresa 62.1.3 Valores de la Empresa 62.1.4 Organigrama de la Empresa 7

2.2 Planteamiento del Problema 82.3 Alcance y limitaciones del proyecto 9

3. OBJETIVOS 113.1 Objetivo general 113.2 Objetivos especficos 11

4. FUNDAMENTOS TERICOS 124.1 Introduccin 124.2 Principios bsicos de GSM 12

4.2.1 Evolucin de GSM 124.2.2 Arquitectura de una red celular GSM 14

4.2.2.1 Subsistema de estacin base 154.2.2.2 Subsistema de conmutacin de la red 164.2.2.3 Subsistema de administracin de la red 19

4.2.3 Interfaz de Aire 204.2.3.1 Canales fsicos y lgicos 214.2.3.2 Handover 25

4.2.4 Planificacin y optimizacin de una red GSM 254.2.4.1 Planificacin de los recursos de radiofrecuencia 274.2.4.2 Modelos de propagacin para la planificacin de una red celular 29

4.3 Fundamentos de las bases de datos y sistemas de bases de datos 334.3.1 Historia de las bases de datos 334.3.2 Modelo relacional de bases de datos 354.3.3 Sistemas administradores de bases de datos 374.3.4 Estructura de un administrador de bases de datos 38

4.3.4.1 El administrador de almacenamiento (Storage Manager) 394.3.4.2 El procesador de consultas (Query Manager) 404.3.4.3 El administrador de transacciones (Transaction Manager) 41

4.3.5 lgebra relacional y sus operaciones 424.3.6 Lenguaje estructurado de consultas (SQL) 43

4.3.6.1 Cursores 454.3.6.2 Transacciones 45

4.3.7 Desempeo de un sistema administrador de bases de datos 46


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ii

4.3.7.1 ndices 474.4 Visual Basic y el acceso a bases de datos 48

4.4.1 Interfaz ODBC 504.4.1.1 Arquitectura ODBC 51

4.4.2 Mtodos de acceso a orgenes de datos 52

5. METODOLOGA 545.1 Investigacin preliminar 545.2 Anlisis preliminar de las herramientas y bases de datos 545.3 Migracin inicial de las bases de datos 555.4 Desarrollo inicial del programa de pruebas 555.5 Ejecucin de las pruebas preliminares a los administradores

de bases de datos 565.6 Anlisis de las pruebas preliminares a los administradores

de bases de datos 565.7 Investigacin detallada acerca de los administradores de bases de datos,

sistemas operativos, conexiones de red, controladores o drivers y

lenguaje de programacin 565.8 Ejecucin de las pruebas finales a los administradores de bases de datos 575.9 Anlisis de las pruebas finales a los administradores de bases de datos 575.10 Modificaciones a las herramientasDaily OptimizeryParameterde la

Coordinacin de Optimizacin 575.11 Pruebas finales a las herramientasDaily OptimizeryParameterde la

Coordinacin de Optimizacin 585.12 Investigacin detallada acerca del procedimiento para el clculo de las

adyacencias de una BTS 585.13 Desarrollo de la herramienta para el clculo automtico de las adyacencias

de una BTS 585.14 Ejecucin de las pruebas a la herramienta para el clculo automtico de las

adyacencias de una BTS 596. ESTUDIO COMPARATIVO ENTRE TRES ADMINISTRADORES DE

BASES DE DATOS 606.1 Condiciones previas 616.2 Migracin de las bases de datos necesarias para el programa de pruebas 64

6.2.1 Problemas antes de migrar las bases de datos 656.3 Desarrollo del programa de pruebas 676.4 Condiciones de los administradores de bases de datos 746.5 Pruebas preliminares 756.6 Modificaciones a los parmetros de configuracin y pruebas finales 81

6.6.1 Cambios realizados a los parmetros de configuracin 816.6.2 Pruebas finales 87

7. HERRAMIENTA PARA AUTOMATIZAR EL CLCULO DE LASADYACENCIAS DE UNA ESTACIN BASE 927.1 Procedimiento para el clculo de las adyacencias 927.2 Interfaz grfica de la herramienta 977.3 Pruebas realizadas 107

8. RESULTADOS Y ANLISIS 108


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iii

8.1 Estudio comparativo entre tres administradores de bases de datos 1108.1.1 Resultados de las pruebas preliminares 1108.1.2 Resultados de las pruebas finales 131

8.2 Herramienta para el clculo de adyacencias 1478.2.1 Resultados obtenidos 147

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 156Referencias Bibliogrficas 159


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iv

NDICE DE FIGURAS

Figura 1. Organigrama del Departamento de Operaciones de Digitel GSM 8Figura 2. Arquitectura de una red celular GSM 15Figura 3. Diferencias entre HLR y VLR 18

Figura 4. Relacin entre MSC y VLR 18Figura 5. Interfaz de aire en GSM 21Figura 6. Time slots y tramas TDMA en GSM 22Figura 7. Canales lgicos de la interfaz de aire de GSM 24Figura 8. Diferentes configuraciones de BTS 28Figura 9. Patrn de reuso en una red GSM con 9 frecuencias disponibles 29Figura 10. Modelos de propagacin y su rango vlido de frecuencias 30Figura 11. Representacin grfica del modelo de propagacin

emprico Okumura-Hata 31Figura 12. Relacin o tabla de una base de datos relacional 36Figura 13. Relacin entre un DBMS y varias bases de datos 37

Figura 14. Estructura general de un sistema administrador de bases de datos 38Figura 15. Arquitectura cliente/servidor en la comunicacin con unabase de datos 49

Figura 16. Arquitectura de ODBC 51Figura 17. Arquitectura MDAC 53Figura 18. Interfaz grfica del programa de pruebas desarrollado con

Visual Basic 6 para la comparacin de los tres DBMS 68Figura 19. Interfaz grfica de la herramienta desarrollada para el

clculo de adyacencias 98Figura 20. Interfaz de la herramienta luego de calcular las adyacencias

para el sector 23ENERO1 104Figura 21. Interfaz para la administracin de BTS de la herramienta desarrollada 105Figura 22. Administrador de tareas de Windows mostrando el uso de CPU

y memoria de un computador 109Figura 23. Actividad de red, del computador cliente, al realizar

la prueba preliminar 1 con Microsoft Access / Windows 112Figura 24. Actividad de red, del computador cliente, al realizar

la prueba preliminar 1 con MySQL / Linux 112Figura 25. Actividad de red, del computador cliente, al realizar

la prueba preliminar 1 con PostgreSQL / Linux 112Figura 26. Actividad de CPU y memoria al realizar la prueba preliminar 1

con Microsoft Access / Windows 114Figura 27. Actividad de CPU y memoria al realizar la prueba preliminar 1

con MySQL / Linux 115Figura 28. Actividad de CPU y memoria al realizar la prueba preliminar 1

con PostgreSQL / Linux 115Figura 29. Grficas del uso de CPU, del computador cliente, al ejecutar

la prueba preliminar 2 con Microsoft Access / Windows 118Figura 30. Grfica del uso de CPU, del computador servidor, al ejecutar

la prueba preliminar 2 con MySQL / Windows 119


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v

Figura 31. Grfica del uso de CPU, del computador servidor, al ejecutarla prueba preliminar 2 con PostgreSQL / Windows 119

Figura 32. Uso del CPU y actividad de la red al realizar la prueba preliminar 3con Microsoft Access / Windows 122-123

Figura 33. Uso del CPU y actividad de la red al realizar la prueba preliminar 3

con MySQL / Windows 123Figura 34. Uso del CPU y actividad de le red al realizar la prueba preliminar 3con PostgreSQL / Windows 124

Figura 35. Uso del CPU (a) y actividad de la red (b) del computador cliente al realizarla prueba preliminar 4 con Microsoft Access / Windows 127

Figura 36. Actividad de la red del computador cliente al ejecutar varias de lasconsultas de la tabla 11 143


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vi

NDICE DE TABLAS

Tabla 1. Los sistemas administradores de bases de datos endiferentes computadores 74

Tabla 2. Resultados de la prueba preliminar 1 111Tabla 3. Resultados de la prueba preliminar 2 117Tabla 4. Resultados de la prueba preliminar 3 122Tabla 5. Resultados de la prueba preliminar 4 126Tabla 6. Resultados de la prueba preliminar 5 129Tabla 7. Resultados de la prueba final 1 132Tabla 8. Resultados de la prueba final 3 136Tabla 9. Resultados de la prueba final 4 137Tabla 10. Resultados de la prueba final 5 140Tabla 11. Resultados de la prueba preliminar 6 (Linux) 142Tabla 12. Resultados de la prueba preliminar 6 (Windows) 142

Tabla 13. Resultados obtenidos al realizar la consulta 1 dela herramientaParameter 145Tabla 14. Resultados obtenidos al realizar la consulta 2 de

la herramientaParameter 145Tabla 15. Adyacencias para el sector 23ENERO1 148Tabla 16. Adyacencias para el sector AVSUCRE1 149Tabla 17. Adyacencias para el sector MADERERO3 150Tabla 18. Adyacencias para el sector USBUNO1 151Tabla 19. Adyacencias para el sector CUMBETRE2 151Tabla 20. Caractersticas de Microsoft Access, MySQL y PostgreSQL 153Tabla 21. Costos de implementacin de los tres DBMS estudiados 145


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vii

GLOSARIO, SMBOLOS Y ABREVIATURAS

AuC:Authentication Center.Centro de autenticacin.BCC:Base Transceiver Station Color Code. Cdigo de color de una estacin base que forma

parte del cdigo de identificacin de una estacin base.BSC:Base Station Controller. Controlador de base estacinBSIC:Base Transceiver Station Identity Code. Cdigo de identificacin de una estacin base.BSS:Base Station Subsystem. Subsistema de base estacin.BTS:Base Transceiver Station. Estacin Base.CPU:Central Processing Unit. Unidad Central de Procesamiento. ProcesadorDBMS:DataBase Management System. Sistema Administrador de Base de Datos.Drive Test:Prueba de campo que se realiza utilizando equipos especiales para monitorear entiempo real las condiciones de una red celular. Esta prueba consiste en conducir un vehculopor sectores de la ciudad donde la red celular tiene cobertura y monitorear parmetros comopotencia de recepcin, calidad de la voz, seales y niveles de interferencia, facilidad y

efectividad de HandOvers, etc.GSM:Global System for Mobile Communications. Uno de los estndares de comunicacincelular usado a nivel mundial.HandOver: Proceso mediante el cual se transfiere la comunicacin o el enlace entre unaestacin base y una estacin mvil a otra estacin base con la misma estacin mvil mientrassta hace uso de algn servicio de la red celular.KPI:Key Performance Indicator. Indicador Clave de Desempeo.Mainframe: Computador central con mayores capacidades de procesamiento, memoria yalmacenamiento que un minicomputador y que es usado para procesar grandes cantidades dedatos.Microcomputador: Computador que posee un Microprocesador. Generalmente se conocecomo computador u ordenador personal (PC; Personal Computer).Minicomputador: Actualmente son conocidos como servidores, tiene mayor capacidad deprocesamiento que los microcomputadoresMS:Mobile Station. Estacin Mvil.MTU: Maximum Transfer Unit o Maximum Transmission Unit. Unidad mxima detransferencia.NCC:Network Color Code. Cdigo de color de la redODBC:Open DataBase Connectivity. Estndar que permite a cualquier aplicacin acceder ala informacin almacenada bajo cualquier administrador de bases de datos.OS:Operating System. Sistema Operativo.PC:Personal Computer. Computador personalQoS:Quality of Service. Calidad de Servicio.RAM:Random Access Memory. Memoria de acceso aleatorio.SIM:Subscriber Identity Module. Mdulo de Identidad del Subscriptor.


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1. INTRODUCCIN

En general, cualquier empresa o compaa que desee medir su desempeo o que desee

cuantificar el cumplimiento de sus metas planteadas, debe disponer de Indicadores Claves de

Desempeo (KPI; Key Performance Indicator). Estos indicadores deben ser capaces de medir

cuantitativamente las metas fijadas en la empresa.

Toda empresa que se encarga de disear, planificar, administrar y desarrollar una red

celular debe poseer indicadores capaces de medir cuantitativamente el desempeo de la red.

Muchos de los KPI usados en una red celular, entre los cuales se pueden mencionar el rea de

cobertura, cantidad o porcentaje de llamadas cadas o bloqueadas, cantidad o porcentaje de

HandOvers fallidos, calidad de la voz, etc., estn relacionados a la calidad de servicio (QoS;

Quality of Service) que brinda el proveedor del servicio celular a sus clientes. La calidad de

servicio que percibe el usuario, por lo tanto, est relacionada directamente con la calidad y el

desempeo de la red celular.

Para mejorar el desempeo de una red celular, sta debe ser sometida a modificaciones

o cambios que afecten el comportamiento de los KPI, por lo tanto, estas modificaciones deben

estar fundamentadas en los resultados obtenidos luego de analizar la informacin obtenida de

los indicadores de desempeo.

El desempeo normal o desempeo promedio de una red celular no se puede medir eninstante de tiempo determinado debido a que existen muchos factores que la pueden afectar,

como por ejemplo, el personal de mantenimiento se encuentra cambiando los transmisores de

una zona y por lo tanto los usuarios no pueden hacer uso de la red en ese sector, hubo una baja

de energa y se destruyeron equipos de transmisin, hay una concurrencia anormal de usuarios

en un determinado sector de la red celular y no es posible dar servicio a la totalidad de los

usuarios en esa zona, etc. Generalmente, se desea analizar el desempeo promedio de una red

celular debido a que este comportamiento es el que manifestar la red celular la mayor parte

del tiempo en que se encuentre operativa.

Es por esta razn que el anlisis de los KPI se debe realizar cuando se dispone de un

acumulado histrico de los mismos, es decir, se dispone de informacin obtenida o de KPI

acumulados durante varios das, semanas, meses o aos. Disponer de una base de datos donde

se acumule esta informacin facilita la tarea de analizar el desempeo de una red celular. Para


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lograr un anlisis eficaz, sin embargo, es necesario contar con herramientas que permitan al

especialista en optimizacin de la red, ver rpidamente cualquier informacin acerca de

cualquier estacin base (BTS; Base Transceiver Station) y durante cualquier perodo de

tiempo.

La Coordinacin de Optimizacin de la empresa Digitel de Venezuela ha desarrollado

herramientas de anlisis y monitoreo de la red celular. Estas herramientas hacen uso de bases

de datos que acumulan informacin de todas las estaciones base Nokia de la red celular de

Digitel. En estas bases de datos se encuentran los KPI usados por Digitel para analizar,

optimizar o mejorar el desempeo de la red celular.

Las bases de datos diseadas por el personal de la Coordinacin de Optimizacin

contienen informacin desde el ao 2005 y han estado creciendo constantemente. Hoy en da

algunas de las bases de datos contienen tablas con ms de 500.000 filas y 50 columnas deinformacin.

Como consecuencia de este crecimiento en el tamao de las bases de datos, se crea la

necesidad de procesar mayor cantidad de informacin y de hacerlo en el menor tiempo

posible. Esta exigencia se impone tanto en el sistema administrador de bases de datos (DBMS;

DataBase Management System) como en las herramientas de anlisis de la Coordinacin de

Optimizacin de Digitel. Reducir los tiempos de procesamiento es un objetivo fundamental

para la Coordinacin de Optimizacin ya que esto permite al personal tener una mayor

velocidad de respuesta y lograr una utilizacin ms eficiente del tiempo invertido en el

anlisis del desempeo de la red.

Por esto, es importante optimizar el desempeo tanto del DBMS como de las

herramientas de anlisis, para que la informacin sea procesada en el menor tiempo posible.

Sumado a la necesidad de optimizar las herramientas de anlisis, la Coordinacin de

Optimizacin tiene la necesidad de automatizar tareas manuales, en particular la de calcular

adyacencias de una estacin base, para que el personal pueda dedicar mayor parte del tiempo

al anlisis y resolucin de problemas de la red celular.

La tarea de generar, seleccionar y calcular las estaciones base que son adyacentes a un

punto geogrfico determinado, juega un papel importante en el proceso de planificacin y

optimizacin de la red. Al crear una nueva BTS, es necesario identificar cules son las

adyacencias de sta ya que es una informacin necesaria para operaciones fundamentales e


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importantes como los son los procesos de handover en la red celular. El proceso para calcular

las adyacencias consta de dos partes fundamentales. La primera de ellas que se hace

manualmente y consume gran cantidad del tiempo del personal, consiste en seleccionar las

posibles BTS adyacentes de un mapa geogrfico. Esta seleccin manual consume mucho

tiempo ya que se deben considerar canales de transmisin, orientacin de las antenas, reuso de

frecuencia, etc. La segunda etapa en la seleccin de las BTS adyacentes es la de realizar una

prueba de campo o drive test, en donde se seleccionan las BTS adyacentes definitivas,

basndose en los niveles de potencia recibidos provenientes de las seales de otras BTSs.

El objetivo de desarrollar una herramienta capaz de automatizar el proceso de

seleccin de adyacencias es acelerar y mejorar la primera etapa del mismo. Para el desarrollo

de esta herramienta, fue necesario el uso de modelos de propagacin para redes celulares y

ecuaciones matemticas para calcular interferencia entre todas las BTS Nokia de la red celularde Digitel y la BTS a la cual se quiere calcular las adyacencias. La herramienta es capaz de

calcular las BTS adyacentes a un punto geogrfico determinado basndose en la distancia

geogrfica, canal de transmisin e interferencia o solapamiento de reas de cobertura de las

BTS de la red celular.

La herramienta desarrollada logr automatizar al mismo tiempo que reducir el tiempo

de desarrollo de la primera etapa de seleccin de las adyacencias de una BTS.

En este proyecto de grado se logr realizar la optimizacin a las herramientas de

anlisis, ya que se logr reducir en ms del 50% el tiempo de respuesta y procesamiento de las

bases de datos usadas por las herramientas de anlisis de la Coordinacin de Optimizacin.

A lo largo de este libro se exponen los procedimientos que se siguieron para lograr la

optimizacin de las herramientas y tareas de la Coordinacin de Optimizacin. En el captulo

2 se presenta la descripcin de la empresa y el planteamiento del problema. Los objetivos del

proyecto de grado se exponen en el captulo 3. Toda la informacin y fundamentos tericos

necesarios para comprender el desarrollo y ejecucin del proyecto se encuentran en el captulo

4. En el captulo 5 se expone la metodologa que se utiliz a lo largo del desarrollo del

proyecto para lograr los objetivos planteados. En el captulo 6 se presenta un estudio

comparativo entre tres administradores de bases de datos como requisito indispensable para

lograr los objetivos del proyecto. Aqu se explican todas las pruebas realizadas para comparar

los administradores. El captulo 7 muestra todo lo relacionado al desarrollo de la herramienta


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utilizada para calcular automticamente las adyacencias de una BTS. Todos los resultados

obtenidos, tanto del estudio comparativo como del desarrollo de la herramienta de clculo de

adyacencias, se presentan en el captulo 8 acompaados con su anlisis y discusin. Por

ltimo, en el captulo 9, se presentan las conclusiones y recomendaciones a las que se llegaron

luego de analizar los resultados del proyecto.


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2. DESCRIPCIN Y ANTECEDENTES DEL PROBLEMA

2.1 Descripcin de la Empresa

Digitel GSM es la nica empresa de telecomunicaciones en Venezuela que ofrece

servicios de telefona inalmbrica bsica, pblica y mvil basados en la tecnologa GSM. La

tecnologa GSM est basada en el uso de una tarjeta SIM (Subscriber Identity Module) que

permite almacenar todos los datos del usuario como nmero telefnico, directorio telefnico,

claves de seguridad y acceso, mensajes de texto, etc. La tarjeta SIM tambin permite al

usuario acceder a los servicios ofrecidos por la red celular de Digitel GSM.

La red celular de Digitel GSM abarca parte de la regin central de Venezuela (los

estados Distrito Federal, Miranda, Carabobo, Aragua, Falcn, Yaracuy, Cojedes, Gurico y

Vargas). La empresa cuenta con aproximadamente 1,8 millones de suscriptores a nivel

nacional en un mercado calculado en 7 millones aproximadamente lo que representa un tercio

del mercado en la regin central de Venezuela. [1]

La empresa Digitel se inici en Julio de 1997 cuando CONATEL (Comisin Nacional

de Telecomunicaciones), ente regulador del sector de las telecomunicaciones en Venezuela,

entreg a la compaa una multiconcesin para prestar servicios bsicos de

telecomunicaciones y telefona pblica. Seis meses despus, en Enero de 1998, se firm elcontrato. Ese mismo ao, Digitel firm un contrato de suministro para la construccin de la

red en Caracas y su zona metropolitana con la empresa Nokia. En enero del ao 1999 un

acuerdo similar se concret con la compaa Siemens para la expansin de la red celular de

Digitel a Valencia. En Septiembre de 1999 se realiz el lanzamiento comercial de los servicios

ofrecidos por Digitel al mercado venezolano. [2]

Digitel se convirti progresivamente en propiedad de la compaa TIM (Telecom Italia

Mobile) que fue accionista nico hasta mediados de este ao momento en el cual Oswaldo

Cisneros Fajardo se convierte en accionista nico de Digitel GSM.


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2.1.1 Misin de la Empresa

Ofrecer servicios de telecomunicaciones que excedan las expectativas de nuestros

clientes y accionistas, distinguindonos por una vocacin de servicio, innovacin, calidad y

compromiso social.[3]

2.1.2 Visin de la Empresa

Ser la empresa modelo de telecomunicaciones venezolana en trminos de calidad,

innovacin y rentabilidad, manteniendo una relacin clida y humana entre nosotros y con

nuestros clientes.[3]

2.1.3

Valores de la Empresa

Orientacin al Cliente, Integracin, Proactividad, Velocidad, Transparencia,

Innovacin, Excelencia Profesional y Espritu Emprendedor. [3]

Orientacin al cliente: El cliente es lo principal y su satisfaccin un valor

fundamental. Escuchamos a nuestros clientes para anticipar y responder sus

necesidades.

Integracin: Cooperamos y actuamos en conjunto para minimizar los conflictos y

maximizar el intercambio de informacin promoviendo y aprovechando la

contribucin de todos para el logro de un resultado comn.

Proactividad: Anticipamos e influenciamos positivamente los eventos. Captamos y

desarrollamos las oportunidades que se nos presentan.

Velocidad: Estamos concientes de que el tiempo es un recurso importante cuya

optimizacin impacta los costos y el servicio que ofrecemos a nuestros clientes.


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Transparencia: Actuamos de manera transparente y tica, para fortalecer las

relaciones con nuestras audiencias. Nuestras relaciones estn basadas en la lealtad y el

intercambio de informacin.

Innovacin: Desarrollamos soluciones innovadoras, promovemos nuevos caminos

para mejorar procesos y sistemas.

Excelencia Profesional: Desarrollamos las competencias requeridas transmitiendo

seguridad y credibilidad.

Espritu Emprendedor: Somos responsables directos del alcance de resultados

concretos. Asumimos los desafos y riesgos como una oportunidad de crecimiento.

2.1.4

Organigrama de la Empresa

Digitel GSM posee una estructura piramidal dividida por departamentos (Mercadeo,

GOH (Gestin Organizacional y Humana), Operaciones, etc.). De igual manera, cada

departamento est divido en gerencias que a su vez estn divididas en coordinaciones. Cada

departamento posee un vicepresidente como lder del mismo, cada gerencia tiene un gerente

de rea y cada coordinacin tiene un coordinador como lderes respectivos de sus secciones.

El nmero de especialistas que trabaja para cada coordinacin depende de las necesidades decada coordinacin.

En la figura 1 se puede ver el organigrama del Departamento de Operaciones en el cual

se aprecia la divisin en gerencias y coordinaciones.

El proyecto de grado que se desarrolla en este libro se hace bajo la Coordinacin de

Optimizacin que forma parte de la Gerencia de Operaciones y Mantenimiento. La

Coordinacin de Optimizacin es la encargada de monitorear, analizar y mejorar el

desempeo de la red celular operativa de Digitel GSM.


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Figura 1. Organigrama del Departamento de Operaciones de Digitel GSM.

2.2 Planteamiento del Problema.

El crecimiento y expansin de una red de telefona celular crea, a su operadora, lanecesidad de tener que almacenar, manipular y procesar cada vez mayor cantidad de

informacin, por ejemplo, acerca del desempeo de la red celular.

Para que una empresa que ofrece servicios de telefona celular pueda posicionarse

como empresa lder entre sus competidores, adems de cumplir con estndares de calidad,

debe diferenciarse entre sus competidores y debe ofrecer a sus usuarios el ms variado y

mejor servicio posible.

Tratar de establecer cul es el mejor servicio posible que una empresa de

telecomunicaciones puede ofrecer puede ser una tarea imposible sin embargo, existen

parmetros y variables que se pueden utilizar como indicadores de la calidad de servicio que

reciben los usuarios de una red celular. Entre muchos de los parmetros que comnmente se

usan para determinar cul es el mejor servicio de telefona celular se pueden nombrar los

siguientes: Precio de los servicios ofrecidos, rea de cobertura de la red celular, tipo y


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variedad de los servicios ofrecidos, cantidad de llamadas bloqueadas y llamadas cadas,

calidad de la voz, velocidad de transmisin de datos, cantidad de errores en la transmisin,

niveles de interferencia en las seales, etc.

La Coordinacin de Optimizacin de Digitel GSM ha usado algunos de los indicadores

o KPIs anteriormente mencionados para mejorar el desempeo de la red celular. Es de hacer

notar que debido a que la Coordinacin de Optimizacin pertenece al Departamento de

Operaciones, los KPI usados estn relacionados a la estructura y funcionamiento de la red

celular de Digitel GSM y no a la cantidad, precio o variedad de servicios ofrecidos.

El personal de la Coordinacin de Optimizacin ha diseado y desarrollado

herramientas y bases de datos para almacenar y analizar la informacin proveniente de la red

celular. Informacin acerca de la configuracin, trfico y desempeo de cada una de las BTS

Nokia de la red celular de Digitel GSM se puede analizar por medio del uso de lasherramientas anteriormente mencionadas.

Debido al crecimiento y expansin de la corporacin Digitel GSM, las bases de datos

usadas por la Coordinacin de Optimizacin tambin sufrieron un crecimiento. Este

crecimiento trajo como consecuencia la necesidad de tener que procesar y analizar mayor

cantidad de informacin en el menor tiempo posible.

El problema que enfrenta actualmente la Coordinacin de Optimizacin es que las

herramientas de anlisis y las bases de datos desarrolladas no fueron diseadas para manipular

y procesar grandes cantidades de informacin.

Es por esta razn que surge la necesidad de optimizar o mejorar la capacidad y

velocidad de procesamiento tanto de las herramientas como de las bases de datos de la

Coordinacin de Optimizacin.

2.3 Alcance y limitaciones del proyecto

El proyecto se divide en dos partes fundamentales. La primera de ellas comprende la

realizacin de una evaluacin comparativa entre el DBMS usado actualmente por la

Coordinacin de Optimizacin y otros dos DBMS (MySQL y PostgreSQL) de licencia libre.

Dependiendo de los resultados del estudio, se deber seleccionar el sistema administrador de


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bases de datos capaz de procesar con mayor rapidez la informacin. Luego, se deber realizar

la migracin, en caso de ser necesaria, de las bases de datos utilizadas por las herramientas

Daily Optimizer y Parameter, al nuevo administrador de bases de datos. Por ltimo, se

debern realizar las modificaciones necesarias a las herramientas Daily Optimizer y

Parameterpara que sean capaces de procesar con mayor rapidez la informacin de las bases

de datos.

La segunda parte del proyecto corresponde al desarrollo de una herramienta capaz de

calcular automticamente las adyacencias de una BTS. Esta herramienta debe servir como una

primera aproximacin en el proceso de seleccin de las adyacencias de una BTS. Adems,

esta herramienta debe servir como interfaz grfica para poder administrar la base de datos que

almacena la configuracin de las BTS Nokia de la red celular de Digitel GSM, es decir, a

travs de la herramienta, se debe poder modificar informacin parcial o total acerca de unaBTS e incluso se debe poder agregar o eliminar una BTS de la base de datos. Sumado a esto,

cuando se calculen las adyacencias de una BTS, la herramienta debe ser capaz, como eleccin

del usuario, de generar un reporte en el que se encuentre la informacin de la nueva BTS y sus

adyacencias. Este reporte es denominado Datafill por la Coordinacin de Optimizacin.

No queda dentro del alcance del proyecto, explicar los mtodos y procedimientos que

se deben seguir para mejorar el desempeo de un sistema administrador de bases de datos. En

el captulo 4 se presentan los fundamentos tericos que ayudan a entender los factores que

afectan el desempeo de un DBMS. Tambin se recomienda al lector, consultar las referencias

bibliogrficas en donde podr encontrar mucha ms informacin relacionada a la optimizacin

de un sistema administrador de bases de datos.


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3. OBJETIVOS

3.1 Objetivo general

Modificar y crear las herramientas y bases de datos necesarias para lograr disminuir

los tiempos de procesamiento de datos y lograr la automatizacin de tareas manuales.

3.2 Objetivos especficos

Evaluar y comparar dos administradores de bases de datos de licencia libre (MySQL y

PostgreSQL) con el administrador de bases de datos que actualmente se utiliza en la

Coordinacin de Optimizacin (Microsoft Access).

Basado en la comparacin anterior, seleccionar el administrador de bases de datos ms

adecuado para la Coordinacin de Optimizacin.

De ser necesario, migrar y modificar todas las bases de datos usadas por dos de las

herramientas de la Coordinacin de Optimizacin (Daily Optimizery Parameter) para

que funcionen bajo el nuevo administrador de base de datos seleccionado.

Realizar las modificaciones necesarias a la herramienta de la Coordinacin de

Optimizacin Daily Optimizer para disminuir los tiempos de consulta yprocesamiento de datos.

Realizar las modificaciones a la herramienta de la Coordinacin de Optimizacin

Parameter para disminuir los tiempos de consulta y procesamiento de datos.

Desarrollar una herramienta capaz de automatizar el clculo de las adyacencias de una

estacin base.


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4. FUNDAMENTOS TERICOS

4.1Introduccin

A lo largo de este captulo se presentar informacin fundamental para entender el

proyecto desarrollado en este libro. Conocimientos de telecomunicaciones, de bases de datos y

programacin, son fundamentales para el claro entendimiento del proyecto.

Este captulo empieza por presentar fundamentos tericos generales de

telecomunicaciones, luego se hace un recorrido acerca de la tecnologa y arquitectura del

estndar de comunicaciones mviles GSM, y por ltimo se dan a conocer los fundamentos

tericos de los sistemas administradores de bases de datos, haciendo mencin de los tres que

se estudian en este libro.

4.2Principios Bsicos de GSM

4.2.1 Evolucin de GSM

En los inicios de la dcada de 1980, CEPT (Confrence Europenne des Postes etTelecommunications) fund un grupo encargado de disear un sistema de telecomunicaciones

comn a Europa occidental. El grupo se llam Groupe Spciale Mobile y creci el nombre

de sistema GSM. Las siglas GSM se han interpretado de muchas maneras, pero la ms comn

es la de "Global System for Mobile communications". [4]

Durante el diseo del sistema se consideraron tres factores fundamentales: [4]

En cada pas deben existir varios operadores de redes de comunicacin, lo que

garantiza la competencia en cuanto a tarifas y servicios ofrecidos. Se supuso que sta

era la mejor manera para asegurar la rpida expansin de GSM.

El sistema GSM deba ser un sistema abierto cuyas interfaces entre cada una de las

partes del sistema deban estar bien definidas, de manera tal que varios equipos de


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13

diferentes fabricantes pudieran coexistir y por lo tanto mejorar la relacin costo-

eficiencia del sistema desde el punto de vista del operador.

Las redes GSM debern ser construidas sin que hayan cambios grandes en las redes

telefnicas conmutadas pblicas (PSTN; Public Switching Telephone Networks)

existentes.

El sistema deber mantener una buena calidad de voz.

El sistema deber hacer uso del espectro radio elctrico de la manera ms eficiente

posible.

El sistema deber tener una alta-adecuada capacidad.

El sistema deber ser compatible con servicios integrados de redes digitales (ISDN;

Integrated Services Digital Networks).

El sistema deber ser compatible con otras especificaciones de comunicacin de

datos.

El sistema deber mantener una buena seguridad respecto al suscriptor y a los datos

transmitidos.

Estas necesidades impuestas sobre GSM, se pueden alcanzar muchas ventajas, como

por ejemplo: [4]

GSM usa las radiofrecuencias eficientemente y debido al uso digital en el radio canal,

el sistema tolera ms interferencias.

La calidad de voz es mejor que la de sistemas celulares analgicos.

Se garantiza la seguridad del suscriptor a travs de la encriptacin de la voz.

Se ofrece una mayor cantidad de servicios debido a la compatibilidad con ISDN.

Roaming internacional es posible entre los pases que usen GSM.

A continuacin se presenta una breve cronologa en la evolucin de GSM: [4]

1982 CEPT inici un nuevo sistema celular a travs del grupo GSM. La comisin europea

(EC) indic que los pases miembros deban reservar la banda de los 900 MHz para

GSM.


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1987 Se asignaron las frecuencias 890 915 MHz para comunicacin desde la estacin

mvil a la base estacin (uplink), y 935 960 MHz para la comunicacin desde la

estacin base a la estacin mvil (downlink).

1991 El primero de Julio, se realiz la primera llamada en el mundo a travs de GSM.

1992 Se lanz la primera red GSM en Finlandia. Se asignaron nuevas frecuencias para

uplink (1710 1785 MHz) y para downlink (1805 1880 MHz). En Diciembre,

existan 13 redes en 7 reas geogrficas distintas, y operadores en Australia fueron los

primeros aliados no-europeos de GSM.

1993 En Diciembre ya haban 32 redes GSM operando en 18 reas geogrficas distintas.

1995 Haba 117 redes GSM operando a nivel mundial. Se implement la primera red GSM

1900 en E.E.U.U.

1998 Se realizaron las primeras pruebas de datos de circuito conmutado de alta velocidad(HSCSD; High Speed Circuit Switched Data) en Singapur. Ms de 120 millones de

usuarios a nivel mundial de GSM 900/1800/1900.

1999 Se realiz la primera llamada con datos usando GPRS (General Packet Radio Service)

en una red activa. A finales de este ao, ms de 250 millones de usuarios estaban con

operadoras de redes GSM.

4.2.2 Arquitectura de una red celular GSM

GSM posee dos interfaces que son realmente abiertas. La primera de ellas, entre la

estacin base y la estacin mvil, llamada interfaz de aire (Air Interface). La segunda es entre

la central de conmutacin de servicios mviles (MSC; Mobile services Switching Center) y el

controlador de base estaciones (BSC; Base Station Controller), llamada interfaz A (A

Interface). Existen otras interfaces definidas, pero no son realmente abiertas ya que las

especificaciones no se haban completado cuando se lanzaron los sistemas comerciales. [4]

La inteligencia de la red GSM, a diferencia de las redes analgicas que posean una

inteligencia centralizada, se distribuye en tres subsistemas: Subsistema de estacin base,

subsistema de conmutacin de la red, subsistema de administracin de la red y el subsistema

de operacin y mantenimiento.


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15

Otro componente fundamental en cualquier red celular es la estacin mvil (MS;

Mobile Station) que es la que hace uso de los servicios de una red GSM. Sin embargo, en

GSM, una MS est compuesta por un equipo terminal o equipo mvil (TE; Terminal

Equipment) y un mdulo de identificacin de suscriptor (SIM; Subscriber Identity Module).

Cada SIM posee un nmero de identificacin internacional de suscriptor mvil (IMSI;

International Mobile Subscriber Identity) y una identificacin internacional de equipo mvil

(IMEI; International Mobile Equipment Identity). [5] [4] [6]

La figura 2 muestra la arquitectura bsica de una red GSM. [6]

Figura 2. Arquitectura de una red GSM

4.2.2.1

Subsistema de estacin base

El Subsistema de estacin base (BSS; Base Station Subsystem) est encargado de

controlar el radio canal de todas las llamadas y los recursos disponibles en el sistema. El BSS


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est compuesto por el controlador de estacin base, la estacin base de transmisin-recepcin

y el transformador de codificacin. [4] [5] [6] [7]

La estacin de transmisin-recepcin (BTS; Base Station Transceiver): Formada por

transmisores, receptores, antenas, etc., se encarga de conectar las estaciones mviles a

la red GSM. Debe proveer la encriptacin y codificacin de los datos y asegurarse de

mantener una comunicacin libre de errores entre las MS.

El controlador de estacin base (BSC; Base Station Controller): Constituye el

elemento central del BSS y se encarga de controlar la manera en que varias BTSs

(generalmente un nmero alrededor de 100) usan los recursos disponibles. El BSC

debe encargarse de mantener la movilidad y el mantenimiento de las llamadas, y dar

soporte a la interfaz de aire y la interfaz A.

El transformador de codificacin (TC; Transcoder): Se encarga de hacer los ajustes

necesarios a los datos, para que pueda existir una comunicacin entre la BSC y el NSS.

4.2.2.2

Subsistema de conmutacin de la red

El Subsistema de conmutacin de la red (NSS; Network Switching Subsystem), est

encargado de realizar todas las funciones necesarias para el control de llamadas. El NSS est

compuesto por: Central de conmutacin de servicios mviles, registro de ubicacin usuarios

casa (HLR; Home Location Register), registro de ubicacin de usuarios visitantes (VLR;

Visitor Location Register), centro de autentificacin (AuC; Authentication Center) y el

registro de identidad de equipos (EIR; Equipment Identity Register). [4] [5] [6] [7]

La central de conmutacin de servicios mviles (MSC; Mobile Switching Center): Se

encarga de realizar las funciones de registro y autenticacin de usuarios, enrutamiento

de llamadas, sealizacin, etc. Bsicamente cumple las mismas funciones que una

central de una red digital fija ISDN (Integrated Services Digital Network) o la ms


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17

conocida red telefnica fija PSTN (Public Switched Telephone Network). Cuando la

funcin de una MSC es servir como puente entre una red fija y una red mvil (PLMN;

Public Land Mobile Network), generalmente se conoce como GMSC (Gateway MSC).

(figura 2)

El registro de ubicacin de usuarios casa (HLR; Home Location Register): Puede ser

considerado como una base de datos en donde se almacena, de forma permanente, la

informacin de todos los usuarios o suscriptores de una operadora de red GSM, de

todos los servicios que cada usuario puede acceder en la red e informacin que

permiten manejar la seguridad de la informacin de un usuario. Cada PLMN o red

mvil, posee un solo HLR, y cada usuario es asignado solamente a un HLR incluso si

ste se encuentra en otra red GSM que no sea su red de origen.

El registro de ubicacin de usuarios visitantes (VLR; Visitor Location Register): Es

una base de datos en donde se almacena informacin dinmica de los usuarios o

suscriptores. Cuando un suscriptor se mueve de una cierta ubicacin a otra, la

informacin de ste se transfiere del VLR viejo al VLR nuevo. Existen momentos en

que el nuevo VLR debe consultar el HLR del usuario para obtener informacin

adicional. La diferencia fundamental entre el VLR y el HLR es que el VLR se asignauna zona geogrfica especfica y el HLR es independiente de la ubicacin geogrfica

del suscriptor. An cuando el usuario se encuentra en su red de origen, el VLR que

abarca su ubicacin geogrfica es quien maneja los datos dinmicos del usuario. Un

VLR puede servir a varios MSCs. La figura 3 muestra algunos de los diferentes datos

almacenados en el HLR y VLR, y la figura 4 muestra la relacin entre MSC y VLR.

[6] [7]


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18

Figura 3. Diferencias entre HLR y VLR

Figura 4. Relacin entre MSC y VLR


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19

El registro de identificacin de equipos (EIR; Equipment Identity Register): Sirve para

controlar el uso de equipos en la red. Debido a la separacin en la identificacin del

suscriptor (a travs del IMSI) y la identificacin del equipo (a travs del IMEI), es

posible la creacin de un mercado negro de equipos robados ya que es posible operar

cualquier equipo GSM con cualquier SIM GSM vlido. Para evitar este mercado

negro, el EIR almacena entre otras cosas el IMEI (ya que no existe forma de cambiarlo

sin destruir el equipo) de aquellos equipos que no sern permitidos en la red. El EIR

mantiene esta informacin generalmente en tres listas: La lista blanca (White list) que

almacena el tipo de todos los equipos GSM aprobados, es decir, que pueden ser usados

en la red, la lista negra (Black list) que contiene los IMEIs de equipos robados o que

no deben ser permitidos por razones tcnicas y la lista gris (Gray list) que contiene losequipos a los cuales se les debe hacer seguimiento.

El centro de autenticacin (AuC; Authentication Center): Generalmente integrado en

el HLR, guarda las claves de autenticacin de usuarios y las claves para la encriptacin

de la voz.

4.2.2.3

Subsistema de administracin de la red

El subsistema de administracin de la red (NMS; Network Management Subsystem)

tambin conocido como subsistema de operacin y mantenimiento (OMSS; Operation and

Maintenance SubSystem), se encarga de realizar, a travs del centro de operacin y

mantenimiento (OMC; Operation and Maintenance Center), funciones de monitoreo, control y

administracin de la red. Entre sus funciones se pueden mencionar: [7]

La administracin y control de los suscriptores, de la cobranza, de la recoleccin de

estadsticas, etc.

Manejo y administracin de la seguridad en la red.


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20

Manejo de la configuracin, operacin y desempeo de todos los componentes de la

red.

Realizar tareas de mantenimiento.

4.2.3 Interfaz de Aire

La unin internacional de telecomunicaciones (ITU; International Telecommunication

Union) es el ente internacional encargado, entre otras cosas, de asignar el uso del espectro

radioelctrico. Para GSM, la ITU ha asignado las siguientes frecuencias: [5] [6]

GSM900

Uplink: 890-915 MHz

Downlink: 935-960 MHz

GSM1800:

Uplink: 1710-1785 MHz

Downlink: 1805-1880 MHz

GSM1900:

Uplink: 1850-1910 MHzDownlink: 1930-1990 MHz

Para hacer uso de los recursos limitados del espectro radioelctrico, GSM usa una

combinacin entre el acceso mltiple por divisin de tiempo (TDMA; Time Division Multiple

Access) y el acceso mltiple por divisin de frecuencia (FDMA; Frequency Division Multiple

Access). La parte FDMA de GSM divide el ancho de banda tanto del enlace de subida

(Uplink) como del enlace de bajada (Downlink) de 25 MHz, en 124 frecuencias portadoras

separadas entre s por un ancho de banda igual a 200 KHz. La parte TDMA de GSM divide

cada una de estas frecuencias en 8 ranuras de tiempo (Time slots) con una duracin

aproximada de 577 microsegundos. Cada ranura de tiempo puede ser ocupada por una rfaga

(Burst) de 156,25 bits, cada uno con una duracin de 3,69 microsegundos aproximadamente.

Esto hace que la rata de bits en la interfaz de aire sea de aproximadamente 270Kbits/s (En


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21

realidad est definida como 270,833 Kbps).Si se combinan 8 time slots, se forma una trama

(Frame) TDMA cuya duracin es de 4,616 milisegundos. La figura 5 muestra la configuracin

de la interfaz de aire y la figura 6 muestra como se combinan las ranuras de tiempo para

formar tramas. [5] [6] [7]

Figura 5. Interfaz de aire de GSM

4.2.3.1Canales fsicos y lgicos

Para poder transmitir los datos por la interfaz de aire, GSM utiliza cada ranura de

tiempo para transmitir diferente informacin a distintas MS. Para poder identificar el tipo de

informacin en una ranura de tiempo determinada, se usan los conceptos de canales fsicos y

lgicos.

Los canales fsicos son todas las ranuras de tiempo disponibles en una BTS, es decir,

cada ranura de tiempo que puede ser usada para enviar o recibir datos, es un canal fsico.

Los canales lgicos se usan para identificar el tipo de informacin que se encuentra en

un canal fsico. En GSM los canales lgicos se pueden dividir en canales de trfico y canales

de sealizacin.


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Los canales de trfico (TCH; Traffic Channels) son usados para la transmisin de voz

o de datos. Existen dos tipos de canales de trfico que son el fullrate (TCH/F; 22,8 Kbps) y el

halfrate (TCH/H; 11,4 Kbps). Cuando se usa el canal completamente, es decir, la velocidad de

transmisin es la mxima, se dice que es un canal fullrate. Con el uso de canales TCH/H, es

posible transmitir dos llamadas en un mismo canal. Esto se puede lograr ya que la capacidad

de transmisin del canal TCH/H es la mitad de la del canal TCH/F. [5]

Figura 6. Time slots y tramas TDMA en GSM.


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Los canales de sealizacin se pueden dividir ms an en canales de difusin

(Broadcast), canales dedicados y canales comunes.

Los canales broadcast o canales para la comunicacin punto-multipunto, son usados

solamente en el enlace de bajada (direccin downlink; desde la BTS a la MS) y son

responsables principalmente de la sincronizacin y correccin de frecuencia. Los siguientes

canales estn en esta categora: [4] [5]

Broadcast Control Channel (BCCH): Usado por las BTS para enviar informacin

general especfica a todas las MS al alcance, por ejemplo, cdigo de rea local (LAC;

Local Area Code), parmetros de acceso, lista de BTS adyacentes, frecuencias usadas

por la BTS, secuencia de saltos de frecuencia (Frequency Hopping), etc.

Frequency Control Channel (FCCH): Usado por la BTS principalmente para la

correccin de las frecuencias de una MS.

Synchronization Channel (SCH): Usado por la BTS para sincronizar las tramas TDMA

en una MS. Con la recepcin vlida de un burst completo de SCH, una MS obtendr

toda la informacin necesaria para sincronizarse con una BTS.

Los canales comunes son utilizados para llevar informacin de la red a la MS y para

permitir el acceso a la red. Los siguiente canales entran en esta categora: [4] [5]

Paging Channel (PCH): Usado por la BTS para informar a la MS de, por ejemplo, una

llamada entrante.

Access Grant Channel (AGCH): Usado por la BTS para asignar un canal TCH o

SDCCH a la MS y permitirle el acceso a la red.

Random Access Channel (RACH): Usado por la MS para hacer una peticin para que

se le asigne un canal SDCCH luego de recibir, por ejemplo, un llamado de atencin

(paging). La MS escoge un tiempo aleatorio en el cual enva informacin por este

canal. Esto puede ocasionar colisiones entre MS.


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Por ltimo estn los canales lgicos dedicados. stos son usados para realizar

operaciones tales como encriptacin, roaming, handovers, etc. En esta categora estn los

siguiente canales: [4] [5]

Stand-alone Dedicated Control Channel (SDCCH): Usado principalmente para la

sealizacin entre MS y BTS antes de que sea asignado un canal TCH.

Slow Associated Control Channel (SACCH): Usado para transmitir continuamente

mediciones de alineacin de tramas o mediciones de potencia, por ejemplo. Funciona

en paralelo con cada canal TCH y SDCCH.

Fast Associated Dedicated Control Channel (FDCCH): Usado para transmitir datos de

sealizacin generalmente cuando se necesita realizar un handover. El FDCCH

reemplaza un TCH durante el handover.

En la figura 7 se muestra un resumen de los canales lgicos usados en GSM. [7]

Figura 7. Canales lgicos de la interfaz de aire de GSM


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cobertura y ubicacin de los elementos de la red, calidad de las llamadas, desarrollos a futuro

en la red, distribucin de la poblacin, estadsticas de uso telefnico en la poblacin, etc. [4]

Los pasos fundamentales para planificar una red son:

1. Recolectar informacin acerca de: leyes y regulaciones, informacin demogrfica,

niveles de ingresos de la poblacin, predicciones de expansin geogrfica,

disponibilidad de frecuencias de microondas, requerimientos de conexin con otros

sistemas, principios de enrutamiento, direccionamiento y numeracin, mapas

topogrficos, infraestructura existente, etc.

2. Dimensionar la red basndose en los requerimientos de cobertura y capacidad, para lo

cual se necesita informacin detallada acerca de las estimaciones de crecimiento,

infraestructura disponible y necesitada, metas de calidad y desempeo, cantidad y tiposde equipos necesitados, etc.

3. Seleccionar la ubicacin de los MSC, BSC y BTS.

4.

Evaluar las diferentes ubicaciones de los MSC, BSC y BTS para ver si la ubicacin

cumple con los requerimientos necesarios. Por ejemplo, al evaluar la ubicacin de una

BTS se debe tomar en cuenta los alrededores, obstculos geogrficos y estructurales y

equipos de radiofrecuencia existentes en la zona.

5. Planificacin detallada de la red. Utilizar sistemas y herramientas con diseo ayudado

por computadora (CAD; Computer Aided Design) para la prediccin del rea de

cobertura, anlisis de interferencia, planificacin de frecuencia, planificacin de

enlaces de microondas, etc.

Existen tres reas fundamentales en la planificacin de una red celular [4]. La

planificacin de la red conmutada (Switching Network Planning), en donde se deben analizar

los requerimientos de calidad, niveles de desempeo, interconexin con otras redes, cantidad

de usuarios, cantidad de servicios ofrecidos, desarrollos y expansin futura de la red, etc. La

planificacin de la red de transmisin celular (Cellular Transmission Network Planning) es la

segunda rea a tomar en cuenta y se enfoca en el diseo de los enlaces de microondas, por

ejemplo, entre BTS y BSC. La ltima rea que se debe tomar en cuenta es la planificacin de


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la red de radiofrecuencia (Radio Network Planning) o la planificacin de los recursos de

radiofrecuencia, la cual ser discutida con ms detalle a continuacin.

4.2.4.1Planificacin de los recursos de radiofrecuencia.

El factor fundamental en esta fase de la planificacin de una red celular es la

ubicacin, configuracin y tipo de BTS que se usarn. Se deben realizar anlisis acerca del

tipo de ciudad, volmenes de trfico y distancias de cobertura para identificar la BTS ms

adecuada que se debe utilizar.

En GSM, el rea geogrfica de cobertura de la red celular se divide en celdas. Una

celda corresponde al rea geogrfica cubierta por una BTS. Tericamente, el tamao mximode una celda, medido desde el centro de la BTS hasta el borde de la celda, es de 35 km, sin

embargo, el tamao depende de varios factores como nmero de usuarios, tipo y tamao de la

ciudad, frecuencia de transmisin, condiciones geogrficas, topologa, etc. [4]

Para dimensionar una celda, es necesario conocer cuantos canales de trfico (TCH) son

necesarios. Para determinar esto, es necesario calcular un estimado de la capacidad de trfico

necesario, lo cual se hace a travs del nmero de Erlangs necesarios. Un Erlang es la unidad

de medida del trfico de una red y equivale al uso continuo de un canal de comunicacin por

una hora, sin embargo, la cantidad de trfico es independiente al tiempo de observacin por lo

que se puede definir un Erlang como el uso continuo de un canal de comunicacin por tiempo

de observacin. Para calcular el nmero de Erlangs necesarios se usa la siguiente frmula: [4]

( )( )nobservaciodetiempo

onconversacidepromediotiemponobservaciodetiempoporllamadasErlangs

..

)...(.... =

En esta frmula es necesario que el tiempo promedio de conversacin o tiempo

promedio de uso de un canal de comunicacin y el tiempo de observacin estn en las mismas

unidades (segundos, minutos, horas). Por ejemplo, si se tiene un promedio de 540 llamadas

por hora y el tiempo promedio de conversacin es de 100 segundos, entonces la capacidad de

trfico es de 15 Erlangs. Si se decide utilizar un tiempo de observacin de 15 minutos, por

ejemplo, entonces se deben tomar el nmero de llamadas por 15 minutos y el tiempo de

observacin ser de 900 segundos. [4]


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Otro factor importante al planificar la red de radiofrecuencia es la configuracin de las

BTS que se va a usar. Tres tipos de configuraciones son los ms conocidos y son: La

configuracin omnidireccional, en donde la antena de la BTS puede transmitir y recibir en

360, es decir, el patrn de radiacin de la antena muestra la misma intensidad en todas

direcciones. Existen tambin BTS sectorizadas en dos o tres, esto significa que una BTS posee

dos o tres antenas que transmiten en una determinada direccin, es decir, el patrn de

radiacin de la antena muestra mayor intensidad en un rango determinado de direcciones. La

figura 8 muestra la configuracin de los tres tipos de BTS. [4]

Figura 8. Diferentes configuraciones de BTS.

Es importante en toda red celular poder optimizar los recursos disponibles en ella. Uno

de los recursos ms escasos es el espectro radioelctrico. Solamente hay un nmero limitado

de frecuencias asignadas a un BSS y ste nmero es siempre mucho menor que la cantidad de

celdas que tiene o que tendr la red celular. Debido a esto se hace necesario hacer un reuso de

las frecuencias disponibles (Frequency reuse). Este mtodo consiste en asignar las frecuencias

de modo tal de obtener la menor interferencia posible. La asignacin de las frecuencias se

realiza a travs de un patrn de reuso, y en la figura 9 se muestra uno de los muchos que


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existen. Otros mtodos para optimizar una red celular pueden ser usados, como por ejemplo el

uso de saltos de frecuencia (Frequency hopping), sin embargo, no se mencionarn en este

libro.

Figura 9. Patrn de reuso en una red GSM con 9 frecuencias disponibles. [4]

4.2.4.2Modelos de propagacin para la planificacin de una red celular

Como se mencion anteriormente, es necesario hacer uso de herramientas que faciliten

la tarea de planificacin a travs del diseo ayudado por computadora (CAD). Tambin se

mencion que es necesario hacer predicciones o estimaciones acerca del rea de cobertura de

una red, en particular, el rea de cobertura de una BTS. Es imposible calcular exactamente elrea de cobertura de una BTS ya que existen muchas variables que afectan el comportamiento

de la seal de radiofrecuencia como la reflexin, refraccin, difraccin, dispersin y las

prdidas de espacio libre, sin embargo, existen muchos modelos utilizados para predecir y

calcular tericamente el rea de cobertura de una BTS. En la figura 10 se muestra un grfico

con algunos de los modelos que existen.


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Figura 10. Modelos de propagacin y su rango vlido de frecuencias. [8]

El modelo que se presenta a continuacin, es el modelo utilizado en el desarrollo del

proyecto. Se utiliz este modelo debido a que todos los parmetros del modelo, pueden ser

obtenidos de las bases de datos de la Coordinacin de Optimizacin. El modelo escogido fue

el de Okumura-Hata.

Modelo de Okumura-Hata

En la dcada de 1960, estaba en marcha en Japn, una gran campaa orientada a

realizar mediciones en las prdidas en la comunicacin entre dos antenas. Las mediciones de

Yoshihisha Okumura consistieron en hacer calcular la atenuacin de espacio libre entre dos

antenas isotrpicas y luego hacer ajustes y correcciones por excesos de prdida y alturas de la

estacin base y la estacin mvil. Durante las pruebas Okumura vari los siguientes

parmetros: [9] [10]

Frecuencia: 100 3000 MHz

Distancia: 1 100 km

Altura de la estacin mvil: 1 10m


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Altura de la estacin base: 20 100m

Ambiente o rea: ciudades pequeas, medianas, grandes, etc.

Los valores de prdidas de propagacin se dan como valores medios, 50% del tiempo

y 50% de las reas.

En 1980, Masaharu Hata public un modelo de propagacin parametrizado basado en

las mediciones de Okumura. Las limitaciones o rangos vlidos para el modelo de Hata o

modelo Okumura-Hata son menores a los originales como se muestran a continuacin:

Frecuencia: 150 1500 MHz

Distancia: 1 20 km

Altura de la estacin mvil: 1 10m

Altura de la estacin base: 30 200m

La figura 11 muestra grficamente algunos de los parmetros del modelo Okumura-

Hata. [10]

Figura 11. Representacin grfica del modelo de propagacin emprico de Okumura-Hata.

La frmula usada para calcular las prdidas de propagacin en una zona o rea urbana

es la siguiente: [9] [10]

( ) ( ) ( ) ( )( ) ( )dhhahfL BTSMSBTSP loglog55,69,44log82,13log16,2655,66 ++=


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Donde:

fes la frecuencia de la portadora en MHz

des la distancia en km

hBTSes la altura de la antena de la estacin base

hMSes la altura de la estacin mvil

a(hMS)es un factor de correccin

( )

( )( )

( )( )

( )( ) ( )( )


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usuarios perciban la mejor calidad de servicio posible, se deben eliminar o reducir factores

que afecten esta percepcin como los son la cantidad de llamadas cadas, calidad de la voz,

cantidad de llamadas fallidas, etc. Por ltimo, la red debe ser analizada constantemente en

bsqueda de satisfacer todas las necesidades y demandas presentes y futuras de servicios

complementarios. Por ejemplo, se pueden hacer cambios a las redes GSM para obtener

mayores tasas de transferencia de bits con tecnologas como High Speed Circuit Switched

Data (HSCSD), General Packet Radio Service (GPRS) y Enhanced Data Rates for Global

Evolution (EDGE).

4.3Fundamentos de las bases de datos y sistemas de bases de datos

Para poder hablar de bases de datos y de administradores o sistemas administradores

de bases de datos (DBMS; DataBase Management System) se deben conocer claramente los

conceptos que los definen. Una base de datos puede ser definida simplemente como una

coleccin o un conjunto de datos, almacenados bajo una determinada estructura, persistentes

en el tiempo y un sistema administrador como el conjunto de herramientas que permiten el

acceso y uso de los datos almacenados [11]. Por ejemplo, una libreta de direcciones es

considerada como una base de datos, o incluso una biblioteca en donde los datos estn

organizados en libros y clasificados segn el tipo o al gnero al cual pertenecen, sin embargo,

generalmente al hablar de bases de datos, se hace referencia a los datos que son almacenados

en un computador en forma digital. A lo largo de este libro se utilizar esta referencia de bases

de datos, es decir, las que se almacenan en un computador.

4.3.1 Historia de las bases de datos

Desde los primeros aos de la dcada de 1960, cuando el primer sistema administrador

de bases de datos de propsito general fue creado por Charles Bachman en General Electric

[12], se han desarrollado varios modelos que son usados para representar la informacin

almacenada en una base de datos. El modelo de red de datos (en ingls network data model),


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el modelo de datos jerrquicos (hierarchical data model), el modelo de datos orientados a

objetos, el modelo de datos entidad-relacin y el modelo relacional de bases de datos

(relational data model) son algunos de los ejemplos que muestran la evolucin de las bases de

datos. Hoy en da, el modelo de bases de datos ms aceptado a nivel mundial es el modelo

relacional desarrollado por Edgar Codd en los laboratorios de investigacin de IBM en San

Jos, California, durante la dcada de 1970. [12] [13]

Antes de que se desarrollaran los conceptos de bases de datos y de administradores de

bases de datos, la informacin se almacenaba en archivos de computadora. Usar el sistema de

archivos del sistema operativo para almacenar datos, posee, entre muchas, las siguientes

desventajas: [12] [13]

No hay control en el acceso y modificacin de datos, es decir, no hay control en la

concurrencia de acceso de usuarios. Por ejemplo, dos clientes de un banco quieren

hacer retiros de una cuenta cuyo estado inicial es de 100. Un cliente hace un retiro de

60 y otro de 30. El sistema de archivo no tiene forma de asegurar que el estado de la

cuenta ser correcto (habr inconsistencia). Dependiendo de cual sea el ltimo retiro

escrito en el archivo, la cuenta puede quedar en 40 o en 70 y no en 10 como debera

ocurrir. Para evitar tamaos de archivos muy grandes (mayores a la capacidad de memoria

del computador, por ejemplo.), es necesario dividir los datos en varios archivos los

cuales seguramente tendrn problemas de inconsistencia y redundancia si no se

realiza un diseo adecuado de los programas que consultan y modifican los archivos.

El problema de la inconsistencia se mencion en el punto anterior, sin embargo, la

redundancia est en que si por ejemplo, un banco tiene dos archivos en donde

almacena informacin de la cuenta corriente y la cuenta de ahorros de sus clientes, es

probable que tanto el nmero telefnico como la direccin de los clientes aparezcan

en ambos archivos (problemas de redundancia), lo que hace que las bases de datos

crezcan de manera desmesurada.

Para realizar bsquedas o consultas de informacin en los archivos, es necesario crear

uno o varios programas que realicen las consultas deseadas. Si luego de desarrollar el


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software, es necesario realizar otro tipo de bsqueda a las diseadas originalmente, es

necesario desarrollar otro programa que satisfaga la nueva o nuevas necesidades. Otra

opcin casi impensable, debido a la cantidad de tiempo invertido, es la de realizar la

bsqueda manual de la informacin deseada.

Puede ocurrir que los archivos hayan sido diseados con diferentes formatos lo que

hace que la tarea de desarrollar un nuevo programa sea ms complicada.

Pueden tambin existir problemas de seguridad en cuanto a cuales datos pueden ser

usados por cuales usuarios. A pesar de que esto se puede implementar en un sistema

de archivos desde el diseo, tratar de cambiar las polticas de seguridad de las bases

de datos puede ser una tarea engorrosa y complicada.

Todos los problemas mencionados anteriormente, entre otros, fueron solucionados con

el desarrollo y la aparicin de diferentes modelos de bases de datos, y con el desarrollo y

aparicin de los sistemas administradores de bases de datos cuyas funciones se pueden

resumir en: [12] [13] [14]

Asegurar y controlar el correcto almacenamiento de los datos.

Garantizar la seguridad de los datos.

Controlar el acceso a los datos de mltiples usuarios. Asegurar la integridad de los datos.

Administrar procesos de respaldo y recuperacin de datos.

4.3.2

Modelo relacional de bases de datos

Un modelo de datos es una representacin simple de la estructura de una base de datos.

En l se describe la forma en que se deben mostrar los diferentes tipos de datos y las

relaciones entre ellos.

El modelo relacional de bases de datos propuesto por Edgar Codd, est basado en tres

componentes principales para representar los datos: Entidades, atributos y relaciones. [12]

[13] [14]


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Una entidad representa cualquier cosa de la cual se quiere recolectar y almacenar datos

o informacin. Las entidades pueden ser objetos fsicos o abstractos como por ejemplo una

persona, un lugar, un evento, un producto, una ruta de vuelo, etc.

Un atributo es una caracterstica de una entidad. Por ejemplo, una entidad llamada

PERSONA puede ser descrita o identificada a travs de atributos tales como nombre, apellido,

telfono, direccin, nmero de cdula, etc.

Una relacin, componente principal del modelo relacional de bases de datos, permite

mostrar y almacenar la informacin en forma de una tabla de dos dimensiones. Cada fila o

tuple de la tabla representa una entidad nica. Las columnas de la tabla corresponden a los

atributos de las entidades y no pueden existir dos atributos o columnas con el mismo nombre.

Igualmente, dos filas, tuples o entidades no pueden ser exactamente las mismas, al menos un

atributo debe ser diferente, es decir, cada entidad debe poseer una combinacin nica de losatributos de la relacin. Existe tambin lo que se conoce como schema, que describe las

caractersticas de una relacin o tabla, es decir, el nombre de la tabla, el nombre de cada una

de las columnas de la tabla y el tipo de datos que se deben almacenar en cada columna. [12]

[13] [14]

En la figura 12, se muestra un ejemplo de una relacin o tabla de una base de datos

relacional.

Figura 12. Relacin o tabla de una base de datos relacional.


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4.3.3 Sistemas administradores de bases de datos

El concepto de sistema administrador de bases de datos en el sentido ms amplio

define al conjunto de herramientas utilizadas para compartir y hacer uso de los datos

almacenados en una base de datos. Al igual que las bases de datos, cuando se habla de un

administrador de bases de datos, se hace referencia a un programa o software que permite

manejar y compartir datos, y provee de un mtodo sistemtico para crear, actualizar, buscar y

almacenar informacin en una base de datos. Adems, un administrador de bases de datos

debe tener la capacidad de ofrecer la integridad y seguridad de los datos as como tambin la

capacidad de optimizar y controlar el acceso a los datos [11]. En la figura 13 se muestra la

relacin entre un DBMS y una base de datos [11]

Figura 13. Relacin entre un DBMS y varias bases de datos


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4.3.4 Estructura de un sistema administrador de bases de datos

Cualquier sistema de bases de datos se puede dividir a grandes rasgos en dos partes

fundamentales: El administrador de almacenamiento (Storage Manager) y el administrador o

procesador de consultas (Query Processor).

Bsicamente el administrador de almacenamiento se encarga de hacer el mejor uso

posible de los datos almacenados. Existen empresas cuyas bases de datos pueden alcanzar

tamaos de varios cientos de gigabytes e incluso terabytes. Debido a que la memoria principal

de las computadoras no es capaz de almacenar tal cantidad de informacin, los datos son

almacenados en discos duros. Los sistemas administradores de bases de datos deben ser

capaces de mover entre el disco y la memoria segn se necesite. Dado que los tiempos de

acceso a los datos del disco son relativamente lentos comparados con los tiempos de acceso alos datos de la memoria, los DBMS deben estructurar y almacenar los datos de manera que se

reduzca la necesidad de mover datos entre el disco y la memoria. En la figura 14 se muestra la

estructura general de un sistema administrador de bases de datos: [13]

Figura 14. Estructura general de un sistema administrador de bases de datos.


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4.3.4.1El administrador de almacenamiento (Storage Manager)

Uno de los mdulos o componentes de un sistema de bases de datos es el

administrador de almacenamiento el cual, adems de proveer la interfaz entre los datos

almacenados a bajo nivel y los programas que hacen uso de ellos, es responsable de

interactuar con otra parte llamada el manejador o administrador de archivos (file manager), de

manera tal de poder almacenar los datos en el disco, usando el sistema de archivos

proporcionado por el sistema operativo del equipo. Es una funcin del administrador de

almacenamiento, por lo tanto, traducir declaraciones en lenguaje de manipulacin de datos

(DML; Data-Manipulation Language) a comandos de bajo nivel compatibles con el sistema de

archivos del sistema operativo. El administrador de almacenamiento est formado por una

serie de componentes que le permiten almacenar, recuperar y actualizar los datos de una basede datos; stos son: [13]

El administrador de autorizacin e integridad (Authorization and Integrity Manager)

el cual comprueba que se satisfagan ciertos niveles de integridad y verifica la

autorizacin de los usuarios para acceder a los datos.

El administrador de transacciones (Transaction Manager) el cual asegura que las

bases de datos permanezcan en un estado consistente o correcto incluso despus de una

falla de sistema y que no existan conflictos al ejecutar operaciones en forma

concurrente.

El administrador de archivos (File Manager)el cual se encarga de manejar el espacio

y la ubicacin de los datos en el disco.

El administrador de bferes (Buffer Manager)el cual se encarga de llevar datos desde

el disco hasta la memoria principal del equipo, y decide cuntos y cules datos deben

permanecer en ella. El administrador de bferes es una parte crtica del sistema de

bases de datos ya que ste permite que se puedan usar bases de datos que son mucho

ms grandes que la memoria principal del computador.

Generalmente, el administrador de almacenamiento usa tres formas para almacenar los

datos en una base de datos, stas son:


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Archivos de datos (Data File), en donde se almacenan los datos propiamente dichos.

Diccionario de datos (Data Dictionary), en donde se almacena informacin acerca de

las bases de datos; en una base de datos relacional, el diccionario de datos almacena

las schemas de las bases de datos, es decir, la descripcin de cada una de las tablas o

relaciones.

ndices (Indexes)que permiten acceder a datos que poseen valores especficos dentro

de una base de datos.

4.3.4.2El procesador de consultas (Query Processor)

La importancia del procesador de consultas radica en la capacidad que ste debe tener

para simplificar, facilitar y agilizar la bsqueda de datos en las bases de datos. Los

componentes de procesador de consultas incluyen: [13]

El interpretador DDL (Data-Definition Language)el cual traduce declaraciones DDL

y registra las definiciones en el diccionario de datos. El lenguaje DDL permite definir

las schemas de una base de datos.

El compilador DML (Data-Manipulation Language) el cual traduce comandos DMLen un lenguaje de consultas a una serie de instrucciones de bajo nivel que conforman

un plan de evaluacin que debe ser analizado por el evaluador de consultas. Una

consulta, generalmente, puede ser ejecutada a travs de distintos planes de evaluacin,

por lo tanto, es una funcin del compilador DML realizar una optimizacin de la

consulta, es decir, escoger el plan de evaluacin que resulte en el menor costo posible.

El motor de evaluacin de consultas (query evaluation engine), el cual ejecuta las

instrucciones de bajo nivel generadas por el compilador DML.

Como se ver ms adelante, el DDL y DML tambin forman parte del lenguaje

estructurado de consultas o SQL.


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4.3.4.3El administrador de transacciones (Transaction Manager)

La importancia de este componente del sistema administrador de bases de datos, como

se mencion anteriormente, es permitir a varios usuarios realizar consultas simultneamente

sin que se produzca una prdida en la integridad de los datos incluso si el sistema falla

repentinamente. Para que las transacciones se ejecuten adecuadamente, el administrador de

transacciones debe cumplir con cuatro caractersticas fundamentales denominadas

propiedades ACID, por sus siglas en ingls. Estas propiedades son: [13]

Atomicidad (Atomicity): Es necesario, que todas las transacciones se ejecuten, o que

ninguna lo haga. Esto asegura que ninguna operacin realizada puede quedar a medias.

Consistencia (Consistency): Se refiere al estado de una base de datos cuando se inicia

y se finaliza una transaccin. Existen reglas o limitaciones de integridad o consistencia

que no pueden ser rotas por una transaccin. Por ejemplo, una limitacin o condicin

de consistencia para una aerolnea puede ser que un asiento no puede ser asignado a

dos pasajeros distintos. A pesar de que sto puede ocurrir durante la asignacin de

puestos, el administrador de transacciones debe asegurarse de que una vez que hayan

finalizado todas las transacciones, dos pasajeros distintos no reciban el mismo asiento.

Aislamiento (Isolation): Cuando dos o ms transacciones se ejecutan de formaconcurrente o simultnea, sus efectos deben estar aislados entre ellas, es decir, los

efectos de dos transacciones ejecutndose simultneamente, deben ser los mismos a

los efectos que se obtendran si se ejecuta una transaccin primero y la otra despus.

Durabilidad (Durability): Si una transaccin se ha completado exitosamente, sus

efectos debern persistir (no se deben perder) incluso si el sistema falla

inmediatamente despus de que la transaccin haya culminado.


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4.3.5 lgebra relacional y sus operaciones

El lgebra relacional es un lgebra especial que permite construir nuevas relaciones o

tablas a partir de otras. Una consulta es una expresin de lgebra relacional. Existen cuatro

categoras fundamentales en las operaciones de lgebra relacional: [15]

Operaciones tpicas de conjuntos: unin, interseccin y diferencia, aplicadas a

relaciones o tablas.

Operaciones que eliminan parte de una relacin: Operacin de seleccinelimina tuples

(filas) y la operacin deproyeccinelimina atributos (columnas).

Operaciones que combinan los tuples de dos relaciones, incluyendo el producto

Cartesiano, el cual combina dos tuples o filas de dos relaciones distintas en todas las

formas posibles, y varios tipos de operaciones de empalme o juntura (join) que

combinan tuples de dos relaciones distintas en forma selectiva.

Operaciones de cambio de nombre (rename) que no afectan tuples de la relacin sino

que cambia la schema de la relacin, es decir, se modifican los nombres de los

atributos y/o el nombre de la misma relacin.

Existe otra gran cantidad de operaciones adicionales a las mencionadas anteriormente,como por ejemplo operaciones de eliminacin, insercin y actualizacin, y operaciones de

creacin de vistas (views). Debido a que no es objetivo de este libro ahondar en lo referente al

lgebra relacional ni a la gran variedad de comandos SQL existentes, solamente se

mencionar la funcin de una vista o view ya que stas son usadas en el desarrollo del

proyecto.

Una vista o view es una relacin o tabla que no existe fsicamente en una base de

datos, en otras palabras, una vista es una relacin virtual de una base de datos [13]. Una vista

puede tener varias funciones entre las cuales se pueden mencionar la capacidad de aadir

seguridad a los datos y la capacidad de simplificar la complejidad del comando para realizar

una consulta. Por ejemplo, la consulta SELECT a1, a2, a3, a4, a5 FROM r1 WHERE a2 = x

AND a7 = y, puede servir como seguridad para evitar que un usuario pueda tener acceso a

todos los atributos y entidades de la relacin r1 o simplemente es una consulta que se desea


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realizar. Cada vez que se desee realizar esta consulta, se debe escribir el comando SQL

completo. Aqu es donde pueden ser tiles las vistas: CREATE VIEW v1 AS SELECT a1, a2,

a3, a4, a5 FROM r1 WHERE a2 = x AND a7 = y. Este comando SQL crea una vista llamada

v1 que ejecuta el mismo comando SQL mencionado al inicio del ejemplo. La creacin de

esta vista tiene dos funciones. La primera es que podemos restringir al acceso a la relacin

r1 y permitir el acceso a la vista v1, de esta forma podemos proteger los datos de la

relacin r1 que no son utilizados por la vista v1. Otra de las funciones es simplificar la

ejecucin del comando SQL necesitado. Con la creacin de la vista, slo basta con ejecutar

SELECT * FROM v1 para obtener los datos del comando SQL definido en la vista. [15]

4.3.6

Lenguaje estructurado de consultas (SQL)

El lenguaje estructurado de consultas, SQL (Structured Query Language), es el ms

usado en sistemas administradores de bases de datos que usan el modelo relacional. El

lenguaje SQL fue desarrollado por IBM y fue denominado originalmente lenguaje SEQUEL

al implementarlo como parte del proyecto System-R. Con el paso del tiempo, el lenguaje

SEQUEL evolucion y se convirti en lo que hoy se conoce como lenguaje SQL. En 1986, el

Instituto Nacional Americano de Estndares (ANSI; American National Standards Institute) y

la Organizacin Internacional para la Estandarizacin (ISO; International Organization for

Standarization) desarrollaron el primer estndar SQL denominado SQL-86. Hoy en da el

estndar ms reciente desarrollado por ANSI / ISO es el SQL:1999, tambin conocido como

SQL3. [13] [15]

A pesar de que la mayora de los sistemas administradores de bases de datos no dan

soporte a todas las caractersticas especificadas en el estndar SQL:1999, la mayora de los

fabricante dirigen sus esfuerzos para incorporar stas caractersticas en sus sistemas

administradores. Es evidente que SQL, siendo el lenguaje ms usado actualmente en los

sistemas administradores de bases de datos, casi todos los fabricantes ofrecen las

caractersticas bsicas y componentes que se mencionan a continuacin: [13] [15]


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Lenguaje de definicin de datos (DDL; Data-Definition Language): Esta parte de SQL

provee los comandos necesarios para crear, borrar o modificar schemas de una relacin

o tabla.

Lenguaje de manipulacin de datos (DML; Data-Manipulation Language): El SQL

DML incluye un lenguaje de consulta basado en el lgebra relacional y en el clculo

relacional de tuples.

Definicin de vistas (View definition): El SQL DDL incluye comandos que permiten

definir vistas o views. Las vistas proporcionan la simplificacin de comandos SQL que

son ejecutados con frecuencia.

Control de transaccin (Transaction control): SQL incluye comandos para especificar

el inicio y el final de una transaccin.

SQL nativo y SQL dinmico (Embedded SQL and dynamic SQL): Tanto el SQL nativo

como el dinmico definen la forma en que las declaraciones SQL pueden ser

incorporadas dentro de lenguajes de programacin como C, C++, Java, etc.

Integridad (Integrity): El SQL DDL ofrece comandos para especificar limitaciones o

exigencias en la integridad o consistencia que deben tener los datos almacenados en la

base de datos. Modificaciones que violen esas exigencias, no sern permitidas.

Autorizacin (Authorization): El SQL DDL incluye comandos para especificar

derechos de acceso a relaciones y vistas, es decir, existen comandos que restringen elacceso a los datos basados en permisos y derechos concedidos.

Un comando SQL, tpico para la bsqueda de informacin en una base de datos consta

generalmente de tres partes. stas son: SELECT, FROM y WHERE [13]

La clusula SELECT corresponde a la operacin de proyeccin del lgebra relacional.

La clusula FROM corresponde al producto Cartesiano del lgebra relacional.

La clusula WHERE corresponde a la operacin de seleccin del lgebra relacional.

Como se puede ver el trmino SELECT tiene un significado diferente en lenguaje SQL

que en el lgebra relacional. Finalmente a continuacin se da un ejemplo de comando SQL:


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SELECT a1, a2, a3, a4 FROM r1 WHERE a2 = x

Este comando selecciona de la relacin (tabla) r1, solamente los atributos

(columnas) a1, a2, a3 y a4, y solamente las entidades (filas) que contengan el valor

x en el atributo a2.

4.3.6.1Cursores

Uno de los principales problemas al tratar de incorporar el lenguaje SQL en otros

lenguajes, es que SQL opera directamente sobre conjuntos de registros y el lenguaje C, por

ejemplo, no soporta directamente operaciones sobre conjuntos de registros. Por lo tanto se

hace necesario en SQL tener un mecanismo que permita recuperar solamente una entidad ofila a la vez. Este mecanismo se conoce como cursor. Un cursor se puede declarar sobre una

tabla o relacin,

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