(Gsm,umts)

4,428 views
4,206 views

Published on

1 Comment
5 Likes
Statistics
Notes
No Downloads
Views
Total views
4,428
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
6
Actions
Shares
0
Downloads
285
Comments
1
Likes
5
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

(Gsm,umts)

  1. 1. Servicios Públicos de DatosTema 9 - Redes de telefonía celular (GSM, UMTS) Luis Sánchez González sanchezgl@unican.es Redes de telefonía celular - 1
  2. 2. Servicios Públicos de Datos ContenidosIntroducción a las comunicaciones móviles2ª Generación: GSMEvolución de GSM: GPRS3ª Generación: UMTS Redes de telefonía celular - 2
  3. 3. Servicios Públicos de Datos ContenidosIntroducción a las comunicaciones móviles2ª Generación: GSMEvolución de GSM: GPRS3ª Generación: UMTS Redes de telefonía celular - 3
  4. 4. Servicios Públicos de Datos ¿Qué son las comunicaciones móviles?Comunicaciones entre estaciones que se mueven libremente, en entornos… − Terrestre − Marítimo − AeronáuticoDesarrollo en paralelo a las comunicaciones cableadas − Necesidades complementarias [Ser capaces de comunicarse en movimiento] − A día de hoy es mayor el número de usuarios de telefonía móvil que el de telefonía fijaInicialmente privadas (emergencia, policía, etc), sin conexión con la redpúblicaServicios − Busca personas − Telefonía móvil − Transmisión de datos, imágenes, etc Redes de telefonía celular - 4
  5. 5. Servicios Públicos de Datos Historia de las comunicaciones móviles Comunicaciones Marítimas [MORSE] [1897] [1928] [1940] [1947]Invención radio Mejora de receptores Primer sistema Bell origina el Marconi 1er sistema FM concepto de red comunicaciones móviles Connecticut celular [1921] [1933] [1946] Sistema de difusión Primer sistema 1er Servicio Policía de Detroit bidireccional telefonía/radio New Jersey nivel comercial St. Louis Extensión comunicaciones móviles (departamentos policía) Redes de telefonía celular - 5
  6. 6. Servicios Públicos de Datos Historia de las comunicaciones móviles PTT (Push To Talk)Encaminamiento manual [1954] [1978] [1982]Banda se desplaza Primeras pruebas Se empieza a a 450 Mhz AMPS en Chicago y trabajar en el (sobrecarga) ARTS en Washington DC sistema GSM [1964] [1969] [1981] Encaminamiento Sistema MK Sistema NMT automático (Bell) @450 Mhz (1er sistema que Sistema MJ @150 Mhz se expande por más de un país) Sistema IMTS Redes de telefonía celular - 6
  7. 7. Servicios Públicos de Datos Historia de las comunicaciones móviles Crecimiento y consolidación sistema GSM [1983] [1991] [2000] [2001]Despliegues iniciales Despliegue primera Primeras redes Primeras red AMPS red GSM GPRS comercial UMTS [1994] [1997] [2002] IS-54 (D-AMPS) Comienza el Interoperabilidad Comienza a operar desarrollo de GSM/UMTS en USA UMTS Telefonía Analógica Telefonía Digital Redes de telefonía celular - 7
  8. 8. Servicios Públicos de Datos Historia de las comunicaciones móvilesEn la actualidad existen…(1) − > 4·109 usuarios GSM (penetración aproximada del 60%) − > 750 operadores (en 219 países)Nuevos mercados, países en expansión…[datos de abril’08] (1) − China, con 509·106 usuarios GSM, creciendo a un ritmo de 7·106 usuarios por mes − India, con 193·106 usuarios GSM, creciendo a un ritmo de 6·106 usuarios por mes − Rusia (178·106) y Brasil (93·106)2009 − En China: +600·106 usuarios − En India: 325·106 usuarios en nov’09 [crecimiento 9.5·106 conexiones mes]En 2009 se han superado las 450 Millones de conexiones UMTS(2) − De ellas >175 Millones son HSPA − Se crece a un ritmo de 9 Millones de conexiones HSPA al mes frente a los 5.5 M en 2008Se espera que las conexiones de banda ancha móvil (LTE) serán más de 400Millones en 2015(2) (1) Notas de prensa en GSM World (www.gsmworld.com) (2) Notas de prensa en UMTS Forum (www.umts-forum.org) Redes de telefonía celular - 8
  9. 9. Servicios Públicos de DatosRedes móviles analógicas (1ª generación)AMPS (Advanced Mobile Phone System) − USA en 1983-2008 y Australia en 1987-2000 − Banda de 800 MhzNMT (Nordisk MobilTelefoni, Nordic Mobile Telephony) − Se inició en los países nórdicos (Dinamarca, Noruega, Suecia y Finlandia) − Se ha empleado en otros países europeos (Holanda, Suiza, Polonia, Hungría, Chequia,…) − NMT450 (@450 Mhz) y NMT900 (@900 Mhz) − Prácticamente desaparecido en la actualidad (GSM)TACS (Total Access Communication System) − Versión de AMPS empleada en Reino Unido, España, Italia, etc… − Banda de 900 Mhz − No se emplea en la actualidad − En Japón se denominó JTACS Redes de telefonía celular - 9
  10. 10. Servicios Públicos de Datos Redes móviles digitales (2ª generación)GSM (Global Systems for Mobile Communications) − Tecnología con cobertura prácticamente global − Frecuencias de 900 Mhz y 1800 MhzIS-54 (Interim Standard) − Versión digital de AMPS (D-AMPS) − Usado en Estados Unidos − TDMAIS-95 − USA − Basado en AMPS − Usa CDMA (Code Division Multiple Access)Evolución hacia la conmutación de paquetes − GPRS (General Packet Radio Service) Redes de telefonía celular - 10
  11. 11. Servicios Públicos de Datos Futuro de las comunicaciones móvilesExpansión de la 3G o UMTS (Universal Mobile Telephone System) − Sistema de banda ancha con cobertura global − Completamente basado en conmutación de paquetes e IP − Basado en CDMAEl 3GPP (3rd Generation Partnership Project) se encarga de lasespecificaciones de los sistemas de comunicaciones móviles actuales yfuturos − Recientemente se ha finalizado la Release-8HSPA (High Speed Packet Access) − Aparece en tráfico de bajada (downlink) en Release-5 − Comercialmente disponible en 2005 − En 2008 >50 M usuarios HSPASe comienza a trabajar en LTE (Long Term Evolution) − Primeras especificaciones en Release-8 Redes de telefonía celular - 11
  12. 12. Servicios Públicos de Datos ContenidosIntroducción a las comunicaciones móviles2ª Generación: GSM − Introducción − Arquitectura − Capa física GSM − Señalización interfaz radio − Señalización red − Traspasos y seguridad en GSMEvolución de GSM: GPRS3ª Generación: UMTS Redes de telefonía celular - 12
  13. 13. Servicios Públicos de Datos ¿Qué es GSM?GSM (Global System for Mobile communications) es una tecnología celular,digital y abierta empleada para dar servicios de voz y datos en movilidadOfrece − Servicios de voz − Servicios de datos (hasta 9.6 kbps) − SMSBandas de trabajo − Europa: 900MHz y 1800MHz − Estados Unidos: 850MHz y 1900MHz − Sudamérica, Canadá, Australia: 850MHzCobertura prácticamente global − Servicio disponible en más de 218 países – Roaming con el mismo número − Las redes terrestres GSM cubren aproximadamente el 80% de la población mundial Redes de telefonía celular - 13
  14. 14. Servicios Públicos de Datos Historia de GSMGlobal System for Mobile Communications (con anterioridad Groupe Spéciale Mobile).1982: CEPT (Conférence Europée des Postes et Télécommunications) − La CEPT es la predecesora de la ETSITarea: especificar un nuevo sistema celular en 900 MHz − 1ª Decisión: digital − 2ª Decisión: verificación de diferentes sistemas de radio celular en países europeos1986: en París se debatieron 9 propuestas1991: Primera llamada GSM en Finlandia1992: Se envía el primer SMS. Operación comercial en algunos países1998: Mejoras en la transmisión de datos: GPRS2000: Se envían 5·109 SMS en un mes2004: 1·109 usuarios GSM2005: Se envían >1·1012 SMS en todo el año2006: 2·109 usuarios GSM2008: >3·109 conexiones GSM (suponen más de 80% de las actuales) Redes de telefonía celular - 14
  15. 15. Servicios Públicos de Datos Arquitectura GSM OSSMS Interfaz Um ADC NMC Interfaz Abis Interfaz A SIM OMC OMCTE TA MT BTS BSC MSC VLR NSS BTS GMSC VLR HLR BTS BSC AUC EIR BSS IWF Redes de telefonía celular - 15
  16. 16. Servicios Públicos de Datos Arquitectura GSMMS: Mobile Station − MT: Mobile Termination – TE: Terminal Equipment − TA: Terminal Adaptor – SIM: Subscriber Identity ModuleBSS: Base Station Subsystem − BTS: Base Transceiver Station – BSC: Base Station ControllerNSS: Network and Switching Subsystem − MSC: Mobile Switching Center – GMSC: Gateway Mobile Switching Center − HLR: Home Location Register – VLR: Visitors Location Register − EIR: Equipment Identity Register – AUC: Authentication CenterOSS: Operation Support Subsystem − ADC: Administration Center – OMC: Operation and Maintenance Center − NMC: Network Mamagement CenterIWF: InterWorking FunctionSM-SC Short Message Service Center Redes de telefonía celular - 16
  17. 17. Servicios Públicos de Datos Jerarquía de zonas en redes GSMÁrea de PLMN (Public Land Mobile Network) GSM − Se identifica mediante ⋅ MCC (Mobile Country Code) (3 cifras) ⋅ MNC (Mobile Network Code) (2 cifras)Área de conmutación: asociada a una MSC de la PLMNÁrea de localización, LA (Location Area) − Subconjunto de células pertenecientes a una misma MSC − Se identifica: ⋅ Dentro de la red: LAC (LA code) (16 bits) ⋅ Globalmente: LAI (LA Identification) = (MCC, MNC, LAC)Área de estación base (célula o sector) − Se identifica: ⋅ Dentro de la LA: CI (Cell Identity) (16 bits) ⋅ Globalmente: CGI (Cell Global Identification) = (MCC, MNC, LAC, CI) Redes de telefonía celular - 17
  18. 18. Servicios Públicos de Datos Identificación GSMMSISDN (Mobile Station ISDN Number) − Número de teléfono del usuario, dentro del plan de numeración de la red telefónica públicaIMSI (International Mobile Subscriber Identity) (≤ 15 cifras decimales) − Identidad del usuario, única en el mundo − IMSI = (MCC, MNC, MSIN) ⋅ MCC: Mobile Country Code – España: 214 ⋅ MNC: Mobile Network Code – Movistar – 07; Orange – 03; Vodafone – 01 ⋅ MSIN: Mobile Subscriber Identification NumberTMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) (32 bits) − Identidad temporal del usuario, válida dentro de una LAIMEI (International Mobile Equipment Identity) (15 cifras decimales) − Identidad del móvil, única en el mundo (~Número de serie) − “Type Approval Code” − Fabricante − País de producción Redes de telefonía celular - 18
  19. 19. Servicios Públicos de Datos Mobile Station (1)Es el único equipo que ‘ve’ el usuario finalFunciones básicas − Proporciona una interfaz entre el usuario y el sistema GSM − Teclado, pantalla, micrófono, altavoz − Cabezal de RF, antena − Procesador de señalesSIM (Módulo de Identificación de Abonado) − Proporciona Identidad (Distinción abonado y terminal) − Identidad de abonado: IMSI (International Mobile Subscriber Identifier) − Sin él la MS no es operacional (sólo llamadas de emergencia) − Contiene Información de Seguridad ⋅ Clave secreta ⋅ Algoritmos − Datos abonado: Sistema (Relacionado con el abonado) − Personales (Usados por el abonado) Redes de telefonía celular - 19
  20. 20. Servicios Públicos de Datos Mobile Station (2)Datos adicionales de la SIM − Nº serie de la tarjeta − Estado de la tarjeta − Código de servicio − Datos personalización − Parámetros algoritmo autentificación, clave autentificación − Clave de cifrado − Información de localización temporal (LAI) − Estado de función de roaming − Estado de validación − Estado función de activación/desactivación PIN − Estado del PIN – PIN (Personal Identification Number) − Contador errores PIN – PUK (PIN Unblocking Key) − Lista de redes prohibidas – Mensajes cortos recibidos − Nº directorio autorizados – Estado llamadas salientes Redes de telefonía celular - 20
  21. 21. Servicios Públicos de Datos Mobile Station (3)La SIM es realmente un chip (micro-computador), con el siguiente esquemade alto nivel Interfaz Bus de datos ROM Memoria de Microprocesador almacenamiento CPU de datos permanentes (EPROM) RAM Redes de telefonía celular - 21
  22. 22. Servicios Públicos de Datos Base Station Subsystem (1)Agrupa infraestructura específica de los equipos de radio celularSu misión es conectar la estación móvil con la redIncluye los equipos para la transmisión y recepción en el camino radioSe relaciona con la red de acceso de GSMComponentes − Una o más BTS − Una BSC BSS BTS BTS BTS BSC Interfaz Abis Redes de telefonía celular - 22
  23. 23. Servicios Públicos de Datos Base Station Subsystem (2)Base Transceiver Station (BTS) − Equipos ⋅ Transceptores (uno por portadora): “TRX” (entre 1 y 16, aunque habitualmente no superan los 4) ⋅ Antena ⋅ Elementos de conexión con la antena: cable, combinadores, multiacopladores − Conexión con BSC mediante radioenlace − La BTS debe ser lo más simple posible, y fiable (suele estar en lugares de difícil acceso) ⋅ Habitualmente en el centro de la celda − Funciones ⋅ Formación de la trama TDMA GSM ⋅ Realiza medidas de la señal radio proveniente del móvil ⋅ Establece el enlace radio con el usuario móvil (modulación, demodulación, igualación, codificación, etc...) ⋅ Gestión del Time Advance (Sincronización) ⋅ Control de potencia ⋅ Operación y mantenimiento Redes de telefonía celular - 23
  24. 24. Servicios Públicos de Datos Base Station Subsystem (3)Base Station Controller (BSC) − Controla la interfaz radio por comandos remotos de BTS y MS − Conexión con las BTS que controla y con la red (MSC) − Primer nivel de concentración de tráfico − Funciones principales ⋅ Asignación y liberación de canales radio ⋅ Control de las BTS bajo su control ⋅ Gestión del handover (traspaso) entre los BTS bajo su gestión ⋅ Cifrado ⋅ Detección de silencios ⋅ Control de potencia ⋅ Reenviar mensajes entre el móvil y el NSS (MSC, VLR, HLR) Redes de telefonía celular - 24
  25. 25. Servicios Públicos de Datos Base Station Subsystem (4)TRAU (Transcoder and Rate Adaptation Unit) − Puede aparecer en diferentes ubicaciones ⋅ En el BSS (junto a la interfaz Abis) ⋅ En el BSS (junto a la interfaz A) ⋅ En el NSS (junto a la interfaz A) − Actua de multiplexor de canales de 16 kbps en canales de 64 kbps − Permite un ahorro en medios de transmisión Redes de telefonía celular - 25
  26. 26. Servicios Públicos de Datos Network and Switching Subsystem (1)Funciones − Conmutación − Gestión de las Bases de DatosPapel principal: control de la comunicacionesElementos del sistema que realizan las funciones básicas NSS MSC GMSC Función de Conmutación HLR VLR Gestión de Bases de Datos Redes de telefonía celular - 26
  27. 27. Servicios Públicos de Datos Network and Switching Subsystem (2)Mobile Switching Center (MSC): Centro de conmutación de serviciosmóviles − Se puede relacionar con una central telefónica, con las funciones adicionales derivadas de la movilidad de los usuarios − Coordinar establecimiento de llamadas con usuarios GSM − Interfaz con otros elementos: BSS y redes externas − Introduce el IWF (InterWorking Function) MSC RED GSM RED IWF NO GSM − Redes con las que se puede conectar ⋅ PSPDN, CSPDN, PSTN, ISDN − Soporta Señalización SS7 Redes de telefonía celular - 27
  28. 28. Servicios Públicos de Datos Network and Switching Subsystem (3)El MSC es una central de conmutación ISDN responsable del control dellamada − Establecimiento, mantenimiento y liberación de una comunicaciónGMSC: interfaz de la red fija con la móvil − Puede haber varias GMSCFunciones − Encaminamiento de las llamadas hacia/desde el exterior (PSTN, ISDN) desde/hacia un móvil − Facturación − Controla varias BSC y puede conectarse con diversas redes − Responsable de la gestión de movilidad (localización y autentificación), junto con HLR y VLR − Handover entre distintas BSC Redes de telefonía celular - 28
  29. 29. Servicios Públicos de Datos Network and Switching Subsystem (4)HLR: Registro de Posiciones Base (o local de abonado)VLR: Registro de Posiciones VisitanteTareas muy similares, pero complementariasAunque el móvil esté en su GMSC sigue utilizando los dos registros, por simplicidadHLR − Almacena identidad y datos de usuarios del GMSC/VLR relacionado − Proporciona datos (activación, registro de servicios, gestión de autentificación y cifrado, etc) − Número de identificación de abonadoVLR − Contiene los datos de los móviles localizados en el MSC en cada momento − Datos permanentes iguales que los de HLR − Los datos temporales varían ligeramente − Incluye el TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) − Da soporte al MSC en el establecimiento de la llamada y en la autentificación Redes de telefonía celular - 29
  30. 30. Servicios Públicos de Datos Network and Switching Subsystem (5)Authentication Center (AuC) − Forma parte del HLR − Se encarga de proporcionar las claves para realizar la autenticación − El HLR las recibe y reenvía al VLR que se encarga de autenticar el usuario y cifrar las comunicacionesEquipment Identity Register (EIR) − Contiene todos los números de serie del equipo − Incluye el IMEI (International Mobile Equipment Identity) − Distribución periódica de la lista − Lista blanca: terminales permitidos − Lista negra: no permitidos (por ejemplo, por robo) − Lista gris: en observación (por ejemplo, por fallos o por falta de pago) Redes de telefonía celular - 30
  31. 31. Servicios Públicos de Datos Llamada dirigida a un móvilSe encamina al GMSC más próximo para averiguar el paradero del móvildestinoLa central MSC no tiene esa funcionalidad HLR GMSC VLR MSC Redes de telefonía celular - 31
  32. 32. Servicios Públicos de Datos Llamada entre dos móvilesLa petición del abonado llamante alcanza un (G)MSCSe inicia un procedimiento de búsqueda y localización del abonado llamado(señalización)La llamada se encamina hacia el MSC correspondiente HLR (5) (2) (3) (4) VLR MSC VLR (6) MSC BSC BSC CELL (1) BS BS “MT” LLAMANTE “MT” LLAMADO Redes de telefonía celular - 32
  33. 33. Servicios Públicos de DatosCapa física GSM: Características generalesSistema FDMA/TDMA con FDD − Trama básica de 8 slots por tramaSeparación de radiocanales: 200 kHzBandas de frecuencias: 900 / 1800 / 1900 MHzSeparación dúplex: 45 / 95 / 80 MHzModulación: GMSK a 270.833 kb/sVoz: RPE-LPC (Regular Pulse Excited - Linear Predictive Codec) @ 13KpbsErrores en la transmisión − Codificación concatenada para el canal: Bloque y convolucional − Entrelazado para combatir errores a ráfagas. − Ecualización de Viterbi: retardos de hasta 16 ms Posibilidad de salto lento de frecuencia (SFH 217 h/s). Redes de telefonía celular - 33
  34. 34. Servicios Públicos de DatosCapa física GSM: Características generalesPotencia máxima de terminal móvil − 900 MHz: 8 W–0,8 W (típico 2 W) − 1800 MHz: 1 W–0,25W (típico 0,25 W)Potencia máxima de base − 900 MHz: 320 W–2,5 W − 1800 MHz: 20 W–2,5 WRelación de protección: cocanal 9 dB, canal adyacente -9 dBDistancia de cobertura máxima: 35 km (puede ampliarse)Dispersión Doppler máxima: hasta 200 km/hDispersión temporal máxima: hasta 16 us Redes de telefonía celular - 34
  35. 35. Servicios Públicos de Datos Bandas de frecuenciasGSM 900 (124 radiocanales) (Europa) − UL: 890-915 MHz − DL: 935-960 MHzE-GSM 900 (49 radiocanales) (Europa) − UL: 880-890 MHz − DL: 925-935 MHzGSM 1800 (374 radiocanales) (Europa) − UL: 1710-1785 MHz − DL: 1805-1880 MHzGSM 1900 (300 radiocanales) (USA) − UL: 1850-1910 MHz − DL: 1930-1990 MHz Redes de telefonía celular - 35
  36. 36. Servicios Públicos de Datos Canales GSMARFCN (Absolute Radio Frequency Channel Number)GSM 900: 1–124− fUL= 890 + 0.2n (MHz)− fDL= fUL+ 45 (MHz)E-GSM 900: 975–1023− fUL= 890 + 0.2(n-1024) (MHz)− fDL= fUL+ 45 (MHz)GSM 1800: 512–885− fUL= 1710.20 + 0.2(n-512) (MHz)− fDL= fUL+ 95 (MHz)GSM 1900: 512-810− fUL = 1850.2 + 0.2*(n-512) (MHz)− fDL= fUL+ 80 (MHz) Redes de telefonía celular - 36
  37. 37. Servicios Públicos de Datos Canales GSMRadiocanal − Frecuencia (portadora) utilizada − Habitualmente, pareja de portadoras (UL y DL) comunicación bidireccional simultáneaCanal físico − Se corresponde con una ranura en la trama TDMA de un radiocanalCanal lógico − Tipo de información enviada por el canal físico − Multiplexación temporalUna de las portadoras es la portadora baliza − Contiene la señalización común − Se transmite con potencia constante − Los móviles la utilizan para hacer medidas de nivel recibido Redes de telefonía celular - 37
  38. 38. Servicios Públicos de Datos Trama TDMA Duración de una ranura: 0.577 ms Duración trama ~4.625 ms Hay una separación en las tramas UL y DL de 3 ranuras − Evita usar un duplexor en el terminal móvil Es posible modificar la frecuencia en cada trama: salto en frecuencia lento − Se combate posibles interferenciasFrecuencia DL 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1Frecuencia UL 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 3 Slots Redes de telefonía celular - 38
  39. 39. Servicios Públicos de Datos Jerarquía TDMA 1 Hipertrama = 2048 Supertramas 0 1 2 3 4 5 2044 2045 20462047 51 Multitrama de 26 Tramas 1 Supertrama = 26 Multitrama de 51 Tramas 0 1 2 3 4 5 47 48 49 50 0 1 2 24 25 1 Multitrama de 26 Tramas 1 Multitrama de 51 Tramas0 1 2 3 22 23 24 25 MF26 0 1 2 3 47 48 49 50 MF51 1 Trama 0 1 2 3 4 5 6 7 Redes de telefonía celular - 39
  40. 40. Servicios Públicos de Datos RáfagasUna ráfaga es la secuencia de bits enviada en un periodo de tiempo (enGSM el periodo se corresponde con una ranura TDMA)Una ranura de la trama TDMA tiene 156.25 periodos de bitRáfaga normal Bits Secuencia Bits Periodo Información S Información S Cola Entrenamiento Cola Guarda (57) (1) (57) (1) (3) (26) (3) (8.25) − Es la más usada − Se utiliza para transportar información o canales de control ⋅ El bit ‘S’ indica si se está transportando datos de usuario o de señalizaciónRáfaga de relleno Bits Bits Periodo Bits de relleno Cola Cola Guarda (142) (3) (3) (8.25) − Se envia cuando no hay información a ser transmitida Redes de telefonía celular - 40
  41. 41. Servicios Públicos de Datos RáfagasRáfaga de acceso Bits Secuencia Bits Periodo Información Cola Sincronismo Cola Guarda (36) (8) (41) (3) (68.25) − Es más corta que el resto de ráfagas − Se emplean por el móvil cuando accede al sistema (sólo en enlace UL) − Secuencia de entrenamiento y secuencia de cola inicial más largasRáfaga de corrección de frecuencia Bits Bits Periodo Secuencia Bits Fija – todo 0’s Cola Cola Guarda (142) (3) (3) (8.25) − Se emplea sólo en enlance DL para que el móvil ajuste su frecuencia Redes de telefonía celular - 41
  42. 42. Servicios Públicos de Datos RáfagasRáfaga de sincronización Bits Información Secuencia Bits Periodo Información Cola (39) Entrenamiento Cola Guarda (36) (8) (64) (3) (8.25) − Se utiliza en enlace DL − Permite que el móvil se sincronice con la estación base − Necesario antes de poder recibir información Redes de telefonía celular - 42
  43. 43. Servicios Públicos de Datos Canales lógicosCanales comunes – transmiten información de señalización global − Broadcast Control CHannel (BCCH) ⋅ Transporta información necesaria para que los móviles puedan operar ⋅ Se transmite en la portadora “baliza” − Frequency Correction CHannel (FCCH) y Synchronization CHannel (SCH) ⋅ Canales de adquisición de frecuencia y sincronización temporal ⋅ Permite que el móvil adquiera la trama que le corresponde ⋅ Utilizan la MF51: transmisión de FCCH/SCH consecutivamente cada 10 tramas − Common Control CHannel (CCCH) - Denominación común para 4 canales ⋅ Paging Channel (PCH) + Localiza móviles con llamadas entrantes ⋅ Access Grant CHannel (AGCH) + Concede acceso a los móviles que quieran establecer una comunicación ⋅ Notification CHannel (NCH) + Comunica la llegada de llamadas de difusión de voz ⋅ Random Access CHannel (RACH) + Se emplea por los móviles cuando necesitan acceder a la red + Se transmite en el UL – es común porque se comparte el mismo canal físico (Aloha ranurado) Redes de telefonía celular - 43
  44. 44. Servicios Públicos de Datos Canales lógicosCanales dedicados para el envío de tráfico de señalización − Stand alone Dedicated Control CHannel (SDCCH) ⋅ Señalización para establecimiento de llamada ⋅ Encendido/Apagado móvil ⋅ Actualización de posición ⋅ Envío/recepción de SMS − Slow Associated Control CHannel / Traffic channel [Full rate-Half rate] (SACCH / [TF-TH]) ⋅ Canal de señalización lento asociado al canal de tráfico ⋅ Información para gestión de movilidad y recursos radio + Medidas de calidad + Nivel de potencia de células vecinas − Fast Associated Control CHannel / Traffic channel [Full rate-Half rate] (FACCH / [TF-TH]) ⋅ Transporta información que no puede esperar al SACCH correspondiente ⋅ Se ‘roban’ bits de las tramas de tráfico Redes de telefonía celular - 44
  45. 45. Servicios Públicos de Datos Canales lógicosCanales dedicados para el envío de tráfico de voz/datos − Traffic CHannel / [Full rate-Half rate] (TCH / [F-H]) ⋅ Son canales bidireccionales, que utilizan la misma ranura en UL y DL ⋅ Usa las MF26 ⋅ Los TCH/F ocupan una ranura por trama ~22.8 kbps ⋅ Los TCH/H ocupan, aproximadamente, una ranura cada dos tramas ~11.4 kbps Redes de telefonía celular - 45
  46. 46. Servicios Públicos de Datos Combinaciones de canalesEn cada canal físico, los canales lógicos se multiplexan en el tiempomediante multitramas (MF) − MF26, para tráfico y canales de señalización asociados − MF51, para el resto de señalizaciónSe definen cinco tipos de correspondencia − Tráfico (MF26) ⋅ 1 TCH/F con sus SACCH y FACCH: MF26 (Tráfico a velocidad completa) ⋅ 2 TCH/H con sus SACCH y FACCH: MF26 (Tráfico a velocidad mitad) − Señalización (MF51) ⋅ Difusión y CCCH: MF51 (Señalización descombinada: canales comunes) ⋅ 8 SDCCH: MF51 (Señalización descombinada: canales dedicados) ⋅ 4 SDCCH; difusión y CCCH: MF51 (Señalización combinada) Redes de telefonía celular - 46
  47. 47. Servicios Públicos de Datos Combinaciones canales - SeñalizaciónSeñalización descombinada − En la ranura 0 de la portadora BCCH se transmiten canales FCCH, SCH, BCCH y PCH/AGCH (de gran capacidad) en el enlace DL F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C - − En el enlance UL sólo se trasmite un canal RACCH (en todas las tramas de la MF51)Señalización combinada − Con celdas que no requieran mucha capacidad − En la ranura 0 de la portadora BCCH se transmiten (enlace DL) FCCH, SCH, BCCH, PCH/ACGH (de poca capacidad) y SDCCH − El período completo dura dos MF51 Señalización de D0 F S B C F S C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A0 A1 - F S B C F S C C F S D0 D1 F S D2 D3 F S A2 A3 - Redes de telefonía celular - 47
  48. 48. Servicios Públicos de Datos Combinaciones canales - SeñalizaciónSeñalización combinada (cont.) − Distribución diferente en el enlace UL: se transmiten canales RACCH D3 R A2 A3 R D0 D1 R D2 D3 R A0 A1 R D0 D1 R D2Señalización de gran capacidad − DL: En la ranura 0, coincide con la de la configuración descombinada F S B C F S C C F S C C F S C C F S C C - − DL: En las ranuras 2, 4 y 6 no se trasnmiten los canales FCH ni SCH, quedando libres - - B C - - C C - - C C - - C C - - C C - − En UL se transmiten canales RACCH en todas las tramas Redes de telefonía celular - 48
  49. 49. Servicios Públicos de Datos Combinaciones canales - SeñalizaciónCanales de señalización dedicados − Se multiplexan canales SDCCH/8 y sus SACCH corespondientes − Se puede realizar en cualquier ranura de cualquier portadora, menos en la 0 de la BCCH − En el enlace DL: D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 - D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 A5 A6 A7 - − En el enlace UL: A5 A6 A7 - D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A0 A1 A2 A3 - D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 A4 Redes de telefonía celular - 49
  50. 50. Servicios Públicos de Datos Combinaciones canales – TráficoMultitrama para un TCH/F − Se usa la misma combinación en DL y UL − Se emplean 24 tramas para el canal TCH (información), 1 trama para la señalización correspondiente (SACCH), quedando una libre T S T -Multitrama para canales TCH/H − La combinación es igual en UL y en DL T T T TT T T T T T T T S T T T TT T T T T T T T S 0 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 10 1 0 1 0 1 0 1 1 Redes de telefonía celular - 50
  51. 51. Servicios Públicos de Datos Señalización en la interfaz radioSe emplean en la interfaz Um (entre el MS y el BTS)Protocolo de capa 2: LAPDm (Link Access Protocol on the Dm channel)Protocolos de capa 3 − Gestión de recursos radio (Radio Resource, RR) − Gestión de movilidad (Mobility Management, MM) − Gestión de llamadas (Call Management, CM) Redes de telefonía celular - 51
  52. 52. Servicios Públicos de Datos Protocolo LAPDMFunciones − Proporcionar una o más conexiones nivel 2 sobre la interfaz Um − Detectar y recuperar errores mediante esquema de retransmisiones − Ordenación de tramas (mediante número de secuencia) − Control de flujo − Resolver colisiones de petición de acceso a través de RACCH − Notificación a nivel 3 de errores no recuperablesEl formato de la trama es el especificado por el protocolo HDLC − Los protocolos de GSM son variaciones de HDLCSe establecen dos modos de transferencia − No confirmada, sin control de flujo ni errores ⋅ Los canales BCCH, PCH y AGCH sólo soportan este modo de operación − Confirmada, con control de flujo y errores ⋅ Los canales de señalización dedicada (SDCCH, FACCH, SACCH) soportan ambos modos de transferencia Redes de telefonía celular - 52
  53. 53. Servicios Públicos de Datos Señalización RRGestión de los recursos de transmisión: canales físicos y de control(conexiones de enlace de datos)Se establecen, mantienen y liberan conexiones RR, que permitencomunicaciones punto a punto terminal-redServicios − Establecimiento/liberación del modo de transmisión confirmada − Transferencia mensajes sobre conexión de capa 2 − Indicación de indisponibilidad temporal de transmisión − Indicación pérdida conexión RR − Reselección de celda y traspaso − Establecimiento/cambio de modo de transmisión: tipo de canal, codificación, cifrado, etc − Asignación/liberación canal adicional en configuración TCH/H Redes de telefonía celular - 53
  54. 54. Servicios Públicos de Datos Señalización RREstado reposo o desocupado (idle) − No se mantiene ninguna conexión − Monitorización entorno − La BTS envía información del sistema − Tareas del terminal móvil ⋅ Selección de red (automática/manual) ⋅ Selección de celda ⋅ Reselección de celda: cuando se encuentra otra alternativa más adecuadaEstado ocupado o dedicado: el móvil está cursando una llamada (tráfico oseñalización) − Establecimiento de conexión RR ⋅ Iniciada por el móvil: asignación inmediata ⋅ De la red al móvil: búsqueda o paging (aviso) − Transferencia de conexión RR: comprende varios procedimientos, incluyendo los asociados al traspaso − Liberación de conexión RR, que puede ser normal o tras un fallo en la red Redes de telefonía celular - 54
  55. 55. Servicios Públicos de Datos Señalización MMPosibilita la movilidad de los terminalesRequiere que haya una conexión RR establecidaProcedimientos MM comunes − Reasignación TMSI: Favorece la confidencialidad del usuario (al no usar el IMSI) − Autenticación: Validación identidad usuario y parámetros para la clave cifrado − Identificación: Se pide al móvil parámetros identificación (IMSI, IMEI) − Finalización: Abortar la conexión (o establecimiento de conexión) MM − Apagado del móvil: Lo inicia el móvil al apagarse o al extraer la SIMProcedimientos MM específicos − Actualización normal de posición: Al detectar cambio en LAC (reselección celda) − Actualización periódica de posición: Informa a la red de la disponibilidad del móvil − Encendido del móvil: Se indica a la red que el móvil está disponibleProcedimientos gestión conexión MM − Establecimiento, mantenimiento, liberación de conexión MM Redes de telefonía celular - 55
  56. 56. Servicios Públicos de Datos Señalización CMSe utiliza para la gestión de las llamadas: establecimiento, señalizacióndurante el estado activo, liberación y variosPueden ser originados en el móvil o en la redLos mensajes correspondientes se envían entre entidades CC, que sedescriben como máquinas de estados finitosEl establecimiento de llamada requiere una conexión MM previa Redes de telefonía celular - 56
  57. 57. Servicios Públicos de Datos Señalización en la redEn la red (conexión BTS/BSC) también se hace uso de una variación delprotocolo HDLC en la capa de enlace: LAPD (Link Access Procedure on D-channel) − Se emplean enlaces de 2 Mbps, con un canal de 64 kbps para la señalización − Las funciones del LAPD son las típicas de un protocolo de la capa de enlaceLos mensajes MM y CM entre el MSC y el terminal móvil se transportartransparentemente con a través de las interfaces A y A-bis (protocoloDTAP)Los mensajes entre el MSC y el BSS se agrupan en los procedimientosBSSMAP (BSS Management Messages)La comunicación entre los nodos GSM de la red de conmutación se realizacon el protocolo MAP (Mobile Application Part) Redes de telefonía celular - 57
  58. 58. Servicios Públicos de Datos Procedimientos BSSMAPPueden utilizar servicios orientados o no a la conexión (para procedimientosdedicados o globales, respectivamente)Asignación Mensaje MS inicialBloqueo y desbloqueo Indicación de esperaIndicación recursos Indicación de cargaReinicio Reselección de circuitosLiberación recursos (radios y Traspaso externoterrestres) − Petición de traspasoAviso (paging) − Asignación recursos traspaso − Ejecución traspasoPetición rastreo Traspaso intracelularControl flujo Traspaso intercelularGestión marca de claseGestión modo cifrado Redes de telefonía celular - 58
  59. 59. Servicios Públicos de Datos Protocolo MAPSe emplea para que las entidades GSM de la red de conmutación secomuniquen entre síProcedimientos relativos a la movilidad − Procedimientos de gestión de posición ⋅ Actualización de posición ⋅ Cancelación de posición ⋅ Borrado de IMSI ⋅ Purga de MS − Procedimientos de traspaso − Procedimientos de recuperación de errores ⋅ En el VLR ⋅ En el HLR Redes de telefonía celular - 59
  60. 60. Servicios Públicos de Datos Protocolo MAPProcedimientos para la gestión de llamadas − Para obtener información de encaminamiento − Llamadas terminadas en el móvil − Llamadas originadas en el móvilProcedimientos servicios suplementarios − Registro − Borrado − Activación − Desactivación − Interrogación − Invocación − Registro de passwordProcedimientos de operación y mantenimiento − Rastreo − Gestión de datos de usuario − Identidad de usuario Redes de telefonía celular - 60
  61. 61. Servicios Públicos de Datos Traspasos en GSMTipos de traspaso − Intra BSC: las dos celdas pertenecen al mismo BSC − Intra MSC: las dos celdas pertenecen al mismo MSC, pero a distinto BSC − Inter MSC: las dos celdas pertenecen a diferentes MSCLa petición de traspaso siempre la realiza el BSCÚnicamente en los traspasos Inter MSC involucran procedimientos MAPProcedimiento básico de traspaso intra MSC − El MS toma medidas y detecta que la señal se debilita − Envía una petición al BSC, que lo reenvía al MSC − El MSC reserva rutas y recursos con el nuevo BSC − El BSC confirma su disponibilidad y notifica al anterior BSC − El BSC antiguo le indica al móvil que realice el traspaso − El móvil (una vez completado el traspaso) se lo indica al MSC, que libera los recursos en el anterior BSC Redes de telefonía celular - 61
  62. 62. Servicios Públicos de Datos Seguridad en GSM: AutenticaciónEvita que personas no autorizadas usen la red GSMPermite calcular al móvil la nueva clave de cifradoSe comprueba que el SRES sea el mismo − SRES se obtiene con el algoritmo A3Se obtiene la clave de cifrado (KC) con el algoritmo A8 Número aleatorio que − Notar que no se transmite por el interfaz radio genera AuC MS RAND RAND Red Ki Ki Clave de autenticación usuario (SIM) A3 A8 A3 A8 SRES Kc SRES Kc Redes de telefonía celular - 62
  63. 63. Servicios Públicos de Datos Seguridad en GSM: CifradoNo es extremo a extremo, únicamente protege la información entre el móvily la BSS (interfaz radio)Se cifra (bit a bit) usando el algoritmo A5 − Se emplea la clave KC calculada durante el proceso de autenticación − También se usa el número de trama dentro de la hipertrama MS Red # trama KC # trama KC Algoritmo Algoritmo A5 A5 S2 S1 S2 S1 cifrado descifrado descifrado cifrado Redes de telefonía celular - 63
  64. 64. Servicios Públicos de Datos Seguridad en GSM: IMEISe comprueba que el teléfono está autorizado para acceder a la red − Terminales defectuosos − Terminales robadosSe lleva a cabo por el EIR, que cataloga los IMEI en tres grupos − Lista blanca: Terminales autorizados − Lista negra: Terminales robados o que crean problemas en la red − Lista gris: Terminales que causan problemas, aunque se permite su utilizaciónNo es obligatorio comprobar el IMEI (potestad del operador) Redes de telefonía celular - 64
  65. 65. Servicios Públicos de Datos Seguridad en GSMSe mantiene la confidencialidad del usuario a través del TMSI − No se emplea el IMSIEl algoritmo A5 tiene que ser el mismo para todas las redes GSMLos algoritmos A3 y A8 pueden ser propietarios de cada red − Únicamente se especifican los formatos de entrada/salida Redes de telefonía celular - 65
  66. 66. Servicios Públicos de Datos ContenidosIntroducción a las comunicaciones móviles2ª Generación: GSMEvolución de GSM: GPRS3ª Generación: UMTS Redes de telefonía celular - 66
  67. 67. Servicios Públicos de Datos MotivaciónGSM no es una tecnología apropiada para la transmisión de datos − Conmutación de circuitos: poca eficiencia − Recursos simétricos − Velocidad de 9.6 kbps − Facturación por tiempo de conexión − Tiempo de establecimiento elevadoEl General Packet Radio Service (GPRS) permite ofrecer servicios detransmisión de datos − Se basa en conmutación de paquetes − Se pueden asignar diferentes niveles de calidad de servicio − Sólo se transmite cuando hay tráfico y disponibilidad de recursos − Tarificación basada en volumen de información − Establecimiento de conexión más rápido Redes de telefonía celular - 67
  68. 68. Servicios Públicos de Datos Arquitectura de redGPRS aprovecha parte de la red de GSM: comparte la red de acceso − Los MT (a partir de 2002, terminales duales) y el BSSSe introducen dos nuevos elementos en el núcleo de red − SGSN (Serving GPRS Support Node): se encarga de entregar los paquetes al terminal móvil − GGSN (Gateway GPRS Support Node): interfaz lógica hacia redes de datos externasEs necesario llevar a cabo ligeras modificaciones en otros elementos de laarquitectura GSM − Actualizaciones software en MSC, VLR y HLR − Cambios hardware en BTS − Cambios hardware y actualizaciones software en BSCDefinición de nuevas interfaces Redes de telefonía celular - 68
  69. 69. Servicios Públicos de Datos Arquitectura de red Abis A SMS-GMSC ISDNUm BTS BSC PSTN MSC/VLRMS Gb Gd Gs EIR Gf Gr HLR AUC SGSN Gn Gc Gi Internet BG GGSN Gp GiOtras redesGSM/GPRS Red Corporativa Redes de telefonía celular - 69
  70. 70. Servicios Públicos de Datos Nodos soporte GPRSServing GPRS Support Node (SGSN)− Se encarga de la conmutación de paquetes en la red GPRS− Se conecta al BSC (interfaz Gb) Punto de acceso al servicio− Retransmisión de datos entre terminal y GGSN− Gestión movilidad y registro terminales− Paging: aviso al terminal para que pase de estado REPOSO a ACTIVO− Recogida de datos para la facturación− Gestión protocolo IPGateway GPRS Support Node (GGSN)− Conexión terminal a redes externas (IP) ⋅ El GGSN es visto como un router por el exterior− Recibe datos externos y los encamina hacia el SGSN correspondiente− Recibe los paquetes de un terminal, elimina las cabeceras del túnel y lo encamina al exterior− Asignación direcciones IP (estáticas o dinámicas)− Servicios básicos para acceder al ISP− Privacidad y seguridad (gateway entre redes externas y red GPRS) Redes de telefonía celular - 70
  71. 71. Servicios Públicos de Datos Entidades adicionales GPRSBorder Gateway (BG) − Puerta de conexión con otras PLMN − Intercambio de datos seguros entre redes GPRS de manera directaCharging Gateway (CG) − Recoge los Registros de Detalle de Llamadas (CDR) para pasarlos al sistema de facturaciónDomain Name System (DNS) − Traducción nombres lógicos nodos a direcciones físicasServidor DHCP − Si se emplea direccionamiento dinámicoServidor RADIUS − Para las funciones de autenticación, autorización y contabilidadCortafuegos − Seguridad con redes externas Redes de telefonía celular - 71
  72. 72. Servicios Públicos de Datos Tipos de terminalClase A − Uso simultáneo de GSM y GPRS − 1 ranura para GSM y 1 o más ranuras para GPRS − No hay degradación de ninguno de los dos serviciosClase B − Soporta GPRS y GSM pero no simultáneamente − Uno de los dos está en suspenso mientras el otro está activo − Prioridad para GSM − Sólo GPRS debe sufrir degradación de QoS − La señalización sí puede ser simultáneaClase C − Elección manual de GPRS o GSM − Ningún uso simultáneo − Si está activado GPRS no se pueden recibir llamadas GSM Redes de telefonía celular - 72
  73. 73. Servicios Públicos de Datos Interfaz radio GPRSSe permite transmitir/recibir en varias ranuras dentro de la misma tramaTDMAAsignación no-simétrica de capacidadBloques radio − 4 ráfagas transmitidas en 4 tramas consecutivas − Se utiliza la ráfaga normal de GSMEl canal físico sobre el que se proyectan los canales lógicos se denominaPDCH (Packet Data CHannel) − Multitramas de 52 tramas (2 MF26 de GSM) ⋅ 48 para ráfagas de información y 4 para funciones auxiliaresAsignación de recursos GSM para tráfico GPRS − Dedicada – se asignan uno o más intervalos de forma fija − Conmutada – asignación dinámica en función de la carga de tráfico, la prioridad, etc ⋅ En este caso se pueden usar los canales de señalización GSM hasta que los canales GPRS estén asignados Redes de telefonía celular - 73
  74. 74. Servicios Públicos de Datos Estructura multitramaSucesión intervalos de tiempo en una estructura MF52Bloque radio − 4 intervalos de tiempo consecutivos en la MF52Capacidad PDCH: 12 bloques radio B0 B1 B2 T B3 B4 B5 X B6 B7 B8 T B9 B10 B11 X − Formato bloque radio para transferencia datos Cabecera Cabecera Datos BCS MAC RLC RLC − Formato bloque radio transferencia mensajes control Cabecera Mensaje control BCS MAC RLC/MAC Redes de telefonía celular - 74
  75. 75. Servicios Públicos de Datos Canales lógicos GPRSCanales de control común – PCCCH (Packet Common Control Channel) − Packet Random Access Channel (PRACH) ⋅ Lo usa el MT para transmitir datos o información de señalización ⋅ Utiliza ráfaga de acceso − Packet Paging Channel (PPCH) ⋅ Para avisar al móvil antes de comenzar una transferencia en sentido descendente − Packet Access Grant Channel (PAGCH) ⋅ Establecimiento de la transferencia ⋅ Otorga capacidad al móvil (asignación de recursos) − Packet Notification Channel (PNCH) ⋅ Para enviar una notificación a un grupo (punto-multipunto)Packet Broadcast Control Channel (PBCCH) − Envía información de control para todos los usuarios − Si no estuviera activo se podría utilizar el BCCH de GSMPacket Data Traffic Channel (PDTCH) − Transferencia de datos Redes de telefonía celular - 75
  76. 76. Servicios Públicos de Datos Canales lógicos GPRSCanales de control dedicado de paquetes – PDCCH (Packet DedicatedControl Channels) − Packet Associated Control Channel (PACCH) ⋅ Información de señalización ⋅ Mensajes asignación recursos ⋅ Comparte los recursos de PDTCH − Packet Timing advance Control Channel/Uplink (PTCCH/U) ⋅ Ráfagas de acceso aleatorio para estimar el avance de temporización ⋅ Utiliza ráfaga de acceso − Packet Timing advance Control Channel/Downlink (PTCCH/D) ⋅ Actualizaciones de información de avance temporal para varios móviles ⋅ Un PTCCH/D se corresponde con varios PTCCH/Us Redes de telefonía celular - 76
  77. 77. Servicios Públicos de Datos Asignación de recursosSe lleva a cabo tanto en el enlace ascendente como en el descendenteLa red puede hacerlo de manera estática o dinámica (más habitual)Se puede asignar más de una ranura para una transferencia − El máximo se sitúa en 8 ranuras − Habitualmente se asignan más ranuras al tráfico descendente Redes de telefonía celular - 77
  78. 78. Servicios Públicos de Datos CodificaciónEn GPRS se utilizan varios esquemas de codificación, que dan lugar adiferentes tasas binariasLa diferencia radica en la redundancia de cada uno de los esquemas Bits en bloque radio Tasa TS (kbps) Tasa en Modelo 8TS Útiles Totales Útiles Totales (kbps) CS1 160 181 8 9.05 72.4 CS2 241 268 12 13.4 107.2 CS3 293 312 14 15.6 124.8 CS4 401 428 20 21.4 171.2 Redes de telefonía celular - 78
  79. 79. Servicios Públicos de Datos Calidad de servicio en GPRSCalidad/capacidad para diferentes aplicaciones − Cada suscripción GPRS tiene asociada un perfil QoS almacenado en el HLR − Durante el establecimiento de la transferencia se negociará el QoS ⋅ Perfil por defecto del HLR ⋅ Perfil requerido por el MS ⋅ Disponibilidad de recursosEl perfil QoS se define mediante la combinación de varios parámetros − Prioridad del servicio − Retardo − Fiabilidad – se refiere a la probabilidad de pérdida − Tasa máxima de transferencia − Tasa media de transferencia Redes de telefonía celular - 79
  80. 80. Servicios Públicos de Datos QoS en GPRSSe definen cuatro clases de tráfico − Clase conversacional: sensible a los retardos y a su variación − Clase “streaming”: muy sensible a la variación de retardo − Clase interactiva: fiabilidad (interesa el contenido) − Clase “background”: no afecta el retardo, interesa garantizar la recepción del contenido Redes de telefonía celular - 80
  81. 81. Servicios Públicos de Datos ContenidosIntroducción a las comunicaciones móviles2ª Generación: GSMEvolución de GSM: GPRS3ª Generación: UMTS Redes de telefonía celular - 81
  82. 82. Servicios Públicos de Datos Evolución UMTSEl trabajo en UMTS (WCDMA) comenzó en varios proyectos deinvestigación en la Unión EuropeaLa ETSI decide en 1998 que WCDMA sea la interfaz para los sistemas 3G − El trabajo de especificación se ha llevado a cabo en el 3GPPEn 1999 aparece la primera especifación completa (Release99) − Primera red comercial Japón 2001 − En Europa las primeras pruebas se realizaron en 2002 y en 2003 se comenzó con el despliegue comercialEvoluciones relevantes − HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) 2005 − HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) 2007 − LTE (Long Term Evolution) – a partir del Release8 (2008) y en evoluciónEn 2008 se superaron las 200 Millones de conexiones UMTS Redes de telefonía celular - 82
  83. 83. Servicios Públicos de Datos Evolución UMTS s 0 Mbp E): 16 Mbps DL(LT A): 42 P s s DL(HS E): 50 Mbp 8 Mbp UL(L T DL: 2 Mbps 1 áxima s UL: 1 aria m 4 Mbp tasa b in DL: 1 MbpsEvolución Mbps UL: 5 .7 DL: 14 bps .4 M 0.4 Mbps UL: 0 DL: ps .4 Mb UL: 0 [1999] [2002] [2004] [2007] [2008] 3GPP 3GPP 3GPP 3GPP 3GPP R99 R5 R6 R7 R8EspecificaciónDespliegue Comercial [2002] [2006] [2007] [2008] [2010] 3GPP 3GPP 3GPP 3GPP 3GPP R99 R5 R6 R7 R8 Redes de telefonía celular - 83
  84. 84. Servicios Públicos de Datos Estandarización UMTSSe pretendía conseguir una tecnología global − Existían iniciativas diferentes, trabajando en paraleloSe decide crear el 3GPP (www.3gpp.org) para aunar esfuerzos • Radio Layer 1 • Radio Layer 2/3 ETSI • Architecture and (Europa) Radio Access interfaces Network • Radio performance and ARIB/TTC RF parameters • Terminal conformance (Japón) testing Core Network TTA Corea Service & System CWTS Aspects (China) T1P1/ATIS Terminals (USA) Redes de telefonía celular - 84
  85. 85. Servicios Públicos de Datos Estandarización UMTSVisión desde el ámbito ITU ITU IMT - 2000 TDMA CDMASingle Multi Direct Multi TDDCarrier Carrier Spread Carrier WCDMA CDMA2000 UTRA-TDDEDGE DECT UTRA-FDD (sucesor (UMTS) (UMTS) IS-95) Redes de telefonía celular - 85
  86. 86. Servicios Públicos de Datos Arquitectura UMTSSe distinguen tres elementos principales − UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) − Core Network (CN) − User Equipment (UE)UTRAN y UE aportan diseños completamente novedosos – en función delas necesidades concretas de WCDMAEl CN se apoya/adapta en el sistema GSM Redes de telefonía celular - 86
  87. 87. Servicios Públicos de Datos Arquitectura UMTS Uu Iu NodeB PLMN, MSC PSTN, RNC GMSC VLR ISDNUSIM NodeB Iub HLR Cu IurME NodeB RNC SGSN GGSN Internet NodeB Redes UE UTRAN CN Externas Redes de telefonía celular - 87
  88. 88. Servicios Públicos de Datos User Equipment (UE)Mobile Equipment (ME) − Terminal radio que se emplea para las comunicaciones − Interfaz con el NodeB a través de UuUMTS Subscriber Identity Module (USIM) − Tarjeta inteligente con datos de usuario (identificación…) − Algoritmos cifrado y autenticación − Claves de seguridad − Información de subscripción a servicios − Similar a la empleada en GSM Redes de telefonía celular - 88
  89. 89. Servicios Públicos de DatosUMTS Terrestrial Radio Acces Network (UTRAN)Está formada por uno o varios Radio Network Subsystems (RNS) − Los RNS podrían estar conectados entre síRNS − Un Radio Network Controller (RNC) − Uno o varios Node BsRequerimientos para la UTRAN − Soporte de ‘soft handover’, que implica que un terminal tenga simultáneamente 2 ó más conexiones con la red (a través de varias celdas) − Aspectos específicos de WCDMA (algoritmos de gestión de recursos radio) − Integración en la gestión de conexiones de conmutación de paquetes/circuitos − Maximizar los puntos en común con GSM − Uso de ATM como mecanismo de transporte principal − Incorporación de IP a partir de la R5 Redes de telefonía celular - 89
  90. 90. Servicios Públicos de Datos Radio Network Controller (RNC)Se corresponde con los BSC de GSM − Se conecta con el CN (MSC y SGSN) − Protocolos RRC (Control Recursos Radio) − Encargado de los procedimientos RRM (Radio Resource Management) ⋅ Control de la carga y congestión de sus celdas ⋅ Control de admisión y de la asignación de códigos a las nuevas comunicaciones ⋅ TraspasosCuando un UE está conectado a dos celdas pertenecientes a sendos RNSse distinguen (para el ‘soft handover’) − Serving RNC – el que controla la comunicación en un momento determinado − Drift RNC – únicamente gestiona la pertenencia del móvil a la celda Redes de telefonía celular - 90
  91. 91. Servicios Públicos de Datos Nodo BSe encarga del procesado (capa 1) radio, proporcionando la interfaz entre elUE y la redSe puede asociar con la BTS de GSMFunciones − Realiza funciones de control de potencia en el lazo interno ⋅ Mide la SIR, la compara con el valor objetivo y ajusta la potencia de transmisión − Reporte de medidas al RNC − Microdiversidad ⋅ Combina las señales de los diferentes sectores a los que se conecta el UE antes de mandar la señal al RNC Redes de telefonía celular - 91
  92. 92. Servicios Públicos de Datos Core NetworkLa evolución en la CN es más gradualEn el R99 se manejan dos dominios: conmutación de circuitos yconmutación de paquetes − Los elementos de conmutación de circuitos se tienen que modificar − Los elementos de conmutación de paquetes son similares a los introducidos por GPRSEn el R4 − El transporte de los protocolos se basa en IP − El MSC tradicional se divide en dos entidades ⋅ Aparece el CS-MGW (Circuit Switched Media Gateway), que se encarga de la transferencia en modo conmutación de circuitos ⋅ El MSC Server controla varios CS-MGWEn el R5 − Aparece el IMS (IP Multimedia Subsystem) marco de señalización y control para aplicaciones IP, independiente de la tecnología de red Redes de telefonía celular - 92
  93. 93. Servicios Públicos de Datos Diferencias WCDMA y GSM La siguiente tabla resume alguna de las diferencias más importantes entre WCDMA y GSMAspecto WCDMA GSMSeparación portadoras 5 Mhz CDMA 200 Khz TDMAFactor reuso 1 4-18Diversidad Receptor RAKE Salto en frecuencia y ecualizaciónProtocolos conmutación Comunes en la red radio Diferentescircuitos/paquetesTraspasos Soft/softer (comunicación Hard (liberación canal antes simultánea con varias BS) de conexión nueva) Redes de telefonía celular - 93
  94. 94. Servicios Públicos de Datos Espectro 3G Asignación de frecuencias en torno a 2 Ghz IMT IMT GSM1800 GSM1800 2000 IMT-2000 2000 IMT-2000 UL DL TDD UL TDD DLEuropa Asia 1700 1700 IMT-2000 IMT-2000 UL DL UL DLJapón AWS PCS PCS AWS UL UL DL DL USA 1700 1750 1800 1850 1900 1950 2000 2050 2100 2150 Redes de telefonía celular - 94
  95. 95. Servicios Públicos de Datos WCDMAEspectro ensanchado por secuencia directa − Chip rate: 3.84 Mchips/segAncho de banda de 5 MhzVentajas − Acceso múltiple y robustez frente a la interferencia multitrayecto − Seguridad: por el código de ensanchamiento − No se requiere una sincronización “estricta” entre los usuarios − No hay una capacidad “concreta” de usuarios ⋅ Degradación progresivaDificultades − Cálculo de capacidad complejo − Interferencia mutua entre terminales limita la capacidad − Necesidad control potencia estricto Efecto “cerca-lejos” ⋅ Sin control de potencia, los móviles más cercanos serían una interferencia notable para los más alejados Redes de telefonía celular - 95
  96. 96. Servicios Públicos de Datos Procedimientos capa físicaControl de potencia − En lazo cerrado – rápido − Lazo abiertoTraspasos − Intra-modo: soft, softer o hard handover − Inter-mode: e.g. de WCDMA a UTRA TDD − Inter-system: de UMTS a GSM, por ejemploMedidasPagingRACHBúsqueda de celdaDiversidad en transmisión Redes de telefonía celular - 96
  97. 97. Servicios Públicos de DatosArquitectura de protocolos interfaz radio PLANO CONTROL PLANO USUARIO Capa 3 RRC Portadoras radio Portadoras radio plano usuarioControl señalización PDCP BMC Capa 2 RLC Canales lógicos MAC Canales transporte Capa 1 PHY Redes de telefonía celular - 97
  98. 98. Servicios Públicos de Datos Canales de transporteDedicated Transport Channel (DCH) − Lleva información de las capas superiores [datos para el servicio e información de control]Common Transport Channels − Broadcast Channel (BCH) – Información UTRA para una célula ⋅ Códigos de acceso, ranuras de acceso, etc ⋅ Elevada potencia (todos los móviles tienen que decodificarlo) − Forward Access Channel (FACH) – Información de control para los terminales activos − Paging Channel (PCH) – Canal de aviso − Random Access Channel (RACH) – Información enviada por el móvil (petición acceso) − Uplink Common Packet Channel (CPCH) – Extensión para el RACH ⋅ Se dejó de emplear a partir de la R5 − Downlink Shared Channel (DSCH) – Similar al FACH ⋅ No se emplea en HSDPA, por lo que se eliminó a partir de la R5 Redes de telefonía celular - 98
  99. 99. Servicios Públicos de Datos Canales físicosLos canales de transporte se mapean en canales físicosEn muchos casos el mapeo es directoSin embargo, también aparecen canales físicos que no son visibles para lascapas superiores − Llevan a cabo procedimientos específicos de la capa física − Sincronización, canal piloto, canal de indicación de adquisición Redes de telefonía celular - 99
  100. 100. Servicios Públicos de Datos MACMapeo entre los canales lógicos y de transporteSelección del formato de transporteGestión de la prioridad entre los flujos de un UEGestión de la prioridad entre diferentes UEsIdentificación de los UEs en canales de transporte comunesMultiplexación/demultiplexación de PDUs en/de bloques de la capa físicaMonitorización del volumen de tráficoConmutación dinámica entre canales de transporteCifradoSelección de la clase de servicio para transmisiones RACH Redes de telefonía celular - 100
  101. 101. Servicios Públicos de Datos Canales lógicosCanales lógicos − BCCH – Información de control de sistema − PCCH – Paging − DCCH – Información de control dedicado entre la BS y el UE − CCCH – Canal para llevar información de control desde la BS a todos los UEs − DTCH – Canal de tráfico para un UE − CTCH – Canal para transferencia de información de difusiónMapeo canales lógicos/transporte DCCH DCCH CCCH DTCH PCCH BCCH CCCH CTCH DTCH Canales lógicos RACH CPCH DCH Canales PCH BCH FACH DSCH DCH transporte Redes de telefonía celular - 101
  102. 102. Servicios Públicos de Datos Radio Link ControlSegmentación y reensambladoConcatenaciónPadding – rellenoTransferencia de datos de usuarioCorrección de erroresEntrega ordenada de PDUsDetección de PDUs duplicadasControl de flujoIntegridadDetección y recuperación de errores en el protocoloCifradoSuspender/reanudar funcionalidad de transferencia de datos Redes de telefonía celular - 102
  103. 103. Servicios Públicos de Datos Packet Data Convergence ProtocolServicios PS (Packet Switching)Funciones − Compresión información redundante [cabeceras TCP, UDP, IP] − Transferencia de datos de usuario Redes de telefonía celular - 103
  104. 104. Servicios Públicos de Datos Broadcast/Multicast Control ProtocolServicios difusión [multicast]Funciones − Mantenimiento de mensajes de difusión en la celda − Monitorización volumen tráfico y petición recursos radio − Planificación mensajes BNC − Transmisión de mensajes BMC al UE − Entrega mensajes de difusión a las capas superiores Redes de telefonía celular - 104
  105. 105. Servicios Públicos de Datos Radio Resource ControlDifusión de información del sistemaAviso – PagingSelección inicial de celda – reselecciónEstablecimiento, mantenimiento y liberación conexión RRCControl de las portadoras radio, canales de transporte y físicosControl de las funciones de seguridadIntegridad de la señalizaciónControl e informe de las medidas en el UEFunciones de movilidad – traspasosControl de potencia en lazo abiertoAspectos de posicionamiento Redes de telefonía celular - 105

×