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Departamento de Ingeniería
Electrónica y Comunicaciones
REDES Y SERVICIOS
MÓVILES GSM Y GPRS.
Ángela Hernández – Profesora de Ingeniería Telemática
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
Departamento de
Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Índice
Introducción
Sistemas Celulares
GSM
GPRS
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
Departamento de
Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Introducción
Acceso
a Internet
Red Corporativa
Internet
Red Móvil
Proveedor
de Acceso
a Red
PYME
Red
de Acceso
Residencia
Particular
Red de
Transporte
Pasarela de
Acceso
a Red Fija
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
Departamento de
Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
CONCEPCIÓN INICIAL
Maximizar la zona de cobertura
- Potencia de las estaciones base (BS) muy elevada.
- Potencia de los móviles (MS) elevada.
“handicap” Eficiencia en términos de número de
canales por unidad de superficie es pequeña.
Un número de usuarios alto requiere un ancho de
banda muy grande.
Introducción de la arquitectura celular
R
Solución :
Arquitectura celular PRINCIPIOS BÁSICOS:
- Fragmentación en células de la zona a cubrir.
- Potencia de las BS y los MS reducida.
- Reuso de frecuencias.
- Estructura pensada para reducir la interferencia
cocanal.
REQUIERE:
-Asignación de frecuencias.
-Gestión eficiente de los traspasos de llamadas
(HANDOVERS)
-
Sistemas Celulares
Canal
Total
canales
BW
BW
N =
Superficie
Nn
Eficiencia canales.
=
Superficie
N
Eficiencia canales
=
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
Departamento de
Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Introducción de la arquitectura celular
“CLUSTER”: conjunto de células
que emplean frecuencias diferentes
En este caso el cluster es de 7 células.
f3
f4
f5
f6
f2
f7
ff11
ff11
f2
f3
f4
f5
f6
f7
f2
f3
f4
f5
f6
f7
ff11
Limitación:Complica el control
de la red
“Reuso de frecuencias”
limitación:
Interferencias
“Hand-off”
Sistemas Celulares
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
MS Mobile Station
BS Base Station
MSC Mobile Switching Center
PSTN Public Switched Telephone Network
MSC“Conmutación”
“Pasarela”
BSC BSC BSC
“Acceso Radio”
“Control”
BS
BS
MS
PSTN
Componentes básicos de un sistema celular
Sistemas Celulares
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Sistemas Celulares
EDGE/GPRSEDGE/GPRS
GSMGSM
PDCPDC
TDMATDMA
(IS-136)(IS-136)
CDMACDMA
(IS-95)(IS-95)
TDMATDMA
IS-136+IS-136+
CDMA 3G-1XCDMA 3G-1X
UWC-136 HSUWC-136 HS
(EDGE)(EDGE)
UMTS/UMTS/
W-CDMAW-CDMA
GSM+GSM+
GPRSGPRS
cdma2000cdma2000
IMT-2000IMT-2000
SystemsSystemsAMPSAMPS
TACSTACS
NMTNMT
NTTNTT
ANALÓGICOANALÓGICO DIGITALDIGITAL DIGITAL MULTIMEDIADIGITAL MULTIMEDIA
19921992 20002000 200?200?
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
• 1990: Conclusión de las especificaciones GSM Phase-1.
• 1991-1992: Primeras pruebas públicas e inicio de explotación en
algunos países.
• 1992: SISTEMA OPERATIVO (GSM FASE 1).
Septiembre 1993, Sistema DCS 1800.
• 1995: GSM FASE 2. PCS 1900 USA
• 1997: GSM FASE 2+. Permite nuevos servicios GSM.
• Incremento de velocidad de transmisión de datos.
• High Speed Circuit Switched Data (HSCSD)
• General Packet Radio Services (GPRS).
• Videoconferencia
• Acceso a Internet.
• WAP
• Comercio Electrónico.
• WLL a 64 Kbits/seg.
• Terminales duales
• GSM / DCS 1800
• GSM / PCS 1900
• GSM / DECT
• Evolución de GSM hacia UMTS:
•EDGE
Evolución histórica de los sistemas celulares 2G-3G
Sistemas Celulares
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• Tecnología digital.
• Transmisión de datos con distintas velocidades binarias.
• Interconexión con RDSI.
• Implantación de sistemas criptográficos. Mejora la seguridad.
• Uso de técnicas de acceso múltiple.
Aumento el número de canales disponibles para las mismas frecuencias.
• Mejoras en la calidad de servicio.
Uso de códigos para control de errores y técnicas de ecualización.
• Mayor calidad en presencia de interferencias.
Reducción de la distancia de reuso de frecuencias. Aumento de la capacidad.
• Mayor eficacia de las baterías de los portátiles.
Reducción del volumen y consumo de los terminales.
• Terminales y sistema de bajo coste.
• Ampliación de servicios.
• Capacidad de seguimiento automático nacional e internacional.
• Coexistencia con otros sistemas.
GSM: Aspectos Relevantes
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
GSM: Aspectos Relevantes
Servicios portadores (datos). Velocidad de 2,4. 4,8 y
9,6Kbps.
Teleservicios: Telefonía digital con codec a 13Kbps en
conmutación de circuitos, SMS (Short Message Service)
de 160 bytes, fax, etc...
Servicios complementarios (llamadas en espera,
multiconferencias, identificación de llamadas, etc...).
Tipos de servicio
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
GSM: Especificaciones básicas
MHz
890
915
935
960
1710 1785
1805
1880
1900
2025 2110 2200
GSM
asc.
GSM
desc.
DCS 1800
asc.
DCS 1800
desc.
DECT
UMTS
(FDD-TDD-MSS)
UMTS
(FDD-MSS)
DCS-1800 pensado para
entornos microcelulares:
celdas típicas entre
300 m. (urbanas); y
5 km. (rurales)
Banda de frecuencias asignadas
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y Comunicaciones
Parámetro GSM DCS1800
Frecuencia Transmisión (Mhz)
Móvil-> Base
Base -> Móvil
890-915
880-915
935-960
925-960
1710-1785
1805-1880
Tipo de Acceso Múltiple TDMA/FDMA TDMA/FDMA
Método de Duplexado FDD FDD
Ancho de Banda por Radiocanal 200 kHz 200 kHz
Nº Canales tráfico por radiocanal
Nº Total de canales de tráfico
8
992 - 1392
8
2992
Canal vocal:
Tipo de Modulación
Vel. Transmisión /Desviación Frecuencia
Tipo de VOCODER y velocidad
GMSK
270,8 kbps
FR- EFR 13 kbps
GMSK
270,8 kHz
FR- EFR 13 kbps
Canal de Servicio:
Tipo de Modulación
Vel. Transmisión
GMSK
270,8 kbps
GMSK
270,8 kbps
GSM: Especificaciones básicas
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y Comunicaciones
Función : permitir a varios
usuarios compartir el medio
físico de la transmisión.
Separabilidad
Frecuencia (FDMA)
Tiempo (TDMA)
Código (CDMA){
TIEMPOTIEMPO
FRECUENCIAFRECUENCIA
USUARIO
1
USUARIO
2
USUARIO
3
TIEMPOTIEMPO
FRECUENCIAFRECUENCIA
USUARIO 1
USUARIO 2
USUARIO 3
TIEMPOTIEMPO
FRECUENCIAFRECUENCIA
CÓDIGO
CÓDIGO
USUARIO 1
USUARIO 2
USUARIO 3
Técnicas de acceso múltiple
GSM: Especificaciones básicas
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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y Comunicaciones
* TDMA
Acceso múltiple TDMA/FDMA:
- Los usuarios comparten la misma
frecuencia en breves instantes de
tiempo que se repiten
periódicamente. A cada usuario se le
asigna un intervalo temporal
GSM: Especificaciones básicas
t10 t2 t3 t4
Frecuencia
Tiempo
Usuario
1 ...Usuario
2
Usuario
3
Usuario
4
UPLINK
200 KHz
25MHz frecuencia
MHz
DOWNLINK
890 960915 935
Canal
0
Canal
1
Canal
124
Canal
0
Canal
1
Canal
124
25MHz
200KHz
Separación entre canales: 45 MHz
- En frecuencia, cada radiocanal soporta 8 usuarios simultáneos mediante TDMA.
- El radiocanal 0 se usa como banda de guarda con otros sistemas radio.
Fup(n) = 935 + 0,2 n = Flow(n)+ 45 con 1 ≤ n ≤ 124
Flow(n) = 890 + 0,2 n
ARFCN
(Absolute RadioFrequency
Channel Number)
Si lo denominamos n
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890,2 MHz
890,4 MHz
914,8 MHz
935,2 MHz
935,4 MHz
959,8 MHz
1
2
124
1
2
124
Desc.
(Base a
Móvil)
Asc.
(Móvil a
Base)
Tiempo
.
.
.
.
.
.
Frecuencia
Trama TDMA
Canal
GSM: Especificaciones básicas
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
SIM
MSMS
TAF TEMT
MÓVILMÓVIL
BTS
Interfaz
Abis
Interfaz
A
Interfaz Radio
Um
BSSBSS
NSSNSS
OSSOSS
AuC
EIR
B
C
D
H
F
G
E
BSC
BTS
BTS BSC
PSTN /RDSI
MSC
MSC
GMSC
IWF
HLR
VLR
VLR
VLR
INTERNET
RED DE ACCESORED DE ACCESO
RED TRONCALRED TRONCAL
SMS-
GMSC
OMC
NMCADC
OMC
OPERACIÓN YOPERACIÓN Y
MANTENIMIENTOMANTENIMIENTO
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Estructura de la red GSM
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
MS Mobile Station
MT Mobile Termination
TE Terminal Equipment
TAF Terminal Adaptor
SIM Subscriber Identity Module
BSS Base Station Subsystem
BTS Base Transceiver Station
BSC Base Station Controller
NSS Network and Switching Subsystem
MSC Mobile Switching Center
GMSC Gateway Mobile Switching Center
HLR Home Location Register
VLR Visitor Location Register
EIR Equipment Identity Register
AuC Authentication Center
SMS-GMSC Short Message Service GMSC
OSS Operation Support Subsystem
OMC Operation and Maintenance Center
NMC Network Management Center
ADC ADministration Center
IWF: Conjunto de operaciones que permiten conectar el sistema GSM
a redes externas: ej modems, canceladores de eco, etc.
Estructura de la red GSM
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Estructura Jerárquica
GSM-PLMN Area
Switching Area
Zona celular
Location Area
GSM System Area
GSM System Area: área mundial donde se
presta servicio GSM
GSM-PLMN Area: área de servicio de
un operador de GSM
Switching Area: zona
controlada por una MSC
Location Area: área donde una estación móvil puede
desplazarse sin que se modifique su registro de
localización
Zona celular: área cubierta
por una estación base.
Estructura de la red GSM
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Estructura de la red GSM
PSTN/RDSI
GMSC
BTS
BTS BTS
BTS
BTS
BSC
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
BTS
AL1
BSC
VLR
BSC
MSCMSC
HLR
VLR
VLR
AL 2
AL 3
INTERNET
ACTUALIZACIÓN
DE LOCALIZACIÓN
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
MS: Estación móvil (Mobile Station)= TERMINAL+SIM
- Como equipo, la MS proporciona la plataforma física para el acceso, pero es
"anónima” y no puede funcionar con la red hasta que se la "personaliza"
mediante la inserción de una "tarjeta inteligente" (smart card) denominada
módulo de identidad de abonado, SIM (Subscriber Identity Module) donde
figura, entre muchas informaciones, la identidad del abonado IMSI
(International Mobile Subscriber Identity) dentro de la red.
- En GSM se considera por separado al usuario (SIM) y a los terminales, lo
que aumenta la movilidad personal, pues la SIM puede insertarse en
cualquier terminal homologado y acceder con ello a los servicios abonados.
-La SIM además contiene los algoritmos de cifrado, datos de configuración de
la red (celda de localización, frecuencias de la estación base, etc) y almacena
mensajes cortos provenientes de la red.
EEPROM
RAM ROM
CPU
I/O
CLK
RST
Vcc
GNDSIM
Estructura de la red GSM
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y Comunicaciones
La estación móvil desempeña las siguientes funciones básicas:
Estructura de la red GSM
- Proporciona una interfaz de comunicaciones entre los usuarios y la red
vía radio.
- Realiza la transmisión/recepción de las informaciones de usuario y de
señalización a través de esa interfaz radio.
- Efectúa la inicialización de la conexión con la red.
- Realiza la sintonización de frecuencias y seguimiento automático de las
estaciones base en cuya zona de cobertura se encuentre.
- Efectúa funciones de procesamiento de voz: conversión analógico/digital
y viceversa.
- Proporciona potencias de nivel 2, 4, 8 y 20W.
- Proporciona un interfaz con el usuario humano (micrófono, auricular,
pantalla y teclado para gestionar llamadas con transmisión de voz), ofrece
un interfaz con otros equipos terminales (fax, ordenadores personales, etc)
o ambas.
- Puede incluir terminales RDSI conectados a través de los interfaces R o S
definidos para esa red, ya sea directamente o a través de adaptadores de
terminal (TA).
- Realiza la adaptación de interfaces y velocidades para las señales de
datos.
MS: Estación móvil (cont)
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
- Desde el punto de vista funcional, la MS comprende tres unidades
diferentes:
Terminación móvil
MT (Mobile Termination)
Equipo físico básico.
- MT0 servicio telefónico básico.
- MT1 servicios de datos con interfaces
RDSI.
- MT2 servicios de datos con interfaces
no RDSI
Unidades funcionales:
- Interfaces con el usuario: micrófono,
auricular, teclado y pantalla.
- Radiomódem, unidad con DSP para el
tratamiento digital de las señales de voz
y datos.
- Subsistema de RF, que incluye el
modulador/demodulador de portadora,
etapa de amplificación de RF, filtrado y
antena.
Estructura de la red GSM
MS: Estación móvil (cont)
MT0
MT1
MT1
MT2
TE2
TE2
TA
TE1
S
S
R Um
Entorno GSM
TAF
Adaptador de terminal
TA (Terminal Adaptor)
Conversión y/o adaptación de
velocidad digital y de protocolos.
Equipo terminal
TE (Terminal Equipment).
TE1 con interfaz RDSI
TE2 con otros tipos de interfaces
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Transceptor de Estación Base, BTS (Base Transceiver Station). Se
suele denominar simplemente estación base y está constituida por los equipos
transmisores/receptores de radio (transceptores), los elementos de conexión
al sistema radiante, las antenas y las instalaciones accesorias (torre soporte,
pararrayos, tomas de tierra, etc.).
Subsistema de Estación Base (BSS)= BTS+BSC
Estructura de la red GSM
Funciones:
- Formación del múltiplex 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)
- Operación y mantenimiento
Se compone de dos partes:
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Estructura de la red GSM
Subsistema de Estación Base (BSS)= BTS+BSC
Controlador de Estación Base, BSC (Base Station Controller).
Gestiona y controla las BTS (hasta varias decenas). Constituye un primer nivel
de concentración de tráfico hacia la red con objeto de minimizar costes de
transmisión.
- Es el responsable de la asignación y liberación de los radiocanales
(recursos radio) con el móvil y de canales terrestres con la red.
- Fija el contenido de los canales de Radiodifusión y asigna los mensajes de
paging a los subcanales físicos o “paging group”
- Gestión de los procesos de transferencia (handover) entre BTS´s bajo su
control.
- Ejecuta los algoritmos del control de potencia y cifrado.
- Físicamente, puede encontrarse en el mismo emplazamiento que una BTS,
junto a una MSC o sola.
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y Comunicaciones
Um BSS
13 kbps
MSC
64 kbps
A
Um
TRAU MSC
A
BTS
BSC
A-bis BSS
Um
TRAU MSC
A
BTS
BSC
A-bis
BSS
13 kbps 64 kbps16 kbps 64 kbps
13 kbps 64 kbps16 kbps 16 kbps
Um A-bis
13 kbps
16 kbps
TRAU MSC
64 kbps
A
BSC
16 kbps
NSS
TRAU
4 × 64 kbpsBSC
4 × 16 kbps
MUX MUX
4×16 kbps
64 kbps
MSC
Estructura de la red GSM
-Adapta la señal de voz específica del interfaz radio GSM
(13Kbps) al formato utilizado en la red fija (64Kbps).
-Puede estar localizado en la BTS, BSC o MSC.
TRAU
Subsistema de Estación Base (BSS) (cont)
(Transcoder/Rate
Adapter Unit)
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Estructura de la red GSM
Subsistema de Conmutación (NSS)
- Es la parte de GSM que incluye las funciones necesarias para conmutar llamadas y
las bases de datos propias del sistema que permiten el establecimiento de las
mismas.
La provisión
del servicio
básico:
- Gestión de llamadas.
- Autentificación de la identidad del usuario.
- Llamadas de emergencia.
- Servicios suplementarios.
- Servicios de grupo de voz. (GSM 2+).
- Servicio de mensajes cortos, SMS (Short Message Service).
- Confidencialidad de los elementos de información de señalización.
Soportar la
operación
entre celdas:
- Registro de posición. Son los procedimientos mediante los cuales
las bases de datos de la red (VLR y HLR) guardan de forma
actualizada la posición en la que se encuentran los móviles. Así, por
ejemplo, la red sabrá hacia dónde dirigir una llamada a un móvil.
- Traspaso (Handoff).
- Restablecimiento de la llamada.
Gestión de la
propia red:
Son las funciones relacionadas con la operación y
mantenimiento de la red.
Funciones:
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Estructura de la red GSM
Subsistema de Conmutación (NSS) (cont)
EIR
GMSC
AuC
SMS-GMSC
SMS-IWMSC
HLR
IWF
MSC VLR
Voz o datos
Señalización
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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y Comunicaciones
HLR (Home Location Register): base de datos distribuida (única
por red GSM) que contiene información estática relativa al servicio
de todos los clientes de la red GSM y también información dinámica,
como el la MSC y VLR en el que se encuentran, el número C en el
caso de desvío de llamada y las tripletas de autentificación.
GMSC (Gateway Mobile Switching Center) es un nodo que
permite interrogar al HLR para obtener información de
encaminamiento para una llamada dirigida a un móvil. Por lo tanto,
es el nexo de unión de la red GSM con otras redes externas.
IWF (InterWorking Function): Entidad funcional asociada al
MSC. Proporciona los medios necesarios para el interfuncionamiento
de la red GSM con las redes externas fijas (PSTN, ISDN y redes de
paquetes PDN).
Estructura de la red GSM
Subsistema de Conmutación (NSS) (cont)
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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AuC (Authentication Center):Gestiona los datos de seguridad y
autentificación de los usuarios. Proporciona al HLR la tripleta de
autentificación (RAND,SRES y Kc) que permite la autentificación del
móvil en cada MSC/VLR. Guarda la clave de identificación individual
de cada usuario, Ki.
EIR (Equipment Identity Register): Registro de identificación de
equipos. Su función consiste en evitar que se utilicen equipos
móviles no autorizados en la red. Para la comprobación se utiliza el
IMEI o identificación internacional del equipo móvil.
SMS-GMSC (Short Message Service-Gateway Mobile-services
Switching Center).
SMS-IWMSC (Short Message Service-InterWorking MSC).
Subsistema de Conmutación (NSS) (cont)
Estructura de la red GSM
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
- El IMSI (International Mobile Subscriber Identity) es la identidad
internacional del cliente móvil y, por tanto, es única para cada cliente
en todo el mundo. Identifica un cliente con su red GSM.
- Para asegurar la privacidad del IMSI y evitar que esté viajando
continuamente en la interfaz radio, el VLR asigna un número temporal
TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) a cada uno de sus
visitantes.
- De forma opcional y para acelerar la búsqueda de los datos en el VLR,
se define el LMSI (Local Mobile Station Identity). El LMSI es asignado
por el VLR en el procedimiento de actualización de posición y es
enviado al HLR junto con el IMSI. Aunque el HLR no lo utiliza para
nada, en caso de que disponga de él, lo envía siempre junto al IMSI
hacia el VLR en todos los mensajes referentes a dicho móvil para
facilitarle la búsqueda dentro de su base de datos.
GSM: Numeración
Identificación de clientes móviles: IMSI, TMSI, LMSI
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Identificación de clientes móviles: IMSI, TMSI, LMSI
MCC (Mobile Country Code). 3 dígitos. Identifica el país donde está domiciliado
el usuario. La asignación la realiza el ITU-T. España: 214.
MNC (Mobile Network Code). 2 dígitos. Identifica la red a la que pertenece el
cliente. La asignación la realiza la administración de cada país.
MSIN (Mobile Subscriber Identification Number). 10 dígitos. Identifica al usuario
dentro de su red. Lo asigna el operador y si existe más de un HLR en la red, los
primeros dígitos referencian al HLR donde está dado de alta el usuario.
IMSI (International Mobile Subscriber Identity): Identidad internacional del
cliente móvil
MCC MNC MSIN
NMSI
NMSI = MNC + MSIN (NMSI = National Mobile Subscriber Identity)
GSM: Numeración
Airtel: 01
Movistar: 07
Amena: 03
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y Comunicaciones
CC NDC SN NMN
CC (Country Code). Código del país donde está registrado
el móvil. España: 34.
NDC (National Destination Code).
Código que se asigna a cada red GSM dentro de un país.
Cada red GSM puede tener asignados más de un NCD.
SN (Subscriber Number).
Dígitos que identifican al usuario. Lo asigna el operador y
si existe más de un HLR en la red, los primeros dígitos
referencian al HLR donde está dado de alta el usuario.
GSM GSM/DCS
Airtel-Vod: 607 600
610 627
617 666
670 667
677
678
687
TME: 606 626
609 636
616 646
619 659
629 669
630 676
639 679
649 686
696
699
Amena (DCS): 654
655
656
NDC en España
NMN = NDC + SN (NMN = National Mobile Number)
GSM: Numeración
Plan de numeración para estaciones móviles
- Se utilizan números diferentes:
- MSISDN (Mobile Station International ISDN Number): Es el número
ISDN internacional de la estación móvil. Identifica de forma única al cliente
móvil dentro del plan de numeración de la red telefónica pública.
- MSRN (Mobile Station Roaming Number): Es el número de itinerancia o
seguimiento de la estación móvil y sirve para que el GMSC pueda encaminar
una llamada terminada en móvil al MSC correcto.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
MSISDN
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y Comunicaciones
- IMEI (International Mobile Equipment Identity): Es la identidad
internacional del equipo móvil y permite identificar a dicho equipo de forma
unívoca.
TAC FAC SNR VL
SP (fase 2+)
TAC (Type Approval Code): 6 dígitos. Indica que el equipo está aprobado por un
organismo central GSM.
FAC (Final Assembly Code): 2 dígitos. Código que identifica al fabricante.
SNR (Serial Number). 6 dígitos. Código de serie único que identifica al equipo dentro de
cada TAC y FAC. El fabricante debe asignarlo de forma secuencial.
SP (Spare Digit): 1 dígito. Debe ser 0 cuando lo transmite el móvil y aparece por
primera vez en las especificaciones de GSM 2+. En las de GSM fase 2, en vez del SP, se
encuentra el VL (Version Level) que es un dígito determinado por un organismo central
y sirve para contabilizar la versión software.
GSM: Numeración
Identificación del equipo móvil: IMEI
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Canal físico = Nº. radiocanal + Nº. TS
MS’s
...
1 trama = 4,625 mseg
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 75 6 7
...
BTS
Downlink (DL)
Uplink (UL)
3 TS
8 canales de usuario multiplexados en una portadora de 200KHz
Desplazamiento de 3 TS entre tramas de UL y DL para evitar el uso de
duplexores en los terminales móviles. Este tiempo es suficiente para
realizar la alineación temporal adaptativa, la sintonización del transceptor
y la conmutación entre recepción y transmisión.
Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
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HIPERTRAMA
51 MULTITRAMAS 26 MULTITRAMAS
MULTITRAMA
26 TRAMAS = 120 msg. 51 TRAMAS = 235,38 msg.
8 TIME SLOTS = 4,61 msg.
0 1 2 3 4 5 6 7
0 0 1 2 49 50
0 1 23 24 2549 50
1
1
1
2
2
2
0
0
24 25
2045 2046 2047
SUPERTRAMA
( 6,12 seg.)
(3 horas 28 min. 53 sg. 760 msg)
0,577 msg
156,25 bits
156,25 bits
0,577 msg
= 270,833 kbps
Velocidad de transmisión
en la interfaz radio.
2
Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
Estructura jerárquica de las tramas GSM
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• Ráfaga NORMAL (Uplink y Downlink)
• Ráfagas específicas:
Ráfaga de CORRECCIÓN DE FRECUENCIA
Ráfaga de SINCRONIZACIÓN
Ráfaga de RELLENO
Ráfaga de ACCESO
Ráfaga (Burst):
Secuencia de bits enviada en un intervalo de tiempo.
TS (Time Slot) = 156,25 bits.
TS = Ráfaga + Tiempo de guarda.
Tiempos de guarda son necesarios puesto que los equipos no pueden
aumentar/disminuir su potencia de salida de forma instantánea.
También minimizan el riesgo de colisión.
Enlace descendente: Enlace ascendente:
Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
Tipos de ráfagas
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- Ráfagas de ACCESO Permiten el acceso del móvil a la red
-.
Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
• Móvil base
8 41 36 3
Secuencia de
entrenamiento
60+8,25
Información
de acceso
0,252 msg.
37,8 km.
35 km.
radio máximo
celda
d1
d2
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Un canal lógico no es más que una combinación ordenada de ráfagas
dentro de una estructura de trama. En el sistema GSM existen dos
grupos de canales lógicos:
• Canales COMUNES: Transmiten información de señalización común
a todos los móviles ubicados en una célula determinada. Son canales
punto a multipunto.
• Canales DEDICADOS: Transmiten información correspondiente a
una conexión establecida entre un móvil concreto y la red. Son canales
punto a punto.
Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
Canales lógicos
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• Canales comunes
- Canales de RADIODIFUSIÓN (Broadcast CHannels: BCH)
Proporcionan al móvil información suficiente para su sincronización con la red:
- BCCH (Broadcast Control CHannel) (DL)
-- FCCH (Frequency Correction CHannel) (DL)
- SCH (Synchronization CHannel) (DL)
- Canales de CONTROL COMUNES (Common Control CHannels: CCCH)
Permiten el establecimiento del enlace entre el móvil y la base:
- PCH (Paging CHannel) (DL)
-- AGCH (Access Grant CHannel) (DL)
- NCH (Notification CHannel) (DL)
- CBCH (Cell Broadcast CHannel) (DL)
- RACH (Random Access CHannel) (UL)
Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
Canales lógicos
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- Canales de TRÁFICO (Traffic CHannels: TCH)
Se utilizan para transmitir información de usuario entre la red y el móvil:
- TCH/F (Traffic CHannel Full Rate) (DL y UL)
-- TCH/H (Traffic CHannel Half Rate) (DL y UL)
- Canales de CONTROL DEDICADOS (Dedicated Control CHannels: DCCH)
Se utilizan para transmitir información de control entre la red y el móvil:
- SACCH/TF (Slow Associated Control CHannel/Full Rate) (DL y UL)
-- SACCH/HF (Slow Associated Control CHannel/Half Rate) (DL y UL)
- FACCH/F (Fast Associated Control CHannel Full Rate) (DL y UL)
-- FACCH/H (Slow Associated Control CHannel Half Rate) (DL y UL)
-- SDCCHSDCCH (Stand alone Dedicated Control CHannel) (DL y UL)
Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
• Canales Dedicados
Canales lógicos
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Interfaz Radio GSM.
Organización del acceso múltiple TDMA
T = TCH/F o FACCH
S = SACCH
I = Vacío (trama libre)
24222018 232119171615141311109876543210
26 TRAMAS = 120 msg.
T T T T T T TTT T T T
12
S
25
I
- Multitrama para un TCH/F
T T T T T T TTT T T T
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 ...
1 TRAMA = 8 Time slots = 4,615 msg.
TN
MULTIPLEXACIÓN DE CANALES LÓGICOS EN FÍSICOS
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AuCAuC
KKii
Generador AleatorioGenerador Aleatorio
RAND (128 bits)RAND (128 bits)
RAND
SRES
TRIPLETATRIPLETA
HLRHLR
Kc
128 bits128 bits
32 bits32 bits 64 bits64 bits
VLRVLRMSCMSC
SIM
RAND
(2)
SRES Kc
32 bits32 bits 64 bits64 bits
KKii
128 bits128 bits
RAND (128 bits)RAND (128 bits)
Algoritmo
A3A3
Algoritmo
A8A8
RANDRANDRANDRAND
Algoritmo A3A3 Algoritmo A8A8
BSCBSC
BTSBTS
MS
RAND
SRES (3)
¿ = ?¿ = ?
SRES
IM
SI/TM
SI(1)
GSM: Seguridad. Autentificación
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GSM: Seguridad. Cifrado
AuCAuC
KKii
Generador AleatorioGenerador Aleatorio
RAND (128 bits)RAND (128 bits)
RAND
SRES
TRIPLETATRIPLETA
HLRHLR
Kc
128 bits128 bits
32 bits32 bits 64 bits64 bits
VLRVLRMSCMSC
SIM
RAND
SRES Kc
32 bits32 bits 64 bits64 bits
KKii
128 bits128 bits
RAND (128 bits)RAND (128 bits)
Algoritmo
A3A3
Algoritmo
A8A8
RANDRANDRANDRAND
Algoritmo A3A3 Algoritmo A8A8
BSCBSC
BTS
Kc
Kc
Algoritmo
A5A5
DatosDatos
Kc
MS
Algoritmo
A5A5
KcDatos
Datos
cifrados
Datos
cifrados
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Procedimiento de Handover
- Puede ser:
•Intra BSC
•Inter BSC
•Inter MSC
•Subsequente
- Motivos:
•Rescate
•Confinamiento
•Tráfico
- La decisión de handover la toma la BSC en a medidas realizadas por la
propia BSC y la BTS sobre la carga de la celda y la calidad de la transmisión.
GSM: Procedimientos
(4) Fin Establecimiento
Orden de handover
SWITCHING
POINT
BSC
nueva
BSC
vieja
(1) Decisión de handover
(2) Establecimiento de
nuevo camino
MS (3) Activación canal radio
(5) Orden de handover
(6) Orden de handover
(7) Acceso MS
(8) Acceso MS(9) Liberación Canal
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Procedimientos:
- Actualización de localización.
- Localización periódica.
- Autentifización.
- IMSI Attach (Registro del móvil).
- IMSI Detach.
- Reasignación de TMSI.
Procedimiento de Localización
MSC/VLR
nueva
MSC/VLR
vieja
(2)Actualización delocalización
(5)Confirma laactualización
MS (6) MS recibe la confirmación
(3) Borrado del MS de la
VLR
(1) MS pide actualización de
localización
(4) Borrado del MS
del registro
HLR
GSM: Procedimientos
Gestión de movilidad
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Gestión de conexión.
Procedimientos:
- Establecimiento de llamadas originadas en el móvil (MOC).
- Establecimiento de llamadas terminadas en el móvil (MTC).
- Restablecimiento de llamadas.
Procedimiento de MTC
GSM: Procedimientos
Paging
Terminal
Fijo
GMSC
HLR
MSC/
VLR
BSC
BTS
BTS Paging
Paging
RTC
RDSI
(2)Procedimiento
de interrogación
(3) Routing number
(1) MS ISDN
MSISDN
MSRN
MSISDN MSISDN
IMSIMSRN
MSRN
TMSI
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GSM: Mejoras de la calidad
Transmisión discontinua
-En una conversación normal, cada uno de los interlocutores está
en silencio durante aproximadamente el 50% del tiempo. Esto ha
permitido desarrollar en GSM una funcionalidad denominada
transmisión discontinua (DTX).
-Cuando se activa la DTX, sólo se transmite señal cuando existe
conversación. De este modo, al reducir la energía transmitida, se
reducen los niveles de interferencia y, en el caso de las MS,
además se prolonga la duración de la batería y se disminuye la
radiación sobre la cabeza.
-La aplicación de la DTX se realiza a nivel de celda, pudiéndose
activar por separado en el UL y en DL, lo cual es decisión del
operador de la red.
- Cuando se aplica la DTX, la voz se codifica a su velocidad normal
de 13 kbps. Cuando existe conversación. Cuando hay silencio, se
transmite una señal a una velocidad mucho menor (500 bps) que
simula el ruido de fondo. Este ruido de fondo mejora la sensación
subjetiva del oyente al evitar períodos de silencio absoluto y evita
que éste piense que la llamada se ha cortado.
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GSM: Mejoras de la calidad
- Uno de los factores más perniciosos sobre la calidad de las
transmisiones en entornos móviles son los desvanecimientos rápidos
ocasionados por la propagación multicamino.Estos desvanecimientos
son selectivos en frecuencia, lo que significa que afectan de distinta
manera a señales de frecuencias diferentes. Por ello, cuando una
ráfaga transmitida se ve afectada por un desvanecimiento, las
ráfagas sucesivas tienen una elevada probabilidad de verse
afectadas por el mismo fenómeno, sobre todo en el caso de móviles
estacionarios o con movimiento lento (peatones). Esto originará una
elevada tasa de tramas erróneas, con el consiguiente perjuicio en la
calidad del sistema.
- Por otra parte, GSM, como todos los sistemas celulares, es un
sistema limitado por interferencia como consecuencia de la
reutilización frecuencial. En escenarios de elevada carga de tráfico,
la interferencia cocanal es quizá la más importante, pero hay otras
como las interferencias de canales adyacentes, las externas y las
debidas a productos de intermodulación.
- Estas dos perturbaciones actúan de forma permanente cuando la
frecuencia de operación de un canal se mantiene constante durante
toda la comunicación. Para contrarrestarlas, puede pensarse en
aprovechar la estructura TDMA para cambiar de frecuencia en la
transmisión en cada trama. Esta es la técnica denominada
Frequency Hopping, FH.
Frequency Hopping (salto de frecuencias), FH.
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0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1
5 6 7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0 1 2 3 45 6 7 0 1 2 3 4
5 6 7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0 1 2 3 45 6 7 0 1 2 3 4
5 6 7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0 1 2 3 45 6 7 0 1 2 3 4
fd1
fd2
fd3
fu1
fu2
fu3
BS transmite (downlink)
MS transmite (uplink)
Cambio de frecuencia en la transmisión en cada trama para evitar
que los desvanecimientos e interferencias de canal adyacente actúen
de forma permanente a un determinado canal.
GSM: Mejoras de la calidad
Frequency Hopping (cont)
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Mejoras de Calidad: Control de Potencia
- Mediante el control de potencia, se realiza la adaptación de la potencia
transmitida tanto por el móvil como por la BTS a las condiciones de
propagación. El objetivo es minimizar la potencia transmitida por la BTS y la
MS manteniendo la calidad en la comunicación.
- Los principales objetivos perseguidos con esta función son:
- Reducción de la interferencia cocanal.
- Aumento de la duración de la batería de los móviles.
- La regulación de potencia sólo es efectiva cuando el MS se encuentra en una
determinada zona de la celda, denominada área de regulación. En zonas
próximas y lejanas a la BS, se transmite al mínimo y al máximo,
respectivamente.
- Los saltos de potencia los fija el operador (un valor típico es 2 dB).
BTS
Área de regulación
Pérdidas de
propagación
...
Potencia de salida
de la BTSMáxima potencia
permitida
Mínima potencia
permitida
Área de regulación
GSM: Mejoras de la calidad
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-El algoritmo de control de potencia, tanto para la MS como para la
BTS se divide en tres etapas:
- Preparación de las medidas.
- Filtrado de medidas.
- Cálculo de la orden de reducción.
Área de regulación
Pérdidas de propagación
BTS transmite
el mínimo
BTS transmite
el máximo
BTS regula
la potencia
Potencia de salida si el control
de potencia estuviese activo
Señal recibida
en MS
GSM: Mejoras de la calidad
Control de Potencia (cont)
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Mejora cualitativa de la calidad combinando las técnicas anteriores
GSM: Mejoras de la calidad
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GPRS
(General Packet Radio Service)
GPRS (General Packet Radio Service)
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GPRS: Principios generales
- GPRS es una extensión de la tecnología GSM, diseñada con el
objetivo de desarrollar las capacidades de transmisión de datos
sobre la red actualmente utilizada para la transmisión de voz.
- Utiliza la misma infraestructura radio.
Ventajas: * experiencia adquirida
* rápido despliegue
* cobertura similar
- Total compatibilidad con el sistema GSM.
- Supone una nueva red de conmutación superpuesta a la red
convencional GSM.
- Uso de paquetes, no orientado a conexión --> uso más eficiente
del espectro.
- Los usuarios están “permanentemente conectados”.
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Idóneo para aplicaciones de datos:
 Transmisiones intermitentes, en forma de ráfaga.
 Transmisiones frecuentes de pequeño volumen.
 Transmisiones infrecuentes de volumen elevado.
•• Permite a usuarios móviles enviar y recibir datos en modo
paquete.
Los recursos de transmisión se utilizan cuando se necesitan.
•• Permite asignar Calidades de Servicio (QoS) diferenciadas a los
distintos usuarios móviles.
Prioridades en función del caudal (throughput) medio/pico
del enlace, de los retardos o de la fiabilidad del enlace.
GPRSGPRS Resultado de la evolución de GSM
GPRS: Principios generales
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• La conmutación de paquetes y el uso de multislot con nuevas
codificaciones de canal que permiten una mayor caudal .
• Es posible la mezcla de canales GPRS y GSM en una misma célula
e incluso en una misma portadora.
• Tecnología de paquetes permite:
Varios usuarios pueden compartir un mismo canal de GPRS.
Separar las asignaciones de recursos entre enlace ascendente
y descendente.
• GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con cuatro
posibles esquemas de codificación
CS-1: 9,05 kbps. CS-2: 13,4 kbps.
CS-3: 15,6 kbps. CS-4: 21,4 kbps.
• Tasas de transmisión de datos variables por multislot. Se pueden
usar varias ranuras de un mismo canal en una misma
comunicación. La velocidad máxima teórica es de 21,4 * 8 = 171,2
Kb/s
• Red troncal (backbone) basada en TCP/IP.
GPRS: Principios generales
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• GPRS es una red superpuesta a GSM, que comparte con ella la
red de acceso MT y BSS
• GPRSGPRS introduce dos nuevos nodos:
Gateway GPRS Support Node (SGSN)
Serving GPRS Support Node (GGSN)
• GGSN actúa como una
interfaz lógica hacia las
redes de paquetes de datos
externas
• SGSN es responsable de la
entrega de paquetes al
terminal móvil en su área de
servicio
• GPRS también introduce a nivel de BSC el denominado Packet
Control Unit (PCU).
• Nodos adicionales: Charging Gateway (CG), Border Gateway (BG) y
Domain Name System).
Arquitectura de la red GPRS
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BTS
BTS
BSC
MSC
HLR
VLR
PSTN/RDSI
IWF
Internet
RedRed
dede
accesoacceso
RedRed
troncaltroncal
Voz
modo
circuito
Datos
modo
circuito
GPRS
SGSN
GGSN
Datos
modo
paquete
PCU
DATOS
VOZ
Arquitectura de la red GPRS
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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y Comunicaciones
SGSN: Serving GPRS Support Node
Red de Acceso.- Efectúa los procesos de Aviso (Paging) y Control
de Acceso antes de permitir alguna transmisión de paquetes entre
el móvil y la red de acceso. También está encargado de encaminar
(mediante tunneling) los paquetes de datos de usuario recibidos.
Gestión de Movilidad.- Mantener actualizada la información de
localización de los usuarios.
Autentificación y registro de los móviles.
Control Enlace Lógico (LLC).- En el enlace descendente, realiza el
proceso de segmentación de los paquetes de usuario
transformándolos en tramas LLC que entrega al PCU (Packet
Control Unit) del nodo BSC. En el enlace ascendente realiza
funciones de ensamblado.
Arquitectura de la red GPRS
• Es, junto con el GGSN, el elemento encargado de llevar a cabo la
conmutación de paquetes en la red GPRS. Proporciona
funcionalidades similares a las realizadas por el nodo MSC/VLR en
el sistema GSM.
• Las principales funciones del nodo SGSN están relacionadas con:
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GGSN: Gateway GPRS Support Node
• El GGSN constituye la interfaz entre la red GPRS y las redes de
paquetes de datos externas para el acceso a sus servicios y
aplicaciones basadas en IP.
• Desde el punto de vista de la red externa, el GGSN es un router
conectado a una subred, ya que oculta la infraestructura de la red
GPRS al resto de redes.
• Cuando recibe datos dirigidos hacia un usuario específico,
comprueba si la dirección está activa, y en caso afirmativo, envía
los datos al SGSN.
• Las principales funciones del nodo GGSN están relacionadas con:
Mantenimiento de los datos de usuarios.- El nodo GGSN contiene
información sobre cuál es el nodo SGSN al que está conectado el
usuario.
Recepción de los datos de usuario desde una intranet o desde
Internet y envío de los mismos al SGSN que gestiona el terminal a
través de la red de transporte, mediante el protocolo de tunel GTP
(GPRS Tunneling Protocol).
Arquitectura de la red GPRS
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Recepción de datos de señalización desde la red de transporte y
configuración de la operación correspondiente.
Recogida de información sobre la sesión: Access Point Name (APN),
volumen de datos en sentido ascendente/descendente, tiempo de
vida del contexto, uso de direcciones IP estáticas/dinámicas, etc.
para generación de CDR y su envío al CG en tiempo real.
Asignación de direcciones IP a los terminales GPRS de forma
estática o dinámica.
Proporcionar los servicios básicos para el acceso a ISP (Internet
Service Provider) y, en caso de que exista, al plano de servicios.
Garantizar la privacidad y seguridad para la red de transporte y el
terminal GPRS. Para ello, el GGSN actúa como un gateway (pasarela)
entre las redes externas y la red de transporte GPRS.
En el traspaso inter-SGSN, dialoga con los SGSN implicados con el fin
de mantener actualizada la información concerniente al contexto
activo.
GGSN: Gateway GPRS Support Node (cont)
Arquitectura de la red GPRS
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• En GPRS, cada sesión de transferencia de datos se denomina TBF
(Temporary Block Flow). Los paquetes de un TBF se segmentan, se
codifican y se transforman en bloques, denominados bloques radio,
para su transmisión por la interfaz aire.
• Cada bloque radio está formado por 4 ráfagas transmitidas en el slot
asignado en cuatro trama sucesivas.
• Los slots se asignan dinámicamente según necesidades. Se asignan
por separado para cada sentido, pudiendo establecer conexiones
asimétricas.
Interfaz radio GPRS
432107 76543210Enlace Ascendente
Enlace Descendente
Enlace Ascendente
Enlace Descendente
Enlace Ascendente
Enlace Descendente
1:1
2:2
1:4
{
{
{
107654 43210765
432107 76543210
432107 76543210
107654 43210765
107654 43210765
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
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Bloque radio
Segmentación y entrelazado
Datos
Ráfaga normal Ráfaga normal Ráfaga normal
114 bits 114 bits 114 bits 114 bits
Ráfaga normal
114 bits 114 bits 114 bits 114 bits
Purgado del código (puncturing)
456 bits
USF Bits ColaDatos BCS
USFp
Código Convolucional de tasa 1/2Precodificación
Interfaz radio GPRS
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Clase A
• Uso simultáneo de GSM y GPRS.
• 1 Time-Slot para GSM y 1 o más Time-Slots para GPRS
• No hay degradación de ninguno de los dos servicios.
Clase B
• Registro GPRS y GSM.
• Uno de los dos está en suspenso mientras el otro está activo.
Prioridad para GSM.
• Si el móvil recibe un aviso de solicitud de conexión en modo
circuito cuando está en curso otra conexión en modo paquete,
el terminal móvil debe avisar al usuario para que éste pueda,
si lo desea, dar curso a la llamada en modo circuito.
• Sólo GPRS debe sufrir degradación de QoS.
Clase C
• Elección manual de GPRS o GSM.
• Ningún uso simultáneo.
Terminales GPRS
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Procedimiento
 El usuario demanda un cierto perfil QoS al activar su dirección
IP.
 La red (SGSN) negocia el perfil demandado y responde al móvil.
Prioridad 3 clases
Retardo 4 clases
Fiabilidad 3 clases
Caudal máx. 9 clases
Caudal medio 19 clases
 Los parámetros del perfil QoS son asociados a parámetros de
nivel inferior.
 La transmisión de paquetes entre la red (SGSN) y BSS se hace a
través de colas. Existen cuatro clases diferentes de cola (retardo)
para datos más una cola para señalización.
 La red puede decidir la modificación de los parámetros
negociados al activar la dirección IP.
Calidad de Servicio
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Clase
Probabilidad
de Perdida de
Paquetes
Probabilidad
de Paquetes
Duplicados
Probabilidad
de Paquetes
fuera de orden
Probabilidad
de Paquetes
Corruptos
1 10-9 10-9 10-9 10-9
2 10-4 10-5 10-5 10-6
3 10-2 10-5 10-5 10-2
Clase
Probabilidad
de Perdida de
Paquetes
Probabilidad
de Paquetes
Duplicados
Probabilidad
de Paquetes
fuera de orden
Probabilidad
de Paquetes
Corruptos
1 10-9 10-9 10-9 10-9
2 10-4 10-5 10-5 10-6
3 10-2 10-5 10-5 10-2
1 (predictivo)
95%Retardo medioClase
2 (predictivo)
3 (predictivo)
4 (best effort)
0.5 s
5 s
50 s
No especificado
1.5 s
25 s
250 s
2 s
15 s
75 s
7 s
75 s
375 s
Tamaño
Retardo medio 95%
128 octetos 1024 octetos
Calidad de Servicio
Prioridad: ALTA, NORMAL y BAJA
Fiabilidad
Retardo
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Clases Flujo Datos (octetos/segundo)
1 ≤1000 octetos (8 Kbits)
2 ≤2000 octetos (16 Kbits)
3 ≤4000 octetos (32 Kbits)
4 ≤8000 octetos (64 Kbits)
5 ≤16000 octetos (128 Kbits)
6 ≤32000 octetos (256 Kbits)
7 ≤64000 octetos (512 Kbits)
8 ≤128000 octetos (1024 Kbits)
9 ≤256000 octetos (2048 Kbits)
Clase Tráfico
1 Best Effort
2 100 (∼ 0.22 bit/s)
3 200 (∼ 0.44 bit/s)
4 500 (∼1,11 bit/s)
5 1.000 (∼2,2 bit/s)
6 2.000 (∼ 4.4 bit/s)
7 5.000 (∼ 11.1 bit/s)
8 10.000 (∼ 22 bit/s)
9 20.000 (∼ 44 bit/s)
10 50.000 (∼ 111 bit/s)
11 100.000 (∼ 0.22 kbit/s)
12 200.000 (∼ 0.44 kbit/s)
13 500.000 (∼ 1.11 kbit/s)
14 1.000.000 (∼ 2.2 Kbit/s)
15 2.000.000 (∼ 4.4 Kbit/s)
16 5.000.000 (∼ 11.1 Kbit/s)
17 10.000.000 (∼ 22K bit/s)
18 20.000.000 (∼ 44 Kbit/s)
19 50.000.000 (∼ 111 Kbits)
Caudal medioCaudal máximo:
Calidad de Servicio
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
Departamento de
Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
Servicios GPRS Servicios GSM
 Conexión típica puede durar horas  Duración media de la llamada 2 minutos.
En promedio una llamada por hora.
 Transmisión de datos a ráfagas
 Enlaces ascendente y descendente
independientes
 Flujo continuo de datos en ambas
direcciones
 El usuario puede activar servicios de forma
independiente
 El sistema GPRS soporta el principio de
“conectividad específica por servicio”
 Todos los servicios son activados al
acceder a la red
 Tarificación basada en la cantidad de datos
transmitidos y/o recibidos
 Tarificación basada en el tiempo de
ocupación del recurso
 Cada paquete es tratado como una entidad
independiente
 No se necesita acceder a las bases de
datos (HLR) cada vez que se transmite un
paquete
 Cada vez que se activa una llamada se
requiere el acceso a la base de datos HLR
 Los paquetes transmitidos son cortos
(típicamente entre 500-1500 octetos)
Comparación de servicios GSM-GPRS
REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS.
Departamento de
Ingeniería Electrónica
y Comunicaciones
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  • 3. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción Acceso a Internet Red Corporativa Internet Red Móvil Proveedor de Acceso a Red PYME Red de Acceso Residencia Particular Red de Transporte Pasarela de Acceso a Red Fija
  • 4. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones CONCEPCIÓN INICIAL Maximizar la zona de cobertura - Potencia de las estaciones base (BS) muy elevada. - Potencia de los móviles (MS) elevada. “handicap” Eficiencia en términos de número de canales por unidad de superficie es pequeña. Un número de usuarios alto requiere un ancho de banda muy grande. Introducción de la arquitectura celular R Solución : Arquitectura celular PRINCIPIOS BÁSICOS: - Fragmentación en células de la zona a cubrir. - Potencia de las BS y los MS reducida. - Reuso de frecuencias. - Estructura pensada para reducir la interferencia cocanal. REQUIERE: -Asignación de frecuencias. -Gestión eficiente de los traspasos de llamadas (HANDOVERS) - Sistemas Celulares Canal Total canales BW BW N = Superficie Nn Eficiencia canales. = Superficie N Eficiencia canales =
  • 5. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Introducción de la arquitectura celular “CLUSTER”: conjunto de células que emplean frecuencias diferentes En este caso el cluster es de 7 células. f3 f4 f5 f6 f2 f7 ff11 ff11 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f2 f3 f4 f5 f6 f7 ff11 Limitación:Complica el control de la red “Reuso de frecuencias” limitación: Interferencias “Hand-off” Sistemas Celulares
  • 6. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones MS Mobile Station BS Base Station MSC Mobile Switching Center PSTN Public Switched Telephone Network MSC“Conmutación” “Pasarela” BSC BSC BSC “Acceso Radio” “Control” BS BS MS PSTN Componentes básicos de un sistema celular Sistemas Celulares
  • 7. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Sistemas Celulares EDGE/GPRSEDGE/GPRS GSMGSM PDCPDC TDMATDMA (IS-136)(IS-136) CDMACDMA (IS-95)(IS-95) TDMATDMA IS-136+IS-136+ CDMA 3G-1XCDMA 3G-1X UWC-136 HSUWC-136 HS (EDGE)(EDGE) UMTS/UMTS/ W-CDMAW-CDMA GSM+GSM+ GPRSGPRS cdma2000cdma2000 IMT-2000IMT-2000 SystemsSystemsAMPSAMPS TACSTACS NMTNMT NTTNTT ANALÓGICOANALÓGICO DIGITALDIGITAL DIGITAL MULTIMEDIADIGITAL MULTIMEDIA 19921992 20002000 200?200?
  • 8. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones • 1990: Conclusión de las especificaciones GSM Phase-1. • 1991-1992: Primeras pruebas públicas e inicio de explotación en algunos países. • 1992: SISTEMA OPERATIVO (GSM FASE 1). Septiembre 1993, Sistema DCS 1800. • 1995: GSM FASE 2. PCS 1900 USA • 1997: GSM FASE 2+. Permite nuevos servicios GSM. • Incremento de velocidad de transmisión de datos. • High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) • General Packet Radio Services (GPRS). • Videoconferencia • Acceso a Internet. • WAP • Comercio Electrónico. • WLL a 64 Kbits/seg. • Terminales duales • GSM / DCS 1800 • GSM / PCS 1900 • GSM / DECT • Evolución de GSM hacia UMTS: •EDGE Evolución histórica de los sistemas celulares 2G-3G Sistemas Celulares
  • 9. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones • Tecnología digital. • Transmisión de datos con distintas velocidades binarias. • Interconexión con RDSI. • Implantación de sistemas criptográficos. Mejora la seguridad. • Uso de técnicas de acceso múltiple. Aumento el número de canales disponibles para las mismas frecuencias. • Mejoras en la calidad de servicio. Uso de códigos para control de errores y técnicas de ecualización. • Mayor calidad en presencia de interferencias. Reducción de la distancia de reuso de frecuencias. Aumento de la capacidad. • Mayor eficacia de las baterías de los portátiles. Reducción del volumen y consumo de los terminales. • Terminales y sistema de bajo coste. • Ampliación de servicios. • Capacidad de seguimiento automático nacional e internacional. • Coexistencia con otros sistemas. GSM: Aspectos Relevantes
  • 10. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GSM: Aspectos Relevantes Servicios portadores (datos). Velocidad de 2,4. 4,8 y 9,6Kbps. Teleservicios: Telefonía digital con codec a 13Kbps en conmutación de circuitos, SMS (Short Message Service) de 160 bytes, fax, etc... Servicios complementarios (llamadas en espera, multiconferencias, identificación de llamadas, etc...). Tipos de servicio
  • 11. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GSM: Especificaciones básicas MHz 890 915 935 960 1710 1785 1805 1880 1900 2025 2110 2200 GSM asc. GSM desc. DCS 1800 asc. DCS 1800 desc. DECT UMTS (FDD-TDD-MSS) UMTS (FDD-MSS) DCS-1800 pensado para entornos microcelulares: celdas típicas entre 300 m. (urbanas); y 5 km. (rurales) Banda de frecuencias asignadas
  • 12. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Parámetro GSM DCS1800 Frecuencia Transmisión (Mhz) Móvil-> Base Base -> Móvil 890-915 880-915 935-960 925-960 1710-1785 1805-1880 Tipo de Acceso Múltiple TDMA/FDMA TDMA/FDMA Método de Duplexado FDD FDD Ancho de Banda por Radiocanal 200 kHz 200 kHz Nº Canales tráfico por radiocanal Nº Total de canales de tráfico 8 992 - 1392 8 2992 Canal vocal: Tipo de Modulación Vel. Transmisión /Desviación Frecuencia Tipo de VOCODER y velocidad GMSK 270,8 kbps FR- EFR 13 kbps GMSK 270,8 kHz FR- EFR 13 kbps Canal de Servicio: Tipo de Modulación Vel. Transmisión GMSK 270,8 kbps GMSK 270,8 kbps GSM: Especificaciones básicas
  • 13. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Función : permitir a varios usuarios compartir el medio físico de la transmisión. Separabilidad Frecuencia (FDMA) Tiempo (TDMA) Código (CDMA){ TIEMPOTIEMPO FRECUENCIAFRECUENCIA USUARIO 1 USUARIO 2 USUARIO 3 TIEMPOTIEMPO FRECUENCIAFRECUENCIA USUARIO 1 USUARIO 2 USUARIO 3 TIEMPOTIEMPO FRECUENCIAFRECUENCIA CÓDIGO CÓDIGO USUARIO 1 USUARIO 2 USUARIO 3 Técnicas de acceso múltiple GSM: Especificaciones básicas
  • 14. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones * TDMA Acceso múltiple TDMA/FDMA: - Los usuarios comparten la misma frecuencia en breves instantes de tiempo que se repiten periódicamente. A cada usuario se le asigna un intervalo temporal GSM: Especificaciones básicas t10 t2 t3 t4 Frecuencia Tiempo Usuario 1 ...Usuario 2 Usuario 3 Usuario 4 UPLINK 200 KHz 25MHz frecuencia MHz DOWNLINK 890 960915 935 Canal 0 Canal 1 Canal 124 Canal 0 Canal 1 Canal 124 25MHz 200KHz Separación entre canales: 45 MHz - En frecuencia, cada radiocanal soporta 8 usuarios simultáneos mediante TDMA. - El radiocanal 0 se usa como banda de guarda con otros sistemas radio. Fup(n) = 935 + 0,2 n = Flow(n)+ 45 con 1 ≤ n ≤ 124 Flow(n) = 890 + 0,2 n ARFCN (Absolute RadioFrequency Channel Number) Si lo denominamos n
  • 15. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 890,2 MHz 890,4 MHz 914,8 MHz 935,2 MHz 935,4 MHz 959,8 MHz 1 2 124 1 2 124 Desc. (Base a Móvil) Asc. (Móvil a Base) Tiempo . . . . . . Frecuencia Trama TDMA Canal GSM: Especificaciones básicas
  • 16. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones SIM MSMS TAF TEMT MÓVILMÓVIL BTS Interfaz Abis Interfaz A Interfaz Radio Um BSSBSS NSSNSS OSSOSS AuC EIR B C D H F G E BSC BTS BTS BSC PSTN /RDSI MSC MSC GMSC IWF HLR VLR VLR VLR INTERNET RED DE ACCESORED DE ACCESO RED TRONCALRED TRONCAL SMS- GMSC OMC NMCADC OMC OPERACIÓN YOPERACIÓN Y MANTENIMIENTOMANTENIMIENTO Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Estructura de la red GSM
  • 17. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones MS Mobile Station MT Mobile Termination TE Terminal Equipment TAF Terminal Adaptor SIM Subscriber Identity Module BSS Base Station Subsystem BTS Base Transceiver Station BSC Base Station Controller NSS Network and Switching Subsystem MSC Mobile Switching Center GMSC Gateway Mobile Switching Center HLR Home Location Register VLR Visitor Location Register EIR Equipment Identity Register AuC Authentication Center SMS-GMSC Short Message Service GMSC OSS Operation Support Subsystem OMC Operation and Maintenance Center NMC Network Management Center ADC ADministration Center IWF: Conjunto de operaciones que permiten conectar el sistema GSM a redes externas: ej modems, canceladores de eco, etc. Estructura de la red GSM
  • 18. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Estructura Jerárquica GSM-PLMN Area Switching Area Zona celular Location Area GSM System Area GSM System Area: área mundial donde se presta servicio GSM GSM-PLMN Area: área de servicio de un operador de GSM Switching Area: zona controlada por una MSC Location Area: área donde una estación móvil puede desplazarse sin que se modifique su registro de localización Zona celular: área cubierta por una estación base. Estructura de la red GSM
  • 19. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Estructura de la red GSM PSTN/RDSI GMSC BTS BTS BTS BTS BTS BSC BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS BTS AL1 BSC VLR BSC MSCMSC HLR VLR VLR AL 2 AL 3 INTERNET ACTUALIZACIÓN DE LOCALIZACIÓN
  • 20. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones MS: Estación móvil (Mobile Station)= TERMINAL+SIM - Como equipo, la MS proporciona la plataforma física para el acceso, pero es "anónima” y no puede funcionar con la red hasta que se la "personaliza" mediante la inserción de una "tarjeta inteligente" (smart card) denominada módulo de identidad de abonado, SIM (Subscriber Identity Module) donde figura, entre muchas informaciones, la identidad del abonado IMSI (International Mobile Subscriber Identity) dentro de la red. - En GSM se considera por separado al usuario (SIM) y a los terminales, lo que aumenta la movilidad personal, pues la SIM puede insertarse en cualquier terminal homologado y acceder con ello a los servicios abonados. -La SIM además contiene los algoritmos de cifrado, datos de configuración de la red (celda de localización, frecuencias de la estación base, etc) y almacena mensajes cortos provenientes de la red. EEPROM RAM ROM CPU I/O CLK RST Vcc GNDSIM Estructura de la red GSM
  • 21. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones La estación móvil desempeña las siguientes funciones básicas: Estructura de la red GSM - Proporciona una interfaz de comunicaciones entre los usuarios y la red vía radio. - Realiza la transmisión/recepción de las informaciones de usuario y de señalización a través de esa interfaz radio. - Efectúa la inicialización de la conexión con la red. - Realiza la sintonización de frecuencias y seguimiento automático de las estaciones base en cuya zona de cobertura se encuentre. - Efectúa funciones de procesamiento de voz: conversión analógico/digital y viceversa. - Proporciona potencias de nivel 2, 4, 8 y 20W. - Proporciona un interfaz con el usuario humano (micrófono, auricular, pantalla y teclado para gestionar llamadas con transmisión de voz), ofrece un interfaz con otros equipos terminales (fax, ordenadores personales, etc) o ambas. - Puede incluir terminales RDSI conectados a través de los interfaces R o S definidos para esa red, ya sea directamente o a través de adaptadores de terminal (TA). - Realiza la adaptación de interfaces y velocidades para las señales de datos. MS: Estación móvil (cont)
  • 22. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones - Desde el punto de vista funcional, la MS comprende tres unidades diferentes: Terminación móvil MT (Mobile Termination) Equipo físico básico. - MT0 servicio telefónico básico. - MT1 servicios de datos con interfaces RDSI. - MT2 servicios de datos con interfaces no RDSI Unidades funcionales: - Interfaces con el usuario: micrófono, auricular, teclado y pantalla. - Radiomódem, unidad con DSP para el tratamiento digital de las señales de voz y datos. - Subsistema de RF, que incluye el modulador/demodulador de portadora, etapa de amplificación de RF, filtrado y antena. Estructura de la red GSM MS: Estación móvil (cont) MT0 MT1 MT1 MT2 TE2 TE2 TA TE1 S S R Um Entorno GSM TAF Adaptador de terminal TA (Terminal Adaptor) Conversión y/o adaptación de velocidad digital y de protocolos. Equipo terminal TE (Terminal Equipment). TE1 con interfaz RDSI TE2 con otros tipos de interfaces
  • 23. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Transceptor de Estación Base, BTS (Base Transceiver Station). Se suele denominar simplemente estación base y está constituida por los equipos transmisores/receptores de radio (transceptores), los elementos de conexión al sistema radiante, las antenas y las instalaciones accesorias (torre soporte, pararrayos, tomas de tierra, etc.). Subsistema de Estación Base (BSS)= BTS+BSC Estructura de la red GSM Funciones: - Formación del múltiplex 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) - Operación y mantenimiento Se compone de dos partes:
  • 24. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Estructura de la red GSM Subsistema de Estación Base (BSS)= BTS+BSC Controlador de Estación Base, BSC (Base Station Controller). Gestiona y controla las BTS (hasta varias decenas). Constituye un primer nivel de concentración de tráfico hacia la red con objeto de minimizar costes de transmisión. - Es el responsable de la asignación y liberación de los radiocanales (recursos radio) con el móvil y de canales terrestres con la red. - Fija el contenido de los canales de Radiodifusión y asigna los mensajes de paging a los subcanales físicos o “paging group” - Gestión de los procesos de transferencia (handover) entre BTS´s bajo su control. - Ejecuta los algoritmos del control de potencia y cifrado. - Físicamente, puede encontrarse en el mismo emplazamiento que una BTS, junto a una MSC o sola.
  • 25. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Um BSS 13 kbps MSC 64 kbps A Um TRAU MSC A BTS BSC A-bis BSS Um TRAU MSC A BTS BSC A-bis BSS 13 kbps 64 kbps16 kbps 64 kbps 13 kbps 64 kbps16 kbps 16 kbps Um A-bis 13 kbps 16 kbps TRAU MSC 64 kbps A BSC 16 kbps NSS TRAU 4 × 64 kbpsBSC 4 × 16 kbps MUX MUX 4×16 kbps 64 kbps MSC Estructura de la red GSM -Adapta la señal de voz específica del interfaz radio GSM (13Kbps) al formato utilizado en la red fija (64Kbps). -Puede estar localizado en la BTS, BSC o MSC. TRAU Subsistema de Estación Base (BSS) (cont) (Transcoder/Rate Adapter Unit)
  • 26. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Estructura de la red GSM Subsistema de Conmutación (NSS) - Es la parte de GSM que incluye las funciones necesarias para conmutar llamadas y las bases de datos propias del sistema que permiten el establecimiento de las mismas. La provisión del servicio básico: - Gestión de llamadas. - Autentificación de la identidad del usuario. - Llamadas de emergencia. - Servicios suplementarios. - Servicios de grupo de voz. (GSM 2+). - Servicio de mensajes cortos, SMS (Short Message Service). - Confidencialidad de los elementos de información de señalización. Soportar la operación entre celdas: - Registro de posición. Son los procedimientos mediante los cuales las bases de datos de la red (VLR y HLR) guardan de forma actualizada la posición en la que se encuentran los móviles. Así, por ejemplo, la red sabrá hacia dónde dirigir una llamada a un móvil. - Traspaso (Handoff). - Restablecimiento de la llamada. Gestión de la propia red: Son las funciones relacionadas con la operación y mantenimiento de la red. Funciones:
  • 27. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Estructura de la red GSM Subsistema de Conmutación (NSS) (cont) EIR GMSC AuC SMS-GMSC SMS-IWMSC HLR IWF MSC VLR Voz o datos Señalización
  • 28. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones HLR (Home Location Register): base de datos distribuida (única por red GSM) que contiene información estática relativa al servicio de todos los clientes de la red GSM y también información dinámica, como el la MSC y VLR en el que se encuentran, el número C en el caso de desvío de llamada y las tripletas de autentificación. GMSC (Gateway Mobile Switching Center) es un nodo que permite interrogar al HLR para obtener información de encaminamiento para una llamada dirigida a un móvil. Por lo tanto, es el nexo de unión de la red GSM con otras redes externas. IWF (InterWorking Function): Entidad funcional asociada al MSC. Proporciona los medios necesarios para el interfuncionamiento de la red GSM con las redes externas fijas (PSTN, ISDN y redes de paquetes PDN). Estructura de la red GSM Subsistema de Conmutación (NSS) (cont)
  • 29. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones AuC (Authentication Center):Gestiona los datos de seguridad y autentificación de los usuarios. Proporciona al HLR la tripleta de autentificación (RAND,SRES y Kc) que permite la autentificación del móvil en cada MSC/VLR. Guarda la clave de identificación individual de cada usuario, Ki. EIR (Equipment Identity Register): Registro de identificación de equipos. Su función consiste en evitar que se utilicen equipos móviles no autorizados en la red. Para la comprobación se utiliza el IMEI o identificación internacional del equipo móvil. SMS-GMSC (Short Message Service-Gateway Mobile-services Switching Center). SMS-IWMSC (Short Message Service-InterWorking MSC). Subsistema de Conmutación (NSS) (cont) Estructura de la red GSM
  • 30. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones - El IMSI (International Mobile Subscriber Identity) es la identidad internacional del cliente móvil y, por tanto, es única para cada cliente en todo el mundo. Identifica un cliente con su red GSM. - Para asegurar la privacidad del IMSI y evitar que esté viajando continuamente en la interfaz radio, el VLR asigna un número temporal TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) a cada uno de sus visitantes. - De forma opcional y para acelerar la búsqueda de los datos en el VLR, se define el LMSI (Local Mobile Station Identity). El LMSI es asignado por el VLR en el procedimiento de actualización de posición y es enviado al HLR junto con el IMSI. Aunque el HLR no lo utiliza para nada, en caso de que disponga de él, lo envía siempre junto al IMSI hacia el VLR en todos los mensajes referentes a dicho móvil para facilitarle la búsqueda dentro de su base de datos. GSM: Numeración Identificación de clientes móviles: IMSI, TMSI, LMSI
  • 31. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Identificación de clientes móviles: IMSI, TMSI, LMSI MCC (Mobile Country Code). 3 dígitos. Identifica el país donde está domiciliado el usuario. La asignación la realiza el ITU-T. España: 214. MNC (Mobile Network Code). 2 dígitos. Identifica la red a la que pertenece el cliente. La asignación la realiza la administración de cada país. MSIN (Mobile Subscriber Identification Number). 10 dígitos. Identifica al usuario dentro de su red. Lo asigna el operador y si existe más de un HLR en la red, los primeros dígitos referencian al HLR donde está dado de alta el usuario. IMSI (International Mobile Subscriber Identity): Identidad internacional del cliente móvil MCC MNC MSIN NMSI NMSI = MNC + MSIN (NMSI = National Mobile Subscriber Identity) GSM: Numeración Airtel: 01 Movistar: 07 Amena: 03
  • 32. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones CC NDC SN NMN CC (Country Code). Código del país donde está registrado el móvil. España: 34. NDC (National Destination Code). Código que se asigna a cada red GSM dentro de un país. Cada red GSM puede tener asignados más de un NCD. SN (Subscriber Number). Dígitos que identifican al usuario. Lo asigna el operador y si existe más de un HLR en la red, los primeros dígitos referencian al HLR donde está dado de alta el usuario. GSM GSM/DCS Airtel-Vod: 607 600 610 627 617 666 670 667 677 678 687 TME: 606 626 609 636 616 646 619 659 629 669 630 676 639 679 649 686 696 699 Amena (DCS): 654 655 656 NDC en España NMN = NDC + SN (NMN = National Mobile Number) GSM: Numeración Plan de numeración para estaciones móviles - Se utilizan números diferentes: - MSISDN (Mobile Station International ISDN Number): Es el número ISDN internacional de la estación móvil. Identifica de forma única al cliente móvil dentro del plan de numeración de la red telefónica pública. - MSRN (Mobile Station Roaming Number): Es el número de itinerancia o seguimiento de la estación móvil y sirve para que el GMSC pueda encaminar una llamada terminada en móvil al MSC correcto. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones MSISDN
  • 33. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones - IMEI (International Mobile Equipment Identity): Es la identidad internacional del equipo móvil y permite identificar a dicho equipo de forma unívoca. TAC FAC SNR VL SP (fase 2+) TAC (Type Approval Code): 6 dígitos. Indica que el equipo está aprobado por un organismo central GSM. FAC (Final Assembly Code): 2 dígitos. Código que identifica al fabricante. SNR (Serial Number). 6 dígitos. Código de serie único que identifica al equipo dentro de cada TAC y FAC. El fabricante debe asignarlo de forma secuencial. SP (Spare Digit): 1 dígito. Debe ser 0 cuando lo transmite el móvil y aparece por primera vez en las especificaciones de GSM 2+. En las de GSM fase 2, en vez del SP, se encuentra el VL (Version Level) que es un dígito determinado por un organismo central y sirve para contabilizar la versión software. GSM: Numeración Identificación del equipo móvil: IMEI
  • 34. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Canal físico = Nº. radiocanal + Nº. TS MS’s ... 1 trama = 4,625 mseg 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 75 6 7 ... BTS Downlink (DL) Uplink (UL) 3 TS 8 canales de usuario multiplexados en una portadora de 200KHz Desplazamiento de 3 TS entre tramas de UL y DL para evitar el uso de duplexores en los terminales móviles. Este tiempo es suficiente para realizar la alineación temporal adaptativa, la sintonización del transceptor y la conmutación entre recepción y transmisión. Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA
  • 35. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones HIPERTRAMA 51 MULTITRAMAS 26 MULTITRAMAS MULTITRAMA 26 TRAMAS = 120 msg. 51 TRAMAS = 235,38 msg. 8 TIME SLOTS = 4,61 msg. 0 1 2 3 4 5 6 7 0 0 1 2 49 50 0 1 23 24 2549 50 1 1 1 2 2 2 0 0 24 25 2045 2046 2047 SUPERTRAMA ( 6,12 seg.) (3 horas 28 min. 53 sg. 760 msg) 0,577 msg 156,25 bits 156,25 bits 0,577 msg = 270,833 kbps Velocidad de transmisión en la interfaz radio. 2 Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA Estructura jerárquica de las tramas GSM
  • 36. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones • Ráfaga NORMAL (Uplink y Downlink) • Ráfagas específicas: Ráfaga de CORRECCIÓN DE FRECUENCIA Ráfaga de SINCRONIZACIÓN Ráfaga de RELLENO Ráfaga de ACCESO Ráfaga (Burst): Secuencia de bits enviada en un intervalo de tiempo. TS (Time Slot) = 156,25 bits. TS = Ráfaga + Tiempo de guarda. Tiempos de guarda son necesarios puesto que los equipos no pueden aumentar/disminuir su potencia de salida de forma instantánea. También minimizan el riesgo de colisión. Enlace descendente: Enlace ascendente: Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA Tipos de ráfagas
  • 37. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones - Ráfagas de ACCESO Permiten el acceso del móvil a la red -. Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA • Móvil base 8 41 36 3 Secuencia de entrenamiento 60+8,25 Información de acceso 0,252 msg. 37,8 km. 35 km. radio máximo celda d1 d2
  • 38. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Un canal lógico no es más que una combinación ordenada de ráfagas dentro de una estructura de trama. En el sistema GSM existen dos grupos de canales lógicos: • Canales COMUNES: Transmiten información de señalización común a todos los móviles ubicados en una célula determinada. Son canales punto a multipunto. • Canales DEDICADOS: Transmiten información correspondiente a una conexión establecida entre un móvil concreto y la red. Son canales punto a punto. Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA Canales lógicos
  • 39. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones • Canales comunes - Canales de RADIODIFUSIÓN (Broadcast CHannels: BCH) Proporcionan al móvil información suficiente para su sincronización con la red: - BCCH (Broadcast Control CHannel) (DL) -- FCCH (Frequency Correction CHannel) (DL) - SCH (Synchronization CHannel) (DL) - Canales de CONTROL COMUNES (Common Control CHannels: CCCH) Permiten el establecimiento del enlace entre el móvil y la base: - PCH (Paging CHannel) (DL) -- AGCH (Access Grant CHannel) (DL) - NCH (Notification CHannel) (DL) - CBCH (Cell Broadcast CHannel) (DL) - RACH (Random Access CHannel) (UL) Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA Canales lógicos
  • 40. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones - Canales de TRÁFICO (Traffic CHannels: TCH) Se utilizan para transmitir información de usuario entre la red y el móvil: - TCH/F (Traffic CHannel Full Rate) (DL y UL) -- TCH/H (Traffic CHannel Half Rate) (DL y UL) - Canales de CONTROL DEDICADOS (Dedicated Control CHannels: DCCH) Se utilizan para transmitir información de control entre la red y el móvil: - SACCH/TF (Slow Associated Control CHannel/Full Rate) (DL y UL) -- SACCH/HF (Slow Associated Control CHannel/Half Rate) (DL y UL) - FACCH/F (Fast Associated Control CHannel Full Rate) (DL y UL) -- FACCH/H (Slow Associated Control CHannel Half Rate) (DL y UL) -- SDCCHSDCCH (Stand alone Dedicated Control CHannel) (DL y UL) Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA • Canales Dedicados Canales lógicos
  • 41. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Interfaz Radio GSM. Organización del acceso múltiple TDMA T = TCH/F o FACCH S = SACCH I = Vacío (trama libre) 24222018 232119171615141311109876543210 26 TRAMAS = 120 msg. T T T T T T TTT T T T 12 S 25 I - Multitrama para un TCH/F T T T T T T TTT T T T 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 ... 1 TRAMA = 8 Time slots = 4,615 msg. TN MULTIPLEXACIÓN DE CANALES LÓGICOS EN FÍSICOS
  • 42. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones AuCAuC KKii Generador AleatorioGenerador Aleatorio RAND (128 bits)RAND (128 bits) RAND SRES TRIPLETATRIPLETA HLRHLR Kc 128 bits128 bits 32 bits32 bits 64 bits64 bits VLRVLRMSCMSC SIM RAND (2) SRES Kc 32 bits32 bits 64 bits64 bits KKii 128 bits128 bits RAND (128 bits)RAND (128 bits) Algoritmo A3A3 Algoritmo A8A8 RANDRANDRANDRAND Algoritmo A3A3 Algoritmo A8A8 BSCBSC BTSBTS MS RAND SRES (3) ¿ = ?¿ = ? SRES IM SI/TM SI(1) GSM: Seguridad. Autentificación
  • 43. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GSM: Seguridad. Cifrado AuCAuC KKii Generador AleatorioGenerador Aleatorio RAND (128 bits)RAND (128 bits) RAND SRES TRIPLETATRIPLETA HLRHLR Kc 128 bits128 bits 32 bits32 bits 64 bits64 bits VLRVLRMSCMSC SIM RAND SRES Kc 32 bits32 bits 64 bits64 bits KKii 128 bits128 bits RAND (128 bits)RAND (128 bits) Algoritmo A3A3 Algoritmo A8A8 RANDRANDRANDRAND Algoritmo A3A3 Algoritmo A8A8 BSCBSC BTS Kc Kc Algoritmo A5A5 DatosDatos Kc MS Algoritmo A5A5 KcDatos Datos cifrados Datos cifrados
  • 44. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Procedimiento de Handover - Puede ser: •Intra BSC •Inter BSC •Inter MSC •Subsequente - Motivos: •Rescate •Confinamiento •Tráfico - La decisión de handover la toma la BSC en a medidas realizadas por la propia BSC y la BTS sobre la carga de la celda y la calidad de la transmisión. GSM: Procedimientos (4) Fin Establecimiento Orden de handover SWITCHING POINT BSC nueva BSC vieja (1) Decisión de handover (2) Establecimiento de nuevo camino MS (3) Activación canal radio (5) Orden de handover (6) Orden de handover (7) Acceso MS (8) Acceso MS(9) Liberación Canal
  • 45. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Procedimientos: - Actualización de localización. - Localización periódica. - Autentifización. - IMSI Attach (Registro del móvil). - IMSI Detach. - Reasignación de TMSI. Procedimiento de Localización MSC/VLR nueva MSC/VLR vieja (2)Actualización delocalización (5)Confirma laactualización MS (6) MS recibe la confirmación (3) Borrado del MS de la VLR (1) MS pide actualización de localización (4) Borrado del MS del registro HLR GSM: Procedimientos Gestión de movilidad
  • 46. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Gestión de conexión. Procedimientos: - Establecimiento de llamadas originadas en el móvil (MOC). - Establecimiento de llamadas terminadas en el móvil (MTC). - Restablecimiento de llamadas. Procedimiento de MTC GSM: Procedimientos Paging Terminal Fijo GMSC HLR MSC/ VLR BSC BTS BTS Paging Paging RTC RDSI (2)Procedimiento de interrogación (3) Routing number (1) MS ISDN MSISDN MSRN MSISDN MSISDN IMSIMSRN MSRN TMSI
  • 47. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GSM: Mejoras de la calidad Transmisión discontinua -En una conversación normal, cada uno de los interlocutores está en silencio durante aproximadamente el 50% del tiempo. Esto ha permitido desarrollar en GSM una funcionalidad denominada transmisión discontinua (DTX). -Cuando se activa la DTX, sólo se transmite señal cuando existe conversación. De este modo, al reducir la energía transmitida, se reducen los niveles de interferencia y, en el caso de las MS, además se prolonga la duración de la batería y se disminuye la radiación sobre la cabeza. -La aplicación de la DTX se realiza a nivel de celda, pudiéndose activar por separado en el UL y en DL, lo cual es decisión del operador de la red. - Cuando se aplica la DTX, la voz se codifica a su velocidad normal de 13 kbps. Cuando existe conversación. Cuando hay silencio, se transmite una señal a una velocidad mucho menor (500 bps) que simula el ruido de fondo. Este ruido de fondo mejora la sensación subjetiva del oyente al evitar períodos de silencio absoluto y evita que éste piense que la llamada se ha cortado.
  • 48. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GSM: Mejoras de la calidad - Uno de los factores más perniciosos sobre la calidad de las transmisiones en entornos móviles son los desvanecimientos rápidos ocasionados por la propagación multicamino.Estos desvanecimientos son selectivos en frecuencia, lo que significa que afectan de distinta manera a señales de frecuencias diferentes. Por ello, cuando una ráfaga transmitida se ve afectada por un desvanecimiento, las ráfagas sucesivas tienen una elevada probabilidad de verse afectadas por el mismo fenómeno, sobre todo en el caso de móviles estacionarios o con movimiento lento (peatones). Esto originará una elevada tasa de tramas erróneas, con el consiguiente perjuicio en la calidad del sistema. - Por otra parte, GSM, como todos los sistemas celulares, es un sistema limitado por interferencia como consecuencia de la reutilización frecuencial. En escenarios de elevada carga de tráfico, la interferencia cocanal es quizá la más importante, pero hay otras como las interferencias de canales adyacentes, las externas y las debidas a productos de intermodulación. - Estas dos perturbaciones actúan de forma permanente cuando la frecuencia de operación de un canal se mantiene constante durante toda la comunicación. Para contrarrestarlas, puede pensarse en aprovechar la estructura TDMA para cambiar de frecuencia en la transmisión en cada trama. Esta es la técnica denominada Frequency Hopping, FH. Frequency Hopping (salto de frecuencias), FH.
  • 49. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 0 1 5 6 7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0 1 2 3 45 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0 1 2 3 45 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0 1 2 3 45 6 7 0 1 2 3 4 fd1 fd2 fd3 fu1 fu2 fu3 BS transmite (downlink) MS transmite (uplink) Cambio de frecuencia en la transmisión en cada trama para evitar que los desvanecimientos e interferencias de canal adyacente actúen de forma permanente a un determinado canal. GSM: Mejoras de la calidad Frequency Hopping (cont)
  • 50. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Mejoras de Calidad: Control de Potencia - Mediante el control de potencia, se realiza la adaptación de la potencia transmitida tanto por el móvil como por la BTS a las condiciones de propagación. El objetivo es minimizar la potencia transmitida por la BTS y la MS manteniendo la calidad en la comunicación. - Los principales objetivos perseguidos con esta función son: - Reducción de la interferencia cocanal. - Aumento de la duración de la batería de los móviles. - La regulación de potencia sólo es efectiva cuando el MS se encuentra en una determinada zona de la celda, denominada área de regulación. En zonas próximas y lejanas a la BS, se transmite al mínimo y al máximo, respectivamente. - Los saltos de potencia los fija el operador (un valor típico es 2 dB). BTS Área de regulación Pérdidas de propagación ... Potencia de salida de la BTSMáxima potencia permitida Mínima potencia permitida Área de regulación GSM: Mejoras de la calidad
  • 51. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones -El algoritmo de control de potencia, tanto para la MS como para la BTS se divide en tres etapas: - Preparación de las medidas. - Filtrado de medidas. - Cálculo de la orden de reducción. Área de regulación Pérdidas de propagación BTS transmite el mínimo BTS transmite el máximo BTS regula la potencia Potencia de salida si el control de potencia estuviese activo Señal recibida en MS GSM: Mejoras de la calidad Control de Potencia (cont)
  • 52. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Mejora cualitativa de la calidad combinando las técnicas anteriores GSM: Mejoras de la calidad
  • 53. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GPRS (General Packet Radio Service) GPRS (General Packet Radio Service)
  • 54. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GPRS: Principios generales - GPRS es una extensión de la tecnología GSM, diseñada con el objetivo de desarrollar las capacidades de transmisión de datos sobre la red actualmente utilizada para la transmisión de voz. - Utiliza la misma infraestructura radio. Ventajas: * experiencia adquirida * rápido despliegue * cobertura similar - Total compatibilidad con el sistema GSM. - Supone una nueva red de conmutación superpuesta a la red convencional GSM. - Uso de paquetes, no orientado a conexión --> uso más eficiente del espectro. - Los usuarios están “permanentemente conectados”.
  • 55. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Idóneo para aplicaciones de datos:  Transmisiones intermitentes, en forma de ráfaga.  Transmisiones frecuentes de pequeño volumen.  Transmisiones infrecuentes de volumen elevado. •• Permite a usuarios móviles enviar y recibir datos en modo paquete. Los recursos de transmisión se utilizan cuando se necesitan. •• Permite asignar Calidades de Servicio (QoS) diferenciadas a los distintos usuarios móviles. Prioridades en función del caudal (throughput) medio/pico del enlace, de los retardos o de la fiabilidad del enlace. GPRSGPRS Resultado de la evolución de GSM GPRS: Principios generales
  • 56. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones • La conmutación de paquetes y el uso de multislot con nuevas codificaciones de canal que permiten una mayor caudal . • Es posible la mezcla de canales GPRS y GSM en una misma célula e incluso en una misma portadora. • Tecnología de paquetes permite: Varios usuarios pueden compartir un mismo canal de GPRS. Separar las asignaciones de recursos entre enlace ascendente y descendente. • GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con cuatro posibles esquemas de codificación CS-1: 9,05 kbps. CS-2: 13,4 kbps. CS-3: 15,6 kbps. CS-4: 21,4 kbps. • Tasas de transmisión de datos variables por multislot. Se pueden usar varias ranuras de un mismo canal en una misma comunicación. La velocidad máxima teórica es de 21,4 * 8 = 171,2 Kb/s • Red troncal (backbone) basada en TCP/IP. GPRS: Principios generales
  • 57. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones • GPRS es una red superpuesta a GSM, que comparte con ella la red de acceso MT y BSS • GPRSGPRS introduce dos nuevos nodos: Gateway GPRS Support Node (SGSN) Serving GPRS Support Node (GGSN) • GGSN actúa como una interfaz lógica hacia las redes de paquetes de datos externas • SGSN es responsable de la entrega de paquetes al terminal móvil en su área de servicio • GPRS también introduce a nivel de BSC el denominado Packet Control Unit (PCU). • Nodos adicionales: Charging Gateway (CG), Border Gateway (BG) y Domain Name System). Arquitectura de la red GPRS
  • 58. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones BTS BTS BSC MSC HLR VLR PSTN/RDSI IWF Internet RedRed dede accesoacceso RedRed troncaltroncal Voz modo circuito Datos modo circuito GPRS SGSN GGSN Datos modo paquete PCU DATOS VOZ Arquitectura de la red GPRS
  • 59. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones SGSN: Serving GPRS Support Node Red de Acceso.- Efectúa los procesos de Aviso (Paging) y Control de Acceso antes de permitir alguna transmisión de paquetes entre el móvil y la red de acceso. También está encargado de encaminar (mediante tunneling) los paquetes de datos de usuario recibidos. Gestión de Movilidad.- Mantener actualizada la información de localización de los usuarios. Autentificación y registro de los móviles. Control Enlace Lógico (LLC).- En el enlace descendente, realiza el proceso de segmentación de los paquetes de usuario transformándolos en tramas LLC que entrega al PCU (Packet Control Unit) del nodo BSC. En el enlace ascendente realiza funciones de ensamblado. Arquitectura de la red GPRS • Es, junto con el GGSN, el elemento encargado de llevar a cabo la conmutación de paquetes en la red GPRS. Proporciona funcionalidades similares a las realizadas por el nodo MSC/VLR en el sistema GSM. • Las principales funciones del nodo SGSN están relacionadas con:
  • 60. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones GGSN: Gateway GPRS Support Node • El GGSN constituye la interfaz entre la red GPRS y las redes de paquetes de datos externas para el acceso a sus servicios y aplicaciones basadas en IP. • Desde el punto de vista de la red externa, el GGSN es un router conectado a una subred, ya que oculta la infraestructura de la red GPRS al resto de redes. • Cuando recibe datos dirigidos hacia un usuario específico, comprueba si la dirección está activa, y en caso afirmativo, envía los datos al SGSN. • Las principales funciones del nodo GGSN están relacionadas con: Mantenimiento de los datos de usuarios.- El nodo GGSN contiene información sobre cuál es el nodo SGSN al que está conectado el usuario. Recepción de los datos de usuario desde una intranet o desde Internet y envío de los mismos al SGSN que gestiona el terminal a través de la red de transporte, mediante el protocolo de tunel GTP (GPRS Tunneling Protocol). Arquitectura de la red GPRS
  • 61. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Recepción de datos de señalización desde la red de transporte y configuración de la operación correspondiente. Recogida de información sobre la sesión: Access Point Name (APN), volumen de datos en sentido ascendente/descendente, tiempo de vida del contexto, uso de direcciones IP estáticas/dinámicas, etc. para generación de CDR y su envío al CG en tiempo real. Asignación de direcciones IP a los terminales GPRS de forma estática o dinámica. Proporcionar los servicios básicos para el acceso a ISP (Internet Service Provider) y, en caso de que exista, al plano de servicios. Garantizar la privacidad y seguridad para la red de transporte y el terminal GPRS. Para ello, el GGSN actúa como un gateway (pasarela) entre las redes externas y la red de transporte GPRS. En el traspaso inter-SGSN, dialoga con los SGSN implicados con el fin de mantener actualizada la información concerniente al contexto activo. GGSN: Gateway GPRS Support Node (cont) Arquitectura de la red GPRS
  • 62. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones • En GPRS, cada sesión de transferencia de datos se denomina TBF (Temporary Block Flow). Los paquetes de un TBF se segmentan, se codifican y se transforman en bloques, denominados bloques radio, para su transmisión por la interfaz aire. • Cada bloque radio está formado por 4 ráfagas transmitidas en el slot asignado en cuatro trama sucesivas. • Los slots se asignan dinámicamente según necesidades. Se asignan por separado para cada sentido, pudiendo establecer conexiones asimétricas. Interfaz radio GPRS 432107 76543210Enlace Ascendente Enlace Descendente Enlace Ascendente Enlace Descendente Enlace Ascendente Enlace Descendente 1:1 2:2 1:4 { { { 107654 43210765 432107 76543210 432107 76543210 107654 43210765 107654 43210765
  • 63. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Bloque radio Segmentación y entrelazado Datos Ráfaga normal Ráfaga normal Ráfaga normal 114 bits 114 bits 114 bits 114 bits Ráfaga normal 114 bits 114 bits 114 bits 114 bits Purgado del código (puncturing) 456 bits USF Bits ColaDatos BCS USFp Código Convolucional de tasa 1/2Precodificación Interfaz radio GPRS
  • 64. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Clase A • Uso simultáneo de GSM y GPRS. • 1 Time-Slot para GSM y 1 o más Time-Slots para GPRS • No hay degradación de ninguno de los dos servicios. Clase B • Registro GPRS y GSM. • Uno de los dos está en suspenso mientras el otro está activo. Prioridad para GSM. • Si el móvil recibe un aviso de solicitud de conexión en modo circuito cuando está en curso otra conexión en modo paquete, el terminal móvil debe avisar al usuario para que éste pueda, si lo desea, dar curso a la llamada en modo circuito. • Sólo GPRS debe sufrir degradación de QoS. Clase C • Elección manual de GPRS o GSM. • Ningún uso simultáneo. Terminales GPRS
  • 65. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Procedimiento  El usuario demanda un cierto perfil QoS al activar su dirección IP.  La red (SGSN) negocia el perfil demandado y responde al móvil. Prioridad 3 clases Retardo 4 clases Fiabilidad 3 clases Caudal máx. 9 clases Caudal medio 19 clases  Los parámetros del perfil QoS son asociados a parámetros de nivel inferior.  La transmisión de paquetes entre la red (SGSN) y BSS se hace a través de colas. Existen cuatro clases diferentes de cola (retardo) para datos más una cola para señalización.  La red puede decidir la modificación de los parámetros negociados al activar la dirección IP. Calidad de Servicio
  • 66. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Clase Probabilidad de Perdida de Paquetes Probabilidad de Paquetes Duplicados Probabilidad de Paquetes fuera de orden Probabilidad de Paquetes Corruptos 1 10-9 10-9 10-9 10-9 2 10-4 10-5 10-5 10-6 3 10-2 10-5 10-5 10-2 Clase Probabilidad de Perdida de Paquetes Probabilidad de Paquetes Duplicados Probabilidad de Paquetes fuera de orden Probabilidad de Paquetes Corruptos 1 10-9 10-9 10-9 10-9 2 10-4 10-5 10-5 10-6 3 10-2 10-5 10-5 10-2 1 (predictivo) 95%Retardo medioClase 2 (predictivo) 3 (predictivo) 4 (best effort) 0.5 s 5 s 50 s No especificado 1.5 s 25 s 250 s 2 s 15 s 75 s 7 s 75 s 375 s Tamaño Retardo medio 95% 128 octetos 1024 octetos Calidad de Servicio Prioridad: ALTA, NORMAL y BAJA Fiabilidad Retardo
  • 67. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Clases Flujo Datos (octetos/segundo) 1 ≤1000 octetos (8 Kbits) 2 ≤2000 octetos (16 Kbits) 3 ≤4000 octetos (32 Kbits) 4 ≤8000 octetos (64 Kbits) 5 ≤16000 octetos (128 Kbits) 6 ≤32000 octetos (256 Kbits) 7 ≤64000 octetos (512 Kbits) 8 ≤128000 octetos (1024 Kbits) 9 ≤256000 octetos (2048 Kbits) Clase Tráfico 1 Best Effort 2 100 (∼ 0.22 bit/s) 3 200 (∼ 0.44 bit/s) 4 500 (∼1,11 bit/s) 5 1.000 (∼2,2 bit/s) 6 2.000 (∼ 4.4 bit/s) 7 5.000 (∼ 11.1 bit/s) 8 10.000 (∼ 22 bit/s) 9 20.000 (∼ 44 bit/s) 10 50.000 (∼ 111 bit/s) 11 100.000 (∼ 0.22 kbit/s) 12 200.000 (∼ 0.44 kbit/s) 13 500.000 (∼ 1.11 kbit/s) 14 1.000.000 (∼ 2.2 Kbit/s) 15 2.000.000 (∼ 4.4 Kbit/s) 16 5.000.000 (∼ 11.1 Kbit/s) 17 10.000.000 (∼ 22K bit/s) 18 20.000.000 (∼ 44 Kbit/s) 19 50.000.000 (∼ 111 Kbits) Caudal medioCaudal máximo: Calidad de Servicio
  • 68. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Servicios GPRS Servicios GSM  Conexión típica puede durar horas  Duración media de la llamada 2 minutos. En promedio una llamada por hora.  Transmisión de datos a ráfagas  Enlaces ascendente y descendente independientes  Flujo continuo de datos en ambas direcciones  El usuario puede activar servicios de forma independiente  El sistema GPRS soporta el principio de “conectividad específica por servicio”  Todos los servicios son activados al acceder a la red  Tarificación basada en la cantidad de datos transmitidos y/o recibidos  Tarificación basada en el tiempo de ocupación del recurso  Cada paquete es tratado como una entidad independiente  No se necesita acceder a las bases de datos (HLR) cada vez que se transmite un paquete  Cada vez que se activa una llamada se requiere el acceso a la base de datos HLR  Los paquetes transmitidos son cortos (típicamente entre 500-1500 octetos) Comparación de servicios GSM-GPRS
  • 69. REDES Y SERVICIOS MÓVILES GSM Y GPRS. Departamento de Ingeniería Electrónica y Comunicaciones Muchas gracias por su tiempo