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Perfil de proyecto final sobre el tema "Modelo de integración de UMTS a redes GSM/GPRS"TRANSCRIPT
Modelo de integración de UMTS en redes GSM/GPRS
1
Índice General
Capítulo I. Perfil del Proyecto
Introducción: .......................................................................................................................................... 4
1. Antecedentes: .................................................................................................................................. 4
2. Planteamiento del problema: ........................................................................................................ 5
3. Pregunta de investigación: ............................................................................................................. 6
4. Objetivos: ........................................................................................................................................ 6
4.1. Objetivo general: .................................................................................................................... 6
4.2. Objetivos específicos: ............................................................................................................. 6
5. Alcance y Limitaciones: ................................................................................................................. 7
6. Justificación: ................................................................................................................................... 7
7. Metodología: ................................................................................................................................... 8
8. Cronograma de actividades: ......................................................................................................... 9
Capítulo II. Marco Teórico
Marco Teórico: ..................................................................................................................................... 12
1. GSM - Sistema Global para las Comunicaciones Móviles: ...................................................... 12
2. GPRS (General Packet Radio Service): ..................................................................................... 17
3. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System):......................................................... 22
4. Bibliografía: .................................................................................................................................. 28
2
Índice de Figuras y Tablas
Figura 1. Esquema general de una red GSM .............................................................................. 12
Figura 2. Arquitectura GPRS ......................................................................................................... 17
Figura 3. Arquitectura de red lógica de GPRS ......................................................................... 19
Figura 4. Estados del MS .................................................................................................................. 20
Figura 5. Evolución en performance de distintas tecnologías ................................................. 27
Tabla 1. Especificaciones técnicas de WCDMA .......................................................................... 26
Tabla 2. Comparativa de velocidades de diferentes tecnologías ............................................. 27
3
CAPÍTULO I
PERFIL DEL PROYECTO
4
Introducción:
La comunicación mediante dispositivos electrónicos ha evolucionado de una forma
considerable en los últimos años. Desde los sistemas celulares analógicos hasta las propuestas
para tercera y cuarta generación de telefonía móvil, que ya están siendo utilizadas en partes de
Europa, Norte América y Asia.
Estos nuevos sistemas se enfocan cada vez más a las comunicaciones de datos debido a su
creciente demanda, la transmisión de datos se vuelve entonces una parte importante siendo la
de voz un tipo de datos más.
GSM (Global System for Mobiles Communications) es muy importante porque es el sistema
de mayor aceptación a nivel mundial, este sistema fue planeado desde el principio para toda
Europa y fue adoptado por muchos más países. GSM tiene la cobertura más completa de todos
los sistemas; para el diseño de sistemas de tercera generación, no se quiere desaprovechar esta
infraestructura por lo que el sistema UMTS está pensado para implementarse sobre el sistema
GSM.
La evolución de GSM al Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) no solo
da el soporte para una amplia gama de servicios de datos, sino que lo hace con un mínimo de
inversión y de una manera espectralmente eficiente que maximiza el potencial de ingresos y
ganancias.
El núcleo de red en UMTS se plantea como la evolución del existente en las actuales redes 2G
basadas en GSM/GPRS y la reutilización de la infraestructura disponible en dichas redes.
1. Antecedentes:
El estándar GSM es el más extendido en el mundo, con un 82% de los terminales mundiales
en uso. GSM cuenta con más de 3.000 millones de usuarios en 212 países distintos, siendo el
estándar predominante en Europa, América del Sur, Asia y Oceanía, y con gran extensión en
América del Norte.
[Asociación GSM World, estadísticas de junio de 2008]
5
Actualmente en Cochabamba se cuenta con la presencia de tres empresas de
telecomunicaciones móviles Tigo, Nuevatel y Entel, las tres cuentan con redes GSM/GPRS
desplegadas a lo largo del país. Solamente Tigo realizó la implementación de sistemas 3.5G en
el país.
Según las estadísticas de la ex Superintendencia de Telecomunicaciones, ahora denominada
Autoridad de Fiscalización y Control Social de Telecomunicaciones y Transportes (ATT).
Sólo entre 2007 y 2008 la cantidad de usuarios de telefonía móvil se incrementó en 1.784.944
(de 3.265.445 a 5.050.389 usuarios). La demanda de este servicio creció tras el Decreto 28994,
de 2007, que instruyó la facturación al segundo en lugar del redondeo al minuto, según fuentes
del sector. Se calcula que cinco de cada 10 bolivianos cuentan actualmente con un teléfono
móvil.
[Nobosti, Novedades Bolivianas en Seguridad y TI, www.nobosti.com]
Toda esa avalancha en el uso de celulares está obligando a las telefónicas a realizar una serie
de inversiones en la ampliación de sus redes y de su capacidad de transmisión con la
instalación de más radiobases para acompañar ese acelerado crecimiento y evitar un colapso
del servicio. La Autoridad de Fiscalización y Control Social de Telecomunicaciones y
Transportes afirma que la capacidad de tráfico de las redes de los operadores es dinámica, y
que crece día a día en función de las inversiones que se hacen para atender la creciente
demanda. “Ese crecimiento de la capacidad instalada sigue criterios de eficiencia, de modo
que el nivel de uso de la infraestructura esté siempre alrededor del 80% o más, a fin de evitar
costos inherentes a eventuales capacidades ociosas, que tendrían que ser indirectamente
transferidos al usuario final”, indica la entidad.
[Nobosti, Novedades Bolivianas en Seguridad y TI, www.nobosti.com]
2. Planteamiento del problema:
GSM/GPRS, las tecnologías implementadas actualmente, proponen velocidades de
transferencia muy bajas que no satisfacen la demanda de ancho de banda de las nuevas
6
aplicaciones y servicios móviles, de la misma forma se necesita un mayor ancho de banda para
poder realizar transmisiones de voz de mejor calidad.
Al tener ya una empresa que está en las primeras etapas de aplicación de redes 3.5G se
presenta una necesidad de mantener la competencia entre empresas que ofrezcan servicios de
telefonía móvil, por lo que esto se presenta como un problema cuya solución debe ser
planteada de una forma altamente eficiente, de modo de recortar al mínimo las inversiones a
ser realizadas. Es aquí donde aparece la necesidad de este modelo de integración, al permitir
una integración óptima de la nueva tecnología de tercera generación en las redes existentes de
segunda generación.
3. Pregunta de investigación:
¿Cuáles son las tecnologías, plataformas y estructuras qué deben ser implementadas para
integrar, de la mejor forma, una red de tercera generación a una red actual de segunda
generación?
4. Objetivos:
4.1. Objetivo general:
Construir un modelo para el proceso de integración de redes UMTS en redes
GSM/GPRS, analizando estas tecnologías en múltiples aspectos, para determinar un
procedimiento óptimo de integración.
4.2.Objetivos específicos:
Obtener la información requerida de cada tecnología para empezar un estudio
comparativo.
Realizar una comparación costo/capacidad entre las tecnologías GSM/GPRS,
GSM/EDGE y UMTS/WCDMA.
Realizar una comparación en rendimiento y eficiencia espectral entre las tecnologías
GSM/GPRS, GSM/EDGE y UMTS/WCDMA.
7
Realizar el estudio de reutilización de la infraestructura y equipos de una red GSM para
la evolución de la misma hacia UMTS.
Construir el modelo de planificación de una red UMTS incluyendo el diseño y
dimensionado de redes de acceso en sistemas móviles UMTS con soporte de calidad de
servicio.
o Construir el diseño previo y realizar el dimensionado de la red
o Realizar la planificación detallada.
o Construir el procedimiento para una posterior optimización.
Realizar el estudio económico y análisis de costos de inversión.
5. Alcance y Limitaciones:
- Proyecto a realizarse en los semestres I-II 2010.
- Se realizará el proyecto principalmente en la ciudad de Cochabamba.
- Se tocarán los temas de:
o Descripción individual teórica de tecnologías de segunda y tercera generación.
o Análisis comparativo de capacidades, rendimiento y eficiencia entre tecnologías y/o
sistemas.
o Análisis del sistema de tercera generación más eficiente en la relación
costo/capacidad para ser aplicado sobre las redes actuales.
o Modelo para planificación de una red UMTS.
o Estudio de costos de inversión.
- Para los estudios comparativos y de costos de inversión se usará información teórica
recabada de libros e internet.
- Para crear el modelo de planificación se usará también datos netamente teóricos y
software pertinente ya existente.
6. Justificación:
El proyecto apunta a empresas que aún no cuentan con esta tecnología, y que requieren poder
estar al mismo o mayor nivel tecnológico que la competencia y poder ofrecer los mismos o
8
mejores servicios y evitar pérdida de clientes e ingresos y, por el contrario, atraer a clientes de
la competencia aumentando así dichos ingresos de la empresa.
El modelo que se quiere desarrollar se vuelve atractivo para los operadores de telefonía móvil
que siempre requieren de una transición entre tecnologías lo más simple posible y con un
mínimo de inversión, entonces el modelo posibilitaría una integración óptima de UMTS en las
redes actuales GSM/GPRS re aprovechando las estructuras y equipos de la mejor forma,
incidiendo en menores gastos de inversión para los operadores.
Por otro lado las tecnologías de tercera generación presentan muchas mejoras técnicas
respecto a las de segunda generación, WCDMA ofrece una mayor velocidad de transmisión de
datos, la posibilidad de brindar una amplia gama de servicios y brindar sus servicios a un
número mayor de suscriptores.
7. Metodología:
a) Obtener información:
Recabar la información necesaria de cada tecnología para empezar con el estudio
comparativo.
b) Realizar una comparación costo/capacidad:
Con la información recabada en el punto anterior se realizará análisis comparativo
costo/capacidad entre las tecnologías GSM/GPRS, GSM/EDGE y
UMTS/WCDMA.
c) Realizar una comparación en rendimiento y eficiencia espectral:
De la misma forma, con la información recabada en el primer punto se procederá a
realizar un análisis comparativo, esta vez de rendimiento y eficiencia espectral
entre las tecnologías GSM/GPRS, GSM/EDGE y UMTS/WCDMA.
9
d) Estudio de reutilización de GSM:
Se realizará un estudio de reutilización de la infraestructura y equipos de una red
GSM para la evolución de la misma hacia UMTS con el fin de reducir la inversión
y mostrar un modelo más atractivo para los operadores.
e) Modelo de planificación de una red UMTS:
Construir el modelo de planificación de una red UMTS incluyendo el diseño y
dimensionado de redes de acceso en sistemas móviles UMTS con soporte de
calidad de servicio. Modelo base con el que se pretende mostrar una migración
eficiente y lo más sencilla posible a redes UMTS.
f) Realizar el estudio económico y análisis de costos de inversión:
Se realizará un presupuesto para la inversión que debe ser realizada por un
operador de telefonía móvil al migrar de redes GSM/GPRS a redes de tercera
generación UMTS.
8. Cronograma de actividades:
Año 2010
Mes Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre
Actividades/se
manas
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Recopilación
de información
X X X X
Análisis de la
información
recopilada
X X X
Estudio de
comparación
entre
GSM/GPRS y
UMTS
X X X
Estudio de
reutilización de
equipos e
infraestructura
X X X
Modelo de
planificación
de redes
UMTS
X X X X X X
10
Estudio
económico y
Análisis de
costos
X X X X
Elaboración
del documento
X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X
11
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
12
Marco Teórico:
1. GSM - Sistema Global para las Comunicaciones Móviles
El Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (GSM, proviene de "Groupe Special
Mobile") es un sistema estándar, completamente definido, para la comunicación mediante
teléfonos móviles que incorporan tecnología digital. Por ser digital cualquier cliente de GSM
puede conectarse a través de su teléfono con su computador y puede hacer, enviar y recibir
mensajes por e-mail, faxes, navegar por Internet, acceso seguro a la red informática de una
compañía (LAN/Intranet), así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos,
incluyendo el Servicio de Mensajes Cortos (SMS) o mensajes de texto.
GSM se considera, por su velocidad de transmisión y otras características, un estándar de
segunda generación (2G). Su extensión a 3G se denomina UMTS y difiere en su mayor
velocidad de transmisión, el uso de una arquitectura de red ligeramente distinta y sobre todo
en el empleo de diferentes protocolos de radio (W-CDMA). (1)
Alcance mundial y porcentaje de uso
La Asociación GSM (GSMA o GSM Association), este estándar es el más extendido en el
mundo, con un 82% de los terminales mundiales en uso. GSM cuenta con más de 3.000
millones de usuarios en 212 países distintos, siendo el estándar predominante en Europa,
América del Sur, Asia y Oceanía, y con gran extensión en América del Norte.
La ubicuidad del estándar GSM ha sido una ventaja tanto para consumidores (beneficiados por
la capacidad de itinerancia y la facilidad de cambio de operador sin cambiar de terminal,
simplemente cambiando la tarjeta SIM) como para los operadores de red (que pueden elegir
entre múltiples proveedores de sistemas GSM, al ser un estándar abierto que no necesita pago
de licencias).
En GSM se implementó por primera vez el servicio de mensajes cortos de texto (SMS), que
posteriormente fue extendido a otros estándares. Además, en GSM se define un único número
de emergencias a nivel mundial, el 112, que facilita que los viajeros de cualquier parte del
mundo puedan comunicar situaciones de emergencia sin necesidad de conocer un número
local. (2)
13
Arquitectura de red
Capa de radio y control de radio: subsistema de estaciones base o BSS
Esta capa de red se ocupa de proporcionar y controlar el acceso de los terminales al espectro
disponible, así como del envío y recepción de los datos.
Figura 1. Esquema general de una red GSM
Además, se dota a las antenas de la electrónica de red necesaria para comunicarse con un
sistema central de control (y la siguiente capa lógica de la red) y para que puedan encargarse
de la gestión del interfaz radio: el conjunto de la antena con su electrónica y su enlace con el
resto de la red se llama estación base (BS, Base Station). El área geográfica a la que
proporciona cobertura una estación base se llama celda o célula (del inglés cell, motivo por el
cual a estos sistemas se les llama a veces celulares). A este modelo de reparto del ancho de
banda se le denomina a veces SDMA o división espacial.
El empleo de celdas requiere de una capa adicional de red que es novedosa en el estándar
GSM respecto a los sistemas anteriores: es el controlador de estaciones base, o BSC, (Base
Station Controller) que actúa de intermediario entre el núcleo de la red y las antenas, y se
14
encarga del reparto de frecuencias y el control de potencia de terminales y estaciones base. El
conjunto de estaciones base coordinadas por un BSC proporcionan el enlace entre el terminal
del usuario y la siguiente capa de red, ya la principal, que veremos más adelante. Como capa
de red, el conjunto de BSs + BSC se denomina subsistema de estaciones base, o BSS (Base
Station subsystem). (1)
Subsistema de red y conmutación o NSS
El subsistema de red y conmutación (Network and Switching System o NSS), también llamado
núcleo de red (Core Network), es la capa lógica de enrutamiento de llamadas y
almacenamiento de datos. Notemos que, hasta el momento, sólo teníamos una conexión entre
el terminal, las estaciones base BS y su controlador BSC, y no se indicaba manera de
establecer conexión entre terminales o entre usuarios de otras redes. Cada BSC se conecta al
NSS, y es éste quien se encarga de tres asuntos:
Enrutar las transmisiones al BSC en que se encuentra el usuario llamado (central de
conmutación móvil o MSC);
Dar interconexión con las redes de otros operadores;
Dar conexión con el subsistema de identificación de abonado y las bases de datos del
operador, que dan permisos al usuario para poder usar los servicios de la red según su tipo de
abono y estado de pagos (registros de ubicación base y visitante, HLR y VLR). (1)
Central de conmutación móvil o MSC
La central de conmutación móvil o MSC (Mobile Switching Central) se encarga de iniciar,
terminar y canalizar las llamadas a través del BSC y BS correspondientes al abonado llamado.
Es similar a una centralita telefónica de red fija, aunque como los usuarios pueden moverse
dentro de la red realiza más actualizaciones en su base de datos interna.
Cada MSC está conectado a los BSCs de su área de influencia, pero también a su VLR, y debe
tener acceso a los HLRs de los distintos operadores e interconexión con las redes de telefonía
de otros operadores. (1)
Registros de ubicación base y visitante (HLR y VLR)
15
El HLR (Home Location Register, o registro de ubicación base) es una base de datos que
almacena la posición del usuario dentro de la red, si está conectado o no y las características
de su abono (servicios que puede y no puede usar, tipo de terminal, etcétera). Es de carácter
más bien permanente; cada número de teléfono móvil está adscrito a un HLR determinado y
único, que administra su operador móvil.
Al recibir una llamada, el MSC pregunta al HLR correspondiente al número llamado si está
disponible y dónde está (es decir, a qué BSC hay que pedir que le avise) y enruta la llamada o
da un mensaje de error.
El VLR (Visitor Location Register o registro de ubicación de visitante) es una base de datos
más volátil que almacena, para el área cubierta por un MSC, los identificativos, permisos,
tipos de abono y localizaciones en la red de todos los usuarios activos en ese momento y en
ese tramo de la red. Cuando un usuario se registra en la red, el VLR del tramo al que está
conectado el usuario se pone en contacto con el HLR de origen del usuario y verifica si puede
o no hacer llamadas según su tipo de abono. Esta información permanece almacenada en el
VLR mientras el terminal de usuario está encendido y se refresca periódicamente para evitar
fraudes (por ejemplo, si un usuario de prepago se queda sin saldo y su VLR no lo sabe, podría
permitirle realizar llamadas). (1)
Otros sistemas
Además, los MSC están conectados a otros sistemas que realizan diversas funciones.
Por ejemplo, el AUC (authentication user center, centro de autentificación del usuario) se
encarga del cifrado de las señales y de la identificación de usuarios dentro del sistema; el EIR
(equipment identification register, registro de identificación de equipo) guarda listas de
permiso de acceso al terminal, al que identifica unívocamente mediante su número de serie o
IMEI, para evitar que los terminales robados y denunciados puedan usar la red; los SMSCs o
centros de mensajes cortos; y así varios sistemas más, entre los que se incluyen los de gestión,
mantenimiento, prueba, tarificación y el conjunto de transcodificadores necesarios para poder
transferir las llamadas entre los diferentes tipos de red (fija y diferentes estándares de móvil).
(1)
16
Tarjeta Sim
Una de las características principales del estándar GSM es el Módulo de Identidad del
Suscriptor, conocida comúnmente como tarjeta SIM. La tarjeta SIM es una tarjeta inteligente
desmontable que contiene la información de suscripción del usuario, parámetros de red y
Directorio telefónico. Esto permite al usuario mantener su información después de cambiar su
teléfono. Paralelamente, el usuario también puede cambiar de operador de telefonía,
manteniendo el mismo equipo simplemente cambiando la tarjeta SIM. Algunos operadores
introducen un candado para que el teléfono utilice una solo tipo de tarjeta SIM, o sólo una
tarjeta SIM emitida por la compañía donde se compro el teléfono, esta práctica se conoce
como bloqueo de sim, y es ilegal en algunos países.
GSM en América Latina
De acuerdo con las cifras suministradas por la organización 3G Americas, en Colombia el 89
por ciento de los celulares operan bajo el estándar GSM, mientras que en Argentina esta cifra
llega al 97 % (al 2008 los operadores Movistar, Telecom Personal, y CLARO solo operan con
GSM), en Chile (Primer país en latinoamerica en operar redes GSM ya desde 1997) el 100%
de los celulares operan bajo GSM, en México al 80 por ciento, en Brasil al 65 por ciento, en
Uruguay 100 por ciento y en Venezuela Digitel al 100% puesto que fue el operador que
empezó con esta tecnología, Movistar está en fase de ampliar al 100% su red GSM, y movilnet
operador estatal acaba de instalar GSM en todas sus BS y está en fases de prueba para
funcionar en dualidad CDMA/GSM, países como Cuba que comenzó por TDMA, en la
actualidad continúa el servicio por TDMA pero prevalece la tecnología GSM. (3)
17
2. GPRS (General Packet Radio Service):
Plataforma GPRS
GPRS es una nueva tecnología que comparte el rango de frecuencias de la red GSM utilizando
una transmisión de datos por medio de 'paquetes'. La conmutación de paquetes es un
procedimiento más adecuado para transmitir datos, hasta ahora los datos se habían transmitido
mediante conmutación de circuitos, procedimiento más adecuado para la transmisión de voz.
Los canales se comparten entre los diferentes usuarios.
En GSM, cuando se realiza una llamada se asigna un canal de comunicación al usuario, que
permanecerá asignado aunque no se envíen datos. En GPRS los canales de comunicación se
comparten entre los distintos usuarios dinámicamente, de modo que un usuario sólo tiene
asignado un canal cuando se está realmente transmitiendo datos. Para utilizar GPRS se precisa
un teléfono que soporte esta tecnología. La mayoría de estos terminales soportarán también
GSM, por lo que podrá realizar sus llamadas de voz utilizando la red GSM de modo habitual y
sus llamadas de datos (conexión a internet, WAP,...) tanto con GSM como con GPRS.
La tecnología GPRS, o generación 2.5, representa un paso más hacia los sistemas inalámbricos
de Tercera Generación o UMTS. Su principal baza radica en la posibilidad de disponer de un
terminal permanentemente conectado, tarificando únicamente por el volumen de datos
transferidos (enviados y recibidos) y no por el tiempo de conexión como hemos podido
observar en un punto anterior.
Obtiene mayor velocidad y mejor eficiencia de la red.
Tradicionalmente la transmisión de datos inalámbrica se ha venido realizando utilizando un
canal dedicado GSM a una velocidad máxima de 9.6 Kbps. Con el GPRS no sólo la velocidad
de transmisión de datos se ve aumentada hasta un mínimo 40 Kbps y un máximo de 115 Kbps
por comunicación, sino que además la tecnología utilizada permite compartir cada canal por
varios usuarios, mejorando así la eficiencia en la utilización de los recursos de red.
La tecnología GPRS permite proporcionar servicios de transmisión de datos de una forma más
eficiente a como se venía haciendo hasta el momento.
18
GPRS es una evolución no traumática de la actual red GSM: no conlleva grandes inversiones
y reutiliza parte de las infraestructuras actuales de GSM. Por este motivo, GPRS tendrá, desde
sus inicios, la misma cobertura que la actual red GSM. GPRS (Global Packet Radio Service)
es una tecnología que subsana las deficiencias de GSM. (4)
Arquitectura de la red GPRS
La tecnología GPRS trae varios cambios a la red GSM. La mayoría de los cambios se realizan
agregando nuevos bloques sin modificar los elementos o recursos existentes.
Figura 2. Arquitectura GPRS
Fuente: DenMas BROTO. [En línea] 2008. www.denmasbroto.com/files/gprs.html
La figura 1 muestra la arquitectura de una red GPRS. El sistema GPRS aporta algunos
elementos de la red nueva a una red GSM existente. Estos elementos son:
Packet Control Unit (UCP)
Serving GPRS Support Node (SGSN): el MSC de la red GPRS
Gateway GPRS Support Node (GGSN): portal de acceso a redes externas
19
Border Gateway (BG): una puerta de entrada a otras PLMN
Intra-PLMN troncal: una red basada en IP entre todos los eonnecting
GPRS elementos
Charging Gateway (CG)
Legal Interception Gateway (LIG)
Domain Name System (DNS)
Firewalls: Siempre que sea una conexión a una red externa es necesaria. No todos los
elementos de la red son obligatorias para todas las redes GPRS.
A continuación se explicar el funcionamiento de los principales bloques de GPRS. (5)
SGSN (Serving GPRS Support Node)
El elemento SGSN (Serving GPRS Support Node) se encarga de las funciones de control de
acceso, seguridad y localización de las terminales móviles (handover y paging). El interfaz
entre el SGSN y el BSS es el interfaz Gb. A través de éste interfaz se establece todo el diálogo
con el terminal móvil. El SGSN gestiona el acceso de las terminales móviles a los servicios
GPRS mediante el procedimiento de GPRS attach. Como resultado de su ejecución se
establece un contexto de gestión de la movilidad del terminal móvil, de modo que a partir de
ese momento el terminal móvil es monitoreado por el sistema para poder iniciar en cualquier
momento un contexto de transferencia de información. El cual hará posible el intercambio de
información. (5)
GGSN (gateway GPRS support node)
El elemento GGSN (Gateway GPRS Support Node) se interconecta con el HLR vía la
interface Gc. También cuenta el número de paquetes enrutados y se encarga de la
interconexión con otras redes. Considera la diversidad de redes de conmutación de paquetes
que se pueden dar: X.25, IP y otros.
El elemento GGSN es el encargado de gestionar el mapeado de direcciones que hace posible
el enrutamiento de datos entre el terminal móvil y las redes de conmutación de paquetes
20
externas pasando por el SGSN y el GGSN. El enrutamiento interno dentro de la red GPRS de
las unidades de datos se lleva a cabo mediante el uso de protocolos propios de GPRS entre él
terminal móvil y el SGSN, y entre el SGSN y el GGSN. (5)
PCU (packet control unit)
PCU convierte los paquetes de datos en un formato que pueda ser transmitido a través del
interfaz de aire, administra los recursos de radio· e implementa la calidad de servicio (QoS).
(5)
Figura 3. Arquitectura de red lógica de GPRS
Fuente: Internet móvil:red, servicios y terminales. [En línea] [Citado el: 25 de 05 de 2010.]
http://www.coit.es/publicac/publbit/bit117/datos6.html. .
21
Estados de operación del móvil GPRS
Con el fin de gestionar la movilidad de un número de estaciones móviles GPRS dentro de un
área de cobertura SGSN, un conjunto de estados gestión de la movilidad se definen. El
seguimiento de la ubicación de un MS depende del estado de gestión de la movilidad actual de
un MS.
Un MS GPRS tiene uno de tres estados de gestión de la movilidad:
• El estado de Idle se utiliza cuando el MS es pasivo (no GPRS adjunto).
• Un MS se encuentra en estado Reday y en la fase activa cuando esta
Transmitiendo o se acaba de transmitir datos
• El estado de Standby se introduce cuando el abonado haya terminado una fase Ready, pero
sigue conectado a la red.
El cambio entre los estados que sucede en la actividad acaba o cuando acabe el tiempo.
Cuando un MS se encuentra en estado de Standby, la ubicación de la MS es en el SGSN se
conoce hasta el enrutamiento nivel de la zona. Cuando los Estados miembros está en estado
Ready, la ubicación de la MS se sabe hasta nivel de la celda. (5)
Figura 4. Estados del MS
Fuente: NOKIA. GPRS Architecture: Interfaces and protocols . 2001. CTXX 3191.
22
3. UMTS (Universal Mobile Telecommunications System):
Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (Universal Mobile Telecommunications
System - UMTS) es una de las tecnologías usadas por los móviles de tercera generación (3G,
también llamado W-CDMA), sucesora de GSM. Sucesora debido a que la tecnología GSM
propiamente dicha no podía seguir un camino evolutivo para llegar a brindar servicios
considerados de Tercera Generación.
Aunque inicialmente esté pensada para su uso en teléfonos móviles, la red UMTS no está
limitada a estos dispositivos, pudiendo ser utilizada por otros.
Sus tres grandes características son las capacidades multimedia, una velocidad de acceso a
Internet elevada, la cual también le permite transmitir audio y video en tiempo real; y una
transmisión de voz con calidad equiparable a la de las redes fijas. Además, dispone de una
variedad de servicios muy extensa
Características
UMTS permite introducir muchos más usuarios a la red global del sistema, y además permite
incrementar la velocidad a 2 Mbps por usuario móvil.
Está siendo desarrollado por 3GPP (3rd Generation Partnership Project), un proyecto común
en el que colaboran: ETSI (Europa), ARIB/TIC (Japón), ANSI T-1 (USA), TTA (Korea),
CWTS (China). Para alcanzar la aceptación global, 3GPP va introduciendo UMTS por fases y
versiones anuales. La primera fue en 1999, describía transiciones desde redes GSM. En el
2000, se describió transiciones desde IS-95 y TDMA. ITU es la encargada de establecer el
estándar para que todas las redes 3G sean compatibles.
UMTS ofrece los siguientes servicios:
Facilidad de uso y bajos costes: UMTS proporcionará servicios de uso fácil y adaptable para
abordar las necesidades y preferencias de los usuarios, amplia gama de terminales para realizar
un fácil acceso a los distintos servicios y bajo coste de los servicios para asegurar un mercado
masivo. Como el roaming internacional o la capacidad de ofrecer diferentes formas de
tarificación.
23
Nuevos y mejorados servicios: Los servicios de voz mantendrán una posición dominante
durante varios años. Los usuarios exigirán a UMTS servicios de voz de alta calidad junto con
servicios de datos e información. Las proyecciones muestran una base de abonados de
servicios multimedia en fuerte crecimiento hacia el año 2010, lo que posibilita también
servicios multimedia de alta calidad en áreas carentes de estas posibilidades en la red fija,
como zonas de difícil acceso. Un ejemplo de esto es la posibilidad de conectarse a Internet
desde el terminal móvil o desde el ordenador conectado a un terminal móvil con UMTS.
Acceso rápido: La principal ventaja de UMTS sobre la segunda generación móvil (2G), es la
capacidad de soportar altas velocidades de transmisión de datos de hasta 144 kbit/s sobre
vehículos a gran velocidad, 384 kbit/s en espacios abiertos de extrarradios y 7.2 Mbit/s con
baja movilidad (interior de edificios). Esta capacidad sumada al soporte inherente del
protocolo de Internet (IP), se combinan poderosamente para prestar servicios multimedia
interactivos y nuevas aplicaciones de banda ancha, tales como servicios de video telefonía y
video conferencia y transmisión de audio y video en tiempo real. (6)
Arquitectura
La estructura de redes UMTS está compuesta por dos grandes subredes: la red de
telecomunicaciones y la red de gestión. La primera es la encargada de sustentar la transmisión
de información entre los extremos de una conexión. La segunda tiene como misiones la
provisión de medios para la facturación y tarificación de los abonados, el registro y definición
de los perfiles de servicio, la gestión y seguridad en el manejo de sus datos, así como la
operación de los elementos de la red, con el fin de asegurar el correcto funcionamiento de ésta,
la detección y resolución de averías o anomalías, o también la recuperación del
funcionamiento tras periodos de apagado o desconexión de algunos de sus elementos. Dentro
de este apartado vamos a analizar sólo la primera de las dos subredes, esto es, la de
telecomunicaciones.
UMTS usa una comunicación terrestre basada en una interfaz de radio W-CDMA, conocida
como UMTS Terrestrial Radio Access (UTRA). Soporta división de tiempo duplex (TDD) y
división de frecuencia duplex (FDD). Ambos modelos ofrecen ratios de información de hasta
2 Mbps.
24
Una red UMTS se compone de los siguientes elementos:
Núcleo de red (Core Network). El núcleo de red incorpora funciones de transporte y de
inteligencia. Las primeras soportan el transporte de la información de tráfico y señalización,
incluida la conmutación. El encaminamiento reside en las funciones de inteligencia, que
comprenden prestaciones como la lógica y el control de ciertos servicios ofrecidos a través de
una serie de interfaces bien definidas; también incluyen la gestión de la movilidad. A través
del núcleo de red, el UMTS se conecta con otras redes de telecomunicaciones, de forma que
resulte posible la comunicación no sólo entre usuarios móviles UMTS, sino también con los
que se encuentran conectados a otras redes.
Red de acceso radio (UTRAN). Desarrollada para obtener altas velocidades de transmisión. La
red de acceso radio proporciona la conexión entre los terminales móviles y el Core Network.
En UMTS recibe el nombre de UTRAN (Acceso Universal Radioeléctrico Terrestre) y se
compone de una serie de subsistemas de redes de radio (RNS) que son el modo de
comunicación de la red UMTS. Un RNS es responsable de los recursos y de la transmisión /
recepción en un conjunto de celdas y esta compuesto de un RNC y uno o varios nodos B. Los
nodos B son los elementos de la red que se corresponden con las estaciones base. El
Controlador de la red de radio (RNC) es responsable de todo el control de los recursos lógicos
de una BTS (Estación Base Transmisora).
UE (User Equipment). Se compone del terminal móvil y su módulo de identidad de servicios
de usuario/suscriptor (USIM) equivalente a la tarjeta SIM del teléfono móvil.
Parte también de esta estructura serían las redes de transmisión empleadas para enlazar los
diferentes elementos que la integran. Como los protocolos UU y IU.
Un ejemplo de una conexión a la red UMTS desde un terminal sería el que se explica con el
siguiente diagrama:
Partimos de nuestro dispositivo 3G ya sea un teléfono móvil o una tarjeta para ordenadores
compatible con esta red, nuestros datos llegan al NodoB que es el encargado de recoger las
señales emitidas por los terminales y pasan al RNC para ser procesadas, estos dos
componentes es lo que llamamos UTRAN, desde el UTRAN pasa al núcleo de la red que está
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dividido en conmutadores que distribuyen los datos por los diferentes sistemas, según vayan a
uno u otro seguirán un camino pasando por el MSC (Mobile services Switching Center), o por
el SGSN (Serving GPRS Support Node) y posteriormente por el GGSN (Gateway GPRS
Support Node). (6)
Wideband Code Division Multiple Access:
Wideband Code Division Multiple Access (en español Acceso múltiple por división de
código de banda ancha) cuyo acrónimo es WCDMA es una tecnología móvil inalámbrica de
tercera generación que aumenta las tasas de transmisión de datos de los sistemas GSM
utilizando la interfaz aérea CDMA en lugar de TDMA (Acceso Múltiple por División de
Tiempo) y por ello ofrece velocidades de datos mucho más altas en dispositivos inalámbricos
móviles y portátiles que las ofrecidas hasta el momento.
WCDMA es la conexión 3G para GSM, mientras que EV-DO lo es para IS-95/cdmaONE
(conocido popularmente como CDMA).
WCDMA soporta de manera satisfactoria una tasa transferencia de datos que va de 144 hasta
512 Kbps para áreas de cobertura amplias y éstos pueden llegar hasta los 2Mbps para mayor
cobertura en áreas locales. En sistemas de WCDMA la interfaz aérea de CDMA se combina
con las redes basadas en GSM. El estándar de WCDMA fue desarrollado como el proyecto de
la sociedad de la tercera generación (3GPP) que apunta a asegurar interoperabilidad entre
diversas redes 3G.
El estándar que ha surgido con este proyecto de la sociedad 3GPP, se basa en el sistema móvil
universal de la telecomunicación de ETSI (UMTS) y se conoce comúnmente como acceso de
radio terrestre de UMTS (UTRA). El esquema del acceso para UTRA es el acceso múltiple
por división de códigos por espectro expandido en secuencia directa (DS-CDMA). La
información se extiende por una ventana de aproximadamente 5 MHz. Este ancho de banda
amplia es el que ocupa un canal Wideband CDMA o WCDMA.
En WCDMA, existen dos modos de operación:
TDD: En este método bidireccional, las transmisiones del enlace ascendente y del descendente
son transportadas en la misma banda de frecuencia usando intervalos de tiempo (slots de
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trama) de forma síncrona. Así las ranuras de tiempo en un canal físico se asignan para los
flujos de datos de transmisión y de recepción.
FDD: Los enlaces de las transmisiones de subida (uplink) y de bajada (downlink) emplean dos
bandas de frecuencia separadas para este método a dos caras. Un par de bandas de frecuencia
con una separación especificada se asigna para cada enlace. Puesto que diversas regiones
tienen diversos esquemas de asignación de la frecuencia, la capacidad de funcionar en modo
de FDD o TDD permite la utilización eficiente del espectro disponible. (7)
Características del WCDMA
Las características operacionales de la interfaz de radio de WCDMA se enumeran a
continuación:
Alta velocidad de transmisión de datos: 398 Kbps con área de cobertura amplia, 2 Mbps de
cobertura local.
Alta flexibilidad del servicio: ayuda a que los servicios varíen de acuerdo con las
características de cada conexión.
Dúplex de la división de la frecuencia (FDD) y dúplex de división de tiempo (TDD).
Ayuda para la capacidad futura y la cobertura que realizan las tecnologías a gusto de las
antenas adaptantes, de las estructuras avanzadas del receptor y de la diversidad del transmisor.
Ayuda de la inter-frecuencia entregada y esta es entregada a otros sistemas, incluyendo al
GSM.
Acceso eficiente del paquete. (7)
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Tabla 1. Especificaciones técnicas de WCDMA
Sistema Kbps max.
teóricos
Esquema Múltiple de Acceso DS-CDMA
Esquema a dos caras FDD/TDD
Modo dual del acceso del paquete (Canal combinado y dedicado)
Multirate/esquema variable de la
tarifa Factor y multi-código que se separan variables
Espaciamiento del portador 4.4-5.2 megaciclos (trama del portador de 200
kilociclos)
Longitud del marco 4.4-5.2 megaciclos (trama del portador de 200
kilociclos)
Inter-sincronización de la estación
baja
FDD: Ninguna sincronización requerida
TDD: La sincronización requerida
Tarifa de la viruta 8.974 Mcps
La tarifa de la viruta se puede ampliar a dos o tres veces los 3.84 estándares Mcps de
acomodar las tarifas de datos más arriba de 2 Mbps. La trama del portador de 200 kilociclos se
ha elegido para facilitar coexistencia e interoperabilidad con el G/M.
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Tabla 2. Comparativa de velocidades de diferentes tecnologías
Figura 5. Evolución en performance de distintas tecnologías
Fuente: http://logins.bokee.com/3821358.html
4. Bibliografía:
1. Siegmund M. Redl, Matthias K. Weber, Malcolm W. Oliphant. An Introduction to
GSM. s.l. : Artech House, March 1995.
2. —. GSM and Personal Communications Handbook. s.l. : Artech House, May 1998.
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3. Association, GSM. GSM World. [En línea] 2008.
http://www.gsmworld.com/news/statistics/index.shtml.
4. TELECO. Conocimiento en telecomunicaciones. [En línea] 2005. [Citado el: 12 de mayo
de 2010.] http://www.teleco.com.br/es/tutoriais/es_tutorialgprs/pagina_3.asp.
5. NOKIA. GPRS Architecture: Interfaces and protocols . 2001. CTXX 3191.
6. Heikki Kaaranen, Siamak Naghian, Lauri Laitinen y Ahtiainen. UMTS Networks:
Architecture, Mobility and Services. s.l. : John Wiley & Sons, Agosto, 2001.
7. Toskala, Harri Holma y Antti. WCDMA for UMTS: Radio Access for Third Generation
Mobile Communication. s.l. : John Wiley & Sons, Enero, 2000.