Celdas GSM
El área atendida por una estación base (BTS) se denomina celda.
Todos los usuarios de una misma celda comparten los canales disponibles. Cuanto mas usuarios hay dentro de una celda mas riesgo hay de que se produzca saturación.
En zonas con elevada densidad de usuarios (ej. ciudades) se tiende a crear celdas pequeñas. En zonas rurales, con densidad pequeña, se prefiere crear celdas grandes.
Las celdas vecinas se agrupan en clusters. Dentro de un cluster cada canales solo se utiliza una vez, para evitar interferencias.
Cada cluster está formado por 4, 7, 12 o 21 celdas, según la topología del terreno y las circunstancias concretas de la zona.
MSC
MSC
MSC
BSC
BSC
BSC
BTS
BTS
BTS
Arquitectura de una red GSM (1/2)
MS
MS
MS
MS: Mobile Station
BTS: Base Transceiver Station
BSC: Base Station Controller
MSC: Mobile Services switching Center
BSS: Base Station Subsystem
SIM: Subscriber Identity Module
NSS: Network
Switching Subsystem
Celda
RTC
(Red telefónica
conmutada)
MSC
EIR
AuC
HLR
VLR
BSC
BSC
BTS
BTS
Interfaz
Um
Interfaz
Abis
Interfaz
A
Estación
Móvil
BSS (Subsistema
de la estación base)
NSS (Subsistema de
conmutación de red)
Arquitectura de una red GSM (2/2)
SIM:
MS:
BTS:
BSC:
BSS:
Subscriber Identity Module
Mobile Station
Base Transceiver Station
Base Station Controller
Base Station Subsystem
HLR:
VLR:
MSC:
EIR:
AuC:
NSS:
Home Location Register
Visitor Location Register
Mobile Services switching Center
Equipment Identity Register
Authentication Center
Network Switching Subsystem
MS
Mobile Station (MS)
Mobile Station (MS) con potencia de 0,8 hasta 20 W (coches). Posee un número de serie o IMEI International Mobile Equipment Identity (de 15 dígitos)
Posee un módulo SIM (Subscriber Identity Module) protegido con PIN (Personal Identificacion Number)
El módulo SIM contiene el International Mobile Subscriber Identity IMSI, que es utilizado para identificación del usuario.
Base Station Subsystem (BSS)
Se compone de dos partes:
BTS: Base Transceiver Station, que incluye transceptor y antenas (laminares o dipolos). Cada BTS define una celda.
BSC: Base Station Controller, se encarga de handovers, saltos de frecuencia (frequency hopping del CDMA). Actúa como concentrador de tráfico.
NSS: Network Switching Subsystem (1/3)
Esta formada por ocho componentes:
MSC (Mobile Services Switching Center): Es el componente central del NSS y se encarga de realizar las labores de conmutación dentro de la red, así como de proporcionar conexión con otras redes.
GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center): es un dispositivo traductor (puede ser software o hardware) que se encarga de interconectar dos redes haciendo que los protocolos de comunicaciones que existen an ambas redes se entiendan, por ejemplo con la telefonía fija.
NSS: Network Switching Subsystem (2/3)
AuC (Authentication Center): se encarga de la autentificación de los usuarios (utilizando el IMSI del módulo SIM).
EIR (Equipment Identity Register): proporciona seguridad a nivel de equipos válidos. Contiene una base de datos con los IMEI de todas las MS autorizadas en la red. Si una MS cuyo IMEI no está en el EIR trata de hacer uso de la red se le rechaza.
GIWU (GSM Interworking Unit): sirve como interfaz de comunicación entre diferentes redes para comunicación de datos.
OSS (Operation Support Subsystem): controla y monitoriza la red GSM
Home Location Register (HLR): base de datos distribuida (única por red GSM) que contiene información sobre localización y características de los usuarios conectados a cada MSC.
Visitor Location Register (VLR): contiene toda la información sobre un usuario de otra red necesaria para que dicho usuario acceda a los servicios de red (información extraída del HLR y MSC).
NSS: Network Switching Subsystem (3/3)
Roaming
Se produce cuando tratamos de identificarnos y el terminal no es capaz de encontrar la red.
Permite que un usuario haga uso de una red foránea (si el operador tiene acuerdo y el roaming está habilitado)
La red foránea obtiene el HLR del usuario y lo incorpora en su VLR.
El usuario visitante corre a cargo con el costo extra cuando recibe una llamada.
Handover
Al menos una vez por segundo el terminal GSM evalúa las posibles alternativas a la estación base actual
El terminal intenta cambiar a otra estación base cuando:
La señal actual no cumple un nivel de calidad mínimo, o
Otra estación base ofrece una señal de mayor calidad
El cambio de estación se denomina handover o handoff. Tipos de handover:
De canales en la misma celda,
De celdas (BTS) dentro de la misma BSC
De celdas de BSCs diferentes pero que dependen del mismo MSC
De celdas que dependen de diferente MSC
GPRS (General Packet Radio Service)
Es una nueva tecnología para la transmisión de datos en redes móviles GSM. Conexión de ‘alta’ velocidad.
Utiliza misma infraestructura radio que 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”
Conocido como GSM-IP pues utiliza la red GSM para acceder a Internet.
Conmutación de paquetes vs circuitos
Conmutación de circuitos:
Necesidad de establecimiento de conexión
Canal dedicado (1:1)
Facturación basada en tiempo de conexión
Posibilidad de aplicaciones en tiempo real
Una sobrecarga en el sistema resulta en una señal de ocupado
Conmutación de paquetes:
Sin establecimiento de conexión
Canal compartido (1:N / N:M)
Facturación basada en información transmitida
Sólo permite aplicaciones en near real time
Una sobrecarga en el sistema resulta en una disminución de la velocidad
Características de GPRS
La facturación se realiza por cantidad de datos transmitidos, no por tiempo.
El usuario puede estar siempre conectado (always on), ya que sólo se factura por tráfico
Los canales son compartidos por varios usuarios
Se puede recibir simultáneamente voz y datos (terminales clase A)
Alcanza velocidades de hasta 171,2 Kb/s
Incorpora un backbone para transmisión de datos en modo paquete, paralelo al de modo circuito
Las aplicaciones GPRS pueden ser punto a punto y punto a multipunto (p.ej. información de tiempo, tráfico, noticias, …)
Los 2 elementos fundamentales de la arquitectura GPRS son SGSN y GGSN:
SGSN (Serving GPRS Support Node)
Es el elemento que gestiona todas las funciones de movilidad, autenticación y registro en la red de las estaciones móviles.
Está conectado al BSC y es el punto de acceso a la red GPRS cuando un terminal solicita este servicio.
Cuando una estación quiere enviar/recibir datos hacia o desde redes externas, el SGSN intercambia los datos con el pertinente GGSN. Encapsula los paquetes.
GGSN (Gateway GPRS Support Node)
Se conecta a redes externas como Internet o X.25.
Es un dispositivo de encaminamiento hacia una subred ya que hace que la infraestructura de la red GPRS sea transparente vista desde fuera.
Cuando recibe datos dirigidos hacia un usuario específico, comprueba si la dirección está activa, y en caso afirmativo, envía los datos al SGSN.
Encamina hacia la red correspondiente los datos que origina el móvil.
Arquitectura GPRS (1/4)
Arquitectura GPRS (2/4)
(Gp:) INTERNET
(Gp:) HLR
(Gp:) GSM
(Gp:) Red GSM
(Gp:) BSC
(Gp:) MSC
GPRS
PCU
(Gp:) INTERNET
GGSN
SGSN
(Gp:) DATOS
(Gp:) VOZ
Arquitectura GPRS (3/4)
Internet
Red
Corporación 1
Red
Corporación 2
Red IP 155.222.31.0/24
Red IP 191.200.44.0/24
Red IP 131.44.15.0/24
Host móvil 155.222.31.55
Host 191.200.44.21
Host 131.44.15.69
El GGSN se comporta como un router, de forma que “camufla” las características especiales de la red GPRS desde el punto de vista de la red externa
Red
GSM/GPRS
Routers
GGSN
Arquitectura GPRS (4/4)
La red GPRS es una nueva red de Conmutación de Paquetes que se superpone y convive con la actual estructura de Conmutación de Circuitos propia de GSM
RTB/RDSI
Otras redes
BTS
BSC
MSC/VLR
GMSC
HLR
GSM
Conmutación de Circuítos
GSM BSS
Internet
Intranet
GPRS
Conmutación de Paquetes
SGSN
GGSN
Tráfico de datos en GPRS
GPRS utiliza las mismas ranuras TDM que GSM, con cuatro posibles esquemas de codificación:
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
El número de ranuras y la codificación empleadas son negociados entre la red y el usuario
Se distingue entre la información real y la útil transmitida
Los slots se asignan dinámicamente según necesidades.
Se asignan por separado para cada sentido, pudiendo establecer conexiones asimétricas.
Ejemplos de asignación de slots en tramas TDMA:
Enlace Ascendente
Enlace Descendente
Enlace Ascendente
Enlace Descendente
Enlace Ascendente
Enlace Descendente
Asignación de slots en GPRS
1:1
2:2
1:4
{
{
{
Velocidad en GPRS
Cada canal de radio: 8 ranuras
(Gp:) GPRS emplea hasta 8 ranuras (un canal completo):
(Gp:) GSM: 1 conexión ? 1 ranura
1 conexión para datos ? 9.6 Kb/s
2 tipos de conexiones en GPRS:
Estáticas: se usan única y exclusivamente para datos.
Dinámicas: se usan para voz o datos. La voz tiene prioridad.
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