RESUMEN DE SISTEMAS GSM

INTRODUCCIÓN AL SERVICIO GSM.

El sistema de comunicación GSM, introducido en Italia a principios de octubre de 1992, permite, en particular, efectuar Roaming Internacional o bien hacer o recibir, en el extranjero, llamadas como si se hicieran desde Italia.

El aspecto "más espectacular" del sistema es que gracias a una tecnología de absoluta vanguardia, con el GSM no es el móvil el que contiene los datos del abonado, sino más bien "una tarjeta inteligente" denominada SIM Card (Suscriber Identity Module), para insertar en el aparato desde el que se desea llamar: la suscripción está en la tarjeta no en el móvil Existen dos tipos de SIM Card, una de las dimensiones de la tarjeta de crédito (ISO), preparada principalmente para los radioteléfonos vehiculares; otra pequeña como un sello preparada para los teléfonos palmarios (Plug In). Existe en todo caso un adaptador que permite transformar una tarjeta SIM desde el formato Plug In al formato ISO. En la tarjeta SIM se pueden memorizar números telefónicos asociados a nombres, además de aquellos que se pueden memorizar en la memoria del móvil. Aquella dispone, además de dos códigos de seguridad el PIN y el PUNK. El PIN es un código de cuatro cifras, modificable por el abonado, sin el cual es imposible efectuar la llamada. Si el código PIN (Personal Identity Number), se introduce erróneamente tres veces consecutivas, la tarjeta se bloquea. En este caso es necesario utilizar el código PUNK (Personal Unblocking Key). Si también este se escribiera erróneamente diez veces consecutivas, la tarjeta se bloquea totalmente y será imprescindible sustituirla.

Otro elemento fundamental en el GSM es el uso de tecnologías criptográficas a escala militar que ofrecen una absoluta seguridad, desde la autentificación de la tarjeta, hasta la conversación: nadie puede simular vía radio ser otro abonado ni descifrar las conversaciones vía radio.

El estándar GSM reúne una serie de mejoras e innovaciones respecto a las redes celulares existentes, destinadas a un uso eficiente del espectro de las radio-frecuencias (RF) , a la seguridad de la transmisión, a la mejora de la calidad de conversión, a la reducción del costo de los terminales , de las infraestructuras y de la gestión, a la capacidad de soportar nuevos servicios y a la plena compatibilidad de la red ISDN (Integrated Services Digital Network) y con otras redes de transmisión de datos.

Además, la red radio móvil GSM constituye el primer sistema estandarizado para usar una técnica de transmisión numérica por el canal radio: este punto representa una característica peculiar de la red, en cuanto a todos los sistemas radio celulares anteriores, utilizaban técnicas de transmisión analógicas. Otra característica de base de sistema es el roaming (movilidad), es decir la posibilidad ofrecida al usuario de móvil, de acceder a los servicios GSM también cuando se encuentra físicamente fuera del área de cobertura de la propia red de suscripción, registrándose como el usuario visitante. El roaming es completamente automático dentro de todas las naciones con cobertura del sistema GSM. Además de la posibilidad de efectuar roaming, el GSM ofrece nuevos servicios para el usuario, como la transmisión de datos, el servicio de fax y el servicio de transmisión breve de mensajes de texto.

Características de este nuevo proyecto, se dirigían a alcanzar los siguientes objetivos: q Posibilidad de usar el mismo término radio en todos los países del área CEE, y en aquellos países no pertenecientes a la comunidad pero que utilizaban el mismo estándar (roaming internacional). q Mejora de la eficiencia espectral respecto a las actuales redes radio móviles celulares de tipo analógico. q Seguridad de transmisión radio (Para impedir interceptar las conversaciones y los datos identificativos de los usuarios). q Empleo de la técnica numérica, para permitir mejorar la calidad fónica, la transmisión de datos y la compatibilida con los estandares internacionales a nivel OSI(Open System Interconnection) e ISDN (Integrated Services Digital Network).

COMPARACIÓN ENTRE SISTEMA RADIOMOVIL Y DIGITAL.

Roaming Internacional (Movilidad). Analógico: El roaming esta limitado debido a la inseguridad de los sistemas analógicos a los accesos no autorizados por los países que adoptan el mismo estándar y a causa de la incompatibilidad técnica para los países que adoptan estándares diversos. Digital: el roaming no esta limitado a las áreas cubiertas por un cierto sistema; las llamadas pueden ser tratadas usando el mismo número personal también cuando un abonado se traslada de una país a otro.

Capacidad. Analógico: Las señales de radio analógicas comportan un aprovechamiento ineficaz de los recursos del espectro radio; cada soporte de radio viene asociado a un único usuario (SCPC = Single Channel Per Carrier) empleando un canal radio para cada conversación y limitando el nuevo uso de las frecuencias radio (imposibilidad de crear celdas con pequeños diámetros). El sistema no ofrece un número elevado de abonados en el interior de un área limitada. Digital: Las señales radio digitales desarrollan mejor el espectro radio permitiendo el tener celdas también con pequeños diámetros (algún centenar de metros). De este modo el sistema puede servir en un área determinada, un numero elevado de abonados. Además el soporte radio está asignado a más usuarios a través de un acceso múltiple a división de tiempo (TDMA = Time División Múltiple Access). Actualmente en el GSM, en cada canal de radio, pueden conversar hasta 16 usuarios contemporáneamente con el código Half Rate.

Seguridad en el acceso al sistema y en las conversaciones. Analógico: Los sistemas analógicos tienen la desventaja de no poseer mecanismos con autentificación de los terminales. Las conversaciones se pueden además monitorizar y seguir por cualquiera que posea un modesto aparato. Digital: Las potentes técnicas de autentificación y código secreto para todos los datos de señalización y conversación permiten un acceso protegido a la red para una parte de los usuarios, garantizando un elevado grado de confidencialidad. La característica de base de un sistema radio-móvil puede resumirse en términos de enlaces entre los aparatos radio, los nodos radio-móviles, la base de datos y la red PSTN/ISDN, con el fin de identificar los terminales móviles, para estabilizar, controlar y terminar las conexiones y actualizar los datos de gestión. Para aprovechar al máximo el ancho de la banda disponible, con el fin de servir a más usuarios a la vez en un mismo sector, el sistema se estructura subdividiendo el área de servicio en zonas delimitadas llamadas celdas. Cada celda tiene una Estación Radio Base (BTS) que opera en un set de canales radio, diferentes a los utilizados en las celdas adyacentes, para evitar interferencias. Este tipo de subdivisión permite la reutilización de las mismas frecuencias en celdas no adyacentes. La unión de las celdas, que en su conjunto utilizan todo el espectro radio disponible, se llama cluster. El standard GSM utiliza la tecnología de acceso a división de frecuencia (FDMA) combinada con la de acceso a división de tiempo (TDMA): 8 canales vocales (Full rate) o bien 16 (Half rate) "multiplexadas" en un único canal radio, junto a las informaciones de control de error, necesarias para disminuir la interferencia debida al ruido, y a las informaciones de sincronización y señalización.

GSM: ARQUITECTURA DE BASE DEL NETWORK.

La arquitectura de base del sistema GSM prevé cuatro subsistemas principales (Mobile Station, Base Station Sub-System, Network Sub-System, Network Management Center), cada uno de los cuales contiene un cierto número de unidades funcionales y están interconectados con el otro mediante interfaces standard.

Mobile Station. Está formada por el Mobile Equipment y por el Subscriber Identity Module (SIM), una pequeña tarjeta dotada de memoria y microprocesador, que permite continuar recibiendo y efectuando llamadas y utilizar todos los servicios subscritos insertando la tarjeta SIM también en un terminal que no sea el propio.

Ø Mobile Equipment. Está inequívocamente identificado dentro de cualquier red GSM por el International Mobile Equipment Identity (IMEI). El IMEI es un número de 15 cifras y tiene la siguiente estructura: IMEI = TAC / FAC / SNR / sp Donde: TAC = Type Approval Code, determinado por el cuerpo central del GSM (6 cifras). FAC = Final Assembly Code, identifica al fabricante (2 cifras). SNR = Serial Number (6 cifras). Sp = Cifra suplementaria de reserva (1 cifra).

Ø SIM. La tarjeta SIM contiene la International Mobile Subsciber Identity (ISMI), usada para identificar al abonado en cualquier sistema GSM, los procedimientos de criptografía que garantizan la confidencialidad de la información del usuario, otros datos como por ejemplo memorias alfanuméricas del teléfono y memorias para mensajes de texto (SMS) y finalmente una contraseña para impedir el uso no autorizado de dicha tarjeta y para el acceso a posteriores funciones. La IMSI tiene la siguiente estructura: MCC / MNC / MSIN Donde: MCC = Mobile Country Code (2 o 3 cifras). MNC = Mobile Network Code (2 cifras). MSIN = Mobile Station Identification Number (13 cifras máximo).

Base Station Sub-System. El Base Station Sub-System controla la interfaz radio. Está compuesto por una o más Base Transceiver Station (BTS) y por un Base Station Controller (BSC). Estos elementos se comunican entre sí con el fin de permitir operaciones incluso entre componentes construidos por fabricantes diferentes.

Ø Base Transceiver Station. El Base Transceiver Station aloja todos los receptores y transmisores que sirven dentro de una celda y reciben y envían información al canal radio. El BTS ejerce una serie de funciones que son: § Capacidad de gestionar canales Full Rate y Half Rate. § La gestión de la Antenna Diversity, es decir la utilización de dos antenas de recepción para mejorar la calidad de la señal recibida; las dos antenas reciben de forma independiente la misma señal. § Supervisión del Relación Ondas Estacionarias (ROS) en antena. § Frequency Hopping (FH): cambio de la frecuencia usada en un canal radio a intervalos regulares, con el fin de mejorar la calidad del servicio a través de las distintas frecuencias. § Discontinuos Transmission (TDX) ya sea en el up-link como en el down-link. § Control Dinámico de la Potencia (DPC) del MS y de la BTS: el BSC determina la potencia óptima con la que el MS y la BTS deben transmitir sobre el canal radio para mejorar la eficiencia espectral. § La gestión de los algoritmos de clave: la información de los usuarios sé criptografía para garantizar al abonado una cierta discreción sobre el canal de tráfico y el de señalización. § Monitorización de la conexión radio realizando medidas significativas sobre señales RF.

Ø Base Station Controller. El Base Station Controller gobierna los recursos radio para una o más BTS, controlando la conexión entre las BTS y las MSC. En particular permite: § La gestión y configuración del canal radio: para cada llamada tiene que elegir la celda correcta y una vez en su interior seleccionar el canal radio más apto para efectuar la conexión. § La gestión de los handover: sobre la base de las medidas recibidas por el BTS, decide cuando efectuar el handover, es decir el cambio de celda cuando el usuario se desplaza durante una conversación dentro del área de cobertura de su competencia. § Funciones de transcodificación de los canales radio Full Rate (16 Kbps) o Half Rate (8 Kbps) en canales a 64 Kbps.

Network Sub-System El Network Sub-System explica las funciones de conmutación para la conexión con otros abonados de la red fija o móvil mediante la MSC y las funciones de database, distribuidas en 4 nudos inteligentes (HLR, VLR, AUC, EIR) para la identificacion de los terminales y de los usuarios, la actualización de su posicion, la autenticación y conduccion de las llamadas a un abonado en roaming.

Ø Mobile Switching Centre El Mobile Switching Center (SMC) es el elemento central del NSS. Se ocupa, basándose en las informaciones recibidas desde el NLR y desde el VLR, de la conducción (routing) y gestion de la señal de todas las llamadas directas y provenientes desde varios tipos de redes, como PSTN, ISDN, PLMN y PDN. Implementa además las funciones de gateway con los otros componentes del sistema y de gestión de los procesos de handover, conmutandpo las llamadas en curso entre BSC diferentes o hacia otro MSC. Dentro del servicio pueden estar presentes más MSC y cada una es responsable de la gestión del tráfico de una o más BSS y desde el momento en que los usuarios se trasladan por toda el área de cobertura, para garantizar a cada uno un nivel de servicio constante, los MSC tienen que encontrarse en situación de gestionar números de usuarios variables en tipología además de en calidad. Otras funciones fundamentales de los MSC son: o Autenticación del que llama; la identificación de la MS que ha efectuado la llamada es necesaria para determinar si el usuario está habilitado para disfrutar del servicio. o Confidencialidad acerca de la identidad del usuario para garantizar la confidencialidad acerca de la identidad de un usuario en el canal radio. o Proceso de handover: en la red GSM un usuario puede continuar utilizando el servicio aunque atraviese durante la conversación los limites de la celda en la que se encuentra. Se puede verificar dos casos: 1. La MS se traslada a una celda controlada siempre por el mismo MSC; en este caso el proceso handover es gestionado por el mismo MSC. 2. La nueva celda a la que se traslada la MS esta controlada por otro MSC; en este caso el proceso de handover se produce desde dos MSC basandose en las medidas de señal monitorizadas por la BTS que reciben la MS.

Ø Home Location Register Cuando un usuario subscribe un nuevo abono a la red GSM, todas las informaciones para su identificación se memorizan en la HLR. Tiene la función de comunicar al VLR, que posteriormente veremos, algunos datos relativos a los abonados, en el momento en que estos se desplazan desde una Location Area a otra. Dentro del HLR los abonados son identificados por el número: MSISDN = CC / NDC / SN Donde: CC = Country Code, prefijo internacional (el CC italiano es 39) NDC = National Destination Code, prefijo nacional del abonado sin el Cero. SN = Subscriber Number, número que identifica al usuario movil. Resumiendo las funciones implementadas por la HLR son: o Seguridad: diálogo con el AUC y el VLR. o Registro de la posición: diálogo con el VLR. o Coste de llamada (Charge): diálogo con el MSC. o Gestión de los datos del abonado: diálogo con el OMC y el VLR. o Gestión de los datos estadisticos: los datos recogidos se envian al OMC.

Ø Visitor Location Register El visitor location Register (VLR) es un database que memoriza de modo temporal los datos de todos los abonados que se encuentran en un área geografica bajo su control. Estos datos se piden al HLR perteneciente al abonado. En general para simplificar señalizaciones requeridas y la estructura del sistema, los fabricantes implementan el VLR y el MSC juntos, de modo que el área geográfica controlada por el MSC corresponde a la controlada por el VLR. En particular las informaciones que contienen son: o Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), usado para garantizar la seguridad del IMSI se asigna cada vez que se cambia LA. o Estado de la MS (standby, ocupato, apagado). o El estado de los servicios suplementarios como Call Waiting, Call Divert, Call Barring, etc. o Los tipos de servicios subscriptos por el abonado al que se le permite acceder (voz, servicio datos, SMS, otros servicios auxiliares). o La Location Area Identity (LAI)en la que se encuentra la MS dentro de aquellas bajo el control del MSC/VLR.

Ø Autentication Center La Autentication Center es una función del sistema que se ocupa de verificar si el servicio ha sido solicitado por un abonado legítimo, proporcionando ya sea los codigos para la autenticación como la clave, para proteger tanto al abonado como al operador de red, de intrusiones del sistema por parte de terceros. El mecanismo de autenticación verifica la legitimidad de la SIM sin transmitir sobre el canal radio las informaciones personales del abonado, como IMSI y llaves de clave, a fin de verificar que el abonado que esta intentando el acceso sea el verdadero y no un clon; la clave sin embargo genera algunos códigos secretos que se usaran para criptar toda la comunicación cambiada por error sobre el canal radio. Los codigos de autenticación y clave estan generados casualmente por cada abonado en particular por algunos sets de algoritmos definidos por el estándar y que son memorizados ademas de en la AUC tambien en la SIM. La autenticación se produce cada vez que la MS se conecta al network y más precisamente en los siguientes casos: o Cada vez que la MS recibe o efectúa una llamada. o Cada vez que se efectua la actualización de la posicion de la MS (location updating). o Cada vez que se solicita la activación, desactivación o información sobre los servicios suplementarios. La AUC puede ser implementada también como otra aplicación en la misma workstation en la que se encuentra la HLR que es el único elemento del sistema con el que está interfacciato y dialoga, y ademas no puede ser gestionado por el control remoto por motivos de seguridad.

Ø Equipment Identity Register El Equipment Identity Register es un database que verifica si un Mobile Equipment (ME) está autorizado o no para acceder al sistema. El database esta dividido en tres secciones: o White List: Contiene todos los IMEI designados a todos los operadores de las varias naciones con las que se tienen acuerdos de roaming internacional. o Black List: Contiene todos los IMEI que se consideran bloqueados (por ejemplo los robados). o Grey List: Contiene todos los IMEI marcados como faulty o también los relativos a aparatos no homologados. El EIR puede ser único para todo el sistema o bien puede estar implementado en una configuración distribuida. Puede encontrarse en la misma workstation en que se encuentran HLR y AUC, pero generalmente es preferible tenerlo en una máquina a parte por razones de seguridad.

Network Management Center Ø Operation and Maintenance Center La Operation and Maintenance Center tiene las siguientes funciones: o Acceso remoto a todos los elementos que componen el network GSM (BSS, MSC, VLR, HLR, EIR y AUC). o Gestion de las alarmas y del estado del sistema con posibilidad de efectuar varios tipos de test para analizar las prestaciones y verificar el correcto funcionamiento del mismo. o Recogida de todos los datos realtivos al tráfico de los abonados necesarios para la facturación. o Supervisión del flujo de tráfico a traves de las centrales e introducción de eventuales cambiantes del flujo mismo. o Visualización de la configuración del network con posibilidad de cambiarla por control remoto. o Administración de los abonados y posibilidad de poder conocer su posición dentro del área de cobertura. o En algunos sistemas de grandes dimensiones, pueden existir más OMC. En este caso existira un OMC general desde el que es posible controlarlo todo (OMC-N) y otros OMC limitados al control de algunas zonas (OMC-R).

TELEFONOS MÓVILES MULTI-STANDARD

A causa de la creciente demanda de capacidad de los sistemas móviles actuales, que a menudo produce saturación en las redes individuales, especialmente en las zonas densamente pobladas, se ha hecho necesaria la implantación de terminales muli-standard, capaces de sistemas con frecuencias y tecnologias digitales diferentes, permitiendo al abonado moverse mas libremente dentro de las areas cubiertas por mas de una red. Un terminal que puede funcionar sobre dos redes diferentes, puede clasificarse como: · dual band, cuando utiliza la misma tecnología, pero frecuencias diferentes. Por ejemplo, un terminal capaz de funcionar sobre la red GSM 900 y sobre la red DCS 1800 (llamada también GSM 1800 o PCN) es del tipo dual mode, porque ambas redes utilizan el mismo standard de transmisión y la única diferencia entre los dos sistemas es la banda utilizada. · Dual mode, cuando es capaz de conectarse con redes tecnologicamente distintas (standard de transmisión y/o banda de frecuancia utilizada). Un ejemplo en este caso son los telefonos que funcionan tanto sobre redes terrestres como en las de satelite.

PREGUNTAS DE SISTEMAS GSM

1. Constituye el primer sistema estandarizado para usar una técnica de transmisión numérica por el canal radio.

La red radio móvil GSM

2. Aspecto importante del sistema de comunicación GSM.

Contiene "una tarjeta inteligente" denominada SIM Card (Suscriber Identity Module), para insertar en el aparato desde el que se desea llamar.

3. Menciona los dos tipos de SIM Card que existen.

a) ISO, de las dimensiones de la tarjeta de crédito preparada principalmente para los radioteléfonos vehiculares. b) Plug In, pequeña como un sello preparada para los teléfonos palmarios

4. Subsitemas principales de la arquitectura de base del sistema GSM.

Mobile Station, Base Station Sub-System o Network Sub-System, Network Management Center.

5. Estructura del IMEI.

Es un número de 15 cifras y tiene la siguiente estructura: IMEI = TAC / FAC / SNR / sp

6. Componentes del Base Station Sub-System

Está compuesto por una o más Base Transceiver Station (BTS) y por un Base Station Controller (BSC). Estos elementos se comunican entre sí con el fin de permitir operaciones incluso entre componentes construidos por fabricantes diferentes.

7. Funciones del Network Sub-System

Explica las funciones de conmutación para la conexión con otros abonados de la red fija o móvil mediante la MSC y las funciones de database, distribuidas en 4 nudos inteligentes (HLR, VLR, AUC, EIR) para la identificacion de los terminales y de los usuarios, la actualización de su posicion, la autenticación y conduccion de las llamadas a un abonado en roaming.

8. Funciones funciones implementadas por la HLR.

o Seguridad: diálogo con el AUC y el VLR. o Registro de la posición: diálogo con el VLR. o Coste de llamada (Charge): diálogo con el MSC. o Gestión de los datos del abonado: diálogo con el OMC y el VLR. o Gestión de los datos estadisticos: los datos recogidos se envian al OMC.

9. ¿Por qué la utilización de teléfonos móviles multi-standard?

Por la creciente demanda de capacidad de los sistemas móviles actuales, que a menudo produce saturación en las redes individuales, especialmente en las zonas densamente pobladas se ha hecho necesaria la implantación de estas terminales, ya que son capaces de sistemas con frecuencias y tecnologias digitales diferentes.

10. ¿Cuando se clasifica a una terminal que puede funcionar sobre dos redes diferentes como dual mode?

Cuando es capaz de conectarse con redes tecnologicamente distintas (standard de transmisión y/o banda de frecuancia utilizada)