UNIVERSIDAD YACAMBU

Especialización: Gerencia Mención: Sistemas de Información

Junio, 2008

 

 

Gutiérrez Leivic

Marín Maigualida

Piña Johanna

 

 

 

TECNOLOGIA GSM

TECNOLOGIA GSM

TECNOLOGIA GSM

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Contenido

1.      Introducción

2.      Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (GSM)

3.      Arquitectura GSM

4.      Canales lógicos GSM

5.      Protocolo GSM

6.      Niveles de comunicación en GSM

7.      Subsistemas en GSM

8.      Seguridad en GSM

9.      Principales mecanismos de Seguridad en GSM

10. Perspectivas de GSM en América Latina

11. Ventajas que ofrece GSM

12. GSM vs otras tecnologías

13. ¿Qué le falta a GSM?

14. Característica GSM

15. GSM para el usuario

16. Infografia

 

 

Introducción

 

 

El apetito insaciable de conocimiento por parte del hombre y la tendencia a la evolución, han logrado cambios importantes en la historia. El simple hecho de ser seres humanos nos hace desenvolvernos en medios donde tenemos que estar comunicados. Las comunicaciones se han convertido en una herramienta de vida, para toda persona que hace  uso de ellas.

 

El momento histórico en donde nos encontramos se ven inmensamente marcados por los adelantos en las comunicaciones. Estos adelantos nos han llevado a tener comunicaciones celulares, de última generación, la cual tienen un funcionamiento parecido al de las llamadas telefónicas convencionales, pero los sistemas celulares de la actualidad soportan video, audio (mp3), navegar por Internet, enviar e-mail, etc. Estos sistemas se conocen como sistemas de telefonía celular de 3 Generación.

 

En la actualidad, en muchos países del mundo se han adaptado las tecnologías digitales GSM, TDMA y CDMA. El GSM, Sistema Global para Comunicaciones Globales. Ya en el nombre está implícita la clara intención de comunicar a las personas de forma global, es decir en distintos países inclusive.

 

Hoy en día GSM es la tecnología líder a nivel mundial, con presencia en más de 110 países de todos los continentes, lo que representa 60 por ciento del mercado mundial de telefonía móvil. GSM (Global Systems for Mobile Communications) permite construir capacidad masiva para servicios de voz y es una de las opciones con la mejor relación costo/beneficio para cobertura terrestre.

 

Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (GSM)

 

 

Para Wikipedia El Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (GSM) es un sistema estándar para comunicación utilizando teléfonos móviles que incorporan tecnología digital. Por ser digital cualquier cliente de GSM puede conectarse a través de su teléfono con su ordenador 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). http://es.wikipedia.org/wiki/GSM

Es un estándar que permite, a los dispositivos el envió de mensajes de texto, archivos de imagen, realizar multiconferencias y navegar por Internet.

GSM ofrece roaming internacional que significa que con un solo aparato y número, el usuario dispondrá de servicios de voz de alta calidad en cualquier parte del mundo de forma segura.

Otros servicios que ofrece son las llamadas en espera, opción que permite realizar llamadas en conferencia y por supuesto identificar quienes nos llaman, el envió de SMS o mensajes cortos, sistemas muy económico y útil que permite el envió y recepción de mensajes de texto desde un teléfono móvil GSM a otro móvil.

A través de los mensajes cortos podemos acceder a todo un mundo de servicios que convierte a nuestro teléfono en una central de información, por ejemplo podemos consultar información meteorológica, deportiva estado de carreteras, cotización de monedas extranjera, etc. e incluso enviar y recibir correo electrónico desde cualquier lugar en que nos encontremos, sin necesidad de disponer de una PC.

También gracias a un chip inteligente, el usuario dispone de un directorio telefónico personal, además de conservar el registro de sus preferencias, bookmark o sitios favoritos.

El chip (SIM) contiene además un número llamado IMSI (International Mobile Subscriber Identification) que lo identifica como un usuario para la red, independientemente del teléfono en el que se haya introducido.

La tarjeta SIM es una tarjeta removible que centraliza la información de su celular. Esta tarjeta contiene la información sobre su suscripción telefónica,  su directorio telefónico, datos personales así como su cuenta de facturación. En un sistema GSM, la tarjeta SIM es el único elemento que lo identifica a usted en la red.

 

 

 

Característica GSM

 

Una de las características principales utilizadas en todas las redes GSM y satélite, es la capacidad para soportar el "roaming" (poder cambiar de un país a otro...viajar!) de los usuarios. Utilizando la red de señalización de control, los MSCs interactúan para localizar y conectar a los usuarios en toda la red. Los "Registros de Localización" se encuentran incluidos en las Bases de Datos del MSC para ayudar a la función de determinar como y si las conexiones deben realizarse para los usuarios itinerantes (usuarios Roaming). Cada user de una estación móvil GSM tiene asignado un HLR que se utiliza para contener la localización del usuario y los servicios del abonado en cuestión ;). Un registro separado, denominado VLR se utiliza para seguir la pista de localización de un user. Cuando el user cruza el área cubierta por el HLR, la estación móvil notificara una nueva VLR de su paradero actual (ej. Un viaje a fuera de las fronteras Españolas) El VLR a si vez utiliza la red de control para señalar la HLR de la nueva localización de la estación móvil. Utilizando esta información, las llamadas terminadas en el móvil se pueden encaminar al usuario utilizando la información de localización contenida en el HLR del usuario.

Arquitectura GSM

 

 

La arquitectura GSM Estación Móvil (MS) se divide en dos módulos:

 

 

·          ME (Mobile Equipment): Este representa al Terminal en sí. Está identificado por el IMEI (International Mobile Equipment Identity) número de 15 cifras que se puede obtener tecleando *#06# y utilizado por el EIR.

 

Dual band: terminal que puede transmitir en dos bandas de frecuencias: GSM 900 (europeo) y DCS1800/PCS1900 (americana) y Dual mode: capaz de conectarse a redes de tecnología distinta: GSM y DECT.

 

·          SIM (SubscriberIdentity Module) Identificador de usuario, Contiene:

o         Identificador de usuario IMSI (International Mobile Subscriber Identity).

o         Claves para criptografía.

o         Agenda de usuario

o         SMSs recibidos y guardados por el usuario.

o         Contraseña para restringir el uso del SIM.

·          MEs y SIMs son intercambiables.

 

Arquitectura GSM: Estación Base (BSS):Controla la interface radio, y se divide en:

 

·          BTS (Base Transceiver Station): Puede haber una o más por BSS: Contiene los transmisores/receptores que sirven a una celda.

Funciones:

o         Interface física entre MT y BSC.

o         Gestión de Diversidad de Antenas.

o         FH (Frecuency Hopping).

o         Control Dinámico de Potencia

o         Gestión de algoritmos de Clave.

o         Monitorización de la conexión.

 

·          BSC (Base Station Controller): Gobierna los recursos radio para lasBTS a él conectadas.

Funciones:

o         Gestión y configuración del canal radio: elección de la celda y canal.

o         Gestión de los handover.

o         Transcodificación de canales radio (16 ó 8kbps) a canales a 64kbps.

 

Arquitectura GSM: Subsistema de red (NSS):

 

·          Permite la interconexión entre BSS y con otras redes públicas (PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN)

·          Implementa las funciones de base de datos necesarias para:

o         Identificación de usuarios y terminales,

o         Localización de los terminales y conducción de llamadas,

o         Facturación, etc.

·          Formado por:

o         MSC (Mobile Switching Center).

o         HLR (Home Location Register).

o         VLR (Visitor Location Register).

o         AuC (Autentication Center).

o         EIR (Equipment Identity Register).

o         OMC (Operation and Maintenance Center).

 

Arquitectura GSM: MSC (Mobile Switching Center): Elemento central del NSS se ocupa de la gestión del tráfico de una o más BSS, actuando como un router. Además interconecta todos los demás elementos del NSS.

 

Funciones:

·          Gestión de llamadas:

o         Autenticación de la llamada: localización e identificación del MS.

o         Conmutación entre BSS del mismo NSS o con otros MSC o redes.

o         Funciones de gateway con otras redes (PLMN, ISDN, PSTN, etc.)

·          Proceso de handover:

o         Handover Intra-MSC

o         Handover Inter-MSC

·          Confidencialidad de la identidad de usuario: uso del TMSI en lugar del IMSI en la transmisión. El MSC asocia el IMSI con el TMSI.

 

Arquitectura GSM: HLR (Home Location Register)

 

Funciones:

·          Seguridad: diálogo con el AuC y el VLR.

·          Registro de posición: actualización de los VLRs.

·          Coste de llamada: obtenido de la información del MSC.

·          Gestión de datos del usuario.

·          Gestión de datos estadísticos.

 

·          Base de Datos central o distribuida que contiene información sobre el usuario:

o         IMSI: identificación del usuario en toda la red GSM

o         MSISDN (Mobile Station ISDN Numberk): Similar al número de abonado en una red PSTN.

o         Tipos de servicios contratados.

o         Posición actual del MS: dirección del VLR en el que está.

 

Arquitectura GSM: VLR (Visitor Location Register)

 

·         Base de datos temporal que contiene información del abonado en el área geográfica bajo su control. Los datos son suministrados por el HLR.

o         Se suele implementar en el MSC para simplificar la señalización el área geográfica del MSC es la del VLR.

 

·         Almacena:

o         TMSI usado para garantizar la seguridad del IMSI.

o         Estado del MS (standby, ocupado, apagado).

o         Estados de los servicios suplementarios: llamada en espera, llamada diferida, etc.

o         Tipo de servicios suscriptos por el abonado.

o         LAI (Location Area Identity): zona dentro de de aquéllas bajo el control del MSC/VLR donde está el MS.

 

Arquitectura GSM: AuC (Autentication Center): Verifica si el servicio es solicitado por un abonado legítimo.

·         Proceso:

o         Verifica el IMSI sin transmitir información personal del abonado.

o         Genera las claves a partir del IMSI.

§         Las claves son usadas para la encriptación de la información.

§         Las claves y códigos de autentificación también están almacenados en el

§         SIM.

·         ¿Cuándo se produce la autentificación?

o         Cada vez que el MS se conecta a la red.

o         Cada vez que el MS recibe o efectúa una llamada.

o         Cada vez que se actualiza la posición del MS.

o         Cada vez que se realiza acceso a alguno de los servicios suplementarios.

 

 

Arquitectura GSM: EIR (Equipment Identity Register): Verifica si un ME está autorizado para acceder al sistema.

 

·         Tres Listas:

o         Lista Blanca: contiene los IMEI que pueden acceder a la red.

o         Lista Gris: contiene IMEI marcados y no homologados. Son monitoreados por la red, pudiéndose determinar su localización y el SIM que está siendo usado.

o         Lista Negra: contiene IMEI bloqueados. Formada entre otros por

o         IMEI robados a los cuales se les niega el acceso a la red.

 

Cada vez que un ME intenta acceder a la red la MSC verifica mediante el EIR la lista a la que pertenece el ME, tomando las acciones necesarias.

 

 

Arquitectura GSM: OMC (Operation and Maintenance Center): Utilizado para la monitorización y mantenimiento de la red por parte del operador.

 

Funciones:

·          Acceso remoto a todos los elementos del PLMN.

·          Gestión de alarmas y estado del sistema.

·          Recogida de información de tráfico de usuarios facturación.

·          Supervisión del flujo de tráfico, para posibles cambios de arquitectura de red.

·          Reconfiguración de la red mediante acceso remoto.

·          Administración de abonados: altas, bajas, localización dentro de la red, etc.

 

 

Arquitectura GSM: Interface Radio (Um) (I) Formato TDMA

 

·          Es la interface entre el MS y el BTS.

o         UL en [890, 915] Mhz

o         DL en [935, 960] Mhz

 

·          Uso de TDMA/FDMA combinado.

o         FDMA: División de UL y DL en 124 portadoras de 200 kHz de ancho de banda.

o         A cada estación base se le asigna un determinado número de portadoras

o         TDMA: Usado para transmitir en cada portadora.

o         Periodo de ráfaga (TS) (15/26 ms): Unidad fundamental de tiempo, y de envío.

o         Cada periodo de ráfaga determina un canal lógico.

o         Trama TDMA: Compuesta por 8 periodos de ráfaga.

o         Multitrama: Agrupación de 26 ó 51 tramas.

o         Supertrama: agrupación de 51 ó 26 tramas (según multitrama).

o         Hypertrama: agrupación de 2048 Supertramas.

o         Cada TS tiene un número propio en la jerarquía, que se repite cada 3h28’53``

 

Arquitectura GSM: Um (II). Formato TDMA

 

 

Arquitectura GSM: Um (III). Formato TDMA

 

·          Formato del TS normal burst:

o         Trail bits: usados para sincronización

o         Bits encriptados: dos campos de 57 bits que contiene información. Se obtiene de los 114 bits procedentes del interleaving por TS.

o         Bits de robo: indican si el TS contiene datos o ha sido robado para control.

o         Secuencia de entreno: usada en la detección de multicamino y para la obtención de las características de la señal recibida.

o         Bits de guarda: usados para evitar el solapamiento con otros TSs, debido la diferencia del retardo de propagación.

o         Existen otros 3 formatos más de TS que dependen del canal al que son asignados. Organización Interna de GSM

 

Arquitectura GSM: Um (IV) Canales

 

·          Canales de tráfico: Usados para transportar voz y datos.

o         Usan multitramas de 26 tramas.

o         De las 26 tramas de la multitrama:

§         24 son usadas para tráfico

§         1 es usada para control (SACCH)

§         1 no es usada.

o         Los enlaces UL y DL están separados por 3 TS.

o         Canales de control: usados para el intercambio de información de control.

o         Usan multitramas de 51 tramas o la trama de control de las de 26.

 

Arquitectura GSM: Um (V) Canales

 

·          Tipos de Canales de Control:

o         BCCH (Broadcast Control CHannel): identifica la BS, la frecuencia de conexión y el patrón de salto de frecuencias (frequency hopping).

o         FCCH (Frequency Correction CHannel) y SCH (Synchronisation CHannel): sincronizan el MS a la estructura de TS de la celda.

o         RACH (Randon Access CHannel): solicitud del MS de un canal dedicado.

o         PCH (Paging CHannel): usado para alertar al MS de llamadas entrantes.

o         SACCH (Slow Associated Control CHannel): señalización relacionada con los canales de tráfico TCH (medida de handover, etc.).

 

 

Canales lógicos GSM

 

La comunicación en la tecnología GSM necesita un medio para transportar la información para ello emplea el uso de canales, la enciclopedia wikipedia en línea describe el uso de la siguiente manera “Para establecer y mantener las comunicaciones entre las terminales móviles y las estaciones bases (BS) de la red, GSM utiliza un sistema TDMA para cada una de las frecuencias de que dispone. La comunicación en una determinada frecuencia se realiza a través de tramas temporales de 4,615 ms, divididas en 8 slots cada una. En esos slots se alojan los canales lógicos de GSM, que agrupan la información a transmitir entre la estación base y el móvil de la siguiente manera: a b y c”

·          Canales de tráfico (Traffic Channels, TCH): albergan las llamadas en proceso que soporta la estación base.

·          Canales de control

§          Canales de difusión (Broadcast Channels, BCH).

o         Canal de control broadcast (Broadcast Control Channel, BCCH): comunica desde la estación base al móvil la información básica y los parámetros del sistema.

o         Canal de control de frecuencia (Frequency Control Channel, FCCH): comunica al móvil (desde la BS) la frecuencia portadora de la BS.

o         Canal de control de sincronismo (Synchronization Control Channel, SCCH). Informa al móvil sobre la secuencia de entrenamiento (training) vigente en la BS, para que el móvil la incorpore a sus ráfagas.

§          Canales de control dedicado (Dedicated Control Channels, DCCH).

o         Canal de control asociado lento (Slow Associated Control Channel, SACCH).

o         Canal de control asociado rápido (Fast Associated Control Channel, FACCH).

o         Canal de control dedicado entre BS y móvil (Stand-Alone Dedicated Control Channel, SDCCH).

§          Canales de control común (Common Control Channels, CCCH).

o         Canal de aviso de llamadas (Paging Channel, PCH): permite a la BS avisar al móvil de que hay una llamada entrante hacia el terminal.

o         Canal de acceso aleatorio (Random Access Channel, RACH): alberga las peticiones de acceso a la red del móvil a la BS.

o         Canal de reconocimiento de acceso (Access-Grant Channel, AGCH):procesa la aceptación, o no, de la BS de la petición de acceso del móvil.

·          Canales de Difusión Celular (Cell Broadcast Channels, CBC).

 

Protocolo GSM

 

El protocolo GPRS es un protocolo de nivel tres, transparente para todas las entidades de red comprendidas entre el terminal móvil MT y el nodo GSN al que el móvil está, lógicamente, conectado; las entidades entre las que se establece una conexión a este nivel están, de hecho, localizadas en el terminal móvil MT y en el nodo GSN. Este protocolo soporta tanto el intercambio de informaciones de control como de paquetes PDP-PDU (Packet Data Protocol - Protocol Data Unit) entre el móvil y el nodo al que éste está conectado (los PDP-PDU son, de hecho, encapsulados en las tramas GPRS).

 

El formato de una trama GPRS prevé los siguientes campos:

·          identificador del protocolo GPRS.

·          identificador del protocolo de los PDU (identificador de PDP).

·          mensaje GPRS.

 

El identificador del protocolo GPRS es una información numérica cuyo objetivo es el de distinguir los burst que contienen paquetes GPRS, de los burst que contienen informaciones GSM.

El identificador del protocolo de los PDU encapsulados en las tramas GPRS es necesario para direccionar éstos en cuanto son desencapsulados, hacia el correcto SAP (Service Access Point); también esta información es de tipo numérico. Se tendrá, por tanto, un valor que define los paquetes X25, uno que define los paquetes IP (Internet Protocol), uno que define los paquetes CLNP (Connectionless Network Protocol) y así sucesivamente. Además, dicha información permite la interpretación del GPRS contenido en la trama GPRS; de hecho, como ya se anticipaba, las tramas GPRS son utilizadas tanto para el transporte de mensaje de control como para el transporte de paquetes de datos, por lo tanto, se hace necesario el uso de un indicador que permita distinguir a cuál de las dos categorías posibles pertenece el mensaje GPRS. Los mensajes GPRS de control son definidos por un valor preestablecido del identificador de PDP.

 

·          Algunos de los posibles mensajes de control se enumeran a continuación:

·          petición de log-on (LOG-ON REQUEST)

·          respuesta a una petición de log-on (LOG-ON RESPONSE)

·          activación del modo de transmisión cifrado (SET GPRS CIPHERING MODE)

·          petición de actualización de las informaciones de routing (ROUTING UPDATE REQUEST)

·          respuesta a una petición de actualización de las informaciones de routing (ROUTING UPDATE RESPONSE)

·          petición de actualización del indicador de routing área (área de encaminamiento) (GPRS RA UPDATE REQUEST)

·          respuesta a una petición de actualización del indicador de routing área (GPRS RA UPDATE RESPONSE)

 

El nodo GSN, antes de encaminar en la backbone network los PDU de nivel tres desencapsulador de las tramas GPRS recibidos a través del interfaz Gb, los encapsula (como SDU - Service Data Unit) en PDU del protocolo de red utilizado en la backbone network para el transporte de paquetes del usuario.

Obviamente, realiza la operación inversa para los paquetes dirigidos al usuario móvil.

 

 

Niveles de comunicación en GSM

 

GSM necesita la utilización de varios protocolos para poder controlar las llamadas, transferir información y proporcionar gestión global del sistema. Desde la MS existen 4 niveles para la comunicación:

1.      Interface RF (Radio Frecuency) a la BTS.

2.      Nivel de gestión de Recursos de Radio (RR) al BSC.

3.      Gestión de la movilidad (MM).

4.      Gestión de las comunicaciones (CM) al registro VLR del MSC.

El de transmisión entre la MS y la BTS es el único componente que es único a las redes celulares GSM, modificado para funcionar sobre diferentes frecuencias en el caso de PCS y reemplazado totalmente en el caso de sistemas de comunicación por satélite. El interfaz entre la MS y la BTS consta de un canal TDMA de salto de frecuencia que se divide en varios subcanales, unos se utilizan para la transmisión de información de usuario y el resto los utilizan los protocolos de control convenidos. Para incrementar la vida de la batería y reducir la interferencia entre estaciones, los transmisores de la MS y de la BTS adaptan automáticamente su potencia de transmisión. Se utilizan 9 canales en el interfaz aéreo:

5.      FCCH - Información de Frecuencias.

6.      SCH - Sigue a la rafaga FCCH, proporciona una referencia para todas las ranuras de una frecuencia dada.

7.      PAGCH - Transmisión de Información de paginación que se pide en el establecimiento de una llamada a una estación móvil (MS).

8.      RACH - Canal no limitado utilizado por la MS para pedir conexiones desde la red terrestre.

9.      CBCH - Transmisión no frecuente de difusiones.

10.  BCCH - Información de estado de acceso a la MS.

11.  FACCH - Control de los "Handovers" (Paso de un usuario móvil de una célula a otra).

12.  TCH/F - Para voz a 13 Kbps o datos a 12, 6 o 3,6 Kbps.

13.  TCH/H - Para voz a 7 Kbps o datos a 6 o 3,6 Kbps.

El salto lento de frecuencias se utiliza en los canales de trafico que están centrados a intervalos de 200 KHz entre 890 y 915 MHz y 935 y 960 MHz. Utilizando el salto de frecuencias lento, se obtiene una diversidad de frecuencias que mejora la calidad de la señal global pero no da "espíritu" :) a los canales de ruido. Cada rafaga de transmisión se completa antes de conmutar las frecuencias. Los protocolos RR son responsables de la asignación y reasignación de canales de trafico entre la MS y la BTS. Estos servicios son:

·          Controlar el acceso inicial al sistema.

·          Paginar para llamadas terminadas en el móvil.

·          "Handover" de llamadas entre células.

·          Control de Potencia.

·          Terminación de llamadas.

 

Subsistemas en GSM

 

·          La Estación Móvil (MS)

La estación móvil representa normalmente la única parte del sistema completo que el usuario ve. Existen estaciones móviles de muchos tipos como las montadas en coche, y los equipos portátiles, pero quizás las más desarrolladas sean los terminales de mano.

Una estación móvil además de permitir el acceso a la red a través de la interfaz de radio con funciones de procesado de señales y de radio frecuencia, debe ofrecer también una interfaz al usuario humano (un micrófono, altavoz, display y tarjeta, para la gestión de las llamadas de voz), y/o una interfaz para otro tipo de equipos (ordenador personal, o máquina facsímil o fax).

Otra parte dentro de la estación móvil es el Módulo de Identificación del Abonado ("Suscriber Identity Module" ó SIM), que es un nombre muy restrictivo para las diversas funciones que este permite. El SIM es básicamente una tarjeta, que sigue las normas ISO que contiene toda la información relacionada con el abonado almacenado en la parte del usuario de la interfaz de radio. Sus funciones, además de la capacidad de almacenar información, están relacionadas con el área de la confidencialidad.

 

·          El Subsistema de la Estación Base (BSS)

El BSS agrupa la maquinaria de infraestructuras específicas a los aspectos celulares de GSM. El BSS está en contacto directo con las estaciones móviles a través de la interfaz de radio. Por lo tanto, incluye las máquinas encargadas de la transmisión y recepción de radio, y de su gestión. Por otro lado, el BSS está en contacto con los conmutadores del NSS. La misión del BSS se puede resumir en conectar la estación móvil y el NSS, y por lo tanto, conecta al usuario del móvil con otros usuarios. El BSS tiene que ser controlado, y por tanto debe estar en contacto con el OSS.

De acuerdo con la estructura canónica de GSM, el BSS incluye dos tipos de máquinas: el BTS ("Base Transceiver Station" ó Transceptor de la Estación Base), en contacto con las estaciones móviles a través de la interfaz de radio, el BSC ("Base Station Controller" ó Controlador de la Estación Base), en contacto con los conmutadores del NSS.

Un BTS lleva los dispositivos de transmisión y recepción por radio, incluyendo las antenas, y también todo el procesado de señales específico a la interfaz de radio, y que se verá con posterioridad. Los BTSs se pueden considerar como complejos modems de radio, con otras pequeñas funciones. Un BTS típico de la primera generación consistía en unos pequeños armarios (de 2 m de alto y 80 cm. de ancho) conteniendo todos los dispositivos electrónicos para las funciones de transmisión y recepción. Las antenas tienen generalmente unas pocas decenas de metros, y los armarios se conectan a ellas por unos cables de conexión. Un BTS de este tipo era capaz de mantener simultáneamente 3 ó 5 portadoras de radio, permitiendo entre 20 y 40 comunicaciones simultáneas. Actualmente el volumen de los BTS se ha reducido mucho, esperándose un gran avance en este campo dentro de GSM.

Un componente importante del BSS, que está considerado en la arquitectura canónica de GSM como que forma parte del BTS, es la TRAU (Unidad Transcoder y Adaptadora de Velocidad). La TRAU es el equipo en el cual se lleva a cabo la codificación y descodificación de la voz (fuente), así como la adaptación de velocidades en el caso de los datos.

El segundo componente del BSS es el BSC. Está encargado de toda la gestión de la interfaz de radio a través de comandos remotos sobre el BTS y la MS, principalmente, la gestión de la localización de los canales de tráfico y de la gestión del "handover". El BSC está conectado por un lado a varios BTSs y por otro al NSS (más específicamente a un MSC).

Un BSC es en definitiva un pequeño conmutador con una gran capacidad de cómputo. Sus funciones principales, como ya hemos dicho son la gestión de los canales de radio y de los handovers. Un BSC típico consiste en uno o dos armarios, y puede gestionar hasta algunas decenas de BTSs, dependiendo de su capacidad de tráfico.

El concepto de la interfaz entre el BSC y el MSC (NSS) se le conoce como interfaz A, y se introdujo al principio de la elaboración del Estándar GSM. Solamente después se decidió estandarizar también la interfaz entre el BTS y el BSC, y se le llamó interfaz Abis, sin tener nada que ver con la interfaz A.

 

·          El Subsistema de Red (NSS)

El NSS incluye las principales funciones de conmutación en GSM, así como las bases de datos necesarias para los datos de los abonados y para la gestión de la movilidad. La función principal del NSS es gestionar las comunicaciones entre los usuarios GSM y los usuarios de otras redes de telecomunicaciones. Dentro del NSS, las funciones básicas de conmutación están realizadas por el MSC (Centro de Conmutación de servicios Móviles), cuya función principal es coordinar el establecimiento de llamadas hacia y desde los usuarios GSM. El MSC tiene interfaces con el BSS por un lado (a través del cual está en contacto con los usuarios GSM), y con redes externas por el otro. La interfaz con las redes externas requiere un "gateway" para la adaptación (Funciones de "Interworking"), cuya función es más o menos importante dependiendo del tipo de datos y de la red a la que se accede.

El NSS también necesita conectarse a las redes externas para hacer uso de su capacidad de transportar datos o señalización entre entidades GSM. En particular el NSS hace uso de un tipo de señalización parcialmente externo a GSM, que sigue el sistema de señalización del CCITT nº 7 (que usualmente se conoce como la red SS7); esta red de señalización habilita el trabajo interactivo entre máquinas del NSS dentro de una o varias redes GSM.

Como parte del equipo, un MSC controla unos cuantos BSCs y es normalmente bastante grande. Un MSC típico de hace unos 5 años era capaz de cubrir una capital mediana y sus alrededores, totalizando una cobertura de cerca de 1 millón de habitantes. Un MSC incluye cerca de media docena de armarios de conmutación.

Además de los MSCs, el NSS incluye las bases de datos. La información del abonado relativa al suministro de los servicios de telecomunicación está situada en el Registro de Posiciones Base ("Home Location Register" ó HLR), independientemente de la posición actual del abonado. El HLR también incluye alguna información relacionada con la posición actual del abonado. Como una máquina física, un HLR es típicamente una computadora independiente, sin capacidades de conmutación, y capaz de manejar a cientos o miles de abonados. Una subdivisión funcional del HLR es el Centro de Autenticación ("Authentication Center" ó AuC, cuya función se limita a la gestión de la seguridad de los datos de los abonados.

La segunda función de bases de datos identificada en GSM es el VLR (Registro de Posiciones Visitado), asociado a uno o más MSCs, y encargado del almacenamiento temporal de los datos para aquellos abonados situados en el área de servicio del correspondiente MSC, así como de mantener los datos de su posición de una forma más precisa que el MSC.

Pero el NSS contiene más elementos que los MSCs, VLRs y HLRs. Para establecer una llamada hacia un usuario GSM, la llamada es primero encaminada a un conmutador-gateway llamado GMSC, sin ningún conocimiento de dónde está el abonado. Los GMSCs están encargados de buscar la información sobre la posición y encaminar la llamada hacia el MSC a través del cual el usuario obtiene servio en ese instante.

 

·          El Centro de Operaciones y Mantenimiento (OSS)

El OSS tiene varias tareas que realizar. Todas estas tareas requieren interacciones entre algunas o todas máquinas de la infraestructura que se encuentra en el BSS ó en el NSS y los miembros de los equipos de servicio de las distintas compañías comerciales.

 

Seguridad en GSM

Uno de los sistemas distribuidos del mundo real que implementa canales seguros es el estándar de telecomunicaciones móviles europeo GSM. Está diseñado para un entorno inalámbrico donde los usuarios pueden itinerar entre dominios de seguridad administrados independientemente en tiempo real, lo que requiere algunos protocolos específicos.


Los protocolos de autenticación de GSM están basados en técnicas criptográficas muy simples. Cada dispositivo portátil P posee una única clave Kp sólo conocida por él y por el servidor criptográfico de su sistema doméstico HS. Tanto P como HS también conocen una función unidireccional no publicada denominada F1( ).

El procedimiento utilizado para que un dispositivo se autentifique mientras se encuentra en su dominio de seguridad doméstico consta de los siguientes pasos:

 

1) HS genera un número aleatorio C
2) HS envía por comunicación inalámbrica a P el número C
3) P calcula R=F1 (Kp,C)
4) P envía a HS por comunicación inalámbrica el valor R
5) HS también calcula V=F1 (Kp,C) y verifica si R=V .

 

Este esquema sólo autentifica la unidad portátil al sistema estacionario. Un posible escucha clandestino no puede beneficiarse de la captura de C en el paso 2), ya que sólo P puede convertirlo al correcto R con Kp. La captura de una copia de R no aporta nada al atacante, ya que HS generará valores diferentes C para cada autentificación. Nada puede ganarse al repetir R.

 

GSM es uno de los estándares más populares en telefonía celular y provee un nivel de seguridad básico. Sin embargo, desde hace mas de 5 años la seguridad se ha puesto en entre dicho y los scanners comerciales que pueden emular estaciones GSM se vuelven más comúnes. La seguridad en GSM ha sido vulnerada desde hace tiempo, existe demasiada información y equipo disponible que podría ser utilizado para interceptar llamadas telefónicas por GSM

 

Las redes inalámbricas con puntos finales de comunicaciones móviles presentan diferentes problemas, por ejemplo, escuchas clandestinas, obtención fraudulenta de servicios que se cobrarán en la cuenta de otro usuario, etc.

 

El llamado “Diario Independiente de Internet” publicó en su articulo (La seguridad de GSM se tambalea) lo siguiente: “…el estándar de telefonía móvil digital GSM tradicionalmente ha basado su seguridad en la fórmula oscurantista: ocultar los algoritmos y difundir mentiras para crear en los usuarios la sensación de privacidad y confidencialidad.” (Gonzalo Álvarez –DiarioRed.com).

 

En 1998 se publicó un artículo, acerca de la posibilidad de clonar tarjetas SIM, lo cual destapó de nuevo la polémica en torno a la seguridad real o fingida de GSM. Recientemente, circuló la noticia que dos investigadores israelíes, Alex Byriukov y Adi Shamir (uno de los más reputados criptógrafos del mundo, creador junto a Rivest y Adleman de RSA, de ahí el nombre del algoritmo), han descubierto nuevos fallos en la seguridad de GSM que les permiten descifrar las conversaciones cifradas con A5/1 “en menos de un segundo”, esto reabre el debate acerca de la verdadera fortaleza de GSM frente a escuchas ilegales y uso fraudulento de sus tarjetas SIM.

 

Actualmente, existen en venta en el mercado aparatos para interceptar y espiar conversaciones GSM, como Cellular Phone GSM TDMA Interceptor Pro System y Off the Air GSM Interception.

 

Principales mecanismos de Seguridad en GSM:

1)      IMEI (international Mobile Equipment Identifier). En GSM la capacidad de suscripción y autentificación del cliente está contenida en una tarjeta inteligente (SIM). Cualquier dispositivo móvil asume la identidad de un abonado insertando una tarjeta inteligente, los móviles se convierten, por tanto, en objetos interesantes para robar ya que pueden ser utilizados con otras tarjetas SIM. Para impedir esto, GSM ha especificado un IMEI. Se ha propuesto un CEIR (Central Equipment Identity Register). La Autoridad de aprobación de tipo emite números de listas blancas (rangos aleatorios de IMEI´s válidos) a los fabricantes de móviles y éstos informan al CEIR cuando los móviles se sacan al mercado. Todos los operadores pueden enviar sus listas negras al CEIR y, a su vez, recogen una lista consolidado de todos las listas negras y blancas de operadores. Por este método los móviles robados o invalidados pueden rápidamente inhabilitarse a nivel mundial.

2)      Tarjeta SIM (Subscriber Identity Module). Siempre existe la posibilidad de que la tarjeta SIM pueda verse comprometida. Esto puede considerarse improbable, especialmente debido a que algunos operadores utilizan su propia versión del algoritmo criptográfico A3. Las claves Ki y la comparación IMSI pueden verse comprometidas si alguien vende la información a personas no autorizados.

3)      ltinerancia ("roaming"). Los problemas de itinerancia internacional se minimizan con el empleo de dos procedimientos: intercambio rápido de información de facturación por medio del EDI

Perspectivas de GSM en América Latina

 

En América Latina la tecnología GSM ha pasado de 102 millones de usuarios en el 2002 a 128 millones a finales del 2003, según cifras de EMC World Cellular Investors, lo que indica un incremento importante para esta tecnología en los mercados de la región.  Para el año 2007 ya se contaba con prácticamente 310 millones de clientes.  Aunque todas han presentado un aumento en sus mercados, GSM para ese ultimo año había crecido en 168% y las proyecciones son aún positivas para los años venideros.

 

Actualmente, GSM posee el 56% de participación de mercado incluyendo, entre los factores preponderantes de este crecimiento, el auge de la telefonía móvil en América Latina. GSM amplió su base de abonados en más de 81 millones de clientes, sobrepasando la marca de 200 millones de clientes.

 

Según comentó Erasmo Rojas (Director para América Latina y el Caribe de 3G Ameritas); "GSM tuvo un éxito indiscutible en toda América Latina una vez más este año, especialmente en Brasil, México, Colombia y Argentina. Brasil terminó 2006 con 63 millones de usuarios GSM, mientras que México culminó con 43 millones de usuarios GSM y Argentina y Colombia con más de 25 millones cada uno. Estos 4 países representan un impresionante 75% de los 208 millones de usuarios GSM de América Latina y el Caribe al término de 2006”. (Noticias en Linea 2007).

 

Actualmente, América Latina y el Caribe están exhibiendo un crecimiento significativo, ubicando a la tecnología GSM  en el 83% de participación de mercado, tras haberse encontrado en el 72% un año antes en marzo de 2007. La familia GSM sumó más de 100 millones de suscripciones anualmente a marzo de 2008, con una base total de suscripciones para GSM/HSDPA de 334 millones, mucho más que la cifra de población total de los Estados Unidos.

 

América Latina pasó a ser una de las regiones de mayor crecimiento del mundo para el servicio inalámbrico GSM, ya que muchos operadores migraron sus redes desde otras tecnologías (tales como CDMA y TDMA) a la evolución GSM para aprovechar su impresionante alcance y escala, además de los beneficios tecnológicos ofrecidos por EDGE, UMTS y HSDPA.

 

Ventajas que ofrece GSM

 

 

La arquitectura abierta de GSM  ofrece una compatibilidad superior con sistemas equipos y aplicaciones desarrolladas alrededor del mundo.

Las principales ventajas y beneficios que le ofrece GSM  son:

 

·          ESTÁNDAR MUNDIAL: GSM  es un estándar mundial completo al cual están suscritos 8 de cada 10 usuarios de celular. Por su tamaño y relevancia GSM  ha creado toda una serie de industrias proporcionando servicios y productos alrededor de este estándar. De hecho, el estándar va más allá de los teléfonos para cubrir todos los aspectos necesarios para que el usuario tenga una experiencia satisfactoria

 

·          ROAMING INTERNACIONAL: Por ser un estándar mundial, GSM  le ofrece la capacidad de moverse sin esfuerzo alrededor del mundo entre los más de 179 países que gozan de la tecnología GSM.

 

 

·          SEGURIDAD, PRIVACIDAD y FLEXIBILIDAD. A través de la tarjeta SIM que lleva cada teléfono, usted obtiene una mayor flexibilidad en la manera como usa su teléfono sin perder la seguridad y privacidad de sus comunicaciones. Usted podrá prestar su teléfono y limitar las llamadas que hará quien lo vaya a usar. Usted podrá cambiar de teléfono con sólo transferir la tarjeta SIM manteniendo su misma cuenta y número.

 

·          TRANSMISIÓN INALÁMBRICA DE DATOS. Con GSM /GPRS ahora la transmisión inalámbrica de datos es más fácil que nunca. Usted podrá acceder a una multitud de aplicaciones y servicios que lo mantendrán informado, le pondrán en contacto con otros usuarios e incluso lo podrán entretener, todo desde su celular GSM.

 

·          INNOVACIÓN CONSTANTE: Desde sus inicios, los avances más populares e importantes en la comunicación celular así como los servicios de valor agregado más exitosos se han dado en las redes GSM. Entre estos cabe destacar:

o         Mensajes cortos de texto (SMS), tonos de ring, logos, íconos

o         Transmisión conmutada de datos inalámbricos (Circuit Switched Data)

o         WAP

o         Packet Data (GPRS, EDGE)

o         Servicios de localización geográfica.

o         Accesorios avanzados (Módulo GSM  de Visor Handspring, módulos de telemática)

o         Tarjeta SIM (seguridad, m-commerce)

o         Integración con SyncML (sincronización entre terminales), MMS (transmisión de imágenes multimedia), Java y terminales EPOC.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

GSM vs otras tecnologías

 

 

Gustavo diaz de IEEE plantea

 

·          GSM vs TDMA (IS-136)

 

o         GSM brinda velocidades más altas (13.4 kbps vs 9.6 kbps).

o         Mejor integración GSM – Internet.

o         TDMA aún posee características análogas heredadas.

 

·          GSM vs CDMA

 

o         GSM posee mayor facilidad de roaming (mayor cantidad de carriers)

o         CDMA posee una implementación más fácil.

o         - CDMA sufre menor interferencia externa

¿Qué le falta a GSM?

 


     Para el especialista en comunicaciones, Jorge Crom, GSM no es una tecnología apta para encarar el proceso de las tecnologías convergentes. "GSM es una plataforma madura; ya lleva muchos años de implementación y funciona perfecto. El concepto fundamental que maneja es la multiplexación por división de tiempo. Esto presupone que si yo tengo un recurso escaso, lo voy a compartir con todos los demandantes del servicio otorgándole el uso por un tiempo limitado, pero se hace de una manera tan rápida que uno no se da cuenta. El problema es que a medida que crece la cantidad de líneas, el sistema empieza a colapsar. CDMA trabaja con un concepto totalmente distinto, en vez de dividir un recurso escaso en tiempo, se divide en código. Las personas que hablan o transmiten información, datos y fotos, lo hacen sobre un código exclusivo. Entonces, si las comunicaciones apuntan a intercambios tan complejos, necesitamos una plataforma que pueda soportar todo esto. El camino es la Multiplexación por división de frecuencia, o sea, CDMA".

 

Los operadores están apostando a GSM; y los proveedores de terminales buscan los segmentos bajos, como Nokia, con una afirmación fuerte hacia GSM, mientras que Samsung focaliza su estrategia en equipos para un segmento alto, pero con una perspectiva menos auspiciosa hacia esta tecnología de segunda generación. Tal es la afirmación de Obdulio Báez, Sales & Marketing Director de Samsung Argentina, quien manifestó a este medio: "La diferencia de precios para un carrier entre GSM y CDMA, medida en los millones de usuarios que se planean incorporar a la red sigue siendo igual de conveniente, por más que en unos años tengan que migrar toda la red a CDMA.

 

GSM para el usuario

 

 

 Hay un aspecto clave que sirve para entender a GSM: con presencia en prácticamente todos los países del mundo, este estándar tiene 70% de participación en el mercado celular mundial. Ese dato tiene numerosas implicaciones no sólo para los operadores, sino también para los usuarios finales.

 

La primera de ellas (ya mencionada líneas arriba) tiene que ver con las economías de escala. En cualquier tecnología que alcanza esos niveles de participación, los costos de fabricación empiezan a bajar notablemente, y los teléfonos móviles no son la excepción: ya sea que el propio usuario pague por su aparato, o que el operador lo subsidie –puede ser gratuito a la firma de un contrato, o vendido a un precio reducido para atraer más clientes, el hecho es que aparatos muy atractivos se vuelven más accesibles para el público.

 

Pero el costo no es el único aspecto en el que se ven los beneficios; también está el factor variedad. En el mercado mundial hay mucho más modelos de handsets para GSM que para CDMA o TDMA. Hoy un usuario puede encontrar mucho más opciones que hace un par de años, con atractivos como displays a color, integración PDA-celular en un solo aparato, celulares con cámara fotográfica incluida y, en fin, aparatos de todas formas y colores. Lo mismo en cuestión de marcas: hay algunos fabricantes que sólo trabajan con GSM.

 

Infografia

 

 

GSM – Fuente : http://es.wikipedia.org/wiki/GSM

 

Característica GSM – Fuente: http://www.todo-cel.com.ar/info/gsm.html

Arquitectura GSM – Fuente: http://www.info-ab.uclm.es/asignaturas/42638/pdf/cap5.pdf

Canales lógicos GSM Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/GSM#Canales_l.C3.B3gicos_GSM

Protocolo GSM Fuente: http://www.alsitel.com/tecnico/gprs/protocolo.htm

Niveles de comunicación en GSM Fuente: http://www.todo-cel.com.ar/info/gsm.html

Subsistemas en GSM Fuente: http://ceres.ugr.es/~alumnos/c_avila/gsm23.htm

 

Ventajas que ofrece GSM – Fuente: http://209.85.215.104/search?q=cache:4PcIch1rTpMJ:www.aurora.com.do/gsm.htm+ventajas%22GSM%22&hl=es&ct=clnk&cd=2&gl=ve

Característica GSM Fuente: http://ceres.ugr.es/~alumnos/c_avila/gsm23.htm

¿Qué le falta a GSM? – Fuente: http://www.taringa.net/posts/info/1095015/GSM-vs-CDMA.html

 

GSM para el usuario – Fuente: http://www.benito.org.mx/descargas/articulosredes/2003Sep%20Red-%20GSM.pdf.

 

La seguridad de GSM se tambalea – Fuente:  http://www.iec.csic.es/CRIPTonOMICon/susurros/susurros15.html

 

Celulares Windows GSM con cifrado 'irrompible' – Fuente: http://www.seguridad.unam.mx/noticias/?noti=587

 

Análisis y evaluación en torno a GSM: Cuestiones de seguridad – Fuente: http://dis.um.es/~barzana/Divulgacion/Telefonia/gsm05.htm

¿El sistema GSM es fácil de espiar? – Fuente: http://preguntas.barrapunto.com/article.pl?sid=04/03/04/1043259&mode=thread

La seguridad de GSM se tambalea – Fuente: http://diariored.com/analisis/1999_12_22_16_42_14.html

3G Américas. Perspectivas de GSM en América Latina Fuente: http://www.pc-news.com/detalle.asp?sid=&id=4&Ida=1455

Las tecnologías GSM son líderes del mercado de occidente Fuente: http://mundo-contact.com/enlinea_detalle.php?recordID=3327

La familia de tecnologías GSM tiene el 66% de Fuente: http://www.ebizlatam.com/news/118/ARTICLE/6780/2008-05-29.html

Los avances de la banda ancha móvil en América Latina Fuente: http://carlosperezquezada.wordpress.com/2007/07/31/los-avances-de-la-banda-ancha-movil-en-america-latina/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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