El sistema soporta gran cantidad de usuarios
ya que se usan varias estaciones, cada una con su antena con un rango de
frecuencia determinado.
Cada estación se conoce como una celda (cell).
Las celdas contiguas de la red usan distintas
frecuencias.
Las redes de telefonía móvil se basan en el
concepto de celdas, es decir zonas circulares que se superponen para cubrir un
área geográfica.
Red celular
Las redes celulares se basan en el uso de un
transmisor-receptor central en cada celda, denominado "estación base"
(o Estación base transceptora, BTS).
Cuanto menor sea el radio de una celda, mayor
será el ancho de banda disponible. Por lo tanto, en zonas urbanas muy pobladas,
hay celdas con un radio de unos cientos de metros mientras que en zonas rurales
hay celdas enormes de hasta 30 kilómetros que proporcionan cobertura.
Las terminales (dispositivos) se identifican
por medio de un número único de identificación de 15 dígitos denominado IMEI
(Identificador internacional de equipos móviles). Cada tarjeta SIM posee un
número de identificación único (y secreto) denominado IMSI (Identificador
internacional de abonados móviles). Este código se puede proteger con una clave
de 4 dígitos llamada código PIN.
Interfaz de aire
Generalmente, el MSC se conecta a bases de
datos que proporcionan funciones adicionales:
El Registro de ubicación de origen (HLR): es
una base de datos que contiene información (posición geográfica, información
administrativa, etc.) de los abonados registrados dentro de la zona del
conmutador (MSC).
El Registro de ubicación de visitante (VLR):
es una base de datos que contiene información de usuarios que no son abonados
locales. El VLR recupera los datos de un usuario nuevo del HLR de la zona de
abonado del usuario. Los datos se conservan mientras el usuario está dentro de
la zona y se eliminan en cuanto abandona la zona o después de un período de
inactividad prolongado (terminal apagada).
Todos los elementos de la red (tanto radio
como núcleo central) van a estar
conectados con un sistema de mantenimiento, que será supervisado desde la
oficina de Operación y mantenimiento, para poder monitorizar en tiempo real a
todos los elementos y solucionar posibles errores que ocurran, revelados por
alarmas, traps…
También va a haber un sistema de
aprovisionamiento para almacenar los datos en las bases de datos existentes
(HLR, AUC y EIR donde lo haya). Este sistema se es necesario ya que se van a
definir miles incluso millones de datos en los nodos.
El funcionamiento habitual de este sistema
definirá las relaciones entre el IMSI, numero almacenado en la tarjeta SIM y
MSISDN, número del abonado, unido a todos los servicios definidos para el
abonado (voz, SMS…) en el HLR. En el AUC asociaremos el IMSI con las tripletas
(conjunto de tres ‘contraseñas’) que se van a utilizar para autentificar el
abonado. En el EIR (cuando lo haya) definiremos el IMEI (la identidad) que
identifica al terminal.
Normalmente tras aprovisionar estas bases de
datos se van a poner a la venta las tarjetas, terminales y tarjeta + terminal,
que hay en las tiendas donde se pueden adquirir.
Este blog va a versar sobre el núcleo central
de GSM (NSS) ya que en el residen la
mayoría de las funcionalidades que tienen los teléfonos móviles.
Para hacer un símil con la telefonía fija
diremos que el terminal móvil es equivalente a lo que es el terminal en la red
fija y que la tarjeta SIM es equivalente a la conexión que hay en la pared en
la telefonía fija.
Vamos a hacer una pequeña descripción de los
elementos dentro del núcleo central (NSS):
HLR: Es el corazón de la red. Es una base de
datos que incluye las relaciones IMSI-MSISDN (tarjeta-número de abonado). En
una visión lógica lo trataremos como un único elemento en la red. En una
versión física el HLR estará dividido en varias entidades (nodos, ya
definiremos lo que son) por razones de seguridad incluida la redundancia
geográfica. De esta manera pretendemos que si un HLR deja de funcionar correctamente, se minimice,
incluso desaparezcan, las posibles consecuencias para el abonado.
AUC: Se encarga de la autentificación y
cifrado de los abonados y las llamadas. Suele estar co-localizado (en el mismo
nodo) que el HLR.
MSC: Es el conmutador por excelencia.
Permitirá establecer llamadas y realizar otros servicios implementados por la
red. También generará la informacion necesaria para poder facturar al abonado.
Cuando se interconecte con otras redes recibirá el nombre de GMSC (por sus
siglas en inglés.)
EIR: Como hemos comentado con anterioridad es
la base de datos de los terminales empleados en la red, Por razones de
seguridad aunque lógicamente lo veremos como una entidad, físicamente está
dividido en varios nodos.
NODO: son las entidades físicas sobre las que
funcionan todos los elementos de la telefonía móvil. Son ordenadores especiales
ya que tienen que trabajar durante 24 horas al día y 7 días a la semana. Además
no pueden quedarse `colgados` de manera que si algún proceso se queda detenido
hay que resetearlo y que siga funcionando. Todo esto sin alterar, o alterar lo
más mínimo, a los abonados de la red.
Sobre estos ordenadores se ejecutarán
diferentes aplicaciones (HLR, MSC…). Tanto el ordenador (Hardware) como la
aplicación (software) son monitorizados por el centro de operación y
mantenimiento del operador.
Todos los elementos, del NSS, están conectados
a una red de señalización (SS7) para interactuar. La red SS7 suele tener
enlaces de conexión E1 (32 canales x 64 Kbits por canal =2048 Kbits, es decir 2
Megas) o STM1 (de mayor capacidad que el E1)
La conexión al sistema de monitorización o
aprovisionamiento suele hacerse a través de una red X25, IP…
La conexión al sistema de facturación (BGW por
sus siglas en inglés) suele hacerse, también, a través de una red X25, IP…
El abonado sólo puede hacer o recibir llamadas
sólo cuando se encuentra bajo la cobertura de su operador o cuando se encuentra
haciendo roaming, es decir está localizado en otro operador que tiene acuerdo
con el operador al que pertenece el abonado. Para establecer técnicamente la
intererelación entre dos operadores hay un par de documentos:
IREG: Establece las características técnicas
para realizar la interconexión.
TADIG: Establece las características de cómo
se va a realizar la facturación de las llamadas.
Hay un tipo de llamada que siempre es posible
cuando se está bajo cobertura de cualquier operador GSM y es la llamada de
emergencia (112 en Europa, 911 en Estados Unidos…). Esta llamada se puede hacer
siempre incluso si el terminal está apagado y lo encendemos. Si al pedir el PIN
ponemos el número de llamada a emergencias (en Europa 112) nos conecta
automáticamente con emergencias.
El VLR suele estar co-localizado con el MSC.
Es una base de datos más pequeña que guarda los datos de los abonados que se
encuentran en su área de influencia. A diferencia de un teléfono fijo, la
posición de un teléfono móvil puede variar y un abonado debe estar siempre
localizado (siempre que haya cobertura por ese operador, ya lo veremos más
tarde). De hay la importancia de este elemento.
El MSC, como se ha comentado con anterioridad,
es el conmutador por excelencia, y es también el que se utiliza en las
interconexiones con otras redes incluida también la red de telefonía fija
(PSTN). A través de él se conmuta la llamada y se asigna y controla el canal de
voz por el que los abonados pueden hablar a través de su terminal.
El sistema para realizar la facturación de las
llamadas es el BGW y está conectado a MSC.
El MSC es el punto de conexión con el subsistema de radio (BSS). Vamos a dar una
breve descripción de los elementos sin entrar en detalle como hemos dicho con
anterioridad:
BSC: el BSC o controlador de estación base es
al que se conectan las estaciones base (BTS)
BTS : es el sistema base de radio. Cada BTS
puede tener de una hasta tres antenas, en la ilustración anterior sólo tiene
una, que da cobertura a lo que se conoce como una célula. La forma de la
cobertura es de panal de abeja o celular. De ahí que en muchos países se le
llame teléfono celular a lo que llamamos teléfono móvil.
Terminal: Una de las cosas más importantes del terminal es que incluye
la tarjeta SIM que permite utilizar la red móvil. EL terminal puede estar
conectado a un PC (ofreciendo una velocidad de 9,6 Kb). Es lo que comúnmente se
conocen como ‘pinchos’ USB que se conectan al ordenador (en su mayoría
portátiles) y que permite el acceso a Internet.
Como 9,6Kb es una velocidad bastante limitada,
en capítulos posteriores explicaremos otras formas de conexión mucho más
rápidas que se encuentran disponibles.