COMUNICACIONES MOVILES - de Jhon Jairo Padilla Aguilar

COMUNICACIONES MOVILES
Jhon Jairo Padilla Aguilar
PhD. Ingeniería Telemática
Comunicaciones Móviles
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Composición de un sistema de
comunicaciones móviles



Estaciones Fijas (FS)
Estaciones móviles
(MS)
Equipos de Control
Comunicaciones Móviles
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Estaciones fijas
HLR,VLR,MSC,RPC,
MSC
BSC
Red de tránsito
Interface A
Interface Abis
Air Interface MS
-Estación base
-Estación de control
Red de acceso
BTS
Se clasifican en:
-Estación repetidora
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Jhon Jairo Padilla Aguilar
Arquitectura de una red GSM
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
HLR
MSC
BTS
BSC
BTS
EIR
NSS(Network Switching Subsystem)
BSS(Base Station Subsystem)
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Jhon Jairo Padilla Aguilar
TRANSCEPTOR ESTACIÓN DE BASE: BTS
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
Realiza los procesos de transmisión-recepción y procesado de la señal recibida.
Cada BTS puede tener asignados entre 1 y 16 radio-canales (transceptores).
Funciones:
 Formación del multiplex GSM
 Realiza medidas de la señal radio proveniente del móvil
 Establece el enlace radio con el usuario móvil (modulación,
demodulación, igualación, codificación, etc...)
 Gestión del Time Advance (Sincronización)
 Control de potencia
 Operación y mantenimiento
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Múltiplex GSM para tráfico de voz
Comunicaciones móviles
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Multiplex GSM para tráfico de voz
Canal señalización
Bit voz/sx
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CONTROLADOR ESTACIONES BASE: BSC
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
La BSC constituye un primer nivel de concentración de tráfico hacia la red con objeto de
minimizar costes de transmisión.
Funciones:
 Gestiona y controla las BTS
 Responsabilidad en la asignación y liberación de los radiocanales (recursos radio)
con el móvil y de canales terrestres con la red
 Fija el contenido de los canales de Radiodifusión y asigna los mensajes de paging
a los subcanales físicos o “paging group”
 Gestión de los procesos de transferencia (Handover) entre BTS´s bajo su control
 Ejecuta los algoritmos del control de potencia y cifrado
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Jhon Jairo Padilla Aguilar
Componentes Nodo B
y UE en LTE
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Jhon Jairo Padilla Aguilar
BSC (GSM) ó Nodo B (LTE)


La capa MAC ofrece servicios a la RLC en la forma de
canales lógicos.
Un canal lógico está definido por el tipo de información
que lleva, y generalmente se clasifican en:


Canales de Control: Llevan información de configuración y
control de la transmission.
Canales de tráfico: Transportan datos de usuario.
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Canales lógicos en LTE






Broadcast Control Channel (BCCH): usado para transmision de información
de control del Sistema desde la red hacia todos los usuarios móviles en una
celda. Irradia las características de comunicación del Sistema.
Paging Control Channel (PCCH): Usados para búsqueda (paging) de los
terminales móviles cuya ubicación es desconocida. Un msg de paging
puede ser transmitido por multiples celdas.
Dedicated Control Channel (DCCH): usado para transmisión de información
de control hacia/desde terminales móviles. Es usado para configuración
individual de los terminales móviles.
Multicast Control Channel (MCCH): usado para transmission de información
de control requerida para la recepción del MTCH.
• Dedicated Traffic Channel (DTCH): Usado para la transmission de
información de datos de/hacia el usuario móvil.
• Multicast Traffic Channel (MTCH): Usado para tranmisión en el enlace
descendente de servicios MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Services).
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Canales de Transporte en LTE





Broadcast Channel (BCH). Es usado para transporter la transmission de
información del canal lógico BCCH.
Paging Channel (PCH): Es usado para transmission de la información de
paging del canal lógico PCCH. Soporta recepción discontínua para permitir
ahorrar batería al móvil (estados de dormir y despertar).
Downlink Shared Channel (DL-SCH): Es usado para la transmission de
información de los datos hacia los móviles en LTE. Soporta adaptación
dinámica de la tasa y planificación dependiente del canal en tiempo y
frecuencia, ARQ híbrido y multiplexación espacial.
Multicast Channel (MCH). Es usado para soportar MBMS.
Uplink Shared Channel (UL-SCH): es la contraparte del para el DL-SCH en
el Up-link.
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Mapeo de canales Lógicos y de
Transporte en LTE
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CENTRO CONMUTACIÓN MÓVILES: MSC
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
El MSC es una central de conmutación ISDN responsable del control de llamada:
establecimiento, mantenimiento y liberación de una comunicación. El GMSC es un tipo
especial de MSC que es la interfaz de la red fija con la móvil. Puede haber varias GMSC
Funciones:
Enrutado de las llamadas hacia/desde el exterior (red PSTN, ISDN..) desde/hacia
un móvil y Facturación (para el caso de la GMSC)
Controla varias BSC y puede conectarse con diversas redes de telecomunicación
Responsable de la gestión de movilidad:(localización y autentificación)
en conjunto con HLR y VLR
Handover entre distintas BSC
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REGISTRO LOCALIZACIÓN ABONADO: HLR
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
• Es una base de datos que almacena la identidad y los datos de los
abonados usuario, independientemente de la localización real de los
mismos en un determinado momento. Toda red GSM al menos tiene
un HLR
•Proporciona los datos necesarios al GMSC para localizar al móvil
cuando se desea establecer una llamada dirigida hacia éste.
•Cada usuario está registrado en un único HLR
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REGISTRO LOCALIZACIÓN ABONADO: HLR (2)
Datos de
Localización
IMSI
HLR
MSISDN
LMSI
Datos de
usuario
VLRID
Tripletas de
Autentificación
MSISDN Número teléfono del usuario para llamarle desde la red
pública
IMSI (International Mobile Subscriber Identity): Formado por
MCC:Mobile Country Code MNC:Mobile Network Code MSIN:Mobile Suscriber Ident. Number
3 digitos
2 dígitos
10 dígitos (máx). Los dos primeros para HLR
Información sobre el tipo de Servicios contratados
Datos de localización de la VLR: LMSI (Puntero , No. registro o expediente
a un abonado)
VLRID: Identificador
de las distintas VLR
.
Tripletas de Autentificación: SRES, Kc y RAND
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asociado
REGISTRO LOCALIZACIÓN VISITANTES: VLR
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
-Base de datos local controlada por el MSC que contiene toda la información
relevante de los terminales móviles que en un momento determinado están
en el área de localización controlada por dicho VLR. En general MSC/VLR
están físicamente juntas.
-Realiza la autentificación del móvil en el MSC asociado. Memoriza
los mismos datos que el HLR y así evita señalizaciones entre ambos.
-Usualmente está incorporado al MSC o GMSC del que forma parte y se
conecta con otros VLR y HLR a través del sistema de señalización de
red.(SS7).
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CENTRO DE AUTENTIFICACIÓN: AUC
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
•Gestiona los datos de seguridad y autentificación de los abonados
•Proporciona al HLR los valores (RAND,SRES y Kc) que permiten
la autentificación del móvil en cada MSC/VLR.
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REGISTRO IDENTIFICACIÓN EQUIPOS: EIR
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
•Es una base de datos mundial.
•Contiene dos tipos de listas:
 Una con los números de serie de equipos móviles que debido a
algún defecto ó por que han sido robados no deben acceder a la red.
 Otra con los valores del IMEI (International Mobile Equipment
Identity) permitidos.
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CENTRO SERVICIO MENSAJERÍA: SMSC
AUC
SMSC
VLR
RED
FIJA
G/MSC
EIR
HLR
BTS
BSC
BTS
•El SMSC es independiente de la red GSM. Puede estar conectado a
varias redes GSM simultáneamente.
•Permite enviar y recibir mensajes cortos desde o hacia otros móviles, y
puede establecer interconexión con otros sistemas de correo electrónico.
•La transmisión de un mensaje corto se puede producir incluso simultaneamente con una transmisión de voz. Es una comunicación en una
sola dirección
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Arquitectura del Sistema
UMTS
Núcleo de Red o Core Network
lu
RNS
lu
RNC
lub
Nodo B
RNS
lur
RNC
lub
Nodo B
lub
Nodo B
UTRAN
UE
UMTS
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lub
Nodo B
Núcleo de Red
Funciones de transporte:
-Transporte de
información de tráfico
-Señalización
-Conmutación
Funciones de
inteligencia:
-Encaminamiento
-Gestión de la
movilidad
-Interconexión con
otras redes de
Telecomunicación
UMTS
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Diseño del núcleo de red
Se implementa en 2 etapas:
Etapa Inicial: Basada en
tecnologías de núcleo de red
actuales (GSM y GPRS)
Evolución hacia TCP/IP:
Basado en IMS (IP Multimedia
Subsystem)
Fase inicial
Evolución a
TCP/IP
UMTS
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Componentes Core Network
(Fase inicial)
Tráfico de
voz y datos
modo
circuito
Red Cx Circuitos
Red Cx paquetes
Tráfico voz y datos
en modo paquete
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Componentes Core Network (fase
inicial)
GSM
PSTN/ISDN
HLR
BTS
BSC
MSC/VLR
GMSC
OTRA PLMN
Dominio de circuitos
(CS)
INTERNET
Nodo B
RNC
SGSN
GGSN
INTRANET
UTRAN
Dominio de paquetes
(PS)
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Elementos comunes a ambos dominios
HLR (Home
Location Register)
EIR (Equipment
Identity Register)
VLR (Visitor
Location Register)
SMS- GMSC
(Short Messages
Services Gateway
MSC)
AuC (Autentication
Centre)
SMS Interworking
MSC
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Elementos comunes a ambos
dominios
HLR (Home Location
Register):
VLR (Visitor Location
Register):
Base de datos
Almacena datos temporales
sobre los terminales móviles
ubicados momentáneamente
en un área de localización
controlada por una MSC.
Contiene información de
cada cliente:
IMSI, MSISDN, servicios
contratados, restricción de
servicios, servicios
suplementarios, Area de
localización
Requiere registro del móvil al
cambiar de Area de
localización (VLR y HLR).
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Elementos comunes a ambos dominios
AuC (Authentication Centre):
Almacena datos de cada cliente.
Permite autenticación del IMSI
y el cifrado de la comunicación.
Envía datos de autenticación y
cifrado a través del HLR al VLR y
la MSC. Se comunica con su
HLR asociado a través de la
interfaz H.
EIR (Equipment
Identity Register):
Almacena las
identidades de los
equipos terminales
(IMEI).
Listas Blanca (sin
restricciones, gris (con
alguna restricción,
negra (sin servicio)
UMTS
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Elementos comunes a ambos
dominios
SMS-GMSC (Short
Messages Services
Gateway MSC):
Comunica el centro de
servicios de mensajes
cortos con la PLMN.
Envío de SMS hacia los
móviles desde el centro de
servicios.
SMS Interworking
MSC:
Comunica las MSC con
el centro de servicios de
mensajes cortos.
Envío de SMS desde
los móviles al centro de
servicios.
UMTS
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Elementos del dominio de Conmutación
de circuitos (CS)
U-MSC (Mobile
services Switching
Centre)
U-GMSC (Gateway
MSC)
IWF (Interworking
Function)
UMTS
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Elementos del dominio CS
U-MSC (Mobile services Switching Centre):
Constituye la interfaz entre el sistema móvil y las
redes fijas.
Funciones de señalización y conmutación de móviles
en su area de localización.
Procedimientos de Registro de localización y
traspaso.
UMTS
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Elementos del dominio CS
U-GMSC (Gateway MSC):
Punto de comunicación
entre PLMN y la PSTN.
Interroga al HLR cuando
hay una llamada entrante
desde la PSTN.
Una vez determinada el
área de Localización, se
dirige la llamada a la MSC
que controla dicha área.
IWF (Interworking
Function):
Es un componente
asociado a la U-MSC.
Intercomunica la red
UMTS con otras redes
fijas (ISDN, PSTN, PDN).
Si las redes son
compatibles, no tendría
funciones.
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Elementos del Dominio de Paquetes
NUCLEO IMS
PDP
PDP
PEP
PEP
PEP
PEP
RED DE ACCESO
UMTS
Elementos del dominio PS: Red de
Acceso UMTS
U-SGSN (UMTS Serving GPRS Support Node):
Nodo servidor de las comunicaciones en modo paquete.
Datos necesarios para manejo de llamadas
iniciadas/terminadas en el móvil: IMSI, identidades
temporales, Dirección IP (Contexto PDP- se almacena
en el HLR)
Información de Localización: Routing Area, Celda, Id.
VLR asociado, direcciones de los nodos U-GGSN que
participan en sesiones activas de transferencia de datos
mediante PDP (Contextos PDP).
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Elementos del dominio PS: Red de
Acceso UMTS
U-GGSN (UMTS Gateway GPRS
Support Node):
Nodo frontera de las comunicaciones en
modo paquete.
Información necesaria para controlar
llamadas iniciadas/terminadas en el móvil:
IMSI, Direcciones PDP, Localización
(nodo SGSN donde el móvil está
registrado).
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Elementos del dominio PS: Red de
Acceso UMTS
BG (Border Gateway):
Pasarela entre una PLMN que soporta GPRS y
una red de conexión entre PLMNs (utilizada para
interconectar con otras PLMNs que también
soportan GPRS).
Aporta el nivel de seguridad apropiado para
proteger a la PLMN y a sus terminales.
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Evolución del núcleo de Red
Fase Inicial
Ventaja: Facilidad de
migración de 2G a 3G.
Desventaja: Es un freno
para el soporte de
servicios más avanzados.
Es necesario ir hacia
TCP/IP.
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Evolución del núcleo de Red
El núcleo de red en 4G se basa en el modo paquete
basado en el protocolo TCP/IP.
TCP/IP se usa tanto en núcleo de red como en red de
acceso radio (Opción “Todo IP”).
Desaparición del modo circuito y todo el tráfico (voz
y datos) se transportaría en modo paquete (Red
Multiservicio).
Tecnologías: Núcleos de Red IP para UMTS,
IP/ATM, Dominio IP Multimedia (IMS), Mobile IP.
UMTS
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Evolución del núcleo de Red
Comunicaciones Móviles
Jhon Jairo Padilla Aguilar
Núcleo de red para LTE
Comunicaciones Móviles
Jhon Jairo Padilla Aguilar
IMS: IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM




Es una infraestructura de red
El objetivo es soportar servicios multimedia en
redes NGN
Nació como iniciativa de los operadores móviles
(3GPP, 2005)
Se está posicionando como la solución estándar
Arquitectura de una red IMS

Las partes o entidades se
clasifican en 6 categorías:






Familia de enrutamiento y
gestión de la sesión (CSCFs)
Bases de datos (HSS, SLF)
Elementos de Interconexión
(BGCF, MGCF, etc)
Servicios (Servidor de
aplicación, MRCF, MRFP)
Entidades de soporte (THIG,
Security Gateway, PDF)
Tarificación
Arquitectura de una red IMS

Application Server (AS):




Provee las plataformas de servicio
en ambientes IMS.
No determina cómo se
programan las aplicaciones
multimedia de valor agregado.
Soporta la señalización y
administración de las interfaces
(IMS Service Control- ISC, Sh) y
los protocolos SIP y DIAMETER.
Habilita los desarrolladores para
usar aplicaciones basadas en SIP:
antiguos servidores de red
inteligente, Servidores/Gateways
con interfaces estándar
OSA/Parlay para aplicaciones Web,
VoIP, etc.
Arquitectura de una red IMS

Home Suscriber Server (HSS):




Es el equivalente del HLR (Home
Location Register) en sistemas
2G.
Contiene además dos interfaces
de comunicación basadas en el
protocolo DIAMETER (Sh).
Es la base de datos maestra de un
IMS y almacena los perfiles de
usuario IMS.
Incluye información de filtrado
individual (Servicios a que tiene
derecho), estado del usuario
(activo, inactivo por falta de pago,
etc) y perfiles de los servidores
de aplicación (qué servidores
utiliza).
Arquitectura de una red IMS

Media Resource Function (MRF):

Puede ser dividida en dos partes:




Media Resource Function Controller
(MRFC)
Media Resource Function Processor
(MRFP)
Provee los recursos para el
procesamiento de los flujos
multimedia: Mezclado de medios,
anuncios de medios, análisis de
medios, cambio de codificación de
medios, habla.
Otros componentes son: Border
Gateway Control Function (BGCF),
Media Gateway Control Function
(MGCF), Media Gateway (MG). Estos
realizan la interconexión entre RTP/IP
y los proveedores usados en las redes
anteriores.
Arquitectura de una red IMS

IMS End User System:

Provee el sporte de
protocolos IMS necesario:



SIP
Codificadores para las
aplicaciones multimedia
Soporte de la conectividad:
GPRS, WLAN, etc
Arquitectura de una red IMS

Proxy Call State Control Function
(P-CSCF):




Es el primer punto de contacto con el
núcleo de red IP multimedia.
Todo el tráfico se señalización SIP
desde o hacia el equipo de usuario
(UE), pasa por el P-CSCF
Se comporta como un proxy,
aceptando y re-enviando solicitudes y
respuestas
Realiza funciones como: autorización
de los recursos solicitados para el
nivel de QoS apropiado (Policy
Control), llamadas de emergencia,
monitoreo, Identificación del I-CSCF,
compresión/decompresión de
cabeceras.
Arquitectura de una red IMS

Interrogating Call State
Control Function (I-CSCF):




Es el primer contacto dentro
de un operador de red.
Contacta al HSS para obtener
la dirección del S-CSCF y
realizar el registro del usuario
Envía las solicitudes y
respuestas SIP al S-CSCF.
Oculta la topología de la red
al usuario
Arquitectura de una red IMS

Serving Call State Control Function (SCSCF):


?




Ejecuta los servicios de control de sesión para
el extremo de la comunicación
Mantiene el estado de la sesión (que es
requerido por el operador de red para el
soporte de los servicios)
Dentro de un mismo operador de red,
diferentes S-CSCFs pueden tener diferentes
funcionalidades.
Soporta el registro y la interacción de los
usuarios con las plataformas de servicio para el
soporte de los mismos.
Decide si un Servidor de Aplicación (AS) se
requiere para recibir información relacionada
con una solicitud de sesión SIP para asegurar el
manejo apropiado del servicio
La decisión del S-CSCF está basada en la
información del Filtro recibida del HSS. Este
filtro es almacenado y soportado en una forma
Servidor-por-aplicación para cada usuario.