Telefonía Móvil

Tecnologías del Siglo XXI
Tema 4.- Telefonía Móvil
Pedro M. Ruiz Martínez
<[email protected]>
Curso 2009/10
Índice de contenidos
•
•
•
•
•
Historia de las redes móviles
Funcionamiento de las redes móviles
Servicios móviles: localización, videollamada,..
Impacto de los móviles en la salud
El futuro de las redes móviles
2
Evolución de las redes móviles
• 1946 St. Louis, Missouri Mobile Telephone Service
(MTS)
– Instalado en un coche, sólo half-duplex en la banda de los 150
MHz y número muy limitado de usuarios
• 1960 sistema mejorado Improved Mobile Telephone
Service (IMTS)
– Las mismas limitaciones básicas
• 1958 – 1977 A-Network Alemana
– 10000 usuarios, 154-177 MHz, llamadas gestionadas a mano
• Posteriormente en EEUU, aparece el primer sistema
celular AMPS (Advanced Mobile Phone Service).
– Primera reutilización de frecuencias (845 MHz – 890 MHz)
– Marcado por tonos
3
Martin Cooper utilizando un
Motorola DynaTAC
Motorola DynaTAC 8000X
4
Evolución de las redes móviles (2)
• 1972 comienza a operar la red alemana B-Network
– Carencia de localización de los usuarios, aunque por fin podían
hacer llamadas sin operadora manual
– Dejo de funcionar en 1994 y contó con más de 25.000 usuarios
• En general estas redes:
– Usaban un mismo transmisor para dar cobertura a grandes
áreas (e.g. 150 Kms en áreas rurales)
– Transmisión analógica susceptible a interferencias
– Esto reducía la necesidad de infraestructura, a la vez que
disminuía el número de suscriptores dado el número limitado de
frecuencias disponibles
– Además, se requería transmitir con mucha potencia para
alcanzar tan largas distancias
5
1ª Gen. de sistemas móviles
• Grandes celdas con gran
cobertura (AM y FM)
• Bajo coste de
infraestructura
• Limitada capacidad
respecto al número de
suscriptores
• Alta necesidad de
potencia tanto en la BS
como en la MS
• Escaso ahorro de
frecuencias
6
El concepto de las redes celulares
•
•
16 de Mayo de 1972 Bell Labs (hoy
Lucent Technologies) patenta las bases
de las 2ª y 3ª generación de redes
móviles
Idea: En lugar de emplear una única BS
con una gran cobertura, emplear muchas
BS cubriendo cada una un área menor
– Las mismas frecuencias pueden volver a
emplearse a distancias pequeñas
– El espectro se puede reutilizar varias
veces en una misma área Î Mayor
número de suscriptores y llamadas
simultáneas
– Menor necesidad de potencia
(especialmente interesante para las MS)
– Incrementa el coste de la infraestructura
7
Reutilización de frecuencias
Distancia de
reutilización
• Otras celdas no adyacentes pueden
emplear la misma frecuencia sin
producir interferencia
• Evita dividir las frecuencias
disponibles entre BSs
• Un grupo de celdas en el que el
espectro completo del sistema es
usado se llama “cluster”.
• Desafortunadamente no siempre las
celdas tienen el mismo tamaño
debido a irregularidades del enlace
radio
• Requiere mecanismos más
eficientes para controlar los
traspasos entre celdas
8
COWs (Cells on Wheels)
9
Arquitectura general de las redes
móviles actuales
MS .- Mobile Station
BS .- Base station
MSC .- Mobile Swicthing Center
HLR .- Home Location Register
VLR .- Visitor Location Register
HLR
Home Location
Register
PSTN
Air Interface
MSC
VLR
MSC
VLR
BS
BS
BS
BS
MS
BS
BS
BS
BS
10
Generaciones de redes móviles
3G
Seamless roaming
Modelos de servicio
Acceso radio global
Solución Global
2G
1G
Movilidad avanzada (Roaming)
Más servicios (presencia de datos)
Hacia una solución global
Movilidad básica
Servicios básicos
Incompatibilidad
11
La introducción de GSM
•
1990:
– Especificaciones de GSM para la banda de 900 MHz se aplicaron también a la
de 1800_MHz, DCS 1800, una red de móviles inicialmente desplegada en el
Reino Unido.
•
1991:
– Julio : El lanzamiento planificado del servicio GSM en Europe se retrasa a 1992
por la no existencia de terminales (GSM entonces es acrónimo de God Send
Mobiles ).
•
1992:
•
1993:
– Lanzamiento oficial del servicio GSM en Europa (God Has Sent Mobiles ).
– Ya hay 36 redes GSM en 22 países y otros 25 ya la han seleccionado o la
están considerando.
•
•
1994 : 1.3 millones de suscriptores en todo el mundo.
1995 : 5 millones de suscriptores
12
Arquitectura de red GSM
13
Estación Base GSM
14
El primer teléfono GSM
Nokia 1010
• 10 de Noviembe de 1992
• 500 gr., batería de Ni-Ca con
90 mins de uso en modo
conversación y 12 horas en
reposo.
• Introdujo los mensajes SMS
• Realmente el primero un año
antes para red Radiolinja en
Finlandia
Redes Móviles. Tema 1
15
Identidad en GSM
Tarjeta SIM
• Además de contactos
almacena:
–
–
–
–
Identidad
Claves de acceso
Location Area actual
IMSI (International Mobile
Suscriber Identity)
• Se usa mediante código:
– PIN (4 dígitos)
– PUK (8 dígitos)
Redes Móviles. Tema 1
16
Gestión de la movilidad
• Roaming
– Un usuario móvil pasa de un sistema móvil (e.g.
Telelefónica móviles) a otro (e.g. Orange).
– Requiere que el sistema origen sea informado de la
nueva localización del usuario para poder ofrecerle
los servicios
• Handoff o handover
– Un usuario móvil durante una sesión activa se
mueve del área de cobertura de una BS a otra BS.
Redes Móviles. Tema 1
17
¿Cómo funciona una red móvil?
18
El éxito de GSM
300
250
200
150
100
50
0
1996
1997
1998
1999
2000
2001
Millones de usuarios en el mundo
Fuente : EMC & GSM MoU Association
19
20
Redes Móviles. Tema 1
21
Redes Móviles. Tema 1
22
Envío de datos con GPRS
• ¿Por qué surge GPRS?
– Los servicios de datos en GSM son difíciles de acceder, ofrecen poco
ancho de banda y muy caros
• Se ofrecen servicios de datos extremo a extremo sobre la
infraestructura GSM
• 1994 Comienza su estandarización en ETSI
• 1997 Se aprueba el conjunto principal de normas
• 1999 Se completa la estandarización
• 2000 Se desarrollan productos y comienza su puesta en marcha
• GPRS se convertirá en la base de partida de la telefonía móvil
de 3ª Generación
23
Arquitectura General GPRS
MSC+VLR
HLR
TE
Signalling
link
TAF
SGSN
MS
Radio
interface
BSS
HLR: Home Location Register
VLR: Visiting Location Register
MSC: Mobile Swithcing Center
MS: Mobile Station
BSS: Base-Station Subsystem
TAF: Terminal Adaptation Function
Network
GGSN
IWF
PSTN
PSDN
ISDN
SGSN: Serving GPRS Support Node
GGSN: Gateway GPRS Support Node
TE: Terminal Equipment
IWF: Interworking Function
PSTN: Public Switched Telephone Network
PSDN: Public Switched Data
24
Orígenes de UMTS
•
Desde 1992 – 1998 no existió la idea de un estándar común para 3G. En general,
investigaciones y mejoras a 2G sin integración.
En Dic. 1998 se establece el 3GPP (www.3gpp.org) como organización para
coordinar la producción de estándares conjuntos entre diferentes foros de
estándarización (ETSI, ARIB,CWTS, T1, TTA, TTC)
Inicialmente 3GPP se creó para generar especificaciones técnicas para un estándar
común para redes de 3G extendiendo el núcleo de red de las redes GSM
Actualmente también se encarga de la estandarización de mejoras a tecnologías de
GSM como GPRS o EDGE
Para asegurar que la visión americana se tenía en cuenta se creó 3GPP-2 que usa
como base de trabajo IS-95
Releases de UMTS:
•
•
•
•
•
–
–
–
–
–
UMTS R99
UMTS R4
UMTS R5
UMTS R6
UMTS R7,…
25
Arquitectura general UMTS
Other UMTS
PSTN
USIM
MS
PDN
RAN
CN
Core
Network
Radio Access
Network
Mobile Station
• Transporte, movilidad,
control de servicios, etc.
• Funciones dependientes de la
tecnología radio, RRM, etc.
• Interfaz radio, servicios e interfaz con el usuario
UMTS Subscriber Identity Module
• Identificación del suscriptor
• Acceso autenticado a la red
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UMTS R99
VLR
PSTN / ISDN
Air Interface
GMSC
MSC
HLR
SS7
network
Node B
e.g. The Internet
IP-based PDN
(public / private)
RNC
SGSN
GGSN
Internal IP
‘backbone’ network
RNC
UTRAN
BSS - Base Station System
HLR - Home Location Register
MSC - Mobile Switching Centre
VLR - Visitor Location Register
PDN - Packet Data Network
SGSN -Serving GPRS Support Node
GGSN - Gateway GPRS Support Node
UMTS Core network
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User Equipment (UE)
Interacción con nodo B
Corrección de errores (FEC),
Modulación, control de potencia,
medidas radio (S/N, quality, etc)
Interacción RNC
Señalización para establecimiento de
sesión, ejecución de handovers,
cifrado y descifrado, etc.
Interacción con la CN
Envío de información sobre location
area, negociación de la QoS, solicitud
de servicios, etc
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Nodo B
• Es el equivalente a la BTS en GSM
• Se encarga básicamente del nivel físico
• Un nodo B puede gestionar una o varias
celdas. Se conecta al RNC por el interfaz fijo.
• Tres tipos de Nodo B:
• UTRA FDD
• UTRA TDD
• Dual-mode
• La conexión con el RNC se hace empleando
ATM como tecnología subyacente
• El enlace Nodo B – RNC es muy crítico a
retardos ya que tanto el UE como el Nodo B
enviarán sus medidas de calidad del enlace
que usará el RNC para tomar las decisiones
de handover
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MSC, HLR y VLR
Mobile Services Switching Centre (MSC)
Encaminamiento de llamadas de voz
Procedimientos de localización (paging)
Procedimientos de handover
Home Location Register (HLR)
Información de los suscriptores
VLR y SGSN actuales para cada terminal
Autorizaciones e información asociada a servicios
Visitor Location Register (VLR)
Localización de terminales zona de influencia
Copias de registros del HLR para esos terminales
30
SGSN, GGSN, GR
Serving GPRS Support Node (SGSN)
Información de los suscriptores
Micro-movilidad
Establecimiento túneles GTP
Gateway GPRS Support Node (GGSN)
Destino de los túneles IP desde el terminal
Gestión de túneles GTP y contextos PDP
Macro-movilidad
GPRS Register (GR)
Parte del HLR
Almacenamiento de los contextos PDP permitidos
31
Elementos que intervienen en un
3G-MSC
handover en UMTS
RNC
Node B
3G-MSC
MS
Node B
RNC
Iu
2G-MSC
BTS
BSC
32
Encaminamiento de llamada entrante
3G-MSC VLR
HLR
RNC
GMSC
Node B
3G-MSC VLR
MS
Node B
PSTN
RNC
Iu
Uu
33
Encaminamiento de paquetes
SGSN
HLR
RNC
Node B
SGSN
MS
GGSN
Node B
RNC
IP Tunnel
Uu
Iu
Internet
34
Uso actual de las tecnologías
35
Telefonía móvil vía satelite
36
¿Móviles como localizadores?
• La localización GSM es un servicio ofrecido por
operadores de telefonía móvil para determinar
la posición de un terminal móvil.
– Celda de origen: 200 m en áreas ubanos, 2 km en
áreas suburbanas y varía entre 3 - 4 km en entornos
rurales.
– ID de célula mejorada: similar en urbanas, y en
entornos rurales ofrece sectores circulares de 550 m.
– E-OTD (Enhanced-Observed Timed Difference):
entre 50 m y 200 m
– GPS asistido (Assisted GPS)
37
Videollamada
• Intercambio de audio y vídeo en tiempo real
• Basado en VoIP sobre UMTS
• Potencial mucho más allá de lo evidente
– Ej. Servicio 112
38
Posibles Efectos Biológicos
DEM = Demostrado, ND=No Demostrado
•
•
•
•
•
•
•
•
Incremento del estrés. (ND)
Alteración de ondas cerebrales. (ND)
Dolor de cabeza. (ND)
Pérdidas de memoria. (ND)
Insomnio y trastornos del sueño. (ND)
Mareos y vértigo. (ND)
Alteraciones del ritmo cardíaco. (ND)
Calentamiento de los tejidos cercanos al oído y a
la córnea del ojo. (DEM)
• Alteración de las reacciones químicas. (DEM)
39
Bandas de frecuencias utilizadas
40
Efectos Térmicos
• Radiofrecuencias tienen la capacidad de inducir
corrientes eléctricas en los tejidos
• Elevan la temperatura interna del sistema.
• Si este incremento de temperatura es menor de 1ºC la
sangre que circula es capaz de disipar el exceso de
temperatura.
• En ciertas estructuras poco vascularizadas como el
interior del ojo este incremento puede no ser equilibrado
por el sistema con facilidad y ocasionar daños".
41
Respuestas institucionales
• Recomendación del Consejo de la Unión Europea
de 12 de julio de 1999: "Es absolutamente
necesaria la protección de los ciudadanos de la
comunidad contra los efectos nocivos para la salud
que se sabe pueden resultar de la exposición a
campos electromagnéticos" .
• En España, el Ministerio de Ciencia y Tecnología
aprobó a finales de septiembre de 2001 un Real
Decreto que establece unos límites de exposición a
las emisiones radioeléctricas .
42
El futuro de las redes móviles
43
Redes multisalto
• Redes ad hoc
• Redes malladas
• Redes de sensores
44
Redes vehiculares
•
•
•
•
Asistencia a la conducción (peatones, adelantam,…)
E-call y emergencias
Aplicaciones a usuarios (parking, precio gasolineras,..)
Infotainment (juegos en red, acceso a Internet, …)
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Tecnologías del Siglo XXI
Tema 4.- Telefonía Móvil
Pedro M. Ruiz Martínez
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Curso 2009/10
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