Redes y Servicios y
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1 Redes y Servicios Módulo II. Redes multiservicio conmutadas Tema 4. Redes móviles Parte B. Redes 2.xG Tema 4. Redes móviles Perspectiva • 2G: Second Generation • Diferencia esencial frente a 1G: ▫ Modulación Digital • Ejemplo representativo: GSM (Global System for Mobile Communications) ▫ TDMA TDMA, GMSK ▫ Canales de 200 kHz channel, máx. 13,4 kb/timeslot 2 Tema 4. Redes móviles Perspectiva • 2.5 G ▫ GPRS (General Packet Radio System) x Compatible con la red GSM x Usa los timeslots GSM y modulación de mayor orden para alcanzar 60 kb/time slot x Canales de 200 kHz x Ancho de banda máximo 171.2 kb/s • 2.75G ▫ EDGE (Enhanced Data rate for GSM Evolution) x x x x x Compatible con la red GSM TDMA Canales de 200 kHz GMSK + 8PSK Ancho de banda máximo 384 kb/s 3 Tema 4. Redes móviles Índice • • • • • • Estructura celular Acceso radio: TDMA Dimensionamiento de una célula TDMA Arquitectura Señalización F i Funcionamiento i t y TTraspasos 4 5 Tema 4. Redes móviles División / Sectorización División Sectorización Tema 4. Redes móviles 6 Estructura celular C1 • Zonas urbanas C3 ▫ Sectorizadas x 3/9 x 4/12 / ▫ R, del orden del km. A2 D3 C2 B1 B3 D2 A3 D1 C1 A3 C2 RP cocanal A1 A3 C2 B1 A2 C1 A2 D3 D1 B2 B3 D2 ▫ Omnidireccional R hasta 30-35 30 35 km. km ▫ R, B2 C3 D3 D1 C1 D2 A1 • Zonas rurales • Relación de protección: B3 D3 B2 B1 A2 D2 A1 A3 ⎛C ⎞ = ⎜ ⎟ = 9dB ⎝ I ⎠U 7 Tema 4. Redes móviles Estructura celular 4/12 3/9 D3 D1 C1 C3 A1 A3 B3 D2 C3 C2 B1 A2 D3 D1 C1 D2 B2 B3 A1 A3 B1 C2 B2 C1 A2 C3 C2 Tema 4. Redes móviles Acceso radio: TDMA (Time-Division Multiple Access) 1. Se divide el espectro en dos bandas x Banda ascendente (UL) x Banda descendente (DL) 8 Tema 4. Redes móviles Acceso radio: TDMA 2. Cada banda se divide en sub-bandas: x 125 portadoras Æ 125 canales de 200 kHz 9 Tema 4. Redes móviles 10 Acceso radio: TDMA 3. Cada portadora se multiplexa en el tiempo (TDM): se “ranura” ranura el tiempo en 8 “slots” slots o intervalos Trama con 8 canales físicos 0 1 2 3 4 5 6 7 Tema 4. Redes móviles 11 Notas • Nota 1: Modulación GMSK ▫ La señal, antes de ser modulada, se filtra con un filtro Gaussiano paso bajo, que reduce la interferencia entre canales adyacentes ▫ Modulación M d l ió di digital i l en ffase • Nota 2: ▫ Tramas T Æ Multi-tramas M lti t ▫ Multi-tramas Æ Super-tramas ▫ Super-tramasÆ Super tramasÆ Hiper-tramas Hiper tramas • Nota 3: ▫ GSM 900MHz 900MHz, GSM 1800MHz 1 Supertrama = 26 ó 51 ó 102 tramas 1 Hipertrama p = 2.048 supertramas p 1 Hipertrama = 2.715.648 tramas Tema 4. Redes móviles 12 Notas • Nota 4: Canales lógicos ▫ Canales de comunicación x Canales de tráfico (TCH – Traffic CHannel) - TCH/F ▫ 9,6 Kbps, para datos / 13 Kbps, para voz - TCH/H ▫ 4,8 Kbps, b para d datos / 6,5 Kbps, b para voz x Canales de señalización (ACCH – Associated Control CHannel) - SACCH (potencia y alineamiento) - FACCH (urgencia) ▫ Canales de control x Canales de difusión - BCH – Broadcastingg CHannels ((de info de la red: identificación BS,, ayuda y a sincron)) x Canales comunes - RACH – Random Access CHannel (acceso de MS a la red) - PCH – Paging CHannel (Búsqueda de móvil) - AGCH – Access A Grantt CHannel G CH l (Asignación (A i ió d de un canall d de ttráfico áfi o control) t l) x Canales dedicados de control - SDCCH – Standalone Dedicated Control CHannel (temporales durante registro y establecimiento) Tema 4. Redes móviles 13 Planificación célula TDMA Datos disponibles ⎡ E ⎤ ρu⎢ ⎥ ⎣ km2 ⎦ ( ) GoS % Tema 4. Redes móviles Planificación célula TDMA • Proceso de planificación: 1. Despejar Lb de la ecuación de balance de potencia 2. Sustituir Lb en el modelo de propagación y despejar R 3 Calcular c 3. 14 Tema 4. Redes móviles 15 Planificación célula TDMA 1. Despejar Lb de la ecuación de balance de potencia PR,MS ≥ SMS ⎫⎪ ⎬ PR,MS = PT ,BTS + (G − L)BTS − Lb + (G − L)MS ⎪⎭ PR,MS = SMS ⇒ Lb = PT ,BTS + (G − L)BTS + (G − L)MS − SMS Tema 4. Redes móviles 16 Planificación célula TDMA 2. Sustituir Lb en el modelo de propagación y despejar R Modelo de propagación () Lb = ξ1 + ξ2 logg R ⇒ L b −ξ 1 R = 10 ξ2 Lb = PT ,,BTS − SMS +(G − L)BTS + (G − L)MS Tema 4. Redes móviles 17 Planificación célula TDMA 3. Dado R Æ calcular c ( )= p pB GoS % 100 B,MAX R → SC →uc ,MAX = ρu Sc uC ,MAX MAX [] uC E Tema 4. Redes móviles Arquitectura • Dispositivo o estación móvil (MS) • Red Red (visión superficial) Dispositivo Di iti móvil 18 Tema 4. Redes móviles Arquitectura • ¿Qué es la estación móvil? Conjunto formado por: x Terminal móvil (sólo llamadas de emergencia al 112) x Tarjeta SIM (Subscriber Identity Module): acceso al resto de servicios • Terminal móvil ▫ Identificado por un número de 15 dígitos: IMEI (International Mobile Equipment Identifier) x Permite a las operadoras controlar el acceso de un terminal concreto a su red • Tarjeta SIM ▫ Cada SIM tiene asignado: x Número GSM (9 dígitos España) = MSISDN x Clave de acceso personal (PIN: Personal Identification Number) x La tarjeta SIM también puede ser utilizada para almacenar números de teléfono y SMS 19 Tema 4. Redes móviles Arquitectura BS: Base Station BSC: Base Station Controller 20 Red ed MSC: Mobile Switching Center Otros nodos especializados Tema 4. Redes móviles Arquitectura MS: BS: BSC: MSC: OMC: VLR: HLR: EIR: SMSC: Mobile Station Base Station BS Controller Mobile Switching Centre Operation and Maintenance Centre Visitor Location Register Home Location Register Equipment Identity Register Short Message Service Centre 21 Tema 4. Redes móviles Arquitectura BSS 22 • La red GSM contiene 3 sub-sistemas: ▫ BSS (Base Station Subsystem) ▫ NSS (Network Subsystem), también conocido como Switchingg Subsystem (SSS) ▫ OMS (Operating and Maintenance Subsystem) • Arquitectura ▫ Cada conjunto de estaciones base esta controlada por una BSC ▫ Cada grupo de BSCs se conecta con una central de conmutación MSC (mobile switching center) mediante líneas ▫ Las MSC MSC’ss están conectadas entre ellas y utilizan una red orientada a conexión para señalización SS7 23 Tema 4. Redes móviles Arquitectura Subsistema de estaciones base • BSS (Base Station Subsystem): ▫ Un conjunto de estaciones base (BS o BTS): x Transceptores radio y antenas. x Puede tener asignado 1 o más portadoras ▫ BSC: Controlador de las BS: x Controll BS ((1 o varias)) x Gestión recursos radio ((asignación g canales)) x Gestión de traspasos entre BS 24 Tema 4. Redes móviles Arquitectura: Subsistemas del Núcleo ▫ SMSC (Short Message Service Center) x Centro de tratamiento de mensajes cortos SMS ▫ OMC (Operation and Maintenance Center) ▫ MSC (Mobile Switching Center) x Central similar a las de redes fijas - Conmutación - Señalización SS7 x Funciones F i adicionales di i l para entornos móviles: - SS7 MAP (Parte de Aplicaciones Móviles) - Traspasos T - Gestión de la movilidad - Autenticación x ¡Para ello requiere un conjunto de bases de datos especiales! 25 Tema 4. Redes móviles Arquitectura: Subsistemas del Núcleo ▫ Bases de datos o Registros x Registro de localización base (HLR) - Información abonados, abonados claves seguridad - Localización del “móvil” x Registro de localización de visitantes (VLR) - Información I f ió bá básica i d de llos móviles ó il que se encuentren en ese momento bajo su zona de cobertura (LA: Location Area). x Registro de identidad de equipos (EIR) - Información identidad de los terminales (robados, no permitidos, etc) x AuC (Autentication Center) - Parámetros de seguridad y privacidad: ▫ Claves y algoritmos de autenticación y cifrado Tema 4. Redes móviles 26 Señalización • Importante ▫ En redes fijas: x la señalización sólo se produce en el establecimiento y liberación de llamadas ▫ En GSM: x es necesaria señalización adicional (localización y registro), previa a la llamada (establecimiento canales radio) y durante la ll llamada d ((control t ld de lla comunicación) i ió ) x Utiliza SS7 x Debe incluir nuevas funciones: - Gestión de recursos radio ▫ Asignación de canales radio, control comunicación - Movilidad de los terminales ▫ Cifrado, localización Tema 4. Redes móviles 27 Funcionamiento • Además de funciones de cualquier red de comunicación (conmutación, transporte, señalización), debido a las restricciones que impone la movilidad: ▫ Periódicamente se comprueba la posición x Si se detecta cambio: - Actualizar registros x Necesidad de señalización adicional - En SS7 se implementa en la parte de usuario de aplicaciones móviles ▫ Ajuste automático de potencia: x Si la MS está cerca de la BS se reduce la p potencia transmitida por la MS. - Ahorro baterías en la MS. - Reducción interferencia cocanal ▫ Traspasos Tema 4. Redes móviles 28 Funcionamiento Traspaso (handover, handoff) • La red debe: x Detectar la disminución de p potencia en el móvil ((“estación móvil”) x Detectar hacia qué célula se dirige éste - Medida M did d de potencia i d de todas d llas BS que rodean d a lla estación ió móvil. ó il x Reservar un radiocanal libre en la célula destino x Hacer petición de traspaso - Necesario un “pequeño” solapamiento entre células x El cambio debe ser rápido, para evitar cortes en la comunicación • Algoritmo de handover: x Una conversación en curso tiene más importancia que una nueva llamada ll d 29 Tema 4. Redes móviles Funcionamiento Traspaso (handover, handoff) 1. Entre BSs pertenecientes a la misma BSC. 2. Entre BSs pertenecientes a la misma MSC. 3. Entre BSs pertenecientes a distintas MSC. Tema 4. Redes móviles 30 Anexo: generalidades • Transmisión digital: voz y datos • Servicios ofrecidos ▫ Servicios portadores x Transmisión datos, a velocidad variable, hasta 9,6 Kbps ▫ Tele-servicios x Telefonía, a 13 ó 6.5 Kbps modo circuito - Voz V comprimida i id ((codificador difi d CELP) x Llamadas de emergencia (112) x Mensajes cortos SMS 160 caracteres modo paquete x fax ▫ Servicios suplementarios, similares a RDSI x Identificación de usuario llamante, restricción de identificación propia, etc.
