ARQUITECTURA DE LA RED GSM

The network subsystem contains a switching part of the GSM systemas a mobile switching centre (MSC) and gateway switches (G-MSC) thatare the connection points between the GSM mobile networks and forexample PSTN (public switch transmission network) networks. Thenetwork management system contains equipment for the mobile networkoperation and maintenance as an operation and maintenance centre(OMC). Finally, the base station subsystem contains the equipment tomanage the radio interface between the mobile station and cellular radionetwork. The base station controller (BSC) found between a basetransceiver station (BTS) (also called a base station, BS) and a MSCcontrols the main functions of the mobiles (called also mobile station,MS) and base stations. The base stations have a radio connection with themobile stations and they represent a physical radio interface of the mobilenetwork as illustrated in Figure 1.1. Thus, the base station has to becapable of communicating with the mobile stations over a certaincoverage area and to offer enough capacity (traffic channels) for thiscommunication (including the signalling and data transfer that can bespeech or data transmission). It has to be noted that the base station as aterm means originally the base station equipment itself that may typicallymanage 1–6 independent coverage areas which each contain anindependent group of transceivers (otherwise frequencies). Thesecoverage areas can be provided by using omnidirectional or directional

antennas for transmission and reception and they can also be called cells.Figure 1.2 introduces a base station site with one cell (omnidirectionaltransmission and receiver antenna), with two cells called 2-sector (widebeam directional antennas), and with three cells called 3-sector (narrowbeam directional antennas).

(SS)

El Sistema de Conmutación: The Switching System

El Sistema Conmutación (SS) incluye las funciones básicas de conmutación del GSM, así como las bases de datos necesarias para los datos de usuario y la gestión de la movilidad. La función principal del SS es gestionar las comunicaciones entre los usuarios GSM y los usuarios de otras redes de telecomunicaciones.Dentro del SS, la función básica de conmutación se realiza en el MSC (Mobile services Switching Center), cuya misión principal es coordinar el establecimiento de llamadas desde y hacia usuarios GSM.La MSC tiene interfaces con la BSS a través de los cuales puede estar en contacto con los usuarios GSM y con las redes exteriores por otro tipo de interfaz.La interfaz con redes externas para comunicarse con usuarios fuera del GSM puede requerir un elemento de adaptación (IWF: Interworking Functions), cuya labor puede ser más o menos importante en función del tipo de información de usuario y de la red con la que se interconecte. Generalmente se utiliza para conectar la red GSM a las redes de datos.

El Sistema de Conmutación también necesita conectarse con redes externas para hacer uso de su capacidad de transportar datos ya sea de usuario o señalización entre entidades GSM. En particular, el Sistema de Conmutación hace uso de una red soporte de señalización, al menos en parte externa al GSM, siguiendo los protocolos del Sistema de Señalización por Canal Común (SS7), esta red de señalización permite interoperabilidad entre entidades del Sistema de Conmutación dentro de una o varias redes GSM.

REGISTRO DE LOCALIZACIÓN LOCAL (HLR)Registro de localización local (HLR: Home Location Register)

El HLR es una base de datos en el que se memorizan los datos dinámicos y estáticos relativos a cada terminal móvil pertenecientes a la propia PLMN.El HLR es considerado una de las bases de datos más importantes, encargado de almacenar y administrar el perfil de usuario, información de localización y estado de actividad. Cuando un individuo compra un servicio a una compañía de comunicaciones móviles, el individuo es registrado en el HLR de esta operadora.Los datos estáticos se clasifican así:• Identificativo del terminal móvil (IMSI)• Servicios habilitados a los terminales móviles (subdivididos en teleservicios, servicios portadores y suplementarios)• Limites del área operativa° Información de autenticación° Información de su ubicación

REGISTRO DE LOCALIZACIÓN DE VISITANTES (VLR)

Registro de Localizacion de Visitantes (VLR: Visitor Location Register)El VLR es una base de datos información temporal de los suscriptores, necesario para el MSC, para brindar servicio a los suscriptores visitantes. El VLR está siempre integrado con el MSC, puede ser con uno o varios MSC. Cuando una estacion móvil se encuentra en modo de itinerancia o mas conocido como modo “roaming” dentro de un área comandada por una MSC nueva, el VLR conectado al MSC le pedirá información a HLR respecto de la estacion móvil. Despues si la estacion movil quiere hacer una llamada el VLR tendrá la información necesaria para establecer la llamada sin necesidad de preguntar a HLR cada vez que se quiera hacer la llamada.BUSCAR MAS INFO ACERCA DE ESTO

REGISTRO DE IDENTIDAD DE EQUIPOS (EIRREGISTRO DE IDENTIDAD DE EQUIPOS (EIR: EQUIPMENT IDENTITY REGISTER)

El EIR es una base de datos que contiene información acerca de la identidad del equipo móvil como número de serie, homologación, fabricante, previene llamadas no autorizadas, como por ejemplo de celulares robados o no homologados. Para que esto pueda funcionar se necesita la cooperación entre operadoras, incluso de diferentes países, por lo que resulta muy complicado.Este registro de identidad tiene tres tipos de listas:White List: Contiene todos los identificativos de los teléfonos que han sido homologados.Grey List: Contiene los identificativos de los equipos que es necesario localizar debido a alguna razón técnica.Black List: Contiene los identificativos de los teléfonos robados o usados de manera ilegal, y también de los teléfonos que tienen problemas técnicos y que no pueden acceder al sistema.

CENTRO DE CONMUTACIÓN MÓVIL (MSC)El MSC es el corazón de la red, realiza principalmente la gestión de las llamadas de los abonados móviles, como establecimiento, enrutamiento y finalización de las llamadas, además de todas las funciones relativas a las llamadas como registro, señalización de canal común (CCS), conmutación y tasación y la gestión de la función de movilidad de los usuarios y Gateway (pasarela) desde la red GSM hacia la red fija, es decir actúa de interfaz entre la red móvil y la red pública.

GATEWAY MSC (GMSC)Un Gateway o puerta de enlace es el nodo usado para poder hacer una interconexión entre dos redes. Tiene la responsabilidad de encaminar correctamente la llamada al MSC correspondiente.Un GMSC funciona como una central de transito entre GSM/PLMN, debido a que funciona como una puerta de acceso a otro tipo de redes.Para que el proceso de conmutación se realice correctamente es necesario que los conmutadores conozcan en todo momento la posición de los teléfonos celulares, o estaciones móviles, y para esto toman la información de los registros HLR y VLR.

CENTRO DE AUTENTIFICACIÓN (AUC) Esta unidad es la que provee los parámetros de encriptación y autenticación que verifican la identidad del usuario y asegura la confidencialidad de cada

llamada. Para esto genera claves de autenticación y claves de cifrado usando algoritmos particulares. El Centro de autenticación es utilizado para autenticar los terminales móviles que acceden a la red y protege a los usuarios de intrusiones en las llamadas realizadas además de proteger a los operadores de red de diferentes tipos de fraudes que encontramos hoy en día en el mundo celular.

BSSESTACIÓN RADIOBASE (BTS)

La BTS es el equipo de radio (TRX y antenas) necesario para el funcionamiento de cada celda en la red, un grupo de BTS son controlados por un BSC. La BTS también es conocida como estación base tranmisora- receptora , o estación transceptora base y usa la interfaz aérea para enviar y recibir información procedente de la estacion móvil, vía radio garantizando la calidad de la tranmision entre la red y el terminal móvil, mediante el control de los niveles de potencia del terminal móvil y el uso de la técnica de Frecuency Hopping o saltos de frecuencia, cuando la potencia es menor al umbral de recepción o la calidad del enlace no es suficiente se produce un hand off por parte de la estación base, pasando de a una celda adyacente para continuar con la comunicación.Cumple entre otras las siguientes funciones:

Medir los enlaces entre la estacion móvil y la BTS para la BSC, por ejemplo mide el nivel de señal para saber si es necesario un handoff, la calidad de la señal, nivel de señal en las celdas adyacentes (DL), distancia entre BTS y el móvil (UL)

Reporte de calidad de los canales de trafico idle a la BSC.

Codificacion, decodificación, encriptación y desencriptacion de los canales.

Modulacion y demodulación GMSK (Gaussian Modulation Shifted Keyed).

Transmision de los canales de señalización y control.

Combina la señal de RF transmitida.

Filtra la señal de RF recibida.

Gestion de los canales de radio.

CONTROLADOR DE ESTACIÓN RADIOBASE (BSC)

La BSC provee todas las funciones de control y enlaces físicos entre las BTS y los MSC. Se encarga de las funciones como handover, información de configuración de celdas, y control de radiofrecuencia (RF) niveles de potencia de las BTS.Tiene además la función de asignar los canales correctos entre BTS y los terminales móviles para dar curso al tráfico telefónico y según la medición el desempeño de los terminales móviles efectuar el handover anteriormente mencionado, para mantener la conexión de voz.

Para reducir el costo de transmisión entre BSC y BTS, el BSC realiza la transcodificacion y submultiplexion. Porque se reduce el costo??? Existe alguna perdida cuando se transmite entre BSC y BTS????}

Algunas de las funciones del BSC son:• Gestión de canales en el enlace BSC-MSC.• Gestión de canales de radio.• Configuración de los canales de radio (recibe del OMC).• Gestión de secuencias de salto de frecuencia (BSC-OMC), estas secuencias son enviadas por el BSC hacia la BTS.• Selección de canal, supervisión del enlace y liberación de canal.• Determinación del nivel de potencia necesario en el móvil.• Control de potencia en el BSS.• Determinación de la necesidad de realizar cambio de canal.

ESTACION MOVIL

LA ESTACIÓN MÓVIL (MS: MOBILE STATION). Tambien llamado terminal móvil esta formada por el Mobile Equipment y el Subscriber Identity Module (SIM), una tarjeta dotada de memoria y microprocesador que permite identificar al abonado intependientemente del terminal que se este usando, además de ser el punto de entrada a la red móvil inalámbrica.Este es el equipo físico utilizado por el usuario para acceder a la red y a los servicios brindados por esta. También tiene la capacidad de variar la potencia de emisión de la señal sobre el canal de radio de manera dinámica en 18 niveles, con la finalidad de poder mantener en cada momento la potencia de tranmision optima, limitando asi la interferencia co-canal inducidas sobre celdas adyacentes.

El aumento o la disminución de la potencia de la señal transmitida le llega a MS desde la BSS que monitorea constantemente la calidad de la comunicación.

EL MÓDULO DE IDENTIDAD DEL ABONADO. (SIM)(SIM: SUBSCRIBER IDENTITY MODULE).La redes celulares actuales distinguen entre la identidad del abonado y la del equipo móvil. El SIM está relacionado con el abonado o usuario que esta suscrito al servicio de telefonía celular, el SIM es un chip que el usuario debe introducir en el terminal móvil, entre otras, debe contener la siguiente información para la comunicación: Número de serie, Identificación internacional del abonado móvil (IMSI: International Mobile Subscriber Identity), identificación temporal del abonado móvil (TMSI: Temporal Mobile Subscriber identity), PIN (Clave corta de desbloqueo) PUK (Clave larga de desbloqueo), Clave del algoritmo de cifrado (Kc),Clave del algoritmo de autentificación (Ki), algoritmo de autentificación (A3), algoritmo de generación de claves de cifrado (A8), algoritmo de cifrado (A5).

. FIGURA III.04.- Proceso de identificación y registro de usuario

CENTRO DE OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO (OMCCentro de Operación y Mantenimiento (OMC, Operación and MaintenanceCenter).

Es un centro de monitoreo computarizado que se conecta a otrasComponentes de la red como los MSC y los BSC mediante enlaces de datos. Tiene las funciones de gestionar las alarmas y del estado del sistema, con la capacidad de poder realizar distintos tipos de pruebas para verificar el correcto funcionamiento del sistema. El OMC tiene acceso remoto a todos los elementos que componen la red GSM (BSS, MSC, VLR, HLR, EIR y AUC).

También se puede supervisar el flujo de tráfico a través de las centrales e introducir eventuales cambios del flujo mismo.Permite la visualización de la configuración de la red con posibilidad de cambiarla remotamente. Administración de los abonados y posibilidad de poder conocer su posición dentro del área de cobertura y también tiene la función de mostrar el registro de los datos de tasación.

INTERFACES Y PROTOCOLOS DE LA ARQUITECTURA GSMINTERFACES

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INTERFAZ RADIO (UM)Esta interfaz es usada por las MS para acceder a todos los servicios y facilidades del sistema GSM utilizando para ello los sistemas de estación base (BSS) como punto de conexión con la red.

INTERFAZ ENTRE LA MSC Y EL BSS (A) Esta interfaz se utiliza fundamentalmente para el intercambio de información entre BSS y MSC relacionada con las siguientes funciones:- Gestión del BSS- Manejo de la llamada- Gestión de la movilidad

INTERFAZ ENTRE EL BSC Y LA BTS (A-BIS)

Esta interfaz permite conectar de una forma estándar estaciones base (BTS) y controladores de estación base (BSC), sin importar si son realizadas por la misma marca o diferente marca.Esta interfaz funciona a la velocidad de 2 Mbit/s, según la recomendación G.703 del ITU-T, antiguamente CCITT.

INTERFAZ ENTRE LA MSC Y EL VLR ASOCIADO (B)

Anteriormente vimos que el registro de localización de visitantes es la basede datos para gestión y seguimiento de los móviles dentro del área controlada por su MSC asociada (o MSC asociadas). Por lo tanto, cuando un MSC requiera dar información sobre un móvil acudirá a su VLR.

INTERFAZ ENTRE EL HLR Y LA MSC (C)Esta interfaz se utiliza fundamentalmente para las siguientes funciones:- Al final de una llamada en la que un móvil tiene que ser tarificado laSMC de ese móvil puede enviar un mensaje de tarificación al HLR.- Cuando la red fija no puede realizar el procedimiento de interrogación necesario para el establecimiento de una llamada hacia un usuario móvil la SMC de cabecera debe interrogar al HLR del usuario llamado para conocer el número de seguimiento del móvil llamado.

INTERFAZ ENTRE EL HLR Y EL VLR (D)

Esta interfaz es utilizada para intercambiar los datos relacionados con la ubicación de la estación móvil y los datos de suscripción del usuario. A través de esta interfaz el VLR informa al HLR correspondiente de la posición de una estación móvil administrada por este último registro, proporcionándole un número de seguimiento a fin de que pueda encaminar las llamadas dirigidas hacia esta estación móvil. En el otro sentido el HLR envía al VLR que controla el área donde se encuentra la estación móvil, los datos correspondientes necesarios para soportar los servicios contratados por el usuario. Asimismo mediante un interfaz similar, el HLR debe informar también al VLR anterior que cancele el registro de localización correspondiente a dicha estación móvil, cuando esta estación móvil se desplaza a una nueva área VLR.

Estos intercambios de datos se producen cuando la estación móvil requiere un servicio determinado, cuando el usuario quiere cambiar algunos datos relacionados con su suscripción, o bien cuando los parámetros de la suscripción se modifican por el operador del sistema.

INTERFAZ ENTRE MSC Y MSC (E)

Mientras un estación móvil está desplazándose desde el área de una MSC otra MSC distinta, se necesita realizar un procedimiento de traspaso para poder mantener la conversación sin que se corte la comunicación, en ese caso las MSC deben intercambiar información para poder efectuar esta acción.

INTERFAZ ENTRE LA MSC Y EIR (F)

Se utiliza cuando el MSC desea comprobar el IMEI de un equipo.

INTERFAZ ENTRE VLR Y VLR (G)Es utilizada para permitir la interconexión entre dos VLRs de diferentes MSCs.

INTERFAZ ENTRE LA MSC Y EL SMS-G (H)

Esta interfaz se utiliza para soportar la transferencia de mensajes cortos.

INTERFAZ ENTRE LA MSC Y LA MS (I) Permite el intercambio transparente de datos entre la MSC y el MS a través del BSS.

PROTOCOLOS

Para el correcto funcionamiento de las estaciones móviles dentro de las diferentes redes es necesario que exista un correcto funcionamiento en los protocolos de señalización, estos protocolos son estructurados generalmente en tres niveles, el nivel uno es la capa física, que usa la estructura de canales discussed arriba sobre la interfaz aérea. La segunda capa es es la capa de enlace de datos, atraves de la interfaz Um, la capa de enlace de datos es una modificación del protocolo LAPD usado en la red conmutada de sistemas integrados, ISDN por sus siglas en inglés, llamado LAPDm, a través de la interfaz A, Across the A interface, the Message Transfer Part layer 2 of Signalling System Number 7 is used. La capa 3 del Layer 3 of the GSM signalling protocol is itself divided into 3 sub layers.

CM (COMMUNICATIONS MANAGEMENT)

MM (MOBILITY MANAGEMENT)RR (RADIO RESOURCE)RR’ LAPD (LINK ACCESS PROCEDURE ON THE D-CHANNEL)BTSM (BASE TRANSCEIVER STATION MANAGEMENT)MTP (MESSAGE TRANSFER PART)SCCP (SIGNALLING CONNECTION CONTROL PART)BSSAP (BASE STATION APPLICATION PART)BSSMAP (BSS MANAGEMENT APPLICATION PART)DTAP (DIRECT TRANSFER APPLICATION PART)

ASPECTOS DE RED Y RADIO ENLACE

1.5.1 BANDAS DE FRECUENCIA1.5.2 MULTIACCESO1.5.3 MODULACIÓN1.5.4 RÁFAGA O BURST1.5.5 CANALES FÍSICOS Y LÓGICOS1.5.5.1 CANALES FÍSICOS1.5.5.1.1. RÁFAGA NORMAL (NB, O NORMAL BURST)1.5.5.1.2. RÁFAGA DE CORRECCIÓN DE FRECUENCIA (FCB)1.5.5.1.3. RÁFAGA DE SINCRONIZACIÓN (SB)1.5.5.1.4. RÁFAGA DE RELLENO (DM)1.5.5.1.5. RÁFAGA DE ACCESO (AB)5.5.2 CANALES LÓGICOS1.5.5.2.1 CANALES DE TRÁFICO1.5.5.2.2 CANALES DE CONTROL1.5.6 CODIFICACIÓN DE CANAL1.5.6.1 SEÑAL VOCAL1.5.6.2 ENTRELAZADO1.5.6.3 SEÑALIZACIÓN1.5.6.4 SEÑAL DE DATOS1.5.7 SALTOS DE FRECUENCIA1.5.8 UNIDAD ADAPTADORA TRAU1.5.9 TRANSMISIÓN DE MENSAJES CORTOS1.5.10 HANDOVER1.6 SERVICIOS GSM1.6.1 SERVICIOS PORTADORES1.6.2 TELESERVICIOS1.6.3 SERVICIOS SUPLEMENTARIOS