Tecnologías del Siglo XXI. Tema 4.- Telefonía Móvil. Pedro M. Ruiz Martínez Curso 2009/10

Transcripción

1 Tecnologías del Siglo XXI Tema 4.- Telefonía Móvil Pedro M. Ruiz Martínez 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

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 A-Network Alemana usuarios, 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

3 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 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

4 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 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

5 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 Air Interface MSC PSTN VLR VLR MSC BS MS BS BS BS BS BS BS BS 10

6 Generaciones de redes móviles 1G 2G Movilidad básica Servicios básicos Incompatibilidad 3G Movilidad avanzada (Roaming) Más servicios (presencia de datos) Hacia una solución global Seamless roaming Modelos de servicio Acceso radio global Solución Global 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: Lanzamiento oficial del servicio GSM en Europa (God Has Sent Mobiles ). 1993: Ya hay 36 redes GSM en 22 países y otros 25 ya la han seleccionado o la están considerando : 1.3 millones de suscriptores en todo el mundo : 5 millones de suscriptores 12

7 Arquitectura de red GSM 13 Estación Base GSM 14

8 El primer teléfono GSM Nokia de Noviembe de 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

9 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

10 El éxito de GSM Millones de usuarios en el mundo Fuente : EMC & GSM MoU Association 19 20

11 Redes Móviles. Tema 1 21 Redes Móviles. Tema 1 22

12 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 TE MSC+VLR HLR Signalling link TAF MS Radio interface BSS SGSN GGSN IWF PSTN PSDN ISDN HLR: Home Location Register VLR: Visiting Location Register MSC: Mobile Swithcing Center MS: Mobile Station BSS: Base-Station Subsystem TAF: Terminal Adaptation Function Network 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

13 Orígenes de UMTS Desde no existió la idea de un estándar común para 3G. En general, investigaciones y mejoras a 2G sin integración. En Dic se establece el 3GPP ( 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 RAN PDN CN Core Network Transporte, movilidad, control de servicios, etc. Mobile Station Radio Access Network 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 26

14 UMTS R99 VLR Air Interface MSC GMSC PSTN / ISDN Node B SS7 network HLR e.g. The Internet RNC SGSN GGSN IP-based PDN (public / private) UTRAN RNC Internal IP backbone network UMTS Core network 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 27 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 28

15 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 29 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

16 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 handover en UMTS 3G-MSC RNC Node B MS 3G-MSC Node B RNC Iu 2G-MSC BTS BSC 32

17 Encaminamiento de llamada entrante 3G-MSC VLR HLR RNC Node B GMSC MS 3G-MSCVLR Node B RNC PSTN Uu Iu 33 Encaminamiento de paquetes SGSN HLR RNC Node B SGSN MS GGSN Node B IP Tunnel RNC Uu Iu Internet 34

18 Uso actual de las tecnologías 35 Telefonía móvil vía satelite 36

19 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

20 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

21 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

22 El futuro de las redes móviles 43 Redes multisalto Redes ad hoc Redes malladas Redes de sensores 44

23 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, ) 45 Tecnologías del Siglo XXI Tema 4.- Telefonía Móvil Pedro M. Ruiz Martínez <pedrom@um.es> Curso 2009/10 46