Quinto Boletín Tecnológico. Presentación

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1 Setiembre 2006 Sub-Gerencia de Investigación Área tecnológica Gerencia de Políticas Regulatorias OSIPTEL Quinto Boletín Tecnológico Presentación El provecho que se obtiene del desarrollo tecnológico en telecomunicaciones, no solo surge de la utilización de nuevos descubrimientos en el campo de la investigación sino también de la utilización más eficiente de la infraestructura ya existente, y esto se realiza mediante la interoperabilidad de redes o sistemas, cuyas funcionalidades, combinadas convenientemente, pueden resultar en alternativas mas eficientes en términos de prestaciones de los servicios públicos de telecomunicaciones para los usuarios. Este es el caso de las redes móviles y las redes inalámbricas fijas que operan dentro del espectro radioeléctrico no licenciado. De un lado está la variedad de servicios que se ofrecen en las redes móviles, pero todavía con limitaciones en el acceso de radio para brindar aplicaciones que requieren ancho de banda similar a los que se consiguen con las tecnologías alámbricas. Por otro lado las tecnologías fijas inalámbricas no licenciadas que ya disponen de este ancho de banda, tienen un despliegue significativo ya sea en redes privadas o mediante Hot-Spots, y cuyo despliegue es ciertamente de menor costo comparado con los acceso inalámbricos que operan en espectro radioeléctrico que requieren licencia. En este Boletín se describe de manera sucinta la arquitectura que permite crear sinergia entre este acceso inalámbrico no licenciado y las redes móviles, generando mayores posibilidades de acceso a los usuarios y los beneficios que de ella pueden tener las empresas operadoras móviles para ampliar y mejorar su cobertura de servicios sobre una planta ya existente y con tecnología que requiere menores costos. EN ESTE NÚMERO Artículo Central / Pág 2 Notas Tecnológicas / Pág 8

2 Artículo Central ACCESO A REDES MÓVILES DESDE REDES DE ÁREA LOCAL INALÁMBRICA La constante evolución tecnológica de las redes de telecomunicaciones permite poner a disposición de los usuarios más alternativas de acceso a las redes sobre las que se soportan los servicios ofrecidos por las empresas operadoras de redes o prestadoras de servicios. En el caso de las redes de servicios móviles, actualmente en operación, el acceso de radio impone restricciones de ancho de banda a los usuarios, aún en las redes de tercera generación, pues si bien se tiene diversas prestaciones como la mensajería de texto, mensajería multimedia, servicios basados en ubicación, etc., cuando se trata de cursar tráfico para aplicaciones de videoconferencia, aplicaciones de datos, imágenes de alta resolución, la demanda de ancho de banda de tales aplicaciones no puede ser satisfecha por los accesos de radio utilizados actualmente. Esto ha motivado el estudio de nuevas alternativas de acceso a las redes móviles y para ello se ha diseñado un nuevo modelo de red de acceso que permita satisfacer dichos requerimientos. La solución planteada fue, interconectar las diversas WLANs (Wireless Local Area Networks), haciendo uso de su elevada velocidad y gran ancho de banda, con el núcleo de la red celular utilizando espectro de radio no licenciado, a ésta nueva arquitectura de red se le ha denominado UMA (Unlicensed Mobile Access), aunque en el ámbito de 3GPP se le denomina GAN (Generic Access Network). En éste artículo se presenta los conceptos esenciales de esta nueva tecnología, y las implicancias y beneficios que obtendrían las empresas operadoras y los usuarios. Introducción Las redes de servicios móviles actualmente desplegadas tienen una cobertura creciente brindando servicios de calidad, sin embargo la velocidad de transmisión de información disponible es aún limitada 1 para poder ofrecer una aceptable calidad de servicio QoS 2 para aplicaciones que requieren mayor ancho de banda. Por otro lado, el número de redes WLANs ha crecido significativamente en los últimos años, brindando servicios a elevadas tasas de velocidad de información 3 y con una calidad de servicio adecuada dada la provisión de ancho de banda; y su operación en bandas de frecuencia que no requieren licencias para su utilización representa ahorro de costos para la empresa proveedora. Es por ello que dado el requerimiento de ofrecer mas y mejores servicios, los investigadores plantearon la posibilidad de interconectar ambas redes utilizando las ventajas que cada una ofrece, logrando de esta manera un paso importante para la convergencia fijo móvil. Sin embargo para hacer efectiva esta interconexión se necesita añadir nuevos dispositivos en la red y realizar algunas modificaciones en los protocolos. 1 La evolución de los sistemas celulares siempre ha tenido como una de sus metas incrementar la velocidad de transmisión, llegando a la velocidad actual para un sistema GPRS de 45kbps (teóricamente su valor es 172kbps), y para un sistema UMTS hasta 384kbps. 2 QoS son las siglas de Calidad de Servicio (Quality of Service). 3 El estándar , provee velocidades que van desde los 5Mbps para el caso del estándar b hasta los 108Mbps en el estándar n que se encuentra actualmente en desarrollo en la IEEE se espera alcanzar velocidades de 100 Mbps, medidas a nivel MAC; asimismo la tecnología Bluetooth (red de área personal) o provee una velocidad de 2.1Mbps.

3 Desarrollo de la tecnología Actualmente esta tecnología se está desarrollando en dos entornos: De un lado en el ámbito de un grupo de empresas de telecomunicaciones denominado UMA Fórum 4, con lo cual a esta tecnología se le denominó UMA, establecido en Enero del 2004 con la finalidad de extender los servicios de voz y datos GSM/GPRS hacia tecnologías inalámbricas que operan en bandas de frecuencia no licenciadas, como por ejemplo redes WIFI 5 o Bluetooth. De otro lado en el entorno de 3GPP 6, en el que se le ha denominado GAN (Generic Access Network) se ha desarrollado los estándares 3GPP TS y TS Ambos desarrollos no tienen mayores diferencias, la arquitectura de esta tecnología se muestra en el siguiente gráfico Nº 1. Gráfico Nº 1 ESQUEMA DE ARQUITECTURA UMA / GAN Interfaces de aire Espectro Licenciado UTRAN PLMN GERAN Núcleo de Red Móvil Internet Interfaces de aire Espectro No Licenciado UMA/GAN PSTN Interfaces estandarizadas al núcleo de la red móvil Fuente: Adaptado por el autor de : Mobile@Home GSM services over wireless LAN Ericsson Review Nº Las principales características y ventajas de esta tecnología son: Transmitir la señal de voz y datos del servicio móvil sobre la red inalámbrica no licenciada. 7 Proveer la misma identidad al móvil tanto en la red celular como en la red inalámbrica no licenciada. Realizar las funciones de transición (roaming y handover) entre la red de servicio móvil y la red inalámbrica no licenciada de manera transparente al usuario. Independencia de la tecnología y de los dispositivos que se utilice en la red inalámbrica no licenciada. Seguridad equivalente a la que actualmente tiene la red GSM. Transparencia a las operaciones de la red celular. Incremento de la penetración celular al reducir los costos de inversión. Arquitectura de la Red UMA La red UMA (UMAN) consiste de uno o más puntos de acceso (AP) y de uno o más controladores de Red UMA (UNC), los cuales están interconectados a través de la red de banda ancha IP. El gráfico Nº 2 esquematiza la arquitectura UMA. 4 Alcatel, British Telecom, Singular, Ericsson, Kineto Gíreles, Motorota, Nokia, Nortel Networks, O2, Research in Motion, Rogers Wireless, Siemens, Sony Ericsson, T-Mobile US. 5 Estándares b, a y g. 6 3GPP: 3rd Generation Partnership Project. 7 Red inalámbrica no licenciada: se refiere a la red inalámbrica que trabaja en una banda de frecuencia no licenciada.

4 Gráfico Nº 2 Fuente: Tomado de UMA Technology: Asimismo en el gráfico Nº 3 se muestra un esquema funcional de la red UMA, en ellas se muestran las siguientes tres entidades: 1. Estación Móvil (MS) Es el análogo al terminal móvil en una red celular, la diferencia es que éste debe estar configurado en modo dual, es decir tener la capacidad de trabajar tanto en la red GSM como en la red inalámbrica no licenciada, y asimismo conmutar entre ellas; para lograr éste cometido, el MS debe soportar IP hacia el punto de acceso (AP), y el punto de acceso se conectará con el UNC. 2. Puntos de Acceso (AP) Se puede utilizar el mismo punto de acceso usado para las redes WLANs, debido a que no provee ninguna función específica en el UMAN, la única diferencia radica en que ésta debe estar conectada al UNC a través de la red de banda ancha IP, para que la estación móvil pueda acceder a la red móvil. 3. Controlador de red UMA-UNC El UNC es un dispositivo cuyo funcionamiento es análogo a un controlador de estación base GERAN 8, asimismo es la pasarela que interconecta la red inalámbrica no licenciada con la red celular, a través de las siguientes conexiones: - hacia el punto de acceso AP, se conecta vía una red banda ancha IP; - con el terminal móvil MS, su conexión se realiza mediante la interfaz Up 9, para que de esta forma se mantenga la comunicación extremo a extremo entre ambos; - al núcleo de la red celular, usa las interfaces A y Gb (A interfaz hacia el core network de la red móvil para los servicios de voz y Gb interfaz al nodo de soporte de servicios de datos en modo paquete) y; - con el servidor AAA 10 a través de la interfaz Wm que conecta a la pasarela de seguridad (SEGW) con el servidor de autenticación y autorización (AAA Server). Las funciones soportadas por el UNC son: Transmisión de voz: de la MS al UNC a través del interfaz Up y del UNC al núcleo de la red celular mediante la interfaz A. Transmisión de datos: de la MS al UNC a través del interfaz Up y del UNC al núcleo de la red celular mediante la interfaz Gb. 8 GERAN: GSM EDGE Radio Access Network. 9 Interfaz que permite la conectividad de los puntos de acceso con el controlador UNC, tanto en modo circuito como en modo paquete.(ver 3GPP TS V6.7.0). 10 El servidor AAA es usado para la autentificación del MS.

5 Registro para el servicio y seguridad: a través de una pasarela de seguridad (SGW), el cual realiza túneles desde la estación móvil, de tal manera que provee autentificación mutua, encriptación e integridad de la data para la señalización y para el tráfico de voz y datos. Encargado de funciones como el paging, handover. Sirve para el transporte de mensajes en la capa L3, entre el MS y el núcleo de red. Gráfico Nº 3 Esquema Funcional de la Arquitectura de red UMA A UNC MSC RED MÓVIL Gb Terminal Móvil Dual Punto de Acceso UP SGSN UNC SGW Wm Servidor AAA Fuente: Adaptado de UMA Technology: Para que la arquitectura UMA funcione de manera adecuada, es necesario que los dispositivos propios de la red WLAN cumplan algunos requisitos mínimos, los cuales son: a) Para el caso del WLAN con tecnología Bluetooth: La potencia de transmisión del MS debe ser +16dBm (+4/-1dBm) y del AP es de +20dBm (+0/- 3dBm). La sensibilidad del receptor para el MS no debe ser menor de 81dBm y para el AP no menos de 86dBm. La ganancia de la antena del MS debe ser al menos de 10dBi, y para el AP no menos de 0dBi. b) Para el caso del WLAN implementado con el estándar IEEE802.11b : La potencia de transmisión del MS y del AP debe ser +17dBm (+3/-2dBm). La sensibilidad del receptor para el MS y del AP no debe ser menor de 87dBm. La ganancia de la antena del MS debe ser al menos de 10dBi, y para el AP no menos de 0dBi. Protocolos utilizados Protocolos propios de la red UMA: 1) UMA-RR El protocolo de recurso de radio UMA provee la administración del espectro de radio, reemplazando al protocolo GSM-RR, en el MS. Es diseñado para tomar ventaja de las características del enlace de radio no licenciado desde el radioenlace GERAN. Específicamente, provee las siguientes funciones: Registro con el UNC. Instalación de la ruta portadora para el tráfico en modo circuito entre el MS y UNC. Soporta el handover entre el GERAN y el UMA, asimismo es responsable de funciones como la suspensión GPRS, identificación del AP, la búsqueda, configuración, etc.

6 2) UMA-RLC El protocolo de control de enlace de radio UMA provee los siguientes servicios: Transporta la señalización del GPRS, los mensajes SMS sobre un túnel seguro. Búsqueda, flujo de control, administración del canal de transporte GPRS. Transferencia de los datos del usuario al sistema GPRS. Seguridad en la red UMA La red UMA debe mantener los mismos niveles de seguridad de las redes celulares, para ello es fundamental que la conexión con la red inalámbrica no licenciada no comprometa la seguridad de las redes GSM o GPRS, asimismo es necesario una autentificación y cifrado de la información entre la estación móvil y el UNC, el cual no reemplaza el proceso análogo en la red GSM. Para resolver el problema de seguridad, se implementa diversos mecanismos de cifrado y autentificación sobre todo para la interfaz de radio no licenciado, que protegen la señalización, flujo de voz y datos entre el MS y el UNC, es por ello, que la transmisión en el interfaz Up es protegido mediante IPsec con el protocolo de seguridad ESP e IKEv2 11, la autentificación del suscriptor es a través del EAP-SIM 12 y el proceso inverso es basado en los certificados X La autentificación del usuario por el núcleo de la red celular ocurre entre el MSC/VLR o SGSN y el MS y es transparente al UNC, sin embargo se encripta la autentificación para prevenir los ataques. Una capa de seguridad adicional puede ser empleada para asegurar la comunicación endto-end entre el MS y la aplicación de un servidor. En el gráfico Nº 4 se muestra los niveles de seguridad contemplados en UMA. Gráfico Nº 4 Seguridad en UMAN Terminal Móvil Dual Punto de Acces o RED IP UNC MSC / VLR & SGSN RED IP Servidor Opcional Seguridad en la Interfaz No Licenciada Seguridad en la Interfaz Up Autentificación del suscriptor por la red celular Seguridad opcional para asegurar la comunicación end Fuente : Adaptado de A Symbotic Perspectiva on Low-Cost Cellular an Multihop WLAN Interworking Solutions IEEE Wireless Communications December 2005, Vol.12 Nº 6 11 IPsec es un extensión al protocolo IP que añade características las cuales permiten brindar seguridad en las comunicaciones, su funcionamiento y arquitectura está conformada por diversos protocolos entre las que se encuentra el ESP (Encapsulasión segura del campo de carga) y el IKEv2 (Intercambio de la clave de Internet versión 2). 12 EAP-SIM (Protocolo de autentificación extendida usando el módulo de identidad del suscriptor en una red GSM) especifica mecanismos para la autentificación en una red GSM. 13 El certificado X.509 es un estándar de seguridad emitido por la ITU.

7 Conclusiones Se ha presentado la arquitectura de la red UMA, señalando las principales características de esta tecnología, las cuales posibilitarán: i) a las empresas expandir sus servicios sobre la base de una infraestructura preexistente y de bajo costo para su despliegue o implementación, y ii) a los usuarios podrán contar con una nueva gama de servicios al disponer de una alternativa de acceso de mayor capacidad hacia las redes móviles. Por ello la interoperabilidad entre las redes móviles y la redes WLANs es un modelo que podría ser utilizado para incrementar la penetración y cobertura de los servicios públicos de telecomunicaciones. Esto es una muestra de las ventajas y posibilidades que ofrece el entorno de convergencia fijo-móvil. Referencias 3GPP TS V6.7.0 (Junio 2006). Technical Specification - 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Generic access to the A/Gb interface; Stage 2 (Release 6). 3GPP TS V7.0.0 (Julio 2006). Technical Specification - 3rd Generation Partnership Project; Technical Specification Group GSM/EDGE Radio Access Network; Generic Access (GA) to the A/Gb interface; Mobile GA interface layer 3 specification (Release 7). Alcatel (Abril 2006). E2E UMA Solution Alcatel-Mobile Solution Division MSD. IEEE (Diciembre 2005). Wireless Communications. Vol. 12 Nº 6: A Symbotic Perspective on Low Cost Cellular and Multihop WLAN Interworkin Solutions Frank H.P. Fitzek and Petar Popovski, Aalborg University. Michele Zorzi, University of Padova. IEEE (Diciembre 2005). Wireless Communications. Vol. 12 Nº 6: A Hierarchical Radio Resource Management Framework for Integrating WLANs in Cellular Networking Environments. George T. Karetsos, Sofoklis A. Kyryazakos, Evangelos Groustiotis National Technical University of Athens - Felicita Di Giandomenico, ISTI/CNR and Ivan Mura, GSGIT Motorola Electronics Spa. IEEE (Diciembre 2005). Wireless Communications. Vol. 12 Nº 6: IEEE n: Enhancements for Higher Throughput in Wireless LANs. Yang Xiao, The University of Memphis. Mobile@Home (2005). GSM Services Over Wireless LAN Ericsson Review Nº 2. Unlicensed Mobile Access (2004). Radio Communications - III:Autumn Web oficial de UMA:

8 Notas Tecnológicas T e l e v i s i ó n D i g i t a l El congreso de los Estados Unidos de Norteamérica ha fijado al 17 de febrero de como el día final para la transición hacia la Televisión Digital. Luego de esa fecha cesarán todas las emisiones de televisión analógica (del tipo que se utiliza actualmente para la emisión de las señales de televisión en el Perú). Sin embargo los propietarios de televisión analógica, tendrán a disposición en el mercado americano (deberán comprar) un adaptador o convertidor para cambiar el formato digital hacia el analógico. Aquí en el Perú, no estamos ajenos a estos cambios tecnológicos ya que el Ministerio de Transportes y Comunicaciones mediante la Resolución Ministerial N MTC/03, ha reservado para el Estado 19 canales ubicados en la banda de MHz, para el servicio de radiodifusión por televisión digital, exceptuándose las frecuencias ya otorgadas en la banda UHF (los canales de señal abierta por encima del 14) ni a los canales 30 y 31, que serán entregados a los operadores interesados en calidad de prueba por seis meses. Esto revela que las condiciones, desde el punto de vista regulatorio, ya se han empezado a a dar y seguramente se irán tomando en consideración otras. Demás está decir que en un entorno digitalizado, las vías utilizadas tradicionalmente para la emisión de señales de televisión no serán las únicas pues se considera que en este nuevo entorno se utilizaran los acceso de banda ancha de las redes que no han participado hasta ahora en este tipo de servicios de radiodifusión masivo, tales como los accesos mediante VDSL2, WiMAX, con el uso de IPTV. A su vez es innegable el impacto que estos cambios tendrán en el mercado de la electrónica de consumo, dado que estando la tecnología de DTV disponible, es lógico pensar que ante un eventual anuncio de la prestación de televisión digital en el Perú este mercado experimentará una dinámica talvez similar o distinta a cuando se anunció el cambio de la televisión blanco y negro hacia la televisión a color en ella los propietarios de aparatos de televisión en blanco y negro no incurrieron en gasto alguno, ésta vez, de acuerdo a la experiencia norteamericana, el usuario deberá incurrir en un gasto adicional para mantener vigente su antiguo receptor de televisión. Todo ellos que en términos de convergencia, no sólo se tiene ya la convergencia de redes fijas con las móviles, sino también con las redes de radiodifusión al 19 de setiembre de 2006.