Teoría: Evolución de las Redes Móviles (2G → 5G)

(Respuesta perfecta para 3 puntos)

Las redes móviles han evolucionado respondiendo a tres necesidades principales: mayor capacidad, mejor calidad y nuevos servicios (datos, baja latencia, IoT).

2G – GSM (Conmutación de circuitos)

• Introduce la telefonía digital y la seguridad (cifrado, autenticación).
• Servicios principales: voz y SMS.
• La red se basa en CS (Circuit Switching): se reserva un canal completo durante la llamada.
• Arquitectura: MS → BTS → BSC → MSC + (HLR/VLR/AuC/EIR).
• Limitación: velocidades muy bajas y sin Internet real.

2.5G – GPRS / EDGE (Conmutación de paquetes)

• Objetivo: permitir acceso a Internet.
• Introduce PS (Packet Switching): se usa el canal solo cuando hay datos.
• Añade entidades:
  • SGSN: movilidad y autenticación en PS.
  • GGSN: salida hacia Internet y gestión del APN.
• Ventajas:
  • Mayor eficiencia.
  • Latencia mejorada.
  • El ancho de banda se asigna a demanda y depende del número de usuarios.

3G – UMTS (Servicios multimedia)

• Nuevo acceso radio: UTRAN → NodeB + RNC.
• El núcleo sigue usando CS + PS.
• Aumenta velocidad y capacidad: permite videollamadas e Internet real.
• Motivación: unificar telefonía y datos en una red más robusta y rápida.

4G – LTE/EPS (Todo IP)

• Elimina el dominio CS: todo se transporta sobre IP.
• Objetivo: baja latencia, altas velocidades y arquitectura simplificada.
• Entidades principales:
  • eNB (radio).
  • MME (control, movilidad).
  • SGW (plano de usuario intermedio).
  • PGW (salida al exterior, APN).
  • HSS (abonados).
• Soporta accesos 3GPP y no 3GPP (WiFi, etc.).

5G – Redes virtualizadas y servicios avanzados

• Objetivos clave:
  • eMBB: altas velocidades.
  • URLLC: latencias ultra bajas.
  • mMTC: IoT masivo.
• Introduce network slicing, baja latencia y eficiencia energética.
• Arquitectura basada en virtualización:
  • AMF, SMF, UPF: separación control/usuario.
• Integración de MEC para cómputo en el borde.

2. Arquitectura de Redes (GSM / GPRS / UMTS / LTE)

(Esquemas y funciones)

GSM

MS → BTS → BSC → MSC → (HLR, VLR, AuC, EIR)

• BTS: interfaz radio.
• BSC: controla BTS, handovers locales.
• MSC: señalización, movilidad, establecimiento de llamadas.
• HLR/VLR: bases de datos de ubicación.
• AuC: autenticación.
• EIR: identidades de terminales.

GPRS

MS → BTS → BSC → SGSN → GGSN → Internet

• SGSN: movilidad y seguridad en dominio PS.
• GGSN: puerta a Internet, gestiona el APN.

UMTS (3G)

UE → NodeB → RNC → SGSN → GGSN → PDN

• NodeB: radio 3G.
• RNC: control radio avanzado (QoS, handover).
• Núcleo igual que GPRS (SGSN/GGSN).

4G / LTE / EPC

UE → eNB → MME + SGW + PGW → Internet

• eNB: radio + parte del control (scheduler).
• MME: movilidad, autenticación, paging.
• SGW: ancla de movilidad en plano de usuario.
• PGW: salida a Internet, gestiona APN.
• HSS: base de abonados.

3. Paging, Localización y Movilidad

(Pregunta recurrente en exámenes)

Location Update

• El territorio se divide en Location Areas (LA).
• Cuando el móvil cambia de LA, envía un location update.
• VLR: almacena temporalmente la ubicación.
• HLR: mantiene la ubicación permanente del abonado.

¿Qué es el paging?

El paging es un procedimiento para localizar a un móvil cuando recibe una llamada o datos, ya que este no está transmitiendo constantemente para ahorrar batería.

Cómo funciona

1. La red recibe una llamada o mensaje para el MS.
2. El MSC/MME consulta en qué LA está.
3. Envía un mensaje de broadcast (paging) a todas las celdas de esa LA.
4. El MS responde.
5. Se establece el canal (GSM) o el bearer (LTE).

Por qué es necesario

• El móvil no transmite continuamente para reducir el consumo.
• La red no sabe exactamente en qué celda está, solo en qué LA.

4. Roaming, APN, GGSN/PGW y Netflix

(Pregunta clásica de examen)

Qué es un APN

Es el nombre del punto de acceso que determina:

• A qué red externa (PDN) se conecta el usuario.
• A través de qué GGSN/PGW sale a Internet.

Por qué en roaming ves el catálogo español de Netflix

• Aunque estés en otro país, tu tráfico móvil sale por el PGW español.
• Tu IP es española, así que Netflix te muestra el catálogo de España.
• Esto se conoce como «Home Routing».

Por qué por WiFi ves el catálogo del país visitado

• No usas APN: la salida a Internet es el router del país visitado.
• Tu IP es extranjera, por lo que Netflix detecta la ubicación local.

5. Virtualización: NFV, SDN, CUPS, UPF, MEC

NFV (Network Function Virtualization)

Concepto: Las funciones de red antes implementadas en hardware (MME, PGW, firewalls…) pasan a ser software en máquinas virtuales.

Ventajas: Flexibilidad, escalabilidad, menor coste y despliegues más rápidos.

SDN (Software Defined Networking)

• Separación del plano de control y del plano de datos.
• Control centralizado que permite la automatización.

CUPS (Control and User Plane Separation)

• Evolución en 4G que separa PGW-C/PGW-U y SGW-C/SGW-U.
• Permite que el plano de usuario esté más cerca del usuario, reduciendo la latencia.

UPF – User Plane Function (5G)

• Nodo clave del plano de usuario en 5G que sustituye al PGW-U.
• Encargado del reenvío (forwarding) de datos.

MEC (Multi-access Edge Computing)

• Lleva la computación al borde de la red para reducir la latencia drásticamente.
• Fundamental para vehículos autónomos, industria y URLLC.

6. GPRS: Características del Sistema

• Es conmutación de paquetes.
• El ancho de banda se asigna solo cuando hay datos.
• Depende del número de usuarios.
• Mejora los SMS, la interfaz aérea y la latencia.
• Añade los nodos SGSN/GGSN.

7. Señalización, LA y PLMN

PLMN (Public Land Mobile Network)

• Red móvil gestionada por un operador. Un país puede tener varios PLMN (Vodafone, Orange, etc.).

LA – Location Area

• Conjunto de celdas bajo un mismo VLR. El móvil hace un location update cuando cruza sus límites.

Funciones de señalización GSM

• Establecimiento y liberación de llamadas.
• Autenticación y Paging.

Cuestionario de Repaso

Pregunta 1 — Explica la arquitectura 3G/UMTS y de dónde viene

La arquitectura UMTS (3G) surge como evolución de GSM (2G) y GPRS (2.5G) para dar soporte a mayores velocidades y servicios multimedia.

Antecedentes: GSM y GPRS

• GSM: Incluía MS, BTS, BSC, MSC, HLR/VLR y AUC/EIR.
• GPRS: Añadió SGSN (movilidad PS) y GGSN (puerta a Internet/APN).

Arquitectura UMTS

Introduce la red de acceso UTRAN, compuesta por NodeB (estación base inteligente) y RNC (controlador de recursos radio). El núcleo integra entidades de circuitos y paquetes.

Esquema: UE → NodeB → RNC → SGSN → GGSN → Internet

Pregunta 2 — ¿Qué es el paging y por qué es necesario?

Es el procedimiento mediante el cual la red busca a un móvil para entregar una llamada o mensaje entrante.

• Funcionamiento: El MSC/SGSN consulta la LA en el VLR, envía un broadcast a todas las celdas de esa área y el móvil responde para asignar un canal.
• Necesidad: Ahorro de batería (el móvil no transmite siempre) y eficiencia de red (la red solo conoce la LA, no la celda exacta).

Pregunta 3 — ¿Por qué el usuario ve el catálogo español de Netflix en roaming?

• En red móvil: El tráfico se encapsula hacia el PGW/GGSN del país de origen (Home Routing). El usuario navega con una IP española.
• En WiFi: El tráfico sale por el router local del país visitado, obteniendo una IP extranjera y, por ende, el catálogo local.

Pregunta 4 — Evolución de las redes móviles (Resumen)

• 2G: Voz digital y SMS.
• 2.5G: Datos por paquetes (SGSN/GGSN).
• 3G: UTRAN, mayor velocidad y multimedia.
• 4G: Todo IP, baja latencia (MME, SGW, PGW).
• 5G: Virtualización, IoT masivo y latencia ultra baja (UPF, slicing).

Pregunta 5 — ¿Qué nos llevó a crear la red 5G?

La demanda de velocidades extremas, latencia mínima para servicios críticos (medicina, robótica), conexión masiva de dispositivos (IoT) y la necesidad de una red más eficiente mediante virtualización (NFV/SDN).

Pregunta 6 — ¿Cuál es el coste principal de GSM?

El coste más alto residía en las BTS (estaciones base), debido a su elevado número, complejidad de instalación, mantenimiento y alto consumo energético.

Pregunta 7 — ¿Qué es UPF?

El User Plane Function (UPF) es la entidad de 5G encargada del encaminamiento de datos. Es la evolución del plano de usuario bajo la arquitectura CUPS, permitiendo procesar datos en el borde (MEC) para reducir la latencia.