Señalización y Operativa en Redes GSM

1. Señalización MS-Red

a) ¿En cuántos tipos se clasifica?

• Señalización para gestión de la comunicación (CM, Communication Management).
• Señalización para gestión de la movilidad (MM, Mobility Management).
• Señalización para gestión de recursos radio (RR, Radio Resource management).

b) ¿Para qué se requiere cada tipo?

• Gestión de la comunicación (CM): Para la gestión de llamadas, servicios suplementarios y servicios SMS. Se realiza mediante protocolos RDSI adaptados y protocolos específicos de GSM.
• Gestión de la movilidad (MM): Para el registro y localización de las estaciones móviles (MS) y funciones de seguridad. Se realiza mediante protocolos específicos de GSM.
• Gestión de recursos radio (RR): Para asignar y liberar recursos de comunicación entre la MS y la red, así como su reconfiguración durante los traspasos. Se realiza mediante protocolos específicos de GSM.

c) ¿En qué orden secuencial interviene cada tipo?

1. RR (Gestión de Recursos Radio).
2. MM (Gestión de la Movilidad).
3. CM (Gestión de la Comunicación), solo si se va a realizar una llamada, enviar un SMS, etc.

d) ¿Qué entidad o entidades funcionales intervienen en el manejo/procesamiento de cada tipo?

• RR: MS, BTS, BSC y MSC (todas las entidades intervienen).
• MM y CM: MS y MSC.

2. Sesiones Radio MS-Red

a) ¿Para qué se requieren? ¿Tienen equivalente en las redes de telefonía fija y por qué?

Se requieren para solicitar un recurso de comunicación para interactuar con la red. No tienen un equivalente en las redes de telefonía fija, porque en estas el recurso (el par de cobre) ya está asignado de forma permanente.

b) ¿Con qué protocolo o protocolos de señalización se gestionan?

Se gestionan mediante procedimientos RR específicos.

c) ¿Qué entidad o entidades funcionales intervienen?

Intervienen la MS, BTS, BSC y MSC.

d) ¿Qué entidad o entidades funcionales pueden iniciarlas y para qué?

Una MS puede iniciarlas. Las razones para una sesión de radio incluyen:

• Hacer o responder una llamada telefónica.
• Enviar o recibir un SMS.
• Actualizar la posición de la MS.
• Activar o desactivar una MS (encendido/apagado).
• Restablecer la comunicación tras una pérdida momentánea por factores adversos (interferencias, desvanecimientos, falta de cobertura, etc.).

e) ¿Qué información se requiere para iniciarlas y cómo se obtiene dicha información?

El móvil debe conocer la ubicación de los canales RACH (para solicitar el recurso) y AGCH (para ser notificado si se le concede el recurso). Esta información se obtiene escuchando el canal de difusión (BCCH), que la transmite periódicamente.

f) ¿A través de qué canales lógicos se gestionan? Explique la operativa.

Conociendo la ubicación de los canales RACH y AGCH, la MS puede iniciar una sesión de radio. El móvil solicita el recurso a través del canal RACH. La red notifica la asignación del recurso a los móviles solicitantes a través del canal AGCH.

g) ¿Qué entidad funcional controla la asignación/liberación de los recursos para ello?

El BSC (Base Station Controller).

3. Traspaso (Handover) en Redes GSM

a) ¿Qué es y cómo se define?

Se define como la reconfiguración total o parcial de los recursos de transmisión entre la MS y la MSC en el transcurso de una llamada, manteniendo la continuidad de la comunicación.

b) ¿En qué circunstancias se lleva a cabo y por cuáles causas?

• Desplazamiento de la MS de una célula a otra.
• Distribución de tráfico entre células.
• Degradación de la calidad del canal de radio en la misma célula.

c) ¿Qué entidad funcional determina que se lleve a cabo y en base a qué elementos?

El BSC es quien determina la conveniencia del traspaso, evaluando hasta las seis mejores células candidatas. La decisión se basa en mediciones continuas de la calidad de la transmisión del canal de radio, realizadas tanto por la MS como por la BTS. La MS mide la célula actual y las adyacentes (hasta 16 células vecinas) y envía informes de medición periódicos al BSC a través del canal SACCH (al menos una vez por segundo). El BSC evalúa estas mediciones para tomar la decisión.

d) ¿A través de qué canal o canales lógicos se desarrolla toda la señalización MS-red relacionada?

A través de los canales SACCH y FACCH.

e) ¿Cuáles son los posibles tipos y qué procedimientos de señalización se requieren para cada tipo?

Tipos de traspasos por cambio de célula:

• Intra-BSC (traspaso interno): Las células de origen y destino dependen del mismo BSC. Se gestiona solo mediante procedimientos RR.
• Intra-MSC (traspaso interno): Las células de origen y destino pertenecen a la misma MSC pero a diferentes BSC. Se gestiona solo mediante procedimientos RR.
• Inter-MSC (traspaso externo): Las células de origen y destino pertenecen a diferentes MSC y BSC. Se gestiona mediante procedimientos RR, MAP e ISUP.

f) ¿A qué se denomina MSC ancla y qué función desempeña?

La MSC ancla (anchor MSC) es la responsable del control de la llamada y procesa toda la señalización de MM y CM con la MS. Cualquier otra MSC involucrada en traspasos (simples o subsiguientes) actúa como intermediaria bajo el control de la MSC ancla.

g) ¿A través de qué protocolo de señalización MS-red se lleva a cabo?

Protocolo RR.

h) ¿A través de qué protocolo de señalización de red se lleva a cabo?

Protocolos MAP e ISUP (en caso de que intervengan en traspasos externos).

4. Gestión de Recursos Radio (RR)

a) ¿A través de qué canal o canales lógicos de la interfaz MS-red se llevan a cabo?

A través de los canales RACH y AGCH.

b) ¿A través de qué protocolo de señalización MS-red se lleva a cabo?

A través del protocolo RR.

Gestión de Movilidad y Seguridad en GSM

1. Gestión de la Movilidad

a) ¿Cuáles son las funciones básicas que desarrolla? Explique cada una.

• Localización del móvil: Se realiza a través de varios mecanismos. El HLR conoce el conmutador (MSC) que atiende al móvil. El VLR conoce el Área de Localización (LA) mediante procedimientos como la actualización de posición y la asignación de un TMSI en cada LA. Además, el VLR gestiona los mensajes de aviso (paging) para llamadas y mensajes entrantes.
• Control de seguridad: Se basa en la autenticación para controlar el acceso a la red y en el cifrado para proteger el intercambio de información entre el móvil y la red.

b) Explique qué relación tiene con la estructura jerárquica de las redes GSM.

La red GSM está estructurada en regiones, y cada región contiene Áreas de Localización (LA). Existe una relación directa entre esta estructura y la gestión de la movilidad. El HLR permite saber en qué región se encuentra el móvil, mientras que el VLR identifica el LA específico en el que se ubica.

c) Explique qué relación tiene la identificación de las MS con la estructura jerárquica de las redes GSM.

Cada región dispone de un conjunto de MSRN para el enrutamiento de llamadas. Las regiones están formadas por Áreas de Localización (LA), que a su vez contienen las células. En cada LA, se utiliza un TMSI para la identificación temporal del usuario por razones de seguridad. Si un móvil cambia de área, debe actualizar su posición y recibir un nuevo TMSI. Si cambia de región, también cambiará de MSRN y, por consiguiente, de TMSI.

d) Explique la relación entre los mensajes paging y la estructura jerárquica de la red.

Existe una relación directa, ya que la red conoce la ubicación del móvil (región y área). Por lo tanto, cuando llega una llamada o un SMS, cada célula dentro del LA correspondiente difunde un mensaje de aviso (paging) por el canal PCH, dirigido al TMSI del móvil destinatario.

e) ¿Por qué y para qué se requiere el procedimiento de registro de las MS en la red?

Para que la red sepa si el móvil está activo o no y para conocer su ubicación (en qué región y área se encuentra).

f) ¿A través de qué canales lógicos se llevan a cabo los procedimientos de gestión de la movilidad?

Se utiliza un canal de control dedicado asignado para la ocasión, como el SDCCH.

2. Identificador Temporal de Suscriptor Móvil (TMSI)

a) ¿Qué es?

Es un identificador temporal de una MS que está ligado a su localización geográfica (Área de Localización).

b) ¿Dónde se utiliza?

Se utiliza en la interfaz de radio (RSS) entre el móvil y la red.

c) ¿Para qué se utiliza?

Para garantizar la privacidad del IMSI, minimizando el envío de este identificador sin cifrar a través de la interfaz Um.

d) ¿Qué entidad funcional lo asigna?

El VLR vinculado a la MSC.

e) ¿En qué parte de la red GSM tiene valor?

Está vinculado a un Área de Localización (LA).

f) ¿En qué entidad o entidades de la red GSM se almacena?

Se almacena en la MS (en la tarjeta SIM) y en el VLR visitado.

3. Seguridad de Acceso a la Red GSM

a) Explique para qué, cómo y en base a qué mecanismos se garantiza la seguridad.

La seguridad se garantiza para dos propósitos principales: permitir el acceso a la red solo a usuarios autorizados (autenticación) y proteger el intercambio de información entre el móvil y la red (cifrado). El cifrado se realiza mediante una clave generada durante el proceso de autenticación.

b) ¿Se aplica a todo intercambio entre MS y red?

Sí, se aplica a todo el intercambio por las razones de seguridad mencionadas.

c) ¿Qué tipo de información protege?

Protege toda la información, tanto la de usuario como la de señalización.

d) ¿En qué parte de la red GSM se aplica?

Se aplica en el acceso radio (entre la MS y la BTS), ya que es un medio abierto y vulnerable a ataques fraudulentos.

e) ¿Qué entidades funcionales intervienen y para qué?

Intervienen el móvil (tarjeta SIM), el HLR, el AuC, el VLR/MSC visitado y la BTS (esta última únicamente en el cifrado, una vez finalizada la autenticación).

f) ¿En qué momentos se llevan a cabo los procedimientos de seguridad?

Se requiere protección para todo intercambio entre el móvil y la red. Por lo tanto, los procedimientos de seguridad se aplican en todas las situaciones: al establecer o liberar una llamada, durante una llamada, fuera de llamada, al enviar o recibir un SMS, al encender o apagar la MS, etc.

g) ¿Tiene alguna relación con la asignación del TMSI?

Sí, tiene relación con la seguridad, ya que el TMSI se utiliza para proteger la identidad del usuario (el IMSI). Se asigna cuando el móvil se registra en la red.

4. Identificación de la Estación Móvil (MS)

La MS se identifica ante la red de la siguiente manera:

• a) Al encenderse: Con el IMSI si no está registrado; con el TMSI si ya lo está.
• b) Al apagarse: Con el TMSI.
• c) Al originar una llamada: Con el TMSI.
• d) Al recibir una llamada: Con el TMSI.
• e) Al enviar un SMS: Con el TMSI.
• f) Al recibir un SMS: Con el TMSI.
• g) Al registrarse: Con el IMSI.
• h) Al actualizar su posición: Con el TMSI.
• i) Durante los traspasos: Con el TMSI.

5. Procedimiento de Registro de la MS

a) ¿Para qué se requiere?

Para poder tener acceso a los servicios de la red. Esto implica que la red te asigne un TMSI por seguridad y que sepa si estás activo y dónde te encuentras para poder localizarte.

b) ¿Qué identificador utiliza la MS para ello?

Utiliza el IMSI.

c) ¿Cuándo se requiere?

Cuando es el primer acceso a la red o cuando la red lo solicita.

d) ¿Qué entidades funcionales tienen constancia del registro?

El HLR tiene constancia de la región donde se encuentra la MS, y el VLR visitado sabe en qué LA específico está, dentro de todos los que gestiona.

e) ¿Qué otro procedimiento de gestión de la movilidad lleva implícito?

La actualización de la posición.

f) ¿A través de qué canales lógicos se lleva a cabo?

A través de los canales RACH, AGCH y SDCCH.

g) ¿A través de qué protocolo de señalización MS-red se lleva a cabo?

1. Protocolo RR: para la petición y asignación de recursos mediante los canales RACH y AGCH.
2. Protocolo MM: para la comunicación a través del canal SDCCH.

h) ¿A través de qué protocolo de señalización de red se lleva a cabo?

Protocolo MAP.

6. Procedimiento de Actualización de Posición

a) ¿Por qué y para qué se requiere?

Es un procedimiento que permite a la red (previa autenticación) conocer en todo momento la ubicación de la MS.

b) ¿Qué identificador utiliza la MS para ello?

Utiliza el TMSI, ya que se asume que la MS ya está registrada en la red.

c) ¿Cuándo es necesario?

Cuando la MS detecta un cambio de Área de Localización (LA) debido a su desplazamiento.

d) ¿Se lleva a cabo dentro o fuera de llamada?

Se desarrolla siempre fuera de una llamada.

e) ¿Qué entidad funcional lo inicia y a partir de qué suceso?

Lo inicia el móvil cuando detecta un cambio de LA.

f) ¿Qué entidades funcionales intervienen?

El móvil (con su tarjeta SIM) y el VLR visitado.

g) ¿Cuándo debe ser notificado el HLR de la actualización?

Cuando el procedimiento implica un cambio de región de MSC.

h) ¿En qué caso interviene más de un VLR?

Cuando la nueva LA pertenece a otro VLR. En este caso, el nuevo VLR no reconoce el TMSI y LAI anteriores, por lo que contacta al VLR antiguo para solicitar el IMSI. Una vez obtenido, el nuevo VLR contacta con el HLR para informar que la MS ahora depende de una nueva MSC. Finalmente, el HLR notifica al VLR antiguo que borre el registro de la MS.

i) ¿A través de qué canales lógicos se lleva a cabo?

Se solicita el recurso por RACH y se notifica por AGCH (protocolo RR). Una vez asignado el recurso, la señalización se realiza por el SDCCH (protocolo MM).

j) ¿A través de qué protocolo de señalización MS-red se lleva a cabo?

Protocolo MM.

k) ¿A través de qué protocolo de señalización de red se lleva a cabo?

Protocolo MAP.

7. Procedimiento de Apagado de la MS

a) ¿Qué entidad o entidades de la red son notificadas?

La MSC/VLR visitada.

b) ¿Con qué objetivo se hace dicha notificación?

El objetivo es ahorrar recursos de red, evitando el consumo de transmisión y procesamiento (como los mensajes de paging por el canal PCH) cuando se intenta contactar a una MS que está inactiva o apagada.

c) ¿Qué entidad de la red indicará que la MS no está disponible?

El VLR en el que estaba registrada cuando se apagó.

Gestión de Llamadas y Servicios en GSM

1. Procedimientos de Control de Llamada

a) ¿Qué protocolos utilizan en la interfaz MS-red y entre las entidades del NSS?

• Para Control de Llamada (CC) y Servicios Suplementarios (SS):
  • Interfaz MS-red: Protocolo Q.931m.
  • Entre entidades del NSS: Protocolo ISUP.
• Para SMS:
  • Interfaz MS-MSC: Protocolo SMRP.
  • Interfaces internas del NSS: Protocolo MAP.

b) ¿Qué identificadores de las MS utilizan?

• Interfaz MS-red: El IMSI si no está registrada y el TMSI si lo está.
• Dentro del NSS: El identificador MSRN.

c) ¿Qué canales lógicos utilizan en las fases de establecimiento y liberación de llamada?

• Establecimiento de llamada: Se utilizan SDCCH y FACCH en los casos de asignación de TCH típica y tardía. En el caso de asignación temprana, solo se utiliza el canal FACCH.
• Liberación de llamada: En todos los casos se utiliza únicamente el canal FACCH.

2. Asignación del Canal de Tráfico (TCH)

a) ¿Por qué se requiere considerar el momento adecuado para asignarlo?

Es crucial para la eficiencia en la utilización de los recursos de radio y para la probabilidad de bloqueo de llamadas. El momento de la asignación del TCH afecta directamente la disponibilidad de canales para otros usuarios.

b) ¿Qué estrategias de asignación conoce? Compárelas.

Existen tres estrategias:

• Estrategia temprana: El TCH se asigna desde el inicio de la llamada, y toda la señalización viaja por él. Esto reduce la probabilidad de bloqueo para el usuario que llama, pero aumenta la del resto de usuarios al ocupar un recurso de tráfico prematuramente.
• Estrategia típica y tardía: Gran parte de la señalización inicial se dirige por el canal SDCCH, y el TCH se asigna más tarde. Esto optimiza el uso de los recursos de radio y reduce la probabilidad de bloqueo general en la red.

3. Relación entre MSRN y el Protocolo ISUP

¿Puede plantearse que los MSRN son una consecuencia del uso del protocolo ISUP en el NSS?

Sí. El protocolo ISUP, originario de la telefonía fija, utiliza el número de abonado para enrutar las llamadas entre conmutadores. Sin embargo, en las redes móviles, el MSISDN no proporciona información sobre la ubicación actual del móvil. Para solucionar esto, GSM introdujo el MSRN (Mobile Station Roaming Number), un número temporal que identifica la MSC donde se encuentra el móvil, permitiendo a ISUP encaminar la llamada correctamente.

4. Número de Itinerancia de la Estación Móvil (MSRN)

a) ¿Qué es?

Es el Mobile Station Roaming Number, una solución de GSM para el enrutamiento de llamadas entre MSC. Es un número temporal vinculado a una MSC que se asigna a cada MS itinerante.

b) ¿Dónde se utiliza?

En el NSS (Network and Switching Subsystem).

c) ¿Para qué se necesita y se utiliza?

Se necesita para el enrutamiento y el control de llamada con ISUP en el NSS. Se utiliza para identificar una MS en la MSC visitada.

d) ¿Qué entidad funcional lo asigna?

Lo asigna el VLR visitado.

e) ¿En qué entidades de la red se almacena?

Se almacena en el VLR visitado y en el HLR.

5. Asignación de MSRN a las MS

a) ¿Para qué se requiere asignar un MSRN a una MS?

Se asigna cuando una MS entra en el área de una MSC para que las llamadas destinadas a esa MS puedan ser encaminadas correctamente. El MSRN permite al conmutador de origen saber a qué conmutador de destino dirigir la llamada.

b) ¿Qué métodos de asignación existen? Explique sus ventajas e inconvenientes.

• Por defecto: El MSRN se asigna en cuanto la MS se registra en el VLR visitado, y este lo notifica al HLR.
  • Ventaja: Procedimiento más rápido.
  • Desventaja: Se desaprovechan números de itinerancia, ya que el HLR debe disponer de muchos MSRN que no siempre están en uso.
• Bajo demanda: El MSRN se asigna solo cuando el HLR lo solicita al VLR visitado para encaminar una llamada entrante.
  • Ventaja: Se aprovecha mejor el recurso MSRN, necesitando menos cantidad para ofrecer el mismo servicio.
  • Desventaja: Introduce una demora, ya que el HLR tiene que consultar al VLR.

6. Protocolo de Aplicación Móvil (MAP)

a) ¿En qué parte de la red se utiliza y entre qué entidades?

Es un protocolo transaccional específico de GSM que se utiliza en el subsistema NSS para CM, MM y RR. Se emplea entre entidades como MSC, GMSC, las bases de datos (VLR, HLR, EIR, AuC) y el SMSG (SMS Gateway).

b) ¿En qué procedimientos de señalización interviene?

Interviene en la señalización para control de llamadas, servicios suplementarios, movilidad, autenticación, cifrado, SMS, etc.

c) ¿Sobre qué protocolos de la pila SS7 se ejecuta?

Utiliza los servicios TCAP/SCCP/MTP de la pila de protocolos SS7.

d) ¿Utiliza servicios de red SS7 conectivos o no conectivos? ¿Por qué?

Utiliza servicios SCCP no conectivos, porque es un protocolo transaccional basado en un modelo de pregunta y respuesta.

e) ¿Es un protocolo relativo a circuitos? ¿Por qué?

No, es un protocolo no relativo a circuitos, porque no interviene directamente en el establecimiento de los circuitos de voz o datos.

f) ¿Qué identificadores de MS utiliza?

Utiliza diferentes identificadores según el contexto del diálogo, como IMSI, MSISDN, IMEI y MSRN.

g) ¿Por qué las interfaces MAP son internas o internas y externas?

Son internas cuando vinculan dos entidades del núcleo de un mismo operador (ej. HLR-AuC). Son internas y externas cuando pueden vincular entidades de un mismo operador o de operadores diferentes, como es el caso de las interfaces HLR-VLR y VLR-VLR, fundamentales para la itinerancia (roaming).

7. Encaminamiento de Llamadas

a) ¿Cuál es la primera entidad funcional a consultar para encaminar una llamada a una MS?

El HLR propio de la MS. Se consulta mediante el protocolo MAP. La razón es que el HLR es la única entidad que siempre conoce la región MSC/VLR visitada por la MS, lo que permite obtener el MSRN necesario para encaminar la llamada hacia ella.

b) ¿Qué tipo de conmutador realiza dicha consulta en los siguientes casos?

• Llamada nacional desde un fijo (con capacidad de diálogo): El conmutador de la red fija con capacidad de diálogo (una central local o de tránsito) consulta directamente al HLR de la red GSM.
• Llamada nacional desde un fijo (sin capacidad de diálogo): La llamada se encamina a una GMSC (Gateway MSC) de la red móvil, que actúa como pasarela y realiza la consulta al HLR.
• Llamada nacional desde un móvil de otro operador: Una GMSC de la red móvil de origen actúa como pasarela y consulta al HLR de la red de destino.
• Llamada internacional desde un fijo (con capacidad de diálogo): La Central de Tránsito Internacional (CTI) del país de origen consulta al HLR del país de destino.
• Llamada internacional desde un fijo (sin capacidad de diálogo): Existen varias posibilidades, como que la CTI de origen encamine la llamada a una CTI o GMSC en el país de destino para que esta realice la consulta al HLR.

8. Portabilidad del MSISDN

a) ¿Qué es?

Es un servicio que permite que un número de móvil (MSISDN) asignado originalmente por un operador pueda ser utilizado en la red de un operador diferente, manteniendo el mismo número.

b) ¿Qué entidades funcionales se requieren?

Requiere una base de datos central de números portados (CDB) y una base de datos propia de números portados en cada operador (HDB), que son copias de la CDB.

c) ¿Cuál es el procedimiento para encaminar una llamada?

Para cada llamada, la MSC de origen consulta su HDB local para determinar si el número llamado es propio o no. Si es un número propio (nativo o portado hacia el operador), la MSC consulta a su propio HLR. Si es un número no propio, la HDB devuelve la información de enrutamiento necesaria para alcanzar al operador de destino correcto.

9. Servicio de Mensajes Cortos (SMS)

a) ¿Cómo lo define?

Es un servicio de envío y recepción de mensajes alfanuméricos de pequeño tamaño.

b) ¿Cuáles son sus principales características?

• Permite la comunicación entre estaciones móviles (MS).
• Puede usarse para difundir información de interés general.
• El tamaño está limitado a 140 octetos.
• Es gestionado por la lógica SMS de la subcapa CM.

c) ¿Por qué el tamaño de los mensajes está limitado a 160 caracteres?

El límite es de 140 octetos, lo que equivale a 160 caracteres si se utiliza una codificación de 7 bits por carácter. Esta limitación viene impuesta por las restricciones de la red de señalización SS7 sobre la que se transporta.

d) ¿Requiere establecerse un circuito físico? ¿Por qué?

No, no es necesario un circuito físico de extremo a extremo. Es un servicio en modo diferido (almacenamiento y retransmisión) que utiliza un nodo externo llamado SMSC (SMS Center). La MS origen solo necesita una sesión de radio para enviar el mensaje al SMSC, y la red establece otra sesión de radio con la MS destino para entregarlo.

e) ¿Qué entidades funcionales y protocolos le dan sustento?

• Entidades: SMSC (nodo externo), SMSG (SMS Gateway), MSC/VLR y HLR.
• Protocolos: SMTP (Short Message Transport Protocol), SMRP (Short Message Relay Protocol), MAP y un protocolo no GSM entre SMSG y SMSC.

f) ¿Qué tipo de canales lógicos de la interfaz Um utiliza?

Puede utilizar el canal SACCH si ya existe una llamada en curso, o el canal SDCCH si se establece una sesión de radio específicamente para el SMS.

GPRS: General Packet Radio Service

1. Introducción al Servicio GPRS

a) ¿Cómo lo define y para qué fue especificado?

GPRS (General Packet Radio Service) es una extensión del sistema GSM para servicios de datos en modo de paquetes (considerado 2.5G). Fue especificado para proveer un servicio portador para acceso móvil a redes de datos con mejores prestaciones que GSM.

b) ¿Qué ventajas aporta respecto a GSM?

GPRS aporta una mayor rapidez y eficiencia en el acceso a redes de datos (como IP). Introduce el modo siempre conectado (always on), que permite una conexión casi instantánea, frente a los 15-30 segundos que requería una conexión de datos por conmutación de circuitos en GSM.

c) ¿Qué requerimientos supuso en software y hardware?

1. Una nueva interfaz de radio en modo paquetes, con nuevos canales lógicos y procedimientos.
2. Una nueva entidad en el BSS: la PCU (Packet Control Unit).
3. Un nuevo núcleo de red independiente con nuevos nodos (SGSN y GGSN).
4. Vinculación y compartición de recursos con entidades GSM (actualización de software y uso compartido de HLR, AuC, EIR).
5. Nuevos protocolos e interfaces para la gestión de movilidad, encaminamiento de paquetes, y funciones de pasarela, protección y tarificación.

2. Entidades Funcionales Específicas de GPRS

Las tres entidades funcionales básicas son:

• PCU (Packet Control Unit): Entidad responsable del manejo del tráfico de paquetes en la interfaz de radio. Gestiona los recursos radio GPRS, asigna canales dinámicamente, controla el flujo y gestiona la diferenciación entre tráfico de datos y de señalización.
• SGSN (Serving GSN): Es el nodo de acceso al backbone GPRS. Gestiona los registros de usuarios, la movilidad (registro, actualización de posición, autenticación), la compresión de datos y las sesiones de datos (contextos PDP), encaminando paquetes entre la MS y el GGSN.
• GGSN (Gateway GSN): Actúa como pasarela entre el backbone GPRS y las redes de datos externas (como Internet). Funciona de manera similar a un router IP, haciendo transparente la red GPRS a las redes externas y cooperando con el SGSN en la gestión de las sesiones de datos.

3. Diferencias entre GSM y GPRS

a) Gestión de la comunicación MS-red (uplink y downlink).

En GPRS, la gestión es independiente en cada sentido. En downlink, la red notifica a las MS los bloques de radio dirigidos a ellas. En uplink, se utiliza un mecanismo de acceso tipo ALOHA ranurado.

b) Asignación de los recursos de comunicación.

GPRS realiza una asignación dinámica de recursos. Un usuario puede utilizar teóricamente hasta ocho time slots (TS) simultáneamente, y la asignación es independiente para uplink y downlink.

c) Protección mediante cifrado.

En GPRS, el cifrado se realiza entre el móvil y el SGSN, cubriendo un tramo más largo de la red que en GSM (donde es entre MS y BTS). Esto hace que GPRS sea inherentemente más seguro.

4. Canales Físicos y Lógicos en GPRS

a) ¿Qué son los PDCH y para qué se utilizan?

Son los Canales Físicos de Datos por Paquetes (Packet Data CHannel), utilizados para la transmisión de datos en modo paquete.

b) ¿Qué entidad funcional controla el acceso a los PDCH?

La PCU (Packet Control Unit).

c) ¿Qué relación puede existir entre los PDCH y los usuarios GPRS?

Un PDCH puede ser compartido por varios usuarios, y un usuario puede utilizar varios PDCH simultáneamente (hasta 8 teóricamente).

d) ¿Qué estrategias de configuración de los PDCH conoce?

• Configuración estática: Canales dedicados permanentemente a GPRS.
• Configuración dinámica: Canales de tráfico (TCH) libres de GSM se utilizan temporalmente como PDCH. El tráfico de voz tiene prioridad.
• Configuración mixta: Una combinación de las dos anteriores.

e) ¿Cuál es la diferencia respecto a la relación entre canales lógicos y tramas?

En GPRS, los canales lógicos no ocupan posiciones fijas en la multitrama del PDCH. Por ello, cada bloque de radio debe incluir un identificador que especifique a qué canal lógico pertenece.

5. Protocolos GPRS

a) ¿Cómo se clasifican los protocolos en el plano de usuario?

Se clasifican en dos tipos:

• Protocolos para acceso a redes de datos externas: Son la razón de ser de la infraestructura GPRS.
• Protocolos de aplicaciones de usuario: Para la transmisión de datos de usuario y la señalización asociada (control de flujo, errores, etc.).

b) ¿Cuáles son los protocolos específicos de GPRS en el plano de usuario?

• SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol): Adapta los protocolos de red superiores (como IP) a las capas inferiores. Realiza funciones de multiplexado, segmentación y compresión de datos y cabeceras.
• GTP (GPRS Tunnelling Protocol): Permite establecer túneles lógicos entre nodos GSN (SGSN y GGSN) para transportar los paquetes de datos del usuario encapsulados a través del backbone GPRS.

c) ¿Cuáles son los protocolos específicos de GPRS en el plano de control?

• GMM (GPRS Mobility Management): Gestiona la movilidad del usuario (registro, actualización de posición, autenticación, etc.).
• SM (Session Management): Gestiona las sesiones de datos (contextos PDP).
• GTP-C (GTP-Control): La parte de señalización del protocolo GTP, utilizada para gestionar los túneles.

6. Gestión de la Movilidad en GPRS

a) ¿A qué nivel puede conocer la red GPRS la localización de las MS?

A nivel de célula, de Área de Encaminamiento (RA, Routing Area) o a nivel de nodo SGSN visitado.

b) ¿Cuáles son los tipos de información de localización disponibles?

• Información de micro-movilidad (almacenada en el SGSN): La célula visitada (en estado ACTIVO) o el área de encaminamiento visitada (en estado REPOSO).
• Información de macro-movilidad (almacenada en GGSN, VLR y HLR): El identificador del SGSN visitado.

c) ¿Siempre se requiere difundir mensajes paging por varias células?

No. Si la MS está en estado ACTIVO, la red conoce su ubicación a nivel de célula y el paging es directo. Si está en estado REPOSO, la red conoce el Área de Encaminamiento (RA) y el paging se difunde en todas las células de esa RA.

d) Explique la relación entre los estados de la MS y su vinculación con la red.

• INACTIVA: La MS no está registrada en GPRS y la red no conoce su posición.
• ACTIVA: La MS está registrada y tiene un contexto PDP activo. La red conoce su posición a nivel de célula.
• REPOSO: La MS está registrada pero no tiene un contexto PDP activo. La red conoce su posición a nivel de Área de Encaminamiento (RA).

e) ¿Es más frecuente la actualización de localización en GPRS que en GSM?

Sí, porque el Área de Encaminamiento (RA) en GPRS es generalmente más pequeña que el Área de Localización (LA) en GSM. Por lo tanto, es más probable que un usuario cambie de RA que de LA.

f) ¿Cuál es la diferencia en la asignación y validez del TMSI?

En GPRS se utiliza el P-TMSI (Packet-TMSI), que cambia cuando la MS se mueve a una nueva RA. En GSM, el TMSI cambia al moverse a una nueva LA.

7. Sesiones de Datos en GPRS

a) ¿Por qué se dice que el backbone GPRS desarrolla tunelado?

Porque los paquetes IP del usuario son encapsulados dentro de otros paquetes IP para ser transportados a través del backbone GPRS, creando un «túnel» lógico.

b) ¿Cuántas conexiones lógicas dan soporte a una sesión de datos?

Una sesión de datos entre una MS y una red externa se soporta sobre un trayecto virtual conformado por dos conexiones lógicas:

• Un enlace lógico LLC entre la MS y el SGSN visitado.
• Un túnel GTP entre el SGSN visitado y el GGSN.

c) ¿Qué entiende por contexto PDP?

Es el conjunto de información que describe las características de una sesión de datos entre la MS y la red externa. Incluye parámetros como la dirección IP de la MS, la calidad de servicio (QoS) y la información de enrutamiento. Esta información se almacena en la MS, el SGSN y el GGSN.

d) ¿Qué entidades pueden activar contextos PDP?

Solo la MS puede iniciar la activación de un contexto PDP. Una vez activo, la MS es visible desde la red externa y puede intercambiar paquetes.

e) ¿Qué entidades pueden desactivar contextos PDP?

Tanto la MS como la red (SGSN o GGSN) pueden iniciar la desactivación de un contexto PDP para finalizar el intercambio de datos.

f) ¿Mediante qué identificadores se identifica una sesión de datos?

• Interfaz MS-red: Se utiliza el NSAPI (Network Service Access Point Identifier) junto con el P-TMSI.
• Backbone GPRS: Se utiliza el IMSI junto con el NSAPI.

g) ¿Mediante qué identificadores se identifica al usuario?

En la interfaz MS-red se utiliza el P-TMSI, mientras que en el backbone GPRS se utiliza el IMSI.

UMTS: Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles

1. Novedades de UMTS (Release 99)

UMTS (3G) aportó varias mejoras significativas respecto a GSM/GPRS:

• Soporte para servicios multimedia.
• Itinerancia total y modelos de servicio globales.
• Mayor tasa de acceso bajo demanda, hasta 2 Mbps.
• Calidad de Servicio (QoS) negociable.
• Alta eficiencia espectral mediante la técnica WCDMA.
• Introducción del modo TDD (Time Division Duplex).

2. UTRAN: Red de Acceso Radio UMTS (Release 99)

a) ¿Qué similitudes y diferencias tiene respecto a la red de acceso GSM?

• Similitudes: La topología funcional es similar, con entidades análogas a la BTS (Nodo B) y al BSC (RNC). Los protocolos del núcleo de red (CN), como MAP e ISUP, son prácticamente los mismos.
• Diferencias: UTRAN introdujo la tecnología ATM para la interconexión de sus nodos. Se especificó una nueva interfaz, la Iur, que conecta directamente dos RNCs, algo que no existía entre los BSCs de GSM. También se introdujeron nuevos protocolos como RNSAP, RANAP y NBAP.

b) ¿Con qué objetivo se estructura la arquitectura de protocolos en capas RNL y TNL?

El objetivo es separar las funciones específicas de UMTS (capa RNL – Radio Network Layer) de las que dependen de la tecnología de transporte utilizada (capa TNL – Transport Network Layer). Esto facilita la migración a nuevas tecnologías de transporte en el futuro sin afectar a las funciones de radio.

c) ¿Cuáles son los protocolos UTRAN específicos de UMTS y qué funciones desarrollan?

• NBAP (Node B Application Part): Protocolo para el diálogo entre el RNC y el Nodo B. El RNC lo utiliza para controlar los recursos de radio en el Nodo B.
• RANAP (Radio Access Network Application Part): Protocolo para el diálogo entre la UTRAN y el Núcleo de Red (CN). Gestiona los recursos en la interfaz Iu y transfiere señalización entre el UE y el CN.
• RNSAP (Radio Network Subsystem Application Part): Protocolo para el diálogo entre dos RNCs a través de la interfaz Iur. Se utiliza principalmente para gestionar traspasos suaves (soft handovers).

3. Soft Handover

¿Qué es y en qué se diferencia del hard handover de GSM?

El soft handover es un tipo de traspaso en el que el móvil está conectado simultáneamente a dos o más células (o Nodos B) durante la transición. La principal diferencia con el hard handover de GSM es que no hay una interrupción momentánea de la comunicación, lo que mejora la calidad y la fiabilidad de la llamada. La interfaz Iur es fundamental para permitir este tipo de traspaso.

4. Protocolos de Señalización en Redes UMTS

¿Cuáles son los protocolos entre UE y CN, y entre entidades del CN?

• Señalización entre UE y CN: Se reutilizan los protocolos de capas superiores de GSM/GPRS: MM (Movilidad), CM (Comunicación) y SM (Sesión).
• Señalización entre entidades del CN:
  • MAP para la gestión de la movilidad (MM) en ambos dominios (CS y PS).
  • ISUP para la gestión de la comunicación (CM) en el dominio de circuitos (CS).
  • GTP-C para la gestión de sesiones (SM) en el dominio de paquetes (PS).

5. Comparativa de Estructuras de Localización (GSM, GPRS, UMTS)

UMTS utiliza una estructura jerárquica de localización con cuatro niveles:

• Área de Localización (LA): Idéntica a GSM, gestionada por el VLR.
• Área de Encaminamiento (RA): Idéntica a GPRS, gestionada por el SGSN.
• Área de Registro UTRAN (URA): Un nuevo nivel propio de UMTS, gestionado por la UTRAN. Permite actualizar la posición del móvil dentro de la red de acceso sin notificar al núcleo de red, reduciendo la carga de señalización.
• Célula: El nivel más bajo de granularidad, como en GSM/GPRS.

6. Información de Localización de UE en UMTS

La localización del UE se conoce a diferentes niveles según el dominio y el estado:

• Dominio de Circuitos (CS): El HLR conoce la región MSC/VLR, y el VLR conoce el Área de Localización (LA).
• Dominio de Paquetes (PS): El HLR conoce el SGSN visitado. El SGSN conoce la posición a nivel de célula (si el UE está activo) o a nivel de RA/URA (si está en reposo).

7. Comparativa de Seguridad (GSM, GPRS, UMTS)

¿En qué tipo de red es más seguro el acceso?

El acceso es más seguro en UMTS. Además de los mecanismos de autenticación y cifrado de GSM, UMTS añade la autenticación mutua (la red también se autentica ante el usuario) y la protección de la integridad de los mensajes de señalización, lo que previene ataques de suplantación o manipulación.

Interfaz Aire (Um) en Sistemas GSM

1. Características de la Interfaz Um

a) Explique cómo se conforma un canal físico.

Un canal físico en GSM se conforma mediante una ranura de tiempo (time slot o TS) específica dentro de una secuencia repetitiva de tramas, en una frecuencia portadora determinada.

b) ¿Qué permite y qué requiere el retraso de 3 TS entre transmisiones DL y UL?

Este desfase temporal entre la transmisión en enlace descendente (DL) y ascendente (UL) permite que la estación móvil (MS) no tenga que transmitir y recibir simultáneamente. Esto simplifica el diseño de la MS, ya que no requiere un duplexor, y le da tiempo suficiente para procesar la información recibida y prepararse para transmitir.

2. Ráfagas de Información y Períodos de Ráfagas

a) ¿Qué son y para qué se utilizan?

• Ráfagas (Bursts): Son secuencias de bits que transportan un tipo específico de información y se transmiten en los intervalos de tiempo definidos.
• Períodos de ráfagas (Time Slots): Son los intervalos de tiempo (TS) en los que se divide una trama TDMA, y por donde se transmiten las ráfagas.

b) ¿Cuáles son los tipos de ráfagas y para qué se requiere cada tipo?

• Ráfaga Normal (NB): Se utiliza para la mayoría del intercambio de información (voz, datos, señalización) entre la MS y la red.
• Ráfaga de Acceso Aleatorio (AB): Utilizada por las MS para solicitar recursos dedicados a la red a través del canal RACH. Es más corta para permitir un mayor tiempo de guarda.
• Ráfaga de Sincronización (SB): Utilizada para la sincronización temporal de las MS con la estructura de tramas de la BTS.
• Ráfaga de Corrección de Frecuencia (FB): Utilizada para la sincronización de las MS con la frecuencia central de la portadora de la BTS.
• Ráfaga de Relleno (DB): Se transmite cuando no hay otra información que enviar, para asegurar que las MS puedan medir la potencia de la señal y mantener la sincronización.

c) ¿Por qué la diferencia entre los periodos de guarda (GP) de las ráfagas NB y AB?

La ráfaga de acceso (AB) tiene un periodo de guarda (GP) mucho mayor porque las MS que la transmiten aún no están sincronizadas en tiempo con la BTS. Este GP extendido compensa los diferentes retardos de propagación debidos a las distintas distancias de las MS a la BTS, asegurando que la ráfaga llegue dentro del time slot asignado sin colisionar con otras.

d) ¿Cómo se indica si una ráfaga NB porta tráfico de usuario o señalización?

Mediante los Stealing Flags (bits de robo). Son dos bits dentro de la ráfaga normal que indican si esa ráfaga, que normalmente transportaría tráfico de usuario (voz), está siendo «robada» para transportar señalización urgente (a través del canal FACCH).

3. Técnica de Avance Temporal (Timing Advance)

a) ¿Qué es, en qué consiste y por qué se necesita?

Es un mecanismo de sincronización que consiste en que la BTS ordena a cada MS que adelante su transmisión un tiempo determinado. El objetivo es asegurar que las ráfagas de todas las MS, sin importar su distancia a la BTS, lleguen a esta en su time slot correcto y sincronizadas. Se necesita para evitar colisiones entre las ráfagas de diferentes usuarios en el enlace ascendente.

b) ¿Es aplicable a cualquier tipo de ráfaga?

No. Solo está disponible para canales ya asignados que utilizan ráfagas normales (NB). No se aplica al canal de acceso aleatorio (RACH), que utiliza ráfagas de acceso (AB).

c) ¿Tiene relación con el mayor periodo de guarda de las ráfagas AB?

Sí, directamente. Como las ráfagas de acceso (AB) se envían antes de que se establezca el avance temporal, no están sincronizadas. El mayor periodo de guarda de las ráfagas AB es precisamente para compensar esta falta de sincronización y los retardos de propagación variables.

d) ¿Qué relación hay entre el periodo de guarda de las ráfagas AB y la distancia máxima de la célula?

El periodo de guarda de la ráfaga AB define el máximo retardo de propagación de ida y vuelta que la red puede compensar. Esto, a su vez, determina el radio máximo teórico de la célula, que en GSM estándar es de aproximadamente 35 km.

4. Canales Lógicos de Control (Señalización)

a) ¿En cuántos tipos se clasifican y para qué se requiere cada tipo?

Se clasifican en tres tipos:

• Canales de Difusión (BCH): Para difundir información operativa de la BTS a todas las MS en la célula (solo downlink).
• Canales Comunes (CCCH): Utilizados para el establecimiento inicial de la comunicación, como la solicitud de un canal por parte de la MS o el aviso de una llamada entrante por parte de la red.
• Canales Dedicados (DCCH): Asignados a una MS específica para el intercambio de señalización una vez establecida la conexión.

b) ¿Cuáles son los canales específicos dentro de cada tipo?

• BCH (Broadcast Control Channels):
  • BCCH (Broadcast Control Channel): Difunde parámetros de la red y de la célula. (DL)
  • FCCH (Frequency Correction Channel): Para la sincronización de frecuencia. (DL)
  • SCH (Synchronization Channel): Para la sincronización de trama. (DL)
• CCCH (Common Control Channels):
  • PCH (Paging Channel): Para avisar a una MS de una llamada o SMS entrante. (DL)
  • RACH (Random Access Channel): Para que la MS solicite un canal dedicado. (UL)
  • AGCH (Access Grant Channel): Para que la red asigne un canal dedicado a la MS. (DL)
• DCCH (Dedicated Control Channels):
  • SDCCH (Standalone Dedicated Control Channel): Canal dedicado solo para señalización (registro, autenticación, establecimiento de llamada). (Dúplex)
  • SACCH (Slow Associated Control Channel): Asociado a un TCH o SDCCH, transporta información de control como mediciones de calidad y control de potencia. (Dúplex)
  • FACCH (Fast Associated Control Channel): «Roba» temporalmente un canal de tráfico (TCH) para enviar señalización urgente (ej. traspaso). (Dúplex)

c) ¿Cuáles están vinculados a MS concretas y cuáles no?

• No vinculados: Los canales de difusión (BCH), ya que su información es para todas las MS.
• Parcialmente vinculados: Los canales comunes (CCCH), que son compartidos por todos pero en un momento dado transportan información para una MS concreta (ej. un mensaje en el AGCH).
• Vinculados: Los canales dedicados (DCCH), ya que se asignan en exclusiva a una única MS durante su uso.

d) ¿Para qué se utilizan los canales SACCH y con qué otros están vinculados?

El SACCH se utiliza para transportar información de control de bajo volumen pero continua, como informes de medición de la calidad de la señal y comandos de control de potencia. Siempre está asociado a un canal dedicado principal, ya sea un canal de tráfico (TCH) o un canal de control dedicado (SDCCH).

e) ¿Para qué se utilizan los canales FACCH y con qué otros están vinculados?

El FACCH se utiliza para señalización urgente que no puede esperar a ser enviada por el SACCH, como los comandos de traspaso. No es un canal físico en sí mismo, sino una forma de utilizar las ráfagas de un canal de tráfico (TCH) para enviar señalización, «robando» el espacio destinado a la voz o datos.

5. Relación entre Canales Físicos y Lógicos

a) ¿Cómo se conforma un canal lógico?

Un canal lógico se conforma mediante la asignación de uno o varios time slots específicos dentro de una estructura repetitiva de tramas y multitramas sobre un canal físico.

b) Explique la relación entre TS, trama, multitrama y combinación de canales.

Un TS es la unidad básica de tiempo. Ocho TS forman una trama TDMA. Un conjunto de tramas (26 o 51) forma una multitrama. La combinación de canales define cómo se mapean los diferentes canales lógicos en los TS disponibles a lo largo de una multitrama. Por ejemplo, una combinación puede definir que el TS0 de una portadora se use para canales de control, mientras que los otros TS se usen para canales de tráfico.

c) ¿Qué canales lógicos son imprescindibles para que una MS pueda engancharse a una BTS?

Son imprescindibles los canales de difusión (FCCH, SCH, BCCH) para que la MS pueda sincronizarse y obtener la información de la red, y los canales comunes (RACH, AGCH, PCH) para poder interactuar con ella.

d) ¿Qué canales lógicos dan soporte a los diálogos de señalización de capa 3 (RR, MM, CM)?

El diálogo inicial para solicitar un recurso se hace a través de RACH y AGCH. Una vez asignado, la mayor parte de la señalización de MM y CM se realiza a través de un canal dedicado de control, típicamente el SDCCH.

e) ¿Cuál de las combinaciones definidas da soporte a todos los canales lógicos necesarios?

La combinación que porta todos los canales de señalización necesarios para la operación básica (BCH y CCCH) es la que se implementa en el TS0 de la portadora baliza. Las combinaciones de canales de tráfico (TCH) también incluyen canales de control asociados como el SACCH y el FACCH.

6. Procedimiento de Inicialización de la MS (Enganche a la Red)

a) ¿Con qué objetivo se desarrolla este procedimiento?

El objetivo es que la MS, al encenderse, pueda encontrar una célula, sincronizarse con ella en frecuencia y tiempo, y leer la información del sistema necesaria para poder operar en la red.

b) ¿Es obligatorio/necesario? ¿Por qué?

Sí, es absolutamente necesario. Sin este procedimiento, la MS no sabría en qué frecuencia transmitir, cuándo hacerlo, ni cómo comunicarse con la red, por lo que sería imposible realizar o recibir llamadas.

c) ¿Qué es la portadora baliza?

Es la frecuencia portadora principal de una célula, que siempre está transmitiendo. Su time slot 0 (TS0) contiene los canales de difusión (BCCH, FCCH, SCH) que una MS necesita para engancharse a la red.

d) ¿Tiene alguna relación la ráfaga de relleno con la portadora baliza?

Sí. La ráfaga de relleno (Dummy Burst) se utiliza en los time slots de la portadora baliza que no están siendo utilizados por otros canales lógicos, para asegurar que la portadora transmita con potencia constante y las MS puedan realizar mediciones de señal fiables.

e) ¿Cuáles son las combinaciones indispensables para que una MS pueda sintonizarse?

Son indispensables las combinaciones de canales de control que se transmiten en la portadora baliza, ya que contienen los canales BCH (FCCH, SCH, BCCH) y CCCH (PCH, AGCH) necesarios para el proceso de sintonización y acceso inicial.