Que Es Y Como Funciona La Arquitectura De La Red 2G GSM - Elementos Y Subsistemas.

La arquitectura de la red GSM ofrecía una arquitectura sencilla y eficaz para prestar los servicios necesarios para un sistema de comunicaciones móviles o celulares de 2G.

La arquitectura general de la red GSM se compone de cuatro elementos principales, que a menudo pueden dividirse. Elementos como el controlador de la estación base, el MSC, el AuC, el HLR, el VLR y otros similares se reúnen para formar el sistema global.

La arquitectura de la red GSM 2G, aunque ya superada, ofrece una excelente introducción a algunas de las capacidades básicas necesarias para establecer una red de telefonía móvil y a cómo funcionan todas las entidades juntas.

Índice De Contenidos

    Elementos de la Arquitectura De La Red 2G GSM

    Para que el sistema GSM funcione como un sistema completo, la arquitectura de red global reúne una serie de identidades de red de datos, cada una con varios elementos.

    La arquitectura de red GSM se define en las especificaciones GSM y puede agruparse en cuatro áreas principales:

    • Subsistema de red y conmutación (NSS)
    • Subsistema de estación base (BSS)
    • Estación móvil (MS)
    • Subsistema de Operación y Soporte (OSS)

    Los distintos elementos de la red GSM operan conjuntamente y el usuario no es consciente de las distintas entidades del sistema. Como la red GSM está definida pero las especificaciones y normas, permite que el sistema funcione conjuntamente de forma fiable independientemente del proveedor de los diferentes elementos.

    Un diagrama básico de la arquitectura global del sistema de comunicaciones móviles 2G GSM incluye cuatro elementos principales que se muestran a continuación:

    arquitectura global del sistema de comunicaciones móviles 2G GSM

    En este diagrama se pueden ver las diferentes áreas de la red, que se agrupan en las cuatro áreas que proporcionan diferentes funcionalidades, pero todas operan para permitir que se logren comunicaciones móviles fiables.

    La arquitectura general de la red ha tenido mucho éxito y se ha seguido desarrollando para permitir la evolución de la 2G para transportar datos y, posteriormente, para permitir el establecimiento de la 3G.

    Subsistema de conmutación de red (NSS)

    La arquitectura del sistema GSM contiene una serie de elementos diferentes, y a menudo se denomina red central. Se trata esencialmente de una red de datos con varias entidades que proporcionan el control principal y la interconexión para toda la red móvil. Los principales elementos de la red central son

    • Centro de Conmutación de Servicios Móviles (MSC): El elemento principal dentro del área de la red central de la arquitectura general de la red GSM es el Centro de Servicios de Conmutación Móvil (MSC). El MSC actúa como un nodo de conmutación normal dentro de una RTPC o RDSI, pero también proporciona funcionalidades adicionales que permiten atender las necesidades de un usuario móvil. Entre ellas se encuentran el registro, la autenticación, la localización de llamadas, los traspasos entre MSC y el enrutamiento de llamadas a un abonado móvil. También proporciona una interfaz con la RTPC para que las llamadas de comunicaciones móviles puedan enrutarse desde la red móvil a un teléfono conectado a una línea fija. Se proporcionan interfaces a otros MSC para poder realizar llamadas a móviles de diferentes redes.
    • Registro de Localización de Domicilio (HLR): Esta base de datos contiene toda la información administrativa de cada abonado junto con su última ubicación conocida. De este modo, la red GSM puede dirigir las llamadas a la estación base correspondiente para el EM. Cuando un usuario enciende su teléfono, éste se registra en la red y, a partir de ahí, es posible determinar con qué BTS se comunica, de modo que las llamadas entrantes puedan ser enrutadas adecuadamente. Incluso cuando el teléfono no está activo (pero sí encendido) se vuelve a registrar periódicamente para asegurarse de que la red (HLR) conoce su última posición. Hay un HLR por red, aunque puede estar distribuido en varios subcentros por razones operativas.
    • Registro de Localización de Visitantes (VLR): Contiene información seleccionada del HLR que permite prestar los servicios seleccionados para el abonado individual. El VLR puede implementarse como una entidad separada, pero normalmente se realiza como parte integral del MSC, en lugar de una entidad separada. De este modo, el acceso es más rápido y cómodo.

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    • Registro de Identidad de Equipos (EIR): El EIR es la entidad que decide si un determinado equipo móvil puede entrar en la red. Cada equipo móvil tiene un número conocido como Identidad Internacional de Equipo Móvil. Este número, como ya se ha dicho, está instalado en el equipo y es comprobado por la red durante el registro. Dependiendo de la información contenida en el EIR, el móvil puede ser asignado a uno de los tres estados: permitido en la red, prohibido el acceso, o monitoreado en caso de problemas.
    • Centro de Autenticación (AuC): El AuC es una base de datos protegida que contiene la clave secreta también contenida en la tarjeta SIM del usuario. Se utiliza para la autenticación y para el cifrado en el canal de radio.
    • Centro de Conmutación Móvil de Pasarela (GMSC): El GMSC es el punto al que se dirige inicialmente una llamada de terminación de ME, sin conocer la ubicación de la MS. El GMSC se encarga, por tanto, de obtener el MSRN (Mobile Station Roaming Number) del HLR basándose en el MSISDN (Mobile Station ISDN number, el "número de directorio" de una MS) y de enrutar la llamada al MSC visitado correcto. La parte "MSC" del término GMSC es engañosa, ya que la operación de pasarela no requiere ninguna vinculación con un MSC.
    • Pasarela SMS (SMS-G): La pasarela SMS-G o SMS es el término que se utiliza para describir colectivamente las dos pasarelas de servicios de mensajes cortos definidas en los estándares GSM. Las dos pasarelas manejan mensajes dirigidos en diferentes direcciones. El SMS-GMSC (Short Message Service Gateway Mobile Switching Centre) es para los mensajes cortos que se envían a un ME. El SMS-IWMSC (Short Message Service Inter-Working Mobile Switching Centre) se utiliza para los mensajes cortos que se originan con un móvil de esa red. La función del SMS-GMSC es similar a la del GMSC, mientras que el SMS-IWMSC proporciona un punto de acceso fijo al Centro de Servicios de Mensajes Cortos.

    Estas entidades eran las principales utilizadas dentro de la red GSM. Suelen estar ubicadas en el mismo lugar, pero a menudo la red central general estaba distribuida por todo el país donde se encontraba la red. Esto daba cierta resistencia en caso de fallo.

    Aunque el sistema GSM era esencialmente un sistema de voz, la red central era una red de datos, ya que todas las señales se manejaban digitalmente.

    Subsistema de estación base (BSS)

    El subsistema de estación base (BSS) es la sección de la arquitectura de la red GSM 2G que está fundamentalmente asociada a la comunicación con los móviles de la red.

    Consta de dos elementos:

    • Estación Transceptora Base (BTS): La BTS utilizada en una red GSM comprende los receptores transmisores de radio, y sus antenas asociadas que transmiten y reciben para comunicarse directamente con los móviles. La BTS es el elemento que define cada célula. La BTS se comunica con los móviles y la interfaz entre ambos se conoce como interfaz Um con sus protocolos asociados.
    • Controlador de la estación base (BSC): El BSC constituye la siguiente etapa de la red GSM. Controla un grupo de BTS, y suele estar ubicado junto a una de las BTS de su grupo. Gestiona los recursos radioeléctricos y controla aspectos como el traspaso dentro del grupo de BTS, la asignación de canales y similares. Se comunica con las BTS a través de lo que se denomina interfaz Abis.

    El elemento del subsistema de estación base de la red GSM utilizaba la tecnología de acceso radioeléctrico para permitir el acceso simultáneo de varios usuarios al sistema. Cada canal soportaba hasta ocho usuarios y, al permitir que una estación base tuviera varios canales, cada estación base podía dar cabida a un gran número de abonados.

    El proveedor de la red localiza cuidadosamente las estaciones base para permitir la cobertura completa de una zona. La zona que cubre una estación base suele denominarse célula.

    Como no es posible evitar el solapamiento de las señales en las células adyacentes, los canales utilizados en una célula no se utilizan en la siguiente. De este modo se reducen las interferencias que podrían reducir la calidad de la llamada, al tiempo que se mantiene una reutilización de frecuencias suficiente.

    Es importante que las diferentes BTS estén conectadas con el BSS y que éste esté conectado con la red central.

    Para ello se han utilizado diversas tecnologías. Como las velocidades de datos utilizadas en la red GSM eran relativamente bajas, se solían utilizar líneas E1 o T1, especialmente para enlazar el SRS con la red central.

    A medida que se necesitaban más datos con el aumento del uso de la red GSM, y también a medida que se extendían otras tecnologías celulares como la 3G, muchos enlaces utilizaban Ethernet de grado de operador.

    A menudo, las BTS remotas se enlazaban utilizando pequeños enlaces de microondas, ya que así se podía reducir la necesidad de instalar líneas específicas si no había ninguna disponible. Como las estaciones base a menudo debían ubicarse para proporcionar una buena cobertura y no en zonas donde pudieran instalarse líneas, la opción de los enlaces de microondas constituía un método atractivo para proporcionar un enlace de datos para la red.

    Estación móvil

    Las estaciones móviles (MS), los equipos móviles (ME) o, como se les conoce más ampliamente, los teléfonos celulares o móviles, son la sección de una red de comunicaciones móviles GSM que el usuario ve y maneja. En los últimos años su tamaño se ha reducido drásticamente mientras que el nivel de funcionalidad ha aumentado considerablemente. Otra ventaja es que el tiempo entre cargas ha aumentado considerablemente.

    El teléfono móvil consta de varios elementos, aunque los dos principales son el hardware principal y la tarjeta SIM.

    El hardware contiene los principales elementos del teléfono móvil, como la pantalla, la carcasa, la batería y la electrónica utilizada para generar la señal y procesar los datos que se reciben y se transmiten.

    La estación móvil, o ME, también contiene un número conocido como Identidad Internacional de Equipo Móvil (IMEI). Se instala en el teléfono en el momento de la fabricación y "no puede" cambiarse. La red accede a él durante el registro para comprobar si el equipo ha sido denunciado como robado.

    La SIM o Módulo de Identidad del Abonado contiene la información que proporciona la identidad del usuario a la red. Contiene diversos datos, entre ellos un número conocido como Identidad Internacional de Abonado Móvil (IMSI).

    Al estar incluido en la SIM, significa que al trasladar la tarjeta SIM de un móvil a otro, el usuario podría cambiar fácilmente de móvil. La facilidad para cambiar de móvil manteniendo el mismo número hizo que la gente se actualizara con regularidad, creando así una nueva fuente de ingresos para los proveedores de redes y contribuyendo a aumentar el éxito financiero general del GSM.

    Subsistema de Operación y Soporte (OSS)

    El OSS o subsistema de apoyo a la explotación es un elemento de la arquitectura global de la red de comunicaciones móviles GSM que está conectado a los componentes del NSS y del BSC. Se utiliza para controlar y supervisar la red GSM en general y también para controlar la carga de tráfico del BSS.

    Hay que señalar que, a medida que el número de BS aumenta con el escalado de la población de abonados, algunas de las tareas de mantenimiento se transfieren a las BTS, lo que permite ahorrar en el coste de propiedad del sistema.

    La arquitectura de la red 2G GSM sigue un método lógico de funcionamiento. Es mucho más sencilla que las actuales arquitecturas de redes de telefonía móvil, que utilizan entidades definidas por software para permitir un funcionamiento muy flexible.

    Sin embargo, la arquitectura GSM 2G muestra las funciones básicas de voz y operativas que se necesitan y cómo encajan. Como el sistema GSM era totalmente digital, la red era una red de datos.

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