Fundamentos y Arquitectura de la Red GSM: Componentes Esenciales y Servicios
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Requisitos Básicos de GSM
El sistema GSM (Global System for Mobile Communications) se fundamenta en una serie de requisitos esenciales para su operación y funcionalidad:
- Itineración (Roaming)
- Tecnología digital
- Gran capacidad de tráfico
- Uso eficiente del espectro radioeléctrico
- Uso de sistemas de señalización digital
- Servicios básicos de voz y datos
- Amplia variedad de servicios telemáticos
- Conexión con ISDN (Red Digital de Servicios Integrados)
- Seguridad y privacidad
- Uso de terminales móviles
- Terminales personalizables
Servicios de GSM
Los servicios ofrecidos por GSM se clasifican en varias categorías para satisfacer diversas necesidades de comunicación:
Clasificación de Servicios
- Servicios básicos:
- Servicios portadores
- Teleservicios
- Servicios suplementarios
- Servicios básicos:
Teleservicios
Estos servicios están orientados al usuario final y permiten la comunicación directa:
- Telefonía
- Llamada de emergencia
- Mensaje corto (SMS)
- Fax
- Voz para grupos
Servicios Suplementarios
Mejoran la experiencia del usuario y añaden funcionalidades adicionales a los servicios básicos:
- Identificación de número
- Desvío de llamadas
- Grupo cerrado de usuarios
- Restricción de llamadas
- Asignación de recursos
Otros Servicios
Además de los anteriores, GSM integra otras funcionalidades avanzadas:
- Valor de llamada
- CAMEL (Customized Applications for Mobile Enhanced Logic): una red inteligente que permite servicios personalizados.
- WAP (Wireless Application Protocol)
- HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data): permite el uso de múltiples time slots para alcanzar velocidades de hasta 57.6 kbps.
Estructura Jerárquica GSM
La red GSM se organiza en una estructura jerárquica para gestionar la cobertura y el acceso de los abonados:
- Área del Sistema GSM: Región donde el abonado tiene acceso a la red.
- Área del Operador: Zona donde el operador ofrece cobertura y acceso a su red.
- Área MSC: Parte geográfica controlada por una Central de Conmutación Móvil (MSC).
- Área de Localización: Un grupo de células dentro de un área MSC.
- Área de Cobertura de Célula: La cobertura geográfica proporcionada por una estación base individual.
Arquitectura GSM
La arquitectura de la red GSM se compone de varios elementos interconectados, cada uno con funciones específicas:
Central de Conmutación Móvil (MSC)
Es la interfaz inteligente entre el Subsistema de Estación Base (BSS) y las redes de conmutación. Dentro de GSM, puede haber varios MSC conectados en malla. Sus funciones principales incluyen:
- Localización y registro de abonados
- Gestión de avisos de llamadas
- Gestión del protocolo de señalización BSS
- Intercambio de señalización (con HLR, VLR o entre MSCs)
- Transferencia de parámetros de encriptación entre VLR y BSS
- Control de la operación de canceladores de eco (Rec 03.50)
- Servicios de Mensajes Cortos (SMS) (REC 03.40)
Central de Conmutación Móvil Cabecera (GMSC)
El GMSC (G de Gateway) permite el interfuncionamiento entre la red móvil y la red fija. Interroga al HLR y encamina la llamada hasta la central de conmutación móvil de destino.
Unidad de Interfuncionamiento (IWF)
La IWF permite el interfuncionamiento de GSM con otras redes y la prestación de otros servicios, convirtiendo los protocolos de GSM a protocolos de red fija.
Registro de Localización Base (HLR)
El HLR es una base de datos central que almacena información permanente y semipermanente de los abonados, con una capacidad de hasta 500 mil abonados. Las llamadas entrantes convergen en el HLR. Contiene:
- Los números IMSI (Identificador Internacional del Abonado Móvil)
- Los números MSISDN (Número de Abonado de Servicios Digitales Integrados)
El usuario puede usar servicios portadores y teleservicios, así como la restricción de servicios y servicios suplementarios definidos en el HLR.
Registro de Localización de Visitantes (VLR)
El VLR almacena información dinámica de los usuarios que se encuentran temporalmente en el área de un MSC, con una capacidad para unas 150 mil entradas. Cuando un móvil entra en un área de MSC, el MSC lo notifica al VLR, que lo registra dándole una dirección de visita y un Número de Ruta de Abonado Móvil (MSRN) para enrutar sus llamadas.
Centro de Autenticación (AuC)
El AuC está asociado al HLR y entrega información para la verificación y autenticación de los usuarios. El AuC guarda:
- Datos de IMSI
- Claves secretas de cada usuario (Ki) (todos los usuarios tienen sus Ki en la SIM, al igual que el IMSI)
- Algoritmos A3 y A8
Con las claves y los algoritmos se generan las tripletas que son enviadas al HLR para identificar a cada usuario.
Registro de Identidad de Equipos (EIR)
El EIR contiene información sobre las identidades de los equipos móviles (MS), así como el IMEI (Identificador Internacional de Equipo Móvil, compuesto por códigos de fabricante y homologación). Al realizar una llamada, el MSC consulta al EIR para verificar si el IMEI es válido. El EIR gestiona tres listas:
- Lista blanca: Equipos autorizados.
- Lista negra: Equipos prohibidos.
- Lista gris: Equipos con acceso, pero en observación.
Subsistema de Estación Base (BSS)
El BSS es el conjunto de equipos usados para dar cobertura en el área celular y es responsable del establecimiento de la comunicación con los MS. Las funciones del BSS son:
- Transmisión (Tx) y Recepción (Rx) a través de la interfaz Um
- Establecer, supervisar y concluir llamadas
- Procesamiento de voz y adaptación de velocidad
El BSS se divide en dos partes principales:
- BTS (Estación Transceptora Base)
- BSC (Controlador de Estación Base)
Controlador de Estación Base (BSC)
El BSC maneja las funciones de control de la red GSM, incluyendo la asignación, utilización y liberación de frecuencias (Fhz), así como los traspasos de funcionamiento con saltos de frecuencia.