Redes de Comunicacion Móviles PDF

1. Redes móviles Sistemas por Satélite GEO: satélites estacionados en órbitas geoestacionarias ○ 36.000 km de altitud (35780 km) ○ Utilizados para televisión por satélite, comunicaciones globales y meteorología. MEO : órbitas medias ○ entre (10.000 -...

1. Redes móviles Sistemas por Satélite GEO: satélites estacionados en órbitas geoestacionarias ○ 36.000 km de altitud (35780 km) ○ Utilizados para televisión por satélite, comunicaciones globales y meteorología. MEO : órbitas medias ○ entre (10.000 - 15.000 km) - (2000-20.000Km) de altitud ○ Utilizados principalmente para sistemas de navegación como GPS, GLONASS y Galileo. LEO: órbitas bajas ○ entre 200 y 2.000 km de altitud ○ Necesarios para ofrecer cobertura global HEO: Satélites con órbita muy elíptica. Uso de cartografía terrestre Radiotelefonía de grupo cerrado (trunking) Ej. Taxis Radiomensajería o paging. Transmisión unidireccional de un mensaje directo al terminal Periódicamente, los terminales mandan su identidad a la red, de esta forma se mantiene actualizadas sus ubicaciones, lo que facilita su posible localización Ejemplo. Buscas o beepers. Sistemas celulares (telefonía móvil automática) Comunicación bidireccional Comunicaciones inalámbricas  2. Técnicas de acceso Múltiple (TAM) 2.1. Introducción Son métodos que permiten a múltiples usuarios o dispositivos compartir los recursos del mismo medio de comunicación (compartido) de manera eficiente y sin interferencias significativas. Multiplexación: es la técnica de combinar dos o más señales, y transmitirlas por un solo medio de transmisión. ○ ○ La principal ventaja es que permite varias comunicaciones de forma simultánea, usando un dispositivo llamado multiplexor. ○ El proceso inverso se conoce como demultiplexación. Modulación: engloba el conjunto de técnicas que se usan para transportar información sobre una onda portadora, típicamente una onda sinusoidal. ○ Permiten un mejor aprovechamiento del canal de comunicación ○ mejorar la resistencia contra posibles ruidos e interferencias. Notas: DL-Downlink: Sentido de la comunicación desde la estación base al terminal UL-Uplink: Sentido de la comunicación desde la estación móvil a la estación base  2.2. Técnicas Resumen: FDMA - OFDM - OFDMA - SC-FDMA - TDMA - CDMA FDMA (división de frecuencia): técnica de acceso múltiple que divide el ancho de banda total disponible de un canal de comunicación en múltiples bandas de frecuencia más pequeñas, asignando cada banda de frecuencia a un usuario o dispositivo diferente ○ Banda de guarda: porción del espectro de frecuencia que se deja sin usar entre dos canales de comunicación adyacentes Cada “montaña” sería un usuario OFDM(Multiplexación por División de Frecuencia Ortogonal): técnica avanzada de multiplexación que se utiliza en diversas aplicaciones de comunicaciones inalámbricas y cableadas OFDMA (Acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales): versión avanzada de OFDM que utiliza sub-portadoras ortogonales para mejorar la eficiencia espectral y la flexibilidad en la asignación de recursos ○ OFDM iría a un único canal. digital modulation scheme ○ Uso mas eficiente del ancho de banda. Mejora la Eficiencia espectral: medida de la cantidad de información que se puede transmitir a través de un ancho de banda de frecuencia específico en un canal de comunicación(Hz)  ○ ○ No hay interferencias. El producto escalar es nulo. ○ Se pueden solapar sin que haya interferencias SC-FDMA: Acceso múltiple por división de frecuencia de portadora única TDMA: Acceso múltiple por división de tiempo ○ divide el canal de comunicación en intervalos de tiempo, asignando cada intervalo a un usuario diferente. ○ Los usuarios/estaciones transmiten en diferentes intervalos de tiempo, evitando interferencias entre sus señales ○ TDM Estadístico: permite adaptarse a las necesidades de transmisión de los distintos dispositivos, mediante mecanismos de reserva dinámica bajo demanda de las ranuras temporales.  ○ CDMA: multiplexación por división de código, acceso múltiple por división de código ○ Permite que múltiples usuarios compartan el mismo espectro de frecuencias simultáneamente, asignando a cada usuario un código único de expansión. Las señales de los usuarios se superponen en el dominio de la frecuencia, pero se pueden separar en el receptor utilizando los códigos únicos. ○ Todos pueden transmitir a la vez en todo el rango de frecuencias. No hay división de frecuencias. Cada emisor tiene un código aleatorio único: CHIP (Cada CHIP busca la ortogonalidad) La señal de cada canal se mezcla con el código CHIP  3. Sistemas celulares 3.1. Celdas Sistemas celulares: división de una gran área de cobertura en múltiples celdas más pequeñas, cada una con su propia estación base ○ Cada celda gestiona una estación ○ Cada celda tiene una estación base (BSS): componente de la red que transmite y recibe señales de los dispositivos móviles dentro de su celda. Cada zona tiene un rango de frecuencia gobernada por una estación. La reutilización de frecuencias no es posible entre celdas contiguas (racimos/cluster) cluster o racimo: conjunto de celdas en las que no podemo reutilizar las frecuencias Cuando un terminal cambia de una celda a otra: handover o handoff Handover: al sistema utilizado en comunicaciones móviles celulares con el objetivo de transferir el servicio de una estación base a otra cuando la calidad del enlace es insuficiente en una de las estaciones. Tipos de handover ○ Hard-Handover: Durante el proceso de Handover, se desconecta de su BTS y durante un tiempo (del orden de milisegundos), no está conectado a ninguna otra BTS ○ Soft-Handover: durante el proceso de traspaso el móvil estará conectado mediante un canal a la BTS origen y mediante otro canal a la BTS destino ○ Vertical handover: Cuando se cambia de tecnología (GMA a UMTS …) ○ Sin Handover: no se realiza traspaso entre BTS Roaming: cuando un terminal cambia de operadora  3.2. Generaciones GSM (2G) → GPRS(2.5G) → EDGE (2.75) → UMTS(3G) → LTE(4G) → 5G 3.3. Generación GSM - 2G. Sistemas Digitales Características: Transición significativa desde los sistemas analógicos (1G) hacia sistemas digitales: Ahora ya es digital Se empieza a utilizar la conmutación de circuitos Banda de uso en Europa: 900 y 1800MHz Velocidad: 9’6 Kbps Se creó SMS, WAP 2 Tipos de multiplexación ○ TDMA ○ CDMA Nota: 3GPP:colaboración global de organismos de estandarización que desarrollan protocolos para las telecomunicaciones móviles Arquitectura  BTS (Antenas): Se encarga de la comunicación entre los dispositivos móviles (como teléfonos celulares) y la red central de la operadora(multiplexar) BSC: Gestiona y controla varias estaciones base transceptoras (BTS) dentro de su área de responsabilidad NOTA: Una BSS se compone BTS + BSC MSC/VLR: Central de conmutación móvil o MSC. Encamina el tráfico Bases de datos: según que uso ( las gestiona la operadora) ○ HLR (abonados): Home Location Register. Almacena y maneja a todos los clientes de un operador. Utiliza como clave la MSISDN (Número de Suscripción RDSI de Móvil) Información de suscriptores: Datos personales, servicios suscritos, planes tarifarios. Ubicación: Información sobre la última ubicación registrada del usuario. Estado de actividad: Información sobre si el suscriptor está activo o inactivo ○ VLR(visitantes): Almacenar temporalmente la información de los suscriptores que se encuentran en el área cubierta por el MSC ○ AUC: Proveer los datos necesarios para la autenticación y la protección de la privacidad de las comunicaciones ○ EIR(equipos, móviles): Almacenar información sobre la identidad de los equipos móviles. IMEI (International Mobile Equipment Identity). Lista blanca: Equipos autorizados para usar la red. Lista gris: Equipos que requieren monitoreo adicional. Lista negra: Equipos que no están permitidos en la red, generalmente debido a robo o fraude. OMC: Centro de operación y mantenimiento. Controla y monitoriza estado de la red tarjeta SIM (Subscriber Identity Module) es un pequeño chip insertable utilizado en teléfonos móviles y otros dispositivos para autenticar y almacenar la información del suscriptor en la red de telecomunicaciones ICCID: número único y globalmente reconocible asignado a cada tarjeta SIM: ○ Identificador físico del circuito integrado Ki: Clave secreta almacenada en la SIM utilizada en el proceso de autenticación con la red. IMSI (Id (International Mobile Subscriber Identity): Id único del abonado en el mundo Kc (Ciphering Key): Clave utilizada para cifrar las comunicaciones de voz y datos entre el móvil y la red, asegurando la privacidad PIN LAI (Local Area Identity): para identificar de manera única una ubicación específica dentro de la red. Cada área de ubicación de una red móvil tiene su propio identificador único MSISDN: Número de Suscripción RDSI de Móvil Número de teléfono móvil asignado a una tarjeta SIM en una red móvil Utilizado para identificar al suscriptor en la red telefónica y para dirigir llamadas y mensajes SMS hacia el dispositivo móvil correspondiente (routing entre llamadas de suscriptores). Partes: ○ CC (Country Code): ○ NDC (National Destination Code): identifica la red del operador dentro del país ○ SN (Subscriber Number): número de suscriptor único dentro de la red del operador ○ 34 646547478 IMEI (International Mobile Equipment Identity): es un número único de identificación que se asigna a cada dispositivo móvil, como teléfonos inteligentes, tabletas y otros dispositivos móviles. Este número está diseñado para identificar de manera única un dispositivo en una red móvil y no se repite en ningún otro dispositivo en el mundo Nota: Dato asociado (Id) al dispositivo(teléfono ) no de la SIM. Si te roban el teléfono, se puede bloquear el IMEI Normalizado por el 3GPP  Formato: tiene 15 cifras como máximo. El código de IMEI consta de cuatro partes y sigue el siguiente esquema: XXXXXX YY ZZZZZZ W. ○ 6 primeros caracteres, se denomina Type Allocation Code (TAC): XXXXXX indican el país de fabricación del equipo ○ 2 siguientes caracteres (YY): es el Final Assembly Code (FAC) e indica el fabricante del equipo. ○ 6 siguientes caracteres SNR: ZZZZZZ. es el número de serie del teléfono. ○ W, es el dígito verificador o Spare. Usado para verificar que el IMEI es correcto. Tipos de SIM Tamaño completo Mini-SIM Micro-SIM Nano-SIM MFF2 eSIM  3.4. Generación GPRS - 2.5 G (General Packet Radio Services) Evolución de GSM Sobre IPv4 y se encapsula en trama GPRS Banda de uso en Europa: 900 y 1800MHz ○ reaprovechamiento antenas e interfaz radio Velocidad: 115 Kbps(GPRS) - 384 Kbps (EDGE) Conmutación de paquetes modo datagrama ○ APN (Access Point Name) es la puerta de entrada a la red de datos móviles de un operador de telefonía móvil. Es una configuración que permite que tu dispositivo móvil se conecte a Internet y acceda a los servicios de datos proporcionados por tu operador Un canal (slot) puede ser usado por 8 usuarios Un usuario puede usar hasta 8 canales bajo demanda ○ Recepción simultánea de voz y datos ○ Topologías: ○ PTP: Point To Point. Servicio en que el usuario envía uno a más paquetes a un único destinatario ○ PTM (Point To Multipoint) Se introduce MMS (Multimedia Messaging Service) 3.5. Generación EDGE - 2.75G Velocidades próximas a 3G Usa infraestructura GPRS pero con cambio de antenas Modulación 8-PSK Implementa redundancia incremental para corregir errores 3.6. Generación UMTS- 3G (Universal Mobile Telecommunications System) Usa IPv6 velocidad: 384 Kbps - 2Mbps Frecuencia; 800 Mhz y 2,1 Ghz Interfaz de radio llamada WCDMA Proporciona cobertura global mediante la red de acceso UTRAN (anteriormente se llamaba BSS). Modulación QPSK  HSPA (High Speed Packet Access) es una tecnología de comunicaciones móviles que mejora las redes 3G UMTS para proporcionar velocidades de transferencia de datos más rápidas y un rendimiento mejorado. ○ HSPA+: 84Mbps de bajada, 22 Mbps de subida ○ HSDPA (3.5G). 14Mbs de bajada ○ HSUPA (3.75G) 7.2 Mbos de subida Arquitectura UMTS Red de acceso UTRAN (UTRA Radio Access Network): proporciona la conectividad inalámbrica entre los dispositivos móviles y la infraestructura de red central en una red móvil UMTS Dispositivos Móviles (User Equipment - UE) Estación Base (Node B): equipo encargado de proporcionar cobertura y conexión a los dispositivos móviles dentro de su área de servicio ○ En GSM era la BSS RNC: responsable de controlar y gestionar múltiples estaciones base (Node Bs) ○ En GSM es la BSC Las antenas ahora se les llama Nodo B (gNodeB) en vez de BTS (de GSM), estación base Controlador de Estación Base (Radio Network Controller - RNC): responsable de controlar y gestionar múltiples estaciones base ○ Nota: en GSM se llama MSC  Estructura celular jerárquica. Tipos de células: ○ Macroceldas: 144Kbps zonas rurales. 15-20 km. Mayor potencia ○ Microceldas: 384 Kbps zonas urbanas con densidad. 1km ○ Picoceldas : 2 Mbps cobertura en interior de edificios. Ámbito de metros. NOTA: femtocelda: es una estación base pequeña en tamaño y potencia, diseñada para el uso en hogares o negocios. Normalmente, se conecta a la red del proveedor de servicio a través de una conexión de banda ancha cableada, típicamente DSL o cable. 3.7. LTE - 4G OFDMA: multiplexación por división de frecuencia La red de acceso E-UTRAN La red completa está basada en IP 300 Mbps de bajada y 75 Mbps de subida teórico ○ Las velocidades típicas de descarga en una red 4G pueden variar entre 5 Mbps y 50 Mbps. En condiciones ideales y en áreas con buena cobertura, estas velocidades pueden superar los 100 Mbps ○ carga (uplink): Las velocidades de carga suelen ser más bajas que las de descarga y pueden variar entre 1 Mbps y 20 Mbps. En condiciones óptimas, pueden alcanzar hasta 50 Mbps. Utiliza OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) y SC-FDMA (Single Carrier FDMA) para uplink  Los nodosB ahora se llama eNodosB Conmutación EPC(Evolved Packet Core - paquetes): Infraestructura montada en 4G que se reutilizó en 5G ○ Responsable de procesar y enrutar los paquetes de datos que se transmiten entre los dispositivos móviles LTE (a través de las estaciones base eNB) y las redes externas, como Internet o redes corporativas. 3.8. 5G Servicios definidos por la ITU-T Características: Velocidades ultra rápidas (superiores a 100Mb/s) ○ Modo NSA (Non Stand Alone): entre 1 y 2 Gbps ○ Modo SA (Stand Alone): Mínimo 20 Gbps Latencia: 1 a 2 ms Mayor densidad de dispositivos: debido al uso de M-MIMO (Massive MIMO:múltiples dispositivos van a poder recibir de forma simultánea diferentes flujos de datos, y aumentar así la velocidad y rendimiento ), tanto en NSA como SA  Utiliza modulación GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing) y Massive MIMO (mMIMO), Nota El Gobierno ha trabajado en impulsar el despliegue de redes y desarrollo de tecnologías 5G a través del Plan Nacional 5G, (2018- 2020) y, actualmente, a través de la Estrategia de Impulso de la Tecnología 5G, una de las prioridades de la Agenda España Digital 2026. Nota ¿Que es el Dividendo Digital?Concepto que se refiere al espectro radioeléctrico que queda disponible después de la transición de la televisión analógica a la televisión digital. Este espectro liberado es un recurso valioso que puede ser reutilizado para otros servicios, especialmente para mejorar las comunicaciones móviles y el acceso a internet de banda ancha. Nota El Segundo Dividendo Digital es un proceso por el cual se va a liberar la banda de 700 MHz del espectro radioeléctrico para desplegar en ella las futuras redes de telecomunicaciones 5G. Arquitectura AMF (Access and Mobility Management Function): Gestiona la autenticación, la movilidad y el establecimiento de sesión. SMF (Session Management Function): Controla las sesiones de datos de los usuarios y la entrega de paquetes de datos. UPF (User Plane Function): Enrutamiento de datos de usuario y entrega de paquetes. PCF (Policy Control Function): Define y aplica políticas de calidad de servicio (QoS). NEF (Network Exposure Function): Proporciona interfaces para acceder a la información de la red y los servicios. UDM (Unified Data Management): Almacena y gestiona la información de los usuarios.  AUSF (Authentication Server Function): Autentica los usuarios y gestiona las claves de seguridad. NEF (Network Exposure Function): Proporciona interfaces para acceder a la información de la red y los servicios. NSSF (Network Slice Selection Function): Selecciona la "rebanada" de red adecuada para los usuarios. NRF (Network Repository Function): Almacena la información de la red para el descubrimiento de servicios. Bandas de frecuencia (Europa): Altas frecuencias > 6Ghz Ofrece altas velocidades y capacidades. Cobertura más limitada. Medias 1-6 GHz Banda principal para servicios móviles y Frecuencias proporciona un equilibrio entre cobertura y capacidad Bajas Frecuencias sub-1 GHz para proporcionar cobertura amplia y penetración en interiores  3.9. Resumen 4. Comunicaciones inalámbricas 4.1. Alcances Hay 4 estándares: 802.20(WWMAN) - 802.16(WMAN) - 802.11(WLAN) - 802.15 (WPAN) WPAN: 802.15 < 10m: Bluetooth, Zigbee, Red en Malla Bluetooth(802.15.1): posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2.4 GHz ○ Aclaración sobre la Velocidad de 50 Mbps en Bluetooth 5.0: 1. Ancho de Banda Teórico: Algunas fuentes pueden referirse a un ancho de banda teórico máximo de 50 Mbps. Este número se puede obtener considerando la capacidad total del enlace Bluetooth 5.0 en ciertos escenarios, como cuando se utilizan múltiples canales de transmisión o se combinan diferentes tipos de datos (como control, voz, y datos en paralelo). 2. Tasa de Transferencia de Datos: La tasa de transferencia de datos efectiva que un usuario puede ver sigue siendo de 2 Mbps para BLE y hasta 3 Mbps con EDR en Bluetooth clásico. Estas cifras se refieren a la velocidad de transferencia de datos de usuario, que es lo que realmente importa para aplicaciones como el envío de archivos o la transmisión de música. ○ EDR (Velocidad de datos mejorada) Versión Alcance Velocidad Principales Características 3.0 + HS 30 m 24Mbps High Speed (HS) utiliza Wi-Fi para mayor velocidad, mejoras en eficiencia energética con Enhanced Power Control (EPC). 4.0 60 m // 1 Mbps (EL) Bluetooth Low Energy 50-100 3 Mbps (EDR) (BLE), ideal para aplicaciones de bajo consumo como dispositivos médicos. 4.1 60 m // 1 Mbps (EL) Mejoras en la 50-100 3 Mbps (EDR) coexistencia con redes LTE, conexiones duales (puede actuar como periférico y central). 4.2 60 m 1 Mbps (EL) Soporta IPv6 y 3 Mbps (EDR) 6LoWPAN 5.0 240 m 2 Mbps (EL) velocidad duplicada, 3 Mbps (EDR) Satisface  completamente los requisitos de transmisión de datos de un sistema de gestión de almacenes. 5.1 240 m 2 Mbps (EL) Dirección de señal 3 Mbps (EDR) para ubicación precisa, mejor rendimiento de conexión. 5.2 240 m 2 Mbps (EL) LE Audio, mejoras en 3 Mbps (EDR) la transmisión de audio, aumento de eficiencia energética. 5.3 240 m 2 Mbps (EL) Mejoras en el 3 Mbps (EDR) rendimiento y eficiencia energética, capacidad de broadcast avanzada. 5.4 240 m 2 Mbps (EL) 3 Mbps (EDR) ZigBee (Low Rate). Red 802.15.4. ○ Bajo consumo ○ 250 Kbit/s ○ Uso en domótica. Competidor con Bluetooth Red en malla: topología de red en la que cada nodo está conectado a varios otros nodos, permitiendo que los datos se desplacen a través de múltiples rutas. WLAN 802.11 < 100m (Wifi - HiperLan) WIFI es una marca de Wifi Alliance WMAN 802.16 - WiMAX(Redes de Área Metropolitana) Ofrecer acceso inalámbrico de banda ancha desde la estación base del operador al hogar o el negocio proporcionando un mecanismo barato para despliegue de la última milla ofreciendo alcances de hasta 70 Km. ○ Típicamente se utiliza en rangos de 5 a 10 km Hasta 124 Mbps compartidos en canales de 20 MHz (gracias a utilizar modulación OFDM) Seguridad: Uso de PKI basados en certificados X.503 y cifrado RSA de 1024 bits para autenticación e intercambio de claves Estándares WiMAX fijo (IEEE 802.16d): no incorpora ningún tipo de soporte para movilidad. Para zonas de baja densidad de población. WiMAX móvil (IEEE 802.16e): introduce soporte para movilidad. Gran ancho de banda en ambos sentidos de transmisión y en movilidad. WiMax/WiMAx2 802.16 WWAN 802.20 < 15 km 4.2. WIFI El estándar 802.11 : conjunto de especificaciones desarrolladas por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) para la implementación de redes de área local inalámbricas (WLAN) es la forma más apropiada de llamar a la tecnología Wi-Fi Arquitectura Ad-hoc: entre iguales. Ejemplo: wifi direct Infrastructure: todos hacia el router Mesh: todos conectados entre sí. Dispositivos especiales ○ Los sistemas mesh no nos conectan al punto más cercano sino al que, aunque esté más alejado de nuestro dispositivo, nos dará la mejor señal Wifi atendiendo a múltiples variables de la red de casa  Generación IEEE Mbits/s Radio Standard Frecuencia (GHz) Wifi-7 802.11be 48.000 /48Gbps 2.4/5/6 Wifi-6E 802.11ax 600-9608 2.4/5/6 Wifi-6 802.11ax 600-9608 2.4/5 Wifi-5 802.11ac 433-6933 2.4/5 Tipos de redes informáticas por alcance espacial 4.3. Modulación  4.4. SU-MIMO - MU--MIMO SU-MIMO: un router inalámbrico crea pequeñas rodajas de tiempo para cada dispositivo conectado en la red. Cada dispositivo activo reduce el ancho de banda total y hace que la conexión se ralentice: solo ese portátil, ese tablet o ese smartphone puede tener toda la atención del router en cada momento. MU-MIMO: es posible crear grupos de dispositivos que tienen servicio simultáneo que mejora de forma notable la eficiencia de estas redes.  4.5. Seguridad SSID (Beacon/frame) : es un tipo específico de mensaje enviado periódicamente por un punto de acceso (AP) o un nodo de red para anunciar su presencia y proporcionar información básica sobre la red WEP: Protocolo RC4. ○ 64b / 128 Bits WPA: Protocolo TKIP ( Protocolo de Integridad de Claves Temporales ) ○ 256 bits WPA 2: Utiliza el estándar de cifrado avanzado (AES) en lugar de TKIP ○ 256 bits WPA3: ○ Tiene 2 modos de clave Claves de 128 bits en modo WAP3-Personal Claves de 192 bits. WPA3-Enterprise 4.6. Resumen generaciones wifi Nombre Comercial Velocidad (Wi-Fi) Nombre Técnico Generación Máxima Teórica Frecuencia Wi-Fi 1 802.11b 1ª Generación 11 Mbps 2.4 GHz Wi-Fi 2 802.11a 2ª Generación 54 Mbps 5 GHz Wi-Fi 3 802.11g 3ª Generación 54 Mbps 2.4 GHz Wi-Fi 4 802.11n 4ª Generación 600 Mbps 2.4/5 GHz Wi-Fi 5 802.11ac 5ª Generación 3.5 Gbps 5 GHz Wi-Fi 6 802.11ax 6ª Generación 9.6 Gbps 2.4/5 GHz 6ª Generación Wi-Fi 6E 802.11ax (Extendida) 9.6 Gbps 2.4/5/6 GHz Wi-Fi 7 (Propuesta) 802.11be 7ª Generación 46 Gbps 2.4/5/6 GHz