Servicios de Telecomunicaciones Luis López Fernández 2006

Contenidos Lección 2.1: El servicio de telefonía móvil Perspectiva histórica Estado actual Lección 2.1: Las redes de datos inalámbricas WiFi WiMax Bluetooth

Historia de la telefonía móvil La historia comienza con … Marconi (U.S. Patent 586193 1897) La radio se utilizaba para Difusión Comunicaciones restringidas (ejército, barcos, etc.) Los primeros “teléfonos móviles” aparecen hacia 1950 montados en coches Permiten enviar/recibir llamadas hacia/desde la RTPC Se basan en modulaciones analógicas Una sola antena en cada gran ciudad Grandes restricciones de potencia y gran tamaño de los terminales En 1973, Martin Cooper (ingeniero de Motorola) inventa la telefonía celular Celdas pequeñas cubriendo cada ciudad (región) Dispositivos pequeños de potencia reducida El la década de los 80 aparecen los primeros sistemas comerciales celulares (1G) Sistemas analógicos sin protección “fáciles de escuchar” NMT, AMPS, TACS, etc. Hacia los 90, surgen la telefonía celular digital: los sistemas 2G Sistemas digitales que cifran la información y la protegen frente a escuchas GSM, D-AMPS, etc Hacia el año 2000 surgen los primeros sistemas 3G Mejoran los mecanismos digitales para permitir servicios diferentes al de voz UMTS, CDMA-2000, etc.

Sistemas 1G NMT Nordic Moble Telephony Desde 1980 hasta finales de los 90 Primer teléfono móvil celular comercial (Mobira – Ericsson) Usa tecnología analógica fácil de interceptar con un escáner Se basa en FDMA en las bandas de 450MHz y 900MHz Alcance de hasta 30Km tanto en emisión como en recepción Usado en los países nórdicos, Oriente Medio y Asia AMPS Advanced Mobile Phone System Desde 1983 hasta finales de los 90 Desarrollado en Bell Labs mediante tecnología analógica de transmisión Usado en diferentes países del continente americano Se basa en FDMA en la banda de 800MHz con hasta 400 canales por base TACS Total Access Communication System Desde principios de los 80 hasta finales de los 90 Versión europea de AMPS ETACS: versión de TACS con más canales (operativa en Vodafone UK hasta 2001)

Sistemas 2G: GSM GSM: Global System for Mobile communications – Groupe Spécial Mobile Definido por ETSI en 1990, primeras llamadas comerciales en 1991 (Finlandia) Es un estándar abierto para el que hay decenas de fabricantes La elevada competencia ha hecho que los precios sean muy asequibles Es el estándar más extendido de telefonía móvil en la actualidad Hay más de 2.000 Millones de abonados en el mundo en 212 países/territorios Posibilidad de ofrecer servicios de roaming Toda la comunicación es digital (tanto señalización como voz) Ofrece una calidad de servicio muy uniforme garantizada Cada usuario contiene un SIM (Subscriber Identity Module) que contiene su información de abonado único La seguridad se basa en algoritmos de clave simétrica (A5/1 y A5/2) que tienen debilidades, pero en la práctica se han mostrado robustos para usos convencionales Soporta celdas de múltiples tamaños (desde 30 metros hasta 30Km approx) Incorpora un servicio de envío de mensajes cortos de texto

Sistemas 2G: GSM Cont. Interfaz radio Opera en dos bandas: 900MHz y 1800MHz Utiliza FDMA en las bandas y opera sobre 124 portadoras diferentes Sobre cada portadora se aplica un mecanismo de TDMA Algunos canales son de señalización Algunos canales son de acceso compartido El resto de los canales quedan asignados a canales de tráfico Los canales CSD se pueden utilizar para la transmisión de datos a 9,6Kbps

Sistemas 2G: GSM Cont. La red GSM El acceso se basa en la interfaz radio Cuenta con mecanismos de conmutación de los canales de voz Cuenta con mecanismos de gestión de la mobilidad Dispone de una “conexión” a la RTPC Cuenta con un plano de señalización “separado” del plano de datos

Sistemas 2.5G: GPRS GPRS: General Packet Radio Service Es un conjunto de modificaciones sobre GSM que permiten la comunicación de paquetes de datos digitales de manera más flexible y económica Suele utilizarse como mecanismo de acceso a Internet Toma un conjunto de canales TDMA GSM para transmitir datos Se adapta a la “disponibilidad” de canales libres Puede alcanzar hasta 170Kbsp de transmisión full-duplex La facturación se basa en volumen de datos y no en tiempo Sigue una filosofía de “conmutación de paquetes”

Sistemas 3G: UMTS UMTS: Universal Mobile Telecommunications System Es el sistema de telefonía 3G auspiciado por los fabricantes europeos Está estandarizado por el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) Está destinado a ser el sucesor de GSM Desde el punto de vista de las tecnologías de red, es muy similar a GPRS Desde el punto de vista de la interfaz radio, es muy diferente de GSM Las tecnologías desplegadas comercialmente en la actualidad se basa en un mecanismo W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) que permite hasta 384Kbps Existen estándares basados en HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) que alcanzan los 2Mbps en bajada que serán desplegados en los próximos años Existen otros competidores fuera de Europa: CDMA2000, TD-SCDMA, etc. Su uso no está muy extendido Terminales caros y con pocas prestaciones (batería) Pocos modelos de servicio interesantes para el usuario

Sistemas 4G 4G = cuarta generación de tecnologías de móviles Es una manera de designar a las tecnologías móviles del futuro No está del todo claro cómo serán esas tecnologías ni cuando están disponibles Hay algunos aspectos del 4G que parecen estar aceptados El 4G se basará en los protocolos y tecnologías de Internet El 4G seguirá la filosofía de los sistemas abiertos (como Internet) El 4G utilizará mecanismos de acceso similares a WiFi o WiMAX Se alcanzarán velocidades de acceso de entre 100Mbps y 1Gbps Se posibilitará el acceso a nuevos servicios (High definition mobile TV, etc) Hay algunos retos tecnológicos que afrontar antes de llegar al 4G Optimizar la eficiencia espectral Mejorar la conectividad a través de múltiples redes (roaming) Lograr que los cambios de celda (handoffs) se produzcan en entornos heterogéneos Mantener compatibilidad con el resto de estándares inalámbricos de Internet Lograr calidades de servicio satisfactorias en redes “All IP” Integrar todos los sistemas bajo IPv6

La telefonía móvil del futuro No sabemos cómo será la telefonía móvil del futuro, pero es previsible que los siguientes aspectos tengan importancia Everytime-everywhere Roaming internacional Bluetooth Nuevos interfaces (implantes, gafas, etc.) El móvil como puerta de entrada a “La Red” Móviles y salud Móviles y privacidad (el Gran Hermano)

Comunicaciones por satélite Satélite geoestacionario (GEO): siempre sobre un mismo punto del ecuador Ventajas: Ofrece cobertura a una zona bien definida de la superficie terrestre El satélite siempre se encuentra en “el mismo punto” en el cielo Inconvenientes: La órbita está a unos 36.000 Km de la Tierra (el satélite está muy lejos) Empeora la latencia Necesidad de mayor potencia de emisión Necesidad de antenas de mayor tamaño en recepción Necesidad de antenas direccionales Satélites de baja óbita (LEO): orbitan en alturas comprendidas entre 200 y 2000 Km La latencia mejora notablemente La potencia de transmisión es razonable No requieren antenas direccionales Inconvenientes Se desplazan a gran velocidad sobre la superficie terrestre (30.000 Km/h) No ofrecen cobertura fija sobre una región de la tierra Requieren el uso de “constelaciones”

Telefonía móvil por satélite Thuraya : Se basa en un GEO que ofrece cobertura sobre una zona de Europa/Asia/África Requiere terminales de gran tamaño Utiliza GSM cuando está disponible Iridium: Se basa en una constelación de 66 LEOs que ofrecen cobertura mundial Los terminales son de tamaño moderado Éxito tecnológico capitaneado por Motorola Fracaso comercial Globalstar: Utiliza una constelación de LEOs similar a la de Iridium Tecnologías similares a las de Iridium Fracaso comercial similar al de Iridium

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Redes de área local inalámbricas WLAN (Wireless LAN) Red de área local sin cables (transmisión por radio) Cobertura: depende de la direccionalidad de las antenas y de las características del entorno (paredes, obstáculos, etc). Normalmente limitada a algunas decenas de metros (indoor) o a algunos centenares de metros (outdoor) Se puede ofrecer cobertura en áreas mayores utilizando varias WLANs coordinadas En general son más baratas que las LAN cableadas En general son más lentas que las LAN cableadas Existen varios estándares, los más populares en la familia IEEE 802.11

WiFi Wireless Fidelity (marca comercial) Familia de estándares para WLAN basados en IEEE 802.11 En el futuro podría incluir otros estándares (IEEE 802.16, etc.) Los productos certificados WiFi pueden incluir el logo correspondiente que garantiza que han superado un conjunto de pruebas de interoperabilidad Ventajas con respecto a 3G Velocidades de acceso más elevadas Costes de despliegue mucho más bajos Muy bien integrada con las tecnologías PC Bandas de transmisión de libre acceso (cualquiera puede tener “su propia red”) Inconvenientes con respecto a 3G Menor seguridad Menores zonas con cobertura Menos espectro disponible Mayor consumo de potencia (problema si el dispositivo el móvil) Bandas de transmisión de libre acceso (cualquiera puede “interferir”) Iniciativa FON frente a operadores telefónicos 3G: ventajas e inconvenientes

IEEE 802.11 Conjunto de estándares para WLAN Son los estándares certificados por la marca WiFi actualmente 802.11b: Banda de 2.4 GHz (libre), 11Mbps 802.11g: Banda de 2.4 GHz (libre), 54Mbps 802.11a: Banda de 5GHz (libre), 54Mbps 802.11i: Mecanismos de seguridad 802.11n: (En preparación), 540Mbps

IEEE 802.11b CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): Acceso múltiple con detección de portadora evitando colisiones Similar, en los aspectos esenciales, a Ethernet 11Mbps en condiciones óptimas, 5Mbps en condiciones realistas Banda de 2.5GHz Absorción por metal, agua, paredes gruesas, etc. Interferencias con microondas, teléfonos inalámbricos, Bluetooth, etc. 14 canales posibles, sólo algunos disponibles sin licencia según paises Máxima potencia: 100mW Seguridad basada en WEP (problemas conocidos) y más recientemente WPA Cobertura: Varios kilómetros con antenas direccionales de alta ganancia Centenares de metros en campo abierto Decenas de metros en edificios Disponible comercialmente desde 1999

IEEE 802.11a CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): Acceso múltiple con detección de portadora evitando colisiones Similar, en los aspectos esenciales, a IEEE 802.11b 54Mbps en condiciones óptimas, 25Mbps en condiciones realistas Banda de 5GHz Mucha Absorción por metal, agua, paredes gruesas, etc. Menos interferencias que en la banda de 2.4GHz Cobertura: Menor que con 802.11b Disponible comercialmente desde 2001

Redes de área extendida inalámbricas: WiMAX WMAN (wireless MAN) Redes de área extendida basadas transmisión inalámbrica Distancias de hasta decenas de kilómetros Anchos de banda similares a los de las WLAN Son todavía poco comunes pero se están empezando a utilizar para: Proporcionar acceso a Internet (last mile) Conectar WLANs lejanas Varios estándares, los más populares en la familia IEEE 802.16 WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access WiMAX es una certificación para fomentar interoperabilidad en la familia de estándares IEEE 802.16 IEEE 802.16 (2002) Banda de 10 a 66 GHz (requiere visbilidad directa) Admite servicios diferenciados Hasta 120Mbps (la velocidad depende de la distancia) Comunicación punto-a-multipunto (requiere estación base) IEEE 802.16a (2003) Banda de 2 a 11GHz (no necesita visibilidad directa) Comunicación mesh (no requiere estación base)

WiMAX y 4G

Redes personales inalámbricas WPAN (wireless PAN) Red personal sin cables Extensión: unos metros Anchos de banda similares a los de WLAN Muy usado para conexión de dispositivos de uso personal (móvil, auriculares, cámara de fotos, PDA, ordenador, impresora, etc.) Varios estándares: Bluetooth, IEEE 802.15, IrDA Estándares con hilos similares: USB, Firewire Bluetooth Distancia máxima de unos 10 metros Banda de 2,45GHz Velocidad de hasta 723Kbps Algunos problemas de seguridad

Lección 1.6: Comentarios y referencias Comentarios y reflexiones Uno de los elementos que limitan las posibilidades de las comunicaciones móviles son las baterías, ¿por qué? ¿Qué es una antena direccional y qué mide la ganancia? ¿Puede un teléfono móvil usar una antena direccional? Referencias Nunca desprecies el poder de Wikipedia (www.wikipedia.org)