La cartilla GSM incluye:
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La arquitectura de la red GSM proporcionaba una arquitectura simple y a la vez eficaz para proporcionar los servicios necesarios para un sistema de comunicaciones celulares o móviles 2G.

La arquitectura general de la red GSM constaba de cuatro elementos principales, que a menudo podían 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 está superada, ofrece una excelente introducción a algunas de las capacidades básicas necesarias para establecer una red de telefonía de comunicaciones móviles y a cómo funcionan todas las entidades juntas.

Elementos de la arquitectura de red GSM

Para que el sistema GSM funcione en conjunto 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 diferentes elementos de la red GSM operan conjuntamente y el usuario no es consciente de las diferentes entidades dentro 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 GSM 2G incluye cuatro elementos principales que se muestran a continuación:

Dentro de este diagrama se pueden ver las diferentes áreas de la red – 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 tuvo mucho éxito y se desarrolló 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 variedad de elementos diferentes, y a menudo se denomina red central. Es esencialmente 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 funcionalidad adicional para permitir que los requisitos de un usuario móvil sean soportados. 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 Ubicación Doméstica (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 es capaz de dirigir las llamadas a la estación base pertinente 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 manera 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 proporcionar los servicios seleccionados para el abonado individual. El VLR puede ser implementado como una entidad separada, pero comúnmente se realiza como una parte integral del MSC, en lugar de una entidad separada. De esta manera, el acceso se hace más rápido y más conveniente.
• Registro de Identidad de Equipo (EIR): El EIR es la entidad que decide si un determinado equipo móvil puede ser admitido 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. En función de la información contenida en el EIR, se puede asignar al móvil uno de los tres estados siguientes: autorización de acceso a la red, prohibición de acceso o supervisión 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 conocimiento de 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 SMS-G o pasarela SMS es el término que se utiliza para describir colectivamente las dos pasarelas de servicios de mensajes cortos definidas en las normas 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 originados 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. Normalmente estaban 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)

La sección del subsistema de estación base (BSS) 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 de 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 vuelta a la red GSM. Controla un grupo de BTS, y a menudo está 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.

Las estaciones base son ubicadas cuidadosamente por el proveedor de la red para permitir la cobertura completa de un área. El área 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 reducirían la calidad de las llamadas, al tiempo que se mantiene una reutilización de frecuencias suficiente.

Es importante que las diferentes BTS estén conectadas con el BSS y que los BSS estén conectados con la red central.

Se han utilizado diversas tecnologías para conseguirlo. Como las velocidades de datos utilizadas dentro de la red GSM eran relativamente bajas, a menudo se utilizaban líneas E1 o T1, especialmente para enlazar el BSS con la red central.

Como 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 esto podía reducir la necesidad de instalar líneas específicas si no había ninguna disponible. Dado que 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 ofrecía un método atractivo para proporcionar un enlace de datos para la red.

Estaciones móviles

Las estaciones móviles (MS), los equipos móviles (ME) o, como se conocen 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 significativamente.

Hay una serie de elementos en el teléfono móvil, aunque los dos elementos principales son el hardware principal y la SIM.

El hardware propiamente dicho contiene los elementos principales del teléfono móvil, incluyendo la pantalla, la carcasa, la batería, y la electrónica utilizada para generar la señal, y procesar el receptor de datos y para ser transmitidos.

La estación móvil, o ME también contiene un número conocido como la Identidad Internacional de Equipo Móvil (IMEI). Este se instala en el teléfono en la fabricación y «no» se puede cambiar. 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 Suscriptor contiene la información que proporciona la identidad del usuario a la red. Contiene una variedad de información que incluye un número conocido como Identidad de Abonado Móvil Internacional (IMSI). Como esto está incluido en la SIM, y significa que al mover 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 un flujo de ingresos adicional para los proveedores de red y ayudando a aumentar el éxito financiero general del GSM.

Subsistema de Operación y Soporte (OSS)

El OSS o subsistema de soporte a la operación es un elemento dentro de la arquitectura general de la red de comunicaciones móviles GSM que está conectado a los componentes del NSS y el BSC. Se utiliza para controlar y supervisar la red GSM en general y también se utiliza para controlar la carga de tráfico del BSS. Hay que tener en cuenta 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 la BTS, lo que permite ahorrar en el coste de propiedad del sistema.

La arquitectura de la red GSM 2G 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 todo digital, la red era una red de datos.

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