La clase de hoy, 11 de abril, ha sido impartida en su totalidad por Vicente Casares, profesor de la UPV. Esta sesión y la siguiente tratarán sobre la infraestructura de las redes de comunicaciones y, por este motivo, han resultado más familiares puesto que estos aspectos ya se habían tratado anteriormente en la asignatura Redes Públicas I, de 5º curso de Ingeniería de Telecomunicación de la UPV, impartida también por Vicente Casares, y en una asignatura de 3º curso de Ingeniería Técnica de Telecomunicación (EPSG, Gandía) llamada Tecnologías de Acceso, impartida por Amparo Girona.
Las redes de telecomunicaciones se pueden clasificar en función de su tecnología de acceso: medios cableados (ADSL, HFC, X.25) o medios inalámbricos (sistemas WLAN, Cordless, celulares, satélite). Estas tecnologías de acceso representarán claramente el cuello de botella de la red ya que sus prestaciones son inferiores a las tecnologías implementadas en las redes de transporte o núcleo de la red (ATM, IP, PDH, SDH, WDM).
TECNOLOGÍAS CELULARES
En primer lugar se ha visto el sistema celular de segunda generación (2G) GSM (Global System for Mobile communications). Utiliza mayoritariamente la banda de 900 MHz (también existe GSM 1800 y 1900 (DCS)), se trata de un estándar de comunicaciones totalmente digital, tanto en transmisión como en señalización, que utiliza la técnica de conmutación de circuitos en sus comunicaciones, TDMA como técnica de acceso al medio y GMSK como técnica de modulación. Con GSM se consiguen unas tasas de transmisión aproximadas de 9.6 Kbps insuficientes para el envío de datos. Permite la comunicación de voz a alta calidad, el envío de mensajes SMS y la navegación WAP para el acceso a Internet, aunque con una considerable carga de espera y tarificación por tiempo (ya que el circuito está establecido).
Con tal de incrementar la oferta de servicios de GSM, se introdujo GPRS (General Packet Radio Service), dando lugar a la 2.5G. GPRS sigue manteniendo la misma infraestructura de red de GSM, pero abandona la técnica de conmutación de circuitos en favor de la técnica de conmutación de paquetes con acceso múltiple por división en código de banda estrecha (1,25 MHz), CDMA (Code Division Multiple Access).
En la arquitectura de red aparecen dos nuevos nodos (SGSN y GGSN) que serán los encargados de dar servicios en modo paquete.
Con la técnica de conmutación de paquetes se consiguen mayores tasas de transmisión, ya que se posibilita la asignación dinámica bajo demanda de ‘slots’ temporales, logrando de este modo tasa del orden de 200 Kbps que viabilizan el uso de aplicaciones WAP con mayores prestaciones, el envío de mensajes multimedia MMS y, además, la facturación vendrá determinada por el volumen de datos transferidos y no por el tiempo de conexión.
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) se trata de una mejora de GPRS que cambia los esquemas de codificación y modulación, pero que no ha conseguido el éxito comercial de su predecesora.
Al sistema 2G se le han añadido entidades funcionales como complemetarios como VAS (servicios de valor añadido) o IN (inteligencia de red) con tal de incrementar sus prestaciones y servicios.
La introducción de tecnología inalámbrica de tercera generación (3G) aparece con la finalidad de ofrecer nuevos servicios de telecomunicaciones a los usuarios. El ambicioso nombre que se le dio a este revolucionario proyecto fue el de UMTS (Universal Mobile Telecommunications System, o Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) y su definición empezó a ser desarrollada por el ETSI europeo a mediados de la década de 1990. Empero, la incorporación al proyecto de otros organismos como la TIA (Telecommunications Industry Association) en Estados Unidos y la ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) en Japón, hizo que la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) tomara el relevo y aglutinara todas las iniciativas bajo de denominación genérica de IMT-2000 (International Mobile Telecommunications).
El sistema 3G logra sus principales ventajas con respecto a los sistemas precedentes empleando un esquema de Acceso Múltiple por División en Códigos de Banda Ancha (WCDMA) por un canal radio de 5 MHz. Esta tercera generación se encuentra marcada con una serie de características innovadoras como la transmisión digital no sólo de voz, sino de datos y video con unas tasas desde los 384 Kbps hasta picos de 2 Mbps.
UMTS utiliza su propia infraestructura aunque comparte varias entidades funcionales con GSM, aunque su nomenclatura en los Releases cambie.
UMTS permite clasificar el tráfico (aplicaciones conversacionales, streaming, tráfico interactivo o background) en función de sus requisitos de calidad de servicio (QoS), como son los requisitos temporales (tráfico en tiempo real -rt- o no -nrt- ).
Con tal de reducir el RTT (round trip time) o camino de ida y vuelta, que se trata de una barrera para el tráfico interactivo, aparece HSPA como una evolución de 3G, conocida también como 3.5G que añade funcionalidad al nodo B, y mejora las prestaciones para la transmisión de VoIP mediante la reducción significativa de la latencia (rtt). Según el canal en el que se implemente tenemos:
· HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) para el canal descendente.
· HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) para el canal descendente.
TECNOLOGÍAS INALÁMBRICAS
WIMAX
WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) se trata un estándar de transmisión inalámbrica (IEEE 802.16) que proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 48 km de radio y a velocidades de hasta 70 Mbps, utilizando tecnología que no requiere visión directa con las estaciones base.
WiMax utiliza el espectro desde los 2 hasta los 66 GHz (rango 2-11 para no alcance directo, NLOS, y 11-66 para transmisiones LOS). Utiliza comunicaciones full-duplex con técnicas de duplexado en tiempo y en frecuencia (TDD y FDD).
En capa física utiliza OFDM(A) como técnica de modulación o de acceso múltiple. OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) transmite los datos empleando un gran número de portadoras de banda estrecha o sub-portadoras espaciadas uniformemente y ortogonales entre sí, lo que da origen a que no existan interferencias entre ellas, aunque se solapen en el dominio de frecuencia. Cada una de estas sub-portadoras puede modularse adaptativamente, empleando diferentes esquemas de modulación, de acuerdo al estado instantáneo del canal a la frecuencia de cada una de ellas. OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) como acceso múltiple permite transmitir información utilizando distintos conjuntos de sub-portadoras de modo que aporta flexibilidad de asignación de recursos, así como un uso eficiente del enlace radioeléctrico.
Respecto a la capa MAC, hemos visto el formato de las tramas (MAC PDU) y el tipo de fragmentación que soportan las SDU de este nivel. Hemos visto que a nivel MAC existen dos tipo de conexiones (gestión y transporte) servidos de acuerdo a 5 clases de SCHEDULING clasificados por los requisitos de QoS:
- - UGS (Unsolited Grant Service) muy sensibles a requisitos temporales (retardo y jitter).
- - rtPS (Real Time Poling Service), para aplicaciones de tiempo real como por ejemplo tramas de video MPEG.
- - nrtPS (Non Real Time Poling Service), para aplicaciones tolerantes al retardo, con paquetes de datos de tamaño variable, pero con un mínimo ancho de banda necesario como por ejemplo la transmisión FTP.
- - BE (Best Effort). Servicio de ‘buenas intenciones’ que no ofrece garantías en la transmisión. Por ejemplo: e-mail.
- - ErtPS (Extended Real Time Poling Service), se trata de una mejora de rtPS.
El SCHEDULER o planificador se ubicará en la estación base y podrá implementar cualquier disciplina de servicio o algoritmo de gestión de colas (Round Robin, Weighted Far Queueing -WFQ-, etc.).
WLAN
Los sistemas WLAN (Wireless LAN) disponen de un ancho de banda considerable a un coste económico, sin embargo la movilidad queda condicionada por la cobertura de los puntos de acceso. Destacan dos estándares: IEEE 802.11 e HiperLAN (del ETSI).
El estándar IEEE 802.11 (WiFi) ha gozado y está gozando de mayor éxito y cuenta con diversas especificaciones:
· 802.11a. Banda de 5 GHz. Modulación OFDM. Hasta 54 Mbps.
· 802.11b. Banda de ISM (2.4 GHz). Modulación en DSSS. Hasta 11 Mbps.
· 802.11g. Banda de ISM (2.4 GHz). Modulación OFDM. Hasta 54 Mbps
· 802.11i. Contempla aspectos de seguridad.
· 802.11n. En desarrollo, velocidades hasta 500 Mbps.
Pueden consultarse los estándares de IEEE en: http://standards.ieee.org/db/status/index.shtml
802.11 puede trabajar en modo infraestructura (con un AP, Access Point) o en modo ad-hoc (peer-to-peer entre terminales, sin AP).
El estándar IEEE 802.11 implementa las capas de nivel físico y la capa MAC del nivel de enlace de datos. En capa física utiliza:
· Salto en frecuencia: FHHS.
· Secuencia directa: DSSS.
En capa MAC se definen dos modos de operación:
· PCF (Point Coordination Function).
· DCF (Distributed Coordination Function).
Asimismo, existen tres niveles de prioridad para ganar el acceso al medio, basado en un mecanismo CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access Collission Avoidance):
· DIFS (DCF Inter Frame Spacing). Prioridad baja.
· PIFS (PCF Inter Frame Spacing). Prioridad media.
· SIFS (Short Inter Frame Spacing). Prioridad baja.
Se han introducido los paquetes de control RTS (Request To Send) y CTS (Clear To Send) para paliar la situación de terminales ocultos. También se ha visto el mecanismo de segmentación y reensamblado y algún ejemplo de CSMA/CA viendo el significador del vector de ocupación NAV en las tramas.
GESTIÓN DE LA MOVILIDAD
En este apartado se ha hablado de las implementaciones de movilidad en los distintos estándares de telefonía celular y de las soluciones para la macro-movilidad y micor-movilidad en las rell All-IP.
La gestión de la movilidad debe producirse tanto si el móvil se encuentra en estado inactivo, para poder entregarle llamadas entrantes, tanto si se encuentra en estado activo con una comunicación establecida, para garantizarle la continuidad de dicha sesión. Este seguimiento requiere un tráfico de señalización tanto en la red fija como en el interfaz radio (donde el ancho de banda es más escaso).
En cuanto a la gestión de la localización se diferencian los siguientes aspectos en:
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- Interfaz Radio:
- Mensajes Location Update (generado por el móvil).
- Mensajes Paging (llamadas entrantes).
-
- Red fija:
- Database Update (actualización de la base de datos ante un Location Update).
- Interrogation (para localizar al móvil destino).
De este modo, se pueden combinar para generar:
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- Location Registration: Location Update + Database Update.
-
- Call Delivery: Interrogation + Paging.
Otro aspecto tratado ha sido la gestión de los transpasos o HAND-OVER. Lo ideal sería que este proceso fuera totalmente transparente al usuario. El handover se puede clasificar en función del grado de conectividad, por su ejecución o por la implicación de la red fija.
También se ha visto la gestión de localización en GSM, GPRS y en UMTS y, por último, se ha visto la gestión de macro-movilidad y micro-movilidad en redes All-IP.
