¿Qué elementos componen una red móvil?

En una red móvil hoy en día conviven tres generaciones funcionando simultaneamente y, cada una, con elementos diferentes. Por supuesto hay elementos comunes que permiten que los usuarios puedan conectarse utilizando las diferentes tecnologías pasando de una a otra incluso durante una llamada. Para comenzar vamos a ver un esquema simplificado de una red móvil. No están todos los elementos pero si los más importantes.

Complete network architecture

Lo primero que podemos ver es que, en la caseta a los pies de cada antena, están los equipos que dan servicio a cada una de las tecnologías. Uno de los elementos más caros de la red es el emplazamiento y no por los equipos de telecomunicaciones. Normalmente es necesario pagar un alquiler y energía eléctrica, suelen estar en sitios remotos por lo que el mantenimiento es complicado. Por lo tanto, exceptuando el despliegue inicial cuando aparece una nueva tecnología, todos los emplazamientos de un operador dan cobertura en las tres tecnologías. A partir de ahí nuestra llamada o conexión de datos sigue un camino distinto dependiendo de la tecnología.

A continuación detallamos los elementos que la componen:

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Arquitectura de una red GSM

GSM network architecture

BTS

Siglas de “Base Transceiver Station”. Es el elemento que se conecta a las antenas de telefonía móvil en la segunda generación. La BTS se instala en la caseta que solemos ver a los pies de la torre de un emplazamiento. De la BTS salen los cables que emiten y reciben las señales y que se conectan a las antenas situadas en lo alto de la torre. Normalmente hay una BTS por emplazamiento que se conecta a varias antenas. Cada antena da cobertura a un sector circular al que denominamos celda. Por lo tanto una BTS gestiona todas las celdas de un emplazamiento.

BSC

Siglas de “Base Station Controller”. El elemento BSC controla un determinado número de BTSs de un area. Todas las BTSs de dicho area se conectan a la BSC y, a través de ella, pasa todo el flujo de comunicaciones. El elemento BSC controla el correcto funcionamiento de las BTSs conectadas, maneja la configuración de cada una de ellas e incluso participa activamente cuando un usuario móvil pasa de una BTS a otra (hand-over). Con las generaciones 2.5 y 2.75 el elemento BSC diferencia el tráfico de voz y de datos ya que, a partir de ella, siguen caminos separados.

MSC

Siglas de “Mobile Switching Center”. Son las centrales de comunicación que establecen las llamadas de voz en las redes móviles. A este elemento se conectan tanto las BSCs como las RNCs aunque solo reciben las llamadas de voz. Las llamadas de datos siguen un camino diferente. La tecnología utilizada por estas centrales es la misma que la empleada en las centrales de telefonía fija. Aun así el software que las controla es bastante más complejo ya que tiene que permitir la conexión de usuarios que están en movimiento y que pueden conectarse desde cualquier lado.

HLR

Siglas de “Home Location Register”. Es el elemento de la red que almacena los datos de los usuarios. Para dar de alta un usuario en una red móvil se deben introducir los datos en el HLR correspondiente. En una red móvil suele haber un HLR por cada millón de abonados. Por lo tanto los elementos de la red móvil que consultan la información del usuario deben saber, según el usuario, cual es el HLR que contiene su información. La información almacenada es toda la información estática relativa al usuario como los desvíos o los servicios activados.

VLR

Siglas de “Visitor Location Register”. Aunque lógicamente es un elemento diferente realmente es parte de la MSC. En él se almacena la información de los abonados que están conectados en dicha MSC. Este elemento permite no tener que estar preguntando continuamente al HLR por la información de un abonado. Además contiene información particular relativa a su posición en la red y su estado actual.

EIR

Siglas de “Equipment Identification Register”. Este elemento no es imprescindible y, de hecho, al principio no se ponía. Su función es comprobar el identificador del dispositivo o IMEI (international mobile equipment identification). Todos los dispositivos tienen un identificador IMEI único en el mundo. El operador tiene registrado nuestro IMEI si hemos comprado el teléfono a través de él o también si le informamos cuando compramos un nuevo teléfono. Si nuestro teléfono es robado podemos informar al operador y este pone el IMEI de nuestro teléfono en la lista negra del EIR. Si el EIR detecta una llamada con nuestro teléfono la interrumpe aunque la SIM sea distinta por lo que el teléfono queda inoperativo. El EIR admite también una lista gris en la que la llamada no se interrumpe pero envía un aviso informando de su uso. Algunos operadores tienen acuerdos para intercambiar el contenido de sus listas para impedir el uso de teléfonos robados aunque se cambie de operador.

AuC

Siglas de “Authetication Center”. Es un elemento complementario del HLR. Para mantener la confidencialidad en las comunicaciones e identificarnos con seguridad se utilizan unas claves particulares para cada SIM. Estas claves también están almacenadas en el AuC. Por seguridad estas claves no se almacenan en ningún otro sitio de la red y el AuC las mantiene protegidas.

Arquitectura de una red UMTS

UMTS network architecture

Nodo B

Es el equivalente a la BTS en la tercera generación. Los nodos B son equipos situados en la caseta de los emplazamientos conectados a las antenas que emiten y reciben las señales 3G. Al igual que el elemento BTS un nodo B maneja todas las celdas del emplazamiento donde está instalado.

RNC

Siglas de “Radio Network Controller”. El elemento RNC realiza una función similar al elemento BSC en la tercera generación. ¿Porqué se han utilizado siglas y elementos separados? La razón está en que las tecnologías 2G y 3G son muy diferentes y las funciones a realizar también son muy diferentes. Hoy en día se está implantando el concepto de Single RAN que intenta unificar las generaciones 2G y 3G en un único controlador que hace las funciones de BSC y RNC. Al igual que la BSC la RNC discrimina entre conexiones de voz y de datos que, a partir de ella, siguen caminos separados.

SGSN

Siglas de “Serving GPRS Support Node”. Es el elemento que recibe las comunicaciones de datos tanto de las BSCs como de las RNCs. Sus funciones son la distribución de los paquetes de datos y la localización y gestión de los usuarios conectados en el area gestionada. Por ejemplo una de las funciones del SGSN es enviar la conexión hacia el pais de origen del usuario cuando este es de otro pais. Con el despliegue de las redes 4G el SGSN se comunica con los elementos MME y SGW para facilitar y hacer más rápidos los cambios entre la tecnología 3G y 4G cuando se pierde la cobertura de esta última.

GGSN

Siglas de “Gateway GPRS Support Node”. Recibe las comunicaciones de los usuarios desde los SGSNs. Los GGSNs no controlan los SGSNs por lo que pueden reciber comunicaciones de cualquier SGSN incluso en otro pais. Las comunicaciones que se reciben son las de los usuarios pertenecientes al operador estén en el pais que estén. Este elemento es el final de la red móvil en cuanto a datos. A partir de él las comunicaciones son iguales a las de cualquier operador de internet pudiendose unir a las comunicaciones de una red fija en una red fijo-móvil unificada. El elemento GGSN realiza también funciones de control y de tarificación. Todos los datos necesarios para la facturación son enviados desde este elemento.

Arquitectura de una red LTE

LTE Network Architecture

En la figura superior se muestra un esquema de una red LTE. Como se puede ver es bastante simple comparado con las anteriores tecnologías. Solo contempla conexiones de datos, no hay conexiones de voz que actualmente se realizan en 2G o 3G pero que, en poco tiempo, se realizarán con la tecnología VoLTE o Voz sobre LTE.

eNode B

“Enhanced Node B” es el elemento situado en cada emplazamiento de cuarta generación o LTE. En este caso incorpora las funciones del elemento RNC por lo que no hay ningún controlador. El elemento eNode B se conecta directamenta a una red TCP/IP (similar a Internet) pero particular del operador. Aun así, al ser una red similar a internet, existen el riesgo de que se puedan espiar las conversaciones por lo que la comunicación se encrypta. Toda la comunicación es TCP/IP por lo que no hay llamadas de voz y el telefono tiene que pasar a 2G o 3G para realizar una llamada de voz. En el futuro se implantará las llamadas en VoLTE o VoIP (voice over IP) para permitir conexiones de voz y datos en 4G.

HSS

Siglas de “Home Subscriber Server”. Es la evolución del elemento HLR utilizando en las redes 4G o LTE. Al igual que el HLR almacena los datos estáticos de los usuarios asi como los servicios que tienen activados. Actualmente los operadores tienen separados los HLR y los HSS por lo que es necesario dar de alta a un usuario en los dos sitios. La evolución de estos dos elementos será en el futuro una única base de datos con la información de todos los abonados con una capa sobre ella que ofrezca tanto un interfaz HLR como un interfaz HSS

MME

Siglas de “Mobility Management Entity”. Es el elemento que gestiona una red de cuarta generación. Aunque los eNodes B no necesitan de un controlador es necesario un elemento común que gestione la red y que se encargue de las funciones que son comunes. Las labores de este elemento van desde el control del dispositivo móvil realizando la identificación del usuario en combinación con el HSS hasta la elección del elemento SGW que va a gestionar la comunicación,

SGW

Siglas de ” Serving Gateway”. Es el elemento que recibe las comunicaciones de datos de los eNodes B. Aisla al elemento PGW de la mobilidad de la red. Cuando un dispositivo móvil se mueve a lo largo de la red cada cambio de un eNode B a otro implica un gran número de comunicaciones solamente en la gestión del cambio para que se produzca de una manera fluida. El elemento SGW aisla toda esta gestión para que no llegue al elemento PGW ya que una red móvil tiene unos pocos PGWs que no soportarian todo el tráfico de gestión que implica los movimientos de los dispositivos en la red.

PGW

Siglas de “Packet Data Network Gateway. Sustituye al GGSN y, al igual que este, es la frontera entre la red móvil y la red TCP/IP del operador. Es el elemento que asigna las direcciones IP que utiliza cada usuario por lo que, cara a la red, es como si los datos partieran de él. Ademas realiza tareas de control de los datos y de tarificación. Toda la información necesaria para la facturación parte de este elemento.

Los tres elementos anteriores: MME, SGW y PGW se denominan EPC o “Evolved Packet Core”.