red de datos 3g
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RED DE DATOS 3G
1. INTRODUCCION
La Empresa en la actualidad brinda los servicios de conexión de Banda Ancha a las
diferentes instituciones dentro del proyecto de Compartel, para este objetivo se brinda
diferentes tipos de conexión a la Red de Internet como son conexiones de Tipo Radio
Frecuencia y Satelital. Debido a los altos costos en este tipo de conexiones se ha
evaluado la conectividad a estas instituciones por medio de las Redes Móviles
operativas en Colombia, a través de su Red 3GSM (Comcel, Tigo, Movistar).
Usando este tipo de red e implementando servicios de Internet a través de la misma
llegando estos a La Empresa, se podría tener un ahorro significativo en la
operatibilidad e implementación de la misma.
2. Objetivos
Mediante este proyecto se busca obtener una conectividad a Internet a través de las
redes Móviles de los Operadores actualmente en Colombia, para dar solución a las
Instituciones Públicas asignada en el proyecto de Compartel.
3. Enhanced Data Rates for GSM Evolution
3.1 EDGE es el acrónimo para Enhanced Data rates for GSM of Evolution (Tasas de Datos Mejoradas para la evolución de GSM). También conocida como EGPRS (Enhanced GPRS).
Es una tecnología de la telefonía móvil celular, que actúa como puente entre las redes 2G y 3G. EDGE se considera una evolución del GPRS (General Packet Radio Service). Esta tecnología funciona con redes GSM. Aunque EDGE funciona con cualquier GSM que tenga implementado GPRS, el operador debe implementar las actualizaciones necesarias, además no todos los teléfonos móviles soportan esta tecnología.
EDGE, o EGPRS, puede ser usado en cualquier transferencia de datos basada en conmutación por paquetes (Packet Switched), como lo es la conexión a Internet. Los beneficios de EDGE sobre GPRS se pueden ver en las aplicaciones que requieren una velocidad de transferencia de datos, o ancho de banda alta, como video y otros servicios multimediales.
Además de usar GMSK (Gaussian Minimum-Shift Keying), EDGE usa 8PSK (8 Phase Shift Keying) para los cinco niveles superiores de nueve esquemas totales de modulación y codificación. En los cuatro primeros niveles se utiliza GPRS propiamente dicho. La utilización de 8PSK produce una palabra de 3 bits por cada cambio en la fase de la portadora. Con esto se triplica el ancho de banda disponible que brinda GSM. El nivel del esquema que se utilice para transmitir depende de la relación C/I (portadora/interferente), el cual será más alto cuanto más grande sea el valor de C/I. Al igual que GPRS, EDGE usa un algoritmo de adaptación de tasas, que adapta el esquema de modulación y codificación (MCS) usado para la calidad del canal de radio y así el índice binario (bit rate) y la robustez de la transmisión de datos. EDGE agrega una nueva tecnología que no se encuentra en GPRS, la Redundancia Incremental, la cual, en vez de re-transmitir los paquetes de información alterados, envía más información redundante que se combina en el receptor, lo cual incrementa la probabilidad de decodificación correcta.
EDGE puede alcanzar una velocidad de transmisión de 384 Kbps en modo de paquetes, con lo cual cumple los requisitos de la ITU para una red 3G, también ha sido aceptado por la ITU como parte de IMT-2000, de la familia de estándares 3G. También mejora el modo de circuitos de datos llamado HSCSD, aumentando el ancho de banda para el servicio. EDGE fue estrenado en las redes GSM de Estados Unidos en el año 2003.
Aunque la tecnología UMTS es de mayor capacidad de transferencia, y cronológicamente más reciente, sus altos costos de implementación, y poco apoyo, hacen que una buena cantidad de operadores de telefonía móvil celular tengan implementada la tecnología EDGE, dominando el mercado global de las comunicaciones GSM/GPRS.
Para la implementación de EDGE por parte de un operador, la red principal, o Core Network, no necesita ser modificada, sin embargo, las estaciones bases, BTS, sí deben serlo. Se deben instalar transceptores compatibles con EDGE, además de nuevos terminales (teléfonos) y un software que pueda decodificar/codificar los nuevos esquemas de modulación.
La definición de EDGE, si es de 2 o 3G, depende de su implementación. Mientras la Clase 3 e inferiores, claramente no son 3G, la Clase 4 y superiores, presentan un ancho de banda superior a otras tecnologías consideradas 3G (Como 1xRTT). En Clase 10, con un ancho de banda superior a 230 Kbps, EDGE logra trascender las definiciones comunes de 2G y 3G.
3.2 Servicio General de Paquetes Vía Radio
3.2.1 General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía radio es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (Global System for Mobile Communications o GSM) para la transmisión de datos no conmutada (o por paquetes). Existe un servicio similar para los teléfonos móviles que del sistema IS-136. Permite velocidades de transferencia de 56 a 144 kbps.
Una conexión GPRS está establecida por la referencia a su nombre del punto de acceso (APN). con GPRS pueden utilizar los servicios tales como Wireless Application Protocol (WAP) , servicio de mensajes cortos (SMS), servicio de mensajería multimedia (MMS), Internet y para los servicios de comunicación, como el correo electrónico y la World Wide Web (WWW).Para fijar una conexión de GPRS para un módem inalámbrico, un usuario debe especificar un APN, opcionalmente un nombre y contraseña de usuario, y muy raramente una dirección IP, todo proporcionado por el operador de red. La transferencia de datos de GPRS se cobra por volumen de información transmitida (en kilo o megabytes), mientras que la comunicación de datos a través de conmutación de circuitos tradicionales se factura por minuto de tiempo de conexión, independientemente de si el usuario utiliza toda la capacidad del canal o está en un estado de inactividad. Por este motivo, se considera más adecuada la conexión conmutada para servicios como la voz que requieren un ancho de banda constante durante la transmisión, mientras que los servicios de paquetes como GPRS se orientan al tráfico de datos. La tecnologia GPRS como bien lo indica su nombre es un servicio (Service) orientado a radio enlaces (Radio) que da mejor rendimiento a la conmutación de paquetes (Packet) en dichos radio enlaces.
3.3 Tecnología utilizada
El acceso al canal utilizado en GPRS se basa en divisiones de frecuencia sobre un dúplex y TDMA. Durante la conexión, al usuario se le asigna un canal físico, formado por un bloque temporal en una portadora concreta. Ese canal será de subida o bajada dependiendo de si el usuario va a recibir o enviar datos. Esto se combina con la multiplexación estadística en el dominio del tiempo, permitiendo a varios usuarios compartir el mismo canal fisico, ya sea de subida o de bajada. Los paquetes tienen longitud constante, correspondiente a la ranura de tiempo del GSM. El canal de bajada utiliza una cola FIFO para los paquetes en espera, mientras que el canal de subida utiliza un esquema similar al de ALOHA con reserva. En resumen, se utiliza un sistema similar al ALOHA ranurado durante la fase de contención, y TDMA con una cola FIFO durante la fase de transmisión de datos.
Que la conmutación sea por paquetes permite fundamentalmente la compartición de los recursos radio. Un usuario GPRS sólo usará la red cuando envíe o reciba un paquete de información. Todo el tiempo que esté inactivo podrá ser utilizado por otros usuarios para enviar y recibir información. Esto permite a los operadores dotar de más de un canal de comunicación sin miedo a saturar la red, de forma que mientras que en GSM sólo se ocupa un canal de recepción de datos del terminal a la red y otro canal de transmisión de datos desde la red al terminal, en GPRS es posible tener terminales que gestionen cuatro canales simultáneos de recepción y dos de transmisión.
Permite velocidades de transferencia moderadas mediante el uso de canales libres con multiplexación por división de tiempo, como por ejemplo el sistema GSM. En un principio se pensaba extender el GPRS de forma que cubriera otros estándares, pero en lugar de eso se están reconvirtiendo las redes de forma que utilicen el estándar del GSM. De esta manera, las únicas redes en las que el GPRS se utiliza actualmente son
las redes GSM. El primer estándar de GPRS se debe al European Telecommunications Standards Institute (ETSI).
En la teoría, el GPRS original soportaba los protocolos IP y P2P, así como las conexiones del X25, aunque este último se eliminó del estándar. En la práctica se utiliza IPv4, puesto que IPv6 aún no tiene implantación suficiente y en muchos casos los operadores no lo ofrecen. Para asignar la dirección IP se utiliza DHCP, por lo que las direcciones IP de los equipos móviles son casi siempre dinámicas.
Desde el punto de vista del operador de telefonía móvil, es una forma sencilla de migrar la red desde GSM a una red UMTS puesto que las antenas (la parte más cara de una red de Telecomunicaciones móviles) sufren sólo ligeros cambios y los elementos nuevos de red necesarios para GPRS serán compartidos en el futuro con la red UMTS.
Los sistemas móviles de segunda generación (2G), combinados con la tecnología GPRS reciben a menudo el nombre de 2.5G, o de segunda generación y media. Esta nomenclatura se refiere al hecho de que es una tecnología intermedia entre la segunda (2G) y tercera (3G) generación de telefonía móvil.
3.4 Conectividad
La Conectividad para estos sitios en Zonas Rurales en donde se encuentra cubrimiento
y disponibilidad de señales móviles, se hará a través de Módems USB GSM , los cuales
irían conectados a un Router con Interfaces USB, Interface Inalámbrica y Ethernet,
para obtener un mejor desempeño y Señal se Instalaría una antena tipo Yagi . La
tecnología que manejarían este tipo de Routers seria HSDPA, y el equipo sería
compatible con las principales marcas de Modem USB Gsm actualmente en el
mercado.
3.5 Ventajas de EDGE
EDGE es una solución 3G diseñada específicamente para integrarse al espectro existente, permitiendo así a que los operarios ofrezcan nuevos servicios de 3G con licencias de frecuencia existente al desarrollar la infraestructura inalámbrica actual.
EDGE ofrece servicios de Internet Móvil con una velocidad en la transmisión de datos a tres veces superior a la de GPRS.
EDGE y UMTS complementan las tecnologías de 3G; las decisiones de la red de UMTS no se verán afectadas por el cambio de GSM a EDGE y viceversa.
El equipo de EDGE también opera automáticamente en modo de GSM/GPRS.
EDGE será una característica estándar en terminales y soluciones GSM y UMTS, con un costo similar al de GSM hoy en día.
EDGE proporciona ahorros en los costos, cuando se requiere de una capacidad más alta, velocidades superiores en la transmisión de datos o mejor calidad de servicio en las frecuencias actuales.
EDGE maximiza la cuota de comercialización de 3G y el margen de ganancia de 3G para los operarios de GSM, TDMA y UMTS.
EDGE está diseñada para integrarse a la red de GSM ya existente, lo que reducirá el costo cuando se implementen sistemas de 3G a nivel nacional; al desarrollar la infraestructura existente, se acorta el tiempo de comercialización con un lanzamiento rápido y fácil.
3.6 Especificaciones Técnicas de EDGE
EDGE es una tecnología que cumple con las demandas de la Tercera Generación (3G)
para el envío de datos inalámbricos a gran velocidad y el acceso a Internet. Ofrece a los
operarios un servicio 3G económico y espectralmente eficiente para el sistema de
bandas actuales.
EDGE es un estándar 3G aprobado por la ITU , y está respaldado por el Instituto
Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI), la Asociación de GSM (GSMA), el
Proyecto Conjunto de Tercera Generación (3GPP) y 3G Américas. Siete operarios
principales en el continente americano, que representan a más de 60 millones de
abonados a 2G hasta el cuarto trimestre del 2001, han anunciado despliegues de
EDGE. Esta tecnología envía datos, servicios de multimedia y aplicaciones a gran
velocidad (tan altas como 473 kbps) y provee una eficiencia espectral que es
competitiva con cualquier otra tecnología en el mercado actual.
3.7 TRANSPORTE DE DATOS GSM
CSD
(Circuit Switched Data) Datos por Circuitos Conmutados, Tecnología de transmisión de
datos de la red GSM. Utiliza un canal exclusivo de voz.
HSCSD
(High Speed Circuit Switched Data) Sistema que permite el uso de más de
un canal de voz para la transmisión de datos. Se pueden utilizar hasta cuatro canales
de voz para la transmisión de datos, lo que se traduce en un aumento considerable en
la velocidad de navegación. Velocidad hasta 14.4 Kbps.
GPRS
(General Packet Radio Service) Servicio de conmutación de datos por medio de
paquetes. Utiliza un canal exclusivo para la transmisión de datos. Es por eso que la
tasación será de acuerdo a la cantidad de información enviada o recibida.
Las formas de transporte requieren ser configuradas en las terminales para hacer uso
de ellas.
3.8 Disponibilidad
La disponibilidad estaría dada por la zona de Influencia o Cobertura del Operador de
telefonía Celular, con mayor ganancia y mejores tasas de transferencia, con el objeto
de cumplir con los requerimientos mínimos de velocidades exigidos por parte de
Compartel.
3.8.1 Servicios ofrecidos
La tecnología GPRS mejora y actualiza a GSM con los servicios siguientes:
Servicio de mensajes multimedia (MMS) Mensajería instantánea Aplicaciones en red para dispositivos a través del protocolo WAP Servicios P2P utilizando el protocolo IP Servicio de mensajes cortos (SMS) Posibilidad de utilizar el dispositivo como módem USB
La tecnología GPRS se puede utilizar para servicios como el acceso mediante el Protocolo de Aplicaciones Inalámbrico (WAP), el servicio de mensajes cortos (SMS) y multimedia (MMS), acceso a Internet y correo electrónico.
3.9 Clases de dispositivos
Existen tres clases de dispositivos móviles teniendo en cuenta la posibilidad de usar servicios GSM y GPRS simultáneamente:
Clase A Estos dispositivos pueden utilizar simultáneamente servicios GPRS y GSM.
Clase B Sólo pueden estar conectados a uno de los dos servicios en cada momento. Mientras se utiliza un servicio GSM (llamadas de voz o SMS), se suspende el servicio GPRS, que se reinicia automáticamente cuando finaliza el servicio GSM. La mayoría de los teléfonos móviles son de este tipo.
Clase C Se conectan alternativamente a uno u otro servicio. El cambio entre GSM y GPRS debe realizarse de forma manual.
Para que un dispositivo de clase A pueda transmitir en dos frecuencias a la vez, necesitaría dos radios. Para resolver este costoso problema, un móvil con GPRS suele implementar la característica conocida como modo de transferencia dual (dual transfer mode, DMT). Un móvil DMT puede usar a la vez el canal de datos y el de voz, puesto que es la red la que coordina y se asegura de que no se requiera transmitir en dos frecuencias diferentes a la vez. Los móviles DMT se consideran de clase A, pero simplificados.
4. Equipos
Modem USB GSM : El Modem inalámbrico es un dispositivo que opera en las
bandas de 850/1900 MHz y 900/1800 MHz. El mismo permite al usuario
acceder a servicios de Internet de alta velocidad, mensajes de texto, redes
virtuales mediante la utilización de su SIM card donde exista cobertura de su
operador GSM / GPRS. Puede además cursar llamadas de voz, fax y datos.
Router USB GSM : Router diseñado para conectarse a la banda ancha 3G de
telefonía móvil. Dispone de de puerto USB tipo A para la conexión de módems
3G en formato USB. Esto permite conectarse a internet a través de 3G, a todos
los ordenadores de una red inalámbrica WIFI (54 Mbps) o cableada (10/100
Mbps).
Antenas: La definición formal de una antena es un dispositivo que sirve para transmitir y recibir ondas de radio. Convierte la onda guiada por la línea de transmisión (el cable o guía de onda) en ondas electromagnéticas que se pueden transmitir por el espacio libre.
En realidad una antena es un trozo de material conductor al cual se le aplica una señal y esta es radiada por el espacio libre.
Una Antena Yagi está constituida por varios elementos paralelos y coplanarios, directores, activos y reflectores, utilizada ampliamente en la recepción de señales.
4.1 Características Principales de los Routers 3 GSM
Router Huawei E 698
Características Generales: Capacidad Recomendación 7 usuarios de manera
simultánea. Conexión al Módem Inalámbrico Alámbrica (USB/Ethernet) e
Inalámbrica (Wi-Fi). Dimensiones 115 x 155 x 28 mm. Llamada de Voz Si Peso
500 grs. Puertos 4 puertos Ethernet para conexiones fijas.
1 puerto para terminal telefónica fija.
1 puerto USB.
1 conexión para antena externa. Seguridad Función de Firewall.
Protocolos de autenticación.
Protección de PIN. Uso como Modem USB Incluido, con las funcionalidades de:
SMS
Voz
Directorio Velocidad HSDPA: hasta 7.2 Mbps
HSUPA: hasta 2 Mbps
Disponibilidad de Red 3G 850 3G 1900 3G 2100 GSM 850 GSM 900 GSM 1800
GSM 1900 Servicios de Datos 3G Servicio de datos de tercera generación, tipo
banda ancha con velocidades de hasta 384 Kbps en el envío y hasta 1.5 Mbps
en la descarga de información. EDGE "Enhanced Data Rates for Global
Evolution". Transmite datos de tres a cuatro veces superior a la velocidad
disponible actualmente lo que mejora sustancialmente la experiencia de
navegación en la red de datos móviles con beneficios como bajar archivos de
gran tamaño y el acceso a servicios de video y multimedia con mayor rapidez.
GPRS "General Packet Radio Service". Te permite transmitir datos por medio de
una conexión móvil. Recibe y realiza llamadas sin perder la conexión.
Disponibilidad de Red 3G 850 3G 1900 3G 2100 GSM 850 GSM 900 GSM 1800
GSM 1900 Servicios de Datos 3G Servicio de datos de tercera generación, tipo
banda ancha con velocidades de hasta 384 Kbps en el envío y hasta 1.5 Mbps
en la descarga de información. EDGE "Enhanced Data Rates for Global
Evolution". Transmite datos de tres a cuatro veces superior a la velocidad
disponible actualmente lo que mejora sustancialmente la experiencia de
navegación en la red de datos móviles con beneficios como bajar archivos de
gran tamaño y el acceso a servicios de video y multimedia con mayor rapidez.
GPRS "General Packet Radio Service". Te permite transmitir datos por medio de
una conexión móvil. Recibe y realiza llamadas sin perder la conexión.
4.2 Velocidad de Transferencia
Dependiendo de la tecnología utilizada, la velocidad de transferencia varía sensiblemente. La tabla inferior muestra los datos de subida y bajada para cada tipo de tecnología.
Tecnología Descarga (kbit/s) Subida (kbit/s)
CSD 9.6 9.6
HSCSD 28.8 14.4
HSCSD 43.2 14.4
GPRS 80.0 20.0 (Clase 8 & 10 y CS-4)
GPRS 60.0 40.0 (Clase 10 y CS-4)
EGPRS (EDGE) 236.8 59.2 (Clase 8, 10 y MCS-9)
EGPRS (EDGE) 177.6 118.4 (Clase 10 y MCS-9)
Para comparar GPRS con GSM se utiliza normalmente la velocidad de transmisión de SMS. Sobre una red GPRS se pueden enviar aproximadamente 30 SMS por minuto, frente a los 6 a 10 SMS que permite GSM.
4.3 Nombre de Punto de Acceso ( APN )
APN o Access Point Name es el nombre de un punto de acceso para GPRS que debe configurarse en el teléfono móvil para que pueda acceder a Internet.
Un punto de acceso es :
Una dirección IP a la cual un móvil se puede conectar Un punto de configuración que es usado para esa conexión Una opción particular que se configura en un teléfono móvil
Los APN pueden ser variados. Son usados en redes tanto públicas como privadas. Por ejemplo:
grancompania.mnc012.mcc345.gprs internet.compania.com tuwap.com
Una vez que el dispositivo se ha conectado, usa el servidor DNS para hacer el proceso llamado Resolución de APN, que finalmente da la IP real del APN. En este punto un contenido PDP puede ser activado.
4.4 Interfaces y protocolos de GPRS.
En GPRS se implementa un sistema protocolar caracterizado por dos planos uno de usuario y otro de control, que garantizan en su conjunto la funcionalidad de red adecuada.
En la Figura 2 y 3 se muestran la torre de protocolos desarrollada en GSM para el plano de usuario y control en los distintos elementos e interfaces del sistema.
FIGURA 2 Protocolos Plano de Usuario.
FIGURA 3 Protocolos Plano de Control.
4.5 Nivel SNDCP (SubNetwork Dependent Convergence Protocol).
Permite que varios protocolos de red, de características muy diferentes, puedan hacer uso de la red GPRS, sin necesidad de introducir cambios en la estructura protocolar definida en los niveles inferiores de GPRS.
Suministra las NSAPI (Network Service Access Point Interface) por donde los protocolos usuarios accederán al servicio, después de haber definido el contexto PDP adecuado [10].
Presenta una unidad de gestión (SNDCP management entity) que se ocupa de determinar las distintas NSAPI de los contextos PDP creados gestionando la QoS adecuada según el contexto.
Ofrece servicios de transferencia de datos, en la modalidad de reconocimiento y no reconocimiento.
Para poder adaptar los datos entregados por los protocolos usuarios a las características de la capa inferior LLC se realizan los procesos de : a. Comprensión del encabezado del paquete. b. Compresión del los datos transportados por el paquete. c. Segmentación del paquete: para adaptarlos a la longitud máxima del campo
de datos de las tramas de información de LLC. La MS utiliza los datos suministrados por el protocolo de red de nivel superior para realizar el proceso conocido como activación del contexto PDP en el cual se suministra a la red GPRS todos los datos necesarios para que esta pueda iniciar una conexión con la red de datos exterior y establecer una sesión para transferir los datos.
Dentro de los parámetros suministrados por la MS están:
NSAPI: punto de acceso al servicio que utiliza el protocolo de red usuario para transmitir y recibir los datos.
Tipo de PDP : indica que protocolo de nivel de red se utilizará para la transferencia de los datos del contexto (ejemplo IP, X.25)
Dirección de PDP: Indica al dirección destino dentro de la red externa donde se desea transferir la información.
QoS solicitada: incluye velocidad pico, velocidad media y nivel de fiabilidad esperada en la transferencia.
Prioridad de radio: prioridad que se utilizará para el establecimiento de una conexión de radio en el nivel RLC/MAC, con respecto a otras MS interesadas también en transmitir datos.
APN (Access Point Name): indica el punto de acceso de la red GPRS con la red de paquetes externa (Internet, Intranet, X.25 etc.) con la que se desea comunicar. Este punto está relacionado con una conexión de red externa definida en el GGSN.
Una vez establecido el contexto PDP y asignado un NSAPI en la SNDCP los paquetes de datos N-PDU (Network-PDU) generados por el protocolo de red usuario, entran en la SNDCP donde se realizan todos los procesos mencionados obteniéndose nuevos
paquetes denominados SN–PDU (SubNetwork–PDU), que entrega a una de las cuatro SAPI suministradas por el nivel de enlace LLC, en dependencia de la QoS que se haya gestionado en el establecimiento del contexto PDU.