MIMO

MIMO: Multiple Input Multiple Output

MIMO es una tecnología que utiliza múltiples canales de radio para transmisión y recepción, utilizando inteligencia para sacarle el máximo provecho.

Describamos la inteligencia que implican estas antenas

- Cuando una onda viaja a receptor esta toma muchos caminos, algunas van directo a destino y otras debido a su reflexión (obstáculos) tienen distinto curso. Al poseer la onda distintos caminos, esta llega en distintos tiempos (desfasada) y se crean interferencias una de otra. MIMO utiliza un sistema de antenas analizando la intensidad y fase en cada de ellas a modo de obtener la señal deseada, reduciendo así los errores en la transmisión y aumentando el ancho de banda. Esta es llamada el Spartial Multiplexing, particularmente yo la conozco como diversidad de espacio.

- Beamforming: Es la capacidad de la antena de irradiar energía en el lugar que es necesario. De este modo, la señal tiene más potencia en donde es necesaria y llega con mayor intensidad. Como se focaliza la energía en el punto en que es necesario, fuera de este rango va con menor energía, y representa menos ruido en el ambiente, menos interferencia. Uno de los requerimientos del Beamforming es que canal se utilizará

- Existe una aplicación en la matemática llamada ortogonalidad que al aplicarse un vector a un conjunto de vectores se obtiene solo aquel que es ortogonal al mismo. Así, para el MIMO se utiliza un filtro en el cual utilizando el concepto de ortogonalidad solo se obtiene una señal deseada que tiene características ortogonales al filtro. De este modo, se codifican las señales de modo a que la propagación deseada sea obtenida en cada uno de los filtros. Esto es llamado Diversity Coding.

Las antenas MIMO son el tarjet para las tecnologia LTE, sin embargo, como corresponde a la red inalámbrica de acceso por puesto puede usarse en otras tecnologías (3G, GSM, Wifi, Wimax, HSDPA+).

GPON

GPON significa Gigabit Passive Optic Network (Red Pasiva Optica Gigabit)

Al ser una red, esta conecta varios puntos a un solo punto y al ser Optica es una red de Fibra Optica. Pasiva significa que no requiere electricidad, pero no requiere electricidad en los splitters.

En esta red en particular se tiene un punto de donde se parte, y de allí como ramas de un árbol se llega a los abonados. Para llegar a estos distintos puntos se utilizan divisores (splitters). En las redes eléctricas que utilizan cable coaxial, se requieren splitters con corriente eléctrica, o elementos activos. Sin embargo, la luz que transporta la fibra óptica se puede dividir mediante vidrios y espejos, lo cual hace de su splitter no requerir de corriente electrica, elemento pasivo.

Al no requerir de corriente eléctrica en los splitters, se ahorra mucho en términos de transformadores y mantenimiento, además, es un problema menos (y un problema menos muy grande).

Gigabit corresponde a un tipo de tecnología PON que posee un Uplink= 1.25Gb y Downlink=2.5Gb, donde uplink y downlink se encuentran en diferentes bandas de frecuencia. Ahora, la diferenciación de usuarios se realiza por TDM (Time Division Multiplexing)

Existen esencialmente dos elementos de red en una GPON

- OLT: Optical Line Terminal. Seria el core de la red GPON, el nodo central

- Splitters: Los divisores opticos

- ONU: Optical Network Unit. Es el equipo donde se termina la red, el usuario… o las hojas del árbol.

Podemos decir que se pueden utilizar para los famosos usuarios corporativos que requieren conectarse con fibra, pero en muchas ocasiones se utiliza para los Nodos de una red 3G y LTE que requieren grandes anchos de banda.

Portabilidad Numerica

Un caso muy común es tener por ejemplo un numero de teléfono de la operadora TIGO que sea 0981 442200, y pasado el tiempo deseas cambiar a PERSONAL, otra operadora, pero no quieres perder tu número telefónico. Mediante la Portabilidad Numérica (PN) se puede llevar el 0981 442200 a la operadora PERSONAL

En muchos países se ha aplicado la Portabilidad Numérica, donde puedes llevar tu número de teléfono a la operadora de tu interés. Para tal fin, la operadora a la cual pertenece el número telefónico (Donor Operator) debe cederlo a la operadora de preferencia del usuario (Recipient Operator). Para nuestro ejemplo la Donor Operator es TIGO y la Recipient Operator es Personal

Ojo, ahora el problema es cuando se llama a un 0981 442200 nuestra central telefónica enrutara la llamada inmediatamente a TIGO, pero, TIGO ya no posee este numero… ¿Cómo se maneja el enrutamiento de llamadas?

Existen cuatro formas de atacar el problema

1. All Call Query (ACQ)
En una base de datos se centraliza la PN, a la cual están conectados todos los operadores móviles. Cuando un número cambia de operador a operador, este se registra en la base de datos, reflejándose en la base de datos de todos los operadores.
Ej: Se registra en la base de datos que el numero 0981 442200 pertenece a PERSONAL actualizándose en todos los demás operadores móviles. Cuando se desea realizar una llamada al 0981 442200, como el HLR ya tiene los datos que este numero 0981 442200 pertenece a PERSONAL, se establece directamente el canal de voz con PERSONAL.

2.Query on Release Call (QoR)
En una base de datos se centraliza la PN, a la cual están conectados todos los operadores móviles. Cuando un número cambia de operador a operador, este se registra en la base de datos, pero no se refleja en los operadores móviles. Así, el operador Donor rechaza toda llamada PN señalizado ya no posee el numero, y solo entonces se verifica la base de datos para enrutamiento.
Ej: Se registra en la base de datos que el numero 0981 442200 pertenece a PERSONAL. Cuando se desea realizar una llamada al 0981 442200 esta se consulta por defecto a TIGO, donde TIGO acusa que ya no le corresponde el numero (Release Call). Entonces, quien desea establecer la comunicación consulta con la base de datos, obteniendo el operador PERSONAL y se establece el canal de voz


3.Call Dropback
El operador Donor siempre tiene actualizada la Reciepient Operator de los numeros que le corresponde. Por tanto, se checkea inicialmente con la operadora Donor y esta responde con la Recipient Operator, entonces se re-enruta a la Recipient Operator. Aquí no existe una base de datos central.
Ej: TIGO posee en su base de datos que el 0981 442200 pertenece a PERSONAL. Cuando se llama al 0981 442200 se consulta a TIGO en referencia a este numero, y TIGO responde que se encuentra en PERSONAL, entonces se establece un canal de voz con PERSONAL.

4. Onward Routing (OR)
El operador Donor siempre tiene actualizada la Reciepient Operator de los numeros que le corresponde. Por tanto, establece un canal de voz con la operadora Donor y esta a su vez requiere que la Recipient Operator establezca un canal de voz con ella, entonces se enlazan estos canales de voz. Aquí no existe una base de datos central, pero se establecen 2 canales de voz para un enrutamiento.
Ej: TIGO posee en su base de datos que el 0981 442200 pertenece a PERSONAL. Cuando se llama al 0981 442200 se establece un canal de voz con TIGO. TIGO verifica que el Recipient Operator es PERSONAL, entonces requiere a PERSONAL que establezca un canal de voz con TIGO. Al establecer PERSONAL un canal de voz con TIGO, TIGO conecta ambos canales de voz

MPLS¿Qué puede hacerse?

MPLS, ¿Qué puede hacerse?

Hagamos un vistaso a lo que puede lograrse con MPLS.

VPN-Virtual Private Network (Layer 3 – MPLS)

Un fin que podemos lograr con una red MPLS es un enrutamiento Layer 3 (OSI Layer 3: Network Layer) de modo a lograr una conexión punto a punto entre el CE(Customer Edge) y PE(Provider Edge) donde ambos son routers. En este escenario, el PE tiene un VRF por cada usuario al cual esta atachado, y se corre un MP-BGP para anunciar al usuario y su asociada Etiqueta VPN de una PE a otra. Desde la perspectiva del usuario, la WAN en la que se encuentra se ve como un router.

VLL-Virtual Leased Line (Layer 2 – MPLS)

Ahora, imaginemos que deseamos realizar una conexión punto a punto utilizando una WAN. Esto en el pasado, pero se necesitaba de un router CE en cada sitio que convierte de una encapsulación LAN(típicamente Ethernet) y la encapsulación WAN (HDLC, PPP, Frame Relay, etc)

Con MPLS ya no se necesita de este router CE, pues en vez de setear una VRF para este usuario en el PE, se asigna en el PE al cual el usuario esta atachado un unico CID(Circuit ID) y en el otro punto se asigna el mismo CID. Luego, en vez de MP-BGP se utilizara TLDP(Targeted LDP) para conectar las interfases de 2 PE. Desde la perspectiva del abonado se vería asi

Otros nombre para esta configuración son: VPWS(Virtual Private Wire System), TLS (Transparent LAN Service) y EoMPS(Ethernet Over MPLS)

VPLS-Virtual Private LAN System (MPLS Layer 2)

Mientras en el primer ejemplo teníasmo un sistema de enrutamiento de varios dispositivos mediante Layer 3, que seria de la gama de los routers… para este caso seria una LAN viendo a los equipos como un switch Ethernet.

Esta solución podria darse con un protocolo como el Frame Relay, pero, nuevamente con routers en cada punto del consumidor para manejar el encapsulado. Con el VPLS los CID pueden publicarse con MP-BGP o TLDP

Finalmente, siempre que tengamos que permita MPLS podemos armar con los equipos que deseemos un Punto a Punto, una configuración con Router o una LAN con switches.

Radius

Cuando me inicie a trabajar con la red SGSN y GGSN en un escenario 2G y 3G, me encontré con un elemento llamado Radius el cual solo gente en constante trabajo con GSN conocía.

Realmente, el Radius es un elemento de red heredado de otras tecnologías de Internet, y más que un elemento es un protocolo que yace en un servidor… como muchas otras funcionalidades de la red.

Que significa RADIUS: Remote Authentication Dial-In User Server, que subentiende es un protocolo de Autentica, Autoriza y Contabiliza-Accounting(AAA) el manejo de conexión y servicio de red… AAA a los usuarios remotos que desean ingresar a una red

La red de acceso 2G, 3G o 4G, todas ingresaran hasta un SGSN(o similar) pasando a un GGSN(o similar) y se encontraran a las puertas de Internet. Sin embargo, las puertas de Internet es un ISP que debe manejar las conexiones que de darán.

Ahora, cual son la acciones protocolares que se deben seguir para que el RADIUS permita la transferencia de datos

AAA

1) Autenticación: Autenticar al dispositivo u usuario antes de ofrecerle acceso a la red

2) Autorización: Una vez dentro de la red se le autoriza a utilizar los servicios de la red.

3) Contabilidad: Se contabiliza o mide cuanto del servicio se ha utilizado (como hablamos de paquetes, contabilizar es una medida viable)

Por supuesto, al hablar de Autenticación y Autorización se tiene en cuenta que información tiene el HLR al respecto, y al hablar de contabilización un Sistema de Billing tendrá muy en cuenta esta información.

Algo que no esta muy claro aún es que se tienen 2 RADIUS, uno seria el del Cliente y otro del Servidor. Por tanto, 2 RADIUS llevan a cabo el AAA. Estos RADIUS son los que se ponen en comunicación para lograr la conexión.

En mi experiencia siempre encuentro poca información de elementos de una red celular dentro de Internet, sin embargo, como el RADIUS se maneja en ambientes de mas libre acceso se encuentra muchas información sobre el (incluso hay RADIUS open source), así que profundizar esta información no le será trabajoso.

IMS

En la red celular actual ya se provee una amplia gama de servicios y el usuario actual ya puede utilizar Internet, así que, ¿porque utilizar IMS?

Como sabemos existen distintos dominios en una red 3G, están la conmutación de circuitos (lu-CS) y paquetes (lu-PS), la lu-CS lleva la voz, el video y los mensajes (SMS). En una red de circuitos existen dos planos, un plano de señalización y otro de multimedia.

En el plano de señalización se incluyen protocolos para establecer el circuito entre la terminal y el plano de media de modo a crear transmisión de datos.

El 3GPP define a la MSC en dos partes: MSC Server y MediaGateway (MGW)

La MSC trabaja con la señalización (plano de señalización) mientras el MGW maneja multimedia a diferencia del IMS que maneja señalización y multimedia.

La primera razón por la cual necesitamos el IMS es para proveer un servicio con QOS (quality of service). Sin QOS no controlamos el flujo de paquetes estos generalmente se rigen por el sistema de mayor esfuerzo, por tanto el establecimiento de VoIP no puede darse pues el flujo de paquetes hace que la conversación sea buena en algunas ocasiones y en otras mala, es decir, no se garantiza el servicio. Un IMS permite un control de calidad de modo que el operador diferencie grupos de consumidores unos de otros.

La segunda razón es permitir la facturación según sesión multimedia, el IMS provee la información del servicio invocado y con esta información el operador decide si aplicara un flat rate, cobro por tiempo de utilización del servicio o en base a paquetes. Por ejemplo, una persona inicia una sesión de Internet puede cobrarse por descarga en kbps mientras que una persona que contrata servicios de televisión en teléfono celular puede hacerlo por tiempo, sin IMS todo se factura por paquetes.

La tercera razón para utilizar IMS es para integrar servicios al usuario, el IMS converge todos los interfases (ej: SS7) a un único estándar lo cual permite a los operadores desarrollar aplicaciones mas fácilmente.

Los operadores actuales desean brindar mas servicios por conmutación de paquetes a los usuarios de modo a que el Internet móvil sea mas atractivo para los usuarios, de modo a que si el IMS se establece pretende brindar:

- Combinación de distintas tendencias de tecnología

- Crear una plataforma común para desarrollo de multimedia

- Diferenciación de sesiones multimedia: radio, tv, Internet, etc.

- Crear mecanismo para amplificar margen debido a un uso extra del Mobile Package Switch Network

MGW

Ha pasado el tiempo asi como mi entendimiento de las redes celulares y veo este articulo esta teoricamente equivocado. Mis disculpas, realmente, no es asi

En el pasado cuando se realizaba una llamada telefonica, todo iba por el mismo tubo. Ejemplo: Cuando uno gira el disco de un telefono de la linea fija se van generando los pulsos que indican que numero telefonico es el destino. El switch identifica estos pulsos y origina la llamada. Posteriormente uno utiliza el mismo canal para enviar la voz. Para muchas situaciones de linea fija en la ultima milla, esto aun sigue siendo asi, un par de cobre que transmite toda la informacion. Sin embargo, actualmente, varios elementos de red han separado canal de informacion del canal de trafico

Voy a remontarme a hablar de la tecnologia GSM. En GSM existen unos canales de control en los cuales se envia informacion de control. Esta informacion de control puede ser numero de telefono al cual se llama, informacion de finalizacion de llamada u otra que responde al control del canal. Control de canal seria establecimiento, mantenimiento o finalizacion de una llamada. Es pura informacion no entendible para el usuario, bits que informan al sistema que hacer.
Existen otros canales que son los llamados canales de trafico en donde va la voz (aproximadamente 25Khz)

Para manejar la llamada (establecimiento, finalizacion, mantenimiento) existe un equipo llamado MSC (Main Switching Center) que procesa toda la informacion del control del canal. Permite el analisis de numero y ubica el otro punto donde va la llamada

Quien maneja el canal de voz es el MGW. Este lleva la "media" que en este caso seria la voz. El switch es quien comanda cuando inicia y finaliza la llamada y el MGW es quien ejecuta la instruccion.

Supongamos que un usuario ejecuta un MO. Por medio del canal de control se envia un pedido de llamada con el numero de telefono destino a la MSC. La MSC verifica
- El usuario tiene habilitado el servicio para hacer la llamadas? >> verifica en el HLR si tienen los permisos correspondientes
- El usuario tiene dinero para realizar la llamada? >> verifica en el OCS, CBS u otro si es que posee credito para realizar la llamada. Si es postpago (informacion que obtendra del HLR) salta este paso pues la facturacion se hace al finalizar el ciclo
- Busca le numero destino: Realiza un analisis de numero buscado la red donde se encuentra el usuario destino
- Establecimiento de Canal: Require a los MGW de origen y destino que se conecten y establezcan una canal de voz para esta llamada

Los canales de voz son manejados por los MGW que a su vez estan en constante comunicacion con el MSC el que verifica los canales de control (en el canal de control puede indicarse que un usuario ha finalizado la llamada) y a su vez otras plataformas (el OCS puede inicar que un usuario ha quedado sin credito y requiere la finalizacion de la llamada)

El MGW posee una coneccion con su cerebro que seria el MSC, y a su vez con una red de MGW para traficar el canal de voz

El MSC posee una coneccion con distintos elementos de red como HLR, OCS, MSC, etc. para obtener informacion que le permita controlar el canal

Ambas plataformas tienen distintas funciones y manejan disntintos protocolos.


Una llamada desde un teléfono celular con tecnología GSM a otro con tecnología GSM posee enlace directo al Switch (elemento de la red que realizar interconexión de llamadas) debido a que se maneja un mismo protocolo. Ahora, al realizar llamadas desde un GSM a UMTS, UMTS a PTSN, GSM a PTSN, etc., los protocolos que se manejan son distintos y no es viable la conexión directa al Switch.

De modo a que el Switch sea capaz de interconectar llamadas de distintas tecnologías un nodo intermedio se hace necesario: MGW (Media Gateway)
El MGW traduce la señalización de las tecnologías como UMTS, 3G, PTSN al lenguaje del Switch u otro nodo de la red como el HLR. De este modo, un mismo core esta disponible para distintas tecnologías.

En el caso de un Softwitch que es un Switch pero mediante software con conexiones IP, existe el siguiente caso: La conexión entre la BSS (BTS + BSC) esta en formato SS7 TDM y el MGW lo convierte en SIGTRAN (SS7 sobre IP) de modo a conversar con el Softswitch. Se hace un cambio de TDM a IP, pero el contenido de SS7 para ambos que es BSSAP queda intacto.

El Switch(Softwitch) y la MGW pueden venir en equipos distintos o en uno mismo, donde en su generalidad se encuentran en equipos separados.
Así, la separación del control y tráfico de datos permite a la red emplear mas eficientemente sus routers de alta capacidad mientras el tráfico de señalización es manejado por equipos de menor porte.

El MGW maneja la señalización de los gateways que transportan control de señalización de llamadas, la cuales pueden ser ISDN, CAS o SS7 através de una red IP por un Softswith.

Equipos como el VoiceMail son conectados directamente al MGW de modo a tener contacto directos con todas las tecnologías debido a ser un nodo de aplicación común.

De acuerdo a las funciones presentadas se puede ver como el MGW es uno de los principales elementos de una red celular y cuyo funcionamiento es fundamental en el día a día de las telecomunicaciones.