Sesión 2

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Sesión 2

Máster Universitario en Desarrollo de Software para Dispositivos Móviles
Tecnologías para el Desarrollo de
Aplicaciones para Dispositivos
Móviles. Parte 2
Sesión 2. Sistemas de telefonía y comunicaciones
móviles
© 2014-2015 Escuela Politécnica Superior
Puntos a tratar!
•  Sistemas de telefonía y comunicaciones móviles
•  Desmontando un Iphone 3GS (opcional repaso sesión1)
•  Introducción
•  Clasificación de sistemas
•  Diseño y arquitectura de un sistema de comunicaciones
móvil GSM
•  Sistema GSM y GPRS
•  Frecuencias de telefonía móvil en España
•  Operadores móviles virtuales
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S7. Características y hardware de los disp. móviles
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Desmontando un Iphone 3GS!
•  Desmonta el Iphone 3GS facilitado por el profesor.
•  NO TENGAS MIEDO! TDADM
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Desmontando un Iphone 3GS!
•  Elementos clave:
•  Localiza estos elementos clave:
Procesador ARM
Memoria RAM de 512Mb
Memoria FLASH 16Gb
Chip baseband (GSM, GRPS…)
Antena WIFI
GPS
Otros sensores…
Ayúdate de Internet para identificar los
elementos que visualizas en este Logic Board
¿Te atreverías a explicar lo que has encontrado al resto de la clase?
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Introducción!
•  La telefonía es en la actualidad el servicio más utilizado
de los que ofrecen los sistemas de comunicaciones
móviles.
•  Todos los “smartphones” tienen la función de telefonía
incorporada.
•  La telefonía móvil empezó siendo analógica. En la actualidad
todo el servicio es digital.
•  Las tecnologías celulares se basan en el concepto de celda o
célula.
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Clasificación de sistemas!
•  La clasificación más comúnmente usada para referirse a los
sistemas de comunicaciones móviles es la siguiente:
•  Primera Generación 1G ó analógicos (AMPS, NTM, TACS…).
•  Segunda Generación 2G ó digitales (GSM)
•  Segunda Generación avanzada 2.5G (GPRS) y 2.75G (EGPRS)
•  Tercera Generación 3G (UMTS)
•  Tercera Generación avanzada 3.5G (HSDPA), 3.75G (HSUPA) y
3.85G (HSPA+).
•  Cuarta Generación 4G (LTE 3.99G), 4G+ (LTE Advanced)
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Primera generación 1G!
•  Los primeros sistemas de 1G aparecieron en el mercado en
1979. Su expansión no fue uniforme. •  Este primer estándar 1G se identifica como telefonía móvil analógica y
dedicada exclusivamente a voz.
•  La tecnologí́a predominante de esta generación fue denominada
AMPS (Advanced Mobile Phone System) en Estados Unidos,
convirtiéndose en el primer estándar de telefonía celular.
•  En Europa, teníamos el estándar de red:
-  NMT (Nordic Mobile Telephone): Dinamarca, Noruega,…
-  TACS (Total Access Communications System): Reino Unido y España.
-  C-450: Alemania Oriental, Portugal.
-  Radiocom 2000: Francia. -  RTMI: Italia.
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Segunda generación 2G!
•  GSM
•  Al contrario que en otras disciplinas, en la telefonía móvil fue el
estándar europeo GSM el que pronto se estandarizó a nivel
mundial.
•  GSM es “Global System for Mobile Communications” (Sistema
Global de comunicaciones Móviles), - Se trata de un sistema de telefonía totalmente digital que
soporta voz, mensajes de texto, datos (9.6Kbps) y
roaming.
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GSM, características físicas!
•  El sistema GSM utiliza una variación de acceso múltiple por división
de tiempo (TDMA), esto quiere decir que a cada usuario se le asigna
un intervalo temporal denominado “slot”, para emitir información: voz
digital.
•  Durante el tiempo de emisión / recepción (slot), el usuario ocupa un
canal de 200Khz de ancho de banda.
•  En Europa se emplean las bandas de 900Mhz y 1800 Mhz.
•  Por ejemplo, dentro de la banda de los 900Mhz:
- Se utiliza el espectro de 890–915 MHz para enviar información desde la $
estación móvil a la estación base (uplink o subida) y 935–960 MHz para $
la otra dirección (downlink o bajada), proveyendo en total 124 canales de $
200Khz.
•  En la banda de los 1800 Mhz disponemos de 374 canales.
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GSM, historia!
•  En 1992 las primeras redes europeas de GSM-900 iniciaron su
actividad, y el mismo año fueron introducidos al mercado los
primeros teléfonos móviles GSM, siendo el primero el Nokia-1011
en noviembre de ese año.
•  En España, se creó en 1995 la primera red digital móvil GSM
Movistar. Ese mismo año se concedió licencia para una segunda
operadora móvil, denominada Airtel y ya en 1999 se concede la
tercera licencia de GSM a Amena. Yoigo, como cuarto operador,
inició su actividad en 2005.
Telefono móvil Nokia 1011
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GSM, ¿Cómo funciona?!
•  Se crea el concepto de celda o célula
•  Se divide el espacio en pequeñas parcelas y en cada una se emplea
una estación base diferente.
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GSM, celdas!
•  Ventajas:
•  Frente al uso de una única antena, aquí tenemos muchos
menos usuarios simultáneos (por celda).
•  En sistema celular, los equipos necesitan menos potencia de
emisión (mayor autonomía)
•  Inconvenientes:
•  Son necesarias muchas estaciones base.
•  Si el usuario se mueve enseguida se sale de la celda.
•  ¿Donde está el usuario?
Necesitamos un mecanismo que permita la comunicación entre células
Las células adyacentes se pueden interfieren unas con otras
La representación teórica de las celdas es!
hexagonal pero en realidad no es así, pues debe
existir cierto solapamiento entre ellas!
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GSM, celdas!
•  Tipos de células según su tamaño:
•  Macrocélulas: En zonas rurales, urbanas, suburbanas y carreteras. Decenas de kilometros de cobertura.
•  Microcélulas: En zonas urbanas. Hasta 1 km de cobertura.
•  Picocélulas: Aeropuertos, C.Comerciales.
Hasta 100 metros de cobertura.
•  Femtocélulas: En hogares, negocios. Extienden la cobertura en interiores. Se conectan a la red de banda ancha.
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GSM, celdas!
•  Antenas para los diferentes tipos de células:
Femtocélula
(Omnidireccionales)
(Direccionales)
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Elementos de la arquitectura GSM!
•  En la siguiente imagen podemos ver el esquema
simplificado de un sistema de comunicaciones móvil GSM
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Arquitectura de una red GSM!
•  Básicamente la arquitectura se divide en tres elementos:
•  MS: Mobile Station.
•  BSS: Base Station Sybsystem.
•  NSS: Network & Switching Subsystem.
MS
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BSS
NSS
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Mobile station / tarjeta SIM!
•  Se corresponde con el dispositivo móvil en sí.
•  Aquí nos encontramos con el IMEI: La identidad internacional de
equipo móvil (International Mobile Equipment Identity) es la
identificación del dispositivo.
•  Tarjeta SIM que contiene, entre otros parámetros:
•  Número IMSI (International Mobile Suscriber Identity), que sirve para identificar
al abonado en todo el mundo. Este número es el que permite el roaming.
•  Número ICCID (Integrated Circuit Card ID), número de serie de la tarjeta.
IMEI
ICCID
IMSI: 310150123456789
MCC
310 USA MNC 150 AT&T Mobility MSIN 123456789
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Mobile station / tarjeta SIM!
•  Tarjeta SIM (Subscriber Identity Module), continuación
•  Clave de autenticación (ki), cada tarjeta SIM tiene una Ki única asignada
por el operador durante el proceso de personalización de la tarjeta. •  Identificador de área local (LAI) donde se ubica el móvil en la red GSM:
Código de Pais + código de operador + código local de área.
•  Formatos de tarjetas SIM
Tarjeta SIM
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MiniSIM
MicroSIM NanoSIM
Subsistema de estación base!
•  Aquí nos encontraos dos elementos importantes:
1. La estación base: BTS
Es la antena que da servicio a las celdas
En la práctica las antenas suelen estar sectorizadas y colocadas en
los vértices de las celdas, reutilizando los canales de frecuencia en
celdas no adyacentes, tal y como se puede ver en el siguiente
esquema central de celdas hexagonales:
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En el caso de las microcélulas urbanas, las antenas sectoriales son
directivas, con una apertura de hasta 120º.
Vista desde arriba
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1. La estación base: BTS móviles
Se despliegan es situaciones excepcionales
BTS móvil de Orange
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Mapa de antenas en España
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https://geoportal.minetur.gob.es/VCTEL/vcne.do
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•  Aquí nos encontramos dos elementos importantes:
2. El controlador de la estación base: BSC
Se encarga de controlar las estaciones base a su cargo y realizar el
traspaso dentro del controlador (pasar de una BTS a otra)
Controlador Nokia BSC-2i
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Subsistema de red y conmutación!
•  Aquí nos encontramos otros dos elementos importantes:
1. Centro de conmutación móvil: MSC (Mobile Switch Center)
Se encarga del encaminamiento de las llamadas y de gestionar los
abonados móviles (registro, autenticación, traspaso…) en
colaboración con otras entidades de la propia red (bases de datos). $
Importante: realiza la conexión a la red fija!
MSC con tecnología de Lucent
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Subsistema de red y conmutación!
•  Aquí nos encontramos otros dos elementos importantes:
2. Bases de datos de control (HLR, VLR, EIR, AUC)
•  HLR: Registro de localización base
Base de datos relativos al abonado e información de localización.
•  VLR: Registro de localización del visitante
Base de datos de los abonados de la zona.
•  EIR: Registro de identidad del equipo
Base de datos de los equipos móviles: IMEI válidos e inválidos.
•  AUC: Centro de autenticación
Base de datos de los números secretos de autenticación$
contenidos en la SIM.
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Sistema GPRS (2.5G)!
•  General Packet Radio System
El GPRS podía dar velocidad de datos
desde 56 kbit/s hasta 114 kbit/s.!
•  Complementa a la red GSM ya desplegada incorporando los
elementos necesarios para la encapsulación de paquetes IP.
•  Los nuevos elementos de la red conectan directamente con el
BSC.
SGSN: Serving GPRS support node
•  Es el encargado de la transferencia de paquetes IP$
desde / hacia la estación base. •  Realizará las funciones de conversión necesarias así $
como de autentificación y facturación del servicio.
GGSN: Gateway GPRS support node
•  Es el encargado de la interconexión de la red GPRS con
Internet y/o otras redes de conmutación de paquetes.
•  Para las redes exteriores, GGSN será un router más. TDADM
$
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Sistema GPRS (2.5G)!
•  Arquitectura de GSM incorporando GPRS
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Gestión de movilidad!
•  Handover
•  Cuando la estación base detecta que le llega muy poca intensidad
de señal procedente de un móvil, avisa al móvil para que busque
alternativas:
- Esto suele suceder en las zonas de solapamiento entre celdas.
•  El móvil debe buscar otras estaciones base cercanas a las que se
pueda conectar:
- 
- 
- 
- Hay que hacer un barrido en el resto de frecuencias
(Las otras bases trabajan en otras frecuencias para no interferirse).
- Interrogar a las bases encontradas para seleccionar la $
adecuada
- Cambiar a esa frecuencia y cortar la conexión con la $
anterior
… y todo esto sin que se corte la llamada…
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Frecuencias de telefonía móvil en España!
Las bandas de telefonía móvil utilizadas son las siguientes:
•  GSM - GPRS: 900Mhz y 1800 MHz.
•  3G: 900Mhz (desde septiembre de 2011) y 2100 MHz.
•  4G/LTE: 800Mhz (desde 2015), 1800 MHz y 2600Mhz.
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Operadores móviles virtuales!
Definición
•  Un operador móvil virtual u OMV (en inglés: Mobile Virtual Network
Operator) es una compañía de telefonía móvil que no posee una
concesión de espectro de frecuencia.
•  Ningún OMV dispondrá de estaciones base propias, dando servicio
al cliente las del OMR correspondiente. Sin embargo, en cuanto al
resto de infraestructura las cosas pueden ser distintas:
•  OMV light: no poseen nada de infraestructura.
•  OMV completos:
•  Poseen sus propios sistemas de facturación,
localización (HLR) e incluso cuentan con MSCs.
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Operadores móviles virtuales!
En España… •  Operadores virtuales “light” o revendedores:
Happy móvil, Lebara móvil, Telecor,… - La numeración es asignada por el OMR.
•  Operadores virtuales completos:
BT, Symio, Euskaltel, Jazztel, Tuenti… - La numeración es asignada por la CMT.
Algunos OMV light pueden cambiar a completos:
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Cuota de mercado operadores móviles en España!
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Ejercicios 1!
1. Averigua la MCC de España.$
2. Indica tu número de móvil en formato IMSI.$
3. Emplea la utilidad del Ministerio de Industria para descubrir la $
estación base más cercana a tu domicilio:
•  https://geoportal.minetur.gob.es/VCTEL/vcne.do$
4. ¿Cómo puede comunicarse la BTS con la BSC? $
¿Qué alternativas tenemos?$
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Ejercicios 2!
5. Amplia la información correspondiente a los elementos: HLR $
y VLR ¿Cuál es la diferencia entre ellos?
6. ¿Qué equipo de la NSS dispone de una “lista negra de $
dispositivos” con acceso prohibido a la red?
7. Realiza un estudio de las bandas de frecuencia empleadas $
por los 4 operadores móviles reales (OMR).$
8. Averigua cuales de los siguientes OMV son revendedores $
(prestadores de servicio) o completos?
•  Pepephone, Cableuropa (ONO), Carrefourmovil, Más móvil.
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Programación!
En la parte de programación de este tema tienes que acceder a
la SIM del dispositivo móvil y obtener toda la información útil de
red :
•  SIM serial number
•  SIM operator
•  SIM IMSI
•  Network type
•  Network operator
•  …
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Programación, consejos!
•  Para desarrollar esta aplicación, entra en:
•  h t t p : / / d e v e l o p e r . a n d r o i d . c o m / r e f e r e n c e / a n d r o i d / t e l e p h o n y /
TelephonyManager.html$
•  Emplea la clase TelephonyManager para acceder a
información de la red celular.
•  Dentro de esta clase, emplea Public methods:
•  getSimSerialNumber() > devuelve el ICCID
•  getSubscriberId()
> devuelve la IMSI
•  getOperatorName() > devuelve el nombre del operador
•  getNetworkType()
> devuelve el tipo de red
•  getDeviceId() > devuelve el IMEI
•  OPCIONAL $
¿Podrías informar del ID de la celda a la que está conecto el smartphone?
¿Y el “Local area code”?
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Programación, consejos:!
Antes de empezar tu código Importa correctamente $
import android.telephony.TelephonyManager;
import android.telephony.gsm.GsmCellLocation;
$
Y no te olvides de declarar este permiso en Manifest:
$
<uses-permission android:name="android.permission.READ_PHONE_STATE"> </uses-permission> Dependiendo de la información que quieras mostrar puede que tengas
que añadir más permisos en el Manifest:$
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_COARSE_LOCATION"/>
<uses-permission android:name="android.permission.ACCESS_FINE_LOCATION"/>
….
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Programación, ayuda:!
Aquí tienes algo más de ayuda:…$
Ejemplos de código ya implementado:
$
•  http://sampleprogramz.com/android/simtype.php
•  http://android-coding.blogspot.com.es/2011/06/get-cell-locationon-gsm-phone.html
•  http://www.devlper.com/2010/06/using-android-telephonymanager/
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¿Preguntas...?!
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