Componentes de las redes móviles: características y requisitos

Conectividad móvil

Las redes móviles, también llamadas redes celulares, deben proporcionar una comunicación confiable entre un dispositivo de origen y un dispositivo de destino, tal como lo hace una red cableada. En muchos casos, los dos tipos de redes funcionan juntos. Por ejemplo, su dispositivo móvil puede recuperar un correo electrónico de un servidor conectado mediante líneas de fibra óptica a Internet. Desde tu punto de vista, todas las aplicaciones deberían funcionar igual, ya sea que estés conectado a través del móvil, Wi-Fi o Ethernet.

Componentes, requisitos y características de la red móvil

Las redes móviles proporcionan comunicaciones tanto de voz como de datos, y cada una debe comportarse de la forma en que estamos acostumbrados con las redes cableadas. Muchos componentes con características y requisitos específicos trabajan juntos para brindar un servicio de red móvil confiable. Estos se discuten en las secciones que siguen.

Comunicación digital

Desde principios de la década de 1990 con las redes móviles 2G, las comunicaciones celulares han sido digitales. Las redes móviles digitales pueden transportar hasta diez veces más llamadas que las redes analógicas, porque una señal digital puede comprimirse y transmitirse a través de un conjunto de frecuencias mucho más estrecho. Las comunicaciones digitales permiten mucho más que las comunicaciones de voz. Por ejemplo:

• 2G introdujo el uso de mensajes de texto e imágenes.
• 3G introdujo un ancho de banda suficiente para el acceso a Internet.
• Transmisión de video habilitada para 4G.
• 5G proporciona aumentos múltiples en ancho de banda y funciones sobre 4G.

Infraestructura

Los componentes más visibles de una red celular son las torres de telefonía. Estos elevan las antenas de radio a la altura requerida para transmitir y recibir señales de manera efectiva desde su dispositivo móvil. Las antenas de radio y otros equipos que dan servicio a una celda, ya sea en una torre o en algún lugar dentro de un edificio, se denominan estación base. Un área metropolitana grande puede requerir miles de estaciones base para brindar una cobertura de red móvil efectiva. Debido a que las celdas varían en tamaño, el equipo de radio celular puede estar en la parte superior de una torre alta o en recintos pequeños (en una pared, en el techo o incluso en una mesa).

Transmisión simultánea

Un teléfono celular es un sofisticado receptor y transmisor de radio, capaz de sintonizar más de 1600 frecuencias de radio diferentes. Utiliza una frecuencia para recibir y otra para transmitir, por lo que admite comunicaciones full dúplex. Esto permite que ambos extremos de la conexión envíen datos simultáneamente y permite que se produzca una conversación natural en tiempo real en una llamada telefónica.

Cifrado de datos

Las comunicaciones móviles también deben admitir un cifrado rápido y sólido. Aunque su conexión es por radio, espera que el canal de comunicación sea privado. Los demás no deberían poder escuchar su conversación o leer los datos que envía.

Confiabilidad de transmisión

La transmisión de datos debe ser confiable, por lo que se utilizan protocolos basados ​​en TCP, como en cualquier red digital de conmutación de paquetes. Esto asegura que los datos no contengan errores cuando se reciben, incluso cuando los dispositivos móviles se mueven a través de diferentes celdas de la red.

Tamaño de celda

El tamaño de la celda es fundamental en la implementación de una red móvil. El factor determinante para el tamaño de la celda es la cantidad de dispositivos que debe atender. En áreas con mayor densidad de población, hay una mayor densidad de dispositivos, de ahí la necesidad de celdas más pequeñas.

El consumo de energía

Su teléfono ahorra energía al transmitir solo con la potencia necesaria para llegar a la estación base más cercana, que generalmente se encuentra a menos de un kilómetro de distancia si se encuentra en un área urbana. En áreas rurales, su teléfono debe usar más energía para transmitir a la red móvil, a menos que esté cerca de una torre celular. Si pasa mucho tiempo en el campo, es posible que necesite recargar su teléfono con más frecuencia.

Conciencia de ubicación

A medida que pasa de una celda a otra, su dispositivo móvil y la red deben coordinar automáticamente la transferencia de la celda que está dejando a la celda a la que está ingresando. Esto se hace a través de comandos de canal de control de conmutación de frecuencia transparentes a la estación base en la celda que acaba de ingresar.

Además, una red móvil debe conocer la ubicación de su dispositivo en todo momento para saber qué estación base usar cuando alguien marca su número de teléfono. Cada vez que su dispositivo móvil está encendido, se comunica con las estaciones base cercanas para establecer cuál tiene la mejor señal. Las estaciones base informan la identidad y la intensidad de la señal de cada dispositivo con el que se comunica a la Oficina de Conmutación de Teléfonos Móviles (MTSO). El MTSO luego decide qué estación base tiene la mejor señal y asigna esa estación base a su dispositivo móvil.

El MTSO rastrea continuamente qué dispositivos móviles están dentro del alcance de cada celda en la red y ordena al Centro de Conmutación Móvil (MSC) que cambie la estación base utilizada para su dispositivo. El MTSO también proporciona la conexión desde la red móvil a la red telefónica pública, así como a Internet, para que pueda llamar a teléfonos fijos y acceder a sitios web y correo electrónico desde su teléfono inteligente.

Protocolos de comunicación

Para comunicarse con dispositivos móviles, las redes móviles digitales requieren el uso de protocolos especiales, cada uno de los cuales usa señales de radio de diferentes maneras y requiere hardware especial. El protocolo utilizado depende de su operador. En Estados Unidos se utilizan 2 protocolos: CDMA y GSM.

CDMA

El estándar de acceso múltiple por división de código (CDMA) permite que varios teléfonos compartan la misma frecuencia, pero cada flujo de datos codifica un número de identificación en sus paquetes de datos. Esto permite que el receptor separe los paquetes y seleccione los correctos para cada llamada.

G/M

El estándar del Sistema global para comunicaciones móviles (GSM) es más común a nivel mundial que las redes CDMA. GSM utiliza el acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), que permite que varios teléfonos compartan la misma frecuencia por intervalos de tiempo, cada teléfono solo transmite o recibe durante fracciones de segundo muy pequeñas recurrentes.

Portabilidad del servicio

Los teléfonos GSM utilizan tarjetas de módulo de identificación de suscriptor (SIM) que almacenan todos los datos del suscriptor para el teléfono. Al intercambiar tarjetas SIM, puede transferir su número y libreta de direcciones a un teléfono diferente oa la red GSM de otro proveedor. Los teléfonos CDMA no tienen tarjetas SIM, por lo que es más difícil cambiar de teléfono y de operador. A menudo, cambiar de operador significa que tienes que comprar un teléfono nuevo.

Resumen de la lección

Las redes móviles requieren muchos componentes complejos con características y requisitos especializados. Las redes móviles brindan comunicaciones de voz y datos, y cada una se comporta de la manera en que estamos acostumbrados con las redes cableadas. En esta lección, discutimos atributos como:

• Comunicación digital
• Infraestructura
• Transmisión simultánea
• Cifrado de datos
• Fiabilidad de transmisión
• Tamaño de celda
• El consumo de energía
• Conciencia de ubicación
• Protocolos de comunicación
• Portabilidad del servicio

Cada uno de estos funciona en conjunto para garantizar que todas sus aplicaciones funcionen de la misma manera, ya sea que esté conectado a través de un dispositivo móvil, Wi-Fi o Ethernet.