Seguridad en telefonía móvil. 2 Telefonía móvil

2.- Telefonía móvil

Los sistemas celulares empleados en telefonía móvil representan una importante diferencia de diseño frente a los sistemas tradicionales de emisión de radio y televisión. Estos últimos basan su diseño en la emisión a la máxima potencia y mediante el uso de las antenas más altas permitidas por los órganos reguladores de cada país. En el caso de los sistemas celulares, en cambio, los transmisores se diseñan para emitir en una única célula, buscando la eficiencia a través del uso de distintos canales en cada célula y la transmisión a menor potencia para que las frecuencias puedan ser reutilizada en una zona geográfica relativamente cercana.

Por otra parte, el uso de Internet ha supuesto una explosión en la necesidad y uso de transmisión de datos en medios inalámbricos, creciendo al mismo tiempo y en similar proporción el número de usuarios de dichos servicios.

Todo ello, ha hecho que se sucedan rápidamente distintas generaciones de telefonía que han tratado de adaptarse a dichos cambios pasando de los primeros sistemas de escasa eficiencia espectral, a los actuales sistemas en desarrollo.

Ilustración 1: Evolución de los sistemas en las distintas generaciones de telefonía

2.1- Evolución de la telefonía móvil del 1G al 4G

Los primeros sistemas de telefonía celular pública (primera generación 1G) llamada Advanced Mobile Phone System (AMPS) se introdujo en 1979 en Estados Unidos. Paralelamente en Europa se instauraban varios sistemas celulares incompatibles entre ellos: TACS, NMT, C450, además de ser incompatibles entre sí, imposibilitando el roaming, estaban diseñados para la transmisión de voz y servicios de datos basados en circuito de baja velocidad (sobre 9.6 kbps). Estos sistemas analógicos estaban basados en modulación en Frecuencia.

La segunda generación trataba de resolver estos problemas (2G). Así en 1982 la CEPT ( Conférence européenne des Administrations des postes et des télécommunications) crea un comité, el Groupe Special Mobile (GSM), posteriormente renombrado como Global System for Mobile Communications, teniendo como metas la estandarización y el uso de comunicaciones en la banda de los 900 Mhz.

Las interfaces y pilas de protocolos se diseñaron de acuerdo con los principios OSI. Esto le confiere independencia entre los distintos elementos de la red: estaciones base (BSC), centro de conmutación (MSC), HLR,...Esto simplifica el diseño y la posible evolución de los mismos de manera independiente.

Posteriormente se incorporarían dos nuevas bandas, una en los 1800 Mhz en Europa y la de los 1900 en EEUU. Estos sistemas emplean combinaciones de TDMA y CDMA. Con terminales tribanda (900, 1800 y 1900) se posibilitaba el roaming a nivel mundial y mejoraban la calidad de audio y la velocidad de envío de datos (16-32 kbps).

Ilustración 2: Evolución de las redes celulares (WWAN) de 1G a 3 G

También se consideran como parte de esta segunda generación la Telefonía sin hilos CT2 usada principalmente en Europa para sistemas de baja movilidad.

Los sistemas basados en CDMA consiguen una capacidad de hasta ocho veces los sistemas analógicos y hasta de cuatro veces los basados en TDMA. Además esta tecnología ha evolucionado de manera continua y han aparecido nuevos codecs de voz y datos ofreciendo además a los operadores una migración más sencilla a la tercera generación. Por esta razón ha logrado una gran expansión con más de 200 millones de suscriptores y su implantación en más de 50 países.

Un paso intermedio hacia las siguientes generaciones los supuso el camino adoptado en Europa con ratios de 280kps en el canal de 200 kHz. en GSM usando multiplexación TDMA con 8-16 canales y uso obligatorio de ecualizador. Los EEUU adoptaron el canal de 30kHz con ratios de 48kbps y el sistema CDMA (IS-95) para reducir las necesidades de ecualización. En Japón se alcanzaron ratios de 42 kbps en canal de 25 kHZ y empleando de manera opcional la ecualización. Son los conocidos como sistemas 2.5G que incluyen a GPRS, EDGE y HSCSD.

Ilustración 3: Evolución de los estándares por países

Debido a las limitaciones del espectro de radio disponible, en el desarrollo de los sistemas 3G primó, entre otras, la optimización del espectro de radio disponible en los distintos tipos de células. Pensando en ello, se desarrollaron las redes de tercera generación (3G) conocidas como Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) en Europa y como International Mobile Telecommunication System 2000 (IMT-2000) en el resto del mundo. Sin embargo, todavía es GSM la tecnología más extendida. Debido al uso de terminales multimodo que pueden comunicarse mediante ambos estándares (GSM y UMTS) los usuarios de las redes inalámbricas no son conscientes de la tecnología que están empleando cuando realizan llamadas o transferencias de datos.

Ilustración 4: Evolución de GSM a UMTS

Es importante destacar que la infraestructura empleada por UMTS es muy similar a GSM y GPRS empleando el mismo backbone (red troncal). Esta tecnología permite la transmisión de datos de decenas de Mb aunque en la práctica las redes comerciales rondan los 3,5Mb.

Como vemos en la imagen superior HSPA+ proporciona velocidades teóricas de hasta 42 Mb. De modo similar a EDGE en GSM además del ancho de banda y mejor aprovechamiento del espectro, los sistemas de tercera generación ofrecen una mayor calidad, así como un número mayor de servicios y seguridad como veremos posteriormente.

Hoy en día numerosos operadores han introducido UMTS integrando incluso, UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) en la arquitectura y en la estructura troncal (backbone). En estos casos UTRANS se instala en paralelo a las estaciones base GSM y reutilizando si es posible las localizaciones existentes.

Finalmente y ante la próxima liberación del espectro UHF debido al apagón analógico, es de esperar el futuro despliegue de los sistemas 4G.

De hecho, en paralelo al desarrollo de los servicios de paquetes de datos High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) comentados anteriormente y que mediante el proceso de estandarización con 3GPP han aumentado de manera considerable las velocidades de acceso a la información, se han comenzado a investigar y desarrollar trabajos conceptuales de interfaces y arquitecturas de red completamente nuevas para los futuros sistemas multimedia de conmutación de paquetes. Entre ellos debe ser mencionado el 3GPP LTE (long Term Evolution) del que se pueden citar ya algunas características:

• Su interfaz con el medio estará basado en FDMA ortogonal (OFDMA) para el descenso y en portadora simple FDMA (SC-FDMA) para la subida de datos.
• Permitirá la reutilización de frecuencias en las células vecinas. Requerirá, por tanto canales adaptativos y estrategias para manejo de interferencias.
• Se cambiará la red troncal de modo que las estaciones base estarán conectadas directamente a potentes enrutadores IP. Esto implica que las estaciones base serán más complejas ya que deberán manejar funcionalidades como la localización de recursos, gestión de interferencias y paquetes y ARQ híbridos (HARQ).

Estas nuevas tecnologías se combinarán probablemente con otros sistemas como Wi-Fi Y WiMAX. En Japón se están haciendo ya pruebas con los nuevos sistemas pero, en cualquier caso se esperan tasas de pico máximas de 100 Mbps en enlace descendente y de 50 Mbps en enlace ascendente (con un ancho de banda en ambos sentidos de 20 Mhz).

Ilustración 5: Ejemplo de la arquitectura de referencia de un sistema GSM

Independientemente de la tecnología o generación, las redes celulares están organizadas de modo muy similar. Los principales componentes son los equipos transmisores-receptores (transceptores) que se comunican con los teléfonos móviles, los controladores que manejan dichos transceptores y que realizan las asignaciones de canal y los sistemas de conmutación para la red celular. Los nombres técnicos para dichos dispositivos son respectivamente Transceptores de estaciones base (BTS), Controlador de estación Base (BSC) y la central de conmutación móvil (MSC). A las unidades BSC y BTS se las suele agrupar en lo que se conoce como subsistema de estaciones base (BSS). El MSC usa varios sistemas de bases de datos para realizar estas tareas, que incluyen un repositorio central para los datos del subscriptor y la información de servicios.

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Resto de entradas sobre seguridad en telefonía móvil y bibliografía en el enlace http://tecnoloxiaxa.blogspot.com/2011/09/seguridad-en-telefonia-movil.html