Tecnología de comunicaciones móviles para Internet de las Cosas

Resumen

Hoy en días los sistemas de comunicaciones móviles se han convertido en un instrumento indispensable en todos los ámbitos de la vida: laboral, de entretenimiento, de información, etc. Una buena parte de las comunicaciones moviles actuales se realiza entre máquinas: transacciones bancarias, pagos con tarjeta, recogida de datos de terminales remotos. Estos son solo algunos de los ejemplos de comunicaciones máquina a máquina. Con la posibilidad de digitalizar la información proveniente de, prácticamente, todos los sistemas que nos podamos imaginar, y el análisis de los datos que proporcionen, se ha comprendido que las redes actuales de LTE no serán capaces, con la configuración actual, de proporcionar servicio a todos los dispositivos que van a acceder a Internet a través de la red de telefonía móvil. Este Trabajo de Fin de Grado quiere proporcionar una primera aproximación a las diferencias entre LTE Legacy y Massive IoT, que podrán permitir gestionar los miles de millones de dispositivos que se esperan se conecten a la red de LTE en los próximos años. El capítulo 2 muestra los elementos básicos que componen el interface aire de una red LTE Legacy. El capítulo 3 describe los elementos que componen el interface aire de CAT-M, una de las tecnologías de Massive IoT, y sus ventajas frente a LTE Legacy. El capítulo 4 describe un sistema de control remoto de un robot, conectado a la red de Massive Iot, y de un sistema de visualización conectado a la red de LTE Legacy, y controlados desde una página web alojada en un servidor implementado con una Raspberry. Abstract: Nowadays, mobile communications systems have become an indispensable instrument in all areas of life: work, entertainment, information, etc. A good part of the current mobile communications is made between machines: banking transactions, card payments, data collection from remote terminals. These are just some of the examples of machine-to-machine communications. With the possibility of digitizing the information coming from practically all the systems we can imagine, and the analysis of the data they provide, it has been understood that the current LTE networks will not be able, with the current configuration, to provide service to all the devices that are going to access the Internet through the mobile telephone network. This End of Degree Paper aims to provide a first approximation to the differences between LTE Legacy and Massive IoT from physical layer point of view, which may allow to manage the billions of devices that are expected to connect to the LTE network in the coming years. Chapter 2 shows the basic elements that make up the air interface of a Legacy LTE network. Chapter 3 describes the elements that make up the CAT-M air interface, one of Massive IoT's technologies, and its advantages over LTE Legacy. Chapter 4 describes a remote control system of a robot, connected to the Massive Iot network, and a visualization system connected to the LTE Legacy network, and controlled from a web page hosted on a server implemented with a Raspberry Pi.

Telefonía móvil digital

Arturo Custodio Salvador, Jefe de Producto GSM, División de Comunicaciones Móviles Alcatel Telecom

29 MAR 1996

Dentro del sector de las telecomunicaciones, uno de los avances tecnológicos más importantes de la última década, y que más trascendencia tendrá en la próxima, es, sin duda, el desarrollo de los sistemas de telefonía móvil digital. Aunque la telefonía móvil es ya una realidad desde hace tiempo, la aplicación de las técnicas de tratamiento de señal y de transmisión digitales más avanzadas, convierten a estos sistemas en la innovación más destacada en el campo de las comunicaciones móviles de final de siglo.

La aplicación de la técnica digital sobre los sistemas tradicionales de telefonía móvil celular suponen el despegue definitivo de esta tecnología para ocupar un segmento de mercado que cada vez demanda mayor movilidad en sus comunicaciones. El ejemplo más representativo de estos sistemas es el GSM (Global System for Mobile communications), que no sólo integra la mayoría de las innovaciones técnicas en el campo de la radiocomunicación móvil, sino que además es la base tecnológica de todos los avances que en este campo se esperan en los próximos años: primero con las redes de telefonía personal (PCN/PCS), que ya empiezan a ser realidad con el sistema DCS1800 (Digital Cellular System - 1800 MHz), y más tarde con la universalización de las telecomunicaciones móviles, en dónde las técnicas básicas del GSM, junto con la aportación de otras innovaciones tecnológicas como el CDMA (Code Division Multiple Access) y los sistemas móviles por satélite, constituirán los sistemas de telecomunicación móvil del siglo XXI, los llamados UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) y FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunications System).

La arquitectura celular

Los sistemas de telefonía móvil actuales se basan en un concepto propuesto por Bell System en 1971, y que fue probado por primera vez en 1978 con un sistema experimental basado en el estándar AMPS (Advanced Mobile Phone Service) en Chicago: el concepto celular.

La arquitectura celular supone un área determinada (denominada área de cobertura) dividida en celdas o células de tamaño variable. Cada una de estas células está cubierta por una estación base transceptora (BTS) que se encarga de la comunicación radioeléctrica entre los terminales que en ese momento se encuentran en dicha célula y el resto de la red. A medida que el usuario se mueve por el área de cobertura, va cambiando de célula y por tanto el control de la comunicación va cambiando de una estación base a otra.

La complejidad que supone el seguimiento de un móvil a través de la red celular se compensa sobradamente con las ventajas que aporta este tipo de arquitectura en cuanto al uso eficiente del espectro de frecuencias y el consiguiente aumento en capacidad.

Efectivamente, las ondas radioeléctricas parecen el único medio eficaz de establecer una comunicación entre dos puntos cuando al menos uno de estos es móvil, sin embargo, este tipo de propagación se realiza sobre un recurso escaso, el espectro de radiofrecuencia. La aportación básica del esquema celular es que permite una reutilización de las frecuencias disponibles, de manera que cada una de ellas puede ser utilizadas en diferentes celdas, por supuesto no contiguas, sin que se produzcan interferencias apreciables. Por otra parte, dado un número fijo de frecuencias disponibles (canales de comunicación), cuanto mayor sea el número de celdas en un área fija determinada (y por tanto, celdas de menor tamaño) tanto mayor será la capacidad de la red, al aumentar la densidad de canales.

Sin embargo, la realidad no es tan sencilla como se acaba de explicar. Lo cierto es que las interferencias entre celdas, incluso no contiguas, ponen límites a este concepto (las celdas no pueden ser todo lo pequeñas que se quiera), especialmente cuando la potencia de transmisión ha de ser razonablemente alta para que los obstáculos en el interfaz aéreo no entorpezcan la comunicación radio.

Una de las aportaciones esenciales de los sistemas de telefonía móvil digital radica precisamente en la disminución de los efectos no deseados de las interferencias, obteniendo el máximo provecho de la estructura celular del sistema. En concreto, y refiriéndose al sistema GSM, existen varios métodos que mejoran considerablemente el comportamiento de la red:

- El mecanismo de control de potencia, que permite ajustar las potencias de transmisión del móvil y de las estaciones base en función de las distancia entre ambos y de la calidad de recepción que exista en cada momento.

- El mecanismo de salto de frecuencia, según el cual el móvil y la base, de manera sincronizada, están continuamente cambiando su frecuencia de comunicación, de manera que ésta, al no establecerse en una única frecuencia, no está sometida a las interferencias que puedan producirse sobre ella en un determinado momento.

- Las técnicas de detección de voz y de transmisión discontinua, que permiten diferenciar cuando se está enviando información (voz o datos) y cuando se producen periodos de silencio, de manera que sólo se transmite información cuando ésta realmente se produce, es decir de manera discontinua, disminuyendo de esta manera el nivel de interferencias.

Organización de un sistema celular

La arquitectura celular lleva asociado, por contra, la complejidad del control de las llamadas: por una parte, para establecer la conexión es necesario que el sistema conozca en qué celda se encuentra el móvil, este seguimiento se realiza gracias al control de localización del móvil, que incluye la posibilidad de que el móvil circule por redes de diferentes operadores y/o países (lo que se conoce como roaming o itinerancia); y por otra, una vez establecida la comunicación, el terminal móvil puede cambiar de celda y la comunicación ha de mantenerse automáticamente (a este proceso se le denomina handover o traspaso).

Tanto el control de localización como los procesos de roaming y handover, son funciones que han de residir en otros elementos de la red distintos de las estaciones base que solo tienen la visión de la celda a la que están asociadas.

Un sistema celular se compone de varios elementos de red que, entre otras muchas funciones, se encargan de este control de las comunicaciones. De nuevo, y para aclarar conceptos, recurriremos al sistema GSM para mostrar qué elementos componen la arquitectura de red de un sistema móvil digital:

- El MSC (Mobile Services Switching Centre) es el responsable del establecimiento, encaminamiento, control y terminación de todas las llamadas producidas desde o hacia un móvil. También es el responsable de gestionar el interfaz con la red de telefonía fija, y en general es donde residen la gran mayoría de los servicios que el sistema ofrece a sus abonados.

- El HLR (Home Location Register), esencialmente es una base de datos donde se almacenan todos los datos permanentes asociados a cada usuario (número telefónico, número de identificación internacional, nivel de suscripción, servicios suplementarios autorizados, etc.), así como los datos variables asociados a su movilidad, como su localización actual o, en su defecto, el área de localización y red más recientemente utilizada.

- El VLR (Visitor Location Register), otra base de datos, asociada normalmente al MSC y que almacena los datos de los usuarios móviles que se encuentran temporalmente dentro del área cubierta por este (móviles visitantes).

- El AuC (Authentication Centre), normalmente asociado al HLR, proporciona y gestiona la información necesaria para realizar los procesos de autentificación de los abonados y facilita la detección de posibles fraudes, como tarjetas de usuario robadas o facturas impagadas, autorizando o no el acceso al servicio.

- El EIR (Equipment Identity Register), encargado de salvaguardar la información asociada a cada equipo terminal móvil (tipo de equipo, caracte

Así es la nueva tecnología que sustituirá a los teléfonos móviles

Desde el inicio de los servicios de telefonía móvil en 1946, las formas de comunicación han evolucionado continuamente adaptándose a las necesidades de los usuarios. Hoy, en 2022, tenemos teléfonos inteligentes que no solo pueden ayudarnos en la comunicación, sino que también nos ayudan recordándonos qué tareas debemos hacer cada día y nos ayudan a rastrear las actividades realizadas, convirtiéndolo en una parte esencial de la vida de las personas.

Bill Gates, el cofundador de Microsoft y un renombrado filántropo, que ha sido bastante claro en base a las últimas tecnologías que nos rodean hoy en día, ha predicho una tecnología que revolucionaría la forma en que nos comunicamos y podría acabar con los teléfonos inteligentes, los tatuajes electrónicos.

Historia de la radiotelefonía

Repetidores de telefonía sobre edificios de Madrid FOTO: Jesús G. Feria La Razon

La radiotelefonía surgió como una alternativa a la comunicación por cable a finales del siglo XIX. En un primer momento fue utilizada para la comunicación marítima, pero a partir de la década de 1920 comenzaron los intentos de aplicarla también a la comunicación móvil en tierra. En 1923, el cuerpo de policía de Victoria, Australia, fue el primero en utilizar comunicación inalámbrica en sus coches, poniendo fin a la práctica de dar reportes policiales en las cabinas de teléfono públicas. Estos teléfonos móviles primitivos permanecieron restringidos al uso gubernamental hasta los años 40, cuando se extendió al público general.

El primer servicio de telefonía móvil comercial apareció en 1946 en San Luis, Estados Unidos. En ese momento, la compañía AT&T comenzaría a operar el “Mobile Telephone System” que, dos años después, estaría disponible en más de 100 ciudades y autopistas. Debido a las limitaciones en el espectro de radiofrecuencia, el sistema permitía un máximo de seis canales, lo que provocaba largas listas de espera. En los años 60 el “Improved Mobile Telephone Service” ofrecería un total de 44 canales por ciudad. En 1964, Estados Unidos contaba con 1,5 millones de usuarios de teléfonos móviles. En Europa, la primera red de telefonía móvil fue instalada por la compañía nacional de telefonía sueca, “Televerket”, en 1955. En nuestro país, la llegada de la telefonía móvil a España se produjo en 1976, con la puesta en servicio del “Teléfono automático en vehículos” por la entonces Compañía Telefónica Nacional de España (CTNE). Este sistema estaba limitado a Madrid y Barcelona, y sólo podía emplearse en vehículos.

El tatuaje electrónico

Tatuador FOTO: Tatuador Tatuador

Un tatuaje electrónico es un método innovador que busca recopilar y analizar datos del cuerpo humano aprovechando la biotecnología. El secreto detrás del tatuaje electrónico es la tinta que se usa para aplicarlo en la piel, junto con algunos sensores y rastreadores diminutos. La tinta especial que se usa para dibujar los tatuajes conduce la electricidad que se usará para enviar y recibir información.

Bill Gates cree que, independientemente del hecho de que la tecnología se encuentre en una etapa muy temprana de desarrollo, tiene todo el potencial para reemplazar los teléfonos inteligentes de hoy en día. “Chaotic Moon Studios”, la compañía detrás de esta tecnología pionera en el mercado, actualmente se está enfocando específicamente en el campo médico. Eso significa que si cuenta un tatuaje electrónico, podrá controlar si su cuerpo funciona de manera correcta o no. Si, por ejemplo, presentara signos de fiebre u otras enfermedades, recibiría una notificación de manera inmediata. Asimismo, tiene la función de avisar a su médico al mismo tiempo si lo desea. También puede controlar sus actividades diarias. Por otro lado, están trabajando en una forma de almacenar los documentos médicos en un formato digital al que se puede acceder en cualquier lugar y en cualquier momento, disminuyendo las posibilidades de pérdida o indisponibilidad de los documentos.