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Terminales móviles_ Programa Tecnologías de Red

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1. Objetivos de la unidad

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2. Arquitectura de la red móvil

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3. Funciones del terminal móvil

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4. Identificación de usuarios móviles

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5. Evolución de los terminales

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6. El smartphone

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7. iPhone

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8. Componentes de los terminales móviles. Hardware: el cerebro (SoC)

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9. Componentes de los terminales móviles. Hardware: otros elementos

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10. Sistemas operativos móviles

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11. Duopolio de SO móviles

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12. Firmware y apps

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13. Homologación de terminales

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14. Portfolio de terminales

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15. Tarjeta SIM: ¿Qué es?

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16. Tarjeta SIM: ¿Qué contiene?

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17. Tarjeta SIM: Formatos

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1. Objetivos de la unidad

>> Entender las principales funciones del terminal

móvil y su relación con la red de acceso radio. >> Analizar la rápida evolución que han experimentado los teléfonos móviles. >> Conocer los elementos esenciales de un smartphone: hardware, firmware, sistema operativo y apps. >> Conocer que Telefónica comercializa teléfonos móviles y entender el proceso de selección de portfolio y homologación. >> Entender la importancia de la tarjeta SIM y conocer sus elementos, funciones principales y diferentes formatos.

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2. Arquitectura de la red móvil

3. Funciones del terminal móvil

En la imagen podemos ver los diferentes elementos de la arquitectura de la red móvil. Simplificando, la red móvil de un operador como Telefónica consta de:

Además de gestionar el interfaz con el usuario humano (aplicaciones, menús, etc.), el terminal móvil realiza muchas funciones técnicas que pasan desapercibidas para su usuario:

>> Una red de acceso radio

(En esta unidad nos vamos a referir principalmente a los teléfonos móviles, aunque cada vez es más habitual el uso de los dispositivos móviles por usuarios no-humanos: son las comunicaciones M2M (Machine to Machine)

>> Un núcleo de red

Función 1 Por una parte, se encarga de enviar/recibir información hacia/desde la red de acceso radio mediante un enlace inalámbrico. El terminal utiliza dos enlaces inalámbricos para realizar esta función, uno en la dirección red de acceso radio a terminal (enlace descendente o downlink) y otro en la dirección terminal a red de acceso radio (enlace ascendente o uplink). Estos dos enlaces radio generalmente utilizan frecuencias diferentes para evitar que se interfieran (modo FDD, Frequency Duplex Division), aunque también podrían utilizar la misma frecuencia, dedicando intervalos temporales distintos para el downlink y el uplink (modo TDD, Time Duplex Division). Por estos enlaces inalámbricos se transporta tanto la señalización entre el terminal móvil y la red, como el tráfico de usuario (voz y datos). Función 2 Dado que estos enlaces hacen uso del aire como medio de transmisión, y este medio es accesible a cualquiera, es necesario proteger la información que se envía de posibles intrusos, mediante un cifrado de las comunicaciones. Para realizar el cifrado se utilizan claves conocidas por la red y el terminal, y algoritmos de cifrado razonablemente seguros. El terminal móvil interactúa con la tarjeta SIM para llevar a cabo los mecanismos de autenticación y cifrado. El terminal móvil es el dispositivo que permite que el usuario interactúe con la red móvil. En particular, interactúa con la red de acceso radio mediante la transmisión y recepción de ondas radioeléctricas que se propagan por el aire utilizando el espectro radioeléctrico. El espectro radioeléctrico es un conjunto de frecuencias dentro del espectro electromagnético que se emplean para los servicios de radiocomunicaciones, como son: las comunicaciones móviles y fijas, televisión, radiodifusión, servicios de seguridad y defensa, emergencias, radioastronomía, etc. Cada operador móvil tiene asignada una parte del espectro radioeléctrico (un conjunto de frecuencias). A su vez, utiliza un subconjunto de estas frecuencias para cada una de las tecnologías radio (2G, 3G, 4G).

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Función 5 Por último, el terminal móvil tiene que colaborar con la red móvil en la gestión de la movilidad del usuario entre las diferentes estaciones base del área de cobertura. El terminal móvil mide y analiza la calidad de las señales recibidas de cada estación base e informa de estos datos a la red, que será la que decida si debe solicitar al terminal móvil que haga un traspaso (o handover) entre dos estaciones móviles.

4. Identificación de usuarios móviles Recordemos: cuando los teléfonos estaban conectados a la red de conmutación mediante un cable, la identificación de los usuarios era inmediata y unívoca. En el caso de los usuarios móviles se hace necesario utilizar identificadores para conocer quién es el terminal y el usuario al otro lado del enlace inalámbrico. Se utilizan 3 identificadores: Esquema de los identificadores

Función 3 El terminal móvil digitaliza y codifica la voz del usuario (convierte las ondas acústicas de la voz en ceros y unos) utilizando vocoders. Como el espectro es un recurso escaso y muy valioso, los vocoders han de ser eficientes para comprimir la voz y optimizar el uso del espectro. Función 4 Con el mismo fin de optimizar el uso del espectro y maximizar las prestaciones para el usuario, el terminal debe de ser capaz de monitorizar la señal radio y negociar con la red diferentes parámetros de transmisión/recepción como por ejemplo si hará uso de 2G, 3G o 4G, con qué potencia transmitirá las señales (si está cerca de la estación base, emitirá con menor potencia para ahorrar batería y no interferir a otros usuarios), qué codificación de canal utilizará (si la calidad del enlace es mala, será necesario proteger la información con bits que no contienen información de usuario), qué modulación utilizará (si la calidad del canal es buena podrá transmitir a una mayor tasa binaria), …

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IMSI (International Mobile Subscriber Identity) Es un identificador único a nivel mundial, y es el que identifica al usuario. Está almacenado en la tarjeta SIM del terminal. Cuando un terminal accede a una red de telefonía móvil, este es uno de los primeros datos que se le pide, para saber quién es. Después de este intercambio inicial la red le asigna un alias llamado TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), para que en caso de que alguien pueda descifrar la información que viaja por el interfaz aire, le resulte difícil identificar al usuario cuyas comunicaciones quiere espiar.

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5. Evolución de los terminales Observa la imagen:

MSISDN (Mobile Subscriber ISDN Number) Es el número de teléfono tradicional, es que se utilizar para llamar a un usuario, o para mandarle un mensaje. El terminal móvil no conoce cuál es su MSISDN, y no lo utiliza en sus comunicaciones con la red. La relación IMSI MSISDN está almacenada en un nodo del núcleo de red llamado HLR (Home Location Register). IMEI El tercer identificador, llamado IMEI (International Mobile Equipment Identity) es un código de 15 cifras (o 16 si se utiliza la variante IMEI-SV) que se utiliza para identificar al equipo de usuario, al teléfono móvil. Es un identificador único a nivel mundial (una especie de carnet de identidad único para cada dispositivo) y permite conocer la marca y el modelo de teléfono móvil, así como el país en el que ha sido fabricado. El IMEI se puede utilizar para bloquear terminales robados. Si te roban el terminal, puedes denunciar este hecho al operador móvil, el cual introducirá el IMEI del terminal robado en una lista negra. Si alguien intenta acceder a la red con dicho IMEI, el acceso será rechazado por la red, independientemente de la tarjeta SIM que haya utilizado. En Telefónica también utilizamos los IMEI para sacar datos estadísticos de la red móvil. Cruzando los datos de KPI de red (por ejemplo, llamadas caídas o fallos de establecimiento de llamada) con los IMEI de los terminales, podemos conocer qué modelos de terminales se comportan mejor o peor en nuestra red y nos puede ayudar a detectar algunos modelos concretos de terminales que tienen algún fallo grave de funcionamiento. El IMEI suele venir impreso en una etiqueta blanca debajo de la batería de los móviles. Algunos móviles no se pueden abrir, pero su IMEI se puede consultar a través de los menús de configuración del terminal o, en cualquier caso, tecleando la combinación *#06#.

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La evolución de los terminales móviles ha sido vertiginosa, en ocasiones siguiendo a la tecnología y en ocasiones empujándola. Inicialmente los teléfonos móviles eran “simplemente” eso: teléfonos. >> Con la llegada del GPRS apareció el dominio de paquetes: ¡los teléfonos ya tenían datos! Los teléfonos también fueron incorporando novedades como pantalla a color y cámara de fotos. >> El UMTS y el HSPA permitieron acuñar el concepto de Banda Ancha Móvil, apareciendo otro tipo de dispositivos como tarjetas PCMCIA, módems USB, MiFi... En paralelo surgen los Sistemas Operativos Abiertos como Symbian OS y Windows Mobile. Los terminales también incorporan capacidades WiFi. >> Con el LTE se consiguen velocidades de transferencias muy altas. Los terminales permiten streaming de video y con el lanzamiento de iOS y Android con sus tiendas de aplicaciones se convierten en dispositivos muy potentes que incorporan numerosas innovaciones.

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>> Con

el paso del tiempo la COMPLEJIDAD de los dispositivos ha crecido exponencialmente. Cada vez incorporan más tecnologías radio (2G, 3G, 4G, WiFi, Bluetooth, NFC, GPS…), más bandas de frecuencias, sensores, innovaciones en pantallas, cámaras de fotos, diseño… >> La evolución tan rápida de la tecnología obliga a los fabricantes a reducir el TIME-TO-MARKET de sus dispositivos, para no lanzar al mercado productos ya obsoletos o que ya han sido superados por la competencia. >> Lanzar productos cada vez más complejos con un constante sentido de urgencia incrementa el RIESGO que asumen los fabricantes. La dominante Nokia perdió su hegemonía al no haber valorado convenientemente la aparición de sistemas operativos como iOS o Android. Samsung también sufrió grandes pérdidas con el Note 7 por un problema con algo tan aparentemente superado como la batería. >> El VALOR DEL SW ha crecido en importancia en detrimento del VALOR DEL HW.

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6. El smartphone Aunque seguimos llamando “teléfonos” a nuestros terminales móviles actuales en realidad son mucho más que eso. Son nuestra cámara de fotos y de vídeo, nuestra radio, nuestra televisión, nuestro gestor de correo electrónico, nuestra agenda, nuestro navegador para el coche, nuestro acceso a la WWW, nuestra consola y un largo etcétera. Existen multitud de aplicaciones móviles (apps) que permiten utilizar nuestro dispositivo para un número creciente de tareas. Para reflejar todas estas prestaciones que ofrecen los terminales y sus apps se acuñó el término smartphone (teléfono inteligente). Una de estas apps es el dialer y… ¡nos sirve para hacer llamadas telefónicas! (aunque seguramente no sea para lo que más utilizamos nuestro dispositivo hoy en día). Observa la imagen:

¿Cuál fue el primer smartphone de la historia? No hay consenso general. Para muchos fue el IBM Simon Personal Communicator, que se comercializó en 1994. Básicamente era una PDA con pantalla monocromo y un stylus. Para otros, fue el Ericsson R380, basado en Symbian OS y con aplicaciones como un navegador WAP para el acceso a Internet, un cliente de correo electrónico, calendario, calculadora, reloj…

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Sin embargo, de lo que no cabe ninguna duda es que fue Apple quien revolucionó y redefinió el concepto de smartphone, con su interfaz táctil y, sobre todo, con su tienda de aplicaciones, que convirtió al iPhone en un auténtico ordenador de bolsillo, que después sería imitado por muchos otros fabricantes.

7. iPhone

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8. Componentes de los terminales móviles. Hardware: el cerebro (SoC) Un SoC (System On a Chip) es un circuito integrado que combina todos los componentes fundamentales para hacer funcionar el sistema, tales como el procesador (CPU), las comunicaciones (2G, 3G, 4G, GPS, WiFi, Bluetooth, NFC…), el procesador gráfico (GPU), el controlador de memoria RAM, etc. Es el cerebro del terminal móvil.

Un 29 de junio de 2007, un tal Steve Jobs dijo: “Este es el día que he estado esperando durante dos años y medio. Hoy Apple va a reinventar el teléfono”. Aquel primer iPhone estaba bloqueado para AT&T y solo tenía servicio 2G con la tecnología EDGE. El lanzamiento del iPhone lo cambió todo. Los smartphones han cambiado nuestra forma de trabajar, nuestra forma de relacionarnos y nuestra forma de conectarnos con el mundo. Hoy en día no podríamos concebir nuestra vida diaria sin smartphones.

Con el rápido desarrollo que han tenido los dispositivos móviles en los últimos años han aparecido muchos fabricantes de SoC en el mercado, entre los que contamos a Qualcomm, MediaTek, Intel, Samsung, Huawei…

Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=k8tP9mv31_E

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9. Componentes de los terminales móviles. Hardware: otros elementos Para construir un smartphone, los fabricantes añaden al SoC la pantalla, batería, cámara, sensores… y una carcasa. El ritmo de innovación en cada uno de estos elementos es vertiginoso.

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10. Sistemas operativos móviles Un sistema operativo móvil es un software que se inicia al encender un teléfono móvil y que se encarga de gestionar todos los recursos del mismo. Permite la abstracción de las propiedades del hardware específico del teléfono móvil y provee servicios a las aplicaciones móviles que se ejecutan sobre él, permitiendo así la comunicación entre el usuario y el teléfono. Del mismo modo que los PC utilizan Windows, MacOS o Linux, los teléfonos móviles utilizan Android, iOS, Windows Phone… Actualmente vivimos en la “era post-PC” en la que los teléfonos móviles superan a los ordenadores. En abril de 2017 se produjo el sorpasso en lo que se refiere a sistemas operativos: ya se usan más dispositivos Android en el mundo que equipos con Windows.

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11. Duopolio de SO móviles Existe un gran número de sistemas operativos móviles: Android (es el más extendido: es gratuito y de código abierto), iOS (es cerrado y exclusivo de los dispositivos Apple), Windows Phone, Blackberry, Firefox, Ubuntu… Actualmente, existe un duopolio de facto en los SO móviles: Android y iOS cubren la práctica totalidad del mercado. Observa la tabla:

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12. Firmware y apps

13. Homologación de terminales

Una vez introducidos el hardware y el sistema operativo del teléfono móvil, hay otros dos elementos importantes a tener en cuenta:

En Telefónica vendemos terminales móviles a nuestros clientes. Para garantizar que los terminales que comercializamos funcionen correctamente, existe un departamento responsable de hacer las pruebas necesarias para homologarlos. Si se encuentran fallos graves, estos son reportados al fabricante del terminal, quien deberá generar una nueva versión que corrija estos fallos. En caso contrario, Telefónica no le comprará terminales. En el siguiente esquema se muestra un cronograma típico de la homologación de un terminal móvil.

Aplicaciones móviles Aplicaciones móviles, comúnmente conocidas como APPS El usuario interacciona con su terminal a través de las apps y estas se apoyan en el Sistema Operativo para utilizar los recursos del terminal que necesitan para funcionar. Firmware El firmware es un software de bajo nivel que gestiona los recursos físicos (hardware) del terminal. Gestiona el hardware atendiendo a las instrucciones de más alto nivel que recibe del sistema operativo. El firmware es desarrollado y mantenido por el fabricante del terminal. Si un fabricante encuentra un problema en la gestión de la memoria, de la batería, de la cámara fotográfica, etc. generará una versión de mantenimiento de este firmware en la que corregirá estos fallos.

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14. Portfolio de terminales

15. Tarjeta SIM: ¿Qué es?

Telefónica define unas especificaciones para los terminales que quiere comercializar, en base al estado de la tecnología, los servicios que quiere ofrecer, la segmentación del mercado, etc. Los diferentes fabricantes nos presentan los terminales que cumplen con estas especificaciones y se hace una selección de terminales para incluir en nuestro portfolio. Sobre los terminales seleccionados se ejecuta un extenso número de pruebas de homologación antes de aceptar técnicamente su comercialización.

Una tarjeta SIM es un elemento constituido por un cuerpo de plástico que alberga un microchip, el cual contiene un sistema análogo al de un ordenador (procesador, memoria volátil, memoria persistente…) y alberga ficheros y aplicaciones.

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SIM son las siglas de Subscriber Identity Module (en español, Módulo de Identificación de Abonado). Como su nombre indica, la SIM contiene la información necesaria para identificar al cliente (suscriptor del servicio del operador). Para proteger la información tan importante que contiene, están protegidas por un número PIN (Personal Identification Number). La tarjeta SIM permite desligar al usuario del terminal, de manera que, si un usuario quisiera cambiar de terminal, no tendría más que introducir su tarjeta SIM en su nuevo terminal. Las tecnologías GSM, UMTS y LTE requieren la utilización de la tarjeta SIM (así están estandarizadas), pero hace tiempo existían otras tecnologías radio (como el CDMA, muy extendida en EE.UU.) que no hacían uso de la misma, por lo que el suscriptor estaba ligado a un terminal concreto que contenía todos datos de identificación del usuario (por ejemplo, el número de teléfono).

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16. Tarjeta SIM: ¿Qué contiene?

17. Tarjeta SIM: Formatos

La tarjeta SIM contiene, pues, la información necesaria para identificar al suscriptor del servicio, en particular, como ya vimos, su IMSI (International Mobile Subscriber Identity).

El tamaño de la tarjeta SIM se ha ido reduciendo con el tiempo. El tamaño del microchip es el mismo, pero el plástico en el que se inserta se ha reducido desde el tamaño de una tarjeta de crédito (formato 1FF), hasta el mínimo imprescindible para albergar el chip (formato 4FF o Nano SIM).

Cada SIM se identifica internacionalmente por su ICCID (Integrated Circuit Card ID, o Identificador de la Tarjeta del Circuito Integrado). Para realizar una portabilidad de tu número móvil, el nuevo operador necesita comunicar al actual que se hará cargo del número de móvil. Esta nueva compañía te dará una nueva SIM con un ICCID diferente al actual y le asignará tu número de móvil. La tarjeta SIM almacena el ICCID (identificador de la SIM) y el IMSI (identificador del usuario) y el operador móvil asocia en su HLR estos identificadores con el MSISDN (número de teléfono).

También existe otro factor de forma más pequeño (MFF2) concebido para ser utilizado en dispositivos M2M. En este caso el chip es más pequeño.

Observa la imagen:

La tarjeta SIM incluye, además, datos del usuario, como una agenda de contactos o un buzón de mensajes de texto y datos de servicio como el número del centro de mensajes cortos (SMSC) del operador o la identificación del área local (LAI, Location Area Identity) de la célula en la que está registrado el terminal. La SIM es un hardware seguro, completamente aislado del terminal y también almacena: claves de autenticación (Ki) -> Autentica la tarjeta SIM en la red móvil. Cada tarjeta SIM tiene una Ki única asignada por el operador. Esta clave, también se almacena en el AuC (Aunthentication Center), un nodo de red cuya misión es precisamente autenticar a los usuarios. >> Las claves de cifrado (Kc) -> El terminal móvil accede a la SIM y utiliza estas claves para cifrar las comunicaciones con la red móvil. >> Las claves OTA (Over The Air) -> Permiten que la SIM sea gestionada remotamente mediante unos SMS especiales. >> Las

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