ES2378842A1 - Método de detección remota de interferencia en el enlace descendiente de sistemas inalámbricos celulares de telecomunicación. - Google Patents
Método de detección remota de interferencia en el enlace descendiente de sistemas inalámbricos celulares de telecomunicación. Download PDFInfo
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Abstract
La interferencia está típicamente causada por un inhibidor de frecuencia (103). En el referido sistema celular los terminales conectan con una estación base (101). El método incluye al menos un terminal móvil modificado (105) y un dispositivo de seguimiento (102). A dicho terminal (105), correctamente sincronizado y registrado en la red, se le añade una aplicación para detectar una interferencia, mientras que el dispositivo de seguimiento (102) se encarga de leer y monitorizar el tráfico en los canales comunes de señalización; detectándose un mal funcionamiento del DL al analizar un anormal tráfico en los canales comunes de señalización del DL; consistiendo esa anormalidad en un inusual número de respuestas a repetidos mensajes de petición de canal dedicado.
Description
Método de detección remota de interferencia en
el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de
telecomunicación.
La presente invención, tal y como se expresa en
el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un método de
detección remota de interferencia en el enlace descendente de
sistemas inalámbricos celulares de telecomunicación, cuya finalidad
consiste en aportar una solución tecnológica para algunos problemas
que se plantean en una red celular de telecomunicaciones
inalámbrica. La invención es un método diseñado para detectar
elementos interferentes en las comunicaciones de un sistema celular.
En particular, dicho método permite la detección de un fallo en el
enlace que comunica una estación central con un terminal. Esto es el
enlace conocido como descendente. La principal aplicación de la
invención es mejorar la seguridad contra inhibidores de frecuencia
en una red celular de telecomunicación inalámbrica. Tiene así un
impacto importante en los sistemas de seguridad basados en
terminales inalámbricos para transmitir una alarma a una estación
central. En estos sistemas, personas no autorizadas pueden impedir
la transmisión de la alarma mediante el uso de un inhibidor de
frecuencia de enlace descendente de corto alcance.
La invención se centra en la detección de un
inhibidor sobre el enlace descendente (DL), o un mal funcionamiento
en el DL. Por tanto, el dispositivo de detección presentado puede
ser utilizado, además de para la detección de inhibidores de
sistemas de alarmas con conexión inalámbrica, para procedimientos de
optimización de red. Básicamente, un terminal inhibido en el DL
retransmitirá sistemáticamente sus mensajes de petición de canal
dedicado puesto que es incapaz de leer las respuestas de red en los
canales de señalización común del enlace descendente. Para una
rápida detección, se programará en el terminal una simple
funcionalidad: cuando éste detecta una nula calidad en la portadora
de señalización, éste inicia un procedimiento de establecimiento de
conexión, enviando un mensaje de petición de canal dedicado en el
canal de acceso aleatorio del enlace ascendente (UL). Utilizando un
dispositivo, implementado en la propia estación base o externamente,
que se sincronice a la portadora de señalización en el DL (ó UL) se
detectan repeticiones sistemáticas de respuestas de red a mensajes
de petición de canal dedicado como prueba de la existencia de un
inhibidor. Para evitar falsas alarmas y localizar los terminales
inhibidos, se realiza un intento de conexión con los terminales que
potencialmente puedan estas inhibidos para comprobar su
disponibilidad.
La invención propone un método sencillo y no
intrusivo para detectar remotamente un inhibidor de frecuencia
basado en el estudio del tráfico en los canales de señalización del
DL. Este método no requiere la modificación del protocolo ni en la
estación base ni en el terminal y puede ser implementado en
cualquier celda de cualquier operador de telefonía móvil, puesto que
todos ellos utilizan similares procedimientos de asignación de canal
dedicado de señalización.
Cuando se utiliza un terminal inalámbrico como
parte de un sistema de seguridad remoto, la existencia de un
inhibidor de frecuencia impide la transmisión de las señales de
alarma. La detección y señalización de un inhibidor de frecuencia, o
cualquier otra fuente de interferencia, en sistemas celulares
inalámbricos es un problema abierto. Los inhibidores de frecuencia
típicamente inhiben el enlace descendente (DL) con el fin de no ser
detectados.
Los inhibidores de frecuencia son dispositivos
diseñados para evitar cualquier comunicación inalámbrica por
irradiación de ruido en una porción del espectro. Pueden ser
utilizados eventualmente por razones de seguridad, por ejemplo, para
evitar la activación de cualquier artefacto explosivo. Este tipo de
inhibidores generalmente irradian ruido de alta potencia y banda
ancha. Por lo tanto, inhiben cualquier sistema inalámbrico en el
entorno, ocultando tanto el enlace que comunica estación base y
terminal como el enlace entre el terminal y la estación base;
denominados enlaces ascendente y descendente respectivamente. En
este escenario la detección de un inhibidor es relativamente
inmediata.
Por otro lado, los inhibidores de frecuencia
pueden ser diseñados específicamente para evitar la comunicación en
un sistema en concreto; por ejemplo para inhibir un sistema de
alarma inalámbrica, que suelen operar sobre redes móviles celulares
2G, 2G+, /3G,... Con el fin de que el inhibidor de frecuencia no sea
detectado, éstos no suelen radiar en la banda correspondiente al
enlace de subida o up-link (UL). Si el inhibidor
radiase suficiente potencia en el UL como para alcanzar la estación
base con una potencia similar a la emitida por los terminales, la
presencia del inhibidor seria fácilmente detectable sin más que
monitorizar el tráfico interrumpido y los niveles de potencia
recibidos en la estación base. En este sentido, los inhibidores de
frecuencia más sofisticados están diseñados de forma que únicamente
radian en el enlace descendente o down-link (DL). En
este caso, el terminal es capaz de comunicarse con la estación base
pero no puede recibir ningún mensaje de ésta. En redes celulares,
esto implica que el terminal es incapaz de leer la señalización
necesaria en redes 2G y 3G para iniciar la comunicación con la
estación base. Dicha señalización es transmitida por parte de la
estación base a través de los canales comunes de control
(CCCHs).
El proceso para detectar un inhibidor de
frecuencia consta de dos problemas diferenciados. Primero, el
terminal debe detectar la presencia del inhibidor analizando la
señal recibida (detección). Segundo, debe señalizar dicha situación
a la red (señalización). Con respecto a la detección, en la
invención se propone un método muy sencillo comparado con los
propuestos en las referencias [1], [2] y [3] que aparecen al final
de este apartado. Respecto a la señalización, son escasas las
referencias o soluciones propuestas a día de hoy, por lo que es un
problema abierto. En la referencia bibliográfica [2], se propone un
método de señalización para un terminal GSM. Éste señaliza a la
estación base su condición de inhibido en un mensaje de petición de
canal dedicado o Channel Requst Message, modificado con respecto al
canal de acceso aleatorio RACH en el UL descrito en el estándar 3GPP
TS 144018 V7.13 (2008-07). Obviamente, este mensaje
debe ser comprendido por la estación base. Esta invención, a pesar
de su simplicidad, plantea un gran problema en su implementación,
puesto que ésta podría requerir la modificación del protocolo
GSM/GPRS tanto en el terminal como en la estación base.
Especialmente para esta última, el coste asociado es muy grande al
tener que modificar el software implementado en ésta.
No conocemos en el estado actual de la técnica
soluciones en las que no sea imperativa la modificación de la
estación base, en tanto que la presente invención permite la no
modificación de dicha estación base. Así, según la invención, para
una rápida y eficiente detección, se requiere una simple
funcionalidad añadida al terminal potencialmente inhibido: cuando no
pueda decodificar los canales de control, éste comenzará la
señalización correspondiente al establecimiento de una conexión, lo
que no implica modificación alguna de su protocolo, sino tan solo la
inclusión de algún programa adicional en el terminal. Por otro lado,
la señalización emitida por el terminal inhibido puede ser detectada
tanto en la estación base como en un terminal externo. Por tanto, el
invento puede ser implementado en una estación base, pero también
para evitar el coste asociado puede ser implementado en un escáner
de frecuencia sintonizado a la portadora del DL en la celda.
Plataformas SDRs (software defined radios), que implican un menor
coste y son dispositivos fácilmente programables, son una solución
muy adecuada para implementar el escáner de frecuencia debido a la
dificultad para encontrar en el mercado escáneres con acceso
completo a los canales de control.
[1] Robert C. Hendrickson, Jamming
detection in a Wireless security system, Patente US number: 5950110,
Sep 7, 1999. International Classification: H04K 300;H04B 1700.
[2] Moscovitz Y., Depernini F.,
Locatellin M., Method and user equipment for jamming
detection and signalling, International Patente Classification: H044
3/00, International Publication Number: WO 2005/112321 A1, Nov. 24,
2005.
[3] Wenyuan Xu, Ke Ma,
Trappe, W., Yanyong Zhang, Jamming sensor networks:
attack and defense strategies, IEEE Network Volume 20, Issue 3,
May-June 2006
Page(s):41-47.
Para lograr los objetivos y evitar los
inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención
consiste en un método de detección remota de interferencia en el
enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de
telecomunicación, estando esta interferencia típicamente causada por
un inhibidor de frecuencia que actúa sobre un terminal móvil, y
siendo el sistema considerado un sistema celular en el cual los
terminales se conectan a una estación base.
Novedosamente, según la invención, el referido
método incluye al menos un terminal móvil modificado y un
dispositivo de seguimiento, de manera que a este terminal,
correctamente sincronizado y registrado en la red, se le añade una
aplicación para detectar una interferencia; en tanto que el
dispositivo de seguimiento se encarga de leer y monitorizar el
tráfico en los canales comunes de señalización del enlace
descendente (DL) o ascendente (UL); detectándose un mal
funcionamiento de DL analizando un anormal tráfico en los canales
comunes de señalización; consistiendo dicha anormalidad en un
inusual número de mensajes repetidos de petición de canal dedicado
(siendo dicha petición un procedimiento inicial previo al
establecimiento de cualquier comunicación en estándares de telefonía
celular) o de respuestas a estos mensajes.
Según la realización preferente de la invención,
el método de la misma incluye los siguientes procesos en el terminal
móvil modificado:
- a)
- medida continua de la calidad en la portadora de señalización;
- b)
- en caso de una pobre calidad, se inicia un proceso de señalización, correspondiente al establecimiento de una conexión; iniciándose este proceso de señalización enviando un mensaje de petición de canal de señalización dedicado a través del canal de acceso aleatorio del correspondiente enlace ascendente (UL);
- c)
- en caso de alta interferencia de acuerdo a los estándares de comunicaciones móviles celulares, el móvil retransmite la petición después de un determinado tiempo; y cuando se ha alcanzado un número máximo de retransmisiones, el móvil retorna al estado a);
- en tanto que el método implica los siguientes procesos en el dispositivo de seguimiento:
- d)
- sincronización con la portadora de señalización del enlace descendente (DL) ó ascendente (UL);
- e)
- análisis de las peticiones de canal dedicado o respuestas de red a estas peticiones; de manera que alcanzado un número de peticiones suficiente en un determinado período de tiempo, se considera la existencia de un inhibidor de frecuencia; estando los distintos mensajes de petición o respuesta espaciados un tiempo no mayor que el establecido en el estándar entre dos retransmisiones de petición de canal por parte del móvil;
- f)
- el dispositivo de seguimiento utiliza una estrategia de polling o interrogación para intentar establecer una conexión y comprobar así el estado de los terminales una vez se ha considerado probable la existencia de un inhibidor.
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Además, según las realizaciones preferentes de
la invención, el referido sistema celular puede ser una red celular
2G, 3G UMTS, u otra.
Según las realizaciones preferentes de la
invención, en el método de la misma, el dispositivo de seguimiento
se dispone en proximidad de la estación base al objeto de presentar
las máximas posibilidades de quedar fuera del área de cobertura del
posible inhibidor, el cual se tendría que situar en proximidad del
terminal móvil a inhibir para efectuar su función.
Así, según se ha descrito, la presente invención
aporta un método para detectar cuando un terminal inalámbrico móvil
se encuentra afectado por una alta interferencia, normalmente debido
a la presencia de un inhibidor, en el sentido descendente (DL) de la
celda y comunicar dicha situación a algún dispositivo o sistema
externo. Asumiendo que un terminal en un sistema de comunicación
inalámbrico puede detectar altas interferencias en el DL, éste solo
debería comunicar esta situación a la estación base utilizando el
sentido ascendente (UL) sin embargo, por diseño en la mayor parte de
sistemas celulares, previamente a cualquier comunicación, la
estación base y el terminal deben establecer un canal de
señalización dedicado. Una fuerte interferencia en el DL, que puede
estar causada por un inhibidor de frecuencia cercano al terminal,
oculta la transmisión de información a través de los canales de
control del sentido descendente. Como resultado, el canal de
señalización dedicado comentado anteriormente no se puede
establecer, y el terminal es incapaz de enviar información alguna a
la estación base, ni siquiera su identidad. En un sistema de
seguridad en el cual la conexión a la central se realiza a través de
un sistema celular, un inhibidor de frecuencia sobre el DL impedirla
cualquier transmisión de señal de alarma.
El método que se describe en la presente
invención puede ser implementado tanto en un dispositivo remoto como
en la estación base del sistema inalámbrico. Sea cual sea el
dispositivo utilizado, la clave está en monitorizar el canal de
control común para encontrar continuas repeticiones de peticiones, o
sus respuestas, de establecimiento de canal, a las que el terminal
inhibidor nunca contestará pues nunca las recibirá. Si la estación
base o un dispositivo externo detecta este comportamiento en el
tráfico de señalización, se iniciará un proceso de polling o
comprobación mediante interrogación a aquellos terminales que estén
siendo protegidos frente a inhibidores en la celda.
Las ventajas que el presente invento aporta con
respecto a métodos anteriores son varias. Primero, no requiere una
modificación del protocolo en la estación base (BS) o terminal móvil
(MS), puesto que se basa en como la señalización en los canales
comunes (CCCHs) se ve degradada cuando un terminal móvil se
encuentra dentro del alcance de un inhibidor de frecuencia sobre el
DL. Asimismo, varios dispositivos pueden ser monitorizados frente a
inhibidores simultáneamente con un único dispositivo de seguimiento
o traking en cada celda. Si dicho dispositivo de seguimiento se
implementa en una plataforma SDR, en lugar de ser programado en la
propia estación base, el invento se hace independiente del operador
móvil, lo que incrementa enormemente su potencial explotación
comercial.
A continuación, para facilitar una mejor
comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante
de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter
ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la
invención.
Figura 1.- Representa esquemáticamente un
diagrama de bloques funcionales que muestran un escenario propuesto
para la aplicación de un método de detección remota de referencia
realizado según la presente invención.
Figura 2.- Representa un diagrama de flujo del
terminal potencialmente inhibido de la anterior figura 1 según el
referido método de la invención.
Figura 3.- Representa un diagrama de flujo del
dispositivo de seguimiento de la anterior figura 1 según el método
de la presente invención, para el DL.
Figura 4.- Representa esquemáticamente el flujo
de mensajes en el proceso de señalización de inhibición en el método
referido en las anteriores figuras.
Figura 5.- Muestra la tabla 1 referida en el
texto de esta memoria y correspondiente a valores para el parámetro
S según el estándar 3GPP TS144018 V7.13
(2008-07).
Figura 6.- Muestra la tabla 2 referida en el
texto de esta memoria correspondiente a slots de acceso del canal
RACH y la relación con el canal de adquisición (AICH) del DL PRACH
(\tau_{p-a} = 7680 chips) según el estándar 3GPP
TS 25.214 V7.9.0 (2008-07).
Figura 7.- Muestra la tabla 3 referida en el
texto de esta memoria correspondiente a slots de acceso de los
distintos subcanales RACH según el estándar 3GPP TS 25.214 V7.9.0
(2008-07).
Seguidamente se realiza una descripción de un
ejemplo de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada
en las figuras.
Así, según puede verse en la figura 1, el método
de la invención cuenta con dos elementos encargados de la detección
y señalización de interferencia o inhibición. El terminal
potencialmente inhibido 105, también denominado estación móvil (MS),
y el dispositivo de monitorización o seguimiento 102. Supondremos
interferido únicamente el enlace descendente por un inhibidor de
frecuencia 103 que actúa en un área de cobertura 104, con lo que el
enlace ascendente puede ser utilizado por el terminal para enviar
información a la estación base 101 (BTS), pero no así en el sentido
contrario. El terminal 105 está correctamente registrado a la red
móvil, esto es correctamente sincronizado y sintonizado a la
configuración radio de la red. Además, en él se ha programado una
simple funcionalidad añadida con respecto a un terminal estándar.
Dicha funcionalidad se describe en el diagrama de flujo de la figura
2. Inicialmente, el terminal 105 monitoriza la calidad y potencia de
la señal recibida en la portadora de señalización (203). En el
momento en que se encuentre una calidad pobre y dichos canales no
puedan ser decodificados (204) se inicia el proceso de señalización
de una posible situación de inhibición (205), intentando establecer
una conexión con la estación base 101. Si un inhibidor 103, o
cualquier otro dispositivo, está interfiriendo los canales del DL,
el terminal 105 no puede completar el proceso de señalización por el
mismo, puesto que el proceso de establecimiento del canal de
señalización dedicado no puede ser completado. Típicamente éste
involucra los siguientes pasos:
1º) El terminal envía un mensaje de petición de
canal dedicado en el canal de acceso aleatorio (RACH) del sentido
ascendente (UL). Puede mandar o no, dependiendo del estándar y su
implementación, un código aleatorio que le será devuelto en la
respuesta a esa petición.
2°) El contador de peticiones de canal dedicado
se incrementa en una unidad (206). Existe un máximo en el número de
repeticiones del mensaje de petición anterior, que denotaremos por
N_{max}. El valor del parámetro N_{max} depende del estándar de
comunicación inalámbrica en cuestión.
3º) El terminal espera respuesta en el
correspondiente canal de control del DL hasta un máximo de T_{0}
(207), donde T_{0} depende del estándar de comunicación
inalámbrica considerado. Si se recibe respuesta (positiva o
negativa) de la red, se concluye que no existe presencia
significativa de interferencia y el proceso de establecimiento de
conexión es cancelado (208). En caso contrario, se envía otro
mensaje de petición de canal dedicado a través del RACH siempre que
no se haya superado el máximo número de repeticiones permitidas.
Dependiendo de la configuración de la red, en cada retransmisión el
terminal puede repetir la referencia aleatoria de la petición o
cambiarla. Nótese que en este proceso no se transmite información
sobre la identidad del móvil.
4º) Cuando el contador de peticiones de canal
alcanza el valor N_{max}, el terminal no comienza un nuevo proceso
completo (202) de petición de canal dedicado hasta que un
temporizador haya expirado (210). De nuevo este temporizador depende
del estándar en cuestión.
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Los procesos dentro de la línea discontinua 211
constituyen la funcionalidad adicional que debe ser programada en el
terminal. El resto de pasos son típicos de cualquier estándar de
comunicación inalámbrico, y por lo tanto ya están programadas en el
terminal.
Las referencias 201 y 209 de la figura 2
corresponden respectivamente a las funciones de inicio y contador de
peticiones de canal.
El dispositivo de seguimiento 102 analiza el
tráfico en los canales de control en el DL, ó el UL, con el fin de
detectar situaciones sospechosas. Esta funcionalidad puede ser
implementada en la estación base, pero también en un elemento
externo. En la figura 3 se describe el funcionamiento de este
dispositivo para el DL. Para el UL seria similar pero monitorizando
las peticiones directamente y no las respuestas a las peticiones.
Una vez éste se ha sintonizado y sincronizado a la portadora de
señalización (302), comienza la monitorización de los canales CCCHS
en el DL (304). Cuando detecta la primera respuesta de la red a una
petición de canal de señalización de canal dedicado (305), un
contador, que denominaremos contador de respuestas de red, se
incrementa (306). Como ya se ha comentado anteriormente, un terminal
inhibidor repetirá sistemáticamente la petición de canal varias
veces al no recibir respuesta de la red. Tras la lectura de cada
respuesta de la red, el dispositivo de seguimiento comprueba que no
hay un nuevo mensaje de respuesta en los siguientes T_{0} (307).
En caso negativo, no ha habido repetición y se asume que la
respuesta de la red llegó a su destino y que el móvil que solicitó
el canal dedicado no está interferido en el enlace descendente. En
este caso, se resetea el contador de respuestas de red (303). En
caso contrario, si se detecta una nueva respuesta de red para un
canal dedicado en un tiempo menor de T_{0} segundos, se incrementa
el contador (308). Cuando dicho contador alcanza el umbral
N^{JAM}_{max} (309), la situación se concluye determinando que
el terminal esta inhibido y se activa la condición de alarma. Si el
terminal móvil inhibido repite la referencia aleatoria en todas sus
peticiones, el dispositivo de seguimiento únicamente debe llevar la
cuenta de las respuestas de red con igual referencia. En este
escenario, el riesgo de falsa alarma se minimiza, dado que
respuestas de red con distintas referencias aleatorias son asignadas
a diferentes terminales. Por el contrario, si dicha referencia es
potencialmente distinta en cada retransmisión, el dispositivo debe
contar y considerar conjuntamente todas las respuestas de red
detectadas, lo que incrementa el riesgo de falsa alarma.
N^{JAM}_{max} puede ser fijado a N_{max} o a cualquier otro
valor. Si tomamos N^{JAM}_{max} > N_{max}, cuando el
contador alcance N_{max} el dispositivo debe esperar la siguiente
respuesta de red no un tiempo T_{0} sino T_{0} + Temp segundos,
donde Temp es la duración del temporizador en 210. En este caso, la
condición en 309 es modificada para asegurar dicha situación. Fijar
N^{JAM}_{max} > N_{max} es una buena opción para minimizar
el riesgo de falsa alarma, especialmente cuando el teléfono móvil no
repite la misma referencia aleatoria entre peticiones de canal
dedicado.
El siguiente paso es comprobar si realmente el
terminal está inhibido. Esto puede lograrse con una simple
interrogación o polling, esto es mediante un simple intento de
conexión. El propio escáner, o cualquier otro dispositivo, manda un
mensaje al conjunto de los terminales supervisados en la celda y
espera asentimiento. Este es el intento de establecimiento de
conexión en 310. En el caso de que no haya respuesta de alguno de
los terminales, se considerará que éste está bajo la influencia de
una fuerte interferencia, potencialmente causada por un
inhibidor.
Las referencias 301, 311 y 312 de la figura 3
corresponden respectivamente a las funciones de inicio,
interrogación de disponibilidad y situación de terminal móvil
inhibido.
En la figura 4 se muestra un diagrama que
ilustra los mensajes intercambiados por el terminal 105 y la red una
vez que el primero ha detectado una posible situación de inhibición.
También se estiman los tiempos de respuesta y latencia involucrados.
El primer mensaje de petición de canal (Channel request message)
(401) llega a la estación base 101 con un determinado retardo de
propagación, que podemos estimar en el orden de 10^{-5} segundos,
lo denotaremos por O (10^{-5}). Tras un determinado tiempo de
procesamiento, la estación base manda un mensaje de respuesta (405)
a dicha petición a través de los canales comunes del DL. Dicho
mensaje no se recibe en el terminal en caso de fuerte interferencia
en el enlace descendente, pero si se detecta en el dispositivo de
seguimiento (404). Éste se colocará siempre cerca de la estación
base, si no se programase en la propia estación base. En todo caso,
lejos de la influencia del posible inhibidor de frecuencia. Cada
T_{0} segundos (406), tiempo que se establece de forma que sea
mayor que la suma de los retardos de propagación y de procesamiento
de la estación base, se envía un nuevo mensaje de petición de canal
(407), siendo de nuevo detectado en el dispositivo de seguimiento
(409) y enviándose un nuevo mensaje de respuesta (410) desde la
estación base. Después de que el equipo de seguimiento detecte
N^{JAM}_{max} retransmisiones (412), tras una última petición de
canal (411) se realiza un intento de conexión o polling con el
terminal (413). Por tanto, el proceso completo de detección de un
inhibidor implica un retardo máximo de N^{JAM}_{max} x T_{0}
segundos si N^{JAM}_{max} \leq N_{max} o N^{JAM}_{MAX} x
T_{0} + Temp cuando N^{JAM}_{max} > N_{max}. En ambos
casos, es de orden O (10^{-2}). Por tanto, podemos detectar
remotamente la presencia de un inhibidor en un tiempo
aproximadamente de 0,1 segundos.
Cuando el tráfico de una celda es significativo,
el riesgo de falsa alarma, es decir, el riesgo de hacer pollings
innecesarios, aumenta. Sin embargo, esta posibilidad es mínima ya
que en general será muy difícil encontrar N^{JAM}_{max} \geq
N_{max} respuestas de red a peticiones de canal separadas un
tiempo menor que T_{0} segundos. El riesgo de falsa alarma se
reduce aun más si el terminal repite la referencia aleatoria en los
distintos mensajes de petición de canal.
Las referencias 402, 403 y 408 de la figura 4
corresponden respectivamente a retardo de propagación, retardo de
procesamiento en la estación base y tiempo entre mensajes de
respuesta.
El método de detección propuesto puede
implementarse también en una celda únicamente con un dispositivo de
seguimiento sin añadir nuevas funcionalidades a los terminales
móviles. En este caso, el proceso de detección de un inhibidor será
mucho más lento, puesto que éste se iniciará cuando el terminal
móvil envíe, eventualmente, un mensaje de petición de canal; por
ejemplo para tareas de actualización de posición. Con la
funcionalidad descrita para el terminal en la figura 1, se refuerza
la transmisión del mensaje de petición de canal en el momento en que
se detecta una posible inhibición.
El método de detección y señalización de un
inhibidor de frecuencia que se ha descrito puede ser aplicado
directamente a temas de seguridad. En el mercado existen distintos
modelos de alarmas que se conectan de forma inalámbrica con las
agencias de seguridad a través de las redes de telefonía móvil
celular. Estos dispositivos, por tanto, pueden verse anulados con la
presencia de un inhibidor de frecuencia. Si la agencia de seguridad
utiliza un dispositivo de seguimiento y añade la funcionalidad
descrita en la figura 2 al terminal de alarma, la presencia de un
inhibidor se detectaría en menos de un segundo.
El método propuesto para la detección de un
inhibidor de frecuencia puede ser implementado tanto en redes
celulares GSM/GPRS como en redes 3GUMTS. Aunque en ambas tecnologías
el acceso radio es distinto, los procedimientos de señalización
referidos a la asignación de un canal dedicado son similares.
Seguidamente se describe una implementación en
una red GSM/GPRS:
En una red GSM/GPRS, el método de detección y
señalización se implementa utilizando los siguientes parámetros del
correspondiente estándar de comunicación inalámbrica [3GPP TS 144018
V7.13 (2008-07)]:
- -
- El terminal GSM/GPRS envía una petición de canal en el canal del acceso aleatorio RACH del enlace ascendente o UL.
- -
- El máximo número de retransmisiones de una petición de canal (N_{max}) está dado por el parámetro Max_retrans, fijado por la red en el canal BCCH del DL.
- -
- Entre dos retransmisiones consecutivas del mensaje de petición de canal, el terminal espera un tiempo máximo de S+T-1 slots, donde T es un parámetro difundido en el canal BCCH y se calcula a partir de la tabla 1 que se muestra en la figura 5. El número S+T-1 multiplicado por el tiempo de slots es T_{0}, correspondiente al que aparece en las referencias 207 y 307 de las figuras 2 y 3 respectivamente.
- -
- El dispositivo de seguimiento monitoriza el canal de concesión de canal o Access Granted Channel (AGCH) y el canal de búsqueda o Paging Access Channel (PACH), buscando mensajes de respuesta de red a peticiones de canal. En GSM/GPRS dichos mensajes se denominan en caso positivo de acceso inmediato o Immediate Assigment (IA) o en caso negativo mensajes de negación de acceso inmediato o Immediate Assigment Reject (IAR).
\vskip1.000000\baselineskip
Es importante notar que muchos de los parámetros
involucrados en el proceso de detección y señalización propuesto
dependen únicamente de información difundida por la red en el canal
BCCH de cada celda. Sin embargo, pueden tomarse valores fijos. En
este caso, una opción sería tomar los máximos valores contemplados
en el protocolo:
- -
- N^{JAM}_{max} = N_{max} = Max_retrans = 7.
- -
- T_{0} = 50 slots.
\vskip1.000000\baselineskip
Asimismo, podemos seguir una estrategia más
conservadora y fijar el parámetro Max_retrans a un valor mayor, por
ejemplo veinte retransmisiones. Esto minimizará la probabilidad de
falsa alarma, pero debemos tener en cuenta que cada siete
retransmisiones leídas en el dispositivo de seguimiento (igual al
número de retransmisiones permitido por el estándar en cada intento
de conexión), el dispositivo debe esperar otra repetición de
petición de canal un tiempo de T_{0} + Temp, donde Temp es la
duración del temporizador en 210, que en el estándar GSM/GPRS es
denominado T316.
Seguidamente se describe una implementación en
una red 3G UMTS:
En una red 3G UMTS, la detección y señalización
de un terminal inhibido se implementa utilizando los siguientes
parámetros y procedimientos, según los estándares de comunicación
inalámbrica 3GPP TS 25.211 V7.6.0 (2008-07) y 3GPP
TS 25.214 V7.9.0 (2008-07):
- -
- El terminal UMTS potencialmente inhibido envía un mensaje de petición de canal dedicado en el canal de acceso aleatorio (RACH).
- -
- Dicho mensaje consta de un conjunto de preámbulos (4096 chips) escogidos aleatoriamente a partir de un conjunto de dieciséis posibles signaturas, hasta que recibe respuesta de la red en el canal de adquisición o Acquisition Indicator Channel del DL.
- -
- El número máximo de retransmisiones del preámbulo (N_{max}) está dado por el parámetro Preamble retrans max, difundido en el canal BCCH del DL. Por tanto, el parámetro N_{max} en la figura 2, (209) es igual a Preamble retrans max. De nuevo, se puede fijar N^{JAM}_{max} a un valor superior. En este caso, cada Preamble retrans max respuestas de red detectadas en el dispositivo de seguimiento, éste deberá esperar T_{0} + Temp segundos para la siguiente respuesta de red en lugar de los T_{0} segundos usuales, donde Temps es la duración del temporizador en 210. En sistemas UMTS, Temp es siempre menor que NB01_{max} x10 ms, donde NB01_{max} se proporciona en los canales de señalización común.
- -
- La red difunde las signaturas disponibles en cada momento y los subcanales RACH para cada servicio o Access Service class (ASC). El terminal inhibido transmite un preámbulo en el primer slot disponible en el subcanal RACH. El reparto de slots para los distintos subcanales RACH se muestran en la tabla 3 de la figura 7. Como podemos observar, cada trama del canal RACH consta de quince slots de acceso y cada subcanal RACH consta de unos siete u ocho slots. En celdas con alto tráfico, en cada subcanal RACH puede haber un número grande de slots no disponibles y el tiempo entre retransmisiones de un preámbulo puede ser relativamente extenso, pero no es probable que éste sea mayor al tiempo de trama RACH (esto significaría que todos los slots de acceso están ocupados simultáneamente). Podemos por tanto fijar el parámetro T_{0}, el que aparece en las referencias 207 y 307 de las figuras 2 y 3, como el tiempo de una trama RACH, esto es, quince veces el tiempo de slots (150 ms aproximadamente).
- -
- El dispositivo de seguimiento monitoriza el canal de adquisición del DL (AICH), leyendo los indicadores de adquisición para cada petición, que están asociados a la misma asignatura, según la tabla 2 que se muestra en la figura 6.
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Respecto a otros aspectos en la implementación
de la invención, cabe decir que la implementación del terminal móvil
con la funcionalidad requerida es extremadamente sencilla puesto que
no es más que un terminal móvil usual o similar que ejecuta un
programa sencillo y que para nada afecta al protocolo del terminal:
en el momento en que detecte una calidad nula en los canales de
control comunes del DL (CCCH), comienza la señalización
correspondiente a una llamada de voz. Esta pequeña aplicación es muy
sencilla de desarrollar utilizando los paquetes de desarrollo o
software development kits (SDKs) que los fabricantes usualmente
proporcionan de forma gratuita. Por tanto, modificar el terminal de
usuario no es en modo alguno costoso.
El dispositivo de seguimiento debe leer
continuamente los canales de control del DL. Por tanto, necesitamos
un dispositivo capaz de sincronizarse con la portadora de
señalización de la red celular y monitorizar la información
difundida en los distintos canales. La solución más sencilla y
flexible para la implementación del dispositivo es utilizar una
plataforma de radio programable (SDR), ya que modificar una estación
base es extremadamente caro. Puesto que un solo dispositivo de
seguimiento puede monitorizar y trabajar con varios terminales que
implementen la funcionalidad indicada anteriormente, su coste está
justificado. Asimismo, utilizar una plataforma programable hace que
la solución propuesta en este trabajo sea independiente del operador
de red y por tanto, una solución no intrusiva.
Claims (3)
1. Método de detección remota de interferencia
en el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de
telecomunicación, estando esta interferencia típicamente causada por
un inhibidor de frecuencia (103) y siendo el sistema considerado un
sistema celular en el cual los terminales se conectan a una estación
base (101); caracterizado porque dicho método incluye al
menos un terminal móvil modificado (105) y un dispositivo de
seguimiento (102), de manera que a ese terminal modificado (105),
correctamente sincronizado y registrado en la red, se le añade una
aplicación para detectar una interferencia; en tanto que el
dispositivo de seguimiento (102) se encarga de leer y monitorizar el
tráfico en los canales comunes de señalización del enlace
descendente (DL) o ascendente (UL); detectándose un mal
funcionamiento del DL analizando un anormal tráfico en los canales
comunes de señalización; consistiendo dicha anormalidad en un
inusual número de mensajes de peticiones, o sus respuestas, de canal
dedicado (siendo dicha petición un procedimiento inicial previo al
establecimiento de cualquier comunicación en estándares de telefonía
celular).
Se caracteriza porque incluye los
siguientes procesos en el terminal móvil modificado (105):
- a)
- medida continua de la calidad en la portadora de señalización;
- b)
- en caso de una pobre calidad, se inicia un proceso de señalización, correspondiente al establecimiento de una conexión; iniciándose este proceso de señalización enviando un mensaje de petición de canal de señalización dedicado a través del canal de acceso aleatorio del correspondiente enlace ascendente (UL);
- c)
- en caso de alta interferencia de acuerdo a los estándares de comunicaciones móviles celulares, el móvil retransmite la petición después de un determinado tiempo; y cuando se ha alcanzado un número máximo de retransmisiones, el móvil retorna al estado a);
- y en tanto que el método implica los siguientes procesos en el dispositivo de seguimiento (102):
- d)
- sincronización con la portadora de señalización del enlace descendente (DL);
- e)
- análisis de las respuestas de red a peticiones de canal dedicado; de manera que alcanzado un número de peticiones suficiente en un determinado período de tiempo, se considera la existencia de un inhibidor de frecuencia; estando los distintos mensajes de respuestas espaciados un tiempo no mayor que el establecido en el estándar entre dos retransmisiones de petición de canal por parte del móvil;
- f)
- el dispositivo de seguimiento (102) utiliza una estrategia de polling o interrogación para intentar establecer una conexión y comprobar así el estado de los terminales una vez se ha considerado probable la existencia de un inhibidor (103).
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2. Método de detección remota de interferencia
en el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de
telecomunicación, según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho sistema celular es bien una red
celular 2G, 3G UMTS, u otra.
3. Método de detección remota de interferencia
en el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de
telecomunicación, según una cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el dispositivo de
seguimiento (102) puede estar en la propia estación base o fuera, en
cuyo caso se dispone en proximidad a la estación base (101) al
objeto de presentar las máximas posibilidades de quedar fuera del
área de cobertura (104) del posible inhibidor (103), el cual se
tendría que situar en proximidad del terminal móvil a inhibir (105)
para tratar de efectuar su función.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900376A ES2378842B1 (es) | 2009-02-11 | 2009-02-11 | Método de detección remota de interferencia en el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de telecomunicación. |
| PCT/ES2010/000063 WO2010092206A1 (es) | 2009-02-11 | 2010-02-10 | Método de detección remota de interferencia en el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de telecomunicación |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200900376A ES2378842B1 (es) | 2009-02-11 | 2009-02-11 | Método de detección remota de interferencia en el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de telecomunicación. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2378842A1 true ES2378842A1 (es) | 2012-04-18 |
| ES2378842B1 ES2378842B1 (es) | 2013-03-20 |
Family
ID=42561433
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200900376A Active ES2378842B1 (es) | 2009-02-11 | 2009-02-11 | Método de detección remota de interferencia en el enlace descendente de sistemas inalámbricos celulares de telecomunicación. |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2378842B1 (es) |
| WO (1) | WO2010092206A1 (es) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2435987A (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-12 | Motorola Inc | Detecting interference in a mobile system |
-
2009
- 2009-02-11 ES ES200900376A patent/ES2378842B1/es active Active
-
2010
- 2010-02-10 WO PCT/ES2010/000063 patent/WO2010092206A1/es not_active Ceased
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2435987A (en) * | 2006-03-08 | 2007-09-12 | Motorola Inc | Detecting interference in a mobile system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2010092206A1 (es) | 2010-08-19 |
| ES2378842B1 (es) | 2013-03-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2378842 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20130320 |