В результате, физический канал между приемником и передатчиком определяется частотой, выделенными фреймами и номерами таймслотов в них. Обычно базовые станции используют один или несколько каналов ARFCN, один из которых используется для идентификации присутствия BTS в эфире. Первый таймслот (индекс 0) фреймов этого канала используется в качестве базового служебного канала (base-control channel или beacon-канал). Оставшаяся часть ARFCN распределяется оператором для CCH и TCH каналов на свое усмотрение.

2.3 Логические каналы

• каналы трафика (TCH - Traffic Channel),
• каналы служебной информации (CCH - Control Channel).

Каналы служебной информации делятся на:

• Широковещательные (BCH - Broadcast Channels).
  • FCCH - Frequency Correction Channel (канал коррекции частоты). Предоставляет информацию, необходимую мобильному телефону для коррекции частоты.
  • SCH - Synchronization Channel (канал синхронизации). Предоставляет мобильному телефону информацию, необходимую для TDMA-синхронизации с базовой станцией (BTS), а также ее идентификационные данные BSIC .
  • BCCH - Broadcast Control Channel (широковещательный канал служебной информации). Передает основную информацию о базовой станции, такую как способ организации служебных каналов, количество блоков, зарезервированных для сообщений предоставления доступа, а также количество мультифреймов (объемом по 51 TDMA-фрейму) между Paging-запросами.
• Каналы общего назначения (CCCH - Common Control Channels)
  • PCH - Paging Channel. Забегая вперед, расскажу, что Paging - это своего рода ping мобильного телефона, позволяющий определить его доступность в определенной зоне покрытия. Данный канал предназначен именно для этого.
  • RACH - Random Access Channel (канал произвольного доступа). Используется мобильными телефонами для запроса собственного служебного канала SDCCH. Исключительно Uplink-канал.
  • AGCH - Access Grant Channel (канал уведомлений о предоставлении доступа). На этом канале базовые станции отвечают на RACH-запросы мобильных телефонов, выделяя SDCCH, либо сразу TCH.
• Собственные каналы (DCCH - Dedicated Control Channels)
  Собственные каналы, так же как и TCH, выделяются определенным мобильным телефонам. Существует несколько подвидов:
  • SDCCH - Stand-alone Dedicated Control Channel. Данный канал используется для аутентификации мобильного телефона, обмена ключами шифрования, процедуры обновления местоположения (location update), а также для осуществления голосовых вызовов и обмена SMS-сообщениями.
  • SACCH - Slow Associated Control Channel. Используется во время разговора, либо когда уже задействован канал SDCCH. С его помощью BTS передает телефону периодические инструкции об изменении таймингов и мощности сигнала. В обратную сторону идут данные об уровне принимаемого сигнала (RSSI), качестве TCH, а также уровень сигнала ближайших базовый станций (BTS Measurements).
  • FACCH - Fast Associated Control Channel. Данный канал предоставляется вместе с TCH и позволяет передавать срочные сообщения, например, во время перехода от одной базовой станции к другой (Handover).

2.4 Что такое burst?

Guard Period
Во избежание возникновения интерференции (т.е. наложения двух busrt друг на друга), продолжительность burst всегда меньше продолжительности таймслота на определенное значение (0,577 - 0,546 = 0,031 мс), называемое «Guard Period». Данный период представляет собой своего рода запас времени для компенсации возможных задержек по времени при передаче сигнала.

Tail Bits
Данные маркеры определяют начало и конец burst.

Info
Полезная нагрузка burst, например, данные абонентов, либо служебный трафик. Состоит из двух частей.

Stealing Flags
Эти два бита устанавливаются когда обе части данных burst канала TCH переданы по каналу FACCH. Один переданный бит вместо двух означает, что только одна часть burst передана по FACCH.

Training Sequence
Эта часть burst используется приемником для определения физических характеристик канала между телефоном и базовой станцией.

2.5 Виды burst

Normal Burst
Последовательности этого типа реализуют каналы трафика (TCH) между сетью и абонентами, а также все виды каналов управления (CCH): CCCH, BCCH и DCCH.

Frequency Correction Burst
Название говорит само за себя. Реализует односторонний downlink-канал FCCH, позволяющий мобильным телефонам более точно настраиваться на частоту BTS.

Synchronization Burst
Burst данного типа, так же как и Frequency Correction Burst, реализует downlink-канал, только уже SCH, который предназначен для идентификации присутствия базовых станций в эфире. По аналогии с beacon-пакетами в WiFi-сетях, каждый такой burst передается на полной мощности, а также содержит информацию о BTS, необходимую для синхронизации с ней: частота кадров, идентификационные данные (BSIC), и прочие.

Dummy Burst
Фиктивный burst, передаваемый базовой станцией для заполнения неиспользуемых таймслотов. Дело в том, что если на канале нет никакой активности, мощность сигнала текущего ARFCN будет значительно меньше. В этом случае мобильному телефону может показаться, что он далеко от базовой станции. Чтобы этого избежать, BTS заполняет неиспользуемые таймслоты бессмысленным трафиком.

Access Burst
При установлении соединения с BTS мобильный телефон посылает запрос выделенного канала SDCCH на канале RACH. Базовая станция, получив такой burst, назначает абоненту его тайминги системы FDMA и отвечает на канале AGCH, после чего мобильный телефон может получать и отправлять Normal Bursts. Стоит отметить увеличенную продолжительность Guard time, так как изначально ни телефону, ни базовой станции не известна информация о временных задержках. В случае, если RACH-запрос не попал в таймслот, мобильный телефон спустя псевдослучайный промежуток времени посылает его снова.

2.6 Frequency Hopping

Цитата из Википедии:

Псевдослучайная перестройка рабочей частоты (FHSS - англ. frequency-hopping spread spectrum) - метод передачи информации по радио, особенность которого заключается в частой смене несущей частоты. Частота меняется в соответствии с псевдослучайной последовательностью чисел, известной как отправителю, так и получателю. Метод повышает помехозащищённость канала связи.

3.1 Основные векторы атак

Выделяют два вида атаки: пассивная и активная. В первом случае атакующий никак не взаимодействует ни с сетью, ни с атакуемым абонентом - исключительно прием и обработка информации. Не трудно догадаться, что обнаружить такую атаку почти не возможно, но и перспектив у нее не так много, как у активной. Активная атака подразумевает взаимодействие атакующего с атакуемым абонентом и/или сотовой сетью.

Можно выделить наиболее опасные виды атак, которым подвержены абоненты сотовых сетей:

• Сниффинг
• Утечка персональных данных, СМС и голосовых звонков
• Утечка данных о местоположении
• Спуфинг (FakeBTS или IMSI Catcher)
• Удаленный захват SIM-карты, исполнение произвольного кода (RCE)
• Отказ в обслуживании (DoS)

3.2 Идентификация абонентов

Способы атаки
В идеале, TMSI абонента известен только мобильному телефону и сотовой сети. Однако, существуют и способы обхода данной защиты. Если циклически звонить абоненту или отправлять SMS-сообщения (а лучше Silent SMS), наблюдая за каналом PCH и выполняя корреляцию, можно с определенной точностью выделить TMSI атакуемого абонента.

Кроме того, имея доступ к сети межоператорного взаимодействия SS7, по номеру телефона можно узнать IMSI и LAC его владельца. Проблема в том, что в сети SS7 все операторы «доверяют» друг другу, тем самым снижая уровень конфиденциальности данных своих абонентов.

3.3 Аутентификация

1. Абонент выполняет Location Update Request, затем предоставляет IMSI.
2. Сеть присылает псевдослучайное значение RAND.
3. SIM-карта телефона хэширует Ki и RAND по алгоритму A3. A3(RAND, Ki) = SRAND.
4. Сеть тоже хэширует Ki и RAND по алгоритму A3.
5. Если значение SRAND со стороны абонента совпало с вычисленным на стороне сети, значит абонент прошел аутентификацию.

Способы атаки
Перебор Ki, имея значения RAND и SRAND, может занять довольно много времени. Кроме того, операторы могут использовать свои алгоритмы хэширования. В сети довольно мало информации о попытках перебора. Однако, не все SIM-карты идеально защищены. Некоторым исследователям удавалось получить прямой доступ к файловой системе SIM-карты, а затем извлечь Ki.

3.4 Шифрование трафика

• A5/0 - формальное обозначение отсутствия шифрования, так же как OPEN в WiFi-сетях. Сам я ни разу не встречал сетей без шифрования, однако, согласно gsmmap.org , в Сирии и Южной Корее используется A5/0.
• A5/1 - самый распространенный алгоритм шифрования. Не смотря на то, что его взлом уже неоднократно демонстрировался на различных конференциях, используется везде и повсюду. Для расшифровки трафика достаточно иметь 2 Тб свободного места на диске, обычный персональный компьютер с Linux и программой Kraken на борту.
• A5/2 - алгоритм шифрования с умышленно ослабленной защитой. Если где и используется, то только для красоты.
• A5/3 - на данный момент самый стойкий алгоритм шифрования, разработанный еще в 2002 году. В интернете можно найти сведения о некоторых теоретически возможных уязвимостях, однако на практике его взлом еще никто не демонстрировал. Не знаю, почему наши операторы не хотят использовать его в своих 2G-сетях. Ведь для это далеко не помеха, т.к. ключи шифрования известны оператору и трафик можно довольно легко расшифровывать на его стороне. Да и все современные телефоны прекрасно его поддерживают. К счастью, его используют современные 3GPP-сети.

Заключение

Поиск Лекций

Литература

1. Бабков В.Ю., Цикин И.А.Сотовые системы мобильной радиосвязи.- СП.:

Изд-во Политехн.ун-та, 2011.-426 с.

2. Кузнецов М.А., Рыжков А.Е. Современные технологии и стандарты

подвижной связи. – СПб.: Линк, 2006.

3. Волков А.Н., Рыжков А.Е., Сиверс М.А. UMTS. Стандарт сотовой связи

третьего поколения. ‒ СПб, Линк, 2008.

4. Стандарты и сети радиодоступа 4G: LTE, WiMAX/ А.Е.Рыжков,

М.А.Сиверс и др. – СПб, Линк, 2012 – 226с.

5. Никитина А.В., Рыжков А.Е. Сети радиодоступа четвертого поколения.

Стандарт LTE: технологии и процедуры. – СПб, Издательство СпбГУТ, 2012 – 88с.

Ответы:

Принципы сотовой связи. Сотовые технологии. Характеристики трафика в сотовых сетях.

Сотовая связь , сеть подвижной связи - один из видов мобильной радиосвязи, в основе которого лежит сотовая сеть . Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид шестиугольных ячеек (сот).

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

Основные составляющие сотовой сети - это сотовые телефоны и базовые станции, которые обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (AMPS,NAMPS, NMT-450) или по цифровому (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Если телефон выходит из поля действия базовой станции (или качество радиосигнала сервисной соты ухудшается), он налаживает связь с другой (англ. handover ).

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

Операторы могут заключать между собой договоры роуминга. Благодаря таким договорам абонент, находясь вне зоны покрытия своей сети, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора.

Что такое GSM

Как правило, это осуществляется по повышенным тарифам. Возможность роуминга появилась лишь в стандартах 2G и является одним из главных отличий от сетей 1G.

Операторы могут совместно использовать инфраструктуру сети, сокращая затраты на развертывание сети и текущие издержки.

Основные характеристики стандарта GSM.

GSM (от названия группы Groupe Spécial Mobile , позже переименован в Global System for Mobile Communications) (русск. СПС-900) - глобальный стандарт цифровой мобильной сотовой связи, с разделением каналов по времени (TDMA) и частоте (FDMA). Разработан под эгидой Европейского института стандартизации электросвязи (ETSI) в конце 80-х годов.

GSM относится к сетям второго поколения (2 Generation) (1G - аналоговая сотовая связь, 2G - цифровая сотовая связь, 3G - широкополосная цифровая сотовая связь, коммутируемая многоцелевыми компьютерными сетями, в том числе Интернет).

Сотовые телефоны выпускаются для 4 диапазонов частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц .

В стандарте GSM применяется GMSK модуляция с величиной нормированной полосы ВТ - 0,3, где В - ширина полосы фильтра по уровню минус 3 дБ, Т - длительность одного бита цифрового сообщения.

GSM на сегодняшний день является наиболее распространённым стандартом связи. По данным ассоциации GSM (GSMA) на данный стандарт приходится 82% мирового рынка мобильной связи, 29% населения земного шара использует глобальные технологии GSM. В GSMA в настоящее время входят операторы более чем 210 стран и территорий.

Принцип построения
Принцип построения сотовых систем вкратце состоит в следующем: в пределах территории действия сети устанавливается некоторое количество относительно маломощных стационарных приемо-передающих станций (базовых станций), каждая из которых имеет небольшую зону действия (обычно несколько километров). При этом, зоны действия соседних станций несколько перекрывают друг друга, чтобы обеспечить возможность перемещения абонента из одной зоны в другую без потери связи. Чтобы такое перекрытие было возможным, соседние станции должны использовать различные рабочие частоты. Для полного покрытия определенной территории требуется как минимум три различные частоты, чтобы расположенные в виде треугольника станции могли иметь перекрытие зон обслуживания. Четвертая же станция может снова использовать одну из этих трех частот, так как она граничит только с двумя зонами. При таком подходе форма зоны действия каждой базовой станции представляет собой шестиугольник, а расположение этих зон в точности повторяет структуру пчелиных сот, что и дало название системам связи с подобным принципом построения.

Сегодня GSM — наиболее быстро развивающаяся система сотовой связи. Новые, отчасти революционные технические новшества, совместимые с GSM , могут быть и будут представлены в ближайшем будущем. Все это служит твердой основой для того, чтобы технология GSM стала единым реальным стандартом цифровых сотовых систем во всем мире.

Сейчас GSM развивается в направлении к третьему поколению сотовых систем. Наиболее существенное различие между развиваемой технологией GSM и третьим поколением систем состоит в предъявляемом к последним требовании очень высокой скорости передачи данных, вплоть до 2 Мбит/с. Это означает, что для обеспечения большой площади обслуживания сети GSM-900, DCS-1800 иPCS -1900 могут быть использованы как компоненты систем сотовой связи третьего поколения. Это также означает, что высокоскоростной интерфейс для передачи данных сотовых систем третьего поколения должен разрабатываться таким образом, чтобы быть совместимым с GSM .

Основные характеристики стандарта GSM .

· Частоты передачи подвижной станциии приема базовой станции, МГц 890-915

· Частоты приема подвижной станции и передачи базовой станции, МГц 935-960

· Дуплексный разнос частот приема и передачи, МГц 45

· Скорость передачи сообщений в радиоканале, кбит/с 270, 833

· Скорость преобразования речевого кодека, кбит/с 13

· Ширина полосы канала связи, кГц 200

· Максимальное количество каналов связи 124

· Максимальное количество каналов, организуемых в базовой станции 16-20

Предоставляемые услуги[править]

GSM обеспечивает поддержку следующих услуг:

· Услуги передачи данных (синхронный и асинхронный обмен данными, в том числе пакетная передача данных - GPRS). Данные услуги не гарантируют совместимость терминальных устройств и обеспечивают только передачу информации к ним и от них.

· Передача речевой информации.

· Передача коротких сообщений (SMS).

· Передача факсимильных сообщений.

Дополнительные (необязательные к предоставлению) услуги:

· Определение вызывающего номера и ограничение такого определения.

· Безусловная и условная переадресация вызова на другой номер.

· Ожидание и удержание вызова.

· Конференц-связь (одновременная речевая связь между тремя и более подвижными станциями).

· Запрет на определённые пользователем услуги (международные звонки, роуминговые звонки и др.)

и многие другие услуги.

Преимущества и недостатки[править]

Преимущества стандарта GSM:

· Меньшие по сравнению с аналоговыми стандартами (NMT-450, AMPS-800) размеры и вес телефонных аппаратов при большем времени работы без подзарядки аккумулятора. Это достигается в основном за счёт аппаратуры базовой станции, которая постоянно анализирует уровень сигнала, принимаемого от аппарата абонента. В тех случаях, когда он выше требуемого, на сотовый телефон автоматически подаётся команда снизить излучаемую мощность.

· Хорошее качество связи при достаточной плотности размещения базовых станций.

· Большая ёмкость сети, возможность большого числа одновременных соединений.

· Низкий уровень индустриальных помех в данных частотных диапазонах.

· Улучшенная (по сравнению с аналоговыми системами) защита от подслушивания и нелегального использования, что достигается путём применения алгоритмов шифрования с разделяемым ключом. [уточнить ]

· Эффективное кодирование (сжатие) речи. EFR-технология была разработана фирмой Nokia и впоследствии стала промышленным стандартом кодирования/декодирования для технологии GSM (см. GSM-FR, GSM-HR и GSM-EFR)

· Широкое распространение, особенно в Европе, большой выбор оборудования.

· Возможность роуминга.

Это означает, что абонент одной из сетей GSM может пользоваться сотовым телефонным номером не только у себя «дома», но и перемещаться по всему миру переходя из одной сети в другую не расставаясь со своим абонентским номером. Процесс перехода из сети в сеть происходит автоматически, и пользователю телефона GSM нет необходимости заранее уведомлять оператора (в сетях некоторых операторов, могут действовать ограничения на предоставление роуминга своим абонентам, более детальную информацию можно получить обратившись непосредственно к своему GSM оператору)

Недостатки стандарта GSM:

· Искажение речи при цифровой обработке и передаче.

· Связь возможна на расстоянии не более 120 км от ближайшей базовой станции даже при использовании усилителей и направленных антенн. Поэтому для покрытия определённой площади необходимо большее количество передатчиков, чем в NMT-450 и AMPS.

Структура GSM[править]

Основная статья: GSM core network

Структура сети GSM

Система GSM состоит из трёх основных подсистем:

· подсистема базовых станций (BSS - Base Station Subsystem),

· подсистема коммутации (NSS - Network Switching Subsystem),

· центр технического обслуживания (OMC - Operation and Maintenance Centre).

В отдельный класс оборудования GSM выделены терминальные устройства - подвижные станции (MS - Mobile Station), также известные как мобильные (сотовые) телефоны.

©2015-2018 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных

GSM (от Groupe Special Mobile, которое в дальнейшем было переименовано в Global System for Mobile Communications) — стандарт цифровой связи, разработанный еще в конце 80-ых годов прошлого столетия.

Поступления

GSM стоит отнести к сетям втором поколения, то есть 2G — цифровой сотовой связи.

Свое название стандарт получил в честь группы анализа, которая и создавала стандарт (Groupe Special Mobile). Его разработка началась в 1982 году. Цель — построить единую для всех европейских стран сотовую систему в диапазоне 900 Мгц. Коммерческие сети GSM начали действовать в середине 1991 года.

По состоянию на момент написания статьи, GSM является самым распространенным стандартом связи в мире. На него приходится более 80% всего мирового рынка мобильной связи.

Услуги, которые предоставляет GSM

Основные услуги:

• Передача речевой информации.

• Передача факсимильных сообщений.

К дополнительным услугам относятся:

• Определение входящих номеров.

• Речевая связь с несколькими абонентами (конференц-связь).

• Запрет на определенные услуги.

Стандарты GSM

Мобильные телефоны выпускают с поддержкой 4 частот: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц.

Телефоны подразделяют на классы в зависимости от количества диапазонов, которые поддерживают устройства. Например, телефон, работающий в одной частоте, называют однодиапазонный, а работающий в трех частотах — трехдиапазонный. В некоторых моделях можно выбирать какую-то определенную частоту.

Преимущества и недостатки GSM

Начнем с недостатков:

• Возможно искажение речи при цифровой обработке и передаче данных.

• Возможность связи на расстоянии не более 120 км от ближайшей станции.

Теперь — преимуществах:

• Меньший размер и вес телефонных аппаратов, которые используют аналоговые стандарты.

• Хорошая защита от прослушивания и нелегального использования.

• Очень широкое распространение практически по всему миру.

Онлайн казино GMSlots. Только лучшие игровые автоматы!

Добро пожаловать в онлайн казино GMSlots! Это самое азартное и выгодное игорное заведение, которое только можно найти на просторах интернета.

Комплектующие и оборудование для ремонта мобильных устройств. Интернет-магазин GreenSpark

Если вы являетесь азартным человеком и большим поклонником слот-машин, то вы выбрали правильное место. Оцените огромный выбор великолепных и безумно щедрых игровых автоматов от ведущих производителей. Играть бесплатно или делать крупные ставки — выбор за вами.

Только лучшие Гейминаторы

На данный момент в нашем казино собрано более 80 различных игровых автоматов, и с каждой неделей их становится больше. Заметим, что все они являются продукцией известных компаний:

• Знаменитые гейминаторы от Novomatic ;
• Лучшие слоты последнего поколения от Net Entertainment ;
• Эксклюзивные шедевры от Betsoft ;
• Аппараты от компании Игрософт ;
• Продукция Belatra ;
• Сверх щедрые слот-машины от Mega Jack .

В GMSlots учитывают вкусы абсолютно всех игроков, поэтому особое внимание мы уделили подбору слотов. Опытным людям понравятся классические аппараты, вроде Crazy Monkey и Fruit Cocktail, реальные гаминаторы, типа Book of Ra, Sizzling Hot и Dolphins Pearl, в то время как более молодые игроки будут в восторге от умопомрачительной графики и бонусных режимов слотов Gonzo’s Quest, Viking Age и Gold Diggers.

Об особенностях игры в нашем казино

В GMSlots все игровые автоматы доступны онлайн, скачивание какого-либо дополнительного софта не требуется. Без регистрации вы сможете бесплатно поиграть в демо-версии некоторых игровых автоматов, а для того чтобы покрутить барабаны всех наших гаминаторов – придется зарегистрироваться. Но процедура регистрации займет меньше минуты, после чего вы станете полноправным участником нашего игрового клуба и сможете играть на реальные деньги.

Играть бесплатно или делать ставки?

Для того чтобы выиграть серьезные деньги сперва нужно сделать ставку, а для этого придется пополнить счет. Сделать это невероятно просто! Ввод и вывод денежных средств легко осуществить при помощи популярных электронных платежных систем, кредитных карт и платных СМС-сообщений . Выберите наиболее удобный способ.

Есть как минимум 5 причин, почему вы должны играть именно в онлайн казино GMSlots!

1. Большой выбор великолепных слотов.
2. Отличная репутация, которой мы дорожим.
3. Простота пополнения счета и получения выигрышей.
4. Проведение регулярных щедрых акций.
5. Полная конфиденциальность и безопасность личных данных игроков.

Клиенты GMSlots всегда остаются в выигрыше!

Операторы связи GSM в России

По состоянию на ноябрь 2007г. в России было около 168 млн. абонентов мобильной связи. При этом 85 % из них — клиенты GSM-операторов «большой тройки» — «Мобильных телесистем» (МТС), «Мегафона» и «Вымпелкома».

Несмотря на то, что годовые темпы прироста постоянно сокращаются, уровень проникновения сотовых услуг в целом по России составляет 107%, при этом в Московской лицензионной зоне (МЛЗ) этот показатель составил 164%.

Лидерство в приросте абонентской базы в общероссийском масштабе удерживает Мегафон, а в МЛЗ он уступает по этому показателю компании МТС. Среди федеральных и региональных операторов наиболее высокие темпы прироста абонентов в годовом исчислении демонстрируют Tele2, НТК, Байкалвестком и Енисейтелеком.

Региональные GSM-операторы, не входящие в «большую сотовую тройку», ищут способ конкурентной борьбы с гигантами рынка. Большинство независимых GSM-операторов в России появились в последние несколько лет на базе операторов устаревшего стандарта AMPS. Все они в 2001-2002 гг. получили от Минсвязи лицензии, дающие им право на работу в стандарте GSM-1800.
Сейчас эти компании одна за другой запускают GSM-сети, но их абоненты, оказавшись в других регионах, вынуждены платить за связь в роуминге по $1-$1,5 за минуту. Теперь эти компании намерены договориться о единых роуминговых тарифах друг для друга, что позволит абонентам сетей при перемещении по стране ощущать себя не хуже клиентов МТС, «Вымпелкома» и «МегаФона», для которых единые и сравнительно низкие тарифы на внутрисетевой роуминг являются одним из ключевых преимуществ операторов «большой тройки».

Открытое Акционерное Общество «Мобильные ТелеСистемы» (МТС) - крупнейший оператор сотовой связи в России и странах СНГ, обслуживающий более 74 миллионов абонентов. Лицензионный портфель МТС включает большинство регионов России, Украину, Белоруссию, Узбекистан и Туркменистан, а население, проживающее в зоне действия сети МТС, составляет более 230 миллионов человек.
Компания «Мобильные ТелеСистемы» была образована в октябре 1993 года. 19 ноября 1993 года МТС получила первую лицензию на оказание услуг сотовой связи стандарта GSM. 15 мая 1994 г. были совершены первые звонки в сети МТС и уже 7 июля 1994 года МТС начала подключать первых абонентов.
В июне 2002 года МТС запустила сеть в Республике Беларусь. В марте 2003 года МТС приобрела контрольный пакет акций UMC, ведущего оператора мобильной связи в Украине.

ОАО «Мегафон» — общероссийский оператор мобильной связи стандарта GSM 900/1800. Образован в мае 2002 года. Лицензионная территория ОАО «МегаФон» охватывает 100% территории России — все 89 субъектов РФ, где проживает 145 миллионов человек. МегаФон — первый общероссийский оператор мобильной связи стандарта GSM 900/1800.

ОАО «ВымпелКом» является оператором сотовой связи в России, предоставляющим свои услуги под торговой маркой «Билайн». Лицензии на предоставление услуг сотовой связи группы компаний «ВымпелКом» охватывают территорию, на которой проживает 94% населения России, включая Москву, Московскую область и Санкт-Петербург. Сеть «Билайн» работает на территории 76 субъектов РФ.
Компания «ВымпелКом» организована 15сентября 1992 г. В июне 1997 года осуществлен успешный запуск первой в России сети стандарта GSM-1800- «БИЛАЙН 1800». 21 октября 1998 года компания успешно запустила в Москве первую очередь двухдиапазонной сети GSM-900/1800.
24 марта 1999 года АО «ВымпелКом» вошел в число членов Ассоциации Операторов GSM, которая объединяет компании, работающие встандарте GSM-900 и GSM-1800 на территории России и ряда стран СНГ.

ЗАО «СредневолжскаяМежрегиональная Ассоциация РадиоТелекоммуникационных Систем» (СМАРТС) было основано в мае 1991 г. в Самаре. Учредителями компании на 95% являются физические лица. Сейчас GSM-сеть СМАРТС охватывает 16 регионов России. На сегодняшний день СМАРТС заключила роуминговые соглашения практически со всеми российскими сетями в 74 регионах. Мировой роуминг у компании действует в 78 странах.

ОАО»Уралсвязьинформ» –крупнейший оператор мобильной связи и интернет-услуг Уральского региона. Компания работает на территории семи субъектов РФ общей площадью 1,9 млн. кв. км с населением более 15 млн. человек

НСС Нижегородская Сотовая Связь — в конце июня 1995 года компания начала работу с абонентами.

GSM-STORE — салон связи, интернет-магазин

В 1999 году компания наладила связь с миром посредством международного роуминга.

ОАО «Сибирьтелеком» — это крупнейший оператор телекоммуникационных услуг в Сибирском федеральном округе. Компания действует на территории около 5 тыс.кв.км с численностью населения порядка 21 млн. человек.

TELE2 , до 1993года известная под названием Comviq, была основана в Швеции в 1981 году. В России TELE2 являетс явладельцем 12 российских компаний-операторов мобильной связи. Первая в России сеть мобильной связи TELE2 была запущена в Иркутске 1 апреля 2003 года.

Знаете ли вы, что

Общие характеристики стандарта GSM-Занятие 9 —>> Кодирование Занятие 13

Организация физических и логических каналов связи в стандарте GSM Частотный план стандарта GSM. Структура логических каналов связи. Структура логических каналов управления. Организация физических каналов. Модуляция радиосигнала

Занятие №11

Частотный план стандарта GSM
Физический канал в стандарте GSM представляет собой комбинацию временного и частотного разделения сигналов и определяется как последовательность радиочастотных каналов (с возможностью перескоков по частотам) и временных окон TDMA кадра.
Стандарт GSM разработан для создания сотовых систем подвижной связи (ССПС) в следующих полосах частот: 890…915 МГц — для передачи подвижными станциями (линия «вверх»); 935…960 МГц — для передачи базовыми станциями (линия «вниз»).
Первоначально сети GSM будут занимать полосу 10 МГц в полосах частот 905…915 МГц (для передачи подвижными станциями) и 950…960 МГц (для передачи базовыми станциями) и будут функционировать параллельно с существующими европейскими национальными сетями аналоговых ССПС стандартов NMT 900, TACS, ETACS, С-900.

Частотные планы ССПС, включая стандарт GSM, показаны на рис. 48.

GSM — общеевропейский стандарт на цифровые
ССПС AMPS — стандарт на аналоговые ССПС Северной
Америки D-AMPS(ADS) — стандарт на цифровые ССПС Северной
Америки TACS(ETACS) — стандарт Великобритании на аналоговые
ССПС
NMT 900 — стандарт Скандинавских стран на аналоговые ССПС HCMTS, NAMTS — стандарты на аналоговые ССПС Японии
Частотные планы ССПС
Каждая из полос, выделенных для GSM , разделяется на частотные каналы. Разнос каналов составляет 200 кГц, что позволяет организовать в GSM 124 частотных канала, которые распределяются в соответствии с размещением сот. Частоты, выделенные для передачи подвижной станции на базовую и в обратном направлении, группируются парами, организуя дуплексный канал с разносом 45 МГц. Эти пары частот сохраняются и при перескоках частоты. Каждая сота характеризуется фиксированным присвоением определенного количества пар частот от 1 до 15 (не более).
Если обозначить Fl(n) — номер несущей частоты в полосе 890…915 МГц, Fu(n) — номер несущей частоты в полосе 955.-.960 МГц, то частоты каналов определяются по следующим формулам:
Fl(n) = 890,2 + 0,2(n — 1), МГц Fu(n) == Fl(n) + 45, МГц 1 < n < 124.
Каждая частотная несущая содержит 8 физических каналов, размещенных в 8 временных окнах в пределах TDMA кадра и в последовательности кадров. Каждый физический канал использует одно и то же временное окно в каждом временном TDMA кадре.
До формирования физического канала сообщения и данные, представленные в цифровой форме, группируются и объединяются в логические каналы двух типов: каналы связи — для передачи кодированной речи или данных (ТСН), каналы управления — для передачи сигналов управления и синхронизации (ССН).
Более чем один тип логического канала может быть размещен на одном и том же физическом канале, но только при их соответствующей комбинации.

В стандарте GSM различают логические каналы связи двух основных видов:
TCH/F (Full rate traffic channel)
Канал передачи сообщений с полной скоростью 22,8 кбит/с (другое обозначение Вт)
TCH/H (Half rate traffic channel)
Канал передачи сообщений с половинной скоростью 11,4 кбит/с (другое обозначение Lm) .
Один физический канал может представлять собой канал передачи сообщений с полной скоростью или два канала с половинной скоростью передачи.

В первом случае канал связи занимает одно временное окно: во втором — два канала связи занимают то же самое временное окно, но с перемежением в соседних кадрах (т. е. каждый канал — через кадр).

Структура логических каналов связи
В стандарте GSM различают логические каналы связи двух основных видов:
TCH/F (Full Rate Traffic Channel) — канал передачи сообщений с полной скоростью 22,8 кбит/с (другое обозначение Вm);

TCH/H (Half Rate Traffic Channel) — канал передачи сообщений с половинной скоростью 11,4 кбит/с (другое обозначение m).
Один физический канал может представлять собой канал передачи сообщений с полной скоростью или два канала с половинной скоростью передачи. В первом случае канал связи занимает одно временное окно; во втором — два канала связи занимают то же самое временное окно, но с перемежением в соседних кадрах (т.е. каждый канал — через кадр).

Для передачи кодированной речи и данных предназначены каналы связи следующих типов :

TCH/FS (Full Rate Traffic Channel for Speech)
— канал для передачи речи с полной скоростью;

TCH/HS (Half Rate Traffic Channel for Speech) :
— канал для передачи речи с половинной скоростью;

TCH/F 9,6 (Full Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)
— канал передачи данных с полной скоростью 9,6 кбит/с;

TCH/F 4,8 (Full Rate Traffic Channel for 4,8 kbit/s User Data)
— канал передачи данных с полной скоростью 4,8 кбит/с ;

TCH/F 2,4 (Full Rate Traffic Channel for 2,4 kbit/s User Data)
— канал передачи данных с полной скоростью 2,4 кбит/с;

ТСН/Н 4,8 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)
— канал передачи данных с половинной скоростью 4,8 кбит/с;

СН/Н 2,4 (Half Rate Traffic Channel for 9,6 kbit/s User Data)
— канал передачи данных с половинной скоростью 2,4 кбит/с.

Скорость передачи цифрового речевого сигнала в канале TCH/FS равна 13 кбит/с (за счет кодирования увеличивается до 22,8 кбит/с в канале TCH/F).

Каналы связи могут передавать широкий набор информационных сообщений, но они не пользуются для передачи сигналов управления.

Кроме того, для передачи данных по каналам связи могут использоваться разные протоколы, например, МСЭ-Т Х.25.

Структура логических каналов упраления

Каналы управления (ССН) обеспечивают передачу сигналов управления и синхронизации. Различают четыре вида каналов управления:

ВССН (Broadcast Control Channels) — каналы передачи сигналов управления;
СССН (Common Control Channels) — общие каналы управления ;
SDCCH (Standalone Dedicated Control Channels) — индивидуальные каналы управления ;
АССН (Associated Control Channels) — совмещенные каналы управления.

Каналы передачи сигналов управления используются только в направлении с базовой станции на все подвижные станции. Они несут информацию, которая необходима подвижным станциям для работы в системе. Различают три вида каналов передачи сигналов управления ВССН:

FCCH (Frequency Correction Channel) — канал подстройки частоты , который используется для синхронизации несущей в мобильной станции. По этому каналу передается немодулированная несущая с фиксированным частотным сдвигом относительно номинального значения частоты канала связи;
SCH (Synchronization Channel) — канал синхронизации, по которому передается информация на подвижную станцию о кадровой (временной) синхронизации;
ВССН (Broadcast Control Channel) — канал управления передачей , обеспечивает передачу основных команд по управлению передачей (номер общих каналов управления тех из них, которые объединяются с другими каналами, в том числе и с физическими и т.д.).

Используются три типа общих каналов управления СССН:
РСН (Paging Channel) — канал вызова , используется только в направлении от базовой станции к подвижной для ее вызова;
RACH (Random Access Channel) — канал параллельного доступа , используется только в направлении от подвижной станции к базовой для запроса о назначении индивидуального канала управления;
AGCH (Access Grant Channel) — канал разрешенного доступа , используется только для передачи с базовой станции на подвижную для выделения специального канала управления, обеспечивающего прямой доступ к каналу связи.

Выделенные индивидуальные каналы управления используются в двух направлениях для связи между базовой и подвижной станциями.

Различают два вида таких каналов:

SDCCH/4 (Stand-alone Dedicated Control Channel) — индивидуальный канал управления , состоит из четырех подканалов;
SDCCH/8 (Stand-alone Dedicated Control Channel) — индивидуальный канал управления , состоит из восьми подканалов.

Эти каналы предназначены для установки требуемого пользователем вида обслуживания. По ним обеспечивается запрос подвижной станции о требуемом виде обслуживания, контроль правильного ответа базовой станции и выделение свободного канала связи, если это возможно.

Совмещенные каналы управления также используются в двух направлениях между базовой и подвижной станциями.

В прямом направлении они передают команду управления с базовой станции, а в обратном — информацию о статусе подвижной станции. Различают два вида АССН:

FACCH (Fast Associated Control Channel) — быстрый совмещенный канал управления, служит для передачи команд при переходе подвижной станции из соты в соту, т.е. при "эстафетной передаче" (handover, handoff) подвижной станции;
SACCH (Slow Associated Control Channel) — медленный совмещенный канал управления, в прямом направлении передает команды для установки выходного уровня мощности передатчика подвижной станции.

Что такое GSM в телефоне?

В обратном направлении подвижная станция посылает данные, касающиеся уровня установленной выходной мощности, измеренного приемником уровня радиосигнала и его качества.

В совмещенном канале управления всегда содержится один из двух каналов: канал связи или индивидуальный канал управления.

Совмещенные каналы управления всегда объединяются вместе с каналами связи или с индивидуальными каналами управления. При этом различают шесть видов объединенных каналов управления:

FACCH/F, объединенный с TCH/F;
FACCH/H, объединенный с ТСН/Н;
SACCH/TF, объединенный с TCH/F;
SACCH/TH, объединенный с ТСН/Н;
SACCH/C4, объединенный с SDCCH/4;
SACCH/C8, объединенный с SDCCH/8.

Организация физических каналов
Как правило, логические каналы объединяются в группы, которые передаются мультикадрами TDMA.

Например на основной (нулевой) частоте в соте (BCCH несущей) в нулевом таймслоте передается группа FCCH+SCH+BCCH+CCCH (в направлении downlink). Эту группу еще называют объединенный BCCH/CCCH канал. Этот канал предназначен для всех мобильных станций, обслуживаемых сотой. Таким образом телефон всегда «знает», откуда ему взять системную информацию о соте, чтобы получить доступ в сеть.

Как видно из рисунка, мультикадр разбит на 5 групп по 10 кадров в каждой, последний кадр остается пустым. Мобильная станция определяет частоту BCCH несущей путем поиска Frequency correction Burst, который передается по каналу FCCH. Затем по каналу SCH она принимает и декодирует номер текущего кадра и идентификатор BSIC, что необходимо для корректной синхронизации с BTS. Каналы FCCH и SCH занимают 2 первых кадра в каждой группе. Остальные 8 кадров образуют 2 блока по четыре кадра. Первый блок первой группы предназначен для канала BCCH. Благодаря нему MS определяет возможность доступа к данной соте и декодирует системную информацию соты. Остальные 9 блоков (блоки передачи сигналов вызова) применяются для передачи каналов PCH и AGCH, входящих в состав общего канала управления CCCH.

Модуляция радиосигнала
Модуля́ция (лат. modulatio — размерность) — процесс изменения одного или нескольких параметров высокочастотного несущего колебания по закону низкочастотного информационного сигнала.

Передаваемая информация заложена в управляющем сигнале, а роль переносчика информации выполняет высокочастотное колебание, называемое несущим.
Модуляция может осуществляться изменением амплитуды, фазы или частоты высокочастотной несущей.
Эта техника дает несколько важных преимуществ:
Позволяет сформировать радиосигнал, который будет обладать свойствами соответствующими свойствам несущей частоты. О свойствах волн разных частотных диапазонов можно почитать, например, тут.
Позволяет использовать антенны малого размера, ведь размер антенны должен быть пропорционален длине волны.
Позволяет избежать интерференции с другими радиосигналами.

Передаваемый в сетях WiMax поток данных соответствует частоте в районе 11 кГц. Если мы попробуем передавать этот низкочастотный сигнал по воздуху, нам понадобится антенна следующих размеров:

Антенна длинной 24 километра не кажется достаточно удобной в использовании.
Если же мы будем передавать этот сигнал наложенным на несущую частоту в 2.5 ГГц (частота используемая в Yota WiMax), то нам понадобится антенна длиной 12 см.

Их основные запросы связаны с качеством услуг, поддержкой, ценообразованием и другими факторами. Когда вы выбираете сетевого оператора, вам также приходится делать выбор между сетью GSM или WCDMA.

Вероятно, вы сталкивались с этими терминами ранее, когда выбирали новый мобильный телефон, впервые подключались к провайдерам или меняли их. Но знаете ли вы, что они означают и в чем разница между ними? Чтобы сделать правильный выбор, следует более подробно рассмотреть, чем отличается GSM от WCDMA и что из них лучше.

Что такое GSM?

GSM выступает в роли Глобальной системы мобильной связи и в настоящее время считается стандартом связи в глобальном масштабе, особенно в Азии и Европе, с доступностью в более чем 210 странах мира. Он функционирует на четырех различных частотных диапазонах: 900 МГц и 1800 МГц - в Европе и Азии, а 850 МГц и 1900 МГц - в Северной и Южной Америке. Ассоциация GSM является международной организацией, основанной в 1987 году, которая предназначена для разработки и контроля расширения использования беспроводной связи этого стандарта.

GSM использует вариант TDMA (множественный доступ с временным разделением), который делит полосы частот на несколько каналов. В этой технологии голос преобразуется в цифровые данные, которые передаются через канал и временной интервал. На другом конце приемник прослушивает только назначенный временной интервал, а вызов объединяет оба сигнала. Очевидно, что это происходит за очень короткое время, и получатель не замечает «разрыв» или временное деление.

Что такое WCDMA?

CDMA, или множественный доступ с кодовым разделением, стал стандартом, разработанным и запатентованным компанией Qualcomm, и впоследствии использовавшимся в качестве основы для стандартов CDMA2000 и WCDMA для 3G. Однако из-за своего проприетарного характера технология WCDMA не получила столь глобального внедрения, которое имеет GSM. В настоящее время ее используют менее чем 18% сетей по всему миру, в основном в США, а также в Южной Корее и России. Чем отличается GSM от WCDMA с технической точки зрения?

В сетях WCDMA цифровые вызовы накладываются друг на друга, присваивая уникальные коды для их дифференциации. Каждый сигнал вызова кодируется другим ключом, а затем они передаются одновременно. Каждый приемник имеет уникальный ключ, способный разделить объединенный сигнал на его отдельные вызовы.

Оба стандарта имеют множественный доступ, что означает, что несколько вызовов могут проходить через одну вышку. Но, как можно увидеть, основное различие между ними связано с тем, как данные преобразуются в радиоволны, которые ваш телефон транслирует и получает.

Основная причина, по которой у телекоммуникационных компаний возникали проблемы с быстрым развертыванием нового формата, - это разница в частотных диапазонах, которые они используют. Из-за этого телефоны, выпущенные с поддержкой только GSM, не могли связываться с сетями WCDMA, и наоборот. Чтобы обойти это, большинству производителей устройств приходилось применять множество частотных диапазонов для сетей 2G и 3G. Это гарантировало, что мобильные телефоны могли использоваться практически в любой сети и в любом месте в мире.

WCDMA или GSM: в чем разница?

До появления технологии 4G LTE очевидная разница между устройствами GSM и WCDMA была связана с SIM-картой. GSM-телефоны поставлялись с разъемом для «симки», а устройства CDMA - нет.

Другими словами, WCDMA - на основе телефона с номером абонента, связанным с конкретным устройством, поддерживающим 3G. Если вы хотите перейти на другой телефон, вам нужно будет связаться с провайдером, деактивировать старое устройство и активировать новое. С другой стороны, в GSM-устройствах номер связан с SIM-картой, поэтому при переключении на другой девайс все, что вам нужно сделать - это поместить СИМ-карту в новый телефон.

Охват сети

Охват сети не зависит от того, является она GSM или WCDMA. В чем разница в таком случае? Эта характеристика скорее зависит от инфраструктуры, которую имеет оператор. Сети GSM гораздо более популярны во всем мире, за исключением США, где Verizon Wireless, сеть (W)CDMA, может похвастаться самым большим числом абонентов в стране.

Международный роуминг

При подключении внутри страны не имеет значения, какую именно сеть вы используете, если ее охват достаточен. Так, в России вы можете беспрепятственно использовать WCDMA или GSM. В чем разница за пределами страны?

Когда дело доходит до международного роуминга, у GSM есть масса преимуществ: существует гораздо больше этих сетей по всему миру, а также множество роуминговых тарифов между этими провайдерами. С телефоном GSM у вас также есть преимущество в том, что вы можете приобрести местную SIM-карту, где бы вы ни находились (при условии, что вы используете разблокированное устройство). В свою очередь, вы не сможете получить полный доступ к подключению к данным WCDMA, в зависимости от устройства и сетевой совместимости.

4G, WCDMA или GSM: в чем разница в ближайшем будущем?

С появлением 4G и принятием LTE и LTE-Advanced в качестве стандарта большинством сетевых операторов во всем мире дебаты относительно GSM и WCDMA занимают меньше времени. Сегодня вы можете заметить, что новейшие смартфоны, предназначенные для сетей WCDMA, также поставляются с разъемами для SIM-карт, чтобы воспользоваться возможностями 4G LTE в сети.

Разница GSM или WCDMA-устройств приводит к тому, что они не могут быть взаимозаменяемы даже сейчас и никогда не будут кросс-совместимыми, но в ближайшем будущем это не будет иметь никакого значения. Связано это с тем, что современные разработчики продолжают продвигаться к полному переходу на 4G LTE. Эта технология имеет очевидные преимущества.

Так, при международном роуминге главный фактор - это качество голосового вызова и удовлетворение пользовательских потребностей в данных 3G. Эти параметры могут быть одинаково хороши в сетях GSM или WCDMA. В чем разница? Модемы 3G, встроенные в эти устройства, могут показывать высокую функциональность. Но относительно таких факторов, как доступность, охват и цена на услуги, 4G предлагает лучшие условия.

Сети GSM. Взгляд изнутри.

Немного истории

На заре развития мобильной связи (а было это не так давно - в начале восьмидесятых) Европа покрывалась аналоговыми сетями самых разных стандартов - Скандинавия развивала свои системы, Великобритания свои… Сейчас уже сложно сказать, кто был инициатором последовавшей очень скоро революции - "верхи" в виде производителей оборудования, вынужденные разрабатывать для каждой сети собственные устройства, или "низы" в качестве пользователей, недовольные ограниченной зоной действия своего телефона. Так или иначе, в 1982 году Европейской Комиссией по Телекоммуникациям (CEPT) была создана специальная группа для разработки принципиально новой, общеевропейской системы мобильной связи. Основными требованиями, предъявляемыми к новому стандарту, были: эффективное использование частотного спектра, возможность автоматического роуминга, повышенное качество речи и защиты от несанкционированного доступа по сравнению с предшествующими технологиями, а также, очевидно, совместимость с другими существующими системами связи (в том числе проводными) и тому подобное.

Плодом упорного труда многих людей из разных стран (честно говоря, мне даже страшно представить себе объем проделанной ими работы!) стала представленная в 1990 году спецификация общеевропейской сети мобильной связи, названная Global System for Mobile Communications или просто GSM. А дальше все замелькало, как в калейдоскопе - первый оператор GSM принял абонентов в 1991 году, к началу 1994 года сети, основанные на рассматриваемом стандарте, имели уже 1.3 миллиона подписчиков, а к концу 1995 их число увеличилось до 10 миллионов! Воистину, "GSM шагает по планете" - в настоящее время телефоны этого стандарта имеют около 200 миллионов человек, а GSM-сети можно найти по всему миру.

Давайте же попробуем разобраться, как организованы и на каких принципах функционируют сети GSM. Сразу скажу, что задача предстоит не из легких, однако, поверьте - в результате мы получим истинное наслаждение от красоты технических решений, используемых в этой системе связи.

За рамками рассмотрения останутся два очень важных вопроса: во-первых, частотно-временное разделение каналов (с этим можно ознакомиться ) и, во-вторых, системы шифрования и защиты передаваемой речи (это настолько специфичная и обширная тема, что, возможно, в будущем ей будет посвящен отдельный материал).

Основные части системы GSM, их назначение и взаимодействие друг с другом.

Начнем с самого сложного и, пожалуй, скучного - рассмотрения скелета (или, как принято говорить на военной кафедре моего Alma Mater, блок-схемы) сети. При описании я буду придерживаться принятых во всем мире англоязычных сокращений, конечно, давая при этом их русскую трактовку.

Взгляните на рис. 1:

Рис.1 Упрощенная архитектура сети GSM.

Самая простая часть структурной схемы - переносной телефон, состоит из двух частей: собственно "трубки" - МЕ (Mobile Equipment - мобильное устройство) и смарт-карты SIM (Subscriber Identity Module - модуль идентификации абонента), получаемой при заключении контракта с оператором. Как любой автомобиль снабжен уникальным номером кузова, так и сотовый телефон имеет собственный номер - IMEI (International Mobile Equipment Identity - международный идентификатор мобильного устройства), который может передаваться сети по ее запросу (более подробно про IMEI можно узнать ). SIM , в свою очередь, содержит так называемый IMSI (International Mobile Subscriber Identity - международный идентификационный номер подписчика). Думаю, разница между IMEI и IMSI ясна - IMEI соответствует конкретному телефону, а IMSI - определенному абоненту.

"Центральной нервной системой" сети является NSS (Network and Switching Subsystem - подсистема сети и коммутации), а компонент, выполняющей функции "мозга" называется MSC (Mobile services Switching Center - центр коммутации). Именно последний всуе называют (иногда с придыханием) "коммутатор", а также, при проблемах со связью, винят во всех смертных грехах. MSC в сети может быть и не один (в данном случае очень уместна аналогия с многопроцессорными компьютерными системами) - например, на момент написания статьи московский оператор Билайн внедрял второй коммутатор (производства Alcatel). MSC занимается маршрутизацией вызовов, формированием данных для биллинговой системы, управляет многими процедурами - проще сказать, что НЕ входит в обязанности коммутатора, чем перечислять все его функции.

Следующими по важности компонентами сети, также входящими в NSS , я бы назвал HLR (Home Location Register - реестр собственных абонентов) и VLR (Visitor Location Register - реестр перемещений). Обратите внимание на эти части, в дальнейшем мы будем часто упоминать их. HLR , грубо говоря, представляет собой базу данных обо всех абонентах, заключивших с рассматриваемой сетью контракт. В ней хранится информация о номерах пользователей (под номерами подразумеваются, во-первых, упоминавшийся выше IMSI , а во-вторых, так называемый MSISDN -Mobile Subscriber ISDN, т.е. телефонный номер в его обычном понимании), перечень доступных услуг и многое другое - далее по тексту часто будут описываться параметры, находящиеся в HLR .

В отличие от HLR , который в системе один, VLR `ов может быть и несколько - каждый из них контролирует свою часть сети. В VLR содержатся данные об абонентах, которые находятся на его (и только его!) территории (причем обслуживаются не только свои подписчики, но и зарегистрированные в сети роумеры). Как только пользователь покидает зону действия какого-то VLR , информация о нем копируется в новый VLR , а из старого удаляется. Фактически, между тем, что есть об абоненте в VLR и в HLR , очень много общего - посмотрите таблицы, где приведен перечень долгосрочных (табл.1) и временных (табл.2 и 3) данных об абонентах, хранящихся в этих реестрах. Еще раз обращаю внимание читателя на принципиальное отличие HLR от VLR : в первом расположена информация обо всех подписчиках сети, независимо от их местоположения, а во втором - данные только о тех, кто находится на подведомственной этому VLR территории. В HLR для каждого абонента постоянно присутствует ссылка на тот VLR , который с ним (абонентом) сейчас работает (при этом сам VLR может принадлежать чужой сети, расположенной, например, на другом конце Земли).

Таблица 1. Полный состав долгосрочных данных, хранимых в HLR и VLR .

Таблица 2. Полный состав временных данных, хранимых в HLR .

Таблица 3. Полный состав временных данных, хранимых в VLR .

NSS содержит еще два компонента - AuC (Authentication Center - центр авторизации) и EIR (Equipment Identity Register - реестр идентификации оборудования). Первый блок используется для процедур установления подлинности абонента, а второй, как следует из названия, отвечает за допуск к эксплуатации в сети только разрешенных сотовых телефонов. Подробно работа этих систем будет рассмотрена в следующем разделе, посвященном регистрации абонента в сети.

Исполнительной, если так можно выразиться, частью сотовой сети, является BSS (Base Station Subsystem - подсистема базовых станций). Если продолжать аналогию с человеческим организмом, то эту подсистему можно назвать конечностями тела. BSS состоит из нескольких "рук" и "ног" - BSC (Base Station Controller - контроллер базовых станций), а также множества "пальцев" - BTS (Base Transceiver Station - базовая станция). Базовые станции можно наблюдать повсюду - в городах, полях (чуть не сказал "и реках") - фактически это просто приемно-передающие устройства, содержащие от одного до шестнадцати излучателей. Каждый BSC контролирует целую группу BTS и отвечает за управление и распределение каналов, уровень мощности базовых станций и тому подобное. Обычно BSC в сети не один, а целое множество (базовых станций же вообще сотни).

Управляется и координируется работа сети с помощью OSS (Operating and Support Subsystem - подсистема управления и поддержки). OSS состоит из всякого рода служб и систем, контролирующих работу и трафик - дабы не перегружать читателя информацией, работа OSS ниже рассматриваться не будет.

Регистрация в сети.

При каждом включении телефона после выбора сети начинается процедура регистрации. Рассмотрим наиболее общий случай - регистрацию не в домашней, а в чужой, так называемой гостевой, сети (будем предполагать, что услуга роуминга абоненту разрешена).

Пусть сеть найдена. По запросу сети телефон передает IMSI абонента. IMSI начинается с кода страны "приписки" его владельца, далее следуют цифры, определяющие домашнюю сеть, а уже потом - уникальный номер конкретного подписчика. Например, начало IMSI 25099… соответствует российскому оператору Билайн. (250-Россия, 99 - Билайн). По номеру IMSI VLR гостевой сети определяет домашнюю сеть и связывается с ее HLR . Последний передает всю необходимую информацию об абоненте в VLR , который сделал запрос, а у себя размещает ссылку на этот VLR , чтобы в случае необходимости знать, "где искать" абонента.

Очень интересен процесс определения подлинности абонента. При регистрации AuC домашней сети генерирует 128-битовое случайное число - RAND, пересылаемое телефону. Внутри SIM с помощью ключа Ki (ключ идентификации - так же как и IMSI , он содержится в SIM ) и алгоритма идентификации А3 вычисляется 32-битовый ответ - SRES (Signed RESult) по формуле SRES = Ki * RAND. Точно такие же вычисления проделываются одновременно и в AuC (по выбранному из HLR Ki пользователя). Если SRES , вычисленный в телефоне, совпадет со SRES , рассчитанным AuC , то процесс авторизации считается успешным и абоненту присваивается TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity-временный номер мобильного абонента). TMSI служит исключительно для повышения безопасности взаимодействия подписчика с сетью и может периодически меняться (в том числе при смене VLR ).

Теоретически, при регистрации должен передаваться и номер IMEI , но у меня есть большие сомнения насчет того, что московские операторы отслеживают IMEI используемых абонентами телефонов. Давайте будем рассматривать некую "идеальную" сеть, функционирующую так, как было задумано создателями GSM. Так вот, при получении IMEI сетью, он направляется в EIR , где сравнивается с так называемыми "списками" номеров. Белый список содержит номера санкционированных к использованию телефонов, черный список состоит из IMEI , украденных или по какой-либо иной причине не допущенных к эксплуатации телефонов, и, наконец, серый список - "трубки" с проблемами, работа которых разрешается системой, но за которыми ведется постоянное наблюдение.

После процедуры идентификации и взаимодействия гостевого VLR с домашним HLR запускается счетчик времени, задающий момент перерегистрации в случае отсутствия каких-либо сеансов связи. Обычно период обязательной регистрации составляет несколько часов. Перерегистрация необходима для того, чтобы сеть получила подтверждение, что телефон по-прежнему находится в зоне ее действия. Дело в том, что в режиме ожидания "трубка" только отслеживает сигналы, передаваемые сетью, но сама ничего не излучает - процесс передачи начинается только в случае установления соединения, а также при значительных перемещениях относительно сети (ниже это будет рассмотрено подробно) - в таких случаях таймер, отсчитывающий время до следующей перерегистрации, запускается заново. Поэтому при "выпадении" телефона из сети (например, был отсоединен аккумулятор, или владелец аппарата зашел в метро, не выключив телефон) система об этом не узнает.

Все пользователи случайным образом разбиваются на 10 равноправных классов доступа (с номерами от 0 до 9). Кроме того, существует несколько специальных классов с номерами с 11 по 15 (разного рода аварийные и экстренные службы, служебный персонал сети). Информация о классе доступа хранится в SIM . Особый, 10 класс доступа, позволяет совершать экстренные звонки (по номеру 112), если пользователь не принадлежит к какому-либо разрешенному классу, или вообще не имеет IMSI (SIM ). В случае чрезвычайных ситуаций или перегрузки сети некоторым классам может быть на время закрыт доступ в сеть.

Территориальное деление сети и handover .

Как уже было сказано, сеть состоит из множества BTS - базовых станций (одна BTS - одна "сота", ячейка). Для упрощения функционирования системы и снижения служебного трафика, BTS объединяют в группы - домены, получившие название LA (Location Area - области расположения). Каждой LA соответствует свой код LAI (Location Area Identity). Один VLR может контролировать несколько LA . И именно LAI помещается в VLR для задания местоположения мобильного абонента. В случае необходимости именно в соответствующей LA (а не в отдельной соте, заметьте) будет произведен поиск абонента. При перемещении абонента из одной соты в другую в пределах одной LA перерегистрация и изменение записей в VLR /HLR не производится, но стоит ему (абоненту) попасть на территорию другой LA , как начнется взаимодействие телефона с сетью. Каждому пользователю, наверное, не раз приходилось слышать периодические помехи (типа хрюк-хрюк---хрюк-хрюк---хрюк-хрюк:-)) в музыкальной системе своего автомобиля от находящегося в режиме ожидания телефона - зачастую это является следствием проводимой перерегистрации при пересечении границ LA . При смене LA код старой области стирается из VLR и заменяется новым LAI , если же следующий LA контролируется другим VLR , то произойдет смена VLR и обновление записи в HLR .

Вообще говоря, разбиение сети на LA довольно непростая инженерная задача, решаемая при построении каждой сети индивидуально. Слишком мелкие LA приведут к частым перерегистрациям телефонов и, как следствие, к возрастанию трафика разного рода сервисных сигналов и более быстрой разрядке батарей мобильных телефонов. Если же сделать LA большими, то, в случае необходимости соединения с абонентом, сигнал вызова придется подавать всем сотам, входящим в LA , что также ведет к неоправданному росту передачи служебной информации и перегрузке внутренних каналов сети.

Теперь рассмотрим очень красивый алгоритм так называемого handover `ра (такое название получила смена используемого канала в процессе соединения). Во время разговора по мобильному телефону вследствие ряда причин (удаление "трубки" от базовой станции, многолучевая интерференция, перемещение абонента в зону так называемой тени и т.п.) мощность (и качество) сигнала может ухудшиться. В этом случае произойдет переключение на канал (может быть, другой BTS ) с лучшим качеством сигнала без прерывания текущего соединения (добавлю - ни сам абонент, ни его собеседник, как правило, не замечают произошедшего handover `а). Handover`ы принято разделять на четыре типа:

• смена каналов в пределах одной базовой станции
• смена канала одной базовой станции на канал другой станции, но находящейся под патронажем того же BSC .
• переключение каналов между базовыми станциями, контролируемыми разными BSC , но одним MSC
• переключение каналов между базовыми станциями, за которые отвечают не только разные BSC , но и MSC .

В общем случае, проведение handover `а - задача MSC . Но в двух первых случаях, называемых внутренними handover `ами, чтобы снизить нагрузку на коммутатор и служебные линии связи, процесс смены каналов управляется BSC , а MSC лишь информируется о происшедшем.

Во время разговора мобильный телефон постоянно контролирует уровень сигнала от соседних BTS (список каналов (до 16), за которыми необходимо вести наблюдение, задается базовой станцией). На основании этих измерений выбираются шесть лучших кандидатов, данные о которых постоянно (не реже раза в секунду) передаются BSC и MSC для организации возможного переключения. Существуют две основные схемы handover `а:

• "Режим наименьших переключений" (Minimum acceptable performance). В этом случае, при ухудшении качества связи мобильный телефон повышает мощность своего передатчика до тех пор, пока это возможно. Если же, несмотря на повышение уровня сигнала, связь не улучшается (или мощность достигла максимума), то происходит handover .
• "Энергосберегающий режим" (Power budget). При этом мощность передатчика мобильного телефона остается неизменной, а в случае ухудшения качества меняется канал связи (handover ).

Интересно, что инициировать смену каналов может не только мобильный телефон, но и MSC , например, для лучшего распределения трафика.

Маршрутизация вызовов.

Поговорим теперь, каким образом происходит маршрутизация входящих вызовов мобильного телефона. Как и раньше, будем рассматривать наиболее общий случай, когда абонент находится в зоне действия гостевой сети, регистрация прошла успешно, а телефон находится в режиме ожидания.

При поступлении запроса (рис.2) на соединение от проводной телефонной (или другой сотовой) системы на MSC домашней сети (вызов "находит" нужный коммутатор по набранному номеру мобильного абонента MSISDN , который содержит код страны и сети).

Рис.2 Взаимодействие основных блоков сети при поступлении входящего вызова.

MSC пересылает в HLR номер (MSISDN ) абонента. HLR , в свою очередь, обращается с запросом к VLR гостевой сети, в которой находится абонент. VLR выделяет один из имеющихся в ее распоряжении MSRN (Mobile Station Roaming Number - номер "блуждающей" мобильной станции). Идеология назначения MSRN очень напоминает динамическое присвоение адресов IP при коммутируемом доступе в Интернет через модем. HLR домашней сети получает от VLR присвоенный абоненту MSRN и, сопроводив его IMSI пользователя, передает коммутатору домашней сети. Заключительной стадией установления соединения является направление вызова, сопровождаемого IMSI и MSRN , коммутатору гостевой сети, который формирует специальный сигнал, передаваемый по PAGCH (PAGer CHannel - канал вызова) по всей LA , где находится абонент.

Маршрутизация исходящих вызовов не представляет с идеологической точки зрения ничего нового и интересного. Приведу лишь некоторые из диагностических сигналов (таблица 4), свидетельствующие о невозможности установить соединение и которые пользователь может получить в ответ на попытку установления соединения.

Таблица 4. Основные диагностические сигналы об ошибке при установлении соединения.

Заключение

Конечно, в мире нет ничего идеального. Рассмотренные выше сотовые системы GSM не исключение. Ограниченное число каналов создает проблемы в деловых центрах мегаполисов (а в последнее время, ознаменованное бурным ростом абонентской базы, и на их окраинах) - чтобы позвонить, часто приходится ждать уменьшения нагрузки системы. Малая, по современным меркам, скорость передачи данных (9600 бит/с) не позволяет пересылать объемные файлы, не говоря о видеоматериалах. Да и роуминговые возможности не так уж безграничны - Америка и Япония развивают свои, несовместимые с GSM, цифровые системы беспроводной связи.

Конечно, рано говорить, что дни GSM сочтены, но нельзя и не замечать появления на горизонте так называемых 3G -систем, олицетворяющих начало новой эры в развитии сотовой телефонии и лишенных перечисленных недостатков. Как хочется заглянуть на несколько лет вперед и посмотреть, какие возможности получим все мы от новых технологий! Впрочем, ждать осталось не так долго - начало коммерческой эксплуатации первой сети третьего поколения намечается на начало 2001 года… А вот какая судьба уготована новым системам - взрывообразный рост, как GSM, или разорение и уничтожение, как Iridium, покажет время…

В комментариях к постам про сеть WiMAX ( , ) и про GPRS был выражен интерес к сетям сотовой связи, поэтому решил реализовать свою давнюю задумку и описать хабрасообществу как же устроены современные сети сотовой связи.

На приведённой картинке изображена общая структура сетей сотовой связи. Изначально сеть разделяется на 2 больших подсети - сеть радиодоступа (RAN - Radio Access Network) и сеть коммутации или опорную сеть (CN - Core Network).

Хочу подчеркнуть, что буду описывать именно существующие сети сотовой связи для СНГ, потому что в Европе, Америке и Азии сети более развиты и их структура несколько отличается от наших сетей, про это напишу как-нибудь позже, если будет интерес.

Сперва, хотелось бы рассказать в общих словах про сеть, а потом более подробно расскажу про функции каждого из элементов сети.

Сеть радиодоступа

Существующие сети радиодоступа у наших операторов - продукт долгой эволюции, поэтому они состоят из сети радиодоступа к GSM (GERAN - GSM EDGE Radio Access Network) и сеть радиодоступа к UMTS (UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network). Сверху слева на картинке вы видите GERAN, внизу слева, соответственно UTRAN. Наибольшие изменения при переходе от GSM к UMTS происходят как раз в сети радиодоступа - оператору нужно построить вторую сеть и заново покрыть уже имеющиеся территории.

Сеть радиодоступа - эта та паутина, которой охвачены огромные территории городов и открытых местностей, за счёт неё как раз и обеспечивается то огромное погрытие, которое предоставляют сети сотовой связи.

Опорная сеть

Опорная сеть - ядро сетей сотовой связи. Название опорная - мой вольный перевод, в GSM эту часть сети называют сетью коммутации, в UMTS - Core Network, что по сути можно перевести как ядро сети. К этому ядру, как периферийные устройства к системному блоку, могут подключаться различные сети радиодоступа. Опорная сеть мало эволюционирует в связи с эволюцией от GSM к UMTS, эта сильная эволюция происходит немного позже - её уже прошли западные и азиатские операторы, у нас же она только начинается.

Опорная сеть на приведённой выше картинке разделена на 2 части - верхняя правая часть отвечает за голосовые соединения, или CS-соединения (Circuit Switch), нижняя правая часть отвечает за пакетные соединения, или же PS-соединения (Packet Switch).

Опорная сеть сосредоточена в одном или нескольких зданий, принадлежащих оператору сотовой связи, в больших машинных залах - проще говоря огроменнейшая серверная, где стоит большое количество шкафов оборудования, их ещё холодильниками иногда называют, потому что с виду очень похожи:)

HLR - Home Location Register, Регистр положения домашних абонентов.
По сути это большая база данных, в которой хранится всё об абоненте данной сети. В крупных сетях, таких, как у операторов большой тройки, таких узлов несколько - они разбросаны по регионам. Их количество измеряется единицами штук. Для того, чтобы понимать порядки - в Питере такой узел один, в Москве другой, на Урале ещё один, ещё на Кавказе, в Сибири - 3-4 штучки… На практике это может быть распределённая БД, потому что ёмкости одного HLR может не хватить для хранения данных обо всех абонентах. Тогда оператор докупает ещё один HLR (физическое устройство) и организует распределённую БД.

Какая же информация там хранится? По большей части, это информация об услугах, подключенных у абонента:
- может ли абонент совершать исходящие звонки
- может ли абонент отправлять/принимать SMS
- разрешена ли услуга конференц-связи
- ну и все остальные возможные услуги
Также здесь хранится такая важная информация, как идентификатор того MSC, в зоне действия которого сейчас находится абонент. Позже мы увидим для чего это может быть нужно.

MSC/VLR

MSC - Mobile Switching Center, центр коммутации для мобильных абонентов;
VLR - Visitor Location Register, регистр положения гостевых абонентов.
Логически это 2 раздельных узла, но на практике, это реализовано в одном и том же устройстве.
VLR хранит в себе копию тех данных, которые записаны в HLR с той лишь разницей, что тут уже нет информации о том MSC, в зоне действия которого находится абонент. Здесь хранится информация о том, в зоне действия какого BSC находится данный абонент. Ну и здесь, естественно, хранятся данные только о тех абонентах, которые сейчас находятся в зоне действия того MSC, к которому подключен данный VLR.

MSC - классический коммутатор (конечно, не такой классический, который можно увидеть в музеях, где сидели бабушки и перетыкали проводки). Основные его функции - для исходящего вызова - определить куда переключить вызов, для входящего же соединения - определить на какой BSC отправить вызов. Для выполнения этих то функций он и обращается в VLR за хранящейся там информацией. Здесь стоит заметить, что это плюс разнесения HLR и VLR - MSC не будет стучаться в HLR каждый раз, когда абоненту что-то нужно, а будет всё делать своими силами. Также MSC собирает данные для биллинга, далее эти данные скармливаются соответствующим системам.

AUC - AUthentication Center, центр аутентификации абонентов. Этот узел отвечает за то, чтобы злоумышленник не мог получить доступ к сети от вашего лица. Также этот узел генерирует ключи шифрования, с помощью которых шифруется ваше соединение с сетью в самом уязвимом месте - на радиоинтерфейсе.

GMSC - Gateway MSC, шлюзовой коммутатор. Этот узел сети используется только при входящих вызовах. У операторов есть определённая номерная ёмкость, этой номерной ёмкости сопоставляются шлюзовые коммутаторы сетей связи (сотовых, фиксированных). Когда вы набираете номер друга, ваш звонок доходит до коммутатора (MSC) вашей сети и он определяет куда дальше отправить этот вызов на основе имеющихся у него соответствий между номерами и шлюзами сетей. Звонок отправляется на GMSC сотового оператора, которым пользуется ваш друг. Далее GMSC делает запрос в HLR и узнаёт в зоне действия какого MSC сейчас находится вызываемый абонент. Туда дальше и перенаправляется вызов.

SGSN - Serving GPRS Support Node, обслуживающий узел поддержки GPRS. Этот узел отвечает за то, чтобы определить каким образом предоставлять услуги на основе запрошенной APN (Access Point Name, точки доступа, например, mms.beeline.ru). Также на этом узле осуществляется посчёт трафика.

GGSN - Gateway GPRS Support Node, шлюзовой узел поддержки GPRS. Ну это шлюз, отвечает за правильную доставку пакетов до пользователя.

BSC - Base Station Controller, контроллер базовых станций. Узел, к которому подключаются базовые станции, дальше он осуществляет управление базовыми станциями - назначает какому абоненту где сколько ресурсов выделить, определяет каким образом осуществляются хэндоверы. Когда с MSC приходит сигнал о входящем соединении для абонента, контроллер осуществляет процедуру пейджинга - через все подчинённые ему базовые станции посылает вызов данному абоненту, который должен отозваться через одну из базовых станций.

TRC - TRansCoder, транскодер. Устройство, отвечающее за перекодирование речи из формата GSM в стандартный формат телефонии, используемый в фиксированных сетях связи и обратно. Таким образом, получается, что речь передаётся в формате сетей фиксированной связи в сети GSM на участке от GMSC до TRC.

BTS - Base Transceiver Station, базовая приёмопередающая станция. Это то, что непосредственно находится близко к самому пользователю. Именно базовые станции образуют ту самую паутину, которой накрывают операторы сотовой связи, именно от их количества зависит территория, на которой предоставляют услуги операторы сотовой связи. По сути - довольно глупое устройство, оно обеспечивает выделение пользователям отдельных каналов связи, преобразует сигнал в высокочастотный, который будет передаваться в эфир, ну и выдаёт этот самый высокочастотный сигнал на антенны. А вот антенны то мы и можем наблюдать каждый день.

Хочу заметить, что антеннки - это не есть базовая станция:) Базовая станция похожа на холодильник - шкафчик с модулями, который стоит в специальном месте. Это специальное место - например, синенькие вагончики, которые ставятся под красно-белыми вышками где-нибудь в пригороде.