الدليل الشامل لـ GSM: كل ما تحتاج لمعرفته

هل تساءلت يومًا كيف يوصلك هاتفك المحمول بأعجوبة بأشخاص يبعدون عنك أميالًا؟ قبل وقت طويل من الإنترنت فائق السرعة الذي نستخدمه اليوم، كانت هناك تقنية رائدة بدأت كل شيء. ساعدت هذه التقنية مليارات الأشخاص على التحدث وإرسال الرسائل النصية لبعضهم البعض عبر العالم. نحن نتحدث عن GSM. ولكن ما هو GSM حقًا، ولماذا كان بهذه الأهمية؟

استعد لاكتشاف القصة البسيطة وراء التكنولوجيا التي بنت الأساس لعالم المحمول الذي نعرفه اليوم! سيرشدك هذا الدليل إلى كل ما تحتاج لفهمه حول GSM بعبارات سهلة.

متجهات خريطة العالم بواسطة Vecteezy

ما هو GSM؟

GSM يعني النظام العالمي للاتصالات المتنقلة (Global System for Mobile Communications). إنه بشكل أساسي معيار رقمي، ومجموعة من القواعد والتقنيات، التي تستخدمها الهواتف المحمولة والشبكات للتحدث مع بعضها البعض. ميزاته الرئيسية هي:

• رقمي: على عكس الأنظمة التناظرية القديمة (مثل الراديو المشوش)، يستخدم GSM إشارات رقمية. هذا يعني مكالمات أوضح وتشويشًا أقل.

• المكالمات والرسائل النصية: تم تصميم GSM بشكل أساسي للمكالمات الصوتية والرسائل النصية البسيطة (SMS - خدمة الرسائل القصيرة).

• شرائح SIM: واحدة من أكثر ميزات GSM تميزًا هي بطاقة SIM (Subscriber Identity Module - وحدة تعريف المشترك). تخزن هذه الشريحة الصغيرة معلومات حسابك. يمكنك إدخال بطاقة SIM الخاصة بك في هواتف GSM مختلفة، وينتقل رقمك وخطة خدمتك معها.

• معيار عالمي: أصبح المعيار الأكثر اعتمادًا للهواتف المحمولة في العالم، ويستخدم في جميع أنحاء أوروبا وآسيا وأفريقيا والعديد من المناطق الأخرى.

تخيل طريقًا سريعًا مزدحمًا. كيف يمكنك استيعاب الكثير من السيارات عليه دون أن تصطدم؟ يستخدم GSM نظامًا يسمى TDMA (Time Division Multiple Access - الوصول المتعدد بتقسيم الوقت). فكر في التردد اللاسلكي (الطريق السريع) المتاح للشبكة. يقسم TDMA هذا التردد إلى فترات زمنية صغيرة. تحصل كل مكالمة هاتفية على شريحة زمنية صغيرة خاصة بها ‘للتحدث’ على هذا التردد. يحدث هذا بسرعة كبيرة بحيث يبدو لك وكأنه محادثة مستمرة. إنه مثل العديد من الأشخاص يتناوبون بسرعة في التحدث على نفس قناة الراديو.

يعمل GSM أيضًا على نطاقات تردد محددة، وهي مثل قنوات الراديو المخصصة التي تحددها الحكومات لاستخدام الهاتف المحمول. تشمل نطاقات GSM الشائعة 900 ميجاهرتز و 1800 ميجاهرتز في أجزاء كثيرة من العالم، و 850 ميجاهرتز و 1900 ميجاهرتز بشكل أساسي في الأمريكتين. يحتاج هاتفك إلى دعم النطاقات المستخدمة في منطقتك أو المنطقة التي تسافر إليها.

 

تطور GSM

لم تكن الهواتف المحمولة دائمًا ذكية أو متصلة كما هي اليوم. لعب GSM دورًا هائلاً في وصولنا إلى هنا. دعونا نلقي نظرة على رحلته.

متجهات الهواتف الذكية بواسطة Vecteezy
 

شبكات المحمول المبكرة

قبل GSM، في الثمانينيات، كان لدى أوروبا خليط من أنظمة الهواتف المحمولة التناظرية المختلفة (غالبًا ما تسمى 1G، أو الجيل الأول). لم يكن الهاتف من بلد ما يعمل في بلد آخر. لم تكن المكالمات واضحة جدًا، وكان الأمان ضعيفًا. كان كل شيء مربكًا ومحدودًا.

أدركت الدول الأوروبية أنها بحاجة إلى معيار واحد وموحد لجعل الاتصالات المتنقلة أفضل والسماح للناس باستخدام هواتفهم عبر الحدود. لهذا السبب وُلد GSM – لإنشاء نظام عالمي يمكن للجميع استخدامه. تم تصميمه ليكون رقميًا منذ البداية، مما يوفر جودة وأمانًا أفضل.

المعالم الرئيسية (2G، GPRS، EDGE، و UMTS)

• GSM (2G - الجيل الثاني): هذا هو المعيار الأصلي الذي كنا نناقشه. تم إطلاقه في أوائل التسعينيات، وركز على المكالمات الصوتية الرقمية ورسائل SMS النصية. كان تحسنًا هائلاً على الجيل الأول 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service - خدمة حزمة الراديو العامة): غالبًا ما يطلق عليه “2.5G”، كان GPRS ترقية لشبكات GSM. سمح باتصالات بيانات “دائمة التشغيل”، على الرغم من أن السرعات كانت بطيئة جدًا (فكر في تصفح الويب الأساسي جدًا على الهاتف المحمول أو البريد الإلكتروني).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution - معدلات البيانات المحسنة لتطور GSM): ترقية أخرى، تسمى أحيانًا “2.75G”. قدم EDGE سرعات بيانات أسرع من GPRS، مما جعل الإنترنت عبر الهاتف المحمول أكثر قابلية للاستخدام، ولكنه لا يزال أبطأ بكثير مما لدينا الآن.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - النظام العالمي للاتصالات المتنقلة): هذا يمثل بداية الجيل الثالث 3G. على الرغم من أنها تقنية مختلفة تقنيًا، فقد تم تصميم UMTS كمسار تطوري من GSM. قدمت سرعات بيانات أسرع بكثير، مما أتاح مكالمات الفيديو وإنترنت أفضل عبر الهاتف المحمول. تم بناء العديد من شبكات الجيل الثالث 3G على البنية التحتية الأساسية التي أنشأها GSM.

يساعدنا فهم ما هو GSM على تقدير كيف بنت هذه التقنيات اللاحقة على نجاحه.

 

الانتقال من GSM إلى الشبكات الحديثة (4G LTE و 5G)

مع تزايد حاجتنا للبيانات - للبث المباشر والتطبيقات ووسائل التواصل الاجتماعي والمزيد - حتى الجيل الثالث 3G لم يكن سريعًا بما فيه الكفاية. أدى ذلك إلى تطوير 4G LTE (Long-Term Evolution - التطور طويل الأمد) والآن شبكات 5G (الجيل الخامس). تختلف هذه التقنيات اختلافًا كبيرًا عن GSM، حيث تستخدم تقنيات أكثر تقدمًا (مثل OFDMA، التي نوقشت لاحقًا) لتقديم سرعات فائقة ودعم المزيد من الأجهزة المتصلة في وقت واحد.

مع تطور شبكات المحمول من GSM إلى تقنيات 4G LTE و 5G القوية، تطورت أيضًا طريقة اتصالنا. تمثل eSIM (الشريحة المدمجة) العلامة الفارقة التالية في هذا التطور، مما يلغي الحاجة إلى بطاقات SIM الفعلية ويوفر طريقة أكثر سلاسة وسرعة ومرونة للبقاء على اتصال. تمامًا كما وضع GSM الأساس للاتصالات المتنقلة، فإن eSIM تشكل المستقبل.

متجهات تناظرية بواسطة Vecteezy
 

كيف يتم تنظيم شبكات GSM

شبكة GSM ليست مجرد هاتفك وبرج خلوي. إنها نظام معقد يتكون من عدة أجزاء رئيسية تعمل معًا. دعنا نبسطها:

• الأجهزة المحمولة (Mobile Station - MS): هذا هو هاتفك أو جهازك اللوحي أو أي جهاز يتصل بالشبكة. الجزء الحاسم هنا هو بطاقة SIM، التي تعرفك (المشترك) على الشبكة. بدون بطاقة SIM صالحة، عادةً ما يمكن لهاتفك إجراء مكالمات الطوارئ فقط.

• النظام الفرعي للمحطة القاعدة (Base Station Subsystem - BSS): يربط هذا الجزء هاتفك لاسلكيًا بالشبكة الرئيسية. ويتكون من مكونين رئيسيين:

  • محطة الإرسال والاستقبال القاعدة (Base Transceiver Station - BTS): هذه هي أبراج الخلايا التي تراها في كل مكان. تحتوي على أجهزة الراديو والهوائيات التي ترسل وتستقبل الإشارات مباشرة من وإلى هاتفك. يغطي كل برج منطقة معينة تسمى ‘خلية’.
  • وحدة التحكم في المحطة القاعدة (Base Station Controller - BSC): فكر في هذا كمدير لعدة أبراج خلوية (BTSs). يتحكم في أشياء مثل تخصيص القنوات (تعيين الترددات والفترات الزمنية) و ‘التسليم’ – عندما ينتقل هاتفك بسلاسة من برج إلى آخر أثناء تحركك دون قطع المكالمة.

• النظام الفرعي لتبديل الشبكة (Network Switching Subsystem - NSS): هذا هو ‘الدماغ’ أو جوهر شبكة GSM. يدير المكالمات والرسائل ويتتبع المستخدمين. تشمل الأجزاء الرئيسية:

  • مركز تبديل المحمول (Mobile Switching Center - MSC): العنصر المنسق المركزي. يوجه المكالمات إلى المكان الصحيح (سواء إلى هاتف محمول آخر أو إلى شبكة الهاتف الأرضي العادية)، ويتعامل مع خدمات المراسلة (SMS)، ويتواصل مع قواعد البيانات للتحقق من معلومات المشترك.
  • سجل موقع المنزل (Home Location Register - HLR): قاعدة بيانات كبيرة تخزن بشكل دائم معلومات حول كل مشترك لدى مشغل الشبكة هذا، بما في ذلك خدماتهم وأذوناتهم وموقعهم العام.
  • سجل موقع الزائر (Visitor Location Register - VLR): قاعدة بيانات مؤقتة مرتبطة بـ MSC. عندما تسافر إلى منطقة يخدمها MSC معين، يخزن VLR نسخة مؤقتة من معلوماتك من HLR. يساعد هذا MSC على التعامل مع مكالماتك محليًا دون التحقق باستمرار من HLR الرئيسي.

• النظام الفرعي للتشغيل والدعم (Operation and Support Subsystem - OSS): هذا هو الجزء الذي يعمل خلف الكواليس ويدير الشبكة بأكملها. يتعامل مع مراقبة الشبكة (التأكد من أن كل شيء يعمل)، والصيانة، وتحديثات البرامج، وتكوين الشبكة، واكتشاف الأخطاء، وإدارة الأمان. يضمن تشغيل الشبكة بسلاسة وموثوقية.

لذا، عندما تجري مكالمة، يتحدث هاتفك (MS) إلى أقرب برج خلوي (BTS)، الذي تديره BSC. تتصل BSC بـ MSC في NSS. يتحقق MSC من VLR/HLR للتحقق من اشتراكك ثم يوجه مكالمتك إلى الوجهة، سواء كان مستخدمًا محمولًا آخر (يمر عبر أجزاء شبكتهم) أو شخصًا على خط أرضي.

 

ميزات ومزايا GSM

أصبح GSM شائعًا جدًا لعدة أسباب وجيهة. فيما يلي بعض فوائده الرئيسية:

• التجوال الدولي: ربما كانت هذه أكبر نقطة بيع لـ GSM. نظرًا لأن العديد من البلدان اعتمدت معيار GSM، يمكن لمشغلي الشبكات عقد اتفاقيات تسمح لعملائهم باستخدام هواتفهم على شبكات GSM أخرى عند السفر إلى الخارج. هذا جعل السفر الدولي أسهل بكثير لمستخدمي الهواتف المحمولة.

• مرونة بطاقة SIM: كانت بطاقة SIM الصغيرة القابلة للإزالة فكرة رائعة. تخزن معلومات المشترك الفريدة الخاصة بك. هذا يعني أنه يمكنك بسهولة تبديل رقم هاتفك وخطة خدمتك إلى هاتف GSM جديد بمجرد نقل بطاقة SIM. لم تكن مرتبطًا بجهاز معين كما هو الحال في بعض الأنظمة الأخرى.

• اتصال آمن (في وقته): مقارنة بالأنظمة التناظرية الأقدم، قدم GSM أمانًا محسنًا. استخدم التشفير الرقمي لتشويش المكالمات، مما يجعل من الصعب على المتصنتين العاديين الاستماع. على الرغم من أنها ليست مثالية بمعايير اليوم، إلا أنها كانت خطوة مهمة إلى الأمام.

• الاعتماد الواسع النطاق: حقق GSM نطاقًا عالميًا هائلاً. أصبح المعيار السائد في أوروبا وآسيا وأفريقيا وأوقيانوسيا، وكان يستخدم أيضًا على نطاق واسع في الأمريكتين. أدت قاعدة المستخدمين الضخمة هذه إلى وفورات الحجم، مما جعل الهواتف ومعدات الشبكات أرخص وأكثر توفرًا.

• التوافق مع أجهزة إنترنت الأشياء المبكرة: جعلت بساطة وتغطية GSM الواسعة (خاصة مع GPRS للبيانات الأساسية) مناسبة للاتصالات المبكرة من آلة إلى آلة (M2M) وأجهزة إنترنت الأشياء (IoT). فكر في أشياء مثل العدادات الذكية التي ترسل القراءات، أو آلات البيع التي تبلغ عن المخزون، أو أنظمة تتبع المركبات الأساسية.

صورة بواسطة Andrey Metelev على Unsplash

 

GSM مقابل CDMA مقابل LTE: الاختلافات الرئيسية

لم تكن GSM هي تقنية المحمول الوحيدة الموجودة. في بعض أنحاء العالم، لا سيما أمريكا الشمالية وأجزاء من آسيا، كانت تقنية أخرى للجيل الثاني/الثالث تسمى CDMA شائعة أيضًا. واليوم، تعد LTE (4G) و 5G هي المعايير السائدة. إليك مقارنة بسيطة:

 

الأمان في GSM

عندما تم تصميم GSM في أواخر الثمانينيات، كان الأمان اعتبارًا مهمًا، خاصةً مقارنة بالشبكات التناظرية سهلة المسح.

أدخل GSM التشفير لحماية المكالمات الصوتية. كانت الخوارزميات الرئيسية المستخدمة هي A5/1 ولاحقًا A5/2. قامت هذه الخوارزميات بتشويش المحادثة بين الهاتف والبرج الخلوي، مما يجعل من الصعب على شخص لديه ماسح ضوئي بسيط للراديو الاستماع. كما تم استخدام عمليات المصادقة للتحقق من بطاقة SIM مع الشبكة، مما ساعد على منع الاستنساخ (وإن لم يكن بشكل مثالي).

الثغرات والمخاوف الأمنية

على الرغم من كونه تحسينًا، لم يكن أمان GSM منيعًا، خاصة بالمعايير الحديثة.

• تشفير ضعيف: تم اكتشاف لاحقًا أن خوارزمية A5/1 بها نقاط ضعف يمكن كسرها بقدرة حاسوبية كافية. كانت A5/2 أضعف وتم تصميمها عمدًا لتكون قابلة للاختراق بسهولة من قبل الحكومات.

• الرابط من البرج إلى الشبكة: غالبًا ما كان التشفير ينطبق فقط بين الهاتف والبرج الخلوي (BTS). لم يكن الرابط من البرج إلى الشبكة الأساسية مشفرًا دائمًا، مما يخلق نقطة ضعف محتملة.

• ماسكات IMSI: يمكن للأجهزة المعروفة باسم “ماسكات IMSI” أو “Stingrays” التظاهر بأنها أبراج خلوية شرعية، مما يخدع الهواتف للاتصال بها. يتيح ذلك للمهاجمين اعتراض المكالمات/الرسائل النصية أو تتبع موقع المستخدم.

• عدم وجود مصادقة متبادلة (في المواصفات الأصلية): في البداية، كانت الشبكة فقط تصادق على الهاتف/الشريحة. لم يكن الهاتف دائمًا يصادق على الشبكة، مما يجعله عرضة لهجمات الأبراج المزيفة.

هل شبكات GSM الحديثة محمية؟

من المهم أن نتذكر أن GSM نفسها تقنية قديمة. بينما قد لا تزال بعض خدمات GSM الأساسية تعمل، فإن معظم حركة المرور الصوتية والبيانات اليوم تعمل عبر شبكات 3G و 4G (LTE) و 5G. تتمتع هذه المعايير الأحدث بميزات أمان أقوى بكثير:

• تشفير أقوى: يتم استخدام خوارزميات مثل AES في 4G/5G، وهي أكثر قوة بكثير.

• المصادقة المتبادلة: يقوم كل من الجهاز والشبكة بمصادقة بعضهما البعض، مما يجعل هجمات الأبراج المزيفة أكثر صعوبة.

• الأمان من طرف إلى طرف: تُبذل الجهود لتأمين الاتصالات بشكل أعمق داخل نواة الشبكة.

• التحديثات المنتظمة: تتم مراجعة بروتوكولات الأمان وتحديثها باستمرار.

لذلك، بينما كانت لدى GSM عيوب أمنية معروفة، فإن الشبكات التي يستخدمها معظم الناس يوميًا (4G/5G) توفر حماية أفضل بكثير.

 

قيود GSM

على الرغم من نجاحها، كان لـ GSM عيوبه، خاصة مع تقدم التكنولوجيا:

• مشاكل التداخل: نظرًا لاعتمادها على موجات الراديو، يمكن أن تتأثر إشارات GSM بالعوائق المادية مثل المباني أو التلال أو حتى الطقس السيئ. قد يؤدي ذلك إلى انقطاع المكالمات أو ضعف جودة الإشارة في مناطق معينة. يمكن أن يسبب التداخل الكهربائي من الأجهزة الأخرى مشاكل في بعض الأحيان.

• سرعات بيانات محدودة: هذا هو أكبر قيود GSM بمعايير اليوم. بينما أضافت ترقيات GPRS و EDGE إمكانيات البيانات، كانت السرعات بطيئة جدًا مقارنة بـ 3G، ناهيك عن 4G أو 5G. لم يكن بث الفيديو أو استخدام التطبيقات المعقدة ممكنًا ببساطة على اتصال GSM 2G خالص. فهم ما يعنيه GSM بطبيعته، وإدراك أنه تم بناؤه للصوت أولاً، والبيانات ثانيًا.

• الحاجة إلى مكررات في مناطق الإشارة الضعيفة: في المناطق ذات التغطية الطبيعية الضعيفة (مثل داخل المباني الكبيرة أو المواقع الريفية النائية)، غالبًا ما كانت هناك حاجة إلى معززات الإشارة أو المكررات لتضخيم إشارة GSM وجعل الخدمة قابلة للاستخدام. أضاف هذا التعقيد والتكلفة لضمان التغطية في كل مكان.

• حدود السعة: هيكل TDMA، على الرغم من ذكائه، كان له قيود على عدد المستخدمين الذين يمكنهم مشاركة تردد في منطقة معينة. في المواقع المكتظة بالسكان، قد تصبح الشبكة مزدحمة في بعض الأحيان خلال ساعات الذروة.

دفعت هذه القيود الحاجة إلى التطور إلى 3G و 4G و 5G، التي تم تصميمها للتغلب على هذه المشكلات، لا سيما فيما يتعلق بسرعة البيانات والسعة.

 

GSM في الولايات المتحدة والاستخدام العالمي

تاريخيًا في الولايات المتحدة، كانت AT&T و T-Mobile هما شركتا GSM الرئيسيتان. ومع ذلك، هذا يتغير بسرعة. كلتا الشركتين، مثل غيرهما على مستوى العالم، بصدد إيقاف تشغيل شبكات الجيل الثاني (GSM) والجيل الثالث 3G الأقدم. إنهما بحاجة إلى مساحة التردد اللاسلكي (الطيف) التي تستخدمها هذه التقنيات القديمة لبناء شبكات 4G LTE و 5G الأسرع والأكثر كفاءة. بينما قد تبقى بعض إمكانيات GSM الدنيا لاستخدامات M2M/IoT محددة أو اتفاقيات التجوال مؤقتًا، فإن الاستخدام النشط للمستهلكين يتلاشى. من الأفضل افتراض أن شبكات GSM التي تركز على المستهلك قد اختفت فعليًا أو ستختفي قريبًا جدًا في الولايات المتحدة.

يعكس الوضع في الولايات المتحدة اتجاهًا عالميًا. تقوم البلدان في جميع أنحاء أوروبا وآسيا وأستراليا أيضًا بإيقاف تشغيل شبكات 2G و 3G الخاصة بها بنشاط. يختلف الجدول الزمني حسب البلد والشركة، حيث أكمل البعض بالفعل عمليات الإغلاق والبعض الآخر يخطط لها على مدى السنوات القليلة المقبلة.

الأسباب متسقة: استعادة الطيف الثمين لـ 4G/5G، وتقليل تكلفة صيانة الشبكات القديمة، وتشجيع المستخدمين على استخدام تقنية أحدث وأكثر كفاءة.

بالنسبة لمعظم الأشخاص الذين يستخدمون الهواتف الذكية المصنوعة في السنوات 5-7 الماضية، من المحتمل ألا يؤثر هذا الإغلاق عليهم بشكل مباشر. تستخدم الهواتف الحديثة في الغالب 4G LTE و 5G. ومع ذلك، إليك ما تحتاج إلى القيام به إذا تم إيقاف شبكات GSM:

• تحقق من هاتفك: إذا كان لديك هاتف قديم جدًا (هاتف أساسي من 10 سنوات أو أكثر، ربما)، فقد يدعم فقط 2G/3G. بمجرد إيقاف تشغيل تلك الشبكات في منطقتك، سيفقد هذا الهاتف الخدمة (باستثناء مكالمات الطوارئ المحتملة). ستحتاج إلى الترقية إلى هاتف يدعم 4G LTE (ويفضل VoLTE - الصوت عبر LTE) أو 5G.

• تحقق من أجهزة إنترنت الأشياء: قد تعتمد بعض الأجهزة المنزلية الذكية القديمة أو أنظمة الإنذار أو أجهزة تتبع المركبات على شبكات 2G/3G. قد يحتاج مستخدمو هذه الأجهزة إلى التحقق مع مزود الخدمة أو الشركة المصنعة بشأن خيارات الترقية أو فقدان الخدمة المحتمل.

• المسافرون: بينما كان التجوال الدولي قوة GSM، مع إيقاف تشغيل الشبكات عالميًا، يصبح الاعتماد على 2G/3G فقط للتجوال أقل جدوى. تعد الهواتف الحديثة التي تدعم نطاقات 4G/5G المتعددة ضرورية للاتصال الدولي الموثوق.

صورة بواسطة Christopher على Unsplash

 

قم بالترقية من GSM إلى المستقبل مع Yoho Mobile eSIM!

تمامًا كما غير GSM الاتصالات المتنقلة، فإن Yoho Mobile’s eSIM تنقلها إلى المستوى التالي. انسَ البحث عن بطاقات SIM محلية أو القلق بشأن التوافق مع الشبكات المتقادمة. تقدم Yoho Mobile اتصالاً سلسًا باستخدام شبكات 4G و 5G الحديثة حول العالم، كل ذلك من خلال راحة شريحة eSIM. لا حاجة لتبديل شرائح SIM الفعلية — فقط اتصال عالمي فوري أينما ذهبت.

• استخدم الكود YOHO12 عند الدفع للحصول على خصم 12%!