Пълното ръководство за GSM: Всичко, което трябва да знаете

Чудили ли сте се някога как мобилният ви телефон магически ви свързва с хора на километри разстояние? Много преди свръхбързия интернет, който използваме днес, съществуваше революционна технология, която постави началото на всичко. Тази технология помогна на милиарди хора да разговарят и да си пишат съобщения по целия свят. Става въпрос за GSM. Но какво всъщност е GSM и защо беше толкова важен?

Пригответе се да откриете простата история зад технологията, която изгради основата на мобилния свят, който познаваме днес! Това ръководство ще ви преведе през всичко, което трябва да разберете за GSM, с лесни думи.

Вектори на световна карта от Vecteezy

Какво е GSM?

GSM означава Глобална система за мобилни комуникации. По същество това е цифров стандарт, набор от правила и технологии, които мобилните телефони и мрежи използват, за да комуникират помежду си. Основните му характеристики са:

• Цифров: За разлика от по-старите аналогови системи (като шумното радио), GSM използва цифрови сигнали. Това означава по-ясни разговори и по-малко смущения.

• Разговори и съобщения: GSM е проектиран предимно за гласови разговори и прости текстови съобщения (SMS – услуга за кратки съобщения).

• SIM карти: Една от най-разпознаваемите характеристики на GSM е SIM (Subscriber Identity Module) картата. Този миниатюрен чип съхранява информацията за вашия акаунт. Можете да поставите SIM картата си в различни GSM телефони и номерът и тарифният ви план се прехвърлят с нея.

• Глобален стандарт: Той стана най-широко приетият мобилен стандарт в света, използван в Европа, Азия, Африка и много други региони.

Представете си натоварена магистрала. Как побирате много коли на нея, без да се сблъскат? GSM използва система, наречена TDMA (Множествен достъп с разделяне по време). Представете си радиочестотата (магистралата), достъпна за мрежата. TDMA разделя тази честота на малки времеви слотове. Всяко телефонно обаждане получава свой собствен малък отрязък от време, за да ‘говори’ на тази честота. Това се случва толкова бързо, че за вас звучи като непрекъснат разговор. Все едно много хора бързо се редуват да говорят по един и същ радиоканал.

GSM също така работи на специфични честотни обхвати, които са като посветени радиоканали, разпределени от правителствата за мобилна употреба. Често срещаните GSM обхвати включват 900 MHz и 1800 MHz в много части на света, и 850 MHz и 1900 MHz предимно в Северна и Южна Америка. Вашият телефон трябва да поддържа обхватите, използвани във вашия район или в района, до който пътувате.

 

Еволюцията на GSM

Мобилните телефони не винаги са били толкова интелигентни или свързани, колкото са днес. GSM изигра огромна роля в достигането ни дотук. Нека разгледаме неговия път.

Вектори на смартфон от Vecteezy
 

Ранни мобилни мрежи

Преди GSM, през 80-те години на миналия век, Европа имаше смесица от различни аналогови мобилни телефонни системи (често наричани 1G, или Първо поколение). Телефон от една страна не работеше в друга. Разговорите не бяха много ясни, а сигурността беше слаба. Всичко беше объркващо и ограничено.

Европейските държави осъзнаха, че имат нужда от единен, унифициран стандарт, за да подобрят мобилните комуникации и да позволят на хората да използват телефоните си през граници. Ето защо се роди GSM – за да създаде Глобална система, която всеки може да използва. Той беше проектиран да бъде цифров от самото начало, предлагайки по-добро качество и сигурност.

Ключови етапи (2G, GPRS, EDGE и UMTS)

• GSM (2G – Второ поколение): Това е оригиналният стандарт, който обсъждаме. Стартиран в началото на 90-те години на миналия век, той се фокусира върху цифрови гласови разговори и SMS текстови съобщения. Беше огромно подобрение спрямо 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service): Често наричана „2.5G“, GPRS беше надстройка на GSM мрежите. Тя позволяваше „постоянна“ връзка за данни, въпреки че скоростите бяха доста бавни (мислете за много основно мобилно сърфиране или имейл).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): Още една надстройка, понякога наричана „2.75G“. EDGE предлагаше по-високи скорости на данни от GPRS, което направи мобилния интернет малко по-използваем, но все още много по-бавен от това, което имаме сега.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Това отбеляза началото на 3G (Трето поколение). Въпреки че технически е различна технологична система, UMTS беше проектирана като еволюционен път от GSM. Тя предлагаше много по-високи скорости на данни, позволявайки видео разговори и по-добър мобилен интернет. Много 3G мрежи бяха изградени върху основната инфраструктура, установена от GSM.

Разбирането какво е GSM ни помага да оценим как тези по-късни технологии са надградили неговия успех.

 

Преход от GSM към модерни мрежи (4G LTE и 5G)

Тъй като нуждата ни от данни нарастваше – за стрийминг, приложения, социални мрежи и други – дори 3G не беше достатъчно бърз. Това доведе до разработването на 4G LTE (Long-Term Evolution) и сега 5G (Пето поколение) мрежи. Тези технологии са значително различни от GSM, използвайки по-напреднали техники (като OFDMA, обсъдени по-късно), за да осигурят невероятно високи скорости и да поддържат много повече свързани устройства едновременно.

Тъй като мобилните мрежи еволюираха от GSM до мощните 4G LTE и 5G технологии, така се промени и начинът, по който се свързваме. eSIM (вградена SIM) представлява следващия етап в тази еволюция, елиминирайки необходимостта от физически SIM карти и предлагайки по-гладък, по-бърз и по-гъвкав начин да останете свързани. Точно както GSM постави основите на мобилните комуникации, eSIM оформя бъдещето.

Аналогови вектори от Vecteezy
 

Как са структурирани GSM мрежите

Една GSM мрежа не е просто вашият телефон и клетъчна кула. Тя е сложна система с няколко основни части, работещи заедно. Нека я разгледаме просто:

• Мобилни устройства (Mobile Station - MS): Това е вашият телефон, таблет или всяко устройство, което се свързва с мрежата. Ключовата част тук е SIM картата, която ви идентифицира (абоната) пред мрежата. Без валидна SIM карта, телефонът ви обикновено може да прави само спешни повиквания.

• Подсистема на базова станция (Base Station Subsystem - BSS): Тази част свързва безжично вашия телефон с основната мрежа. Тя има два основни компонента:

  • Базова предавателно-приемна станция (Base Transceiver Station - BTS): Това са клетъчните кули, които виждате навсякъде. Те съдържат радиостанциите и антените, които предават и приемат сигнали директно до и от вашия телефон. Всяка кула покрива определена област, наречена „клетка“.
  • Контролер на базова станция (Base Station Controller - BSC): Мислете за това като за мениджър на няколко клетъчни кули (BTS). Той контролира неща като разпределение на канали (присвояване на честоти и времеви слотове) и „предавания“ – когато телефонът ви безпроблемно преминава от една кула към друга, докато се движите, без да прекъсва разговора.

• Подсистема за мрежово превключване (Network Switching Subsystem - NSS): Това е „мозъкът“ или ядрото на GSM мрежата. Тя управлява разговори, съобщения и следи потребителите. Основните части включват:

  • Център за мобилно превключване (Mobile Switching Center - MSC): Централният координиращ елемент. Той насочва разговорите към правилното място (дали до друг мобилен телефон или до обикновената стационарна телефонна мрежа), обработва услуги за съобщения (SMS) и комуникира с бази данни за проверка на информацията за абоната.
  • Регистър за домашно местоположение (Home Location Register - HLR): Голяма база данни, която постоянно съхранява информация за всеки абонат на този мрежов оператор, включително техните услуги, разрешения и общо местоположение.
  • Регистър за гостуващо местоположение (Visitor Location Register - VLR): Временна база данни, свързана с MSC. Когато пътувате до район, обслужван от конкретен MSC, VLR съхранява временно копие на вашата информация от HLR. Това помага на MSC да обработва вашите обаждания локално, без постоянно да проверява основния HLR.

• Подсистема за експлоатация и поддръжка (Operation and Support Subsystem - OSS): Това е скритата част, която управлява цялата мрежа. Тя се занимава с мониторинг на мрежата (уверява се, че всичко работи), поддръжка, софтуерни актуализации, мрежова конфигурация, откриване на грешки и управление на сигурността. Тя гарантира, че мрежата работи гладко и надеждно.

И така, когато осъществите повикване, вашият телефон (MS) разговаря с най-близката клетъчна кула (BTS), която се управлява от BSC. BSC се свързва с MSC в NSS. MSC проверява VLR/HLR, за да потвърди абонамента ви, и след това насочва повикването ви към дестинацията, независимо дали е друг мобилен потребител (минавайки през неговите мрежови части) или някой на стационарен телефон.

 

Характеристики и предимства на GSM

GSM стана толкова популярен по няколко добри причини. Ето някои от основните му предимства:

• Международен роуминг: Това беше може би най-голямото предимство на GSM. Тъй като толкова много държави приеха стандарта GSM, мрежовите оператори можеха да сключват споразумения, позволяващи на техните клиенти да използват телефоните си в други GSM мрежи при пътуване в чужбина. Това направи международните пътувания много по-лесни за мобилните потребители.

• Гъвкавост на SIM картата: Малката, сменяема SIM карта беше брилянтна идея. Тя съхранява вашата уникална абонатна информация. Това означава, че можете лесно да прехвърлите телефонния си номер и тарифен план към нов GSM телефон, просто като преместите SIM картата. Не бяхте обвързани с конкретно устройство, както при някои други системи.

• Сигурна комуникация (за времето си): В сравнение с по-старите аналогови системи, GSM предлагаше подобрена сигурност. Той използваше цифрово криптиране за шифроване на разговорите, което затрудняваше случайно подслушване. Въпреки че не е перфектна по днешните стандарти, това беше значителна стъпка напред.

• Широко разпространение: GSM постигна мащабни глобални размери. Той стана доминиращ стандарт в Европа, Азия, Африка и Океания, а също така беше широко използван и в Северна и Южна Америка. Тази огромна потребителска база създаде икономии от мащаба, което направи телефоните и мрежовото оборудване по-евтини и по-достъпни.

• Съвместимост с ранни IoT устройства: Простотата и широкото покритие на GSM (особено с GPRS за основни данни) го направиха подходящ за ранни Machine-to-Machine (M2M) комуникации и устройства от Интернет на нещата (IoT). Помислете за неща като интелигентни измервателни уреди, изпращащи показания, вендинг машини, отчитащи наличности, или основни системи за проследяване на превозни средства.

Снимка от Andrey Metelev в Unsplash

 

GSM срещу CDMA срещу LTE: Основни разлики

GSM не беше единствената мобилна технология на пазара. В някои части на света, особено в Северна Америка и части от Азия, друга 2G/3G технология, наречена CDMA, също беше популярна. А днес LTE (4G) и 5G са доминиращите стандарти. Ето едно просто сравнение:

 

Сигурност в GSM

Когато GSM е проектиран в края на 80-те години, сигурността е била важен фактор, особено в сравнение с лесно сканируемите аналогови мрежи.

GSM въвежда криптиране за защита на гласовите повиквания. Основните използвани алгоритми са A5/1 и по-късно A5/2. Тези алгоритми шифроват разговора между телефона и клетъчната кула, което затруднява подслушването от някой с прост радиоскенер. Процеси за удостоверяване също са използвани за проверка на SIM картата с мрежата, помагайки за предотвратяване на клониране (макар и не перфектно).

Уязвимости и опасения за сигурността

Въпреки че е подобрение, сигурността на GSM не беше безупречна, особено по съвременните стандарти.

• Слабо криптиране: Алгоритъмът A5/1 по-късно е открит да има слабости, които потенциално могат да бъдат пробити с достатъчно изчислителна мощност. A5/2 е бил още по-слаб и умишлено проектиран да бъде лесно разбиваем от правителства.

• Връзка кула-мрежа: Често криптирането се прилагаше само между телефона и клетъчната кула (BTS). Връзката от кулата обратно към основната мрежа не винаги е била криптирана, създавайки потенциално слабо място.

• IMSI уловители: Устройства, известни като „IMSI уловители“ или „Stingrays“, могат да се представят за легитимни клетъчни кули, подвеждайки телефоните да се свързват с тях. Това позволява на нападателите да прихващат разговори/съобщения или да проследяват местоположението на потребителя.

• Липса на взаимно удостоверяване (в оригиналната спецификация): Първоначално само мрежата удостоверяваше телефона/SIM картата. Телефонът не винаги удостоверяваше мрежата, което го правеше уязвим за атаки с фалшиви кули.

Защитени ли са съвременните GSM мрежи?

Важно е да се помни, че самият GSM е стара технология. Докато някои основни GSM услуги може все още да работят, по-голямата част от гласовия и трафика на данни днес се осъществява през 3G, 4G (LTE) и 5G мрежи. Тези по-нови стандарти имат много по-силни функции за сигурност:

• По-силно криптиране: В 4G/5G се използват алгоритми като AES, които са много по-надеждни.

• Взаимно удостоверяване: Както устройството, така и мрежата се удостоверяват взаимно, което затруднява атаките с фалшиви кули.

• Край до край сигурност: Полагат се усилия за допълнително осигуряване на комуникациите до ядрото на мрежата.

• Редовни актуализации: Протоколите за сигурност непрекъснато се преразглеждат и актуализират.

Така че, докато GSM имаше известни пропуски в сигурността, мрежите, които повечето хора използват ежедневно (4G/5G), предлагат много по-добра защита.

 

Ограничения на GSM

Въпреки успеха си, GSM имаше своите недостатъци, особено с напредването на технологиите:

• Проблеми с интерференцията: Тъй като се основава на радиовълни, GSM сигналите могат да бъдат засегнати от физически препятствия като сгради, хълмове или дори лошо време. Това може да доведе до прекъсване на разговорите или лошо качество на сигнала в определени райони. Електрически смущения от други устройства също понякога могат да причинят проблеми.

• Ограничени скорости на данни: Това е най-голямото ограничение на GSM по днешните стандарти. Докато надстройките GPRS и EDGE добавиха възможности за данни, скоростите бяха много бавни в сравнение с 3G, да не говорим за 4G или 5G. Стриймингът на видео или използването на сложни приложения просто не беше осъществимо на чиста 2G GSM връзка. Разбирайки какво всъщност означава GSM, трябва да се признае, че той е създаден преди всичко за глас, а след това за данни.

• Необходимост от ретранслатори в зони със слаб сигнал: В зони с лошо естествено покритие (като дълбоко в големи сгради или отдалечени селски райони) често бяха необходими усилватели на сигнала или ретранслатори, за да се усили GSM сигналът и да се направи услугата използваема. Това добави сложност и разходи за осигуряване на покритие навсякъде.

• Ограничения на капацитета: Структурата TDMA, макар и интелигентна, имаше ограничения за това колко потребители могат да споделят честота в даден район. В много гъсто населени места мрежата понякога можеше да се претовари по време на пикови часове.

Тези ограничения наложиха необходимостта от еволюция към 3G, 4G и 5G, които бяха проектирани да преодолеят тези проблеми, особено по отношение на скоростта на данни и капацитета.

 

GSM в САЩ и глобално използване

Исторически в САЩ AT&T и T-Mobile бяха основните GSM оператори. Въпреки това, това бързо се променя. И двата оператора, както и други по света, са в процес на спиране на по-старите си 2G (GSM) и 3G мрежи. Те се нуждаят от радиочестотното пространство (спектър), използвано от тези по-стари технологии, за да изградят своите по-бързи и по-ефективни 4G LTE и 5G мрежи. Въпреки че някои минимални GSM възможности може да останат за специфични M2M/IoT употреби или временни роуминг споразумения, активното потребителско използване изчезва. Най-добре е да се приеме, че потребителско-ориентираните GSM мрежи са ефективно изчезнали или ще изчезнат много скоро в САЩ.

Ситуацията в САЩ отразява глобална тенденция. Страни в Европа, Азия и Австралия също активно спират своите 2G и 3G мрежи. Сроковете варират в зависимост от държавата и оператора, като някои вече са завършили спирането, а други ги планират през следващите няколко години.

Причините са постоянни: възстановяване на ценен спектър за 4G/5G, намаляване на разходите за поддръжка на стари мрежи и насърчаване на потребителите към по-модерни, ефективни технологии.

За повечето хора, използващи смартфони, произведени през последните 5-7 години, това спиране вероятно няма да ги засегне пряко. Съвременните телефони предимно използват 4G LTE и 5G. Въпреки това, ето какво трябва да направите, ако GSM мрежите бъдат изключени:
:

• Проверете телефона си: Ако имате много стар телефон (обикновен функционален телефон от преди 10+ години, например), той може да поддържа само 2G/3G. След като тези мрежи бъдат изключени във вашия район, този телефон ще загуби услуга (освен евентуално спешни повиквания). Ще трябва да надстроите до телефон, който поддържа 4G LTE (и в идеалния случай VoLTE – Voice over LTE) или 5G.

• Проверете IoT устройствата: Някои по-стари интелигентни домашни устройства, алармени системи или проследяващи устройства за превозни средства може да разчитат на 2G/3G мрежи. Потребителите на тези устройства може да се наложи да се свържат с доставчика на услуги или производителя относно опциите за надстройка или потенциалната загуба на услуга.

• Пътуващи: Докато международният роуминг беше предимство на GSM, тъй като мрежите се изключват в световен мащаб, разчитането само на 2G/3G за роуминг става по-малко осъществимо. Модерните телефони, поддържащи множество 4G/5G обхвати, са от съществено значение за надеждна международна свързаност.

Снимка от Christopher в Unsplash

 

Надградете от GSM към бъдещето с Yoho Mobile eSIM!

Точно както GSM промени мобилните комуникации, eSIM на Yoho Mobile ги извежда на следващо ниво. Забравете за търсенето на местни SIM карти или притесненията за съвместимост с остарели мрежи. Yoho Mobile предлага безпроблемна свързаност, използвайки модерни 4G и 5G мрежи по целия свят, всичко това чрез удобството на eSIM. Без физическа смяна на SIM карти – просто незабавна, глобална свързаност, където и да отидете.

Останете свързани, докато пътувате – изпробвайте безплатния eSIM тест на Yoho Mobile и получете незабавен достъп до мобилни данни в над 70 държави. Без SIM карта, без договори – просто бърза настройка и сте онлайн за минути.

Ако желаете да закупите своя eSIM план след това, използвайте кода YOHO12 при плащане за 12% отстъпка!