Ülim juhend GSM-ist: kõik, mida pead teadma

Oled sa kunagi mõelnud, kuidas su mobiiltelefon sind maagiliselt miilide kaugusel olevate inimestega ühendab? Ammu enne tänapäeval kasutatavat ülikiiret internetti oli olemas murranguline tehnoloogia, mis pani kõigele aluse. See tehnoloogia aitas miljarditel inimestel üle maailma üksteisega rääkida ja sõnumeid saata. Räägime GSM-ist. Aga mis on GSM tegelikult ja miks see nii oluline oli?

Ole valmis avastama lihtsat lugu tehnoloogiast, mis rajas aluse mobiilimaailmale, mida me täna tunneme! See juhend selgitab sulle kõike, mida GSM-ist lihtsate sõnadega teadma pead.

Maailmakaardi vektorid: Vecteezy

Mis on GSM?

GSM tähendab inglise keeles Global System for Mobile Communications (globaalne mobiilside süsteem). See on põhimõtteliselt digitaalne standard, reeglite ja tehnoloogiate kogum, mida mobiiltelefonid ja võrgud omavahel suhtlemiseks kasutavad. Selle peamised omadused on:

• Digitaalne: Erinevalt vanematest analoogsüsteemidest (nagu udune raadio) kasutab GSM digitaalseid signaale. See tähendab selgemaid kõnesid ja vähem müra.

• Kõned ja tekstsõnumid: GSM loodi peamiselt kõnede ja lihtsate tekstsõnumite (SMS – Short Message Service) edastamiseks.

• SIM-kaardid: Üks GSM-i kõige äratuntavamaid omadusi on SIM-kaart (Subscriber Identity Module – abonendi identifitseerimismoodul). See väike kiip salvestab sinu kontoandmed. Saad oma SIM-kaardi sisestada erinevatesse GSM-telefonidesse ja sinu number ning teenusepakett tulevad sellega kaasa.

• Globaalne standard: Sellest sai maailmas kõige laiemalt levinud mobiilistandard, mida kasutati Euroopas, Aasias, Aafrikas ja paljudes teistes piirkondades.

Kujuta ette tiheda liiklusega maanteed. Kuidas mahutada sellele palju autosid nii, et need kokku ei põrkaks? GSM kasutab süsteemi nimega TDMA (Time Division Multiple Access – ajajaotusega mitmikpöördus). Mõtle raadiosagedusele (maanteele), mis on võrgule kättesaadav. TDMA jagab selle sageduse väikesteks ajapiludeks. Iga telefonikõne saab oma pisikese ajaosa sellel sagedusel „rääkimiseks“. See toimub nii kiiresti, et sinu jaoks kõlab see nagu pidev vestlus. See on nagu paljud inimesed vaheldumisi kiiresti samal raadiokanalil räägiksid.

GSM töötab ka spetsiifilistel sagedusribadel, mis on nagu valitsuste poolt mobiilside jaoks eraldatud raadiokanalid. Levinud GSM-ribad on paljudes maailma osades 900 MHz ja 1800 MHz ning peamiselt Ameerikas 850 MHz ja 1900 MHz. Sinu telefon peab toetama sinu piirkonnas või reisipiirkonnas kasutatavaid sagedusribasid.

 

GSM-i areng

Mobiiltelefonid ei olnud alati nii nutikad ega ühendatud, nagu nad täna on. GSM mängis tohutut rolli sellesse jõudmisel. Vaatame selle teekonda.

Nutitelefoni vektorid: Vecteezy
 

Varasemad mobiilsidevõrgud

Enne GSM-i oli Euroopas 1980. aastatel segapuder erinevatest analoogsetest mobiiltelefonisüsteemidest (sageli nimetati neid 1G ehk esimese põlvkonna süsteemideks). Ühe riigi telefon ei töötanud teises. Kõned ei olnud eriti selged ja turvalisus oli nõrk. See kõik oli segadust tekitav ja piiratud.

Euroopa riigid mõistsid, et nad vajavad ühtset standardit, et mobiilside paremaks muuta ja võimaldada inimestel oma telefone piiriüleselt kasutada. Seepärast sündis GSM – luua globaalne süsteem, mida kõik saaksid kasutada. See loodi algusest peale digitaalseks, pakkudes paremat kvaliteeti ja turvalisust.

Olulised verstapostid (2G, GPRS, EDGE ja UMTS)

• GSM (2G - teine põlvkond): See on algne standard, mida oleme arutanud. 1990. aastate alguses käivitatud, keskendus see digitaalsetele kõnedele ja SMS-sõnumitele. See oli massiivne edasiminek võrreldes 1G-ga.

• GPRS (General Packet Radio Service): Sageli nimetatud „2.5G-ks“, oli GPRS GSM-võrkude uuendus. See võimaldas „alati-ühendatud“ andmesideühendusi, kuigi kiirused olid üsna aeglased (mõtle väga algelisele mobiilsele veebilehitsemisele või e-postile).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): Järjekordne uuendus, mida mõnikord nimetatakse „2.75G-ks“. EDGE pakkus GPRS-ist kiiremaid andmesidekiirusi, muutes mobiilse interneti veidi kasutatavamaks, kuid siiski palju aeglasemaks kui see, mis meil praegu on.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): See tähistas 3G (kolmas põlvkond) algust. Kuigi tehniliselt teistsugune tehnoloogiasüsteem, loodi UMTS GSM-i evolutsiooniliseks teeks. See pakkus palju kiiremaid andmesidekiirusi, võimaldades videokõnesid ja paremat mobiilset internetti. Paljud 3G-võrgud ehitati GSM-i loodud põhitaristu baasile.

Mõistmine, mis on GSM, aitab meil hinnata, kuidas need hilisemad tehnoloogiad selle edukusele tuginesid.

 

Üleminek GSM-ilt kaasaegsetele võrkudele (4G LTE ja 5G)

Kuna meie andmevajadus kasvas – striimimiseks, rakenduste, sotsiaalmeedia ja muu jaoks – ei olnud isegi 3G piisavalt kiire. See viis 4G LTE (Long-Term Evolution) ja nüüd 5G (viies põlvkond) võrkude arenguni. Need tehnoloogiad erinevad GSM-ist oluliselt, kasutades arenenumaid tehnikaid (nagu OFDMA, millest räägime hiljem), et pakkuda uskumatult kiireid kiirusi ja toetada samaaegselt palju rohkem ühendatud seadmeid.

Mobiilsidevõrkude arenedes GSM-ist võimsateks 4G LTE ja 5G tehnoloogiateks, arenes ka meie ühenduse loomise viis. eSIM (manustatud SIM) tähistab selle evolutsiooni järgmist verstaposti, kaotades vajaduse füüsiliste SIM-kaartide järele ja pakkudes sujuvamat, kiiremat ja paindlikumat viisi ühenduses püsimiseks. Just nagu GSM pani aluse mobiilsidele, kujundab eSIM tulevikku.

Analoogvektorid: Vecteezy
 

Kuidas GSM-võrgud on üles ehitatud

GSM-võrk ei ole lihtsalt sinu telefon ja mobiilimast. See on keeruline süsteem, kus mitu olulist osa töötavad koos. Jagame selle lihtsalt osadeks:

• Mobiilseadmed (Mobile Station - MS): See on sinu telefon, tahvelarvuti või mis tahes seade, mis võrguga ühendub. Oluline osa siin on SIM-kaart, mis identifitseerib sind (abonenti) võrgule. Ilma kehtiva SIM-kaardita saab sinu telefon tavaliselt teha ainult hädaabikõnesid.

• Baasjaama alamsüsteem (BSS): See osa ühendab sinu telefoni juhtmevabalt põhivõrguga. Sellel on kaks peamist komponenti:

  • Baasjaama transiiver (BTS): Need on mobiilimastid, mida sa kõikjal näed. Need sisaldavad raadioid ja antenne, mis edastavad ja vastu võtavad signaale otse sinu telefonile ja sinult. Iga mast katab kindlat ala, mida nimetatakse „rakuks“ (cell).
  • Baasjaama kontroller (BSC): Mõtle sellest kui mitme mobiilimasti (BTS-i) juhist. See kontrollib asju nagu kanali jaotus (sageduste ja ajapilude määramine) ja „edasiandmised“ – kui sinu telefon liikumise ajal sujuvalt ühelt mastilt teisele lülitub, ilma kõnet katkestamata.

• Võrgulülituse alamsüsteem (NSS): See on GSM-võrgu „aju“ või tuum. See haldab kõnesid, sõnumeid ja hoiab kasutajatel silma peal. Peamised osad on:

  • Mobiilside keskjaam (MSC): Keskne koordineeriv element. See suunab kõned õigesse kohta (kas teisele mobiiltelefonile või tavalisele lauatelefonivõrku), haldab sõnumiteenuseid (SMS) ja suhtleb andmebaasidega abonendi info kontrollimiseks.
  • Koduasukohtade register (HLR): Suur andmebaas, mis salvestab püsivalt teavet selle võrguoperaatori iga abonendi kohta, sealhulgas nende teenused, õigused ja üldine asukoht.
  • Külastajate asukoharegister (VLR): MSC-ga seotud ajutine andmebaas. Kui sa reisid teatud MSC teenindatavasse piirkonda, salvestab VLR ajutise koopia sinu teabest HLR-ist. See aitab MSC-l sinu kõnesid kohapeal hallata, ilma et peaks pidevalt põhi-HLR-i kontrollima.

• Operatsiooni- ja tugialamsüsteem (OSS): See on telgitagune osa, mis haldab kogu võrku. See tegeleb võrgu jälgimisega (veendumaks, et kõik töötab), hoolduse, tarkvarauuenduste, võrgu konfiguratsiooni, vea tuvastamise ja turbehaldamisega. See tagab võrgu sujuva ja usaldusväärse toimimise.

Niisiis, kui sa helistad, suhtleb sinu telefon (MS) lähima mobiilimastiga (BTS), mida haldab BSC. BSC ühendub NSS-i MSC-ga. MSC kontrollib VLR/HLR-ist sinu tellimust ja suunab seejärel sinu kõne sihtkohta, olgu see siis teine mobiilikasutaja (läbides nende võrguosad) või keegi lauatelefonil.

 

GSM-i omadused ja eelised

GSM sai nii populaarseks mitmel heal põhjusel. Siin on mõned selle peamised eelised:

• Rahvusvaheline roaming: See oli ehk GSM-i suurim müügiargument. Kuna nii paljud riigid võtsid GSM-standardi kasutusele, said võrguoperaatorid sõlmida kokkuleppeid, mis võimaldasid nende klientidel kasutada oma telefone teistes GSM-võrkudes välismaal reisides. See muutis rahvusvahelise reisimise mobiilikasutajate jaoks palju lihtsamaks.

• SIM-kaardi paindlikkus: Väike, eemaldatav SIM-kaart oli geniaalne idee. See salvestab sinu unikaalse abonendi teabe. See tähendab, et saad oma telefoninumbri ja teenusepaketi hõlpsalt uuele GSM-telefonile üle kanda lihtsalt SIM-kaardi ümberpaigutamisega. Sa ei olnud seotud kindla seadmega nagu mõnes teises süsteemis.

• Turvaline side (oma aja kohta): Võrreldes vanemate analoogsüsteemidega pakkus GSM paremat turvalisust. See kasutas digitaalset krüpteerimist kõnede segamiseks, muutes lihtsa raadioskaneriga pealtkuulajatele sisse kuulamise keeruliseks. Kuigi see ei olnud tänapäevaste standardite järgi täiuslik, oli see märkimisväärne edasiminek.

• Laialdane levik: GSM saavutas massiivse globaalse ulatuse. Sellest sai domineeriv standard Euroopas, Aasias, Aafrikas ja Okeaanias ning seda kasutati laialdaselt ka Ameerikas. See tohutu kasutajaskond tekitas mastaabiefekte, muutes telefonid ja võrguseadmed odavamaks ja kättesaadavamaks.

• Ühilduvus varajaste IoT-seadmetega: GSM-i lihtsus ja laialdane levik (eriti koos GPRS-iga põhiandmesideks) muutsid selle sobivaks varajase masin-masin (M2M) side ja asjade interneti (IoT) seadmete jaoks. Mõtle näiteks nutikatele arvestitele, mis saadavad näite, müügiautomaatidele, mis teatavad laoseisust, või põhilistele sõidukite jälgimissüsteemidele.

Foto: Andrey Metelev saidil Unsplash

 

GSM vs. CDMA vs. LTE: Peamised erinevused

GSM ei olnud ainus mobiilitehnoloogia. Mõnes maailma osas, eriti Põhja-Ameerikas ja Aasia osades, oli populaarne ka teine 2G/3G tehnoloogia nimega CDMA. Ja tänapäeval on domineerivad standardid LTE (4G) ja 5G. Siin on lihtne võrdlus:

 

Turvalisus GSM-is

Kui GSM loodi 1980. aastate lõpus, oli turvalisus oluline tegur, eriti võrreldes kergesti skaneeritavate analoogvõrkudega.

GSM tutvustas krüpteerimist kõnede kaitsmiseks. Peamised kasutatud algoritmid olid A5/1 ja hiljem A5/2. Need algoritmid segasid vestluse telefoni ja mobiilimasti vahel, muutes lihtsa raadioskaneriga pealtkuulajatele sisse kuulamise keeruliseks. Kasutati ka autentimisprotsesse SIM-kaardi võrguga kontrollimiseks, aidates vältida kloonimist (kuigi mitte täiuslikult).

Nõrkused ja turvaprobleemid

Kuigi parem, ei olnud GSM-i turvalisus lollikindel, eriti tänapäevaste standardite järgi.

• Nõrk krüpteerimine: A5/1 algoritmis avastati hiljem nõrkusi, mida oli piisava arvutusvõimsusega võimalik murda. A5/2 oli isegi nõrgem ja loodi teadlikult valitsuste poolt kergesti murtavaks.

• Mast-võrguühendus: Sageli kehtis krüpteerimine ainult telefoni ja mobiilimasti (BTS) vahel. Ühendus mastist põhivõrku ei olnud alati krüpteeritud, luues potentsiaalse nõrga koha.

• IMSI püüdjad: Seadmed, mida tuntakse kui „IMSI püüdjaid“ või „Stingray’sid“, võivad teeselda legitiimseid mobiilimasste, meelitades telefone nendega ühenduma. See võimaldab ründajatel kõnesid/sõnumeid pealt kuulata või kasutaja asukohta jälgida.

• Vastastikuse autentimise puudumine (algses spetsifikatsioonis): Algselt autentis ainult võrk telefoni/SIM-i. Telefon ei autentisinud alati võrku, muutes selle haavatavaks võltsmasti rünnakutele.

Kas kaasaegsed GSM-võrgud on kaitstud?

Oluline on meeles pidada, et GSM ise on vana tehnoloogia. Kuigi mõned põhilised GSM-teenused võivad veel töötada, toimub enamik kõne- ja andmesidet tänapäeval 3G-, 4G (LTE)- ja 5G-võrkudes. Nendel uuematel standarditel on palju tugevamad turvaomadused:

• Tugevam krüpteerimine: 4G/5G-s kasutatakse algoritme nagu AES, mis on palju robustsemad.

• Vastastikune autentimine: Nii seade kui ka võrk autentivad üksteist, muutes võltsmasti rünnakud raskemaks.

• Lõpp-punktist lõpp-punkti turvalisus: Tehakse jõupingutusi side turvalisuse tagamiseks ka võrgu tuumas.

• Regulaarsed uuendused: Turvaprotokolle vaadatakse pidevalt läbi ja uuendatakse.

Seega, kuigi GSM-il olid teadaolevad turvaaugud, pakuvad võrgud, mida enamik inimesi igapäevaselt kasutab (4G/5G), palju paremat kaitset.

 

GSM-i piirangud

Hoolimata edust oli GSM-il omad puudused, eriti tehnoloogia arenedes:

• Häireprobleemid: Raadiolainetega põhinevana võisid GSM-signaale mõjutada füüsilised takistused nagu hooned, mäed või isegi halb ilm. See võis teatud piirkondades kaasa tuua kõne katkemise või halva signaalikvaliteedi. Ka teiste seadmete elektrilised häired võisid mõnikord probleeme tekitada.

• Piiratud andmeside kiirused: See on GSM-i suurim piirang tänapäevaste standardite järgi. Kuigi GPRS-i ja EDGE-i uuendused lisasid andmeside võimekust, olid kiirused võrreldes 3G-ga, rääkimata 4G-st või 5G-st, väga aeglased. Video striimimine või keeruliste rakenduste kasutamine ei olnud puhtal 2G GSM-ühendusel lihtsalt teostatav. Mõistes, mida GSM olemuslikult tähendab, tuleb tunnistada, et see ehitati eelkõige kõne, alles seejärel andmeside jaoks.

• Kordistite vajadus nõrga signaali piirkondades: Halva loomuliku leviga piirkondades (nagu sügavalt suurtes hoonetes või kaugetes maapiirkondades) oli GSM-signaali võimendamiseks ja teenuse kasutatavaks muutmiseks sageli vaja signaalivõimendeid või kordisteid. See lisas keerukust ja kulusid levi tagamisele kõikjal.

• Mahupiirangud: TDMA-struktuur, kuigi nutikas, seadis piirangud sellele, kui palju kasutajaid sai antud piirkonnas sagedust jagada. Väga tihedalt asustatud kohtades võis võrk tipptundidel mõnikord üle koormata.

Need piirangud tingisid vajaduse areneda 3G-ks, 4G-ks ja 5G-ks, mis loodi nende probleemide ületamiseks, eriti andmeside kiiruse ja mahutavuse osas.

 

GSM USA-s ja globaalne kasutus

Ajalooliselt olid USA-s AT&T ja T-Mobile peamised GSM-operaatorid. Kuid see on kiiresti muutumas. Mõlemad operaatorid, nagu teisedki kogu maailmas, on sulgemas oma vanemaid 2G (GSM) ja 3G võrke. Nad vajavad nende vanemate tehnoloogiate kasutatud raadiosagedusruumi (spektrit), et ehitada oma kiiremaid ja tõhusamaid 4G LTE ja 5G võrke. Kuigi mõned minimaalsed GSM-võimalused võivad ajutiselt püsida teatud M2M/IoT kasutusviiside või rändluslepingute jaoks, on aktiivne tarbijakasutus kadumas. Parim on eeldada, et tarbijatele suunatud GSM-võrgud on USA-s sisuliselt kadunud või kaovad väga varsti.

USA olukord peegeldab globaalset trendi. Riigid üle Euroopa, Aasia ja Austraalia on samuti aktiivselt sulgemas oma 2G ja 3G võrke. Ajatelg varieerub riigiti ja operaatoriti, kusjuures mõned on sulgemised juba lõpetanud ja teised plaanivad neid lähiaastatel.

Põhjused on järjepidevad: vabastada väärtuslik spekter 4G/5G jaoks, vähendada vanade võrkude hoolduskulusid ja julgustada kasutajaid üle minema moodsamale ja tõhusamale tehnoloogiale.

Enamiku inimeste jaoks, kes kasutavad viimase 5-7 aasta jooksul valmistatud nutitelefone, ei pruugi see sulgemine otseselt mõjutada. Kaasaegsed telefonid kasutavad valdavalt 4G LTE ja 5G-d. Kuid siin on, mida sa pead tegema, kui GSM-võrgud suletakse:

• Kontrolli oma telefoni: Kui sul on väga vana telefon (näiteks põhiomadustega telefon 10+ aastat tagasi), võib see toetada ainult 2G/3G-d. Kui need võrgud sinu piirkonnas suletakse, kaotab see telefon teenuse (välja arvatud potentsiaalselt hädaabikõned). Sul oleks vaja uuendada telefoni, mis toetab 4G LTE-d (ja ideaalis VoLTE-d – Voice over LTE) või 5G-d.

• Kontrolli IoT-seadmeid: Mõned vanemad nutikodu seadmed, alarmsüsteemid või sõidukite jälgimisseadmed võivad tugineda 2G/3G võrkudele. Nende seadmete kasutajad peaksid teenusepakkuja või tootjaga kontrollima uuendusvõimalusi või võimalikku teenusekadumist.

• Reisijad: Kuigi rahvusvaheline roaming oli GSM-i tugevus, muutub võrkude globaalse sulgemise tõttu ainult 2G/3G-le tuginemine rändluse osas vähem elujõuliseks. Kaasaegsed telefonid, mis toetavad mitut 4G/5G sagedusriba, on usaldusväärse rahvusvahelise ühenduse jaoks hädavajalikud.

Foto: Christopher saidil Unsplash

 

Uuenda GSM-ist tulevikku Yoho Mobile eSIM-iga!

Just nagu GSM muutis mobiilside, viib Yoho Mobile’i eSIM selle järgmisele tasemele. Unusta kohalike SIM-kaartide otsimine või mure vananevate võrkudega ühilduvuse pärast. Yoho Mobile pakub sujuvat ühendust kaasaegsete 4G ja 5G võrkude kaudu üle maailma, seda kõike eSIM-i mugavusega. Ei mingeid füüsilisi SIM-kaardi vahetusi – lihtsalt kohene, globaalne ühenduvus, kuhu iganes sa lähed.

Püsi ühenduses reisides – proovi Yoho Mobile’i tasuta eSIM-i prooviperioodi ja saa kohese juurdepääsu mobiilsele andmesidele enam kui 70 riigis. Ei SIM-kaarti, ei lepinguid – lihtsalt kiire seadistamine ja oled mõne minutiga võrgus.

Kui soovid hiljem oma eSIM-paketti, kasuta kassas koodi YOHO12 12% allahindluse saamiseks!