המדריך המלא ל-GSM: כל מה שאתם צריכים לדעת

תהיתם פעם איך הטלפון הנייד שלכם מחבר אתכם בקסם לאנשים במרחק קילומטרים? הרבה לפני האינטרנט הסופר-מהיר שאנו משתמשים בו היום, הייתה טכנולוגיה פורצת דרך שהתחילה את הכל. הטכנולוגיה הזו עזרה למיליארדי אנשים לדבר ולשלוח הודעות זה לזה ברחבי העולם. אנחנו מדברים על GSM. אבל מה זה GSM, באמת, ולמה הוא היה כל כך חשוב?

התכוננו לגלות את הסיפור הפשוט מאחורי הטכנולוגיה שבנתה את הבסיס לעולם המובייל שאנו מכירים היום! המדריך הזה יעבור איתכם על כל מה שאתם צריכים להבין על GSM במונחים קלים.

וקטורי מפת עולם מאת Vecteezy

מה זה GSM?

GSM ראשי תיבות של Global System for Mobile Communications (מערכת גלובלית לתקשורת ניידת). זהו למעשה תקן דיגיטלי, סט של כללים וטכנולוגיות, שטלפונים ניידים ורשתות משתמשים בו כדי לדבר זה עם זה. התכונות העיקריות שלו הן:

• דיגיטלי: בניגוד למערכות אנלוגיות ישנות יותר (כמו רדיו גרוע), GSM משתמש באותות דיגיטליים. זה אומר שיחות צלולות יותר ופחות רעשים סטטיים.

• שיחות והודעות טקסט: GSM תוכנן בעיקר עבור שיחות קוליות והודעות טקסט פשוטות (SMS - Short Message Service).

• כרטיסי SIM: אחת התכונות המוכרות ביותר של GSM היא כרטיס ה-SIM (Subscriber Identity Module). השבב הזעיר הזה שומר את פרטי החשבון שלכם. אתם יכולים להכניס את כרטיס ה-SIM שלכם לטלפוני GSM שונים, ומספר הטלפון ותוכנית השירות שלכם עוברים איתו.

• תקן גלובלי: הוא הפך לתקן המובייל הנפוץ ביותר בעולם, בשימוש ברחבי אירופה, אסיה, אפריקה ואזורים רבים אחרים.

דמיינו כביש מהיר עמוס. איך מכניסים עליו הרבה מכוניות בלי שהן יתנגשו? GSM משתמש במערכת שנקראת TDMA (Time Division Multiple Access). חשבו על תדר הרדיו (הכביש המהיר) הזמין לרשת. TDMA מחלק את התדר הזה לחלקי זמן קטנים. כל שיחת טלפון מקבלת חתיכת זמן זעירה משלה כדי ‘לדבר’ על התדר הזה. זה קורה כל כך מהר שזה נשמע לכם כמו שיחה רציפה. זה כמו שאנשים רבים מתחלפים מהר בדיבור על אותו ערוץ רדיו.

GSM פועל גם על פסי תדר ספציפיים, שהם כמו ערוצי רדיו ייעודיים המוקצים על ידי ממשלות לשימוש נייד. פסי GSM נפוצים כוללים 900 מגה-הרץ ו-1800 מגה-הרץ בחלקים רבים של העולם, ו-850 מגה-הרץ ו-1900 מגה-הרץ בעיקר באמריקות. הטלפון שלכם צריך לתמוך בפסים המשמשים באזורכם או באזור אליו אתם נוסעים.

 

האבולוציה של GSM

טלפונים ניידים לא תמיד היו חכמים או מחוברים כפי שהם היום. GSM שיחק תפקיד עצום בהגעה שלנו לכאן. בואו נסתכל על מסעו.

וקטורי סמארטפון מאת Vecteezy
 

רשתות סלולריות מוקדמות

לפני GSM, בשנות ה-80, אירופה הייתה ערבוביה של מערכות טלפון נייד אנלוגיות שונות (שכוונו לעתים קרובות 1G, או הדור הראשון). טלפון ממדינה אחת לא עבד במדינה אחרת. שיחות לא היו צלולות במיוחד, והאבטחה הייתה חלשה. הכל היה מבלבל ומוגבל.

מדינות אירופה הבינו שהן צריכות תקן אחיד ומאוחד כדי לשפר את התקשורת הסלולרית ולאפשר לאנשים להשתמש בטלפונים שלהם מעבר לגבולות. זו הסיבה ש-GSM נולד – כדי ליצור מערכת גלובלית שכולם יוכלו להשתמש בה. הוא תוכנן להיות דיגיטלי מההתחלה, והציע איכות ואבטחה טובות יותר.

אבני דרך מרכזיות (2G, GPRS, EDGE, ו-UMTS)

• GSM (2G - הדור השני): זהו התקן המקורי שעליו דיברנו. הושק בתחילת שנות ה-90, והתמקד בשיחות קול דיגיטליות והודעות טקסט SMS. הוא היה שיפור עצום לעומת 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service): לעתים קרובות מכונה “2.5G”, GPRS היה שדרוג לרשתות GSM. הוא אפשר חיבורי נתונים “תמיד מחוברים”, למרות שהמהירויות היו די איטיות (חשבו על גלישה מאוד בסיסית באינטרנט בנייד או דואר אלקטרוני).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): שדרוג נוסף, לפעמים נקרא “2.75G”. EDGE הציע מהירויות נתונים מהירות יותר מ-GPRS, מה שהפך את האינטרנט בנייד לקצת יותר שמיש, אך עדיין איטי בהרבה ממה שיש לנו היום.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): זה סימן את תחילת ה-3G (הדור השלישי). אף על פי שמדובר בטכנולוגיה שונה מבחינה טכנית, UMTS תוכנן כנתיב האבולוציוני מ-GSM. הוא הציע מהירויות נתונים מהירות בהרבה, מה שאיפשר שיחות וידאו ואינטרנט טוב יותר בנייד. רבות מרשתות ה-3G נבנו על תשתית הליבה שהוקמה על ידי GSM.

הבנה של מה זה GSM עוזרת לנו להעריך איך הטכנולוגיות המאוחרות יותר בנו על הצלחתו.

 

מעבר מ-GSM לרשתות מודרניות (4G LTE ו-5G)

ככל שהצורך שלנו בנתונים גדל – עבור סטרימינג, אפליקציות, מדיה חברתית ועוד – גם 3G כבר לא היה מספיק מהיר. זה הוביל לפיתוח של 4G LTE (Long-Term Evolution) ועכשיו רשתות 5G (הדור החמישי). טכנולוגיות אלו שונות באופן מהותי מ-GSM, ומשתמשות בטכניקות מתקדמות יותר (כמו OFDMA, עליה נדבר בהמשך) כדי לספק מהירויות מהירות להפליא ולתמוך בהרבה יותר מכשירים מחוברים בו זמנית.

ככל שרשתות הסלולר התפתחו מ-GSM לטכנולוגיות 4G LTE ו-5G החזקות, כך גם השתנה אופן החיבור שלנו. ה-eSIM (embedded SIM) מייצג את אבן הדרך הבאה באבולוציה זו, ומבטל את הצורך בכרטיסי SIM פיזיים ומציע דרך חלקה, מהירה וגמישה יותר להישאר מחוברים. בדיוק כפי ש-GSM הניח את היסודות לתקשורת סלולרית, ה-eSIM מעצב את העתיד.

וקטורי אנלוגי מאת Vecteezy
 

איך רשתות GSM בנויות

רשת GSM היא לא רק הטלפון שלכם ואנטנת סלולר. זו מערכת מורכבת עם מספר חלקים מרכזיים הפועלים יחד. בואו נפרק את זה בפשטות:

• מכשירים ניידים (Mobile Station - MS): זהו הטלפון, הטאבלט או כל מכשיר שלכם שמתחבר לרשת. החלק המרכזי כאן הוא כרטיס ה-SIM, שמזהה אתכם (את המנוי) לרשת. ללא SIM תקף, הטלפון שלכם בדרך כלל יכול לבצע רק שיחות חירום.

• תת מערכת תחנות בסיס (Base Station Subsystem - BSS): חלק זה מחבר את הטלפון שלכם באופן אלחוטי לרשת הראשית. יש לו שני רכיבים עיקריים:

  • תחנת בסיס משדרת (Base Transceiver Station - BTS): אלה הן אנטנות הסלולר שאתם רואים בכל מקום. הן מכילות את הרדיו והאנטנות שמשדרות ומקבלות אותות ישירות לטלפון שלכם וממנו. כל אנטנה מכסה שטח ספציפי הנקרא ‘תא’ (cell).
  • בקר תחנות בסיס (Base Station Controller - BSC): חשבו על זה כמנהל עבור כמה אנטנות סלולר (BTSs). הוא שולט בדברים כמו הקצאת ערוצים (הקצאת תדרים וחלקי זמן) ו’העברות’ (handovers) – כשהטלפון שלכם עובר בצורה חלקה מאנטנה אחת לאחרת בזמן שאתם זזים, מבלי לנתק את השיחה.

• תת מערכת מיתוג רשת (Network Switching Subsystem - NSS): זהו ה’מוח’ או הליבה של רשת GSM. הוא מנהל שיחות, הודעות, ועוקב אחר המשתמשים. חלקים מרכזיים כוללים:

  • מרכז מיתוג סלולרי (Mobile Switching Center - MSC): האלמנט המרכזי המתאם. הוא מנתב שיחות למקום הנכון (בין אם לטלפון נייד אחר או לרשת הטלפון הקווית הרגילה), מטפל בשירותי הודעות (SMS), ומתקשר עם מסדי נתונים כדי לבדוק פרטי מנוי.
  • רישום מיקום ביתי (Home Location Register - HLR): מסד נתונים גדול המאחסן לצמיתות מידע על כל מנוי של מפעיל הרשת הזה, כולל השירותים, ההרשאות והמיקום הכללי שלו.
  • רישום מיקום מבקר (Visitor Location Register - VLR): מסד נתונים זמני הקשור ל-MSC. כאשר אתם נוסעים לאזור המשרת על ידי MSC מסוים, ה-VLR מאחסן עותק זמני של המידע שלכם מה-HLR. זה עוזר ל-MSC לטפל בשיחות שלכם באופן מקומי מבלי לבדוק כל הזמן את ה-HLR הראשי.

• תת מערכת תפעול ותמיכה (Operation and Support Subsystem - OSS): זהו החלק שמאחורי הקלעים שמנהל את כל הרשת. הוא מטפל בניטור רשת (מוודא שהכל עובד), תחזוקה, עדכוני תוכנה, תצורת רשת, זיהוי תקלות, וניהול אבטחה. הוא מבטיח שהרשת פועלת בצורה חלקה ואמינה.

לכן, כאשר אתם מבצעים שיחה, הטלפון שלכם (MS) מדבר עם אנטנת הסלולר הקרובה ביותר (BTS), המנוהלת על ידי BSC. ה-BSC מתחבר ל-MSC ב-NSS. ה-MSC בודק את ה-VLR/HLR כדי לוודא את המנוי שלכם ולאחר מכן מנתב את השיחה ליעד, בין אם זה משתמש נייד אחר (עובר דרך חלקי הרשת שלו) או מישהו בקו קווי.

 

תכונות ויתרונות של GSM

GSM הפך כל כך פופולרי מכמה סיבות טובות. הנה כמה מיתרונותיו העיקריים:

• נדידה בינלאומית (International Roaming): זו הייתה אולי נקודת המכירה הגדולה ביותר של GSM. מכיוון שמדינות רבות כל כך אימצו את תקן GSM, מפעילי רשת יכלו לעשות הסכמים המאפשרים ללקוחותיהם להשתמש בטלפונים שלהם ברשתות GSM אחרות בעת נסיעה לחו"ל. זה הפך נסיעות בינלאומיות לקלות הרבה יותר עבור משתמשים ניידים.

• גמישות כרטיס SIM: כרטיס ה-SIM הקטן והניתק היה רעיון מבריק. הוא שומר את פרטי המנוי הייחודיים שלכם. זה אומר שאתם יכולים בקלות להעביר את מספר הטלפון ותוכנית השירות שלכם לטלפון GSM חדש פשוט על ידי העברת כרטיס ה-SIM. לא הייתם קשורים למכשיר ספציפי כמו במערכות אחרות.

• תקשורת מאובטחת (לתקופתה): בהשוואה למערכות אנלוגיות ישנות יותר, GSM הציע אבטחה משופרת. הוא השתמש בהצפנה דיגיטלית כדי לקודד שיחות, מה שהקשה על מאזינים אקראיים להאזין. למרות שלא מושלם בסטנדרטים של היום, זה היה צעד משמעותי קדימה.

• אימוץ נרחב: GSM השיג קנה מידה גלובלי עצום. הוא הפך לתקן הדומיננטי באירופה, אסיה, אפריקה ואוקיאניה, והיה בשימוש נרחב גם באמריקות. בסיס משתמשים ענק זה יצר יתרונות לגודל (economies of scale), שהפכו טלפונים וציוד רשת לזולים וזמינים יותר.

• תאימות למכשירי IoT מוקדמים: הפשטות והכיסוי הנרחב של GSM (במיוחד עם GPRS לנתונים בסיסיים) הפכו אותו מתאים לתקשורת מכונה-למכונה (M2M) מוקדמת ומכשירי אינטרנט של הדברים (IoT). חשבו על דברים כמו מונים חכמים ששולחים קריאות, מכונות ממכר שמדווחות על מלאי, או מערכות מעקב רכבים בסיסיות.

צילום מאת Andrey Metelev ב- Unsplash

 

GSM לעומת CDMA לעומת LTE: הבדלים מרכזיים

GSM לא הייתה טכנולוגיית המובייל היחידה שהייתה קיימת. בחלקים מסוימים של העולם, במיוחד בצפון אמריקה וחלקים מאסיה, הייתה פופולרית גם טכנולוגיית 2G/3G אחרת שנקראת CDMA. והיום, LTE (4G) ו-5G הם התקנים הדומיננטיים. הנה השוואה פשוטה:

 

אבטחה ב-GSM

כאשר GSM תוכנן בשנות ה-80 המאוחרות, אבטחה הייתה שיקול, במיוחד בהשוואה לרשתות אנלוגיות שקל היה לסרוק.

GSM הציג הצפנה כדי להגן על שיחות קוליות. האלגוריתמים העיקריים ששימשו היו A5/1 ומאוחר יותר A5/2. אלגוריתמים אלה קידדו את השיחה בין הטלפון לאנטנת הסלולר, מה שהקשה על מאזין עם סורק רדיו פשוט להאזין. תהליכי אימות שימשו גם לאימות כרטיס ה-SIM מול הרשת, מה שעזר למנוע שיבוט (אם כי לא בצורה מושלמת).

נקודות תורפה וחששות אבטחה

למרות שהיה שיפור, אבטחת GSM לא הייתה חסינת תקלות, במיוחד בסטנדרטים מודרניים.

• הצפנה חלשה: אלגוריתם A5/1 נמצא מאוחר יותר כבעל חולשות שעלולות להיפרץ עם מספיק כוח חישוב. A5/2 היה אפילו חלש יותר ותוכנן בכוונה כך שיהיה קל לפיצוח על ידי ממשלות.

• חיבור אנטנה-לרשת: לעתים קרובות, ההצפנה חלה רק בין הטלפון לאנטנת הסלולר (BTS). החיבור מהאנטנה חזרה לרשת הליבה לא תמיד היה מוצפן, מה שיצר נקודת חולשה פוטנציאלית.

• לוכדי IMSI: מכשירים המכונים “לוכדי IMSI” או “סטינגריי” יכולים להתחזות לאנטנות סלולר לגיטימיות, ולגרום לטלפונים להתחבר אליהם. זה מאפשר לתוקפים ליירט שיחות/הודעות טקסט או לעקוב אחר מיקום המשתמש.

• חוסר אימות הדדי (במפרט המקורי): בתחילה, רק הרשת אימתה את הטלפון/SIM. הטלפון לא תמיד אימת את הרשת, מה שהפך אותו פגיע להתקפות אנטנות מזויפות.

האם רשתות GSM מודרניות מוגנות?

חשוב לזכור ש-GSM עצמו הוא טכנולוגיה ישנה. בעוד שחלק משירותי GSM בסיסיים עדיין עשויים לפעול, רוב תעבורת הקול והנתונים כיום עוברת דרך רשתות 3G, 4G (LTE), ו-5G. תקנים חדשים יותר אלה כוללים תכונות אבטחה חזקות בהרבה:

• הצפנה חזקה יותר: אלגוריתמים כמו AES משמשים ב-4G/5G, והם חזקים בהרבה.

• אימות הדדי: הן המכשיר והן הרשת מאמתים זה את זה, מה שמקשה על התקפות אנטנות מזויפות.

• אבטחה מקצה לקצה: נעשים מאמצים לאבטח את התקשורת עמוק יותר לתוך ליבת הרשת.

• עדכונים שוטפים: פרוטוקולי האבטחה נבדקים ומעודכנים באופן רציף.

לכן, בעוד של-GSM היו חולשות אבטחה ידועות, הרשתות שבהן רוב האנשים משתמשים מדי יום (4G/5G) מציעות הגנה טובה בהרבה.

 

מגבלות של GSM

למרות הצלחתו, ל-GSM היו חסרונותיו, במיוחד ככל שהטכנולוגיה התקדמה:

• בעיות הפרעות: בהיותו מבוסס על גלי רדיו, אותות GSM יכלו להיות מושפעים מחסימות פיזיות כמו מבנים, גבעות, או אפילו מזג אוויר גרוע. זה יכול היה להוביל לניתוקי שיחות או איכות אות ירודה באזורים מסוימים. הפרעות חשמליות ממכשירים אחרים יכלו גם לעתים לגרום לבעיות.

• מהירויות נתונים מוגבלות: זו המגבלה הגדולה ביותר של GSM בסטנדרטים של היום. בעוד ששדרוגי GPRS ו-EDGE הוסיפו יכולות נתונים, המהירויות היו איטיות מאוד בהשוואה ל-3G, קל וחומר ל-4G או 5G. הזרמת וידאו או שימוש באפליקציות מורכבות פשוט לא היה אפשרי בחיבור 2G GSM טהור. הבנה של מה ש-GSM מסמל באופן מהותי, מכירה בכך שהוא נבנה קודם כל עבור קול, ורק אחר כך עבור נתונים.

• צורך במגברים באזורי אות חלש: באזורים עם כיסוי טבעי חלש (כמו עמוק בתוך מבנים גדולים או מיקומים כפריים מרוחקים), לעתים קרובות היה צורך במגברי אות או רפיטרים כדי להגביר את אות GSM ולהפוך את השירות לשמיש. זה הוסיף מורכבות ועלות להבטחת כיסוי בכל מקום.

• מגבלות קיבולת: מבנה ה-TDMA, למרות שהיה חכם, היה לו מגבלות על מספר המשתמשים שיכלו לחלוק תדר באזור נתון. במיקומים צפופים מאוד, הרשת יכלה לפעמים להיות עמוסה בשעות השיא.

מגבלות אלו הניעו את הצורך באבולוציה ל-3G, 4G, ו-5G, שתוכננו להתגבר על בעיות אלו, במיוחד בנוגע למהירות נתונים וקיבולת.

 

GSM בארה"ב ושימוש גלובלי

היסטורית בארה"ב, AT&T ו-T-Mobile היו ספקי ה-GSM העיקריים. עם זאת, זה משתנה במהירות. שני הספקים, כמו אחרים ברחבי העולם, נמצאים בתהליך של כיבוי רשתות 2G (GSM) ו-3G הישנות שלהם. הם זקוקים למרחב תדר הרדיו (ספקטרום) המשמש טכנולוגיות ישנות אלה כדי לבנות את רשתות 4G LTE ו-5G המהירות והיעילות יותר שלהם. בעוד שיכולת GSM מינימלית כלשהי עשויה להישאר עבור שימושי M2M/IoT ספציפיים או הסכמי נדידה זמניים, שימוש צרכני פעיל נעלם. עדיף להניח שרשתות GSM ממוקדות צרכנים למעשה נעלמו או ייעלמו בקרוב מאוד בארה"ב.

המצב בארה"ב משקף מגמה גלובלית. מדינות ברחבי אירופה, אסיה ואוסטרליה גם מכבות באופן פעיל את רשתות ה-2G וה-3G שלהן. ציר הזמן משתנה לפי מדינה וספק, כשחלקם כבר השלימו את הכיבוי ואחרים מתכננים אותם בשנים הקרובות.

הסיבות עקביות: השבת ספקטרום יקר ל-4G/5G, הפחתת עלות תחזוקת רשתות ישנות, ועידוד משתמשים לטכנולוגיה מודרנית ויעילה יותר.

לרוב האנשים המשתמשים בסמארטפונים שיוצרו ב-5-7 השנים האחרונות, כיבוי זה כנראה לא ישפיע עליהם ישירות. טלפונים מודרניים משתמשים בעיקר ב-4G LTE וב-5G. עם זאת, הנה מה שאתם צריכים לעשות אם רשתות GSM כבות:
:

• בדקו את הטלפון שלכם: אם יש לכם טלפון ישן מאוד (אולי טלפון פיצ’ר בסיסי מלפני 10+ שנים), הוא עשוי לתמוך רק ב-2G/3G. לאחר שרשתות אלו יכבו באזורכם, הטלפון הזה יאבד את השירות (למעט אולי שיחות חירום). תצטרכו לשדרג לטלפון התומך ב-4G LTE (ועדיף VoLTE – שיחות קול על LTE) או 5G.

• בדקו מכשירי IoT: ייתכן שחלק ממכשירי הבית החכם, מערכות אזעקה, או מכשירי מעקב רכב ישנים יותר, מסתמכים על רשתות 2G/3G. משתמשים במכשירים אלה יצטרכו לבדוק עם ספק השירות או היצרן לגבי אפשרויות שדרוג או אובדן שירות פוטנציאלי.

• מטיילים: בעוד שנדידה בינלאומית הייתה נקודת חוזק של GSM, כאשר רשתות נכבות גלובלית, הסתמכות על 2G/3G בלבד עבור נדידה הופכת לפחות בת קיימא. טלפונים מודרניים התומכים במספר רב של פסי 4G/5G חיוניים לקישוריות בינלאומית אמינה.

צילום מאת Christopher ב- Unsplash

 

שדרגו מ-GSM לעתיד עם Yoho Mobile eSIM!

בדיוק כפי ש-GSM שינה את התקשורת הסלולרית, eSIM של Yoho Mobile לוקח אותה לשלב הבא. שכחו מחיפוש כרטיסי SIM מקומיים או דאגה לגבי תאימות לרשתות מזדקנות. Yoho Mobile מציע קישוריות חלקה באמצעות רשתות 4G ו-5G מודרניות ברחבי העולם, הכל דרך הנוחות של eSIM. אין החלפות SIM פיזיות—רק קישוריות גלובלית מיידית לאן שלא תלכו.

• השתמשו בקוד YOHO12 בקופה עבור הנחה של 12%!