Išsamus GSM vadovas: viskas, ką reikia žinoti

Ar kada nors susimąstėte, kaip jūsų mobilusis telefonas stebuklingai sujungia jus su žmonėmis už mylių? Gerokai prieš šiandien naudojamą itin spartų internetą, egzistavo novatoriška technologija, nuo kurios viskas prasidėjo. Ši technologija padėjo milijardams žmonių bendrauti ir siųsti žinutes vieni kitiems visame pasaulyje. Kalbame apie GSM. Bet kas iš tiesų yra GSM ir kodėl ji buvo tokia svarbi?

Pasiruoškite atrasti paprastą istoriją apie technologiją, kuri padėjo pagrindus šiandienos mobiliojo ryšio pasauliui! Šis vadovas paaiškins viską, ką reikia suprasti apie GSM, paprastais terminais.

Pasaulio žemėlapio vektoriai pagal Vecteezy

Kas yra GSM?

GSM reiškia „Pasaulinė mobiliojo ryšio sistema“ (Global System for Mobile Communications). Iš esmės tai yra skaitmeninis standartas, taisyklių ir technologijų rinkinys, kurį mobilieji telefonai ir tinklai naudoja bendravimui tarpusavyje. Pagrindinės jo savybės yra:

• Skaitmeninis: Skirtingai nuo senesnių analoginių sistemų (pvz., triukšmingo radijo), GSM naudoja skaitmeninius signalus. Tai reiškia aiškesnius pokalbius ir mažiau triukšmo.

• Skambučiai ir žinutės: GSM buvo pirmiausia sukurtas balso skambučiams ir paprastoms tekstinėms žinutėms (SMS – trumpųjų žinučių paslauga).

• SIM kortelės: Viena iš labiausiai atpažįstamų GSM savybių yra SIM (abonento identifikavimo modulis) kortelė. Šis mažas lustas saugo jūsų paskyros informaciją. Jūs galite įdėti savo SIM kortelę į skirtingus GSM telefonus, ir jūsų numeris bei paslaugų planas keliaus kartu su ja.

• Pasaulinis standartas: Jis tapo plačiausiai pasaulyje priimtu mobiliojo ryšio standartu, naudojamu visoje Europoje, Azijoje, Afrikoje ir daugelyje kitų regionų.

Įsivaizduokite judrų greitkelį. Kaip sutalpinate daug automobilių, kad jie nesusidurtų? GSM naudoja sistemą, vadinamą TDMA (Time Division Multiple Access – Laiko padalijimo daugkartinė prieiga). Pagalvokite apie radijo dažnį (greitkelį), prieinamą tinklui. TDMA padalija šį dažnį į mažus laiko tarpsnius. Kiekvienas telefono skambutis gauna savo mažą laiko tarpą „kalbėti“ tuo dažniu. Tai vyksta taip greitai, kad jums atrodo kaip nenutrūkstamas pokalbis. Tai tarsi daugelis žmonių greitai kalba paeiliui tuo pačiu radijo kanalu.

GSM taip pat veikia specifinėse dažnių juostose, kurios yra tarsi vyriausybių mobiliajam ryšiui skirti radijo kanalai. Dažniausios GSM juostos daugelyje pasaulio šalių apima 900 MHz ir 1800 MHz, o Amerikose – daugiausia 850 MHz ir 1900 MHz. Jūsų telefonas turi palaikyti juostas, naudojamas jūsų vietovėje arba vietovėje, į kurią keliaujate.

 

GSM evoliucija

Mobilieji telefonai ne visada buvo tokie išmanūs ar prijungti, kokie yra šiandien. GSM atliko didžiulį vaidmenį pasiekiant tai. Pažvelkime į jo kelionę.

Išmaniojo telefono vektoriai pagal Vecteezy
 

Ankstyvieji mobilieji tinklai

Prieš GSM, devintajame dešimtmetyje, Europoje buvo painus skirtingų analoginių mobiliojo ryšio sistemų rinkinys (dažnai vadinamos 1G arba pirmąja karta). Telefonas iš vienos šalies neveikė kitoje. Skambučiai nebuvo labai aiškūs, o saugumas buvo silpnas. Visa tai buvo painu ir ribota.

Europos šalys suprato, kad joms reikia vieno, unifikuoto standarto, kad mobilusis ryšys būtų geresnis ir leistų žmonėms naudotis savo telefonais užsienyje. Štai kodėl atsirado GSM – siekiant sukurti Pasaulinę sistemą, kurią galėtų naudoti visi. Ji buvo sukurta skaitmeninė nuo pat pradžių, siūlanti geresnę kokybę ir saugumą.

Pagrindiniai etapai (2G, GPRS, EDGE ir UMTS)

• GSM (2G – antroji karta): Tai yra originalus standartas, kurį aptarėme. Paleistas devintojo dešimtmečio pradžioje, jis daugiausia dėmesio skyrė skaitmeniniams balso skambučiams ir SMS žinutėms. Tai buvo didžiulis patobulinimas, palyginti su 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service): Dažnai vadinamas „2.5G“, GPRS buvo GSM tinklų atnaujinimas. Jis leido nuolat palaikyti duomenų ryšį, nors greitis buvo gana lėtas (pagalvokite apie labai paprastą naršymą mobiliajame tinkle ar el. paštą).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): Dar vienas atnaujinimas, kartais vadinamas „2.75G“. EDGE pasiūlė didesnį duomenų perdavimo greitį nei GPRS, todėl mobilusis internetas tapo šiek tiek labiau tinkamas naudoti, tačiau vis dar gerokai lėtesnis nei tas, kurį turime dabar.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Tai žymėjo 3G (trečiosios kartos) pradžią. Nors techniškai tai buvo kita technologijos sistema, UMTS buvo sukurta kaip evoliucinis kelias iš GSM. Ji pasiūlė daug didesnį duomenų perdavimo greitį, leidžiantį atlikti vaizdo skambučius ir geriau naudotis mobiliuoju internetu. Daugelis 3G tinklų buvo sukurti remiantis GSM sukurta pagrindine infrastruktūra.

Supratimas, kas yra GSM, padeda mums įvertinti, kaip vėlesnės technologijos rėmėsi jos sėkme.

 

Perėjimas nuo GSM prie šiuolaikinių tinklų (4G LTE ir 5G)

Augant mūsų duomenų poreikiui – transliacijoms, programėlėms, socialinei žiniasklaidai ir dar daugiau – net 3G nebuvo pakankamai greitas. Tai paskatino 4G LTE (Long-Term Evolution) ir dabar 5G (penktosios kartos) tinklų plėtrą. Šios technologijos smarkiai skiriasi nuo GSM, naudodamos pažangesnes technikas (pvz., OFDMA, aptarta vėliau), kad užtikrintų neįtikėtinai didelį greitį ir palaikytų daug daugiau prijungtų įrenginių vienu metu.

Mobiliesiems tinklams evoliucionuojant nuo GSM iki galingų 4G LTE ir 5G technologijų, keitėsi ir mūsų prisijungimo būdas. eSIM (integruota SIM) žymi kitą šios evoliucijos etapą, pašalindama fizinių SIM kortelių poreikį ir siūlydama sklandesnį, greitesnį ir lankstesnį būdą likti prisijungusiam. Kaip GSM padėjo mobiliojo ryšio pagrindus, taip eSIM formuoja ateitį.

Analoginiai vektoriai pagal Vecteezy
 

Kaip struktūrizuoti GSM tinklai

GSM tinklas nėra tik jūsų telefonas ir bazės stotis. Tai sudėtinga sistema, sudaryta iš kelių pagrindinių dalių, veikiančių kartu. Išskaidykime tai paprastai:

• Mobilieji įrenginiai (mobilioji stotis – MS): Tai jūsų telefonas, planšetė ar bet kuris įrenginys, prisijungiantis prie tinklo. Svarbiausia čia yra SIM kortelė, kuri identifikuoja jus (abonentą) tinklui. Be galiojančios SIM kortelės jūsų telefonas paprastai gali atlikti tik avarinius skambučius.

• Bazinių stočių posistemė (BSS): Ši dalis belaidžiu ryšiu sujungia jūsų telefoną su pagrindiniu tinklu. Ją sudaro du pagrindiniai komponentai:

  • Bazinių transiverių stotis (BTS): Tai yra bazės stotys, kurias matote visur. Jose yra radijo imtuvai ir antenos, kurios perduoda ir priima signalus tiesiogiai į jūsų telefoną ir iš jo. Kiekvienas bokštas apima tam tikrą sritį, vadinamą „celė“ (langeliu).
  • Bazinių stočių valdiklis (BSC): Įsivaizduokite tai kaip kelių bazės stočių (BTS) valdytoją. Jis valdo tokius dalykus kaip kanalo paskirstymas (dažnių ir laiko tarpsnių priskyrimas) ir „perdavimai“ – kai jūsų telefonas sklandžiai persijungia iš vieno bokšto į kitą, judant, nenutraukdamas skambučio.

• Tinklo komutavimo posistemė (NSS): Tai yra GSM tinklo „smegenys“ arba branduolys. Ji valdo skambučius, pranešimus ir stebi vartotojus. Pagrindinės dalys apima:

  • Mobiliojo ryšio komutavimo centras (MSC): Pagrindinis koordinuojantis elementas. Jis nukreipia skambučius į tinkamą vietą (ar tai būtų kitas mobilusis telefonas, ar įprastas fiksuotojo ryšio tinklas), tvarko pranešimų paslaugas (SMS) ir bendrauja su duomenų bazėmis, kad patikrintų abonento informaciją.
  • Namų vietos registras (HLR): Didelė duomenų bazė, kuri nuolat saugo informaciją apie kiekvieną to tinklo operatoriaus abonentą, įskaitant jų paslaugas, leidimus ir bendrą vietą.
  • Lankytojų vietos registras (VLR): Laikina duomenų bazė, susijusi su MSC. Kai keliaujate į tam tikro MSC aptarnaujamą sritį, VLR laikinai saugo jūsų informacijos kopiją iš HLR. Tai padeda MSC tvarkyti jūsų skambučius vietoje, nuolat netikrinant pagrindinio HLR.

• Veikimo ir palaikymo posistemė (OSS): Tai užkulisių dalis, kuri valdo visą tinklą. Ji tvarko tinklo stebėseną (užtikrina, kad viskas veikia), priežiūrą, programinės įrangos atnaujinimus, tinklo konfigūraciją, gedimų nustatymą ir saugumo valdymą. Ji užtikrina, kad tinklas veiktų sklandžiai ir patikimai.

Taigi, kai skambinate, jūsų telefonas (MS) kalba su artimiausia bazės stotimi (BTS), kurią valdo BSC. BSC prisijungia prie MSC NSS. MSC patikrina VLR/HLR, kad patvirtintų jūsų prenumeratą, ir tada nukreipia jūsų skambutį į paskirties vietą, ar tai būtų kitas mobiliojo ryšio vartotojas (einantis per savo tinklo dalis), ar kas nors, naudojantis fiksuotąjį ryšį.

 

GSM savybės ir privalumai

GSM tapo toks populiarus dėl kelių svarių priežasčių. Štai keletas pagrindinių jo privalumų:

• Tarptautinis tarptinklinis ryšys: Tai, ko gero, buvo didžiausias GSM pardavimo pranašumas. Kadangi daugelis šalių priėmė GSM standartą, tinklų operatoriai galėjo sudaryti susitarimus, leidžiančius savo klientams naudotis telefonais kituose GSM tinkluose keliaujant užsienyje. Tai gerokai palengvino tarptautines keliones mobiliojo ryšio vartotojams.

• SIM kortelės lankstumas: Maža, išimama SIM kortelė buvo puiki idėja. Ji saugo jūsų unikalią abonento informaciją. Tai reiškia, kad galite lengvai perkelti savo telefono numerį ir paslaugų planą į naują GSM telefoną, tiesiog perkeldami SIM kortelę. Jūs nebuvote pririšti prie konkretaus įrenginio, kaip kai kuriose kitose sistemose.

• Saugus ryšys (savo laiku): Palyginti su senesnėmis analoginėmis sistemomis, GSM pasiūlė patobulintą saugumą. Jis naudojo skaitmeninį šifravimą skambučiams užšifruoti, todėl atsitiktiniams klausytojams buvo sunkiau klausytis. Nors ir nebuvo tobulas pagal šiandienos standartus, tai buvo reikšmingas žingsnis į priekį.

• Plačus paplitimas: GSM pasiekė milžinišką pasaulinį mastą. Jis tapo dominuojančiu standartu Europoje, Azijoje, Afrikoje ir Okeanijoje, taip pat buvo plačiai naudojamas Amerikose. Ši didžiulė vartotojų bazė sukūrė masto ekonomiją, todėl telefonai ir tinklo įranga tapo pigesni ir labiau prieinami.

• Suderinamumas su ankstyvaisiais IoT įrenginiais: GSM paprastumas ir platus padengimas (ypač su GPRS pagrindiniams duomenims) padarė jį tinkamu ankstyvam mašinų tarpusavio ryšiui (M2M) ir daiktų interneto (IoT) įrenginiams. Pagalvokite apie tokius dalykus kaip išmanieji skaitikliai, siunčiantys rodmenis, prekybos automatai, pranešantys apie atsargas, arba pagrindinės transporto priemonių sekimo sistemos.

Nuotrauka: Andrey Metelev iš Unsplash

 

GSM, CDMA ir LTE: pagrindiniai skirtumai

GSM nebuvo vienintelė mobiliojo ryšio technologija. Kai kuriose pasaulio dalyse, ypač Šiaurės Amerikoje ir Azijos dalyse, kita 2G/3G technologija, vadinama CDMA, taip pat buvo populiari. O šiandien LTE (4G) ir 5G yra dominuojantys standartai. Štai paprastas palyginimas:

 

GSM saugumas

Kai GSM buvo kuriamas devintojo dešimtmečio pabaigoje, saugumas buvo svarbus aspektas, ypač lyginant su lengvai skenuojamais analoginiais tinklais.

GSM įdiegė šifravimą balso skambučiams apsaugoti. Pagrindiniai naudojami algoritmai buvo A5/1, o vėliau A5/2. Šie algoritmai užšifravo pokalbį tarp telefono ir bazės stoties, todėl paprastam radijo skaitytuvui buvo sunku klausytis. Taip pat buvo naudojami autentifikavimo procesai, siekiant patvirtinti SIM kortelę tinklui, padedant išvengti klonavimo (nors ir ne visiškai).

Pažeidžiamumas ir saugumo problemos

Nors ir buvo patobulinimas, GSM saugumas nebuvo tobulas, ypač pagal šiuolaikinius standartus.

• Silpnas šifravimas: Vėliau paaiškėjo, kad A5/1 algoritmas turi silpnų vietų, kurias potencialiai galima nulaužti turint pakankamai skaičiavimo galios. A5/2 buvo dar silpnesnis ir sąmoningai sukurtas taip, kad vyriausybės galėtų lengvai jį nulaužti.

• Bokšto ir tinklo ryšys: Dažnai šifravimas buvo taikomas tik tarp telefono ir bazės stoties (BTS). Ryšys nuo bokšto atgal į pagrindinį tinklą ne visada buvo užšifruotas, todėl atsirado potenciali silpna vieta.

• IMSI gaudyklės: Įrenginiai, žinomi kaip „IMSI gaudyklės“ arba „Stingrays“, gali apsimesti teisėtomis bazės stotimis, apgaudami telefonus prisijungti prie jų. Tai leidžia atakatoriams perimti skambučius/žinutes arba sekti vartotojo buvimo vietą.

• Abipusio autentifikavimo trūkumas (originalioje specifikacijoje): Iš pradžių tinklas autentifikavo tik telefoną/SIM. Telefonas ne visada autentifikuodavo tinklo, todėl jis buvo pažeidžiamas netikrų bokštų atakoms.

Ar šiuolaikiniai GSM tinklai apsaugoti?

Svarbu atsiminti, kad pati GSM yra sena technologija. Nors kai kurios pagrindinės GSM paslaugos dar gali veikti, didžioji dalis balso ir duomenų srauto šiandien vyksta per 3G, 4G (LTE) ir 5G tinklus. Šie naujesni standartai turi daug stipresnes saugumo funkcijas:

• Stipresnis šifravimas: 4G/5G tinkluose naudojami tokie algoritmai kaip AES, kurie yra daug patikimesni.

• Abipusis autentifikavimas: Tiek įrenginys, tiek tinklas autentifikuoja vienas kitą, todėl netikrų bokštų atakos tampa sudėtingesnės.

• Visapusis saugumas: Dedamos pastangos užtikrinti ryšių saugumą giliau tinklo branduolyje.

• Reguliarūs atnaujinimai: Saugumo protokolai nuolat peržiūrimi ir atnaujinami.

Taigi, nors GSM turėjo žinomų saugumo trūkumų, tinklai, kuriuos dauguma žmonių naudoja kasdien (4G/5G), siūlo daug geresnę apsaugą.

 

GSM apribojimai

Nepaisant sėkmės, GSM turėjo ir savo trūkumų, ypač tobulėjant technologijoms:

• Trikdžių problemos: Kadangi GSM signalai yra pagrįsti radijo bangomis, juos galėjo paveikti fizinės kliūtys, tokios kaip pastatai, kalvos ar net blogas oras. Tai galėjo sukelti nutrūkusius skambučius arba prastą signalo kokybę tam tikrose srityse. Elektros trikdžiai iš kitų prietaisų taip pat kartais galėjo sukelti problemų.

• Ribotas duomenų perdavimo greitis: Tai yra didžiausias GSM apribojimas pagal šiandienos standartus. Nors GPRS ir EDGE atnaujinimai pridėjo duomenų galimybes, greitis buvo labai lėtas, palyginti su 3G, jau nekalbant apie 4G ar 5G. Vaizdo transliacija ar sudėtingų programėlių naudojimas tiesiog nebuvo įmanomas su grynu 2G GSM ryšiu. Svarbu suprasti, ką iš esmės reiškia GSM – pripažinti, kad ji buvo sukurta pirmiausia balsui, o duomenims – antraip.

• Repetitorių poreikis silpno signalo zonose: Vietovėse, kuriose natūralus padengimas buvo prastas (pvz., giliai dideliuose pastatuose ar atokiose kaimo vietovėse), dažnai reikėjo signalo stiprintuvų ar repetitorių, kad sustiprintų GSM signalą ir paslauga būtų naudojama. Tai padidino sudėtingumą ir sąnaudas užtikrinant visapusį padengimą.

• Talpos apribojimai: TDMA struktūra, nors ir sumani, turėjo apribojimų, kiek vartotojų galėjo dalintis dažniu tam tikroje srityje. Labai tankiai apgyvendintose vietovėse tinklas kartais galėjo tapti perkrautas piko valandomis.

Šie apribojimai paskatino poreikį evoliucijai į 3G, 4G ir 5G, kurios buvo sukurtos šioms problemoms įveikti, ypač atsižvelgiant į duomenų spartą ir talpą.

 

GSM JAV ir pasaulinis naudojimas

Istoriškai JAV „AT&T“ ir „T-Mobile“ buvo pagrindiniai GSM operatoriai. Tačiau tai sparčiai keičiasi. Abu operatoriai, kaip ir kiti visame pasaulyje, šiuo metu išjungia savo senesnius 2G (GSM) ir 3G tinklus. Jiems reikia radijo dažnio erdvės (spektro), kurią naudojo šios senesnės technologijos, kad sukurtų savo greitesnius, efektyvesnius 4G LTE ir 5G tinklus. Nors kai kurie minimalūs GSM pajėgumai gali išlikti tam tikriems M2M/IoT naudojimams ar tarptinklinio ryšio susitarimams laikinai, aktyvus vartotojų naudojimas nyksta. Geriausia daryti prielaidą, kad į vartotojus orientuoti GSM tinklai JAV iš esmės išnykę arba išnyks labai greitai.

JAV situacija atspindi pasaulinę tendenciją. Šalys visoje Europoje, Azijoje ir Australijoje taip pat aktyviai išjungia savo 2G ir 3G tinklus. Laiko juosta skiriasi priklausomai nuo šalies ir operatoriaus – kai kurios jau baigė išjungimus, o kitos planuoja tai daryti per ateinančius kelerius metus.

Priežastys yra nuoseklios: atgauti vertingą spektrą 4G/5G, sumažinti senų tinklų priežiūros išlaidas ir paskatinti vartotojus pereiti prie modernesnių, efektyvesnių technologijų.

Daugumai žmonių, naudojančių išmaniuosius telefonus, pagamintus per pastaruosius 5-7 metus, šis išjungimas greičiausiai neturės tiesioginės įtakos. Šiuolaikiniai telefonai daugiausia naudoja 4G LTE ir 5G. Tačiau, štai ką reikia daryti, jei GSM tinklai išjungiami:
:

• Patikrinkite savo telefoną: Jei turite labai seną telefoną (galbūt pagrindinį funkcinį telefoną, pagamintą prieš 10+ metų), jis gali palaikyti tik 2G/3G. Kai tie tinklai bus išjungti jūsų vietovėje, tas telefonas praras ryšį (išskyrus galbūt avarinio ryšio skambučius). Jums reikėtų atnaujinti telefoną į palaikantį 4G LTE (ir pageidautina VoLTE – Balsą per LTE) arba 5G.

• Patikrinkite IoT įrenginius: Kai kurie senesni išmaniųjų namų įrenginiai, signalizacijos sistemos ar transporto priemonių sekikliai gali priklausyti nuo 2G/3G tinklų. Šių įrenginių naudotojams gali tekti pasitarti su paslaugų teikėju ar gamintoju dėl atnaujinimo galimybių ar galimo paslaugų praradimo.

• Keliautojai: Nors tarptautinis tarptinklinis ryšys buvo GSM stiprybė, tinklams išsijungus visame pasaulyje, pasikliauti tik 2G/3G tarptinkliniu ryšiu tampa mažiau perspektyvu. Šiuolaikiniai telefonai, palaikantys kelias 4G/5G juostas, yra būtini patikimam tarptautiniam ryšiui.

Nuotrauka: Christopher iš Unsplash

 

Pereikite nuo GSM į ateitį su „Yoho Mobile“ eSIM!

Kaip GSM pakeitė mobilųjį ryšį, taip „Yoho Mobile“ eSIM perkelia jį į kitą lygį. Pamirškite vietinių SIM kortelių paiešką ar rūpestį dėl suderinamumo su senstančiais tinklais. „Yoho Mobile“ siūlo sklandų ryšį, naudojant šiuolaikinius 4G ir 5G tinklus visame pasaulyje, viską patogiai naudojant eSIM. Jokių fizinių SIM kortelių keitimų – tiesiog momentinis, pasaulinis ryšys, kad ir kur bekeliautumėte.

Likite prisijungę keliaudami – išbandykite „Yoho Mobile“ nemokamą eSIM bandomąją versiją ir gaukite momentinę prieigą prie mobiliojo duomenų ryšio daugiau nei 70 šalių. Jokios SIM kortelės, jokių sutarčių – tiesiog greitas nustatymas ir prisijungsite prie interneto per kelias minutes.

Jei vėliau norėsite įsigyti eSIM planą, naudokite kodą YOHO12 atsiskaitydami ir gaukite 12% nuolaidą!