Galīgais ceļvedis par GSM: Viss, kas jums jāzina

Vai esat kādreiz brīnījušies, kā jūsu mobilais tālrunis maģiski savieno jūs ar cilvēkiem tālu prom? Ilgi pirms superātrā interneta, ko lietojam šodien, pastāvēja revolucionāra tehnoloģija, kas visu aizsāka. Šī tehnoloģija palīdzēja miljardiem cilvēku sarunāties un sūtīt īsziņas visā pasaulē. Mēs runājam par GSM. Bet kas īsti ir GSM, un kāpēc tas bija tik svarīgs?

Gatavojieties atklāt vienkāršu stāstu par tehnoloģiju, kas izveidoja pamatu mobilajai pasaulei, kādu mēs pazīstam šodien! Šis ceļvedis vienkāršos vārdos iepazīstinās jūs ar visu, kas jāzina par GSM.

Pasaules kartes vektori no Vecteezy

Kas ir GSM?

GSM nozīmē Globālā sistēma mobilajām komunikācijām (Global System for Mobile Communications). Būtībā tas ir digitāls standarts, noteikumu un tehnoloģiju kopums, ko mobilie tālruņi un tīkli izmanto, lai sazinātos savā starpā. Tā galvenās iezīmes ir:

• Digitāls: Atšķirībā no vecākām analogajām sistēmām (piemēram, radio ar traucējumiem), GSM izmanto digitālos signālus. Tas nodrošina skaidrākus zvanus un mazāk statiskās elektrības.

• Zvani un īsziņas: GSM tika primāri izstrādāts balss zvaniem un vienkāršām īsziņām (SMS - Short Message Service).

• SIM kartes: Viena no atpazīstamākajām GSM iezīmēm ir SIM (Subscriber Identity Module) karte. Šis mazais čips glabā jūsu konta informāciju. Jūs varat ievietot savu SIM karti dažādos GSM tālruņos, un jūsu numurs un pakalpojumu plāns ceļos līdzi.

• Globālais standarts: Tas kļuva par pasaulē visplašāk pieņemto mobilo sakaru standartu, ko izmanto Eiropā, Āzijā, Āfrikā un daudzos citos reģionos.

Iedomājieties noslogotu šoseju. Kā jūs uz tās ievietojat daudz automašīnu, lai tās nesadurtos? GSM izmanto sistēmu, ko sauc par TDMA (Time Division Multiple Access). Iedomājieties radioviļņu frekvenci (šoseju), kas pieejama tīklam. TDMA sadala šo frekvenci mazos laika intervālos. Katrs tālruņa zvans iegūst savu mazu laika posmu, lai ‘runātu’ šajā frekvencē. Tas notiek tik ātri, ka jums tas šķiet nepārtraukta saruna. Tas ir tā, it kā daudzi cilvēki ātri pa kārtai runātu vienā radio kanālā.

GSM darbojas arī specifiskās frekvenču joslās, kas ir kā īpaši radio kanāli, kurus valdības piešķir mobilajai lietošanai. Vispārējās GSM joslas ietver 900 MHz un 1800 MHz daudzās pasaules daļās, un 850 MHz un 1900 MHz galvenokārt Amerikā. Jūsu tālrunim ir jāatbalsta tās joslas, ko izmanto jūsu reģionā vai reģionā, uz kuru ceļojat.

 

GSM attīstība

Mobilie tālruņi ne vienmēr bija tik gudri vai savienoti, kādi tie ir šodien. GSM spēlēja milzīgu lomu, lai mēs nokļūtu līdz šim. Apskatīsim tā ceļu.

Viedtālruņu vektori no Vecteezy
 

Agrīnie mobilie tīkli

Pirms GSM, 1980. gados, Eiropā bija dažādas analogās mobilo tālruņu sistēmas (bieži sauktas par 1G jeb Pirmā paaudze). Tālrunis no vienas valsts nedarbotos citā. Zvani nebija ļoti skaidri, un drošība bija vāja. Tas viss bija mulsinoši un ierobežoti.

Eiropas valstis saprata, ka tām nepieciešams vienots standarts, lai uzlabotu mobilo komunikāciju un ļautu cilvēkiem izmantot savus tālruņus pāri robežām. Tāpēc piedzima GSM – lai izveidotu Globālu sistēmu, ko varētu izmantot ikviens. Tā tika izstrādāta kā digitāla no paša sākuma, piedāvājot labāku kvalitāti un drošību.

Galvenie pavērsieni (2G, GPRS, EDGE un UMTS)

• GSM (2G - otrā paaudze): Tas ir oriģinālais standarts, ko mēs apspriežam. Uzsākts 90. gadu sākumā, tas koncentrējās uz digitālajiem balss zvaniem un SMS īsziņām. Tas bija milzīgs uzlabojums salīdzinājumā ar 1G.

• GPRS (Vispārējais pakešu radio pakalpojums): Bieži saukts par “2.5G”, GPRS bija GSM tīklu uzlabojums. Tas ļāva izveidot “vienmēr ieslēgtus” datu savienojumus, lai gan ātrums bija diezgan lēns (domājiet par ļoti pamata mobilo tīmekļa pārlūkošanu vai e-pastu).

• EDGE (Uzlabotas datu pārraides ātrums GSM attīstībai): Vēl viens uzlabojums, dažreiz saukts par “2.75G”. EDGE piedāvāja ātrāku datu pārraidi nekā GPRS, padarot mobilo internetu nedaudz lietojamāku, bet joprojām daudz lēnāku nekā tas, kas mums ir tagad.

• UMTS (Universālā mobilo telesakaru sistēma): Tas iezīmēja 3G (trešās paaudzes) sākumu. Lai gan tehniski tā ir cita tehnoloģiju sistēma, UMTS tika izstrādāts kā evolūcijas ceļš no GSM. Tas piedāvāja daudz ātrāku datu pārraidi, nodrošinot videozvanus un labāku mobilo internetu. Daudzi 3G tīkli tika veidoti uz GSM izveidotās pamatstruktūras.

Izpratne par to, kas ir GSM, palīdz mums novērtēt, kā šīs vēlākās tehnoloģijas balstījās uz tā panākumiem.

 

Pāreja no GSM uz moderniem tīkliem (4G LTE un 5G)

Augot mūsu vajadzībai pēc datiem – straumēšanai, lietotnēm, sociālajiem medijiem un citam – pat 3G vairs nebija pietiekami ātrs. Tas noveda pie 4G LTE (Long-Term Evolution) un tagad 5G (piektās paaudzes) tīklu attīstības. Šīs tehnoloģijas ievērojami atšķiras no GSM, izmantojot modernākas metodes (piemēram, OFDMA, ko apspriedīsim vēlāk), lai nodrošinātu neticami lielu ātrumu un atbalstītu daudz vairāk savienotu ierīču vienlaikus.

Tā kā mobilie tīkli attīstījās no GSM līdz jaudīgajām 4G LTE un 5G tehnoloģijām, mainījās arī mūsu savienojuma veids. eSIM (iegultā SIM) ir nākamais pagrieziena punkts šajā evolūcijā, novēršot nepieciešamību pēc fiziskajām SIM kartēm un piedāvājot vienmērīgāku, ātrāku un elastīgāku veidu, kā palikt savienotam. Tāpat kā GSM lika pamatus mobilajai komunikācijai, eSIM veido nākotni.

Analogo vektori no Vecteezy
 

Kā strukturēti GSM tīkli

GSM tīkls nav tikai jūsu tālrunis un mobilo sakaru tornis. Tā ir sarežģīta sistēma ar vairākām galvenajām daļām, kas darbojas kopā. Vienkāršoti to aplūkosim:

• Mobilās ierīces (Mobilā stacija - MS): Tas ir jūsu tālrunis, planšetdators vai jebkura ierīce, kas savienojas ar tīklu. Būtiskākā daļa šeit ir SIM karte, kas identificē jūs (abonentu) tīklam. Bez derīgas SIM kartes jūsu tālrunis parasti var veikt tikai ārkārtas zvanus.

• Bāzes stacijas apakšsistēma (BSS): Šī daļa bezvadu režīmā savieno jūsu tālruni ar galveno tīklu. Tai ir divas galvenās sastāvdaļas:

  • Bāzes transīvera stacija (BTS): Tie ir mobilo sakaru torņi, ko redzat visur. Tie satur radio un antenas, kas pārraida un saņem signālus tieši uz un no jūsu tālruņa. Katrs tornis aptver noteiktu apgabalu, ko sauc par ‘šūnu’.
  • Bāzes stacijas kontrolieris (BSC): Iedomājieties to kā vairāku mobilo sakaru torņu (BTS) pārvaldnieku. Tas kontrolē tādas lietas kā kanālu piešķiršana (frekvenču un laika intervālu piešķiršana) un ‘nodošana’ – kad jūsu tālrunis, pārvietojoties, nemanāmi pārslēdzas no viena torņa uz otru, nepārtraucot zvanu.

• Tīkla komutācijas apakšsistēma (NSS): Tas ir GSM tīkla ‘smadzenes’ jeb kodols. Tas pārvalda zvanus, ziņojumus un seko lietotājiem. Galvenās daļas ietver:

  • Mobilā komutācijas centrs (MSC): Centrālais koordinējošais elements. Tas novirza zvanus uz pareizo vietu (vai nu uz citu mobilo tālruni, vai uz parasto fiksētā tālruņa tīklu), apstrādā ziņojumapmaiņas pakalpojumus (SMS) un sazinās ar datu bāzēm, lai pārbaudītu abonenta informāciju.
  • Mājas atrašanās vietas reģistrs (HLR): Liela datu bāze, kas pastāvīgi glabā informāciju par katru tīkla operatora abonentu, ieskaitot viņu pakalpojumus, atļaujas un vispārējo atrašanās vietu.
  • Viesu atrašanās vietas reģistrs (VLR): Pagaidu datu bāze, kas saistīta ar MSC. Kad ceļojat uz apgabalu, ko apkalpo konkrēts MSC, VLR glabā pagaidu informācijas kopiju no HLR. Tas palīdz MSC apstrādāt jūsu zvanus lokāli, nemitīgi nepārbaudot galveno HLR.

• Darbības un atbalsta apakšsistēma (OSS): Tā ir aizkulišu daļa, kas pārvalda visu tīklu. Tā nodrošina tīkla uzraudzību (pārliecinās, ka viss darbojas), uzturēšanu, programmatūras atjauninājumus, tīkla konfigurāciju, kļūdu noteikšanu un drošības pārvaldību. Tā nodrošina, ka tīkls darbojas vienmērīgi un uzticami.

Tātad, veicot zvanu, jūsu tālrunis (MS) sazinās ar tuvāko mobilo sakaru torni (BTS), ko pārvalda BSC. BSC savienojas ar MSC NSS ietvaros. MSC pārbauda VLR/HLR, lai pārbaudītu jūsu abonementu, un pēc tam novirza jūsu zvanu uz galamērķi, vai tas būtu cits mobilais lietotājs (izmantojot viņa tīkla daļas) vai kāds fiksētā tālruņa tīklā.

 

GSM funkcijas un priekšrocības

GSM kļuva tik populārs vairāku pamatotu iemeslu dēļ. Šeit ir dažas no tā galvenajām priekšrocībām:

• Starptautiskā viesabonēšana: Tas, iespējams, bija GSM lielākais pārdošanas punkts. Tā kā tik daudzas valstis pieņēma GSM standartu, tīkla operatori varēja noslēgt līgumus, kas ļāva viņu klientiem izmantot savus tālruņus citos GSM tīklos, ceļojot uz ārzemēm. Tas padarīja starptautisko ceļošanu daudz vieglāku mobilajiem lietotājiem.

• SIM kartes elastība: Mazā, noņemamā SIM karte bija ģeniāla ideja. Tā glabā jūsu unikālo abonenta informāciju. Tas nozīmē, ka jūs varat viegli pārslēgt savu tālruņa numuru un pakalpojumu plānu uz jaunu GSM tālruni, vienkārši pārvietojot SIM karti. Jūs nebija piesaistīts konkrētai ierīcei, kā tas bija citās sistēmās.

• Droša komunikācija (savā laikā): Salīdzinot ar vecākām analogajām sistēmām, GSM piedāvāja uzlabotu drošību. Tas izmantoja digitālo šifrēšanu, lai sakropļotu zvanus, padarot grūtāk parastiem noklausītājiem ieklausīties. Lai gan pēc mūsdienu standartiem nav perfekti, tas bija ievērojams solis uz priekšu.

• Plaša ieviešana: GSM sasniedza milzīgu globālu mērogu. Tas kļuva par dominējošo standartu Eiropā, Āzijā, Āfrikā un Okeānijā, un tika plaši izmantots arī Amerikā. Šis milzīgais lietotāju skaits radīja apjoma ekonomiju, padarot tālruņus un tīkla aprīkojumu lētāku un pieejamāku.

• Saderība ar agrīnām IoT ierīcēm: GSM vienkāršība un plašais pārklājums (īpaši ar GPRS pamata datiem) padarīja to piemērotu agrīnai mašīnu-mašīnu (M2M) komunikācijai un lietu interneta (IoT) ierīcēm. Iedomājieties tādas lietas kā viedie skaitītāji, kas sūta rādījumus, tirdzniecības automāti, kas ziņo par krājumiem, vai pamata transportlīdzekļu izsekošanas sistēmas.

Photo by Andrey Metelev on Unsplash

 

GSM pret CDMA pret LTE: Galvenās atšķirības

GSM nebija vienīgā mobilā tehnoloģija. Dažās pasaules daļās, īpaši Ziemeļamerikā un daļā Āzijas, populāra bija arī cita 2G/3G tehnoloģija, ko sauc par CDMA. Un šodien LTE (4G) un 5G ir dominējošie standarti. Šeit ir vienkāršs salīdzinājums:

 

Drošība GSM tīklā

Kad GSM tika izstrādāts 80. gadu beigās, drošība tika ņemta vērā, īpaši salīdzinot ar viegli skenējamajiem analogajiem tīkliem.

GSM ieviesa šifrēšanu balss zvanu aizsardzībai. Galvenie izmantotie algoritmi bija A5/1 un vēlāk A5/2. Šie algoritmi šifrēja sarunu starp tālruni un mobilo sakaru torni, padarot grūti nejaušiem noklausītājiem ieklausīties. Tika izmantoti arī autentifikācijas procesi, lai pārbaudītu SIM karti ar tīklu, palīdzot novērst klonēšanu (lai gan ne perfekti).

Ievainojamības un drošības problēmas

Lai gan uzlabojums, GSM drošība nebija pilnīgi droša, īpaši pēc mūsdienu standartiem.

• Vāja šifrēšana: A5/1 algoritms vēlāk tika atzīts par vāju, un to varēja potenciāli uzlauzt ar pietiekami lielu skaitļošanas jaudu. A5/2 bija vēl vājāks un apzināti izstrādāts, lai valdības to viegli varētu uzlauzt.

• Torņa-tīkla saite: Bieži vien šifrēšana attiecās tikai uz savienojumu starp tālruni un mobilo sakaru torni (BTS). Savienojums no torņa uz kodola tīklu ne vienmēr tika šifrēts, radot potenciālu vāju vietu.

• IMSI uztvērēji: Ierīces, kas pazīstamas kā “IMSI Catchers” vai “Stingrays”, var izlikties par likumīgiem mobilo sakaru torņiem, apmānot tālruņus, lai tie pieslēgtos tām. Tas ļauj uzbrucējiem pārtvert zvanus/īsziņas vai izsekot lietotāja atrašanās vietu.

• Savstarpējas autentifikācijas trūkums (oriģinālajā specifikācijā): Sākotnēji tīkls autentificēja tikai tālruni/SIM. Tālrunis ne vienmēr autentificēja tīklu, padarot to neaizsargātu pret viltus torņu uzbrukumiem.

Vai modernie GSM tīkli ir aizsargāti?

Ir svarīgi atcerēties, ka pats GSM ir veca tehnoloģija. Lai gan daži pamata GSM pakalpojumi joprojām var darboties, lielākā daļa balss un datu plūsmas šodien notiek pa 3G, 4G (LTE) un 5G tīkliem. Šiem jaunākajiem standartiem ir daudz spēcīgākas drošības funkcijas:

• Spēcīgāka šifrēšana: 4G/5G tīklos tiek izmantoti tādi algoritmi kā AES, kas ir daudz robustāki.

• Savstarpēja autentifikācija: Gan ierīce, gan tīkls autentificē viens otru, apgrūtinot viltus torņu uzbrukumus.

• Gala-līdz-galam drošība: Tiek pieliktas pūles, lai nodrošinātu saziņu dziļāk tīkla kodolā.

• Regulāri atjauninājumi: Drošības protokoli tiek nepārtraukti pārskatīti un atjaunināti.

Tātad, lai gan GSM bija zināmas drošības nepilnības, tīkli, ko lielākā daļa cilvēku ikdienā izmanto (4G/5G), piedāvā daudz labāku aizsardzību.

 

GSM ierobežojumi

Neskatoties uz panākumiem, GSM bija savi trūkumi, īpaši attīstoties tehnoloģijām:

• Traucējumu problēmas: Tā kā GSM signāli balstās uz radioviļņiem, tos varēja ietekmēt fiziski šķēršļi, piemēram, ēkas, kalni vai pat slikti laikapstākļi. Tas varēja izraisīt zvanu pārtraukumus vai sliktu signāla kvalitāti noteiktās vietās. Elektriskie traucējumi no citām ierīcēm arī dažkārt varēja radīt problēmas.

• Ierobežots datu ātrums: Tas ir GSM lielākais ierobežojums pēc mūsdienu standartiem. Lai gan GPRS un EDGE uzlabojumi pievienoja datu iespējas, ātrumi bija ļoti lēni salīdzinājumā ar 3G, nemaz nerunājot par 4G vai 5G. Video straumēšana vai sarežģītu lietotņu izmantošana tīrā 2G GSM savienojumā vienkārši nebija iespējama. Izpratne par to, ko GSM pēc būtības nozīmē, atzīstot, ka tas tika veidots galvenokārt balss, otrkārt datiem.

• Nepieciešamība pēc retranslātoriem vāja signāla zonās: Vietās ar sliktu dabisko pārklājumu (piemēram, dziļi lielās ēkās vai attālās lauku vietās) bieži bija nepieciešami signāla pastiprinātāji vai retranslātori, lai pastiprinātu GSM signālu un padarītu pakalpojumu lietojamu. Tas palielināja sarežģītību un izmaksas, lai nodrošinātu pārklājumu visur.

• Kapacitātes ierobežojumi: TDMA struktūrai, lai gan gudra, bija ierobežojumi tam, cik lietotāji varēja koplietot frekvenci noteiktā apgabalā. Ļoti blīvi apdzīvotās vietās tīkls dažkārt varēja pārslogoties maksimālās noslodzes stundās.

Šie ierobežojumi veicināja nepieciešamību pēc evolūcijas uz 3G, 4G un 5G, kas tika izstrādātas, lai pārvarētu šīs problēmas, īpaši attiecībā uz datu ātrumu un kapacitāti.

 

GSM ASV un globālā izmantošana

Vēsturiski ASV AT&T un T-Mobile bija galvenie GSM operatori. Tomēr tas strauji mainās. Abi operatori, tāpat kā citi visā pasaulē, pakāpeniski izslēdz savus vecākos 2G (GSM) un 3G tīklus. Viņiem nepieciešama radioviļņu frekvenču telpa (spektrs), ko izmantoja šīs vecākās tehnoloģijas, lai izveidotu savus ātrākos, efektīvākos 4G LTE un 5G tīklus. Lai gan dažas minimālas GSM iespējas var palikt īpašām M2M/IoT vajadzībām vai pagaidu viesabonēšanas līgumiem, aktīva patērētāju izmantošana izzūd. Vislabāk ir pieņemt, ka uz patērētājiem orientēti GSM tīkli ASV ir faktiski pazuduši vai ļoti drīz pazudīs.

ASV situācija atspoguļo globālu tendenci. Valstis visā Eiropā, Āzijā un Austrālijā arī aktīvi izslēdz savus 2G un 3G tīklus. Laika grafiks atšķiras atkarībā no valsts un operatora, dažās valstīs izslēgšana jau ir pabeigta, bet citās tā ir plānota nākamajos gados.

Iemesli ir nemainīgi: atgūt vērtīgu spektru 4G/5G, samazināt veco tīklu uzturēšanas izmaksas un mudināt lietotājus pāriet uz modernāku, efektīvāku tehnoloģiju.

Lielākajai daļai cilvēku, kas izmanto pēdējo 5-7 gadu laikā ražotus viedtālruņus, šī izslēgšana, visticamāk, tieši neietekmēs. Mūsdienu tālruņi galvenokārt izmanto 4G LTE un 5G. Tomēr, lūk, kas jums jādara, ja GSM tīkli tiek izslēgti:
:

• Pārbaudiet savu tālruni: Ja jums ir ļoti vecs tālrunis (varbūt pamata funkciju tālrunis no pirms 10+ gadiem), tas var atbalstīt tikai 2G/3G. Kad šie tīkli jūsu reģionā tiks izslēgti, šis tālrunis zaudēs pakalpojumu (izņemot, iespējams, ārkārtas zvanus). Jums būtu jāpārslēdzas uz tālruni, kas atbalsta 4G LTE (un ideālā gadījumā VoLTE – Voice over LTE) vai 5G.

• Pārbaudiet IoT ierīces: Dažas vecākas viedās mājas ierīces, signalizācijas sistēmas vai transportlīdzekļu izsekošanas ierīces var paļauties uz 2G/3G tīkliem. Šo ierīču lietotājiem, iespējams, būs jāsazinās ar pakalpojumu sniedzēju vai ražotāju par jaunināšanas iespējām vai iespējamu pakalpojumu zaudēšanu.

• Ceļotāji: Lai gan starptautiskā viesabonēšana bija GSM stiprā puse, tīkliem slēdzoties visā pasaulē, paļaušanās tikai uz 2G/3G viesabonēšanai kļūst mazāk dzīvotspējīga. Mūsdienu tālruņi, kas atbalsta vairākas 4G/5G joslas, ir būtiski uzticamai starptautiskai savienojamībai.

Photo by Christopher on Unsplash

 

Pārejiet no GSM uz nākotni ar Yoho Mobile eSIM!

Tāpat kā GSM mainīja mobilo komunikāciju, Yoho Mobile eSIM paceļ to jaunā līmenī. Aizmirstiet par vietējo SIM karšu meklēšanu vai raizēm par saderību ar novecojošiem tīkliem. Yoho Mobile piedāvā nevainojamu savienojamību, izmantojot modernus 4G un 5G tīklus visā pasaulē, un tas viss, pateicoties eSIM ērtībai. Nav fizisku SIM karšu maiņas — tikai tūlītēja, globāla savienojamība, lai kur jūs dotos.

Palieciet savienoti ceļojuma laikā — izmēģiniet Yoho Mobile bezmaksas eSIM izmēģinājumu un iegūstiet tūlītēju piekļuvi mobilajiem datiem vairāk nekā 70 valstīs. Nav SIM kartes, nav līgumu — tikai ātra iestatīšana, un jūs esat tiešsaistē dažu minūšu laikā.

Ja vēlaties iegādāties eSIM plānu pēc tam, izmantojiet kodu YOHO12 pie kases, lai saņemtu 12% atlaidi!