Ghidul complet al GSM: Tot ce trebuie să știi

Te-ai întrebat vreodată cum te conectează magic telefonul mobil cu oameni aflați la kilometri distanță? Cu mult înainte de internetul super-rapid pe care îl folosim astăzi, a existat o tehnologie revoluționară care a pus bazele tuturor. Această tehnologie a ajutat miliarde de oameni să vorbească și să-și trimită mesaje unii altora pe tot globul. Vorbim despre GSM. Dar ce este GSM, cu adevărat, și de ce a fost atât de important?

Pregătește-te să descoperi povestea simplă din spatele tehnologiei care a construit fundația pentru lumea mobilă pe care o cunoaștem astăzi! Acest ghid te va ghida prin tot ce trebuie să înțelegi despre GSM în termeni simpli.

Vectori hartă mondială de la Vecteezy

Ce este GSM?

GSM înseamnă Global System for Mobile Communications (Sistem Global pentru Comunicații Mobile). Este practic un standard digital, un set de reguli și tehnologii, pe care telefoanele mobile și rețelele le folosesc pentru a comunica între ele. Caracteristicile sale cheie sunt:

• Digital: Spre deosebire de sistemele analogice mai vechi (precum radioul cu zgomot), GSM folosește semnale digitale. Acest lucru înseamnă apeluri mai clare și mai puțin static.

• Apeluri și SMS-uri: GSM a fost proiectat în principal pentru apeluri vocale și mesaje text simple (SMS - Short Message Service).

• Cartele SIM: Una dintre cele cele mai recognoscibile caracteristici ale GSM este cartela SIM (Subscriber Identity Module - Modul de Identitate a Abonatului). Acest mic cip stochează informațiile contului tău. Poți introduce cartela SIM în diferite telefoane GSM, iar numărul și planul tău de serviciu vin cu ea.

• Standard Global: A devenit cel mai larg adoptat standard mobil din lume, utilizat în Europa, Asia, Africa și multe alte regiuni.

Imaginează-ți o autostradă aglomerată. Cum încap multe mașini pe ea fără să se ciocnească? GSM folosește un sistem numit TDMA (Time Division Multiple Access - Acces Multiplu prin Diviziune în Timp). Gândește-te la frecvența radio (autostrada) disponibilă rețelei. TDMA împarte această frecvență în mici intervale de timp. Fiecare apel telefonic primește propria sa mică felie de timp pentru a ‘vorbi’ pe acea frecvență. Se întâmplă atât de repede încât sună ca o conversație continuă pentru tine. Este ca și cum mulți oameni ar lua rapid rând pe rând să vorbească pe același canal radio.

GSM operează și pe benzi de frecvență specifice, care sunt ca niște canale radio dedicate, alocate de guverne pentru utilizare mobilă. Benzile GSM comune includ 900 MHz și 1800 MHz în multe părți ale lumii, și 850 MHz și 1900 MHz în principal în Americi. Telefonul tău trebuie să suporte benzile utilizate în zona ta sau în zona în care călătorești.

 

Evoluția GSM

Telefoanele mobile nu au fost întotdeauna atât de inteligente sau conectate ca astăzi. GSM a jucat un rol masiv în a ne aduce aici. Să aruncăm o privire asupra călătoriei sale.

Vectori smartphone de la Vecteezy
 

Rețelele mobile timpurii

Înainte de GSM, în anii 1980, Europa avea o varietate de sisteme de telefonie mobilă analogice diferite (adesea numite 1G, sau Prima Generație). Un telefon dintr-o țară nu funcționa în alta. Apelurile nu erau foarte clare, iar securitatea era slabă. Era totul confuz și limitat.

Țările europene au realizat că aveau nevoie de un standard unic, unificat pentru a îmbunătăți comunicațiile mobile și a permite oamenilor să-și folosească telefoanele peste granițe. De aceea s-a născut GSM – pentru a crea un Sistem Global pe care toată lumea să-l poată folosi. A fost proiectat să fie digital de la început, oferind calitate și securitate mai bune.

Repere cheie (2G, GPRS, EDGE și UMTS)

• GSM (2G - Generația a Doua): Acesta este standardul original despre care am discutat. Lansat la începutul anilor 1990, s-a concentrat pe apeluri vocale digitale și mesaje text SMS. A fost o îmbunătățire masivă față de 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service): Adesea numit “2.5G,” GPRS a fost o îmbunătățire a rețelelor GSM. A permis conexiuni de date “întotdeauna active”, deși vitezele erau destul de lente (gândește-te la navigare web mobilă foarte simplă sau e-mail).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): O altă îmbunătățire, uneori numită “2.75G.” EDGE a oferit viteze de date mai rapide decât GPRS, făcând internetul mobil puțin mai utilizabil, dar totuși mult mai lent decât ce avem acum.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Acesta a marcat începutul 3G (Generația a Treia). Deși tehnic este un sistem tehnologic diferit, UMTS a fost conceput ca o cale evolutivă de la GSM. A oferit viteze de date mult mai rapide, permițând apeluri video și internet mobil mai bun. Multe rețele 3G au fost construite pe infrastructura de bază stabilită de GSM.

Înțelegerea a ceea ce este GSM ne ajută să apreciem cum aceste tehnologii ulterioare au construit pe succesul său.

 

Tranziția de la GSM la rețele moderne (4G LTE și 5G)

Pe măsură ce nevoia noastră de date a crescut – pentru streaming, aplicații, rețele sociale și altele – nici măcar 3G nu era suficient de rapid. Acest lucru a dus la dezvoltarea rețelelor 4G LTE (Long-Term Evolution) și acum 5G (Generația a Cincea). Aceste tehnologii sunt vast diferite de GSM, utilizând tehnici mai avansate (cum ar fi OFDMA, discutată mai târziu) pentru a livra viteze incredibil de rapide și a suporta simultan mult mai multe dispozitive conectate.

Pe măsură ce rețelele mobile au evoluat de la GSM la tehnologiile puternice 4G LTE și 5G, la fel s-a schimbat și modul în care ne conectăm. eSIM-ul (SIM încorporat) reprezintă următorul reper în această evoluție, eliminând nevoia de cartele SIM fizice și oferind o modalitate mai fluidă, mai rapidă și mai flexibilă de a rămâne conectat. Așa cum GSM a pus bazele comunicației mobile, eSIM-ul modelează viitorul.

Vectori analog de la Vecteezy
 

Cum sunt structurate rețelele GSM

O rețea GSM nu înseamnă doar telefonul tău și un turn celular. Este un sistem complex cu mai multe părți cheie care lucrează împreună. Să o descriem simplu:

• Dispozitive Mobile (Stație Mobilă - MS): Acesta este telefonul tău, tableta sau orice dispozitiv care se conectează la rețea. Partea crucială aici este cartela SIM, care te identifică pe tine (abonatul) pentru rețea. Fără o cartelă SIM validă, telefonul tău poate efectua de obicei doar apeluri de urgență.

• Subsistemul Stației de Bază (BSS): Această parte conectează telefonul tău fără fir la rețeaua principală. Are două componente principale:

  • Stația de Emițător-Receptor de Bază (BTS): Acestea sunt turnurile celulare pe care le vezi peste tot. Conțin radiourile și antenele care transmit și primesc semnale direct către și de la telefonul tău. Fiecare turn acoperă o zonă specifică numită ‘celulă’.
  • Controlerul Stației de Bază (BSC): Gândește-te la acesta ca la un manager pentru mai multe turnuri celulare (BTS-uri). Controlează lucruri precum alocarea canalelor (alocarea frecvențelor și a intervalelor de timp) și ‘handovers’ – când telefonul tău trece fără probleme de la un turn la altul pe măsură ce te deplasezi, fără să întrerupă apelul.

• Subsistemul de Comutație a Rețelei (NSS): Acesta este ‘creierul’ sau nucleul rețelei GSM. Gestionează apelurile, mesajele și ține evidența utilizatorilor. Părțile cheie includ:

  • Centrul de Comutație Mobilă (MSC): Elementul central de coordonare. Direcționează apelurile către locul potrivit (fie către un alt telefon mobil, fie către rețeaua telefonică fixă obișnuită), gestionează serviciile de mesagerie (SMS) și comunică cu bazele de date pentru a verifica informațiile abonaților.
  • Registrul Localizării Acasă (HLR): O bază de date mare care stochează permanent informații despre fiecare abonat al operatorului de rețea respectiv, inclusiv serviciile lor, permisiunile și locația generală.
  • Registrul Localizării Vizitatorilor (VLR): O bază de date temporară asociată cu un MSC. Când călătorești într-o zonă deservită de un anumit MSC, VLR stochează o copie temporară a informațiilor tale din HLR. Acest lucru ajută MSC-ul să gestioneze apelurile tale local, fără a verifica constant HLR-ul principal.

• Subsistemul de Operare și Suport (OSS): Aceasta este partea din culise care gestionează întreaga rețea. Se ocupă de monitorizarea rețelei (asigurându-se că totul funcționează), întreținerea, actualizările software, configurarea rețelei, detectarea defecțiunilor și gestionarea securității. Se asigură că rețeaua funcționează fluent și fiabil.

Așadar, când efectuezi un apel, telefonul tău (MS) comunică cu cel mai apropiat turn celular (BTS), care este gestionat de un BSC. BSC se conectează la MSC în NSS. MSC verifică VLR/HLR pentru a verifica abonamentul tău și apoi direcționează apelul către destinație, fie că este un alt utilizator mobil (trecând prin părțile rețelei sale) sau cineva pe o linie fixă.

 

Caracteristici și Avantaje ale GSM

GSM a devenit atât de popular din mai multe motive bune. Iată câteva dintre principalele sale beneficii:

• Roaming Internațional: Acesta a fost poate cel mai mare punct forte al GSM. Deoarece atât de multe țări au adoptat standardul GSM, operatorii de rețea au putut încheia acorduri permițând clienților lor să-și folosească telefoanele pe alte rețele GSM atunci când călătoreau în străinătate. Acest lucru a făcut călătoriile internaționale mult mai ușoare pentru utilizatorii de telefonie mobilă.

• Flexibilitatea Cartelei SIM: Mica, detașabila cartelă SIM a fost o idee genială. Stochează informațiile tale unice de abonat. Acest lucru înseamnă că îți poți muta cu ușurință numărul de telefon și planul de serviciu pe un nou telefon GSM prin simpla mutare a cartelei SIM. Nu erai legat de un anumit dispozitiv ca în alte sisteme.

• Comunicare Securizată (pentru vremea sa): Comparativ cu sistemele analogice mai vechi, GSM a oferit securitate îmbunătățită. A folosit criptarea digitală pentru a bruia apelurile, făcând mai dificil pentru ascultătorii ocazionali să intercepteze. Deși nu perfect conform standardelor de astăzi, a fost un pas semnificativ înainte.

• Adopție la Scară Largă: GSM a atins o scară globală masivă. A devenit standardul dominant în Europa, Asia, Africa și Oceania, și a fost, de asemenea, larg utilizat în Americi. Această bază uriașă de utilizatori a creat economii de scară, făcând telefoanele și echipamentele de rețea mai ieftine și mai disponibile.

• Compatibilitate cu Dispozitive IoT Timpurii: Simplitatea și acoperirea largă a GSM (în special cu GPRS pentru date de bază) l-au făcut potrivit pentru comunicațiile timpurii Machine-to-Machine (M2M) și dispozitivele Internet of Things (IoT). Gândește-te la lucruri precum contoarele inteligente care trimit citiri, automatele de vânzări care raportează stocul sau sistemele simple de urmărire a vehiculelor.

Fotografie de Andrey Metelev pe Unsplash

 

GSM vs. CDMA vs. LTE: Diferențe Cheie

GSM nu a fost singura tehnologie mobilă existentă. În unele părți ale lumii, în special America de Nord și părți din Asia, o altă tehnologie 2G/3G numită CDMA a fost, de asemenea, populară. Iar astăzi, LTE (4G) și 5G sunt standardele dominante. Iată o comparație simplă:

 

Securitatea în GSM

Când GSM a fost proiectat la sfârșitul anilor 1980, securitatea a fost o considerație, în special comparativ cu rețelele analogice ușor de scanat.

GSM a introdus criptarea pentru a proteja apelurile vocale. Principalii algoritmi folosiți au fost A5/1 și mai târziu A5/2. Acești algoritmi bruiau conversația dintre telefon și turnul celular, făcând dificil pentru cineva cu un simplu scanner radio să asculte. Au fost folosite și procese de autentificare pentru a verifica cartela SIM cu rețeaua, ajutând la prevenirea clonării (deși nu perfect).

Vulnerabilități și preocupări de securitate

Deși o îmbunătățire, securitatea GSM nu a fost infailibilă, în special conform standardelor moderne.

• Criptare Slabă: Algoritmul A5/1 s-a dovedit ulterior a avea slăbiciuni care ar putea fi potențial sparte cu suficientă putere de calcul. A5/2 a fost chiar mai slab și deliberat proiectat pentru a fi ușor de spart de către guverne.

• Legătura Turn-Rețea: Adesea, criptarea se aplica doar între telefon și turnul celular (BTS). Legătura de la turn înapoi la rețeaua de bază nu era întotdeauna criptată, creând un potențial punct slab.

• Captatoare IMSI: Dispozitive cunoscute ca „Captatoare IMSI” sau „Stingrays” pot pretinde a fi turnuri celulare legitime, păcălind telefoanele să se conecteze la ele. Acest lucru permite atacatorilor să intercepteze apeluri/SMS-uri sau să urmărească locația unui utilizator.

• Lipsa Autentificării Mutuale (în specificația originală): Inițial, doar rețeaua autentifica telefonul/SIM-ul. Telefonul nu autentifica întotdeauna rețeaua, făcându-l vulnerabil la atacuri cu turnuri false.

Sunt protejate rețelele GSM moderne?

Este important să ne amintim că GSM în sine este o tehnologie veche. Deși unele servicii GSM de bază ar putea funcționa încă, majoritatea traficului de voce și date astăzi rulează pe rețele 3G, 4G (LTE) și 5G. Aceste standarde mai noi au funcționalități de securitate mult mai puternice:

• Criptare mai Puternică: Algoritmi precum AES sunt utilizați în 4G/5G, care sunt mult mai robuști.

• Autentificare Mutuală: Atât dispozitivul, cât și rețeaua se autentifică reciproc, făcând atacurile cu turnuri false mai dificile.

• Securitate End-to-End: Se depun eforturi pentru a securiza comunicațiile mai departe în nucleul rețelei.

• Actualizări Regulate: Protocoalele de securitate sunt revizuite continuu și actualizate.

Așadar, deși GSM a avut defecte de securitate cunoscute, rețelele pe care majoritatea oamenilor le folosesc zilnic (4G/5G) oferă o protecție mult mai bună.

 

Limitări ale GSM

În ciuda succesului său, GSM a avut neajunsurile sale, mai ales pe măsură ce tehnologia a progresat:

• Probleme de Interferență: Fiind bazat pe unde radio, semnalele GSM puteau fi afectate de obstrucții fizice precum clădiri, dealuri sau chiar vreme rea. Acest lucru putea duce la apeluri întrerupte sau calitate slabă a semnalului în anumite zone. Interferențele electrice de la alte dispozitive puteau, de asemenea, uneori cauza probleme.

• Viteze Limitate ale Datelor: Aceasta este cea mai mare limitare a GSM conform standardelor de astăzi. Deși îmbunătățirile GPRS și EDGE au adăugat capacități de date, vitezele erau foarte lente comparativ cu 3G, ca să nu mai vorbim de 4G sau 5G. Streamingul video sau utilizarea aplicațiilor complexe pur și simplu nu era fezabilă pe o conexiune GSM 2G pură. Înțelegerea a ceea ce înseamnă inerent GSM, recunoașterea că a fost construit pentru voce în primul rând, date în al doilea.

• Nevoia de Repetoare în Zone cu Semnal Slab: În zonele cu acoperire naturală slabă (cum ar fi în interiorul clădirilor mari sau în locații rurale îndepărtate), erau adesea necesare amplificatoare de semnal sau repetoare pentru a amplifica semnalul GSM și a face serviciul utilizabil. Acest lucru a adăugat complexitate și cost la asigurarea acoperirii peste tot.

• Limite de Capacitate: Structura TDMA, deși ingenioasă, a avut limite privind numărul de utilizatori care puteau partaja o frecvență într-o zonă dată. În locații foarte dens populate, rețeaua putea deveni uneori aglomerată în timpul orelor de vârf.

Aceste limitări au condus la nevoia de evoluție către 3G, 4G și 5G, care au fost concepute pentru a depăși aceste probleme, în special în ceea ce privește viteza datelor și capacitatea.

 

GSM în S.U.A. și Utilizarea Globală

Istoric în S.U.A., AT&T și T-Mobile au fost principalii operatori GSM. Cu toate acestea, acest lucru se schimbă rapid. Ambii operatori, la fel ca alții la nivel global, sunt în proces de oprire a rețelelor lor mai vechi 2G (GSM) și 3G. Au nevoie de spațiul de frecvență radio (spectrul) utilizat de aceste tehnologii mai vechi pentru a-și construi rețelele 4G LTE și 5G mai rapide și mai eficiente. Deși o capacitate minimă GSM ar putea persista temporar pentru utilizări specifice M2M/IoT sau acorduri de roaming, utilizarea activă de către consumatori dispare. Este cel mai bine să se presupună că rețelele GSM destinate consumatorilor sunt efectiv dispărute sau vor dispărea foarte curând în S.U.A.

Situația din S.U.A. reflectă o tendință globală. Țări din Europa, Asia și Australia își opresc, de asemenea, activ rețelele 2G și 3G. Cronologia variază în funcție de țară și operator, unele finalizând deja opririle, iar altele planificându-le pentru următorii câțiva ani.

Motivele sunt consecvente: recuperarea spectrului valoros pentru 4G/5G, reducerea costurilor de întreținere a rețelelor vechi și încurajarea utilizatorilor să treacă la tehnologii mai moderne, eficiente.

Pentru majoritatea oamenilor care folosesc smartphone-uri fabricate în ultimii 5-7 ani, această oprire probabil nu îi va afecta direct. Telefoanele moderne utilizează predominant 4G LTE și 5G. Cu toate acestea, iată ce trebuie să faci dacă rețelele GSM se opresc:
:

• Verifică-ți Telefonul: Dacă ai un telefon foarte vechi (poate un telefon cu funcții de bază de acum 10+ ani), ar putea suporta doar 2G/3G. Odată ce aceste rețele sunt oprite în zona ta, acel telefon își va pierde serviciul (cu excepția potențială a apelurilor de urgență). Ar trebui să faci upgrade la un telefon care suportă 4G LTE (și ideal VoLTE – Voice over LTE) sau 5G.

• Verifică Dispozitivele IoT: Unele dispozitive smart home, sisteme de alarmă sau dispozitive de urmărire a vehiculelor mai vechi s-ar putea baza pe rețele 2G/3G. Utilizatorii acestor dispozitive ar putea trebui să verifice cu furnizorul de servicii sau producătorul despre opțiunile de upgrade sau posibila pierdere a serviciului.

• Călători: Deși roamingul internațional a fost un punct forte al GSM, pe măsură ce rețelele se opresc global, bazarea doar pe 2G/3G pentru roaming devine mai puțin viabilă. Telefoanele moderne care suportă mai multe benzi 4G/5G sunt esențiale pentru conectivitate internațională fiabilă.

Fotografie de Christopher pe Unsplash

 

Treci de la GSM la Viitor cu Yoho Mobile eSIM!

Așa cum GSM a schimbat comunicația mobilă, eSIM-ul de la Yoho Mobile o duce la următorul nivel. Uită de căutarea cartelolor SIM locale sau de grija compatibilității cu rețelele vechi. Yoho Mobile oferă conectivitate fluentă folosind rețele moderne 4G și 5G în întreaga lume, totul prin comoditatea unui eSIM. Fără schimbări fizice de SIM—doar conectivitate globală instantanee oriunde mergi.

• Folosește codul YOHO12 la finalizare pentru o reducere de 12%!