Konečný sprievodca GSM: Všetko, čo potrebujete vedieť

Premýšľali ste niekedy, ako sa váš mobilný telefón zázračne spojí s ľuďmi na míle ďaleko? Dávno pred superrýchlym internetom, ktorý používame dnes, existovala prelomová technológia, ktorá to všetko začala. Táto technológia pomohla miliardám ľudí rozprávať sa a posielať si správy po celom svete. Hovoríme o GSM. Ale čo je GSM v skutočnosti a prečo bolo také dôležité?

Pripravte sa objaviť jednoduchý príbeh technológie, ktorá položila základy pre mobilný svet, ktorý dnes poznáme! Tento sprievodca vás jednoducho prevedie všetkým, čo potrebujete vedieť o GSM.

Vektory mapy sveta od Vecteezy

Čo je GSM?

GSM znamená Global System for Mobile Communications (Globálny systém pre mobilné komunikácie). V podstate ide o digitálny štandard, súbor pravidiel a technológií, ktoré používajú mobilné telefóny a siete na vzájomnú komunikáciu. Jeho kľúčové vlastnosti sú:

• Digitálne: Na rozdiel od starších analógových systémov (ako šumiace rádio) používa GSM digitálne signály. To znamená jasnejšie hovory a menej statického šumu.

• Hovory a správy: GSM bolo primárne navrhnuté pre hlasové hovory a jednoduché textové správy (SMS - Short Message Service).

• SIM karty: Jednou z najznámejších funkcií GSM je SIM (Subscriber Identity Module) karta. Tento malý čip ukladá informácie o vašom účte. SIM kartu môžete vložiť do rôznych GSM telefónov a vaše číslo a tarifný plán idú s ňou.

• Globálny štandard: Stal sa najrozšírenejším mobilným štandardom na svete, používaným v Európe, Ázii, Afrike a mnohých ďalších regiónoch.

Predstavte si rušnú diaľnicu. Ako na ňu zmestíte veľa áut, aby sa nezrazili? GSM používa systém nazývaný TDMA (Time Division Multiple Access). Predstavte si rádiovú frekvenciu (diaľnicu) dostupnú pre sieť. TDMA rozdeľuje túto frekvenciu na malé časové úseky. Každý telefónny hovor dostane svoj vlastný malý úsek času na „rozprávanie“ na tejto frekvencii. Deje sa to tak rýchlo, že vám to znie ako nepretržitý rozhovor. Je to, ako keby sa veľa ľudí rýchlo striedalo v rozprávaní na tom istom rádiovom kanáli.

GSM tiež funguje na špecifických frekvenčných pásmach, ktoré sú ako vyhradené rádiové kanály pridelené vládami pre mobilné použitie. Bežné pásma GSM zahŕňajú 900 MHz a 1800 MHz v mnohých častiach sveta a 850 MHz a 1900 MHz primárne v Amerike. Váš telefón musí podporovať pásma používané vo vašej oblasti alebo oblasti, do ktorej cestujete.

 

Vývoj GSM

Mobilné telefóny neboli vždy tak inteligentné alebo pripojené ako dnes. GSM zohralo obrovskú úlohu v tom, aby sme sa dostali sem. Pozrime sa na jeho cestu.

Vektory smartfónov od Vecteezy
 

Rané mobilné siete

Pred GSM, v 80. rokoch, mala Európa zmes rôznych analógových mobilných telefónnych systémov (často nazývaných 1G, alebo prvá generácia). Telefón z jednej krajiny nefungoval v inej. Hovory neboli veľmi jasné a bezpečnosť bola slabá. Bolo to všetko mätúce a obmedzené.

Európske krajiny si uvedomili, že potrebujú jednotný štandard, aby zlepšili mobilnú komunikáciu a umožnili ľuďom používať telefóny cez hranice. Preto sa zrodilo GSM – aby sa vytvoril globálny systém, ktorý by mohol používať každý. Bol navrhnutý ako digitálny od začiatku, čo ponúkalo lepšiu kvalitu a bezpečnosť.

Kľúčové míľniky (2G, GPRS, EDGE a UMTS)

• GSM (2G - druhá generácia): Toto je pôvodný štandard, o ktorom sme hovorili. Spustený na začiatku 90. rokov, zameral sa na digitálne hlasové hovory a SMS správy. Bolo to masívne zlepšenie oproti 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service): Často nazývané “2.5G,” GPRS bolo vylepšením sietí GSM. Umožňovalo “vždy zapnuté” dátové pripojenia, hoci rýchlosti boli dosť pomalé (myslite na veľmi základné mobilné prehliadanie webu alebo e-mail).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): Ďalšie vylepšenie, niekedy nazývané “2.75G.” EDGE ponúkalo vyššie dátové rýchlosti ako GPRS, čím sa mobilný internet stal o niečo použiteľnejším, ale stále oveľa pomalším ako to, čo máme teraz.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Toto znamenalo začiatok 3G (tretej generácie). Hoci technicky ide o iný technologický systém, UMTS bol navrhnutý ako evolučná cesta od GSM. Ponúkal oveľa vyššie dátové rýchlosti, čo umožnilo videohovory a lepší mobilný internet. Mnohé 3G siete boli postavené na základnej infraštruktúre zavedenej GSM.

Pochopenie toho, čo je GSM, nám pomáha oceniť, ako tieto neskoršie technológie nadviazali na jeho úspech.

 

Prechod z GSM na moderné siete (4G LTE a 5G)

Ako rástla naša potreba dát – pre streamovanie, aplikácie, sociálne siete a ďalšie – ani 3G nebolo dosť rýchle. To viedlo k vývoju 4G LTE (Long-Term Evolution) a teraz 5G (piatej generácie) sietí. Tieto technológie sa výrazne líšia od GSM, používajú pokročilejšie techniky (ako OFDMA, o ktorej sa bude hovoriť neskôr) na poskytovanie neuveriteľne vysokých rýchlostí a podporu oveľa väčšieho počtu súčasne pripojených zariadení.

Ako sa mobilné siete vyvíjali od GSM k výkonným technológiám 4G LTE a 5G, tak sa zmenil aj spôsob nášho pripojenia. eSIM (embedded SIM) predstavuje ďalší míľnik v tejto evolúcii, eliminujúci potrebu fyzických SIM kariet a ponúkajúci plynulejší, rýchlejší a flexibilnejší spôsob, ako zostať pripojený. Rovnako ako GSM položil základ pre mobilnú komunikáciu, eSIM formuje budúcnosť.

Analógové vektory od Vecteezy
 

Ako sú štruktúrované siete GSM

Sieť GSM nie je len váš telefón a mobilná veža. Je to komplexný systém s niekoľkými kľúčovými časťami, ktoré spolupracujú. Rozoberme si to jednoducho:

• Mobilné zariadenia (Mobile Station - MS): Toto je váš telefón, tablet alebo akékoľvek zariadenie, ktoré sa pripája k sieti. Kľúčovou súčasťou je tu SIM karta, ktorá vás (predplatiteľa) identifikuje v sieti. Bez platnej SIM karty môže váš telefón zvyčajne uskutočňovať iba tiesňové volania.

• Podsystém základňovej stanice (Base Station Subsystem - BSS): Táto časť pripája váš telefón bezdrôtovo k hlavnej sieti. Má dve hlavné komponenty:

  • Základňová vysielacia stanica (Base Transceiver Station - BTS): Toto sú mobilné veže, ktoré vidíte všade. Obsahujú rádiá a antény, ktoré prenášajú a prijímajú signály priamo z a do vášho telefónu. Každá veža pokrýva špecifickú oblasť nazývanú „bunka“.
  • Kontrolér základňovej stanice (Base Station Controller - BSC): Predstavte si to ako manažéra pre niekoľko mobilných veží (BTS). Riadi veci ako prideľovanie kanálov (prideľovanie frekvencií a časových úsekov) a “handovery” – keď váš telefón bezproblémovo prepína z jednej veže na druhú, keď sa pohybujete, bez prerušenia hovoru.

• Podsystém prepínania siete (Network Switching Subsystem - NSS): Toto je “mozog” alebo jadro siete GSM. Spravuje hovory, správy a sleduje používateľov. Kľúčové časti zahŕňajú:

  • Mobilné prepínacie centrum (Mobile Switching Center - MSC): Centrálny koordinačný prvok. Smeruje hovory na správne miesto (či už na iný mobilný telefón alebo na bežnú pevnú telefónnu sieť), spracováva služby správ (SMS) a komunikuje s databázami na kontrolu informácií o účastníkoch.
  • Register domácej polohy (Home Location Register - HLR): Veľká databáza, ktorá trvalo ukladá informácie o každom účastníkovi daného sieťového operátora, vrátane ich služieb, povolení a všeobecnej polohy.
  • Register návštevníckej polohy (Visitor Location Register - VLR): Dočasná databáza spojená s MSC. Keď vstúpite do oblasti obsluhovanej konkrétnym MSC, VLR uloží dočasnú kópiu vašich informácií z HLR. To pomáha MSC spracovať vaše hovory lokálne bez neustáleho overovania v hlavnom HLR.

• Podsystém prevádzky a podpory (Operation and Support Subsystem - OSS): Toto je zákulisná časť, ktorá riadi celú sieť. Spravuje monitorovanie siete (zabezpečenie, že všetko funguje), údržbu, aktualizácie softvéru, konfiguráciu siete, detekciu porúch a správu bezpečnosti. Zaisťuje, že sieť beží hladko a spoľahlivo.

Takže, keď uskutočníte hovor, váš telefón (MS) komunikuje s najbližšou mobilnou vežou (BTS), ktorú spravuje BSC. BSC sa pripája k MSC v NSS. MSC skontroluje VLR/HLR, aby overil vaše predplatné a potom smeruje váš hovor na cieľové miesto, či už je to iný mobilný používateľ (prechádzajúci cez jeho sieťové časti) alebo niekto na pevnej linke.

 

Funkcie a výhody GSM

GSM sa stalo tak populárnym z niekoľkých dobrých dôvodov. Tu sú niektoré z jeho hlavných výhod:

• Medzinárodný roaming: Toto bol snáď najväčší predajný argument GSM. Pretože toľko krajín prijalo štandard GSM, prevádzkovatelia sietí mohli uzatvárať dohody, ktoré umožňovali ich zákazníkom používať telefóny v iných sieťach GSM pri cestovaní do zahraničia. To výrazne uľahčilo medzinárodné cestovanie pre mobilných používateľov.

• Flexibilita SIM karty: Malá, vyberateľná SIM karta bola brilantný nápad. Ukladá vaše jedinečné informácie o účastníkovi. To znamená, že môžete ľahko prepnúť svoje telefónne číslo a servisný plán na nový GSM telefón jednoduchým presunutím SIM karty. Neboli ste viazaní na konkrétne zariadenie ako v niektorých iných systémoch.

• Bezpečná komunikácia (na svoju dobu): V porovnaní so staršími analógovými systémami ponúkalo GSM zlepšenú bezpečnosť. Používalo digitálne šifrovanie na kódovanie hovorov, čo sťažovalo náhodným odpočúvačom počúvať. Hoci nie je dokonalé podľa dnešných štandardov, bol to významný krok vpred.

• Rozsiahle prijatie: GSM dosiahlo masívny globálny rozsah. Stalo sa dominantným štandardom v Európe, Ázii, Afrike a Oceánii a bolo tiež široko používané v Amerike. Táto obrovská používateľská základňa vytvorila úspory z rozsahu, vďaka čomu boli telefóny a sieťové zariadenia lacnejšie a dostupnejšie.

• Kompatibilita s ranými IoT zariadeniami: Jednoduchosť a rozsiahle pokrytie GSM (najmä s GPRS pre základné dáta) ho urobilo vhodným pre ranú komunikáciu medzi strojmi (M2M) a zariadenia internetu vecí (IoT). Predstavte si veci ako inteligentné merače odosielajúce údaje, predajné automaty hlásiace stav zásob alebo základné systémy sledovania vozidiel.

Foto od Andrey Metelev na Unsplash

 

GSM vs. CDMA vs. LTE: Kľúčové rozdiely

GSM nebola jediná mobilná technológia. V niektorých častiach sveta, najmä v Severnej Amerike a častiach Ázie, bola populárna aj ďalšia technológia 2G/3G nazývaná CDMA. A dnes sú dominantnými štandardmi LTE (4G) a 5G. Tu je jednoduché porovnanie:

 

Bezpečnosť v GSM

Keď bolo GSM navrhované koncom 80. rokov, bezpečnosť bola dôležitým aspektom, najmä v porovnaní s ľahko skenovateľnými analógovými sieťami.

GSM zaviedlo šifrovanie na ochranu hlasových hovorov. Používali sa hlavne algoritmy A5/1 a neskôr A5/2. Tieto algoritmy kódovali konverzáciu medzi telefónom a mobilnou vežou, čo sťažovalo neformálnym odpočúvačom počúvať. Používali sa aj autentifikačné procesy na overenie SIM karty v sieti, čo pomáhalo predchádzať klonovaniu (hoci nie dokonale).

Zraniteľnosti a bezpečnostné obavy

Hoci zlepšenie, bezpečnosť GSM nebola nepriestrelná, najmä podľa moderných štandardov.

• Slabé šifrovanie: Algoritmus A5/1 sa neskôr ukázal ako slabý, čo by sa dalo potenciálne prelomiť s dostatočnou výpočtovou silou. A5/2 bol ešte slabší a zámerne navrhnutý tak, aby bol ľahko prelomiteľný vládami.

• Spojenie veža-sieť: Často sa šifrovanie týkalo len spojenia medzi telefónom a mobilnou vežou (BTS). Spojenie z veže späť do jadra siete nebolo vždy šifrované, čo vytváralo potenciálne slabé miesto.

• IMSI Catchers: Zariadenia známe ako “IMSI Catchers” alebo “Stingrays” sa môžu tváriť ako legitímne mobilné veže, čím oklamú telefóny, aby sa k nim pripojili. To umožňuje útočníkom zachytávať hovory/správy alebo sledovať polohu používateľa.

• Nedostatok vzájomnej autentifikácie (v pôvodnej špecifikácii): Spočiatku sieť autentifikovala len telefón/SIM. Telefón nie vždy autentifikoval sieť, čo ho robilo zraniteľným voči útokom falošných veží.

Sú moderné siete GSM chránené?

Je dôležité si uvedomiť, že GSM samotné je stará technológia. Hoci niektoré základné služby GSM môžu stále fungovať, väčšina hlasovej a dátovej prevádzky dnes prebieha cez siete 3G, 4G (LTE) a 5G. Tieto novšie štandardy majú oveľa silnejšie bezpečnostné prvky:

• Silnejšie šifrovanie: V 4G/5G sa používajú algoritmy ako AES, ktoré sú oveľa robustnejšie.

• Vzájomná autentifikácia: Zariadenie aj sieť sa navzájom autentifikujú, čo sťažuje útoky falošných veží.

• Komplexná bezpečnosť (end-to-end): Vyvíja sa úsilie na zabezpečenie komunikácie ďalej do jadra siete.

• Pravidelné aktualizácie: Bezpečnostné protokoly sú neustále prehodnocované a aktualizované.

Takže, hoci GSM malo známe bezpečnostné chyby, siete, ktoré väčšina ľudí denne používa (4G/5G), ponúkajú oveľa lepšiu ochranu.

 

Obmedzenia GSM

Napriek svojmu úspechu malo GSM svoje nevýhody, najmä s pokrokom technológie:

• Problémy s interferenciou: Keďže je založené na rádiových vlnách, signály GSM mohli byť ovplyvnené fyzickými prekážkami ako budovy, kopce alebo dokonca zlé počasie. To mohlo viesť k prerušeným hovorom alebo zlej kvalite signálu v určitých oblastiach. Elektrická interferencia z iných zariadení mohla tiež niekedy spôsobovať problémy.

• Obmedzené rýchlosti dát: Toto je najväčšie obmedzenie GSM podľa dnešných štandardov. Hoci vylepšenia GPRS a EDGE pridali dátové možnosti, rýchlosti boli veľmi pomalé v porovnaní s 3G, nehovoriac o 4G alebo 5G. Streamovanie videa alebo používanie zložitých aplikácií jednoducho nebolo možné na čistom 2G GSM pripojení. Pochopenie toho, čo GSM vo svojej podstate znamená, je uznanie, že bolo vytvorené primárne pre hlas, dáta boli na druhom mieste.

• Potreba opakovačov v oblastiach so slabým signálom: V oblastiach so slabým prirodzeným pokrytím (napríklad hlboko vo vnútri veľkých budov alebo vzdialených vidieckych lokalitách) boli často potrebné zosilňovače signálu alebo opakovače na zosilnenie signálu GSM a sprístupnenie služby. To pridalo zložitosť a náklady na zabezpečenie pokrytia všade.

• Kapacitné limity: Štruktúra TDMA, hoci bola šikovná, mala limity na to, koľko používateľov mohlo zdieľať frekvenciu v danej oblasti. Vo veľmi husto obývaných lokalitách sa sieť mohla niekedy preťažiť počas špičiek.

Tieto obmedzenia viedli k potrebe vývoja na 3G, 4G a 5G, ktoré boli navrhnuté tak, aby prekonali tieto problémy, najmä čo sa týka rýchlosti dát a kapacity.

 

GSM v USA a globálne používanie

Historicky v USA boli AT&T a T-Mobile primárnymi operátormi GSM. To sa však rýchlo mení. Obaja operátori, rovnako ako iní globálne, postupne vypínajú svoje staršie 2G (GSM) a 3G siete. Potrebujú rádiové frekvenčné spektrum, ktoré používajú tieto staršie technológie, na vybudovanie svojich rýchlejších a efektívnejších sietí 4G LTE a 5G. Hoci minimálna schopnosť GSM môže pretrvávať pre špecifické použitie M2M/IoT alebo dočasné roamingové dohody, aktívne spotrebiteľské využitie mizne. Je najlepšie predpokladať, že spotrebiteľsky orientované siete GSM sú v USA de facto preč alebo veľmi skoro zmiznú.

Situácia v USA odráža globálny trend. Krajiny v Európe, Ázii a Austrálii tiež aktívne vypínajú svoje 2G a 3G siete. Časová os sa líši podľa krajiny a operátora, pričom niektoré už dokončili vypínanie a iné ho plánujú na najbližšie roky.

Dôvody sú konzistentné: získať späť cenné spektrum pre 4G/5G, znížiť náklady na údržbu starých sietí a motivovať používateľov k modernejším a efektívnejším technológiám.

Pre väčšinu ľudí používajúcich smartfóny vyrobené za posledných 5-7 rokov, toto vypnutie pravdepodobne nebude mať priamy vplyv. Moderné telefóny primárne používajú 4G LTE a 5G. Tu je však, čo musíte urobiť, ak sa GSM siete vypnú:
:

• Skontrolujte svoj telefón: Ak máte veľmi starý telefón (základný funkčný telefón spred 10+ rokov), môže podporovať iba 2G/3G. Po vypnutí týchto sietí vo vašej oblasti stratí tento telefón službu (s výnimkou potenciálne núdzových hovorov). Budete musieť prejsť na telefón, ktorý podporuje 4G LTE (a ideálne VoLTE – hlas cez LTE) alebo 5G.

• Skontrolujte IoT zariadenia: Niektoré staršie inteligentné domáce zariadenia, alarmové systémy alebo sledovače vozidiel sa môžu spoliehať na siete 2G/3G. Používatelia týchto zariadení sa možno budú musieť informovať u poskytovateľa služieb alebo výrobcu o možnostiach aktualizácie alebo možnej strate služby.

• Cestovatelia: Hoci medzinárodný roaming bol silnou stránkou GSM, s postupným vypínaním sietí globálne sa spoliehanie sa len na 2G/3G pre roaming stáva menej životaschopným. Moderné telefóny podporujúce viacero 4G/5G pásiem sú nevyhnutné pre spoľahlivé medzinárodné pripojenie.

Foto od Christopher na Unsplash

 

Prejdite z GSM do budúcnosti s Yoho Mobile eSIM!

Rovnako ako GSM zmenilo mobilnú komunikáciu, eSIM od Yoho Mobile ju posúva na ďalšiu úroveň. Zabudnite na hľadanie lokálnych SIM kariet alebo obavy z kompatibility so starnúcimi sieťami. Yoho Mobile ponúka bezproblémové pripojenie pomocou moderných 4G a 5G sietí po celom svete, všetko prostredníctvom pohodlia eSIM. Žiadne fyzické výmeny SIM kariet – len okamžité, globálne pripojenie, kamkoľvek idete.

Zostaňte pripojení počas cestovania – vyskúšajte bezplatnú skúšobnú verziu eSIM od Yoho Mobile a získajte okamžitý prístup k mobilným dátam vo viac ako 70 krajinách. Žiadna SIM karta, žiadne zmluvy – len rýchle nastavenie a ste online za pár minút.

Ak si chcete kúpiť eSIM plán neskôr, použite kód YOHO12 pri pokladni a získajte zľavu 12 %!