Vrhunski vodnik po GSM: Vse, kar morate vedeti

Ste se kdaj vprašali, kako se vaš mobilni telefon čarobno poveže z ljudmi, oddaljenimi na kilometre? Davno pred superhitrim internetom, ki ga uporabljamo danes, je obstajala prelomna tehnologija, ki je vse to začela. Ta tehnologija je milijardam ljudi omogočila pogovor in pošiljanje sporočil po vsem svetu. Govorimo o GSM-u. Toda kaj je GSM v resnici in zakaj je bil tako pomemben?

Pripravite se na odkrivanje preproste zgodbe za tehnologijo, ki je zgradila temelje za mobilni svet, kakršnega poznamo danes! Ta vodnik vas bo v preprostih besedah popeljal skozi vse, kar morate razumeti o GSM-u.

Vektorji zemljevida sveta avtorja Vecteezy

Kaj je GSM?

GSM pomeni Globalni sistem za mobilne komunikacije. V bistvu je to digitalni standard, skupek pravil in tehnologij, ki jih mobilni telefoni in omrežja uporabljajo za medsebojno komunikacijo. Njegove ključne značilnosti so:

• Digitalno: Za razliko od starejših analognih sistemov (kot je zamegljen radio), GSM uporablja digitalne signale. To pomeni jasnejše klice in manj statike.

• Klici in sporočila: GSM je bil primarno zasnovan za glasovne klice in preprosta tekstovna sporočila (SMS - Short Message Service).

• SIM kartice: Ena izmed najbolj prepoznavnih značilnosti GSM-a je SIM (Subscriber Identity Module) kartica. Ta droben čip shranjuje podatke o vašem računu. SIM kartico lahko vstavite v različne telefone GSM, in vaša številka ter paket storitev se preneseta z njo.

• Globalni standard: Postal je najširše sprejet mobilni standard na svetu, ki se uporablja po Evropi, Aziji, Afriki in v mnogih drugih regijah.

Predstavljajte si prometno avtocesto. Kako nanjo spravite veliko avtomobilov, ne da bi se zaleteli? GSM uporablja sistem, imenovan TDMA (Time Division Multiple Access). Predstavljajte si radijsko frekvenco (avtocesto), ki je na voljo omrežju. TDMA to frekvenco razdeli na majhne časovne intervale. Vsak telefonski klic dobi svoj majhen del časa za ‘govorjenje’ na tej frekvenci. To se zgodi tako hitro, da se vam sliši kot neprekinjen pogovor. To je, kot bi se veliko ljudi hitro izmenjevalo pri govorjenju na istem radijskem kanalu.

GSM deluje tudi na specifičnih frekvenčnih pasovih, ki so kot namenski radijski kanali, ki jih vlade dodelijo za mobilno uporabo. Pogosti GSM pasovi v mnogih delih sveta so 900 MHz in 1800 MHz, v glavnem v Ameriki pa 850 MHz in 1900 MHz. Vaš telefon mora podpirati pasove, ki se uporabljajo na vašem območju ali na območju, kamor potujete.

 

Evolucija GSM-a

Mobilni telefoni niso bili vedno tako pametni ali povezani kot danes. GSM je imel izjemno vlogo pri tem, da smo prišli do sem. Poglejmo si njegovo pot.

Vektorji pametnih telefonov avtorja Vecteezy
 

Zgodnja mobilna omrežja

Pred GSM-om, v osemdesetih letih prejšnjega stoletja, je Evropa imela zmedeno mešanico različnih analognih sistemov mobilnih telefonov (pogosto imenovanih 1G ali prva generacija). Telefon iz ene države ni deloval v drugi. Klici niso bili zelo jasni, varnost pa je bila šibka. Vse je bilo zmedeno in omejeno.

Evropske države so spoznale, da potrebujejo enoten, poenoten standard za izboljšanje mobilne komunikacije in omogočanje uporabe telefonov ljudem prek meja. Zato se je rodil GSM – da bi ustvaril globalni sistem, ki bi ga lahko uporabljali vsi. Od začetka je bil zasnovan kot digitalni, kar je ponujalo boljšo kakovost in varnost.

Ključni mejniki (2G, GPRS, EDGE in UMTS)

• GSM (2G - druga generacija): To je prvotni standard, o katerem smo razpravljali. Zagonjen v zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja, se je osredotočal na digitalne glasovne klice in SMS sporočila. To je bila velika izboljšava v primerjavi z 1G.

• GPRS (General Packet Radio Service): Pogosto imenovan “2.5G,” je bil GPRS nadgradnja omrežij GSM. Omogočal je “vedno vklopljene” podatkovne povezave, čeprav so bile hitrosti precej počasne (pomislite na zelo osnovno mobilno brskanje po spletu ali e-pošto).

• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution): Še ena nadgradnja, včasih imenovana “2.75G.” EDGE je ponujal hitrejše podatkovne hitrosti kot GPRS, zaradi česar je bil mobilni internet nekoliko bolj uporaben, vendar še vedno veliko počasnejši od tistega, kar imamo zdaj.

• UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): To je označilo začetek 3G (tretje generacije). Čeprav tehnično drugačen tehnološki sistem, je bil UMTS zasnovan kot evolucijska pot od GSM-a. Ponujal je veliko hitrejše podatkovne hitrosti, kar je omogočalo videoklice in boljši mobilni internet. Mnoga 3G omrežja so bila zgrajena na osnovni infrastrukturi, vzpostavljeni z GSM-om.

Razumevanje, kaj je GSM, nam pomaga ceniti, kako so se te poznejše tehnologije gradile na njegovem uspehu.

 

Prehod z GSM-a na sodobna omrežja (4G LTE in 5G)

Ker so se naše potrebe po podatkih povečale – za pretakanje, aplikacije, družbene medije in več – tudi 3G ni bil dovolj hiter. To je pripeljalo do razvoja omrežij 4G LTE (Long-Term Evolution) in zdaj 5G (peta generacija). Te tehnologije se bistveno razlikujejo od GSM-a, saj uporabljajo naprednejše tehnike (kot je OFDMA, o kateri bomo govorili kasneje) za zagotavljanje neverjetno hitrih hitrosti in sočasno podporo veliko več povezanih naprav.

Ko so se mobilna omrežja razvijala od GSM-a do zmogljivih tehnologij 4G LTE in 5G, se je spremenil tudi način, kako se povezujemo. eSIM (vgrajena SIM kartica) predstavlja naslednji mejnik v tej evoluciji, saj odpravlja potrebo po fizičnih karticah SIM in ponuja bolj gladko, hitrejše in bolj prilagodljivo pot za ohranjanje povezanosti. Tako kot je GSM postavil temelje za mobilno komunikacijo, eSIM oblikuje prihodnost.

Analogni vektorji avtorja Vecteezy
 

Kako so zgrajena omrežja GSM

Omrežje GSM ni le vaš telefon in bazna postaja. Gre za kompleksen sistem z več ključnimi deli, ki delujejo skupaj. Poglejmo si ga na preprost način:

• Mobilne naprave (mobilna postaja - MS): To je vaš telefon, tablica ali katera koli naprava, ki se poveže z omrežjem. Ključni del tukaj je kartica SIM, ki vas (naročnika) identificira omrežju. Brez veljavne SIM kartice lahko vaš telefon običajno opravi le klice v sili.

• Podistem bazne postaje (BSS): Ta del brezžično poveže vaš telefon z glavnim omrežjem. Ima dve glavni komponenti:

  • Bazna sprejemno-oddajna postaja (BTS): To so celice, ki jih vidite povsod. Vsebujejo radijske sprejemnike in antene, ki prenašajo in sprejemajo signale neposredno na in iz vašega telefona. Vsaka celica pokriva določeno območje, imenovano ‘celica’.
  • Upravljavec bazne postaje (BSC): Predstavljajte si to kot upravitelja za več celic (BTS-ov). Nadzoruje stvari, kot so dodelitev kanalov (dodeljevanje frekvenc in časovnih intervalov) in ‘predaje’ – ko se vaš telefon brezhibno preklopi z ene celice na drugo, ko se premikate, ne da bi prekinil klic.

• Podistem omrežnega preklopa (NSS): To so ‘možgani’ ali jedro omrežja GSM. Upravlja klice, sporočila in spremlja uporabnike. Ključni deli vključujejo:

  • Mobilni preklopni center (MSC): Centralni koordinacijski element. Preusmerja klice na pravo mesto (bodisi na drug mobilni telefon ali na običajno fiksno telefonsko omrežje), obravnava storitve sporočanja (SMS) in komunicira z bazami podatkov za preverjanje podatkov o naročnikih.
  • Register domačih lokacij (HLR): Velika baza podatkov, ki trajno shranjuje informacije o vsakem naročniku tega operaterja omrežja, vključno z njihovimi storitvami, dovoljenji in splošno lokacijo.
  • Register lokacij obiskovalcev (VLR): Začasna baza podatkov, povezana z MSC. Ko potujete v območje, ki ga pokriva določen MSC, VLR shrani začasno kopijo vaših podatkov iz HLR. To pomaga MSC-ju pri lokalnem obravnavanju vaših klicev, ne da bi nenehno preverjal glavni HLR.

• Podistem delovanja in podpore (OSS): To je del v ozadju, ki upravlja celotno omrežje. Obravnava spremljanje omrežja (zagotavljanje, da vse deluje), vzdrževanje, posodobitve programske opreme, konfiguracijo omrežja, odkrivanje napak in varnostno upravljanje. Zagotavlja, da omrežje deluje gladko in zanesljivo.

Torej, ko opravite klic, vaš telefon (MS) govori z najbližjo bazno postajo (BTS), ki jo upravlja BSC. BSC se poveže z MSC-jem v NSS-u. MSC preveri VLR/HLR, da preveri vašo naročnino, in nato usmeri vaš klic na destinacijo, ne glede na to, ali je to drug mobilni uporabnik (ki gre skozi dele njihovega omrežja) ali nekdo na stacionarnem telefonu.

 

Značilnosti in prednosti GSM-a

GSM je postal tako priljubljen zaradi več dobrih razlogov. Tukaj so nekatere njegove glavne prednosti:

• Mednarodno gostovanje: To je bila morda največja prodajna točka GSM-a. Ker je toliko držav sprejelo standard GSM, so lahko operaterji omrežij sklenili dogovore, ki so njihovim strankam omogočali uporabo telefonov v drugih omrežjih GSM med potovanjem v tujini. To je mobilnim uporabnikom precej olajšalo mednarodna potovanja.

• Prilagodljivost SIM kartice: Majhna, odstranljiva SIM kartica je bila briljantna ideja. Shranjuje vaše edinstvene podatke o naročniku. To pomeni, da lahko enostavno prenesete svojo telefonsko številko in naročniški paket na nov telefon GSM preprosto s premikanjem SIM kartice. Niste bili vezani na določeno napravo, kot pri nekaterih drugih sistemih.

• Varna komunikacija (za tisti čas): V primerjavi s starejšimi analognimi sistemi je GSM ponujal izboljšano varnost. Uporabljal je digitalno šifriranje za kodiranje klicev, kar je oteževalo prisluhovanje naključnim poslušalcem. Čeprav po današnjih standardih ni bil popoln, je bil to pomemben korak naprej.

• Široka razširjenost: GSM je dosegel ogromen globalni doseg. Postal je prevladujoč standard v Evropi, Aziji, Afriki in Oceaniji, široko pa se je uporabljal tudi v Amerikah. Ta ogromna uporabniška baza je ustvarila ekonomijo obsega, zaradi česar so bili telefoni in omrežna oprema cenejši in bolj dostopni.

• Združljivost z zgodnjimi IoT napravami: Enostavnost in široka pokritost GSM-a (zlasti z GPRS za osnovne podatke) sta ga naredili primernega za zgodnje komunikacije med stroji (M2M) in naprave interneta stvari (IoT). Pomislite na stvari, kot so pametni števci, ki pošiljajo odčitke, avtomati, ki poročajo o zalogah, ali osnovni sistemi za sledenje vozilom.

Photo by Andrey Metelev on Unsplash

 

GSM proti CDMA proti LTE: Ključne razlike

GSM ni bila edina mobilna tehnologija. V nekaterih delih sveta, zlasti v Severni Ameriki in delih Azije, je bila priljubljena tudi druga 2G/3G tehnologija, imenovana CDMA. Danes pa sta LTE (4G) in 5G prevladujoča standarda. Tukaj je preprosta primerjava:

 

Varnost v GSM-u

Ko je bil GSM zasnovan v poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja, je bila varnost pomembna, zlasti v primerjavi z lahko skenirljivimi analognimi omrežji.

GSM je uvedel šifriranje za zaščito glasovnih klicev. Glavni uporabljeni algoritmi so bili A5/1 in kasneje A5/2. Ti algoritmi so premešali pogovor med telefonom in bazno postajo, kar je otežilo poslušanje nekomu s preprostim radijskim skenerjem. Uporabljeni so bili tudi postopki avtentikacije za preverjanje kartice SIM z omrežjem, kar je pomagalo preprečiti kloniranje (čeprav ne popolnoma).

Ranljivosti in varnostni pomisleki

Čeprav je bila izboljšava, varnost GSM-a ni bila popolnoma zanesljiva, zlasti po sodobnih standardih.

• Šibko šifriranje: Kasneje je bilo ugotovljeno, da ima algoritem A5/1 slabosti, ki bi se lahko z dovolj računske moči prebile. A5/2 je bil še šibkejši in namerno zasnovan tako, da ga lahko vlade zlahka razbijejo.

• Povezava stolp-omrežje: Pogosto se je šifriranje nanašalo samo med telefonom in bazno postajo (BTS). Povezava od bazne postaje nazaj v jedro omrežja ni bila vedno šifrirana, kar je ustvarjalo potencialno šibko točko.

• IMSI lovilci: Naprave, znane kot “IMSI lovilci” ali “Stingrays”, se lahko pretvarjajo, da so legitimne bazne postaje, in tako prevarajo telefone, da se nanje povežejo. To napadalcem omogoča prestrezanje klicev/sporočil ali sledenje lokaciji uporabnika.

• Pomanjkanje vzajemne avtentikacije (v izvirni specifikaciji): Sprva je omrežje avtenticiralo samo telefon/SIM. Telefon ni vedno avtenticiral omrežja, zaradi česar je bil ranljiv za napade lažnih baznih postaj.

Ali so sodobna omrežja GSM zaščitena?

Pomembno si je zapomniti, da je GSM sam po sebi stara tehnologija. Medtem ko nekatere osnovne storitve GSM morda še vedno delujejo, večina glasovnega in podatkovnega prometa danes poteka prek omrežij 3G, 4G (LTE) in 5G. Ti novejši standardi imajo veliko močnejše varnostne funkcije:

• Močnejše šifriranje: V 4G/5G se uporabljajo algoritmi, kot je AES, ki so veliko bolj robustni.

• Vzajemna avtentikacija: Naprava in omrežje se avtenticirata medsebojno, kar otežuje napade lažnih baznih postaj.

• Celovita varnost: Vlagajo se napori za nadaljnje varovanje komunikacij v jedru omrežja.

• Redne posodobitve: Varnostni protokoli se nenehno pregledujejo in posodabljajo.

Torej, medtem ko je imel GSM znane varnostne pomanjkljivosti, omrežja, ki jih večina ljudi vsakodnevno uporablja (4G/5G), ponujajo veliko boljšo zaščito.

 

Omejitve GSM-a

Kljub uspehu je imel GSM svoje slabosti, zlasti z napredovanjem tehnologije:

• Težave z motnjami: Ker temelji na radijskih valovih, so signale GSM lahko vplivale fizične ovire, kot so zgradbe, hribi ali celo slabo vreme. To bi lahko povzročilo prekinjene klice ali slabo kakovost signala na določenih območjih. Električne motnje iz drugih naprav so včasih lahko povzročile tudi težave.

• Omejene hitrosti prenosa podatkov: To je največja omejitev GSM-a po današnjih standardih. Medtem ko so nadgradnje GPRS in EDGE dodale podatkovne zmogljivosti, so bile hitrosti zelo počasne v primerjavi s 3G, kaj šele s 4G ali 5G. Pretakanje videa ali uporaba kompleksnih aplikacij preprosto ni bila izvedljiva na čisti 2G GSM povezavi. Razumevanje, kaj GSM v bistvu pomeni, in zavedanje, da je bil zgrajen najprej za glas, šele nato za podatke.

• Potreba po repetitorjih na območjih s šibkim signalom: Na območjih s slabo naravno pokritostjo (kot so globoko v velikih zgradbah ali oddaljenih podeželskih lokacijah) so bili pogosto potrebni ojačevalci signala ali repetitorji za ojačanje signala GSM in omogočanje uporabne storitve. To je dodalo kompleksnost in stroške zagotavljanja pokritosti povsod.

• Omejitve zmogljivosti: Struktura TDMA, čeprav pametna, je imela omejitve glede števila uporabnikov, ki bi lahko delili frekvenco na določenem območju. Na zelo gosto poseljenih lokacijah bi se omrežje včasih lahko preobremenilo med konicami.

Te omejitve so spodbudile potrebo po razvoju na 3G, 4G in 5G, ki so bili zasnovani za odpravljanje teh težav, zlasti glede hitrosti in zmogljivosti prenosa podatkov.

 

GSM v ZDA in globalna uporaba

Zgodovinsko gledano sta bila v ZDA glavna ponudnika GSM omrežij AT&T in T-Mobile. Vendar se to hitro spreminja. Oba ponudnika, tako kot drugi po svetu, sta v procesu ugašanja svojih starejših 2G (GSM) in 3G omrežij. Potrebujejo radijski frekvenčni prostor (spekter), ki ga uporabljajo te starejše tehnologije, da zgradijo svoja hitrejša, učinkovitejša omrežja 4G LTE in 5G. Medtem ko se nekateri minimalni GSM zmogljivosti morda še ohranjajo za specifične M2M/IoT uporabe ali začasne pogodbe o gostovanju, aktivna potrošniška uporaba izginja. Najbolje je predpostaviti, da so GSM omrežja, usmerjena v potrošnike, v ZDA dejansko že izginila ali pa bodo izginila zelo kmalu.

Situacija v ZDA odraža globalni trend. Tudi države po Evropi, Aziji in Avstraliji aktivno ugašajo svoja 2G in 3G omrežja. Časovni okvir se razlikuje glede na državo in operaterja, pri čemer so nekateri izklopi že končani, drugi pa so načrtovani v naslednjih nekaj letih.

Razlogi so dosledni: pridobiti dragocen spekter za 4G/5G, zmanjšati stroške vzdrževanja starih omrežij in spodbuditi uporabnike k prehodu na sodobnejšo, učinkovitejšo tehnologijo.

Za večino ljudi, ki uporabljajo pametne telefone, izdelane v zadnjih 5-7 letih, ta ukinitev verjetno ne bo neposredno vplivala. Sodobni telefoni pretežno uporabljajo 4G LTE in 5G. Vendar pa je tukaj, kaj morate storiti, če se omrežja GSM ugasnejo:
:

• Preverite svoj telefon: Če imate zelo star telefon (morda osnovni funkcijski telefon, star 10+ let), morda podpira samo 2G/3G. Ko se ta omrežja v vašem območju ugasnejo, bo ta telefon izgubil storitev (razen potencialno klicov v sili). Morali bi nadgraditi na telefon, ki podpira 4G LTE (in idealno VoLTE – Voice over LTE) ali 5G.

• Preverite naprave IoT: Nekatere starejše naprave pametnega doma, alarmni sistemi ali sledilci vozil se morda zanašajo na omrežja 2G/3G. Uporabniki teh naprav se bodo morda morali posvetovati s ponudnikom storitev ali proizvajalcem glede možnosti nadgradnje ali morebitne izgube storitev.

• Potniki: Medtem ko je bilo mednarodno gostovanje moč GSM-a, z ugašanjem omrežij po svetu zanašanje samo na 2G/3G za gostovanje postaja manj izvedljivo. Sodobni telefoni, ki podpirajo več pasov 4G/5G, so bistveni za zanesljivo mednarodno povezljivost.

Photo by Christopher on Unsplash

 

Nadgradite z GSM-a v prihodnost z Yoho Mobile eSIM!

Tako kot je GSM spremenil mobilno komunikacijo, jo eSIM Yoho Mobile dviguje na naslednjo raven. Pozabite na iskanje lokalnih SIM kartic ali skrbi glede združljivosti s starajočimi se omrežji. Yoho Mobile ponuja brezhibno povezljivost z uporabo sodobnih omrežij 4G in 5G po vsem svetu, vse skozi udobje eSIM-a. Brez fizičnih zamenjav SIM kartic – le takojšnja, globalna povezljivost, kamorkoli greste.

Ostanite povezani med potovanjem – preizkusite brezplačno preizkusno eSIM kartico Yoho Mobile in pridobite takojšen dostop do mobilnih podatkov v več kot 70 državah. Brez SIM kartice, brez pogodb – le hitra namestitev in v nekaj minutah ste na spletu.

Če želite kasneje dobiti svoj eSIM paket, uporabite kodo YOHO12 ob zaključku nakupa za 12% popust!