GSM

GSM (ад назвы групы Groupe Spécial Mobile, пазьней пераназваны ў Global System for Mobile Communications; беларуск. СПС-900) — глябальны лічбавы стандарт для мабільнай сотавай сувязі, з падзелам канала па прынцыпе TDMA і высокай ступеньню бясьпекі дзякуючы шыфраваньню з адчыненым ключом. Распрацаваны пад эгідай Эўрапейскага інстытуту стандартызацыі электрасувязі (ETSI) у канцы 80-х гадоў.

Агульныя зьвесткі

GSM адносіцца да сетак другога пакаленьня (2 Generation), хоць на 2006 год умоўна знаходзіцца ў фазе 2,5G (1G — аналягавая сотавая сувязь, 2G — лічбавая сотавая сувязь, 3G — шырокапалосная лічбавая сотавая сувязь, камутаваная шматмэтавымі кампутарнымі сеткамі, у тым ліку Інтэрнэт).

Мабільныя тэлефоны выпускаюцца для 4 дыяпазонаў частасьцяў: 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц, 1900 МГц. Існуюць таксама, і даволі распаўсюджаныя, мультыдыяпазонныя (Dual-Band, Multi-Band) тэлефоны, здольныя працаваць у дыяпазонах 900/1800 МГц, 850/1900 МГц, 900/1800/1900 МГц.

У стандарце GSM ужываецца GMSK мадуляцыя зь велічынёй нармаванай паласы ВТ — 0,3, дзе В — шырыня паласы фільтра па ўзроўні мінус 3 дБ, Т — працягласьць аднаго біта лічбавага паведамленьня.

GSM на сёньняшні дзень зьяўляецца найболей распаўсюджаным стандартам сувязі. Па дадзеных асацыяцыі GSMA на дадзены стандарт прыходзіцца 82 % сусьветнага рынка мабільнай сувязі, 29 % насельніцтвы зямнога шара выкарыстае глябальныя тэхналёгіі GSM. У GSMA у цяперашні час уваходзяць апэратары больш за 210 краінаў і тэрыторыяў.

Этапы разьвіцьця

GSM Phase 1

1982 (Groupe Speciale Mobile) — 1990 г. Global System for Mobile Communications. Першая камэрцыйная сетка ў студзені 1992 г. Лічбавы стандарт, падтрымлівае хуткасьць перадачы дадзеных да 9.6 кбіт/с. Цалкам састарэлы, вытворчасьць абсталяваньня пад яго спынена.

У 1991 годзе былі ўведзеныя паслугі стандарту GSM «ФАЗА 1».

У іх уваходзяць:

• Пераадрасаваньне выкліку (Call forwarding).
• Магчымасьць пераводу ўваходных званкоў на іншы тэлефонны нумар у тых выпадках, калі нумар заняты або абанэнт не адказвае; калі тэлефон выключаны або знаходзіцца па-за зонай дзеяньня сеткі і т. п. Акрамя таго, магчымая пераадрасаваньне факсаў і дадзеных.
• Забарона выкліку (Call barring). Забарона на ўсе ўваходныя/выходныя званкі; забарона на выходныя міжнародныя званкі; забарона на ўваходныя званкі, за выключэньнем нутрасеткавых.
• Чаканьне выкліку (Call waiting). Гэтая паслуга дазваляе прыняць уваходны выклік падчас гутаркі, якая ўжо працягваецца. Пры гэтым першы абанэнт або па-ранейшаму будзе знаходзіцца на сувязі, або гутарка зь ім можа быць завершана.
• Утрыманьне выкліку (Call Holding). Гэтая паслуга дазваляе, не разьдзіраючы сувязь з адным абанэнтам, патэлефанаваць (або адказаць на ўваходны званок) іншаму абанэнту.
• Глябальны роўмінг (Global roaming). Пры наведваньні любой з краінаў, зь якой ваш апэратар падпісаў адпаведную дамову, вы можаце карыстацца сваім мабільным тэлефонам GSM бязь зьмены нумара.

GSM Phase 2

1993 г. Уключае дыяпазон 1900 МГц у 1995. Лічбавы стандарт, падтрымлівае хуткасьць перадачы дадзеных да 9.6 кбіт/с. Састарэлы. Другі этап разьвіцьця GSM «ФАЗА 2», які завяршыўся ў 1997 г., прадугледжвае такія паслугі:

• Азначэньне нумара выклікалай лініі (Calling Line Identification Presentation). Пры ўваходным званку на экране высьвятляецца нумар выклікалага абанэнта.
• Антывызначальнік нумара (Calling Line Identification Restriction). З дапамогай гэтай паслугі можна забараніць азначэньне ўласнага нумара пры злучэньні зь іншым абанэнтам.
• Групавы выклік (Multi party).
• Рэжым тэлеканфэрэнцыі або канфэрэнц-сувязі дазваляе аб’яднаць да пяці абанэнтаў у групу і весьці перамовы паміж усімі чальцамі групы адначасова.
• Стварэньне зачыненай групы да дзесяці абанэнтаў (Closed User Group). Дазваляе ствараць групу карыстачоў, чальцы якой могуць зьвязвацца толькі паміж сабой. Часьцей за ўсё да гэтай паслугі зьвяртаюцца кампаніі, якія прадстаўляюць тэрміналы сваім службоўцам для працы.
• Інфармацыя аб кошце гутаркі. Сюды ўваходзяць таймэр, які лічыць час на лініі, і лічыльнік званкоў. Таксама дзякуючы гэтай паслузе можна правяраць пакінуты на рахунку крэдыт. Магчымая і іншая паслуга «Рада па аплаце» (Advice of Charge). Па патрабаваньні карыстача адбываецца праверка кошту і працягласьці гутаркі ў той час, калі апарат знаходзіцца на сувязі.
• Абслугоўваньне дадатковай лініі (Alternative Line Service). Карыстач можа набыць два нумара, якія будуць прыпісаныя да аднаго модулю SIM. У гэтым выпадку сувязь выконваецца па двух лініям, з падаваньнем двух рахункаў, двух галасавых скрынь і т. п.
• Кароткія тэкставыя паведамленьні (Short Message Service). Магчымасьць прыёму і перадачы кароткіх тэкставых паведамленьняў (да 160 знакаў).
• Сыстэма галасавых паведамленьняў (Voice mail).Паслуга дазваляе аўтаматычна перакладаць уваходныя званкі на пэрсанальны аўтаадказьнік (галасавая пошта). Карыстацца гэтым можна толькі ў тым выпадку, калі ў абанэнта актывізаваная паслуга «пераадрасаваньне выклікаў».

GSM Phase 2+

Наступны этап разьвіцьця сетак стандарту GSM «ФАЗА 2+» не зьвязаны з пэўным годам укараненьня. Новыя паслугі і функцыі стандартуюцца і ўкараняюцца пасьля падрыхтоўкі і сьцьвярджэньні іх тэхнічных апісаньняў. Усе працы па этапе «Фаза 2+» праводзіліся Эўрапейскім інстытутам стандартызацыі электрасувязі (ETSI). Колькасьць ужо ўкаранёных і зьмешчаных у стадыі сьцьвярджэньня паслуг перавышае 50. Сярод іх можна вылучыць наступныя:

• палепшанае праграмнае забесьпячэньне SIM-карты;
• палепшанае досыцьхуткаснае кадаваньне прамовы EFR (Enhanced Full Rate);
• магчымасьць узаемадзеяньня паміж сыстэмамі GSM і DECT;
• падвышэньне хуткасьці перадачы дадзеных дзякуючы пакетнай перадачы дадзеных GPRS (General Packet RadioService) або за кошт сыстэмы перадачы дадзеных па камутаваных каналах HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).

Паслугі

GSM забясьпечвае падтрымку наступных паслуг:

• Паслугі перадачы дадзеных (сынхронны і асынхронны абмен дадзенымі, у тым ліку пакетная перадача дадзеных — GPRS). Дадзеныя паслугі не гарантуюць сумяшчальнасьць тэрмінальных прыладаў і забясьпечваюць толькі перадачу інфармацыі да іх і ад іх.
• Перадача маўленчай інфармацыі.
• Перадача кароткіх паведамленьняў (SMS).
• Перадача факсімільных паведамленьняў.

Дадатковыя (неабавязковыя да падаваньня) паслугі:

• Азначэньне выклікалага нумара і абмежаваньне такога азначэньня.
• Безумоўнае і ўмоўнае пераадрасаваньне выкліку на іншы нумар.
• Чаканьне і ўтрыманьне выкліку.
• Канфэрэнц-сувязь (адначасовая маўленчая сувязь паміж трыма і больш рухомымі станцыямі).
• Забарона на вызначаныя карыстачом паслугі (міжнародныя званкі, роўмінгавыя званкі і інш.)
• Галасавая пошта.

і шматлікія іншыя паслугі.

Перавагі й недахопы

Перавагі стандарту GSM:

• Меншыя ў параўнаньні з аналягавымі стандартамі (NMT-450, AMPS-800) памеры і вага тэлефонных апаратаў пры большым часе працы без падзарадкі акумулятара. Гэта дасягаецца ў асноўным за кошт апаратуры базавай станцыі, якая стала аналізуе ўзровень сыгналу, прыманага ад апарата абанэнта. У тых выпадках, калі ён вышэй патрабаванага, на мабільны тэлефон аўтаматычна падаецца каманда зьнізіць выпраменьваную магутнасьць.
• Добрая якасьць сувязі пры дастатковай шчыльнасьці разьмяшчэньня базавых станцый.
• Вялікая ёмістасьць сеткі, магчымасьць вялікага ліку адначасовых злучэньняў.
• Нізкі ўзровень індустрыяльных перашкод у дадзеных частасных дыяпазонах.
• Максымальная абарона ад падслухоўваньня і нелегальнага выкарыстаньня, што дасягаецца шляхам ужываньня альгарытмаў шыфраваньня з адчыненым ключом. EFR-тэхналёгія ўяўляе сабой удасканаленую сыстэму кадаваньня прамовы. Гэтая сыстэма была распрацаваная фінскім прадпрыемствам «Нокія» і пасьля стала прамысловым стандартам кадаваньня/дэкадаваньня для тэхналёгіі GSM.
• Шырокае распаўсюджваньне, асабліва ў Эўропе, вялікі выбар абсталяваньня. На сёньняшні дзень стандарт GSM падтрымліваюць 228 апэратараў, афіцыйна зарэгістраваных у Асацыяцыі апэратараў GSM з 110 краінаў.
• Магчымасьць роўмінгу. Гэта азначае, што абанэнт адной зь сетак GSM можа карыстацца мабільным тэлефонным нумарам ня толькі ў сябе «дома», але і перамяшчацца па ўсім ьвеце пераходзячы з адной сеткі ў іншую не растаючыся са сваім абанэнцкім нумарам. Працэс пераходу зь сеткі ў сетку адбываецца аўтаматычна, і карыстачу тэлефона GSM няма неабходнасьці загадзя апавяшчаць апэратара.

Недахопы стандарту GSM:

• Скажэньне прамовы пры лічбавай апрацоўцы і перадачы.
• Сувязь на адлегласьці ня больш 120 км^[1] ад найблізкай базавай станцыі нават пры выкарыстаньні ўзмацняльнікаў і накіраваных антэн. Таму для пакрыцьця вызначанага пляца неабходна большая колькасьць перадатчыкаў, чым у NMT-450 і AMPS.
• Сур’ёзная магутнасьць выпраменьваньня насімымі трубкамі — патэнцыйная шкода здароўю. У цяперашні час не пацьверджанае, нават пасьля правядзеньня мноства экспэрымэнтаў.

Вытворцы абсталяваньня GSM паступова падвышаюць адчувальнасьць прыладаў, што вядзе да паніжэньня патрабаванай магутнасьці выпраменьваньня тэлефонаў, але прынцыпова сытуацыя не зьмяняецца. Досыць простыя праекты (напрыклад, https://web.archive.org/web/20141011214404/http://www.inno.ru/project/29960/) па паніжэньні магутнасьці выпраменьваньня мабільных тэлефонаў у дзясяткі-сотні разоў, у тым ліку для ўжо існых мабільных тэлефонаў у разгорнутых сетках GSM, пакуль не рэалізаваныя.

Стандарты й радыёінтэрфэйс

У стандарце GSM вызначаныя 4 дыяпазону працы (яшчэ ёсьць пяты):

900/1800 МГц (выкарыстоўваецца ў Эўропе, Азіі)

GSM-900

Лічбавы стандарт мабільнай сувязі ў дыяпазоне частасьцяў ад 890 да 915 МГц (ад тэлефона да базавай станцыі) і ад 935 да 960 МГц (ад базавай станцыі да тэлефона).

У некаторых краінах дыяпазон частасьцяў GSM-900 быў пашыраны да 880—915 МГц (MS -> BTS) і 925—960 МГц (MS <- BTS), дзякуючы чаму максымальная колькасьць каналаў сувязі павялічылася на 50. Такая мадыфікацыя была названая E-GSM (extended GSM).

GSM-1800

Мадыфікацыя стандарту GSM-900, лічбавы стандарт мабільнай сувязі ў дыяпазоне частасьцяў ад 1710 да 1880 МГц.

Асаблівасьці:

• Максымальная выпраменьваная магутнасьць мабільных тэлефонаў стандарту GSM-1800 — 1Вт, для параўнаньня ў GSM-900 — 2Вт. Большы час бесьперапыннай працы без падзарадкі акумулятара і паніжэньне ўзроўню радыёвыпраменьваньня, аднак узьдзеяньне выпраменьваньня больш высокай частасьці меней прадказальна і больш небясьпечна для чалавека.
• Высокая ёмістасьць сеткі, што важна для буйных гарадоў.
• Магчымасьць выкарыстаньня тэлефонных апаратаў, якія працуюць у стандартах GSM-900 і GSM-1800 адначасова. Такі апарат функцыянуе ў сетцы GSM-900, але, пападаючы ў зону GSM-1800, перамыкаецца — уручную або аўтаматычна. Гэта дазваляе апэратару рацыянальней выкарыстаць частасны рэсурс, а кліентам — эканоміць грошы за кошт нізкіх тарыфаў. У абедзьвюх сетках абанэнт карыстаецца адным нумарам. Але выкарыстаньне апарата ў двух сетках магчыма толькі ў тых выпадках, калі гэтыя сеткі прыналежаць адной кампаніі, або паміж кампаніямі, якія працуюць у розных дыяпазонах, складзена дамова аб роўмінгу.

Праблема складаецца ў тым, што зона ахопу для кожнай базавай станцыі значна менш, чым у стандартах GSM-900, AMPS/DAMPS-800, NMT-450. Неабходны большы лік базавых станцыяў. Чым вышэй частасьць выпраменьваньня, тым больш пранікальная здольнасьць (характарызуецца т. зв. глыбінёй скін-пляста) радыёхваль і тым менш здольнасьць адлюстроўвацца і абгінаць перашкоды.

850/1900 МГц (выкарыстоўваецца ў ЗША, Канадзе, асобных краінах Лацінскай Амэрыкі і Афрыкі)

Структура GSM

Сыстэма GSM складаецца з трох асноўных падсыстэм:

• падсыстэма базавых станцый (BSS — Base Station Subsystem),
• падсыстэма камутацыі (NSS — Network Switching Subsystem),
• цэнтар тэхнічнага абслугоўваньня (OMC — Operation and Maintenance Centre).

У асобны кляс абсталяваньня GSM вылучаныя тэрмінальныя прылады — рухомыя станцыі (MS — Mobile Station), таксама вядомыя, як мабільныя (сотавыя) тэлефоны.

Падсыстэма базавых станцыяў

BSS складаецца з уласна базавых станцыяў (BTS — Base Transceiver Station) і кантролераў базавых станцыяў (BSC — Base Station Controller). Вобласьць, якая накрываецца сеткай GSM, пабітая на соты шасьцікутнай формы. Дыямэтар кожнага шасьцікутнага вочка можа быць розным — ад 400 м да 50 км. Максымальны тэарэтычны радыюс вочка складае 120 км^[1], што абумоўленае абмежаванай магчымасьцю сыстэмы сынхранізацыі да кампэнсаваньня часу затрымкі сыгналу. Кожнае вочка пакрываецца адной BTS, пры гэтым вочкі часткова перакрываюць адзін аднаго, тым самым захоўваецца магчымасьць перадачы абслугоўваньня MS пры перасоўваньні яе з адной соты ў іншую без парыву злучэньня. (Апэрацыя перадачы абслугоўваньня мабільнага тэлефона (MS) ад адной базавай станцыі (BTS) да іншай у момант пераходу мабільнага тэлефона мяжы дасяжнасьці бягучай базавай станцыі завецца тэхнічным тэрмінам «Handover»). На самай справе сыгнал ад кожнай станцыі распаўсюджваецца, пакрываючы пляц у выглядзе круга, але пры скрыжаваньні — як атрымліваюцца правільныя шасьцікутнікі. Кожная база мае шэсьць суседніх у сувязі з тым, што ў задачы плянаваньня разьмяшчэньня станцый уваходзіла такая, як мінімізацыя зон перакрываньня сыгналу ад кожнай станцыі. Большы лік суседніх станцый, чым 6 — адмысловых выгод не нясе. Разглядаючы межы пакрыцьця сыгналу ад кожнай станцыі ўжо ў зоне перакрыцьця, як раз атрымліваем — шасьцікутнікі.

Базавая станцыя (BTS) забясьпечвае прыём/перадачу сыгналу паміж MS і кантролерам базавых станцый. BTS зьяўляецца аўтаномнай і будуецца па модульным прынцыпе. Накіраваныя антэны базавых станцый могуць разьмяшчацца на вышках, дахах будынкаў і т. д.

Кантролер базавых станцый (BSC) кантралюе злучэньні паміж BTS і падсыстэмай камутацыі. У яго паўнамоцтва таксама ўваходзіць кіраваньне чарговасьцю злучэньняў, хуткасьцю перадачы дадзеных і разьмеркаваньне радыёканалаў.

Падсыстэма камутацыі

NSS пабудаваная з наступных кампанэнтаў:

Цэнтар камутацыі (MSC — Mobile Switching Centre)

MSC кантралюе вызначаную геаграфічную зону з разьмешчанымі на ёй BTS і BSC. Ажыцьцяўляе ўсталёўку злучэньня да абанэнта і ад яго ўсярэдзіне сетак GSM, забясьпечвае інтэрфэйс паміж GSM і ТФОП, іншымі сеткамі радыёсувязі, сеткамі перадачы дадзеных. Таксама выконвае функцыі маршрутызацыі выклікаў, кіраваньне выклікамі, эстафэтнай перадачы абслугоўваньня пры перасоўваньні MS з аднаго вочка ў іншую. Пасьля завяршэньня выкліку MSC апрацоўвае дадзеныя па ім і перадае іх у цэнтар разьлікаў для фармаваньня рахунку за прадстаўленыя паслугі, зьбірае статыстычныя дадзеныя. MSC таксама стала сочыць за становішчам MS, выкарыстаючы дадзеныя з HLR і VLR, што неабходна для хуткага знаходжаньня і ўсталяваньня злучэньня з MS у выпадку яе выкліку.

Хатні рэестар месцазнаходжаньня (HLR — Home Location Registry)

Утрымоўвае базу дадзеных абанэнтаў, прыпісаных да яго. Тут утрымоўваецца інфармацыя аб паслугах, якія прадстаўляюцца дадзенаму абанэнту, інфармацыя аб стане кожнага абанэнта, неабходная ў выпадку яго выкліку, а таксама Міжнародны Ідэнтыфікатар Мабільнага Абанэнта (IMSI — International Mobile Subscriber Identity), які выкарыстоўваецца для аўтэнтыфікацыі абанэнта (пры дапамозе AUC). Кожны абанэнт прыпісаны да аднаго HLR. Да дадзеных HLR маюць доступ усё MSC і VLR у дадзенай GSM-сеткі, а ў выпадку міжсеткавага роўмінгу — і MSC іншых сетак.

Гасьцёўні рэестр месцазнаходжаньня (VLR — Visitor Location Registry)

VLR забясьпечвае маніторынг руху MS з адной зоны ў іншую і ўтрымоўвае базу дадзеных аб абанэнтах, якія перамяшчаюцца, зьмешчаных у дадзены момант у гэтай зоне, у тым ліку абанэнтах іншых сыстэм GSM — так званых роўмэрах. Дадзеныя аб абанэнце выдаляюцца з VLR у тым выпадку, калі абанэнт перамясьціўся ў іншую зону. Такая схема дазваляе скараціць колькасьць запытаў на HLR дадзенага абанэнта і, такім чынам, час абслугоўваньня выкліку.

Рэестар ідэнтыфікацыі абсталяваньня (EIR — Equipment Identification Registry)

Утрымоўвае базу зьвестак, неабходную для ўсталяваньня сапраўднасьці MS па IMEI (International Mobile Equipment Identity). Фармуе тры сьпісы: белы (дапушчаны да выкарыстаньня), шэры (некаторыя праблемы з ідэнтыфікацыяй MS) і чорны (MS, забароненыя да ўжываньня). У беларускіх апэратараў (і большай часткі апэратараў краінаў СНД) выкарыстоўваюцца толькі белыя сьпісы, што не дазваляе раз і назаўжды вырашыць праблему крадзяжу мабільных тэлефонаў.

Зацемка. Беларускія сотавыя апэратары не выкарыстаюць абсталяваньне EIR, адпаведна казаць аб выкарыстаньні толькі белых сьпісаў можна зь вялікай нацяжкай. Уладальнік ня можа занесьці самастойна свой тэлефон ні ў які сьпіс — ні чорны, ні белы, ні шэры, гэта сфэра дзейнасьці апэратара. Пры занясеньні тэлефона ў чорны сьпіс якім-небудзь апэратарам тэлефон зможа нармалёва працаваць у іншай сетцы, бо адзінай базы зьвестак не існуе.

Цэнтар аўтэнтыфікацыі (AUC — Authentification Centre)

Асноўны артыкул: Бясьпека GSM

Тут адбываецца аўтэнтыфікацыя абанэнта, а дакладней — SIM (Subscriber Identity Module). Доступ да сеткі дазваляецца толькі пасьля мінаньня SIM працэдуры праверкі сапраўднасьці, падчас якой з AUC на MS прыходзіць выпадковы лік RAND, пасьля чаго на AUC і MS раўналежна адбываецца шыфраваньне ліку RAND ключом Ki для дадзенай SIM пры дапамозе адмысловага альгарытму. Затым з MS і AUC на MSC вяртаюцца «падпісаныя водгукі» — SRES (Signed Response), якія зьяўляюцца вынікам дадзенага шыфраваньня. На MSC водгукі параўноўваюцца, і ў выпадку іх супадзеньня аўтэнтыфікацыя лічыцца пасьпяховай.

Падсыстэма OMC (Operations and Maintenance Center)

Злучаная з астатнімі кампанэнтамі сеткі і забясьпечвае кантроль якасьці працы і кіраваньне ўсёй сеткай. Апрацоўвае аварыйныя сыгналы, пры якіх патрабуецца ўмяшаньне пэрсаналу. Забясьпечвае праверку стану сеткі, магчымасьць мінаньня выкліку. Вырабляе абнаўленьне праграмнага забесьпячэньня на ўсіх элемэнтах сеткі і шэраг іншых функцый.

Глядзіце таксама

• Мабільная сувязь
• Стандарты мабільнай тэлефаніі
• Бясьпека GSM
• GPRS
• EDGE
• GSM-R
• Мабільны тэлефон

Крыніцы

Вонкавыя спасылкі

GSM — сховішча мультымэдыйных матэрыялаў

• Асацыяцыя GSMA (The GSM Association) (анг.)
• 3GPP — Бягучы ўзровень стандартызацыі GSM, вольныя стандарты (анг.)
• Схема нумарацыі спэцыфікацый 3GPP (анг.)
• Эўрапейскі інстытут стандартызацыі электрасувязі (ETSI) (анг.)
• Буклет САЗ «Пабудова дыялёгу аб рызыках ад электрамагнітных палёў» (pdf 2.68Mb)
• «Прапановы САЗ па Праекце Вывучэньня Ўплыву Электрамагнітных Палёў; Уплыў Радыёпалей Мабільных Тэлекамунікацый на Здароўе; Рэкамэндацыі Органам Дзяржаўнай Улады»