WCDMA alebo GSM štandardy – aký je medzi nimi rozdiel? Popis štandardu GSM

Štandardné GSM(z názvu skupiny Groupe Special Mobile, neskôr premenovanej na Global System for Mobile Communications) (ruský SPS-900) je globálny digitálny štandard pre mobilnú bunkovú komunikáciu druhej generácie s oddelením kanálov podľa princípu TDMA a vysokým stupňom bezpečnosti vďaka šifrovaniu verejným kľúčom. Vyvinutý pod záštitou Európskeho inštitútu pre telekomunikačné normy (ETSI) koncom 80. rokov.

Štandard GSM je digitálny a poskytuje vysokú kvalitu a dôvernosť komunikácie a poskytuje účastníkom širokú škálu služieb: automatický roaming, príjem/prenos dát, službu SMS, hlasovú a faxovú poštu. Hlavné nevýhody štandardu sú: skreslenie hlasu pri digitálnom spracovaní a jeho prenose cez rádiový kanál, malý dosah základňovej stanice, telefón GSM nemôže fungovať na vzdialenosť 35 km od základňovej stanice.

Mobilné telefóny GSM pracujú v 4 frekvenčných pásmach: 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz, 1900 MHz. Existujú tiež a celkom bežné viacpásmové (Dual-Band, Multi-Band) telefóny schopné pracovať v pásmach 900/1800 MHz, 850/1900 MHz, 900/1800/1900 MHz.

Štandard GSM používa moduláciu GMSK s normalizovanou šírkou pásma B * T - 0,3, kde B je šírka pásma filtra na úrovni mínus 3 dB, T je trvanie jedného bitu digitálnej správy.

GSM je zďaleka najpoužívanejším komunikačným štandardom. Podľa asociácie GSMA tento štandard predstavuje 82 % globálneho trhu mobilnej komunikácie, 29 % svetovej populácie využíva globálne technológie GSM. GSMA v súčasnosti zahŕňa operátorov vo viac ako 210 krajinách a územiach.

Digitálny štandard pre mobilnú komunikáciu vo frekvenčnom rozsahu 890 až 915 MHz (telefón – základňová stanica) a 935 až 960 MHz (základňová stanica – telefón).

V niektorých krajinách frekvenčný rozsah GSM-900 bola rozšírená na 880-915 MHz (MS -> BTS) a 925-960 MHz (MS<- BTS), благодаря чему максимальное количество каналов связи увеличилось на 50. Такая модификация была названа E-GSM (extended GSM).

Digitálny štandard pre mobilnú komunikáciu vo frekvenčnom rozsahu od 1710 do 1880 MHz:

• Maximálny vyžarovaný výkon mobilných telefónov štandard GSM-1800- 1W, pre porovnanie, GSM-900 má 2W. Dlhší čas nepretržitej prevádzky bez dobíjania batérie a znížené rádiové vyžarovanie.
• Vysoká kapacita siete, ktorá je dôležitá pre veľké mestá.
• Možnosť súčasného používania telefónnych prístrojov pracujúcich v štandardoch GSM-900 a GSM-1800. Takéto zariadenie funguje v sieti GSM-900, no pri vstupe do zóny GSM-1800 sa prepne manuálne alebo automaticky. Ale použitie zariadenia v dvoch sieťach je možné len v tých prípadoch, keď tieto siete patria tej istej spoločnosti, alebo medzi spoločnosťami pôsobiacimi v rôznych pásmach je uzatvorená roamingová dohoda.

Funkciou GSM-1800 je, že oblasť pokrytia pre každú základňovú stanicu je oveľa menšia ako v štandardoch GSM-900, AMPS / DAMPS, NMT-450. Je potrebných viac základňových staníc. Čím vyššia je frekvencia žiarenia, tým nižšia je schopnosť prenikania (charakterizovaná tzv. hĺbkou pokožky) rádiových vĺn a tým nižšia je schopnosť odrážať a obchádzať prekážky.

Pozri tiež:

	Zariadenia pre mobilnú a bezdrôtovú komunikáciu
	Analyzátory spektra a signálu

Tento článok je prvým zo série článkov o mobilnej komunikácii. V tomto cykle by som rád podrobne opísal princípy fungovania celulárnych sietí druhej, tretej a štvrtej generácie. Štandard GSM patrí do druhej generácie (2G).

Bunková komunikácia prvej generácie bola analógová a teraz sa nepoužíva, takže o nej nebudeme uvažovať. Druhá generácia je digitálna a táto funkcia úplne nahradila 1G siete. Digitálny signál je robustnejší ako analógový signál, čo je hlavná výhoda v mobilnej rádiovej komunikácii. Navyše digitálny signál okrem reči umožňuje prenášať dáta (SMS, GPRS). Je potrebné poznamenať, že tento trend smerom k prechodu z analógového signálu na digitálny signál je typický nielen pre mobilné komunikácie.

GSM (Global System Mobile) je globálny štandard pre digitálnu mobilnú komunikáciu s oddelením kanálov na základe času TDMA a frekvencie FDMA. Vyvinutý pod záštitou Európskeho inštitútu pre telekomunikačné normy (ETSI) koncom 80. rokov 20. storočia.

GSM poskytuje podporu pre nasledujúce služby:

• Prenos dát GPRS
• Prenos reči
• Odosielanie krátkych SMS správ
• Faxový prenos

Okrem toho existujú ďalšie služby:

• Identifikácia čísla
• Presmerovanie hovorov
• Čakajúci hovor a podržanie
• konferenčný hovor
• Hlasová pošta

Architektúra siete GSM

Pozrime sa podrobnejšie na to, z akých prvkov je sieť GSM postavená a ako sa navzájom ovplyvňujú.

Sieť GSM je rozdelená na dva systémy: SS (Switching System) - prepínací subsystém, BSS (Base Station System) - systém základňových staníc. SS vykonáva funkcie obsluhy hovorov a nadviazania spojenia a tiež zodpovedá za realizáciu všetkých pridelených služieb účastníkovi. BSS je zodpovedná za funkcie súvisiace s rádiovým rozhraním.

SS zahŕňa:

• MSC (Mobile Switching Center) - prepínací uzol siete GSM
• GMSC (Gate MSC) - prepínač, ktorý obsluhuje hovory z externých sietí
• HLR (Home Location Register) - databáza domácich účastníkov
• VLR (Visitor Location Register) - databáza hosťujúcich predplatiteľov
• AUC (Authentication Cetner) - autentifikačné centrum (overenie predplatiteľa)

BSS zahŕňa:

• BSC (Base Station Controller) - ovládač základnej stanice
• BTS (Base Transeiver Station) - transceiver stanica
• MS (Mobile Station) - mobilná stanica

Zloženie spínacieho subsystému SS

MSC vykonáva prepínacie funkcie pre mobilnú komunikáciu. Toto centrum riadi všetky prichádzajúce a odchádzajúce hovory prichádzajúce z iných telefónnych a dátových sietí. Medzi tieto siete patria PSTN, ISDN, verejné dátové siete, podnikové siete, ako aj mobilné siete iných operátorov. Funkcie autentifikácie predplatiteľa sa tiež vykonávajú v MSC. MSC poskytuje funkcie smerovania hovorov a riadenia hovorov. MSC je zodpovedné za prepínanie funkcií. MSC generuje údaje potrebné na spoplatnenie komunikačných služieb poskytovaných sieťou, zhromažďuje údaje o uskutočnených konverzáciách a prenáša ich do zúčtovacieho centra (fakturačného centra). MSC tiež zostavuje štatistiky potrebné na monitorovanie a optimalizáciu siete. MSC sa nezúčastňuje len na riadení hovorov, ale riadi aj registráciu miesta a procedúry odovzdania.

V systéme GSM má každý operátor databázu obsahujúcu informácie o všetkých účastníkoch patriacich do jeho PLMN. V sieti jedného operátora je logicky jeden HLR, ale fyzicky ich je veľa, lebo toto
distribuovaná databáza. Informácie o účastníkovi sa zapisujú do HLR pri registrácii účastníka (uzavretie zmluvy o poskytovaní služieb účastníkom) a sú uchovávané až do ukončenia zmluvy účastníkom a výmazu z registra HLR.
Informácie uložené v HLR zahŕňajú:

• Identifikátory (čísla) účastníka.
• Doplnkové služby priradené účastníkovi
• Informácie o polohe účastníka s presnosťou na číslo MSC / VLR
• Overovacie informácie predplatiteľa (trojnásobné)

HLR môže byť implementované ako vstavaná funkcia v MSC/VLR alebo samostatne. Ak je kapacita HLR vyčerpaná, môže sa pridať ďalší HLR. A v prípade organizovania viacerých HLR ostáva databáza jediná – distribuovaná. Údajový záznam účastníka zostáva vždy jediný. K údajom uloženým v HLR môžu pristupovať MSC a VLR patriace do iných sietí ako súčasť poskytovania medzisieťového roamingu účastníkov.

Databáza VLR obsahuje informácie o všetkých mobilných predplatiteľoch, ktorí sa momentálne nachádzajú v oblasti služieb MSC. Každý MSC v sieti má teda svoj vlastný VLR. Servisné informácie sú dočasne uložené vo VLR a vďaka tomu môže pridružený MSC obsluhovať všetkých účastníkov nachádzajúcich sa v oblasti služieb tohto MSC. HLR a VLR uchovávajú veľmi podobné informácie o predplatiteľoch, existujú však určité rozdiely, o ktorých sa bude diskutovať v ďalších kapitolách. Keď sa predplatiteľ presunie do oblasti služieb nového MSC, VLR pripojený k tomuto MSC si vyžiada informácie o predplatiteľovi od HLR, ktoré ukladá údaje tohto predplatiteľa. HLR posiela kópiu informácie do VLR a aktualizuje informácie o polohe predplatiteľa. Po aktualizácii informácií môže MS vytvárať odchádzajúce/prichádzajúce spojenia.

Na vylúčenie neoprávneného používania prostriedkov komunikačného systému sa zavádzajú autentifikačné mechanizmy - autentifikácia účastníka. AUC je autentifikačné centrum predplatiteľa, pozostáva z niekoľkých blokov a generuje autentifikačné a šifrovacie kľúče (generujú sa heslá). S jeho pomocou MSC autentifikuje účastníka a po nadviazaní spojenia sa na rádiovom rozhraní umožní šifrovanie prenášaných informácií.

Zloženie subsystému základňových staníc BSS

BSC riadi všetky funkcie súvisiace s prevádzkou rádiových kanálov v sieti GSM. Je to prepínač, ktorý poskytuje funkcie, ako je odovzdanie MS, priradenie rádiových kanálov a zber konfigurácie buniek. Každý MSC môže spravovať viacero BSC.

BTS spravuje vzdušné rozhranie s MS. BTS zahŕňa rádiové zariadenia, ako sú transceivery a antény, ktoré sú potrebné na obsluhu každej bunky v sieti. BSC radič spravuje viacero BTS.

Geografická výstavba sietí GSM

Každá telefónna sieť potrebuje špecifickú štruktúru na smerovanie hovorov do požadovanej ústredne a ďalej k účastníkovi. V mobilnej komunikačnej sieti je táto štruktúra obzvlášť dôležitá, pretože účastníci sa pohybujú po sieti, to znamená, že menia svoju polohu a táto poloha musí byť neustále monitorovaná.

Hoci je bunka základnou jednotkou komunikačného systému GSM, je veľmi ťažké poskytnúť jasnú definíciu. Nie je možné pripojiť tento výraz k anténe alebo k základnej stanici, pretože existujú rôzne bunky. Bunka je však geografická oblasť obsluhovaná jednou alebo viacerými základňovými stanicami, v ktorej funguje jedna skupina riadiacich logických kanálov GSM (samotné kanály budú diskutované v nasledujúcich kapitolách). Každá bunka má priradené svoje jedinečné číslo, ktoré sa nazýva globálny identifikátor bunky (CGI). V sieti pokrývajúcej napríklad celú krajinu môže byť počet buniek veľmi veľký.

Oblasť umiestnenia (LA) je definovaná ako skupina buniek, v ktorých sa uskutoční volanie mobilnej stanice. Poloha predplatiteľa v rámci siete je spojená s LA, v ktorej sa predplatiteľ aktuálne nachádza. Daný identifikátor zóny (LAI) je uložený vo VLR. Keď MS prekročí hranicu medzi dvoma bunkami patriacimi rôznym LA, odošle informácie o novej LA do siete. Stáva sa to iba vtedy, ak je MS v nečinnom režime. Informácie o novom umiestnení sa pri nadviazanom spojení neprenášajú, tento proces nastane po ukončení spojenia. Ak MS prekročí hranicu medzi bunkami v rámci tej istej LA, neinformuje sieť o svojom novom umiestnení. Keď prichádzajúci hovor príde na MS, pagingová správa sa distribuuje do všetkých buniek patriacich do rovnakej LA.

Oblasť služieb MSC pozostáva z niekoľkých LA a predstavuje geografickú časť siete, ktorá je pod kontrolou jedného MSC. Na smerovanie hovoru do MS sú potrebné aj informácie o obsluhovanej oblasti MSC, takže obsluhovaná oblasť je tiež sledovaná a zaznamenávaná v databáze (HLR).

Obslužná oblasť PLMN je súbor buniek obsluhovaných jedným operátorom a je definovaná ako oblasť, v ktorej operátor poskytuje účastníkovi rádiové pokrytie a prístup do svojej siete. V ktorejkoľvek krajine môže byť viacero PLMN, jedna pre každého operátora. Definícia roamingu sa používa, keď sa MS presúva z jednej oblasti služieb PLMN do druhej. Takzvaný vnútrosieťový roaming je zmenou MSC/VLR.

Oblasť služieb GSM je celá geografická oblasť, v ktorej má účastník prístup do siete GSM. Oblasť služieb GSM sa rozširuje, pretože noví operátori podpisujú zmluvy o spolupráci pri poskytovaní služieb predplatiteľom. V súčasnosti oblasť služieb GSM pokrýva s určitými medzerami mnoho krajín od Írska po Austráliu a od Južnej Afriky po Ameriku.

Medzinárodný roaming je termín používaný, keď sa MS presúva z jednej národnej PLMN do inej národnej PLMN.

Frekvenčný plán GSM

GSM zahŕňa niekoľko frekvenčných pásiem, najbežnejšie sú: 900, 1800, 1900 MHz. Spočiatku bolo pásmo 900 MHz pridelené štandardu GSM. V súčasnosti tento sortiment zostáva na celom svete. V niektorých krajinách sa na zabezpečenie väčšej kapacity siete používajú rozšírené frekvenčné pásma. Rozšírené pásma sa nazývajú E-GSM a R-GSM, zatiaľ čo bežné pásmo sa nazýva P-GSM (primárne).

• P-GSM900 890-915/935-960 MHz
• E-GSM900 880-915/925-960 MHz
• R-GSM900 890-925/935-970 MHz
• R-GSM1800 1710-1785/1805-1880 MHz

V roku 1990 za účelom zvýšenia konkurencie medzi operátormi začala Veľká Británia vyvíjať novú verziu GSM, ktorá je prispôsobená frekvenčnému pásmu 1800. Hneď po schválení tohto pásma požiadalo o využívanie tohto frekvenčného pásma viacero krajín. Zavedením tohto sortimentu sa zvýšil rast počtu operátorov, čo viedlo k zvýšeniu konkurencie, a teda k zvýšeniu kvality.
služby. Použitie tohto rozsahu vám umožňuje zvýšiť kapacitu siete zvýšením šírky pásma, a teda zvýšením počtu nosičov. Frekvenčné pásmo 1800 využíva tieto frekvenčné pásma: GSM 1710-1805/1785-1880 MHz. Do roku 1997 sa štandard 1800 nazýval Digital Cellular System (DCS) 1800 MHz, v súčasnosti sa nazýva GSM 1800.

V roku 1995 bol v USA špecifikovaný koncept PCS (Personal Cellular System). Hlavnou myšlienkou tohto konceptu je možnosť poskytnúť osobné spojenie, teda spojenie medzi dvoma účastníkmi, a nie medzi dvoma mobilnými stanicami. PCS nevyžaduje, aby tieto služby boli založené na celulárnej technológii, ale táto technológia je v súčasnosti uznávaná ako najefektívnejšia pre tento koncept. Frekvencie dostupné pre implementáciu PCS sú v oblasti 1900 MHz. Keďže štandard GSM 900 nie je možné použiť v Severnej Amerike z dôvodu, že toto frekvenčné pásmo je obsadené iným štandardom, štandard GSM 1900 je príležitosťou vyplniť túto medzeru. Hlavný rozdiel medzi americkým štandardom GSM 1900 a GSM 900 je ten, že GSM 1900 podporuje signalizáciu ANSI.

Pásmo 800 MHz už tradične obsadil štandard TDMA (AMPS a D-AMPS) bežný v USA. Rovnako ako v prípade štandardu GSM 1800, tento štandard umožňuje získať ďalšie licencie, to znamená, že rozširuje rozsah štandardu v národných sieťach a poskytuje operátorom ďalšiu kapacitu.

WCDMA a GSM sú komunikačné štandardy mobilných sietí. Dnes je v Rusku najpopulárnejší GSM, v prostredí ktorého pracuje väčšina ruských operátorov. A veľmi zriedkavo môžu používatelia počuť o WCDMA, napríklad keď si náhodou všimli tarify operátorov WCDMA alebo si chceli kúpiť telefón, ktorý podporuje iba tento komunikačný štandard. GSM sa zatiaľ na ruský trh nepresunie, ale niektoré výhody siete WCDMA nútia používateľov premýšľať o tom, čo je lepšie - WCMDA alebo GSM. Aký je rozdiel medzi týmito komunikačnými štandardmi a ktorý z nich je lepšie zvoliť? Skúsme na to prísť.

Čo je WCDMA a GSM v telefóne?

Nie je možné vysvetliť rozdiel bez toho, aby sme hovorili o samotnej podstate týchto noriem. Preto predtým, ako zistíme, aký je rozdiel, podrobnejšie zvážime štandardy WCDMA alebo GSM.

Začnime s GSM. Táto skratka znamená Global System for Mobile Communications. A toto je prvý globálny štandard pre digitálnu celulárnu komunikáciu, ktorý je do istej miery vzorom.

Bol vyvinutý ETSI (Európa) v 90. rokoch a bol založený na princípoch delenia kanálov TDMA, bezpečnosti, šifrovania a prenosu dát. GMS vám umožňuje odosielať:

1. Reč.
2. Textové správy.
3. Fax.
4. Dátové pakety (GPRS).

Vďaka tomuto štandardu bolo tiež po prvýkrát možné určiť číslo mobilného telefónu, z ktorého je hovor prijatý, a presmerovať ho na iné číslo. Netreba zabúdať ani na možnosť vytvorenia konferenčného hovoru, v ktorom môžete spojiť viacero mobilných telefónov súčasne a podržať hovor v pohotovostnom režime. Svojho času GSM vytvoril revolúciu v oblasti mobilných komunikácií.

čo je WCMDA?

Keď už hovoríme o WCDMA alebo GSM a aký je medzi nimi rozdiel, vždy je vhodné spomenúť, že WCMDA je do istej miery doplnok, ktorý vylepšuje štandard GSM. Skôr takto bolo pôvodne všetko koncipované, no dnes je WCDMA komunikačným štandardom tretej generácie, ktorý je založený na siedmich medzinárodných projektoch. GSM však zostal komunikačným štandardom druhej generácie (čítaj 2G).

WCDMA je založené na technológii DS-CDMA, ktorá je v porovnaní s TDMA odolnejšia voči rušeniu a má väčšiu šírku pásma. Telefóny, ktoré fungujú v prostredí WCMDA, môžu vykonávať rovnaké funkcie ako v štandarde GSM (prenos hlasu alebo digitálnych informácií), no kvalita a rýchlosť budú oveľa vyššie. Preto operátori, ktorí podporujú WCMDA, poskytujú služby prístupu na internet s vyššou rýchlosťou.

WCDMA alebo GSM - aký je rozdiel?

Najdôležitejší a kľúčový rozdiel je v použitých technológiách (TDMA a DS-CDMA), teda metódach separácie kanálov. V GSM je oddelenie kanálov dočasné, a preto je účastníkovi na určité časové obdobie pridelené malé frekvenčné pásmo.

Vo WCMDA je všetko iné: využíva kódové delenie toku, vďaka čomu sa informácie medzi zariadeniami prenášajú v širokom frekvenčnom pásme. V dôsledku toho sa výrazne zvýši rýchlosť prenosu dát. Odtiaľ pochádza názov Wideband Code Division Multiple Access.

Toto je hlavný rozdiel medzi štandardmi GSM, WCDMA LTE. Aký je rozdiel pre používateľa? Bude mať vyššiu rýchlosť internetu a oveľa menšie rušenie počas konverzácie. Napriek všetkým týmto výhodám zostáva GSM najpopulárnejším štandardom mobilnej komunikácie. Všimli sme si však, že každý rok je viac predplatiteľov WCDMA a mnohí telekomunikační operátori postupne prechádzajú na tento štandard, aby poskytli vyššiu rýchlosť prenosu dát. Dnes nie sú neobývané oblasti a dediny pokryté sieťou WCMDA, takže obyvatelia takýchto oblastí zatiaľ nemajú alternatívu ku GSM.

Ktoré si vybrať?

Teraz je všetko jasné, keď viete, aký je rozdiel. Modemy WCDMA aj GSM budú poskytovať prístup na internet, ale s rôznymi rýchlosťami. Keď bývate vo veľkom meste, je zmysluplnejšie uprednostňovať komunikačný štandard WCDMA kvôli vyššej rýchlosti prenosu dát. Zároveň je potrebné pochopiť, že pri cestovaní telefón nezachytí sieť v mnohých regiónoch krajiny, pretože pokrytie WCMDA je dnes slabé.

Je potrebné si vybrať medzi týmito štandardmi v závislosti od potrieb. Podmienečne povedané, GSM je spojenie typu „lacné a veselé“. Zaručene bude všade, aj v odľahlých regiónoch. Ako bonus môžete vyzdvihnúť možnosť surfovania po internete. V prípade, že máte rýchly internet vždy po ruke a neplánujete dlhé cesty, môžete pokojne uprednostniť štandard WCMDA. Pravda, najprv by ste si mali ujasniť, či to váš telefón a mobilný operátor podporujú.

Predtým, ako pochopíte, ako GSM funguje, je dôležité pochopiť, čo je GSM.

GSM je medzinárodný digitálny štandard planetárneho významu, ktorého názov pochádza zo slovného spojenia „Groupe Spécial Mobile“.

Tento štandard je určený pre mobilnú celulárnu komunikáciu s delením kanálov. Kanály sú oddelené podľa princípu TDMA. Normu vyvinul Telecommunication Standardization Institute ešte koncom osemdesiatych rokov minulého storočia.

Úplne prvý takýto systém bol vytvorený už v roku 1946 v Spojených štátoch amerických. Globálne zavedenie mobilnej komunikácie sa začalo až v roku 1979.

Štandardizácia

Pred spustením GSM, na samom začiatku osemdesiatych rokov minulého storočia, fungovalo na európskom území 24 analógových sietí. Neboli navzájom kompatibilné, takže otázka vytvorenia jednotného štandardu sa stala aktuálnou. Potreba vyriešiť tento problém bola dôvodom na vytvorenie skupiny GSM (Group Special Mobile). Táto skupina zahŕňala zástupcov 24 európskych krajín. Systém Mannesmann bol zvolený ako digitálny štandard a tento systém bol predstavený v roku 1991 v Nemecku.

Dnes sa pod skratkou GSM skrýva už trochu iné slovné spojenie – Global System for Mobile. Samotný GSM štandard alebo jeho verzie úspešne fungujú v 80 krajinách sveta.

Ako funguje GSM

Na vykonanie tohto typu komunikácie na určitom území sa uplatňujú tieto akcie:

• Inštalácia prijímacích-vysielacích staníc stacionárneho typu. Každá zo staníc funguje na relatívne malých územiach niekoľkých kilometrov.
• Stanice sú usporiadané tak, aby sa navzájom prekrývali. To umožňuje, aby sa signál účastníka presunul z jednej zóny do druhej a spojenie sa nepreruší.

Na realizáciu tohto typu komunikácie sú v praxi susedné stanice naladené na rôzne frekvencie. Zvyčajne sú asi tri takéto frekvencie. Pomocou troch rôznych frekvencií stanice usporiadané do trojuholníkového vzoru prekrývali obsluhované oblasti.

Existuje aj štvrtá stanica, ktorá môže opäť využívať jednu z frekvencií. Je to možné, pretože hraničí s dvoma zónami. Oblasť pokrytia stanice bude teda pripomínať šesťuholník, ktorý bude mať vzhľad včelieho plástu.

GSM - moduly

Každý počul, ale nie každý vie, čo je modul GSM. Zároveň je to veľmi užitočné zariadenie využívajúce princípy GSM. Presnejšie povedané, modul gsm je zariadenie, ktoré vám pomáha sledovať polohu vášho auta. Toto zariadenie funguje v spojení s alarmom alebo mobilným telefónom. V prípade potreby môžete tiež zablokovať motor.

Pomocou tohto modulu je identifikovaný mobilný účastník. Dozvedeli ste sa o tom, keď ste si prečítali, čo je sieť GSM.

Výhody a nevýhody štandardu GSM

Výhody štandardu GSM:

• Menšie rozmery a hmotnosť zariadení v porovnaní s analógovými štandardmi. Zároveň je prevádzkový čas bez dobíjania citeľne dlhší.
• Kvalita komunikácie je na veľmi vysokej úrovni.
• Nízka úroveň rušenia pri daných frekvenciách.
• Ochrana proti odpočúvaniu. Tiež vďaka šifrovacím algoritmom je komunikácia chránená pred nelegálnym používaním.
• Široké oblasti distribúcie.
• Možnosť využitia roamingu. Roaming je schopnosť prechádzať z jednej siete do druhej bez straty čísla

Nevýhody štandardu GSM:

• V dôsledku digitálneho spracovania reči môže byť reč trochu skreslená.
• Vzdialenosť pokrytá sieťou nie je príliš veľká. Je to len 120 kilometrov.

Zatiaľ čo gsm zostáva vyvíjajúcou sa technológiou, no napriek tomu jej význam vo svete nemožno preceňovať. Koniec koncov, používame ho každý deň.

V dôsledku toho je fyzický kanál medzi prijímačom a vysielačom určený frekvenciou, pridelenými rámcami a počtom časových úsekov v nich. Základňové stanice zvyčajne používajú jeden alebo viac kanálov ARFCN, z ktorých jeden sa používa na identifikáciu prítomnosti BTS vo vzduchu. Prvý časový slot (index 0) rámcov tohto kanála sa používa ako základný riadiaci kanál alebo beacon kanál. Zostávajúcu časť ARFCN distribuuje prevádzkovateľ pre kanály CCH a TCH podľa vlastného uváženia.

2.3 Logické kanály

Logické kanály sa vytvárajú na základe fyzických kanálov. Rozhranie Um zahŕňa výmenu používateľských informácií a informácií o službách. Podľa špecifikácie GSM každý typ informácie zodpovedá špeciálnemu typu logických kanálov realizovaných prostredníctvom fyzických:

• dopravné kanály (TCH - Traffic Channel),
• servisné informačné kanály (CCH - Control Channel).

Dopravné kanály sú rozdelené do dvoch hlavných typov: TCH/F- Kanál plnej rýchlosti s maximálnou rýchlosťou až 22,8 Kbps a TCH/H- Kanál s polovičnou rýchlosťou s maximálnou rýchlosťou až 11,4 Kbps. Tieto typy kanálov možno použiť pre hlas (TCH/FS, TCH/HS) a používateľské dáta (TCH/F9.6, TCH/F4.8, TCH/H4.8, TCH/F2.4, TCH/H2. 4), napríklad SMS.

Servisné informačné kanály sa delia na:

• Vysielanie (BCH - Broadcast Channels).
  • FCCH - Frequency Correction Channel (kanál korekcie frekvencie). Poskytuje informácie potrebné pre mobilný telefón na opravu frekvencie.
  • SCH - Synchronization Channel (synchronizačný kanál). Poskytuje mobilnému telefónu informácie potrebné na synchronizáciu TDMA so základňovou stanicou (BTS), ako aj jeho BSIC identitu.
  • BCCH - Broadcast Control Channel (informácie o službe vysielacieho kanála). Vysiela základné informácie o základňovej stanici, ako napríklad spôsob organizácie obslužných kanálov, počet blokov vyhradených pre správy o udelení prístupu a počet multirámcov (veľkosť 51 rámcov TDMA) medzi požiadavkami stránkovania.
• Kanály na všeobecné použitie (CCCH – Common Control Channels)
  • PCH - Paging Channel. Pri pohľade do budúcnosti vám poviem, že Paging je druh pingu mobilného telefónu, ktorý vám umožňuje určiť jeho dostupnosť v určitej oblasti pokrytia. Na to je určený tento kanál.
  • RACH - Random Access Channel (kanál s náhodným prístupom). Používané mobilnými telefónmi na vyžiadanie vlastného servisného kanála SDCCH. Výhradne uplink kanál.
  • AGCH - Access Grant Channel (kanál oznamovania prístupu). Na tomto kanáli odpovedajú základňové stanice na požiadavky RACH z mobilných telefónov pridelením SDCCH alebo okamžite TCH.
• Vlastné kanály (DCCH – Vyhradené riadiace kanály)
  Vlastné kanály, ako napríklad TCH, sú pridelené konkrétnym mobilným telefónom. Existuje niekoľko poddruhov:
  • SDCCH - Samostatný vyhradený riadiaci kanál. Tento kanál sa používa na autentifikáciu mobilného telefónu, výmenu šifrovacích kľúčov, procedúru aktualizácie polohy, ako aj na hlasové hovory a SMS správy.
  • SACCH - Slow Associated Control Channel. Používa sa počas hovoru alebo keď sa už používa SDCCH. S ním BTS pravidelne posiela do telefónu pokyny na zmenu časovania a sily signálu. V opačnom smere sú údaje o sile prijímaného signálu (RSSI), kvalite TCH, ako aj sile signálu najbližších základňových staníc (BTS Measurements).
  • FACCH - Fast Associated Control Channel. Tento kanál je poskytovaný spolu s TCH a umožňuje prenos urgentných správ, napríklad pri prechode z jednej základnej stanice na druhú (Handover).

2.4 Čo je to burst?

Dáta sa prenášajú vzduchom ako sekvencia bitov, najčastejšie označovaná ako „burst“, v rámci časových úsekov. Pojem „burst“, ktorého najvhodnejším analógom je slovo „splash“, by mal byť známy mnohým rádioamatérom a pravdepodobne sa objavil pri zostavovaní grafických modelov na analýzu rádiového vzduchu, kde akákoľvek činnosť vyzerá ako vodopády a voda. postriekaniu. Viac si o nich môžete prečítať v tomto nádhernom článku (zdroj obrázkov), my sa zameriame na to najdôležitejšie. Schematické znázornenie výbuchu môže vyzerať takto:

Strážne obdobie
Aby sa predišlo interferencii (t. j. prekrývaniu dvoch burrtov), ​​trvanie zhluku je vždy o určitú hodnotu (0,577 – 0,546 = 0,031 ms) menšie ako trvanie časového intervalu, nazývané „ochranná perióda“. Toto obdobie je akousi časovou rezervou na kompenzáciu možných časových oneskorení pri prenose signálu.

chvostové kúsky
Tieto značky definujú začiatok a koniec výbuchu.

Info
Nárazové užitočné zaťaženie, napríklad údaje o predplatiteľoch alebo prevádzka služieb. Pozostáva z dvoch častí.

Krádež vlajok
Tieto dva bity sú nastavené, keď sa obe časti zhluku TCH prenášajú na FACCH. Jeden prenášaný bit namiesto dvoch znamená, že na FACCH sa prenáša iba jedna časť zhluku.

Tréningová sekvencia
Túto časť zhluku používa prijímač na určenie fyzických charakteristík spojenia medzi telefónom a základňovou stanicou.

2.5 Typy burstov

Každý logický kanál zodpovedá určitým typom zhlukov:

normálny výbuch
Sekvencie tohto typu implementujú prevádzkové kanály (TCH) medzi sieťou a predplatiteľmi, ako aj všetky typy riadiacich kanálov (CCH): CCCH, BCCH a DCCH.

Výbuch korekcie frekvencie
Názov hovorí sám za seba. Implementuje jednosmerný kanál FCCH downlink, ktorý umožňuje mobilným telefónom presnejšie naladiť frekvenciu BTS.

Burst synchronizácie
Burst tohto typu, rovnako ako Burst s korekciou frekvencie, implementuje downlinkový kanál, iba SCH, ktorý je určený na identifikáciu prítomnosti základňových staníc vo vzduchu. Analogicky s paketmi majákov v sieťach WiFi sa každý takýto zhluk prenáša na plný výkon a obsahuje aj informácie o BTS potrebné na synchronizáciu s ním: snímková frekvencia, identifikačné údaje (BSIC) a ďalšie.

Dummy Burst
Falošná dávka odoslaná základňovou stanicou na vyplnenie nevyužitých časových úsekov. Faktom je, že ak na kanáli nie je žiadna aktivita, sila signálu súčasného ARFCN bude výrazne nižšia. V tomto prípade sa môže zdať, že mobilný telefón je ďaleko od základňovej stanice. Aby sa tomu zabránilo, BTS zapĺňa nevyužité časové úseky nezmyselnou prevádzkou.

Prístup Burst
Pri nadväzovaní spojenia s BTS odošle mobilný telefón vyhradenú požiadavku SDCCH na RACH. Základňová stanica po prijatí takéhoto zhluku pridelí účastníkovi jeho časovanie systému FDMA a odpovede na kanáli AGCH, po ktorom môže mobilný telefón prijímať a odosielať normálne zhluky. Za zmienku stojí predĺženie trvania strážneho času, keďže spočiatku ani telefón, ani základňová stanica nepoznajú informácie o časových oneskoreniach. Ak požiadavka RACH nespadá do časového slotu, mobilný telefón ju odošle znova po pseudonáhodnom čase.

2.6 Preskakovanie frekvencie

Citát z Wikipédie:

Pseudonáhodné posúvanie pracovnej frekvencie (FHSS - anglicky Frequency-hopping spread Spectrum) je spôsob rádiového prenosu informácií, ktorého zvláštnosťou je častá zmena nosnej frekvencie. Frekvencia sa mení podľa pseudonáhodnej postupnosti čísel známych odosielateľovi aj príjemcovi. Metóda zvyšuje odolnosť komunikačného kanála voči šumu.

3.1 Hlavné vektory útoku

Keďže rozhranie Um je rádiové rozhranie, všetka jeho prevádzka je „viditeľná“ pre každého, kto je v dosahu BTS. Okrem toho môžete analyzovať dáta prenášané vzduchom, a to aj bez toho, aby ste opustili svoj domov, pomocou špeciálneho vybavenia (napríklad starého mobilného telefónu podporovaného projektom OsmocomBB alebo malého RTL-SDR dongle) a priamych rúk toho najbežnejšieho počítača. .

Existujú dva typy útoku: pasívny a aktívny. V prvom prípade útočník žiadnym spôsobom neinteraguje so sieťou ani s napadnutým účastníkom - iba prijíma a spracováva informácie. Nie je ťažké uhádnuť, že odhaliť takýto útok je takmer nemožné, no nemá toľko perspektív ako aktívny. Aktívny útok znamená interakciu útočníka s napadnutým účastníkom a/alebo mobilnou sieťou.

Môžeme vyzdvihnúť najnebezpečnejšie typy útokov, ktorým sú vystavení účastníci mobilných sietí:

• Čuchanie
• Únik osobných údajov, SMS a hlasových hovorov
• Únik údajov o polohe
• Spoofing (FakeBTS alebo IMSI Catcher)
• Vzdialené snímanie SIM karty, spustenie ľubovoľného kódu (RCE)
• Denial of Service (DoS)

3.2 Identifikácia účastníka

Ako už bolo spomenuté na začiatku článku, identifikácia účastníka sa vykonáva pomocou IMSI, ktorá je zaznamenaná v SIM karte účastníka a HLR operátora. Mobilné telefóny sú identifikované sériovým číslom – IMEI. Po overení však IMSI ani IMEI nelietajú vo vzduchu. Po procedúre aktualizácie polohy je účastníkovi pridelený dočasný identifikátor - TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) a s jeho pomocou prebieha ďalšia interakcia.

Metódy útoku
V ideálnom prípade je TMSI účastníka známa iba mobilnému telefónu a mobilnej sieti. Existujú však spôsoby, ako túto ochranu obísť. Ak cyklicky voláte účastníkovi alebo posielate SMS správy (alebo skôr Tiché SMS), monitorujete kanál PCH a vykonávate koreláciu, môžete s určitou presnosťou vybrať TMSI napadnutého účastníka.

Okrem toho, ak máte prístup k sieti interoperátora SS7, môžete podľa telefónneho čísla zistiť IMSI a LAC jeho vlastníka. Problémom je, že v sieti SS7 si všetci operátori navzájom „dôverujú“, čím sa znižuje miera dôvernosti údajov svojich účastníkov.

3.3 Autentifikácia

Na ochranu pred spoofingom sieť autentifikuje predplatiteľa pred spustením svojej služby. SIM karta okrem IMSI ukladá aj náhodne vygenerovanú sekvenciu s názvom Ki, ktorú vracia iba v hašovanej forme. Ki je tiež uložená v HLR operátora a nikdy sa neprenáša v čistom stave. Vo všeobecnosti je proces autentifikácie založený na princípe štvorstranného podania ruky:

1. Predplatiteľ vykoná požiadavku na aktualizáciu polohy a potom poskytne IMSI.
2. Sieť posiela pseudonáhodnú hodnotu RAND.
3. SIM karta telefónu hashuje Ki a RAND pomocou algoritmu A3. A3(RAND, Ki) = SRAND.
4. Sieť tiež hashuje Ki a RAND pomocou algoritmu A3.
5. Ak sa hodnota SRAND na strane predplatiteľa zhoduje s hodnotou vypočítanou na strane siete, potom bol predplatiteľ overený.

Metódy útoku
Iterácia cez Ki, vzhľadom na hodnoty RAND a SRAND, môže trvať pomerne dlho. Okrem toho môžu operátori používať svoje vlastné hashovacie algoritmy. O pokusoch hrubou silou je na webe pomerne dosť informácií. Nie všetky SIM karty sú však dokonale chránené. Niektorým výskumníkom sa podarilo získať priamy prístup k súborovému systému SIM karty a potom extrahovať Ki.

3.4 Šifrovanie premávky

Podľa špecifikácie existujú tri algoritmy na šifrovanie používateľskej prevádzky:

• A5/0- formálne označenie pre chýbajúce šifrovanie, rovnako ako OPEN vo WiFi sieťach. Sám som nikdy nevidel siete bez šifrovania, no podľa gsmmap.org sa A5/0 používa v Sýrii a Južnej Kórei.
• A5/1 je najpoužívanejší šifrovací algoritmus. Napriek tomu, že jeho hack už bol opakovane demonštrovaný na rôznych konferenciách, používa sa všade a všade. Na dešifrovanie prevádzky stačí mať 2 TB voľného miesta na disku, bežný osobný počítač s Linuxom a program Kraken na palube.
• A5/2- šifrovací algoritmus so zámerne oslabenou ochranou. Ak kde a používa sa, tak jedine pre krásu.
• A5/3- v súčasnosti najsilnejší šifrovací algoritmus, vyvinutý už v roku 2002. Na internete sa dajú nájsť informácie o niektorých teoreticky možných zraniteľnostiach, no v praxi ešte nikto neukázal, ako to rozlúsknuť. Neviem, prečo to naši operátori nechcú používať vo svojich 2G sieťach. To predsa zďaleka nie je prekážkou, pretože. šifrovacie kľúče sú operátorovi známe a prevádzka môže byť na jeho strane celkom jednoducho dešifrovaná. A všetky moderné telefóny to dokonale podporujú. Našťastie to využívajú moderné siete 3GPP.

Metódy útoku
Ako už bolo spomenuté, s čítacím zariadením a počítačom s 2 TB pamäte a programom Kraken môžete pomerne rýchlo (niekoľko sekúnd) nájsť šifrovacie kľúče relácie A5 / 1 a potom dešifrovať komunikáciu kohokoľvek. Nemecký kryptológ Karsten Nohl v roku 2009 predviedol, ako prelomiť A5/1. O niekoľko rokov neskôr Karsten a Sylvian Muno demonštrovali odpočúvanie a spôsob dešifrovania telefonického rozhovoru pomocou niekoľkých starých telefónov Motorola (projekt OsmocomBB).

Záver

Môj dlhý príbeh sa skončil. S princípmi fungovania celulárnych sietí sa môžete podrobnejšie a z praktického hľadiska zoznámiť v sérii článkov Zoznámenie sa s OsmocomBB, len čo dokončím zvyšné časti. Dúfam, že sa mi podarilo povedať vám niečo nové a zaujímavé. Teším sa na vašu spätnú väzbu a komentáre! Pridať značky