Архив рубрики: Системы связи

Связь занимает особое место в производственно-хозяйственной деятельности общества и управлении государством, вооружёнными силами и всеми видами транспорта, а также в удовлетворении культурно- бытовых потребностей населения.

Стандарты сотовых сетей связи GSM: принципы построения

Мобильная связь показала свои неоспоримые преимущества и стала незаменимой во всех областях. Ее цифровая основа позволила в структуру мобильных сетей включить обмен данными и обеспечить доступ к интернету. Разработанный стандарт GSM дал мощный толчок структуре построения сотовых сетей связи.

Миниатюризация радиоэлектронной базы позволила перейти к переносным устройствам, отказавшись от громоздких стационарных телефонов. Вкупе с радиодоступом оконечных станций без привязки к определенному месту сделало связь по истине мобильной.

Повсеместное распространение мобильных устройств наложило отпечаток на их эффективную и правильную эксплуатацию, что немыслимо без принципов построения сетей сотовых сетей связи и присущих им особенностей.

Архитектура сети сотовой связи

Свое название сотовая связь получила от слова «сота», под которой подразумевается некая зона на местности, обслуживаемая одной или несколькими базовыми станциями.

Каждая такая область сети мобильной связи имеет свой уникальный номер, который получил название Глобальный идентификатор соты (CGI). Чем больше размер сети, тем больше в ней сот, а для отдельной страны исчисляется просто громадным количеством.

Сотовая сеть связи или стандарт GSM, который определяет принципы ее построения, включает коммутационную составляющую (BSS), базовые станции (SS) и оконечные устройства (MS), то есть сотовые телефоны.

Взаимодействие базовой станции с оконечными устройствами осуществляется с помощью радиоканала в дециметровом диапазоне волн, который разделен на две части для совместной передачи и приема. Нижняя полоса этого диапазона предназначена для передатчиков сотовых телефонов.

стандарт сотовой связиКоммутационная подсистема содержит один или несколько центров, которые осуществляют взаимодействие с аналогичными сетями GSM, телефонной сетью общего пользования, интернетом и системой спутниковой навигации GPS. Кроме того, имеющийся ряд служб предназначен для управления мобильной сетью связи. Сотовая связь зародилась как аналоговая для обмена голосовыми сообщениями, но с переходом на цифровой вид появилась реальность передачи данных (MMS, SMS).

С развитием стандарта GPRS, используемого поверх GSM, осуществлен доступ к интернет с разделением данных на пакеты. Для их передачи  используются свободные в данный момент голосовые каналы. Пользователю, взаимодействующему с GPRS, выделяется виртуальный канал, который на время передачи пакетов становится активным, а в остальные промежутки времени задействуется в интересах других абонентов, что создает эффективное использование структуры сотовой связи.

В соответствии со стандартом GPRS поток данных преобразуется в пакеты и передаётся небольшими порциями через свободные в данный отрезок времени голосовые каналы. На этом принципе увеличивается производительность используемых ресурсов сети GSM.

В этот момент пакету данных протокол GPRS способствует созданию также виртуального канала, который на время его передачи становится действительным, а в остальные моменты времени задействуется с целью обмена пакетами другими пользователями.

Встраиваемые в смартфоны приемники системы GPS предоставили возможность точно определять координаты (до 8 м) нахождения оконечных станций и оперировать соответствующей информацией.

Однако Российское законодательство не позволяет их использовать без загрубленной точности или пользователь обязан иметь специализированную лицензию. Серьезную конкуренцию системе GPS составляет российский навигационный комплекс ГЛОНАСС с точностью определения координат до 3 м, но система не используется в мобильной связи, а лишь на транспорте.

Взаимодействие смартфона с системой навигации осуществляется посредством специальной программы, которая в нем уже загружена, а для отображения местоположения нужна карта местности, которая загружается в смартфон после доступа к интернету.

В принципе, сотовый телефон всегда пытается привязать свои текущее местоположение к координатам расположения ближайших базовых станций. Однако точность местоположения зависит от густоты базовых станций и колеблется от нескольких метров в городе до нескольких километров вдали от города.

Подобной технологией, например, обладает мобильное приложение 2ГИС, которое позволяет значительно быстрее определиться со своим местоположением, нежели с помощью системы GPS. Однако навигационная система может работать и без наличия мобильной связи, и она незаменима в отдаленной местности, что важно, к примеру, при походе в лес, но с предварительно загруженной картой нужного участка в смартфоне.

Приведенные основные черты являются лишь частью основных принципов построения GSM и не в состоянии отобразить полноту архитектуры и многогранность сотовой сети, поэтому более глубокие сведения о ней каждый может почерпнуть из множества дополнительных источников.

Развитие мобильной связи

К вехам развития сотовой сети связи следует отнести ее иерархию стандартов 1G-5G, которые относятся к нескольким поколениям. Вначале мобильная связь предназначалась для обмена голосовой информацией в аналоговой форме, но со второго поколения G2 начинается отсчет сотовой связи в цифровой форме, сети которой стали строиться с применением технологии GSM.

Этот стандарт сотовой связи, наравне с голосовой информацией, позволял обмениваться данными (СМС). В соответствии с принципами построения сети для взаимодействия с интернет поверх структуры GSM, была надстроена технология GPRS, позволяющая обмениваться небольшими порциями в виде пакетов.

Сейчас ведущее положение занимают мобильные сети третьего и четвертого поколения, но развитие продолжается и в скором времени надо ожидать появление сетей сотовой связи пятого поколения. Невзирая на то, что стандарт GSM представляет фундамент сотовой связи, эта структура сети совершенствуется и претерпевает кардинальные изменения.

Так, в стандарте G3 произошел отход от привязки к телефонным сетям общего пользования, а вместо технологии GSM стал использоваться стандарт сотовой сети CDMA. Взаимодействие с интернет осуществляется по протоколу UMTS, который способствует высокоскоростному обмену информацией с передачей ее по свободным речевым каналам.

С этой целью пользователю, взаимодействующему с UMTS, аналогично выделяется виртуальный канал, и он становится активным только, когда следует передача пакетов. В остальное время он задействуется в интересах остальных пользователей, что повышает рациональное использование ресурсов сети.

В сетях G4 применяется стандарт LTE, являющийся потомком технологии GSM, но он несовместим с интерфейсами 2G и 3G старых смартфонов по причине отсутствия в них дополнительных модулей.

К интернету доступ осуществляется по перспективному стандарту радиосвязи WiMAX. Эта разработка ближе стоит к WiFi, нежели к GCM, но, в отличие от беспроводной домашней сети, она предусматривала беспроводную широкополосную передачу данных на расстояния более 1 км (max 80 км).

За сокращенным названием 5G скрывается огромный набор технологий, среди которых:

  1. Использование на приемопередатчиках нескольких антенн, когда за счет разнесенного приема возрастает скорость передачи данных.
  2. Расширение используемых диапазонов в сторону увеличения частоты, что снижает наличие помех, но связано с увеличением излучаемой мощности передатчиков.
  3. Создание логически изолированных сетей с определенными задачами, например, для финансов, транспорта, трансляции видео и широкополосных передач.
  4. Возможность обмена информацией напрямую между расположенными рядом устройствами и др.

Многие из приведенных технологий еще разрабатываются, поэтому тестирование и утверждение стандарта, а также окончательных принципов построения сети ожидается не ранее 2020 года. Тогда только в состоянии увидеть реальную будущую структуру сотовой связи.

СИМ карта для смартфона

Технические характеристики сотового телефона или смартфона совместимы с любой сотовой сетью, но конкретная принадлежность к одной из них определяется СИМ картой.

Кстати, название «сотовый телефон» относится к любому смартфону, но не наоборот, потому что в смартфон загружена более сложная операционная система, он имеет быстродействующий процессор, увеличенный размер экрана и объем памяти, а также возможность доступа к интернету и загрузку сложных программ. Однако СИМ карты отличаются постоянством и взаимозаменяемостью.

Уникальность смартфона или мобильного телефона, как любого серийного продукта, определяется индивидуальным номером IMEI, который используется в журнале действий сотового оператора. Серийный номер мобильного телефона (смартфона), как правило, обозначается на упаковочной коробке и в наклейке под аккумулятором, а также хранится в самом устройстве в электронном виде и может быть всегда считан программным путем.

СИМ карта для смартфона (сотового телефона), кроме предоставления абонентского номера, по аналогии с IMEI, включает внутренний номер ICCID, который нередко представлен штрих-кодом и символами (до 19) под ним. Он также уникальный и не повторяется на какой-то другой карте и по нему определяется индивидуальная принадлежность СИМ карты в любой сети мобильной связи мира, а также другая информация, хранящаяся в базе данных оператора сети сотовой связи.

По размерам различают мини-, микро- и наноСИМ карты, которые представляют кусочек пластика с 8 контактными площадками для подключения к мобильным устройствам, из которых 2 не используются, но на нано-картах всего 6 рабочих контактов, и они немного тоньше своих старших братьев.

СИМ карта имеет две степени защиты: в виде PIN-кода из четырех цифровых символов и более длинного PUK-кода, которые предоставляются оператором сотовой связи вместе с картой.

структура сотовой связи

В виде исключения некоторыми операторами указанные коды не предоставляются и доступ к сети возможен без них. По самой сути СИМ карта для сотового телефона не что иное, как микрокомпьютер со своим процессором и памятью, но ее объем не велик и хранящиеся в ней данные могут быть перемещены в основную память мобильного телефона.

Если раньше для электропитания СИМ карты использовалось напряжение 5 В, то в современных картах оно снижено до 3,3 В.

Одновременно с тенденцией уменьшения размеров устройств в 2009 году появились смартфоны с двумя СИМ картами. Они удобны тем, что сокращаются финансовые издержки, если приходится часто звонить абонентам сетей различных операторов мобильной связи, но требуют повышенного расхода энергии аккумулятора.

Несмотря на то, что отслеживание вызовов осуществляется по обеим картам, но по причине присутствия в сотовом телефоне одного передатчика допускается лишь поочередное их использование, например, одной СИМ карты для телефонных звонков, а другой – для доступа к интернету.

В любом случае мобильное устройство с вставленным аккумулятором даже в выключенном состоянии продолжает работать в дежурном режиме и ожидает включения, а с подсоединением зарядного устройства к электросети запускается процедуру зарядки. При переходе в рабочий режим начинается загрузка операционной системы, которая вначале проверяет наличие СИМ карты и приступает к поиску базовых станций. Независимо от наличия СИМ карты, устройство подключается к ближайшей базовой станции, что создает возможность экстренного вызова.

Базовая станция всякий раз осуществляет запрос IMEI мобильного телефона и IMSI СИМ карты с целью идентификации абонента. В целях безопасности связи код внутреннего номера СИМ карты в открытом виде в устройство не поступает, но на его основе процессором СИМ карты создается шифрованный ключ. Если данные совпадают с хранящейся информацией у оператора, то абонент получает доступ к сети.

Тарифы для мобильного телефона

Списание денег за использование мобильного телефона в сети осуществляется по трем видам тарифов для мобильного телефона:

  • авансовым;
  • кредитным;
  • предоплаченным.

Авансовый тариф предусматривает внесение абонентом какой-то суммы на счет, из которой деньги за разговоры постепенно списываются. Он в некоторой степени позволяет планировать и ограничивать расходы на сотовую связь.

При кредитном тарифе общая стоимость продолжительности всех разговоров суммируется обычно за месяц и абоненту выставляется счет. Такой подход удобен тем, что абонент застрахован от обстоятельств, когда надо срочно осуществить вызов, а деньги на счету закончились и устройство заблокировано.

При использовании этих тарифов для мобильного телефона продолжительность вызовов накапливается в центре управления сетью коммутационной подсистемы и обрабатывается специальным устройством, называемым биллингом, в порядке общей очереди.

Движение очереди зависит как от вычислительной мощности биллинга, так и непредвиденных обстоятельств, например, аварии, поэтому неизбежны задержки между фактом разговора и списанием денег, которые могут составлять несколько суток.

Предоплаченный тариф нередко называется «припейд платформой», в которой очереди отсутствуют, но при разговоре одновременно производится соединение с центром управления в реальном масштабе времени. Его преимущество в том, что отсутствует абонентская плата и удается точно контролировать наличие денег на счету.

Однако в реальном времени трудно контролировать, например, такие услуги, как «уход в минус», поэтому, когда лимит на счете исчерпан, то звонок немедленно прерывается, что является существенным недостатком.

В случае роуминга учет продолжительности вызова осуществляется в «гостевом» центре управления, а расход денег подсчитывается «домашним» биллингом, поэтому неизбежны задержки в списании средств до одного месяца.

Стоимость оплаты услуг этого режима не зависят от используемых тарифов для сотового телефона, а только непосредственно от подключения абонента к конкретному оператору сотовой сети и какой оператор используется в гостях.

К существенному недостатку относится связь между абонентами одного оператора, находящимися в роуминге у другого оператора, например, при разговоре двух друзей, отдыхающих за пределами действия сети мобильной связи «своего» оператора. Тогда минута разговора в роуминге оплачивается в двойном размере обоими абонентами, что очень накладно.

Def-коды операторов

Присвоение телефонных номеров мобильным устройствам осуществляется в соответствии с так называемыми Def-кодами операторов. Они разрабатываются не по географическому признаку, но с их помощью предоставляется возможность приблизительно судить о месте проживания абонента. В интернете имеются подробные таблицы Def-кодов операторов, структура которых следующая:

  1. Последовательности цифр начинается с префикса, обозначающий код страны (для России +7);
  2. D — включает информацию о принадлежности к конкретной мобильной сети связи (для ведущих российских операторов начинается с «9»);
  3. E — содержит сведения, определяющие однозначно оператора мобильно связи (1 и 8 – МТС, 2 и 3 – Мегафон, 9, 5 и 6 – другие операторы);
  4. F – указывает на конкретный административный округ, к которому относится оператор мобильной связи.

Таблица

мобильная сеть связи GSMТак, например, начальная цифра части Def-кода, обозначения F обозначает, в частности, для оператора МТС:

  • 0, 5 – Центральный административный округ (дополнительно, включая Нижегородскую область и часть абонентов Московской зоны);
  • 2 — Уральское административное образование (с дополнительным включением Удмуртии и Кировской области);
  • 7 – Приволжский административный округ (дополнительно некоторые номера Московского региона и т.д.)

Как видно из таблицы 75 возможных кодов мобильной связи из диапазона 900-999 задействованы тремя ведущими операторами, 4 кода используются в интересах других операторов и резерв составляют 21 код, которые свободны и пока не принадлежат ни одному сотовому оператору.

Команды USSD

Если подходить с технической стороны, то технология USSD относится к одной из встроенных функциональных услуг мобильной связи стандарта GSM. Услуга USSD позволяет пользователям обмениваться данными с сервисным приложением в режиме с высокой скоростью без задействования речевых каналов, потому что обмен информацией осуществляется с использованием канала сигнализации.

Для пользователя USSD-запросы не что иное, как короткие команды, начинающиеся с символа «*» и заканчивающиеся обозначением «#», ограниченные 182 знаками, но не превосходящие 20 знаков.

С другой стороны, дословное обозначение USSD интерпретируется как сервисные коды, которые поддерживаются по умолчанию всеми сотовыми телефонами.

Эту функцию отключить невозможно, но и пользование ею никому не навязывается, и операторы сотовой сети предоставляют абонентам широкие права выбора. Кто-то отдает предпочтение живому диалогу с оператором, посредством личного кабинета и мобильных приложений или останавливается на СМС-сообщениях.

Технологии USSD взаимно увязана с СМС, они дополняют одна другую, расширяя возможности оператора. СМС (ММС) — сообщения, как команды USSD, базируются также на канале сигнализации, но они имеют следующие отличия:

  • USSD создает соединение пользователя лишь с оператором, а СМС – дополнительно с другим абонентом;
  • при USSD достигается выше надежность связи;
  • информация ответов на команды USSD не фиксируется в памяти устройства;
  • команды USSD не подлежат тарификации, включая и международный роуминг;
  • обмен СМС-сообщениями осуществляется с более низкой скоростью, так как ответ подвержен двум транзакциям, а при USSD одной, поэтому не превышает 5 с;
  • в USSD используются только команды, а СМС, как правило, содержит текст.

Технология ММС, наравне с текстовыми сообщениями, используется для обмена мультимедийными сообщениями: графическими изображениями, видео- и аудиофайлами. В отличие от СМС, файл ММС может достигать в среднем 100 килобайт, но размер сообщения может быть и больше в зависимости от поставщика абонентских услуг.

Сервисные коды в зависимости от оператора сотовой связи и мобильного устройства могут различаться, поэтому информация о конкретном их значении обычно доступна в личном кабинете пользователя, но есть и общие команды USSD, которые характерны для всех сотовых телефонов.

принципы построения сотовых сетей

Поскольку не один десяток кодов своего оператора как поставщика услуг запомнить практически невозможно, то основные следует сохранить в памяти телефона. Однако львиная доля услуг подключается через USSD-портал, то они доступны для обозрения в меню управления услугами, куда ведут следующие коды:

    • МТС, Билайн, Теле2 — *111#p;
    • Мегафон — *105#p.,/

Некоторые производители с целью легкого запоминания сервисных кодов интерпретируют сервисные коды в виде букв. Например, *#GPRS*TOOL# обозначает код *#4777*8665#, а для расшифровки кода используются кнопки сотового телефона, на которых нанесены указанные буквы. Тогда букве G соответствует кнопка 4, букве P – 7 и т.д.

Примечание. При наборе команды USSD, она, как правило, сразу же выполняется автоматически без нажатия кнопки ввода, но сервисными кодами следует пользоваться с осторожностью, так как по незнанию их назначения не исключено обнуление всех настроек мобильного устройства.

Безопасность связи

Сотовые телефоны оказались незаменимыми помощниками в повседневной деятельности. Многие люди используют их в качестве базы со справочными данными, начиная от контактов, днях рождения и кончая личной конфиденциальной информацией, а также доступом к финансовым ресурсам и источникам. Тогда нетрудно представить последствия, если эта информация окажется достоянием третьих лиц.

Операторы мобильных сетей предлагают различные услуги и сервисы, чтобы обеспечить абонентам безопасность связи. Многие аспекты в первую очередь зависят от самих пользователей, поэтому не следует предоставлять мобильный телефон даже на 5 минут незнакомым людям. Так, например, сервисный код *#21# всегда подскажет абоненту, на какой номер осуществляется переадресация его входящих вызовов или сообщений, а удалить переадресацию поможет код ##002#.

Этот код оправдывает себя, например, перед поездкой за рубеж, потому что не позволяет терять деньги в случае международного роуминга, а также за использование голосовой почты. Поиск украденного устройства облегчится, если владельцу известен его серийный номер IMEI, который отображается на дисплее мобильного телефона при вводе команда USSD *#06#.

В этом случае также не лишне предусмотреть защиту устройства стойким паролем с ограниченным числом попыток его ввода, когда все данные удаляются или устройство блокируется.

Используемые меры защиты передаваемой информации не позволяют получить к ней доступ при ее перехвате, но уязвимой остается операционная система аппарата. Современный сотовый телефон мало чем отличается от компьютера, поэтому неоценимую помощь в безопасности связи оказывают средства антивирусной защиты, отказ от установки программ из неизвестных источников, использование паролей, отсутствие информации о них в браузере и другие меры предосторожности.

сотовые сети связи GSM

Наравне с информационной безопасностью связи, следует помнить, что радиоизлучение не безвредно для здоровья. Поэтому нужно стремиться к ограничению контактов с мобильным устройством и держать его подальше от своей постели и мест отдыха, выключать его из-за отсутствия надобности, когда он находится рядом. Не меньшая опасность исходит и от антенн базовых станций.

Первыми признаками отрицательного воздействия сотовой связи является головокружение, чувство оцепенения, легкое замешательство, ощущение как будто что-то проскальзывает от лица к уху и шее. Подозрение наличия подобных симптомов и чувства странного состояния указывают на ограничение соприкосновения с радиоизлучениями и тщательного контроля сложившейся ситуации.

Таким образом,стандарты сотовых сетей GSM и их принципы построения являются основополагающими. Общее представление о структуре сети и принципах ее построения позволяет использовать более эффективно предоставляемые услуги.

Несмотря на то, что мобильные устройства стали обыденной вещью. Без них немыслимо существование, но только осмысленным пользованием сотовой связью ограничиваются нежелательные расходы, достигается безопасность и сохранение своего здоровья.

P.S. Основным инструментом заработка в сети и не только является компьютер. Как придать ему надежность, сделав быстрым и бессмертным, а также ускорить его работу до 30 раз приводится в следующей рассылке: barabyn.ru/wp/computer.