Стандарт 2G GSM

Стандарт 2G GSM

Стандарты сотовой связи второго поколения 2G (GSM)

Создание мобильных сетей поколения 2G, в основу которых легли цифровые стандарты, было обусловлено в первую очередь теми недостатками сетей первого поколения, которые не обеспечивали нормальную пропускную способность сети и высокий уровень защиты конфиденциальности разговоров. В связи с тем, что мобильная связь завоевывала все большую популярность, работа разработчиков приобрела направленность на усовершенствование пропускной емкости стандартов, а также на стандартизацию сети по всему миру, что позволило бы клиентам путешествовать по странам и за счет автоматического роуминга всегда оставаться на связи. Разработчики из стран Европы и Америки, которые трудились над созданием цифрового стандарта связи общемирового уровня, еще в начале 90-х годов пришли к выводу, что реализовать задуманное возможно только с помощью цифровых способов передачи аудиальной информации и управления связью.

В то время сети D-AMPS и CDMA из США, стандарт JDC из Японии и стандарт GSM глобального общеевропейского уровня – это четыре вида сетей поколения 2G, которые могли организовать сот радиусом до 30 км. Сейчас D-AMPS приходится туго и чтобы выдержать хоть как-то конкуренцию они вынуждены не только снижать тарифы, но и показывать те услуги, которые изначально не предполагались (например, голосовая почта, автодозвон и конференцсвязь, автоматическое определение номера, а также передача информации и выход в интернет).

CDMA пошел путем усовершенствования защиты конфиденциальности разговоров путем (происходило сжатие информации в цифровой системе кодирования речи), а также путем устранения проблемы двойников за счет присвоения идентификационного номера каждому телефону. Смена аппарата проходит при обязательном участии сотового оператора, поскольку информацию необходимо перезаписать, ведь список контактов и органайзер абонента хранится в памяти телефона. При сохранении прежних размеров сот количество звонящих одновременно абонентов увеличилось в соте до 1000. Телефоны с прежней инфраструктурой имеют небольшие размеры, хорошее качество звука, быстро передают информации (до 14,4 кбит/с) и мало расходуют энергию. В настоящее время распространены в Северной Америке и Корее. Есть в наличии и в России, но используются не широко и имеют ограниченный роуминг.

Стандарт связи 2G GSM

Наиболее популярной сегодня является мобильная связь стандарта GSM (Global System for Mobile Communications), созданная в 1991 году в Европе и получившая широкое распространение по всему миру. В целях массового применения и возможности модифицировать сеть без изменения базовых функций был учтен наработанный многими годами опыт в эксплуатации мобильных телефонов. Технические характеристики GSM соответствовали до 35 км по радиусу соты сети и до 1000 звонков одновременно, максимальная мощность телефонов в пределах 1В и до 20В в стационарной и автомобильной модификации. Мобильные терминалы характеризовались своей миниатюрностью и возможностью долго работать без подзарядки.

Особенностью стандартов связи 2G стало чистое звучание без помех, лишь незначительно искажающее тембр и интонацию, и небольшие проглатывания фрагментов слов при неустойчивости и помехах связи, а также при слабом сигнале. В то время это было большим достижением. В процессе разговора, когда абонент не говорил, а слушал собеседника, передатчик отключался цифровыми системами для экономии заряда аккумулятора и в целях не засорения эфира, в это время говорящий слышал искусственный шум, который не вызывал дискомфорта и был направлен на то, чтобы не создавать видимость отсутствия связи когда передатчик отключен. В целях защиты конфиденциальности разговоров алгоритмы шифрования имели сложный и закрытый характер, часто обновлялись и имели различные ключи при каждом соединении.

В введенном стандарте GSM 1800, в котором диапазон частот расширился и соты стали более мелкими, пропускная способность существенно увеличилась. На основе опыта его эксплуатации в больших городах стало видно, что, несмотря на тотальное использование мобильной связи, избегать перегрузки сети остается возможным. Используемые GSM во всем мире частоты соответствуют 900 и 1800 МГц, в США предоставленный операторам диапазон небольшой и составляет 1900 МГц (поэтому американский стандарт называется GSM 1900). Операторы CDMA и D-AMPS работают в таком же диапазоне. Выпускаемые сейчас телефоны работают во всех трех диапазонах GSM.

Потребность пользователей в быстрой передачи информации и удобной работе в интернете все больше подталкивали к необходимости создания нового стандарта связи, что подтолкнуло к разработке и созданию технологии GPRS, ставшей надстройкой над стандартом GSM. Она позволяла достигать скорости 40,2 кбит/с на прием.

Важным достижением телефонов стандарта GSM стала привязка номера и телефонной книжки не к самому аппарату, а к SIM-карте (Subscribe Identity Module), которую можно переставлять из одного телефона в другой, при этом собственный номер и контакты переносятся автоматически. Карта позволяет оператору идентифицировать абонента и хранить в памяти до 255 контактных номеров.

Предоставляемые услуги операторами сетей GSM имеют широкий спектр и позволяют пользоваться конференцсвязью, переадресацией звонков, включать и прослушивать голосовые соединения, отправлять и получать SMS, непосредственно с телефона выходить в интернет через WAP-браузер, пользоваться информационными услугами (такими, как получение информации о погоде, ценах, необходимых адресах и телефонах), а также передавать информацию и факсы, и др.

Строение структуры сетей GSM включает в себя системы коммутации и базовых станции и телефоны абонентов (MS).

Система коммутации Network Switching System (NSS) направлена на предоставление услуг клиентам, обслуживание вызовов и коммутацию соединений. Она состоит из:

- центра коммутации сотовой связи (MSC), работа которого направлена на установку соединений между пользователями сети, мобильными и стационарными сетями; MSC – главный элемент сети GSM, поскольку предназначен контролировать работу BTS и BSC в пределах территории обслуживания;
- домашнего регистра местоположения (HLR), который обеспечивает хранение информации об абонентах (местоположение, перечень подключенных услуг и др.), относящихся к данному MSC;
- визитного регистра местоположения (VLR), содержащего информацию об активных абонентах зоны обслуживания конкретного MSC (данные о домашних и гостевых абонентах данного MSC) и получающего информацию от HLR;
- центра аутентификации (AUC), служащего источником идентификации абонентов и направленного на предотвращение официально неразрешенного доступа в сеть, который на основе имеющейся информации от AUC и MS начинает процедуру аутентификации каждый раз при пользовании телефоном, осуществлении звонка или отправке SMS;
- регистра идентификации абонентского оборудования (EIR), который является необязательным элементом, и поэтому присутствует не во всех сетях. Тем не менее, он является базой данных, в которой хранится и находится под защитой информация мобильных терминалов об идентификационных номерах, которая используется для того, чтобы заблокировать украденные или потерянные телефоны.

Система базовых станций Base Station System (BSS) осуществляет функции радиоинтерфейса и включает в себя два блока:

- контроллер базовых станций (BSC), являющийся коммутатором большой емкости, осуществляет управление за такими функциями радиоканалов GSM, как назначение радиоканала, нахождение информации об особенностях конфигурации сот и процессе передачи между базовыми станциями сессии пользователя;
- базовую станцию (BTS), управляющую радиосвязью с телефоном абонента и состоящую из необходимых для обслуживания каждой соты приемо-передатчиков и антенн.

В технологии GPRS стандарта GSM дополнительно включаются:

- узел обслуживания абонентов GPRS (SGSN) - является маршрутизатором, устанавливающим сессии передачи информации пакетным способом и осуществляет контроль над движением пакетов и начислением за уже предоставленные услуги платы; пакетные данные направляются в сторону SGSN от базовых станций;
- шлюзовой узел GPRS (GGSN), который наиболее часто объединяется в устройстве вместе с SGSN, является шлюзом сети, направляющим данные за пределы сети оператора.

Преимуществами сетей поколения 2G стало цифровое шифрование разговоров, большая эффективность самой системы по сравнению с предыдущим поколением и появление возможности отправлять текстовые и мультимедийные сообщения, а также сообщения с изображениями. Благодаря цифровому шифрованию технология 2G стала безопасней как для отправителя, так и для получателя.