Při uskutečňování nebo příjmu hovoru telefon účastníka naváže rádiové spojení s jednou z antén nedaleké základnové stanice ( B.S.- Základna). Do celulárního komunikačního systému GSM zahrnuje sadu základnových stanic, z nichž každá může obsahovat 1-12 antén transceiveru. Pro zajištění kvalitní komunikace v jejich dosahu mají antény diverzifikované směry. Antény jsou pravoúhlé konstrukce, které lze vidět na speciálních stožárech nebo na střeše výškových budov. Takové antény generují signály a přenášejí je přes speciální kabel do řídicí jednotky BS. Základna je kombinací antén a řídící jednotky. Existují území, která mohou obsluhovat několik připojených základnových stanic místní zónový ovladač (L.A.C.- Místní ovladač). Jeden ovladač může kombinovat až 15 základnových stanic v určité oblasti. Místní zónové regulátory komunikují s Ovládací centrum mobilních služeb (M.S.C.- Mobilní služby Switching Center, nebo jednodušeji „switch“), které má zase vstupní a výstupní spojení s jakýmkoli existujícím typem celulární a drátové komunikace. Regionální mobilní sítě GSM mohou využívat pouze jedno řídicí centrum mobilních služeb. Velcí mobilní operátoři (například MTS, Beeline nebo Megafon) s několika miliony předplatitelů přitom využívají několik vzájemně propojených center MSC.

Pro pochopení hierarchie takto složitého systému je nutné použít význam odborného termínu předat(handover), což označuje funkci předání služby účastníkovi v celulárních sítích na reléové bázi. To znamená, že pokud se klient pohybuje po ulici a zároveň telefonuje, je pro zachování kontinuity hovoru nutné včas přepnout telefon účastníka z jednoho sektoru (buňky) základnové stanice do další, stejně jako z řídicí oblasti jedné BS nebo LAC do druhé atd. .d. Pokud by se tedy použilo přímé připojení sektorů základnových stanic k přepínači, pak by i přes množství jiných úkolů musel tento přepínač samostatně provádět předávací proceduru pro všechny stávající účastníky. Pro zajištění rovnoměrného zatížení zařízení a snížení pravděpodobnosti selhání zařízení v důsledku přetížení je organizační schéma mobilních sítí GSM postaveno na víceúrovňovém principu. Jinými slovy, když se účastník přesune z oblasti pokrytí jednoho sektoru základnové stanice do oblasti pokrytí jiného, ​​přepínání provádí řídicí jednotka této BS, zatímco „vyšší“ LAC resp. Zařízení MSC v hierarchii nejsou zapojena. Podobně při předávání mezi různými základnovými stanicemi již funguje LAC atd.

Switch plní stejné funkce jako PBX v drátových sítích a je hlavním ovládacím zařízením sítí GSM. Centrum služeb mobilních komunikací určuje příjemce hovoru, reguluje fungování doplňkových služeb a přímo rozhoduje o tom, zda má účastník v danou chvíli právo volat. Takže jste stiskli „magické tlačítko“ a váš telefon se zapnul. SIM karta, která se nachází v telefonu účastníka, obsahuje speciální číslo IMSI(International Subscriber Identification Number), což znamená „mezinárodní identifikační číslo účastníka“. IMSI je jedinečné číslo pro všechny existující mobilní sítě po celém světě, podle kterého mobilní operátoři jednoznačně identifikují předplatitele. V okamžiku, kdy stisknete tlačítko napájení telefonu, odešle kód IMSI do základnové stanice, která jej následně přenese nejprve do LAC, který pak dále v hierarchii k přepínači. V tomto případě se procesu účastní dvě další zařízení - HLR(Registrace domovské lokality) a VLR(Visitor Location Register), které jsou připojeny přímo k přepínači. HLR je zkratka pro Home Subscriber Register a ukládá IMSI kódy všech předplatitelů ve své vlastní síti, zatímco VLR (Visitor Subscriber Register) obsahuje informace o všech předplatitelích, kteří používají síť daného mobilního operátora v určitém okamžiku.

Při přenosu IMSI kódu do HLR se používá šifrovací systém, který zajišťuje AuC(Autentizační centrum). Zpočátku HLR zkontroluje přítomnost účastníka s daným číslem ve své databázi, a pokud ano, zda má účastník aktuálně právo využívat síťové služby, nebo má například aktuálně finanční blok. Pokud kontrola skončí pro účastníka kladně, je jeho číslo přesměrováno na VLR, po kterém může klient volat nebo používat jiné mobilní služby.

Tak jsme povrchně prozkoumali základní princip fungování celulárních sítí GSM, protože hlubší popis technických detailů je mnohonásobně delší a zároveň pro většinu čtenářů hůře srozumitelný.

Telefonická komunikace je přenos hlasových informací na velké vzdálenosti. Pomocí telefonie mají lidé možnost komunikovat v reálném čase.

Pokud v době vzniku technologie existoval pouze jeden způsob přenosu dat - analogový, pak se v současné době úspěšně používají různé komunikační systémy. Telefonní, satelitní a mobilní komunikace, stejně jako IP telefonie, poskytují spolehlivý kontakt mezi účastníky, i když se nacházejí v různých částech světa. Jak funguje telefonická komunikace pomocí jednotlivých metod?

Stará dobrá drátová (analogová) telefonie

Termínem „telefonní“ komunikace se nejčastěji označuje analogová komunikace, způsob přenosu dat, který se stal běžným během téměř století a půl. Při jeho použití jsou informace přenášeny nepřetržitě, bez mezikódování.

Spojení mezi dvěma účastníky je regulováno vytočením čísla a poté je komunikace prováděna přenosem signálu z osoby na osobu prostřednictvím drátů v doslovném smyslu slova. Účastníky již nepropojují telefonní operátoři, ale roboti, což proces značně zjednodušilo a zlevnilo, ale princip fungování analogových komunikačních sítí zůstává stejný.

Mobilní (celulární) komunikace

Předplatitelé mobilních operátorů se mylně domnívají, že „přestřihli drát“ spojující je s telefonními ústřednami. Zdá se, že je vše tak - člověk se může pohybovat kdekoli (v rámci pokrytí signálem), aniž by přerušil konverzaci a aniž by ztratil kontakt s partnerem, a<подключить телефонную связь стало легче и проще.

Pokud však pochopíme, jak mobilní komunikace funguje, nenajdeme mnoho rozdílů od provozu analogových sítí. Signál se ve skutečnosti „vznáší ve vzduchu“, pouze z telefonu volajícího jde do transceiveru, který zase komunikuje s podobným zařízením nejblíže volanému účastníkovi... prostřednictvím optických sítí.

Stupeň rádiového přenosu dat pokrývá pouze signálovou cestu z telefonu k nejbližší základnové stanici, která je zcela tradičním způsobem propojena s ostatními komunikačními sítěmi. Je jasné, jak funguje mobilní komunikace. Jaké jsou jeho klady a zápory?

Tato technologie poskytuje větší mobilitu ve srovnání s analogovým přenosem dat, ale nese stejná rizika nežádoucího rušení a možnost odposlechu.

Cesta signálu buňky

Podívejme se blíže na to, jak přesně se signál dostane k volanému účastníkovi.

1. Uživatel vytočí číslo.
2. Jeho telefon naváže rádiové spojení s blízkou základnovou stanicí. Jsou umístěny na výškových budovách, průmyslových budovách a věžích. Každá stanice se skládá z antén transceiveru (od 1 do 12) a řídicí jednotky. K ovladači jsou připojeny základnové stanice, které obsluhují jedno území.
3. Z řídicí jednotky základnové stanice je signál přenášen kabelem do ovladače a odtud také kabelem do přepínače. Toto zařízení poskytuje vstup a výstup signálu na různé komunikační linky: meziměstské, městské, mezinárodní a další mobilní operátoři. V závislosti na velikosti sítě může zahrnovat jeden nebo několik přepínačů vzájemně propojených pomocí vodičů.
4. Z „vašeho“ přepínače se signál přenáší vysokorychlostními kabely do přepínače jiného operátora a ten snadno určí, v oblasti pokrytí kterého ovladače se nachází účastník, kterému je hovor adresován.
5. Přepínač zavolá požadovaný ovladač, který vyšle signál do základnové stanice, která „dotazuje“ mobilní telefon.
6. Volaný přijímá příchozí hovor.

Tato vícevrstvá síťová struktura umožňuje rovnoměrné rozložení zátěže mezi všechny její uzly. To snižuje pravděpodobnost selhání zařízení a zajišťuje nepřerušovanou komunikaci.

Je jasné, jak funguje mobilní komunikace. Jaké jsou jeho klady a zápory? Tato technologie poskytuje větší mobilitu ve srovnání s analogovým přenosem dat, ale nese stejná rizika nežádoucího rušení a možnost odposlechu.

Satelitní připojení

Podívejme se, jak funguje satelitní komunikace, nejvyšší stupeň rozvoje radioreléové komunikace současnosti. Opakovač umístěný na oběžné dráze je schopen sám pokrýt obrovskou plochu povrchu planety. Síť základnových stanic, jako je tomu u mobilních komunikací, již není potřeba.

Individuální předplatitel získá možnost cestovat prakticky bez omezení a zůstat ve spojení i v tajze nebo džungli. Účastník, který je právnickou osobou, může k jedné anténě opakovače připojit celou mini-PBX (toto je dnes známá „parabola“), ale je třeba vzít v úvahu objem příchozích a odchozích zpráv a velikost soubory, které je třeba odeslat.

Nevýhody technologie:

• vážná závislost na počasí. Magnetická bouře nebo jiné kataklyzma může nechat účastníka bez komunikace po dlouhou dobu.
• Pokud se na satelitním opakovači něco fyzicky porouchá, bude doba, za kterou se plně obnoví funkčnost, velmi dlouhá.
• náklady na bezhraniční komunikační služby často převyšují konvenčnější účty. Při výběru způsobu komunikace je důležité zvážit, jak moc takové funkční spojení potřebujete.

Satelitní komunikace: klady a zápory

Hlavním rysem „satelitu“ je, že poskytuje účastníkům nezávislost na pozemních komunikačních linkách. Výhody tohoto přístupu jsou zřejmé. Tyto zahrnují:

• mobilita zařízení. Může být nasazen ve velmi krátké době;
• schopnost rychle vytvářet rozsáhlé sítě pokrývající velká území;
• komunikace s těžko dostupnými a vzdálenými oblastmi;
• rezervace kanálů, které lze použít v případě výpadku pozemní komunikace;
• flexibilita technických vlastností sítě, což umožňuje její přizpůsobení téměř jakýmkoli požadavkům.

Nevýhody technologie:

• vážná závislost na počasí. Magnetická bouře nebo jiné kataklyzma může nechat účastníka bez komunikace po dlouhou dobu;
• pokud na satelitním opakovači něco fyzicky selže, bude doba do úplného obnovení funkčnosti systému trvat dlouho;
• náklady na bezhraniční komunikační služby často převyšují konvenčnější účty.

Při výběru způsobu komunikace je důležité zvážit, jak moc takové funkční spojení potřebujete.

V důsledku toho je fyzický kanál mezi přijímačem a vysílačem určen frekvencí, přidělenými rámci a čísly časových úseků v nich. Základnové stanice obvykle používají jeden nebo více kanálů ARFCN, z nichž jeden se používá k identifikaci přítomnosti BTS ve vysílání. První timeslot (index 0) rámců tohoto kanálu se používá jako základní řídicí kanál nebo signální kanál. Zbývající část ARFCN distribuuje operátor pro kanály CCH a TCH podle svého uvážení.

2.3 Logické kanály

Logické kanály jsou tvořeny na základě fyzických kanálů. Rozhraní Um zahrnuje výměnu jak uživatelských informací, tak servisních informací. Podle specifikace GSM každý typ informace odpovídá zvláštnímu typu logických kanálů realizovaných prostřednictvím fyzických:

• dopravní kanály (TCH - Traffic Channel),
• servisní informační kanály (CCH - Control Channel).

Dopravní kanály jsou rozděleny do dvou hlavních typů: TCH/F- Kanál plné rychlosti s maximální rychlostí až 22,8 Kbps a TCH/H- Kanál poloviční rychlosti s maximální rychlostí až 11,4 Kbps. Tyto typy kanálů lze použít k přenosu hlasu (TCH/FS, TCH/HS) a uživatelských dat (TCH/F9.6, TCH/F4.8, TCH/H4.8, TCH/F2.4, TCH/H2 4), například SMS.

Servisní informační kanály se dělí na:

• Vysílání (BCH - Broadcast Channels).
  • FCCH - Frekvenční korekční kanál. Poskytuje informace potřebné pro mobilní telefon k opravě frekvence.
  • SCH - Synchronizační kanál. Poskytuje mobilnímu telefonu informace potřebné pro synchronizaci TDMA se základnovou stanicí (BTS) a také jeho identifikační data BSIC.
  • BCCH - Broadcast Control Channel (informační kanál vysílací služby). Přenáší základní informace o základnové stanici, jako je způsob organizace kanálů služeb, počet bloků vyhrazených pro zprávy o udělení přístupu a také počet multirámců (každý 51 rámců TDMA) mezi požadavky na stránkování.
• Společné řídicí kanály (CCCH)
  • PCH - Paging Channel. Při pohledu do budoucna vám řeknu, že Paging je druh pingu mobilního telefonu, který vám umožňuje určit jeho dostupnost v určité oblasti pokrytí. Tento kanál je určen přesně pro toto.
  • RACH - Kanál s náhodným přístupem. Používané mobilními telefony k vyžádání vlastního servisního kanálu SDCCH. Výhradně uplink kanál.
  • AGCH - Access Grant Channel (kanál pro udělení přístupu). Na tomto kanálu reagují základnové stanice na požadavky RACH z mobilních telefonů přímým přidělením SDCCH nebo TCH.
• Vlastní kanály (DCCH – Dedicated Control Channels)
  Vlastní kanály, jako je TCH, jsou přiděleny konkrétním mobilním telefonům. Existuje několik poddruhů:
  • SDCCH - Samostatný vyhrazený řídicí kanál. Tento kanál se používá pro autentizaci mobilního telefonu, výměnu šifrovacího klíče, proceduru aktualizace polohy, jakož i pro uskutečňování hlasových hovorů a výměnu SMS zpráv.
  • SACCH - Slow Associated Control Channel. Používá se během konverzace nebo když je kanál SDCCH již používán. S jeho pomocí vysílá BTS do telefonu pravidelné pokyny ke změně časování a síly signálu. V opačném směru jsou data o úrovni přijímaného signálu (RSSI), kvalitě TCH a také o úrovni signálu blízkých základnových stanic (BTS Measurements).
  • FACCH - Fast Associated Control Channel. Tento kanál je opatřen TCH a umožňuje přenos urgentních zpráv, například během přechodu z jedné základnové stanice na druhou (Handover).

2.4 Co je to burst?

Bezdrátově jsou data přenášena jako sekvence bitů, nejčastěji nazývané „shluky“ v rámci timeslotů. Termín „burst“, jehož nejvhodnějším analogem je slovo „burst“, by měl být známý mnoha radioamatérům a pravděpodobně se objevil při sestavování grafických modelů pro analýzu rozhlasového vysílání, kde je jakákoli činnost podobná vodopádům a šplouchání. z vody. Více si o nich můžete přečíst v tomto nádherném článku (zdroj obrázků), my se zaměříme na to nejdůležitější. Schematické znázornění výbuchu může vypadat takto:

Strážní období
Aby se předešlo interferenci (tj. dvěma překrývajícím se burrtům), je trvání shluku vždy kratší než trvání časového intervalu o určitou hodnotu (0,577 - 0,546 = 0,031 ms), nazývanou „ochranná doba“. Tato perioda je jakousi časovou rezervou pro kompenzaci případných časových zpoždění při přenosu signálu.

Ocasní bity
Tyto značky definují začátek a konec burst.

Info
Burst užitečné zatížení, například data předplatitelů nebo provoz služeb. Skládá se ze dvou částí.

Krádež vlajek
Tyto dva bity jsou nastaveny, když jsou obě části shlukových dat TCH vysílány na FACCH. Jeden přenesený bit místo dvou znamená, že pouze jedna část shluku je přenášena přes FACCH.

Tréninková sekvence
Tuto část shluku využívá přijímač k určení fyzických charakteristik kanálu mezi telefonem a základnovou stanicí.

2.5 Typy burstů

Každý logický kanál odpovídá určitým typům burst:

Normální burst
Sekvence tohoto typu implementují provozní kanály (TCH) mezi sítí a předplatiteli, stejně jako všechny typy řídicích kanálů (CCH): CCCH, BCCH a DCCH.

Frekvenční korekce Burst
Název mluví sám za sebe. Implementuje jednosměrný kanál FCCH downlink, který umožňuje mobilním telefonům přesněji naladit frekvenci BTS.

Burst synchronizace
Burst tohoto typu, podobně jako Frequency Correction Burst, implementuje sestupný kanál, tentokrát pouze SCH, který je určen k identifikaci přítomnosti základnových stanic ve vzduchu. Analogicky s pakety majáku v sítích WiFi je každý takový shluk přenášen na plný výkon a obsahuje také informace o BTS nezbytné pro synchronizaci s ním: snímková frekvence, identifikační data (BSIC) a další.

Dummy Burst
Falešná dávka odeslaná základnovou stanicí, aby zaplnila nevyužité časové úseky. Jde o to, že pokud na kanálu není žádná aktivita, síla signálu aktuálního ARFCN bude výrazně nižší. V tomto případě se může zdát, že je mobilní telefon daleko od základnové stanice. Aby se tomu zabránilo, BTS zaplňuje nevyužité časové úseky nesmyslným provozem.

Přístup Burst
Při navazování spojení s BTS odešle mobilní telefon vyhrazený požadavek SDCCH na RACH. Základnová stanice po přijetí takového shluku přidělí účastníkovi jeho časování systému FDMA a odpoví na kanálu AGCH, po kterém může mobilní telefon přijímat a odesílat normální shluky. Za zmínku stojí delší doba ochrany, protože zpočátku ani telefon, ani základna nezná informace o časovém zpoždění. Pokud požadavek RACH nespadá do časového slotu, mobilní telefon jej po pseudonáhodném čase znovu odešle.

2.6 Přeskakování frekvence

Citace z Wikipedie:

Pseudonáhodné ladění pracovní frekvence (FHSS - Frequency-hopping spread Spectrum) je způsob přenosu informace prostřednictvím rádia, jehož zvláštností je častá změna nosné frekvence. Frekvence se liší podle pseudonáhodné sekvence čísel známých odesílateli i příjemci. Metoda zvyšuje odolnost komunikačního kanálu proti rušení.

3.1 Hlavní útočné vektory

Protože rozhraní Um je rádiové rozhraní, veškerý jeho provoz je „viditelný“ komukoli v dosahu BTS. Navíc můžete analyzovat data přenášená rádiem, aniž byste opustili svůj domov, pomocí speciálního vybavení (například starý mobilní telefon podporovaný projektem OsmocomBB nebo malý RTL-SDR dongle) a nejběžnější počítač.

Existují dva typy útoků: pasivní a aktivní. V prvním případě útočník žádným způsobem neinteraguje ani se sítí, ani s napadeným účastníkem – pouze přijímá a zpracovává informace. Není těžké uhodnout, že odhalit takový útok je téměř nemožné, ale nemá tolik vyhlídek jako aktivní. Aktivní útok zahrnuje interakci mezi útočníkem a napadeným účastníkem a/nebo mobilní sítí.

Můžeme zdůraznit nejnebezpečnější typy útoků, kterým jsou vystaveni předplatitelé mobilní sítě:

• Čichání
• Únik osobních dat, SMS a hlasových hovorů
• Únik dat o poloze
• Spoofing (FakeBTS nebo IMSI Catcher)
• Vzdálené zachycení SIM karty, spuštění náhodného kódu (RCE)
• Denial of Service (DoS)

3.2 Identifikace účastníka

Jak již bylo zmíněno na začátku článku, identifikace účastníka se provádí pomocí IMSI, která je zaznamenána v SIM kartě účastníka a HLR operátora. Mobilní telefony jsou identifikovány sériovým číslem – IMEI. Po autentizaci však vzduchem nelétá IMSI ani IMEI v čisté podobě. Po proceduře Location Update je účastníkovi přidělen dočasný identifikátor - TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) a s jeho pomocí se provádí další interakce.

Metody útoku
V ideálním případě je TMSI účastníka známa pouze mobilnímu telefonu a mobilní síti. Existují však způsoby, jak tuto ochranu obejít. Pokud cyklicky voláte účastníkovi nebo posíláte SMS zprávy (nebo ještě lépe Tiché SMS), sledujete PCH kanál a provádíte korelaci, můžete s určitou přesností identifikovat TMSI napadeného účastníka.

Kromě toho, s přístupem k síti interoperátora SS7, můžete zjistit IMSI a LAC jeho vlastníka pomocí telefonního čísla. Problém je v tom, že v síti SS7 si všichni operátoři navzájem „důvěřují“, čímž se snižuje úroveň důvěrnosti dat svých účastníků.

3.3 Autentizace

Aby byla chráněna před falšováním, síť ověří účastníka, než mu začne poskytovat služby. Kromě IMSI je na SIM kartě uložena náhodně vygenerovaná sekvence zvaná Ki, kterou vrací pouze v hašované podobě. Také Ki je uložena v HLR operátora a nikdy není přenášena v čistém textu. Obecně je proces ověřování založen na principu čtyřcestného podání ruky:

1. Předplatitel zadá požadavek na aktualizaci polohy a poté poskytne IMSI.
2. Síť odešle pseudonáhodnou hodnotu RAND.
3. SIM karta telefonu hashuje Ki a RAND pomocí algoritmu A3. A3(RAND, Ki) = SRAND.
4. Síť také hashuje Ki a RAND pomocí algoritmu A3.
5. Pokud se hodnota SRAND na straně předplatitele shoduje s hodnotou vypočtenou na straně sítě, pak předplatitel prošel autentizací.

Metody útoku
Iterace přes Ki dané hodnoty RAND a SRAND může trvat poměrně dlouho. Kromě toho mohou operátoři používat své vlastní hashovací algoritmy. O pokusech hrubou silou je na internetu poměrně dost informací. Ne všechny SIM karty jsou však dokonale chráněny. Některým výzkumníkům se podařilo získat přímý přístup k souborovému systému SIM karty a poté extrahovat Ki.

3.4 Šifrování provozu

Podle specifikace existují tři algoritmy pro šifrování uživatelského provozu:

• A5/0- formální označení pro absenci šifrování, stejně jako OPEN ve WiFi sítích. Sám jsem se nikdy nesetkal se sítěmi bez šifrování, nicméně podle gsmmap.org se A5/0 používá v Sýrii a Jižní Koreji.
• A5/1- nejběžnější šifrovací algoritmus. Navzdory tomu, že jeho hack již byl opakovaně předveden na různých konferencích, používá se všude. K dešifrování provozu stačí mít 2 TB volného místa na disku, běžný osobní počítač s Linuxem a program Kraken na palubě.
• A5/2- šifrovací algoritmus se záměrně oslabeným zabezpečením. Pokud se používá kdekoli, je to jen pro krásu.
• A5/3- v současnosti nejsilnější šifrovací algoritmus, vyvinutý již v roce 2002. Na internetu lze najít informace o některých teoreticky možných zranitelnostech, ale v praxi jeho hackování zatím nikdo neprokázal. Nevím, proč to naši operátoři nechtějí používat ve svých 2G sítích. To ostatně zdaleka není překážkou, protože... šifrovací klíče jsou operátorovi známy a provoz lze na jeho straně poměrně snadno dešifrovat. A všechny moderní telefony to dokonale podporují. Naštěstí to využívají moderní sítě 3GPP.

Metody útoku
Jak již bylo zmíněno, se sniffovacím zařízením a počítačem s 2 TB paměti a programem Kraken můžete poměrně rychle (několik sekund) najít šifrovací klíče relace A5/1 a poté dešifrovat komukoli provoz. Německý kryptolog Karsten Nohl v roce 2009 demonstroval metodu pro crackování A5/1. O několik let později Carsten a Sylviane Munodovi předvedli odposlech a metodu dešifrování telefonního rozhovoru pomocí několika starých telefonů Motorola (projekt OsmocomBB).

Závěr

Můj dlouhý příběh skončil. S principy fungování celulárních sítí se můžete podrobněji a z praktické stránky seznámit v sérii článků Seznámení s OsmocomBB, jakmile dokončím zbývající díly. Doufám, že jsem vám mohl říct něco nového a zajímavého. Těším se na vaši zpětnou vazbu a komentáře! Přidat štítky

GSM sítě. Pohled zevnitř.

Trochu historie

Na úsvitu rozvoje mobilních komunikací (a není to tak dávno - na počátku osmdesátých let) byla Evropa pokryta analogovými sítěmi různých standardů - Skandinávie vyvinula své systémy, Velká Británie své... Nyní je obtížné řekněme, kdo byl iniciátorem revoluce, která velmi brzy následovala – „top“ v podobě výrobců zařízení, kteří jsou nuceni vyvíjet vlastní zařízení pro každou síť, nebo „nižší třídy“ jako uživatelé, kteří jsou nespokojeni s omezeným oblast pokrytí jejich telefonu. Tak či onak v roce 1982 Evropská komise pro telekomunikace (CEPT) vytvořila speciální skupinu, která měla vyvinout zásadně nový celoevropský systém mobilních komunikací. Hlavními požadavky na nový standard byly: efektivní využití frekvenčního spektra, možnost automatického roamingu, zlepšená kvalita řeči a ochrana proti neoprávněnému přístupu ve srovnání s předchozími technologiemi a samozřejmě kompatibilita s jinými stávajícími komunikačními systémy (včetně kabelových) atd. .

Plodem tvrdé práce mnoha lidí z různých zemí (abych byl upřímný, nedokážu si ani představit, kolik práce odvedli!) byla specifikace celoevropské mobilní komunikační sítě představená v roce 1990, tzv. Globální systém pro mobilní komunikaci nebo jen GSM. A pak už vše blikalo jako v kaleidoskopu - první GSM operátor přijímal účastníky v roce 1991, začátkem roku 1994 měly sítě založené na dotyčném standardu již 1,3 milionu účastníků a do konce roku 1995 se jejich počet zvýšil na 10 milionů! Skutečně, „GSM zametá planetu“ – v současnosti má telefony tohoto standardu asi 200 milionů lidí a sítě GSM lze nalézt po celém světě.

Pokusme se přijít na to, jak jsou GSM sítě organizovány a na jakých principech fungují. Okamžitě řeknu, že úkol před námi není snadný, ale věřte mi, že ve výsledku získáme opravdové potěšení z krásy technických řešení používaných v tomto komunikačním systému.

Dvě velmi důležité otázky zůstanou mimo rámec úvahy: za prvé, časově-frekvenční rozdělení kanálů (s tím se můžete seznámit) a za druhé systémy pro šifrování a ochranu přenášené řeči (toto je natolik specifické a rozsáhlé téma, že snad v budoucnu tomu bude věnován samostatný článek).

Hlavní části systému GSM, jejich účel a vzájemná interakce.

Začněme nejtěžší a možná i nudnou úvahou o kostře (nebo, jak říkají na vojenském oddělení mé Alma Mater, blokovém schématu) sítě. Při popisu se budu držet celosvětově uznávaných anglických zkratek, samozřejmě s jejich ruským výkladem.

Podívejte se na obr. 1:

Obr.1 Zjednodušená architektura sítě GSM.

Nejjednodušší část blokového schématu - přenosný telefon, se skládá ze dvou částí: samotného „telefonu“ - MĚ(Mobile Equipment - mobilní zařízení) a čipové karty SIM (Subscriber Identity Module - modul identifikace účastníka), získaný při uzavření smlouvy s operátorem. Stejně jako každé auto je vybaveno jedinečným číslem karoserie, mobilní telefon má své vlastní číslo - IMEI(International Mobile Equipment Identity - mezinárodní identifikátor mobilního zařízení), který lze přenést do sítě na její žádost (další podrobnosti o IMEI můžete zjistit). SIM , zase obsahuje tzv IMSI(International Mobile Subscriber Identity - mezinárodní identifikační číslo účastníka). Myslím, že rozdíl mezi IMEI A IMSI Průhledná - IMEI odpovídá konkrétnímu telefonu a IMSI- konkrétnímu předplatiteli.

„Centrální nervový systém“ sítě je N.S.S.(Síťový a přepínací subsystém - síťový a přepínací subsystém) a komponenta, která plní funkce „mozku“, se nazývá M.S.C.(Mobilní služby Switching Center - Switching Center). Právě posledně jmenovanému se marně říká (někdy aspiračně) „ústředna“ a také se v případě problémů s komunikací obviňuje ze všech smrtelných hříchů. M.S.C. v síti jich může být více (v tomto případě je analogie s víceprocesorovými počítačovými systémy velmi vhodná) - například v době psaní tohoto článku moskevský operátor Beeline zaváděl druhý přepínač (výrobce Alcatel). M.S.C. zabývá se směrováním hovorů, generováním dat pro fakturační systém, řídí mnoho procedur - je jednodušší říci, co NENÍ v kompetenci switche, než vypsat všechny jeho funkce.

Další nejdůležitější síťové komponenty, které jsou také součástí N.S.S., zavolal bych HLR(Home Location Register - registr vlastních účastníků) a VLR(Visitor Location Register - registr pohybů). Věnujte těmto částem pozornost, v budoucnu se o nich budeme často zmiňovat. HLR, zhruba řečeno, je databáze všech účastníků, kteří uzavřeli smlouvu s danou sítí. Ukládá informace o uživatelských číslech (čísla znamenají za prvé výše uvedené IMSI a za druhé tzv MSISDN-Mobile Subscriber ISDN, tzn. telefonní číslo v jeho obvyklém smyslu), seznam dostupných služeb a mnoho dalšího - dále v textu parametry, které jsou v HLR.

Na rozdíl od HLR, který je jediný v systému, VLR Může jich být několik – každý z nich ovládá svou vlastní část sítě. V VLR obsahuje údaje o předplatitelích, kteří se nacházejí na jeho (a pouze jeho!) území (a jsou obsluhováni nejen jeho vlastní účastníci, ale i uživatelé roamingu registrovaní v síti). Jakmile uživatel opustí oblast pokrytí některých VLR, informace o něm jsou zkopírovány do nového VLR a je odstraněn ze starého. Ve skutečnosti mezi tím, co je k dispozici o předplatiteli v VLR a dovnitř HLR, je toho hodně společného - podívejte se do tabulek, kde je uveden seznam dlouhodobých (tab. 1) a dočasných (tab. 2 a 3) údajů o předplatitelích uložených v těchto registrech. Ještě jednou upozorňuji čtenáře na zásadní rozdíl HLR z VLR: první obsahuje informace o všech předplatitelích sítě bez ohledu na jejich umístění a druhý obsahuje údaje pouze o těch, kteří jsou v její jurisdikci VLRúzemí. V HLR U každého předplatitele je na to vždy odkaz VLR, který s ním (předplatitelem) aktuálně spolupracuje (zatímco on sám VLR může patřit do sítě někoho jiného, ​​která se nachází například na druhé straně Země).

1.	Mezinárodní identifikační číslo účastníka ( IMSI)
2.	Telefonní číslo účastníka v obvyklém smyslu ( MSISDN)
3.	Kategorie mobilní stanice
4.	Identifikační klíč předplatitele ( Ki)
5.	Typy poskytování doplňkových služeb
6.	Uzavřený index uživatelské skupiny
7.	Zamykací kód pro uzavřenou uživatelskou skupinu
8.	Složení hlavních hovorů, které lze přepojit
9.	Upozornění na volajícího
10.	Identifikace volaného čísla
11.	Plán
12.	Oznámení volané strany
13.	Ovládání signalizace při připojování účastníků
14.	Charakteristika uzavřené skupiny uživatelů
15.	Výhody uzavřené skupiny uživatelů
16.	Omezené odchozí hovory v uzavřené skupině uživatelů
17.	Maximální počet předplatitelů
18.	Používaná hesla
19.	Třída prioritního přístupu

Tabulka 1. Kompletní složení dlouhodobých dat uložených v HLR A VLR.

1.	Možnosti autentizace a šifrování
2.	Dočasné mobilní číslo ( TMSI)
3.	Adresa registru pohybu, ve kterém se účastník nachází ( VLR)
4.	Pohybové zóny mobilních stanic
5.	Číslo předávací buňky
6.	Stav registrace
7.	Žádný časovač odpovědi
8.	Složení aktuálně používaných hesel
9.	Komunikační činnost

Tabulka 2. Kompletní složení dočasných dat uložených v HLR.

Tabulka 3. Kompletní složení dočasných dat uložených v VLR.

N.S.S. obsahuje další dvě složky - AuC(Autentizační centrum - autorizační centrum) a EIR(Equipment Identity Register - registr identifikace zařízení). První blok se používá pro procedury autentizace předplatitele a druhý, jak název napovídá, je zodpovědný za umožnění provozu v síti pouze autorizovaným mobilním telefonům. Provoz těchto systémů bude podrobně popsán v další části věnované registraci předplatitelů v síti.

Výkonná, abych tak řekl, část mobilní sítě je BSS(Podsystém základnové stanice - podsystém základnové stanice). Pokud budeme pokračovat v analogii s lidským tělem, pak tento subsystém můžeme nazvat končetinami těla. BSS sestává z několika „paží“ a „noh“ - BSC(Ovladač základnové stanice - ovladač základnové stanice), stejně jako mnoho „prstů“ - BTS(Base Transceiver Station - základnová stanice). Základnové stanice lze pozorovat všude – ve městech, na polích (skoro jsem řekl „a řeky“) – ve skutečnosti jsou to prostě přijímací a vysílací zařízení obsahující od jednoho do šestnácti zářičů. Každý BSC ovládá celou skupinu BTS a je odpovědný za správu a distribuci kanálů, úroveň výkonu základnových stanic a podobně. Obvykle BSC v síti není jen jedna, ale celá sada (základnových stanic jsou stovky).

Provoz sítě je řízen a koordinován pomocí OSS (Operating and Support Subsystem). OSS se skládá ze všech druhů služeb a systémů, které řídí provoz a provoz - aby nedošlo k přetížení čtenáře informacemi, práce OSS nebude dále rozebírána.

Online registrace.

Pokaždé, když po výběru sítě zapnete telefon, začne proces registrace. Uvažujme nejobecnější případ - registraci nikoli v domácí síti, ale v síti někoho jiného, ​​tzv. hostovi (budeme předpokládat, že roamingová služba je účastníkovi povolena).

Nechte síť najít. Na žádost sítě telefon vysílá IMSI odběratel IMSI začíná kódem země „registru“ jeho vlastníka, následuje čísla, která definují domácí síť, a teprve potom - jedinečné číslo konkrétního účastníka. Například začátek IMSI 25099... odpovídá ruskému operátorovi Beeline. (250-Rusko, 99 - Beeline). Podle čísla IMSI VLR síť pro hosty identifikuje domácí síť a přidruží se k ní HLR. Ten přenáší všechny potřebné informace o účastníkovi VLR kdo podal žádost a posílá na to odkaz VLR, takže v případě potřeby víte, „kde hledat“ předplatitele.

Proces určování pravosti předplatitele je velmi zajímavý. Během registrace AuC domácí síť generuje 128bitové náhodné číslo - RAND, odeslané do telefonu. Uvnitř SIM pomocí klíče Ki(identifikační klíč - stejný jako IMSI, je obsažen v SIM) a identifikačním algoritmem A3 se vypočítá 32bitová odezva - SRES(Výsledek se znaménkem) pomocí vzorce SRES = Ki * RAND. Přesně stejné výpočty se provádějí současně AuC(podle vybraného z HLR Ki uživatel). Li SRES, vypočítané v telefonu, se budou shodovat s SRES, vypočítané AuC, pak je proces autorizace považován za úspěšný a je přiřazen účastník TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity – dočasné číslo mobilního účastníka). TMSI slouží výhradně ke zvýšení bezpečnosti interakce účastníka se sítí a může se pravidelně měnit (včetně změn VLR).

Teoreticky by se při registraci mělo přenášet i číslo IMEI, ale mám velké pochybnosti o tom, co moskevští operátoři sledují IMEI telefony používané předplatiteli. Uvažujme určitou „ideální“ síť, která funguje tak, jak zamýšleli tvůrci GSM. Takže po obdržení IMEI sítě, do které je poslán EIR, kde se porovnává s tzv. „seznamy“ čísel. Bílá listina obsahuje telefonní čísla oprávněná k použití, černá listina se skládá z IMEI telefony, odcizené nebo z jakéhokoli jiného důvodu neschválené k použití, a nakonec šedý seznam - „telefony“ s problémy, jejichž provoz je řešen systémem, ale jsou neustále monitorovány.

Po postupu identifikace a interakce hosta VLR s domovem HLR spustí se počítadlo času, které nastaví okamžik opětovné registrace v případě absence jakýchkoli komunikačních relací. Obvyklá doba povinné registrace je několik hodin. Opětovná registrace je nutná, aby síť obdržela potvrzení, že telefon je stále v oblasti pokrytí. Faktem je, že v pohotovostním režimu „telefon“ pouze monitoruje signály přenášené sítí, ale sám nic nevysílá - proces přenosu začíná pouze při navázání spojení a také při významných pohybech vzhledem k síti ( to bude podrobně probráno níže) - v takových V takových případech začne odpočítávání časovače do další přeregistrace znovu. Pokud tedy telefon „vypadne“ ze sítě (například byla odpojena baterie nebo majitel zařízení vstoupil do metra, aniž by telefon vypnul), systém o tom nebude vědět.

Všichni uživatelé jsou náhodně rozděleni do 10 stejných přístupových tříd (číslovaných od 0 do 9). Kromě toho existuje několik speciálních tříd s čísly od 11 do 15 (různé typy tísňových a tísňových služeb, personál síťové služby). Informace o přístupové třídě jsou uloženy v SIM. Speciální přístup třídy 10 vám umožňuje volat na tísňová volání (na číslo 112), pokud uživatel nepatří do žádné povolené třídy nebo nemá žádnou IMSI (SIM). V případě nouze nebo přetížení sítě může být některým třídám dočasně odepřen přístup k síti.

Územní členění sítě a předat.

Jak již bylo zmíněno, síť se skládá z mnoha BTS- základnové stanice (jedna BTS- jedna "buňka", buňka). Pro zjednodušení fungování systému a snížení provozu služeb, BTS seskupeny do skupin - domén tzv LOS ANGELES.(Location Area - oblasti umístění). Každý LOS ANGELES. odpovídá vašemu kódu LAI(Identita oblasti umístění). Jeden VLR může ovládat několik LOS ANGELES.. A přesně tak LAI zapadá VLR pro nastavení polohy mobilního účastníka. V případě potřeby v příslušném LOS ANGELES.(a ne v samostatné buňce, pozn.) bude vyhledán účastník. Když se účastník přesune z jedné buňky do druhé v rámci stejné buňky LOS ANGELES. přeregistrace a změna záznamů v VLR/HLR se neprovádí, ale jakmile on (účastník) vstoupí na území jiného LOS ANGELES. jak začíná interakce telefonu se sítí. Pravděpodobně každý uživatel slyšel periodické rušení více než jednou (např. grunt-grunt---grunt-grunt---grunt-grunt :-)) v hudebním systému svého auta z telefonu v pohotovostním režimu - často se jedná o v důsledku opětovné registrace při překračování hranic LOS ANGELES.. Při změně LOS ANGELES. staré předčíslí bude vymazáno VLR a je nahrazen novým LAI, pokud další LOS ANGELES. ovládaný jiným VLR, pak dojde ke změně VLR a aktualizaci záznamu v HLR.

Obecně řečeno, rozdělení sítě na LOS ANGELES. poměrně obtížný inženýrský problém, který se řeší při budování každé sítě samostatně. Příliš malá LOS ANGELES. povede k častému přeregistrování telefonů a v důsledku toho ke zvýšení provozu různých druhů servisních signálů a rychlejšímu vybíjení baterií mobilních telefonů. Pokud udelas LOS ANGELES. velké, pak pokud je nutné se spojit s účastníkem, bude muset být signál volání odeslán do všech buněk, které jsou součástí LOS ANGELES., což také vede k neodůvodněnému nárůstu přenosu servisních informací a přetížení kanálů vnitřní sítě.

Nyní se podívejme na velmi krásný algoritmus nazvaný předat`ra (toto je název pro změnu kanálu použitého během procesu připojení). Během hovoru na mobilním telefonu je z mnoha důvodů (odstranění sluchátka ze základnové stanice, vícecestné rušení, pohyb účastníka do tzv. stínové zóny atd.) výkon (a kvalita) signál se může zhoršit. V tomto případě se přepne na kanál (možná jiný BTS) s lepší kvalitou signálu bez přerušení aktuálního připojení (dodávám - ani samotný účastník, ani jeho partner si zpravidla nevšimnou, co se stalo předat`a). Předání se obvykle dělí do čtyř typů:

• přepínání kanálů v rámci jedné základnové stanice
• změna kanálu jedné základnové stanice na kanál jiné stanice, ale pod její patronací BSC.
• přepínání kanálů mezi základnovými stanicemi ovládanými různými BSC, ale jeden M.S.C.
• přepínání kanálů mezi základnovými stanicemi, pro které se nejen liší BSC, ale také M.S.C..

Obecně, provádění předat`a – úkol M.S.C.. Ale v prvních dvou případech se nazývá interní předat`s, aby se snížilo zatížení přepínačů a servisních linek, je řízen proces změny kanálů BSC, A M.S.C. pouze informuje o tom, co se stalo.

Během hovoru mobilní telefon neustále sleduje úroveň signálu od sousedů BTS(seznam kanálů (až 16), které je třeba monitorovat, nastavuje základnová stanice). Na základě těchto měření je vybráno šest nejlepších kandidátů, o kterých jsou neustále (alespoň jednou za sekundu) přenášena data BSC A M.S.C. zorganizovat případný přechod. Existují dvě hlavní schémata předat`a:

• "Nejnižší spínací režim" (Minimální přijatelný výkon). V tomto případě, když se kvalita komunikace zhorší, mobilní telefon zvyšuje výkon svého vysílače, dokud je to možné. Pokud se i přes zvýšení úrovně signálu spojení nezlepší (nebo výkon dosáhl maxima), pak předat.
• "Režim úspory energie" (Power budget). Výkon vysílače mobilního telefonu přitom zůstává nezměněn a pokud se kvalita zhorší, změní se komunikační kanál ( předat).

Je zajímavé, že změnu kanálu může iniciovat nejen mobilní telefon, ale také M.S.C., například pro lepší rozložení návštěvnosti.

Směrování hovorů.

Pojďme si nyní promluvit o tom, jak jsou směrovány příchozí hovory z mobilních telefonů. Stejně jako dříve zvážíme nejobecnější případ, kdy se účastník nachází v oblasti pokrytí sítě pro hosty, registrace byla úspěšná a telefon je v pohotovostním režimu.

Když je přijat požadavek (obr. 2) na spojení z drátového telefonního (nebo jiného mobilního) systému k M.S.C. domácí síť (volání „najde“ požadovaný přepínač pomocí vytočeného mobilního účastnického čísla MSISDN, který obsahuje kód země a sítě).

Obr.2 Interakce hlavních síťových bloků při příchozím hovoru.

M.S.C. přeposílá na HLRčíslo ( MSISDN) předplatitel. HLR, podle pořadí, žádá o VLR hostující síť, ve které se účastník nachází. VLR vybere jednu z těch, které má k dispozici MSRN(Roamingové číslo mobilní stanice - číslo „roamingové“ mobilní stanice). Ideologie destinace MSRN je velmi podobný dynamickému přidělování IP adres v dial-up přístupu k internetu přes modem. HLR domácí síť přijímá z VLR přidělené předplatiteli MSRN a doprovázet ho IMSI uživatele, přenáší do přepínače domácí sítě. Poslední fází navázání spojení je směrování hovoru a následně IMSI A MSRN, síťový přepínač pro hosty, který generuje speciální signál přenášený přes PAGCH(PAGer CHannel - volací kanál). LOS ANGELES. kde se předplatitel nachází.

Směrování odchozích hovorů nepředstavuje z ideologického hlediska nic nového ani zajímavého. Uvedu jen některé z diagnostických signálů (tabulka 4), které indikují nemožnost navázání spojení a které uživatel může obdržet v reakci na pokus o navázání spojení.

Tabulka 4. Hlavní diagnostické signály o chybě při navazování spojení.

Závěr

Samozřejmě, nic na světě není dokonalé. Výše uvedené celulární systémy GSM nejsou výjimkou. Omezený počet kanálů vytváří problémy v obchodních centrech megalopolí (a v poslední době, poznamenaných rychlým růstem základny předplatitelů, a na jejich okrajích) - abyste mohli volat, musíte často čekat, až se zatížení systému pokles. Nízká, na moderní standardy, rychlost přenosu dat (9600 bps) neumožňuje odesílání velkých souborů, nemluvě o videomateriálech. A možnosti roamingu nejsou tak neomezené – Amerika a Japonsko vyvíjejí vlastní digitální bezdrátové komunikační systémy, nekompatibilní s GSM.

Samozřejmě je příliš brzy říkat, že dny GSM jsou sečteny, ale nelze si nevšimnout, že se objevují tzv. 3G-systémy, které představují začátek nové éry ve vývoji mobilní telefonie a postrádají uvedené nevýhody. Jak rád bych se podíval na pár let dopředu a viděl, jaké příležitosti díky novým technologiím všichni dostaneme! Čekání však není tak dlouhé - zahájení komerčního provozu sítě první třetí generace je naplánováno na začátek roku 2001... Ale jaký osud čeká nové systémy - explozivní růst, jako je GSM, nebo krach a destrukce, jako Iridium, čas ukáže...

Víte, co se stane poté, co vytočíte číslo přítele na svém mobilním telefonu? Jak ho mobilní síť najde v horách Andalusie nebo na pobřeží vzdáleného Velikonočního ostrova? Proč se konverzace někdy náhle zastaví? Minulý týden jsem navštívil společnost Beeline a pokusil jsem se zjistit, jak funguje mobilní komunikace...

Velkou oblast obydlené části naší země pokrývají základnové stanice (BS). V terénu vypadají jako červenobílé věže a ve městě se skrývají na střechách nebytových budov. Každá stanice zachycuje signály z mobilních telefonů na vzdálenost až 35 kilometrů a komunikuje s mobilním telefonem prostřednictvím služebních nebo hlasových kanálů.

Poté, co vytočíte číslo přítele, telefon kontaktuje nejbližší základní stanici (BS) prostřednictvím servisního kanálu a požádá o přidělení hlasového kanálu. Základní stanice odešle požadavek řadiči (BSC), který jej předá přepínači (MSC). Pokud je váš přítel účastníkem stejné mobilní sítě, pak přepínač zkontroluje Home Location Register (HLR), zjistí, kde se volaný účastník aktuálně nachází (doma, v Turecku nebo na Aljašce) a přepojí hovor na příslušný přepínač, odkud byl odeslán, bude odeslán do ovladače a poté do základní stanice. Základní stanice bude kontaktovat váš mobilní telefon a spojí vás s vaším přítelem. Pokud je váš přítel v jiné síti nebo voláte na pevnou linku, váš přepínač se spojí s odpovídajícím přepínačem v jiné síti. Obtížný? Pojďme se na to blíže podívat. Základní stanice je pár železných skříní zamčených v dobře klimatizované místnosti. Vzhledem k tomu, že v Moskvě bylo venku +40, chtěl jsem v této místnosti chvíli bydlet. Základní stanice je obvykle umístěna buď v podkroví budovy nebo v kontejneru na střeše:

2.

Anténa základní stanice je rozdělena do několika sektorů, z nichž každý „svítí“ svým vlastním směrem. Vertikální anténa komunikuje s telefony, kulatá anténa spojuje základní stanici s ovladačem:

3.

Každý sektor dokáže zpracovat až 72 hovorů současně, v závislosti na nastavení a konfiguraci. Základní stanice se může skládat ze 6 sektorů, takže jedna základní stanice může obsloužit až 432 hovorů, nicméně stanice má obvykle nainstalovaných méně vysílačů a sektorů. Mobilní operátoři raději instalují více BS, aby zlepšili kvalitu komunikace. Základnová stanice může pracovat ve třech pásmech: 900 MHz - signál na této frekvenci postupuje dále a lépe proniká dovnitř budov 1800 MHz - signál se pohybuje na kratší vzdálenosti, ale umožňuje instalovat větší počet vysílačů v 1 sektoru 2100 MHz - 3G síť Takto vypadá skříň s 3G zařízením:

4.

Vysílače 900 MHz jsou instalovány na základnových stanicích na polích a vesnicích a ve městě, kde jsou základnové stanice zaseknuté jako jehličky, se komunikace provádí hlavně na frekvenci 1800 MHz, i když jakákoliv základnová stanice může mít vysílače všech tří rozsahů zároveň.

5.

6.

Signál s frekvencí 900 MHz může dosáhnout až 35 kilometrů, ačkoli „dosah“ některých základnových stanic umístěných podél dálnic může dosáhnout až 70 kilometrů, a to kvůli snížení počtu současně obsluhovaných účastníků na stanici o polovinu . V souladu s tím může náš telefon s malou vestavěnou anténou přenášet signál na vzdálenost až 70 kilometrů... Všechny základnové stanice jsou navrženy tak, aby poskytovaly optimální rádiové pokrytí na úrovni země. Proto i přes dosah 35 kilometrů není rádiový signál jednoduše vyslán do výšky letu letadla. Některé letecké společnosti však již začaly do svých letadel instalovat základnové stanice s nízkým výkonem, které poskytují pokrytí v rámci letadla. Taková BS je připojena k pozemní celulární síti pomocí satelitního kanálu. Systém doplňuje ovládací panel, který posádce umožňuje zapínání a vypínání systému a také určité typy služeb, například vypnutí hlasu při nočních letech. Telefon dokáže měřit sílu signálu z 32 základnových stanic současně. Odesílá informace o 6 nejlepších (z hlediska síly signálu) přes servisní kanál a kontrolér (BSC) rozhodne, která BS převede aktuální hovor (Handover), pokud jste na cestách. Někdy se může stát, že telefon udělá chybu a přepojí vás na BS s horším signálem, v takovém případě může být hovor přerušen. Může se také ukázat, že na základní stanici, kterou váš telefon zvolil, jsou všechny hlasové linky obsazené. V tomto případě bude konverzace také přerušena. Řekli mi také o takzvaném „problému v horním patře“. Pokud žijete v penthouse, může se někdy při přesunu z jedné místnosti do druhé konverzace přerušit. To se děje proto, že v jedné místnosti může telefon „vidět“ jednu BS a ve druhé další, pokud je otočena na druhou stranu domu, a zároveň jsou tyto 2 základní stanice umístěny ve velké vzdálenosti od navzájem a nejsou registrovány jako „sousední“ od mobilního operátora. V tomto případě nebude hovor přepojen z jedné BS do druhé:

Komunikace v metru je zajištěna stejně jako na ulici: Base Station - controller - switch, jen s tím rozdílem, že se tam používají malé Base Station a v tunelu je pokrytí ne obyčejnou anténou, ale speciálním vyzařovacím kabelem. Jak jsem psal výše, jedna BS dokáže uskutečnit až 432 hovorů současně. Obvykle je tento výkon dostačující, ale například během některých svátků nemusí BS zvládat množství lidí, kteří chtějí volat. To se obvykle stává na Nový rok, kdy si všichni začnou gratulovat. SMS jsou přenášeny prostřednictvím servisních kanálů. 8. března a 23. února si lidé raději vzájemně gratulují pomocí SMS, posílají vtipné básničky a telefony se často nemohou dohodnout s BS na přidělení hlasového kanálu. Byl mi sdělen zajímavý případ. V jedné oblasti Moskvy začali předplatitelé dostávat stížnosti, že se s nikým nemohli dostat. Techničtí specialisté to začali zjišťovat. Většina hlasových kanálů byla zdarma, ale všechny servisní kanály byly obsazené. Ukázalo se, že vedle této BS byl ústav, kde probíhaly zkoušky a studenti si neustále vyměňovali textové zprávy. Telefon rozdělí dlouhé SMS na několik krátkých a odešle každou zvlášť. Pracovníci technických služeb doporučují posílat takovéto blahopřání prostřednictvím MMS. Bude to rychlejší a levnější. Ze základní stanice jde hovor do ovladače. Vypadá to stejně nudně jako samotný BS - je to jen sada skříní:

7.

V závislosti na vybavení může ovladač obsluhovat až 60 základnových stanic. Komunikace mezi BS a kontrolérem (BSC) může být prováděna prostřednictvím rádiového reléového kanálu nebo prostřednictvím optiky. Ovladač řídí provoz rádiových kanálů, vč. řídí pohyb účastníka a přenos signálu z jedné BS do druhé. Přepínač vypadá mnohem zajímavěji:

8.

9.

Každý přepínač slouží pro 2 až 30 ovladačů. Zabírá velkou halu, plnou různých skříní s vybavením:

10.

11.

12.

Přepínač řídí provoz. Pamatujete si na staré filmy, kde lidé nejprve vytočili „dívku“ a ona je pak připojila k jinému předplatiteli přepnutím vodičů? Moderní přepínače dělají totéž:

13.

K ovládání sítě má Beeline několik aut, kterým láskyplně říkají „ježci“. Pohybují se po městě a měří úroveň signálu vlastní sítě a také úroveň sítě svých kolegů z Velké trojky:

14.

Celá střecha takového vozu je pokryta anténami:

15.

Uvnitř je zařízení, které provádí stovky hovorů a přijímá informace:

16.

24hodinové monitorování přepínačů a ovladačů se provádí z Mission Control Center v Network Control Center (NCC):

17.

Existují 3 hlavní oblasti pro monitorování mobilní sítě: četnost nehod, statistiky a zpětná vazba od účastníků. Stejně jako v letadlech má všechna zařízení mobilní sítě senzory, které vysílají signál do centrálního řídicího systému a předávají informace do počítačů dispečerů. Pokud některé zařízení selže, kontrolka na monitoru začne „blikat“. CCS také sleduje statistiky pro všechny přepínače a ovladače. Analyzuje ji a porovnává s předchozími obdobími (hodina, den, týden atd.). Pokud se statistika některého z uzlů začala výrazně lišit od předchozích indikátorů, světlo na monitoru znovu začne „blikat“. Operátoři zákaznických služeb obdrží zpětnou vazbu. Pokud se jim nepodaří problém vyřešit, je hovor předán technikovi. Pokud se ukáže, že je bezmocný, vytvoří se ve firmě „incident“, který řeší inženýři podílející se na provozu příslušného zařízení. Přepínače jsou monitorovány 24/7 2 inženýry:

18.

Graf ukazuje aktivitu moskevských spínačů. Je jasně vidět, že v noci téměř nikdo nevolá:

19.

Kontrola nad ovladači (promiňte tautologii) se provádí z druhého patra Network Control Center:

22.

21.