Kako radi mobilna mreža. Kako funkcionira mobilna komunikacija? Mobilne usluge
“U bilo kojem znanstvenom području profesori više vole svoje
teorije do istine, jer su njihove teorije njihovo osobno vlasništvo, a istina je javna domena."
Charles Colton
Princip izgradnje mreže i osnovni elementi mreže
Proučavanje bilo kojeg predmeta počinje s osnovama, što je osnova na kojoj se gradi hijerarhija stabla znanja. Bez toga će se svaka, čak i najlukavija struktura raspasti poput kuće od karata. Samo budale počinju graditi kuću od krova... Iako ako govorimo o graditeljima metroa ili rudarima, onda ovo pravilo ne vrijedi. Ali njihov rad nije ograničen na nepromišljeno prenošenje utrobe zemlje na željezna kolica. Sa svakim se događajem ili formom samostalno upoznao netko od naših poznanika, počevši od temelja. Svaki razgovor s njim, o najbeznačajnijoj temi, mogao se oduljiti nekoliko sati. Pažljivo je obrađivao svoju žrtvu, metodički joj pumpajući mozak maksimalnim informacijama o temi razgovora. Drugim riječima, kad biste ga pitali o principu rada emiterskog sljedbenika, u početku biste morali poslušati sat vremena dugo predavanje o stvaranju i evoluciji poluvodiča. dosadno? Možda se većini nas tako čini. Međutim, pravi temeljni pristup znanju leži upravo u tome. Možete pričati dugo i nejasno o složenim stvarima, ali ako nemate osnovno znanje, onda je sve rečeno lijepo i prolazno poput prskanja šampanjca. Danas ćemo izgraditi određenu osnovu znanja o mobilnim komunikacijama. Govorit ćemo o osnovama izgradnje moderne mobilne telefonske mreže.Mobilne mreže
Telefonska komunikacija toliko je duboko ušla u našu okolinu da ne možemo zamisliti život bez nje. Podići slušalicu, birati broj i čuti glas prijatelja ili voljene osobe? Što može biti jednostavnije? Ali iza toga stoji ogroman rad fizičara, tehnologa, električara i ljudi drugih specijalnosti. Godine 1947. dogodio se događaj koji je poslužio kao polazište za stvaranje mobilnih komunikacija. Zaposlenik Bell Laboratories, D. Ring, iznio je ideju ćelijskog principa za organiziranje mobilnih mreža u internom memorandumu. Inženjer je predložio osnovne ideje koje još uvijek čine temelj modernih mobilnih mreža. S jedne strane, mobilna komunikacija je jednostavna i jasna, poput kretanja kotača, ali čim je počnemo bolje promatrati, otkrivaju se sve vrste tehničkih suptilnosti, potkrijepljene desecima patenata i potvrda o autorskim pravima. Na daljinu se ti detalji gube i ponovno se otvara pogled na nedjeljivu cjelinu - kompleks mobilnih komunikacija. Raspravljajmo dakle o izgradnji mobilnog komunikacijskog sustava. Trebali bismo navesti glavne probleme s kojima ćemo se susresti prilikom izrade. Da biste stvorili mobilnu mrežu, morate dobiti skup frekvencija ili frekvencijski raspon. Ovdje će bazna stanica komunicirati s vašim mobilnim terminalom. Glavno načelo rada mobilnih mreža je načelo ponovne uporabe frekvencije. To je ono što vam omogućuje da značajno povećate njegov kapacitet i pokrijete gotovo neograničen prostor, dok koristite konačni skup frekvencija. Obratimo pažnju na crtež.Na raspolaganju imamo tri frekvencije (f1, f2, f3). U prvoj ćeliji (cell) koristimo frekvenciju f1. U drugoj ćeliji (ćeliji) ne možemo koristiti istu frekvenciju, odnosno f1, zbog pojave smetnji. Interferencija je fizički fenomen koji nastaje kada se dva (ili više) vala iz identičnih izvora superponiraju i dovodi do povećanja ili smanjenja amplitude vala. Stoga je borba protiv smetnji jedan od glavnih zadataka u frekvencijskom planiranju, odnosno raspodjeli frekvencija među stanicama (stanicama). Dakle, budući da u drugoj ćeliji (cell) ne možemo koristiti frekvenciju f1, koristimo frekvenciju f2. U trećoj ćeliji koristimo frekvenciju f3, au četvrtoj ćeliji opet možemo koristiti frekvenciju f1. Slika je krajnje jednostavna. Međutim, u praksi se inženjeri suočavaju s ozbiljnim problemima. Doista, moguće je nacrtati granice stotina tankim ravnim linijama samo na papiru. Stvarni krajolik, posebno urbani, nameće ozbiljna ograničenja na geometriju područja pokrivanja svake bazne stanice. Stoga se stvarna pokrivenost može potvrditi samo eksperimentalno. Budući da je broj točaka u prostoru beskonačan, nemoguće ih je sve provjeriti. Čak i ako svaku prostornu lokaciju unutar područja pokrivanja bazne stanice aproksimiramo na kubni metar, posao je nemoguć. Otuda i pojava bijelih mrlja na karti pokrivenosti i mjesta s aktivnim smetnjama, što dovodi do smetnji. U skladu s preporukama CEPT-a, standard GSM-900 omogućuje rad odašiljača u dva frekvencijska područja. Frekvencijski pojas (frekvencije na kojima se prenose informacije) 890–915 MHz koristi se za prijenos informacija od mobilne stanice (mobilnog telefona) do bazne stanice (uplink). Frekvencijski pojas 935–960 MHz – za prijenos informacija od bazne stanice do mobilne stanice (downlink). Prilikom prebacivanja kanala tijekom komunikacijske sesije, duplex razmak (razlika između frekvencija prijenosa i prijema) je konstantan i jednak 45 MHz. Frekvencijski razmak između susjednih komunikacijskih kanala je 200 kHz. Dakle, u frekvencijskom pojasu od 25 MHz koji je namijenjen za prijem/prijenos, nalaze se 124 komunikacijska kanala (124 kanala za sve GSM operatere u određenoj regiji). Osim toga, još jedan popularan raspon je dobro poznat u našoj zemlji - GSM-1800. Frekvencijski pojas za prijenos informacija od mobilne stanice (telefon) do bazne stanice (uplink) je 1710-1785 MHz, a frekvencijski pojas za prijenos informacija od bazne stanice do mobilne stanice (downlink) je 1805-1880 MHz. Duplex razmak je 95 MHz. Frekvencijski pojas od 75 MHz obuhvaća 374 komunikacijska kanala. Korištenje GSM-1800 preporučljivo je u urbanim sredinama. Ovdje je gustoća pretplatnika veća, pa dodatni kanal vrlo dobro dođe. Osim toga, visokofrekventni elektromagnetski valovi imaju bolju sposobnost prodiranja kroz sve vrste tehničkih građevina, kojih u gradovima ima jako puno. U čemu je ljepota GSM-900? Budući da ovaj raspon živi, ima svoje prednosti. Njegovom glavnom adutom može se smatrati dovoljna čistoća i pristupačnost zbog svoje originalnosti. S ovim se može raspravljati. Ipak, vjerujemo da je to istina. Naravno, u njemu sjede i vojska i specijalci, ali svi znaju da tamo GSM juri, poput lokomotive. To je ogromna mašinerija koja se praktički stopila s državom i daje joj puno novca. Osim toga, GSM-900 radi bolje na velikim udaljenostima. Ovom pitanju ćemo se vratiti malo kasnije. Rasprava o drugim frekvencijskim rasponima je izvan našeg polja interesa, budući da nisu zaživjeli u Rusiji i Europi. Želio bih napomenuti samo jednu stvar - nema značajnih razlika. Sve je gotovo isto. Samo drugačiji frekvencijski raspon. Do sada smo raspravljali o osnovnom radnom okruženju GSM mobilne mreže. Došlo je vrijeme za seciranje njegovog sadržaja koji će nam reći što, gdje i za što.
Osnovni elementi GSM mreže
Struktura i nomenklatura - dva pojma vode nas do razumijevanja bilo kojeg entiteta. Zamislite da u rukama imate jednu od najvažnijih šifri koja otkriva smrt predsjednika Johna F. Kennedyja. Vrijednost ove pošiljke izravno je proporcionalna tome posjedujete li kod za nju. Ili pretpostavimo da sjedite u restoranu, a konobar koji vam priđe govori samo rijedak afrički dijalekt. U oba slučaja važno je razumjeti o čemu vam govore. Stoga počinjemo govoriti o glavnim elementima GSM mreže. Struktura GSM mreže uključuje:- BSS (podsustav bazne stanice)- podsustav bazne stanice.
- SSS (Switching Subsystem)- komutacijski podsustav
- OSS (Operacijski podsustav)- podsustav rada i održavanja.
Dakle, dijagram je logično podijeljen na tri kvadrata. Svaki od njih je zatvoreni sustav koji obavlja određenu ulogu koja mu je dodijeljena. Iskustvo je pokazalo da je takvo odvajanje preporučljivo sa stajališta kontrole, praćenja grešaka i kvarova te izgradnje mreže. Moramo analizirati sve elemente ove sheme. Prvo, uzmimo u obzir podsustav BSS bazne stanice (Podsustav bazne stanice). Sastoji se od:
- - bazne prijamno-odašiljačke stanice;
- - kontroler bazne stanice;
- - transkoder.
- radio pokrivenost;
- primanje i prijenos podataka i servisnih informacija od/na mobilnu stanicu;
- kontrola snage mobilne stanice;
- kontrola kvalitete prijenosa informacija itd.
Kao što smo gore napisali, osnova GSM bazne stanice su primopredajnici. Omogućuju operateru korištenje do osam kanala. GSM standard kaže da su za kontrolu i razmjenu informacija potrebna dva kanala. Broj odašiljača na svakoj baznoj stanici može doseći 24 komada. Ovisi o vrsti bazne stanice i njezinoj namjeni. Imajte na umu da jedna bazna stanica može konfigurirati do četiri ćelije. Eksperimenti o interferenciji valova i stvaranju udaljenih stanica potpuno su propali. Govorit ćemo o konfiguriranju mobilnih stanica u sljedećem materijalu, kada razmotrimo sučelja i principe GSM komunikacije. Postavljanje baznih stanica i izračunavanje broja odašiljača na njima posebna je umjetnost. Prije svega, potrebno je provesti radio izviđanje teritorija. Na primjer, nedopustivo je da ste visoko podigli jednu od baznih stanica i s nje osigurali dobru komunikaciju na velikim udaljenostima, gdje druge ćelije već rade. Mobiteli će spustiti slušalicu na mobitelu s dobrim signalom i “pokvariti” njegov normalan rad. Broj odašiljača na jednoj BS treba smatrati vrlo važnim. Ako je omjer BS/odašiljač manji od 1:5, mreža će vrlo često emitirati signal "preopterećenja". Svaka bazna stanica opremljena je dodatnom radiorelejnom komunikacijom. Ovo se radi za primjenu dodatnih komunikacijskih mostova unutar mreže. Frekvencijski raspon za ovu komunikaciju je 3-40 GHz. Snaga odašiljača može biti nekoliko desetaka vati i regulirana je posebnim dokumentima. Za komunikaciju s mobilnim telefonom, odašiljač bazne stanice emitira pet do deset vata snage. Vjerojatno ste svi obraćali pažnju na antene odašiljača baznih stanica. Jasno su vidljivi na tornjevima. U našoj zemlji susreli smo samo dvije vrste antena:
- slabo usmjereno s kružnim uzorkom zračenja (DP) u horizontalnoj ravnini ("Omni" tip)
- usmjeren (sektorski) s kutom otvaranja (širinom) glavnog režnja uzorka u vodoravnoj ravnini, obično 60 ili 120 stupnjeva
- – komutacijski centar;
- HLR (registar kućne lokacije)– registar lokacija domova;
- – registar smještaja gostiju;
- AuC (Centar za autentifikaciju)– centar za autentifikaciju.
- rutiranje (usmjeravanje) signala, odnosno analizu broja za odlazne i dolazne pozive;
- uspostavljanje, praćenje i otpuštanje veza.
VLR (registar lokacije posjetitelja)- registar smještaja gostiju. HLR (registar kućne lokacije)- registar kućnih lokacija je računalna baza podataka kućnih pretplatnika - korisnika mobilnih telefona, bez obzira na stanje mobilnog telefona (uključen ili isključen). Sadrži identifikacijske brojeve i adrese, kao i parametre autentičnosti pretplatnika i popis komunikacijskih usluga. Snimljeni podaci omogućuju pretplatniku korištenje određenih osnovnih i dodatnih usluga koje sustav pruža. HLR također pohranjuje onaj dio informacija o lokaciji mobilne stanice koji omogućuje komutacijskom centru (MSC) da dostavi poziv toj stanici. Home Location Register (HLR) sadrži Međunarodni identitet mobilnog pretplatnika (IMSI). Koristi se za identifikaciju mobilne stanice autentifikacijskom centru (AuC). Podacima sadržanim u HLR-u mogu daljinski pristupiti svi MSC-ovi i VLR-ovi. Ako u mreži postoji nekoliko HLR-ova, tada svaki HLR predstavlja određeni dio ukupne baze podataka o pretplatnicima mreže. VLR (registar lokacije posjetitelja)- registar lokacija gostiju sadrži približno iste podatke kao i HLR, ali samo o aktivnim pretplatnicima, odnosno o onima koji su trenutno unutar područja pokrivenosti komutatora (MSC) kojem VLR pripada. Broj registara lokacije gostiju (VLR) jednak je broju preklopnika (MSC). Svaki registar lokacije gostiju dodijeljen je određenom prekidaču. VLR sadrži bazu podataka o roamerima (roameri su pretplatnici drugog GSM sustava koji privremeno koriste usluge ovog sustava u okviru procedure “roaming”) koji se nalaze u VLR zoni. Dakle, komunikacijski podsustav preuzima puno funkcija. GSM komutacijski centar izravno opslužuje grupu ćelija i pruža sve vrste veza (glas, poruke i podatke). U teoriji, MSC replicira rad ISDN centrale. Predstavlja sučelje između fiksne mreže i mobilne mreže. Naravno, nećete moći raditi po principu „Mlada damo? Spojiti..." Međutim, tehnički ovaj gateway nije mnogo kompliciraniji od modernih preklopnika koji se postavljaju za fiksne mreže. Omogućuje značajke usmjeravanja i kontrole poziva. Međutim, njegova bitna razlika je u tome što mora riješiti probleme prebacivanja radijskih kanala. Zbog toga se postiže kontinuitet komunikacije dok se mobilna stanica pomiče od ćelije do ćelije. Osim toga, komunikacijski centar odlučuje promijeniti radne kanale u ćeliji kada se pojave smetnje ili kvarovi. Ogromne hrpe službenih informacija teku od njega u neprekidnom toku do centra za kontrolu i održavanje. Ovo su statistički podaci potrebni za praćenje i optimizaciju mreže. Osim toga, MSC održava sigurnosne procedure koje se koriste za kontrolu pristupa radijskim kanalima. Jeste li čuli za roaming? Mi tako mislimo. Kada se dva operatera dogovore o roamingu za svoje pretplatnike, to znači da mogu koristiti HLR (registar kućne lokacije) I VLR (registar lokacije posjetitelja) zajedno. Ili bolje rečeno, svatko od njih dobiva pristup međusobnom registru gostiju. Kod matične knjige stvari su malo kompliciranije. O tome ćemo detaljnije govoriti u narednim poglavljima. Centar za provjeru autentičnosti (AuC) nalazi se u malom kvadratu na dijagramu pored registra kućnih lokacija. AuC (Centar za autentifikaciju)- autentifikacijski centar generira parametre za proceduru autentifikacije i određuje ključeve šifriranja za pretplatničke mobilne stanice. Autentifikacijski postupak – postupak potvrđivanja autentičnosti pretplatnika (valjanost, zakonitost, dostupnost prava korištenja mobilnih komunikacijskih usluga) GSM mreže. Dovršetak ovog postupka eliminira prisutnost neovlaštenih korisnika ("mobilnih dvojnika") GSM usluga. Trenutno je rad ove jedinice u GSM mrežama doveden na fantastičnu razinu. Naravno, ovo je samo stroj kojim upravlja program koji je napisala osoba. No, godine rada nisu prošle bez traga. Gotovo je nemoguće prevariti autentifikacijski centar izvan sustava. Pokušaji kloniranja GSM uređaja gotovo su univerzalno propali. Teoretska mogućnost ostaje. Međutim, takav dvostruki apsolutno nije ekonomski opravdan. Preostaje nam još samo upoznati se s posljednjim podsustavom – pogon i održavanje (OSS). OSS (Operacijski podsustav)- podsustav rada i održavanja osigurava kontrolu kvalitete mreže i upravljanje njezinim komponentama. O.S.S. može riješiti mrežne greške automatski ili uz aktivnu intervenciju osoblja; omogućuje kontrolu opterećenja mreže i provjeru statusa opreme. OSS se sastoji od dvije komponente:
- - centar za rad i održavanje;
- - centar za upravljanje mrežom.
Završna riječ
Ovime završavamo naš uvod u GSM mobilne komunikacije. Izražavamo našu zahvalnost tvrtkiGSM mreže. Pogled iznutra.
Malo povijesti
U osvit razvoja mobilnih komunikacija (a to je bilo ne tako davno - ranih osamdesetih), Europa je bila prekrivena analognim mrežama raznih standarda - Skandinavija je razvila svoje sustave, Velika Britanija svoje... Sada je teško reći tko je bio inicijator revolucije koja je vrlo brzo uslijedila - „vrhovi“ u vidu proizvođača opreme koji su prisiljeni razvijati svoje uređaje za svaku mrežu ili „niži slojevi“ kao korisnici koji su nezadovoljni ograničenim područje pokrivenosti njihovog telefona. Na ovaj ili onaj način, 1982. godine Europska komisija za telekomunikacije (CEPT) stvorila je posebnu skupinu za razvoj potpuno novog, paneuropskog sustava mobilnih komunikacija. Glavni zahtjevi za novi standard bili su: učinkovito korištenje frekvencijskog spektra, mogućnost automatskog roaminga, poboljšana kvaliteta govora i zaštita od neovlaštenog pristupa u usporedbi s prijašnjim tehnologijama, te, očito, kompatibilnost s drugim postojećim komunikacijskim sustavima (uključujući žičane) itd. .
Plod mukotrpnog rada mnogih ljudi iz različitih zemalja (iskreno govoreći, ne mogu ni zamisliti koliko su posla napravili!) bila je specifikacija paneuropske mobilne komunikacijske mreže predstavljena 1990. godine, tzv. Globalni sustav mobilnih komunikacija ili samo GSM. A onda je sve zabljesnulo kao u kaleidoskopu - prvi GSM operater prima pretplatnike 1991., početkom 1994. mreže temeljene na dotičnom standardu imale su već 1,3 milijuna pretplatnika, da bi krajem 1995. njihov broj porastao na 10 milijuna! Uistinu, “GSM hara planetom” - trenutno oko 200 milijuna ljudi ima telefone ovog standarda, a GSM mreže mogu se pronaći diljem svijeta.
Pokušajmo shvatiti kako su GSM mreže organizirane i na kojim principima rade. Odmah ću reći da zadatak koji je pred nama nije lak, međutim, vjerujte mi, kao rezultat toga dobit ćemo pravo zadovoljstvo ljepotom tehničkih rješenja koja se koriste u ovom komunikacijskom sustavu.
Izvan okvira razmatranja ostat će dva vrlo važna pitanja: prvo, vremensko-frekvencijska podjela kanala (s ovim se možete upoznati) i, drugo, sustavi za šifriranje i zaštitu prenesenog govora (ovo je toliko specifična i opsežna tema da, možda će u budućnosti tome biti posvećen poseban članak).
Glavni dijelovi GSM sustava, njihova namjena i međusobna interakcija.
Počnimo s najtežim i, možda, dosadnim - razmatranjem kostura (ili, kako kažu na vojnom odjelu moje Alma Mater, blok dijagrama) mreže. Pri opisivanju ću se pridržavati skraćenica na engleskom jeziku prihvaćenih u cijelom svijetu, naravno, dajući njihovo tumačenje na ruskom jeziku.
Pogledajte sl. 1:
Slika 1. Pojednostavljena arhitektura GSM mreže.
Najjednostavniji dio blok dijagrama - prijenosni telefon, sastoji se od dva dijela: same "slušalice" - MI(Mobile Equipment - mobilni uređaj) i pametne kartice SIM (Subscriber Identity Module - modul za identifikaciju pretplatnika), koji se dobiva prilikom sklapanja ugovora s operatorom. Baš kao što svaki automobil ima jedinstveni broj karoserije, mobitel ima svoj broj - IMEI(International Mobile Equipment Identity - međunarodni identifikator mobilnog uređaja), koji se može prenijeti u mrežu na njezin zahtjev (više detalja o IMEI možete saznati). SIM , pak, sadrži tzv IMSI(International Mobile Subscriber Identity - međunarodni identifikacijski broj pretplatnika). Mislim da razlika između IMEI I IMSIčisto - IMEI odgovara određenom telefonu i IMSI- određenom pretplatniku.
"Središnji živčani sustav" mreže je N.S.S.(Network and Switching Subsystem - mrežni i komutacijski podsustav), a komponenta koja obavlja funkcije “mozga” naziva se M.S.C.(Mobile services Switching Center - komutacijski centar). Upravo se potonji uzalud (ponekad s težnjom) naziva "centralom", a također se, u slučaju problema s komunikacijom, okrivljuje za sve smrtne grijehe. M.S.C. može biti više od jednog na mreži (u ovom slučaju, analogija s višeprocesorskim računalnim sustavima je vrlo prikladna) - na primjer, u vrijeme pisanja, moskovski operater Beeline predstavljao je drugi prekidač (proizvođač Alcatel). M.S.C. bavi se usmjeravanjem poziva, generiranjem podataka za sustav naplate, upravlja mnogim procedurama - lakše je reći što NIJE u nadležnosti switcha nego nabrajati sve njegove funkcije.
Sljedeće najvažnije mrežne komponente, također uključene u N.S.S., nazvao bih HLR(Matični lokacijski registar - registar vlastitih pretplatnika) i VLR(Visitor Location Register - registar kretanja). Obratite pažnju na ove dijelove, ubuduće ćemo ih često spominjati. HLR, ugrubo rečeno, baza podataka svih pretplatnika koji su sklopili ugovor s dotičnom mrežom. Pohranjuje informacije o korisničkim brojevima (brojevi prije svega označavaju gore navedene IMSI, a drugo, tzv MSISDN-Mobilni pretplatnik ISDN, tj. telefonski broj u svom uobičajenom smislu), popis dostupnih usluga i još mnogo toga - dalje u tekstu parametri koji se nalaze u HLR.
Za razliku od HLR, koji je jedini u sustavu, VLR Može ih biti nekoliko - svaki od njih kontrolira svoj dio mreže. U VLR sadrži podatke o pretplatnicima koji se nalaze na njenom (i samo njenom!) teritoriju (a ne samo vlastiti pretplatnici, već i roameri registrirani na mreži). Čim korisnik napusti područje pokrivenosti nekih VLR, podaci o njemu kopiraju se u novi VLR, te se uklanja sa starog. Zapravo, između onoga što je dostupno o pretplatniku u VLR i u HLR, ima puno toga zajedničkog - pogledajte tablice u kojima je prikazan popis dugoročnih (tablica 1) i privremenih (tablice 2 i 3) podataka o pretplatnicima pohranjenih u tim registrima. Još jednom skrećem pozornost čitatelja na temeljnu razliku HLR iz VLR: prvi sadrži podatke o svim pretplatnicima mreže, bez obzira na njihovu lokaciju, a drugi sadrži podatke samo o onima koji su u njegovoj nadležnosti VLR teritoriji. U HLR Za svakog pretplatnika uvijek postoji poveznica na to VLR, koji trenutno radi s njim (pretplatnikom) (dok on sam VLR može pripadati tuđoj mreži koja se nalazi, na primjer, na drugoj strani Zemlje).
| 1. | Međunarodni identifikacijski broj pretplatnika ( IMSI) |
| 2. | Telefonski broj pretplatnika u uobičajenom smislu ( MSISDN) |
| 3. | Kategorija mobilne stanice |
| 4. | Ključ za identifikaciju pretplatnika ( Ki) |
| 5. | Vrste pružanja dodatnih usluga |
| 6. | Indeks zatvorene grupe korisnika |
| 7. | Kôd za zaključavanje zatvorene grupe korisnika |
| 8. | Sastav glavnih poziva koji se mogu prenijeti |
| 9. | Upozorenje pozivatelja |
| 10. | Identifikacija pozivanog broja |
| 11. | Raspored |
| 12. | Obavijest o pozvanoj strani |
| 13. | Kontrola signalizacije pri povezivanju pretplatnika |
| 14. | Obilježja zatvorene grupe korisnika |
| 15. | Prednosti zatvorene grupe korisnika |
| 16. | Ograničeni odlazni pozivi u zatvorenoj grupi korisnika |
| 17. | Maksimalan broj pretplatnika |
| 18. | Korištene lozinke |
| 19. | Klasa prioritetnog pristupa |
Tablica 1. Kompletan sastav dugoročnih podataka pohranjenih u HLR I VLR.
| 1. | Mogućnosti provjere autentičnosti i šifriranja |
| 2. | Privremeni broj mobitela ( TMSI) |
| 3. | Adresa registra kretanja u kojem se pretplatnik nalazi ( VLR) |
| 4. | Zone kretanja mobilne stanice |
| 5. | Broj mobitela primopredaje |
| 6. | Status registracije |
| 7. | Tajmer bez odgovora |
| 8. | Sastav trenutno korištenih lozinki |
| 9. | Komunikacijska aktivnost |
Tablica 2. Potpuni sastav privremenih podataka pohranjenih u HLR.
Tablica 3. Potpuni sastav privremenih podataka pohranjenih u VLR.
N.S.S. sadrži još dvije komponente - AuC(Authentication Center – centar za autorizaciju) i EKS(Equipment Identity Register - registar identifikacije opreme). Prvi blok se koristi za postupke provjere autentičnosti pretplatnika, a drugi je, kao što ime sugerira, odgovoran za dopuštanje samo ovlaštenim mobitelima da rade na mreži. O radu ovih sustava detaljnije će se govoriti u sljedećem odjeljku posvećenom registraciji pretplatnika na mreži.
Izvršni, da tako kažemo, dio mobilne mreže jest BSS(Base Station Subsystem - podsustav bazne stanice). Ako nastavimo analogiju s ljudskim tijelom, tada se ovaj podsustav može nazvati udovima tijela. BSS sastoji se od nekoliko "ruka" i "nogu" - BSC(Base Station Controller - kontroler bazne stanice), kao i mnogi "prsti" - BTS(Base Transceiver Station - bazna stanica). Bazne stanice se mogu promatrati posvuda - u gradovima, poljima (skoro sam rekao "i rijekama") - zapravo, to su jednostavno prijemni i odašiljački uređaji koji sadrže od jednog do šesnaest emitera. Svaki BSC kontrolira cijelu grupu BTS te je odgovoran za upravljanje i distribuciju kanala, razinu snage baznih stanica i slično. Obično BSC ne postoji samo jedna u mreži, već cijeli skup (postoje stotine baznih stanica).
Radom mreže upravlja se i koordinira pomoću OSS-a (Operating and Support Subsystem). OSS se sastoji od svih vrsta servisa i sustava koji kontroliraju rad i promet – kako čitatelja ne bismo preopterećivali informacijama, o radu OSS-a nećemo govoriti u nastavku.
Online registracija.
Svaki put kada uključite telefon nakon odabira mreže, počinje postupak registracije. Razmotrimo najopćenitiji slučaj - registraciju ne u matičnoj mreži, već u tuđoj, takozvanoj gostujućoj mreži (pretpostavit ćemo da je usluga roaminga dopuštena pretplatniku).
Neka se mreža nađe. Na zahtjev mreže, telefon odašilje IMSI pretplatnik IMSI počinje kodom zemlje "registra" svog vlasnika, nakon čega slijede brojevi koji definiraju kućnu mrežu, a tek onda - jedinstveni broj određenog pretplatnika. Na primjer, početak IMSI 25099... odgovara ruskom operateru Beeline. (250-Rusija, 99 - Beeline). Po broju IMSI VLR mreža za goste identificira kućnu mrežu i povezuje se s njom HLR. Potonji prenosi sve potrebne informacije o pretplatniku VLR koji je podnio zahtjev i postavlja poveznicu na ovo VLR, tako da ako je potrebno, znate "gdje tražiti" za pretplatnika.
Vrlo je zanimljiv postupak utvrđivanja autentičnosti pretplatnika. Tijekom registracije AuC kućna mreža generira 128-bitni slučajni broj - RAND, koji se šalje na telefon. Iznutra SIM pomoću ključa Ki(identifikacijski ključ - isto kao IMSI, sadržano je u SIM) i identifikacijski algoritam A3, izračunava se 32-bitni odgovor - SRES(Signed RESult) pomoću formule SRES = Ki * RAND. Potpuno isti izračuni izvode se istovremeno u AuC(prema odabranom iz HLR Ki korisnik). Ako SRES, izračunato u telefonu, podudarat će se s SRES, izračunato AuC, tada se postupak autorizacije smatra uspješnim i pretplatnik je dodijeljen TMSI(Temporary Mobile Subscriber Identity - privremeni mobilni pretplatnički broj). TMSI služi isključivo za povećanje sigurnosti interakcije pretplatnika s mrežom i može se povremeno mijenjati (uključujući promjenu VLR).
Teoretski, prilikom registracije treba prenijeti i broj IMEI, ali imam velike sumnje oko toga što moskovski operateri prate IMEI telefoni koje koriste pretplatnici. Razmotrimo određenu "idealnu" mrežu koja funkcionira onako kako su zamislili kreatori GSM-a. Dakle, po primitku IMEI mreže, on je poslan EKS, gdje se uspoređuje s tzv. “listama” brojeva. Bijeli popis sadrži telefonske brojeve ovlaštene za korištenje, crni popis sastoji se od IMEI telefoni, ukradeni ili iz bilo kojeg drugog razloga nedopušteni za korištenje te, na kraju, siva lista - “telefoni” s problemima čiji rad sustav rješava, ali koji se stalno prate.
Nakon postupka identifikacije gosta i interakcije VLR s domom HLR pokreće se brojač vremena, postavljajući trenutak ponovne registracije u nedostatku komunikacijskih sesija. Obvezno razdoblje registracije obično traje nekoliko sati. Ponovna registracija je neophodna kako bi mreža dobila potvrdu da je telefon još uvijek unutar njezinog područja pokrivenosti. Činjenica je da u stanju pripravnosti "slušalica" samo prati signale koje emitira mreža, ali sama ne emitira ništa - proces prijenosa počinje tek kada se uspostavi veza, kao i tijekom značajnih kretanja u odnosu na mrežu ( o tome će se detaljno raspravljati u nastavku) - u takvim slučajevima, mjerač vremena koji odbrojava do sljedeće ponovne registracije počinje ponovno. Stoga, ako telefon "ispadne" iz mreže (na primjer, baterija je bila isključena ili je vlasnik uređaja ušao u podzemnu željeznicu bez isključivanja telefona), sustav neće znati za to.
Svi korisnici su nasumično podijeljeni u 10 jednakih klasa pristupa (numeriranih od 0 do 9). Osim toga, postoji nekoliko posebnih klasa s brojevima od 11 do 15 (razne vrste hitnih i hitnih službi, osoblje mrežnih usluga). Podaci o klasi pristupa pohranjeni su u SIM. Poseban, klasa 10 pristupa, omogućuje hitne pozive (na 112) ako korisnik ne pripada niti jednoj dopuštenoj klasi, odnosno nema IMSI (SIM). U hitnim slučajevima ili preopterećenosti mreže, nekim razredima može biti privremeno uskraćen pristup mreži.
Teritorijalna podjela mreže i predati.
Kao što je već spomenuto, mreža se sastoji od mnogih BTS- bazne stanice (jedna BTS- jedna "ćelija", stanica). Kako bi se pojednostavio rad sustava i smanjio servisni promet, BTS grupirani u grupe – domene tzv LA.(Location Area - područja lokacije). Svaki LA. odgovara vašem kodu LAI(Identitet lokacijskog područja). Jedan VLR može kontrolirati nekoliko LA.. I točno LAI uklapa se VLR za postavljanje lokacije mobilnog pretplatnika. Ako je potrebno, u odgovarajućem LA.(a ne u zasebnoj ćeliji, napomena) pretplatnik će biti pretraživan. Kada pretplatnik prijeđe iz jedne ćelije u drugu unutar iste LA. preupis i promjena evidencije u VLR/HLR ne obavlja, nego čim on (pretplatnik) uđe na tuđe područje LA. kako počinje interakcija telefona s mrežom. Svaki je korisnik vjerojatno čuo povremene smetnje više od jednom (kao što je gunđanje-gunđanje---gunđanje-gunđanje---gunđanje-gunđanje--gunđanje-gunđanje :-)) u glazbenom sustavu svog automobila s telefona u stanju mirovanja - često je to posljedica preregistracije prilikom prelaska granice LA.. Prilikom mijenjanja LA. briše se stari pozivni broj VLR i zamjenjuje se novim LAI, ako sljedeći LA. kontrolira drugi VLR, onda će biti promjena VLR i ažuriranje unosa u HLR.
Općenito govoreći, podjela mreže na LA. prilično težak inženjerski problem koji se rješava prilikom izgradnje svake mreže pojedinačno. Premalen LA. dovest će do čestih preregistracija telefona i posljedično do povećanja prometa raznih vrsta servisnih signala i bržeg pražnjenja baterija mobitela. Ako to uradiš LA. velika, tada ako je potrebno povezati se s pretplatnikom, pozivni signal će se morati poslati svim ćelijama uključenim u LA., što također dovodi do neopravdanog povećanja prijenosa servisnih informacija i preopterećenja internih mrežnih kanala.
Sada pogledajmo vrlo lijep algoritam tzv predati`ra (ovo je naziv za promjenu kanala koji se koristi tijekom procesa povezivanja). Tijekom razgovora na mobilnom telefonu, zbog niza razloga (odstranjivanje slušalice od bazne stanice, višestazne smetnje, prelazak pretplatnika u tzv. shadow zonu i sl.), snaga (i kvaliteta) signal se može pogoršati. U tom slučaju, prebacit će se na kanal (možda drugi BTS) s boljom kvalitetom signala bez prekida trenutne veze (dodat ću - ni sam pretplatnik ni njegov sugovornik u pravilu ne primjećuju što se dogodilo predati`a). Primopredaje se obično dijele u četiri vrste:
- mijenjanje kanala unutar jedne bazne stanice
- mijenjanje kanala jedne bazne stanice u kanal druge stanice, ali pod patronatom iste BSC.
- prebacivanje kanala između baznih stanica kojima upravljaju različiti BSC, ali jedan M.S.C.
- prebacivanje kanala između baznih stanica, za koje ne samo različite BSC, ali također M.S.C..
Općenito, provođenje predati`a - zadatak M.S.C.. Ali u prva dva slučaja, nazvana interna predati Kako bi se smanjilo opterećenje sklopke i servisnih vodova, kontrolira se proces promjene kanala BSC, A M.S.C. samo obavještava o onome što se dogodilo.
Tijekom razgovora mobilni telefon neprestano prati razinu signala susjednih BTS(popis kanala (do 16) koje treba nadzirati postavlja bazna stanica). Na temelju tih mjerenja odabire se šest najboljih kandidata o kojima se konstantno (barem jednom u sekundi) prenose podaci BSC I M.S.C. organizirati eventualno prebacivanje. Postoje dvije glavne sheme predati`a:
- "Najniži način prebacivanja" (Minimalna prihvatljiva izvedba). U tom slučaju, kada se kvaliteta komunikacije pogorša, mobilni telefon povećava snagu svog odašiljača što je duže moguće. Ako se, unatoč povećanju razine signala, veza ne poboljša (ili je snaga dosegla svoj maksimum), tada predati.
- "Način uštede energije" (Proračun energije). Istovremeno, snaga odašiljača mobilnog telefona ostaje nepromijenjena, a ako se kvaliteta pogorša, mijenja se komunikacijski kanal ( predati).
Zanimljivo, ne samo da mobilni telefon može pokrenuti promjenu kanala, već i M.S.C., primjerice, za bolju distribuciju prometa.
Usmjeravanje poziva.
Razgovarajmo sada o tome kako se preusmjeravaju dolazni pozivi s mobilnog telefona. Kao i prije, razmotrit ćemo najopćenitiji slučaj, kada je pretplatnik unutar područja pokrivenosti mreže za goste, registracija je bila uspješna, a telefon je u stanju pripravnosti.
Kada se primi zahtjev (Sl. 2) za povezivanje sa žičanog telefonskog (ili drugog mobilnog) sustava na M.S.C. kućna mreža (poziv "pronalazi" željeni prekidač pomoću biranog broja mobilnog pretplatnika MSISDN, koji sadrži kod zemlje i mreže).
Slika 2 Interakcija glavnih mrežnih blokova kada stigne dolazni poziv.
M.S.C. prosljeđuje na HLR broj ( MSISDN) pretplatnik. HLR, zauzvrat, upućuje zahtjev za VLR gostujuća mreža u kojoj se pretplatnik nalazi. VLR odabire jednog od onih koji su joj na raspolaganju MSRN(Mobile Station Roaming Number - broj mobilne stanice u “roamingu”). Ideologija destinacije MSRN vrlo je sličan dinamičkoj dodjeli IP adresa kod dial-up pristupa Internetu putem modema. HLR kućna mreža prima od VLR dodijeljen pretplatniku MSRN i, prateći ga IMSI korisnika, prenosi na prekidač kućne mreže. Posljednja faza uspostavljanja veze je usmjeravanje poziva nakon čega slijedi IMSI I MSRN, mrežni prekidač za goste, koji generira poseban signal koji se prenosi preko PAGCH(PAGEr Channel - pozivni kanal) u cijelosti LA. gdje se pretplatnik nalazi.
Usmjeravanje odlaznih poziva ne predstavlja ništa novo niti zanimljivo s ideološke strane. Navest ću samo neke od dijagnostičkih signala (tablica 4) koji ukazuju na nemogućnost uspostavljanja veze, a koje korisnik može dobiti kao odgovor na pokušaj uspostavljanja veze.
Tablica 4. Glavni dijagnostički signali o pogrešci prilikom uspostavljanja veze.
Zaključak
Naravno, ništa na svijetu nije savršeno. Gore razmotreni GSM mobilni sustavi nisu iznimka. Ograničeni broj kanala stvara probleme u poslovnim središtima megalopolisa (au posljednje vrijeme, obilježeno brzim rastom baze pretplatnika, i na njihovim periferijama) - da biste uputili poziv, često morate čekati da se učita sustav. smanjenje. Niska, prema modernim standardima, brzina prijenosa podataka (9600 bps) ne dopušta slanje velikih datoteka, a da ne spominjemo video materijale. A mogućnosti roaminga nisu tako neograničene - Amerika i Japan razvijaju vlastite digitalne bežične komunikacijske sustave, nekompatibilne s GSM-om.
Naravno, prerano je reći da su GSM-u odbrojani dani, ali ne može se ne primijetiti pojava tzv. 3G-sustavi koji predstavljaju početak nove ere u razvoju mobilne telefonije i lišeni su navedenih nedostataka. Kako bih volio gledati nekoliko godina unaprijed i vidjeti kakve ćemo sve mogućnosti dobiti od novih tehnologija! No, ne čeka se tako dugo - početak komercijalnog rada prve mreže treće generacije zakazan je za početak 2001. godine... No kakva je sudbina novim sustavima - eksplozivan rast, poput GSM-a, ili propast i uništenje, kao Iridium, vrijeme će pokazati...
Mobilni komutacijski centar (MSC)
obavlja komutacijske funkcije za mobilne komunikacije. Ovaj centar kontrolira sve dolazne i odlazne pozive koji dolaze iz drugih telefonskih i podatkovnih mreža. Ove mreže uključuju PSTN, ISDN, javne podatkovne mreže, korporativne mreže, kao i mobilne mreže drugih operatera. Funkcije provjere autentičnosti pretplatnika također se izvode u MSC-u. MSC pruža funkcije usmjeravanja i kontrole poziva. MSC je odgovoran za prebacivanje radijskih kanala. To uključuje "handover", tijekom kojeg se postiže kontinuitet komunikacije kada se mobilna stanica pomiče iz ćelije u ćeliju, te prebacivanje radnih kanala u ćeliji kada se pojave smetnje ili kvarovi Generiraju se podaci potrebni za izdavanje računa za komunikacijske usluge koje pruža mreža , prikuplja podatke temeljem obavljenih razgovora i prenosi ih u obračunski centar (obračunski centar). MSC također prikuplja statistiku potrebnu za praćenje i optimizaciju mreže. On ne samo da sudjeluje u kontroli poziva, već i upravlja registracijom lokacije i postupcima prijenosa kontrole.
Komutacijski centar stalno nadzire mobilne stanice pomoću registara položaja (HLR) i registara kretanja (VLR).
Registar kućnih lokacija (HLR)
U GSM sustavu svaki operater ima bazu podataka koja sadrži podatke o svim pretplatnicima koji pripadaju njegovom PLMN-u. Ova baza podataka može biti organizirana u jednu ili više HLR
Podaci o pretplatniku upisuju se u HLR u trenutku prijave pretplatnika (pretplatnik sklapa ugovor o djelu) i čuvaju se do raskida ugovora i brisanja iz HLR registra.
Pohranjene informacije u HLR-u uključuju:
ID pretplatnika.
Dodatne usluge dodijeljene pretplatniku.
Podaci o lokaciji pretplatnika.
Podaci o autentifikaciji pretplatnika.
HLR se može implementirati ili u vlastitom mrežnom čvoru ili zasebno. Ako je kapacitet HLR-a iscrpljen, može se dodati dodatni HLR. A u slučaju organiziranja nekoliko HLR-ova, baza podataka ostaje jedinstvena - distribuirana. Zapis podataka o pretplatniku uvijek ostaje jedini. Podacima pohranjenima u HLR-u mogu pristupiti MSC-ovi i VLR-ovi koji pripadaju drugim mrežama kao dio pružanja međumrežnog roaminga pretplatnicima.
Registar posjeta (VLR)
VLR baza podataka sadrži podatke o svim mobilnim pretplatnicima koji se trenutno nalaze u području usluge MSC-a. Dakle, svaki MSC na mreži ima svoj VLR. VLR privremeno pohranjuje informacije o pretplati tako da pridruženi MSC može opsluživati sve pretplatnike unutar područja usluge MSC-a. VLR se može smatrati distribuiranim HLR-om jer VLR pohranjuje kopiju informacija o pretplatniku pohranjenih u HLR-u.
Kada se pretplatnik preseli u područje usluge novog MSC-a, VLR povezan s tim MSC-om traži informacije o pretplatniku od HLR-a koji pohranjuje podatke tog pretplatnika. HLR šalje kopiju informacija VLR-u i ažurira informacije o lokaciji pretplatnika. Kada pretplatnik zove iz novog područja usluge, VLR već ima sve informacije potrebne za servisiranje poziva. U slučaju pretplatnika u roamingu u području pokrivenosti drugog MSC-a, VLR traži podatke o pretplatniku od HLR-a kojem pretplatnik pripada. HLR zauzvrat šalje kopiju pretplatničkih podataka VLR-u koji zahtijeva i zauzvrat ažurira podatke o novoj lokaciji pretplatnika. Nakon ažuriranja informacija, MS može uspostaviti odlazne/dolazne veze.
Članak na temu
Metode i informacijske tehnologije za stjecanje znanja
Nadolazeće 21. stoljeće bit će prekretnica za prodor novih informacijskih tehnologija i na njihovoj osnovi stvorenih visokoučinkovitih računalnih sustava u sve sfere ljudskog djelovanja - upravljanje, proizvodnju, znanost, obrazovanje itd. Inteligencija konstruirana pomoću ovih tehnologija...
Princip rada radijske komunikacije
Radio (lat.radio - zračiti, emitirati zrake radius - zraka) je vrsta bežične komunikacije u kojoj se kao nositelj signala koriste radiovalovi koji se slobodno šire prostorom.
Princip rada
Prijenos se odvija na sljedeći način: na odašiljačkoj strani se generira signal sa potrebnim karakteristikama (frekvencija i amplituda signala). Zatim, odaslani signal modulira oscilaciju više frekvencije (nositelj). Rezultirajući modulirani signal antena zrači u svemir. Na prijemnoj strani radio vala inducira se modulirani signal u anteni, nakon čega se demodulira (detektuje) i filtrira niskopropusnim filtrom (čime se oslobađa visokofrekventne komponente - nosioca). rezultirajući modulirani signal antena zrači u svemir.
Na prijemnoj strani radijskog vala u anteni se inducira modulirani signal, nakon čega se demodulira (detektira) i filtrira niskopropusnim filtrom (čime se oslobađa visokofrekventne komponente, nosioca). Tako se ekstrahira korisni signal. Primljeni signal može se neznatno razlikovati od onoga koji odašilje odašiljač (izobličenje zbog smetnji i smetnji).
Frekvencijski rasponi
Frekvencijska mreža koja se koristi u radiokomunikacijama konvencionalno je podijeljena na raspone:
- Dugi valovi (LW) - f = 150-450 kHz (l = 2000-670 m)
- Srednji valovi (SW) - f = 500-1600 kHz (l = 600-190 m)
- Kratki valovi (HF) - f = 3-30 MHz (l = 100-10 m)
- Ultrakratki valovi (VHF) - f = 30 MHz - 300 MHz (l = 10-1 m)
- Visoke frekvencije (HF-centimetarski raspon) - f = 300 MHz - 3 GHz (l = 1-0,1 m)
- Ekstremno visoke frekvencije (EHF - milimetarski raspon) - f = 3 GHz - 30 GHz (l = 0,1-0,01 m)
- Hipervisoke frekvencije (HHF - mikrometarski raspon) - f = 30 GHz - 300 GHz (l = 0,01-0,001 m)
Ovisno o dometu, radio valovi imaju svoje karakteristike i zakone širenja:
- Ionosfera jako apsorbira LW-ove; glavna važnost su prizemni valovi koji se šire oko Zemlje. Njihov intenzitet se relativno brzo smanjuje kako se udaljavaju od odašiljača.
- SW snažno apsorbira ionosfera tijekom dana, a područje djelovanja određuje prizemni val; navečer se dobro reflektiraju od ionosfere, a područje djelovanja određuje reflektirani val.
- HF se šire isključivo refleksijom od ionosfere, pa oko odašiljača postoji tzv. zona radio tišine. Danju bolje putuju kraći valovi (30 MHz), a noću duži valovi (3 MHz). Kratki valovi mogu putovati na velike udaljenosti uz malu snagu odašiljača.
- VHF se širi pravocrtno i u pravilu se ne reflektira od ionosfere. Lako se savijaju oko prepreka i imaju visoku sposobnost prodora.
- HF se ne savija oko prepreka i širi se unutar vidnog polja. Koristi se u WiFi, mobilnoj komunikaciji itd.
- EHF se ne savijaju oko prepreka, reflektiraju se od većine prepreka i šire se unutar vidnog polja. Koristi se za satelitsku komunikaciju.
- Hipervisoke frekvencije ne zaobilaze prepreke, reflektiraju se poput svjetlosti i šire unutar vidnog polja. Upotreba je ograničena.
Radio propagacija
Radio valovi se šire u vakuumu iu atmosferi; zemljina površina i voda za njih su neprozirne. Međutim, zbog učinaka difrakcije i refleksije moguća je komunikacija između točaka na zemljinoj površini koje nemaju direktnu liniju vidljivosti (osobito onih koje se nalaze na velikoj udaljenosti).
Širenje radiovalova od izvora do prijamnika može se odvijati na nekoliko načina istovremeno. Ovo širenje naziva se višestazno. Zbog višestaznosti i promjena parametara okoline dolazi do fedinga – promjene razine primljenog signala tijekom vremena. Kod multipatha dolazi do promjene razine signala zbog smetnji, odnosno na točki prijema, elektromagnetsko polje je zbroj vremenski pomaknutih radio valova raspona.
Radar
Radar- područje znanosti i tehnologije koje objedinjuje metode i sredstva detekcije, mjerenja koordinata, kao i određivanja svojstava i karakteristika različitih objekata na temelju uporabe radio valova. Srodan i dijelom preklapajući pojam je radionavigacija, no u radionavigaciji aktivniju ulogu ima objekt čije se koordinate mjere, najčešće je to određivanje vlastitih koordinata. Glavni tehnički uređaj radara je radarska stanica.
Postoje aktivni, poluaktivni, aktivni s pasivnim odgovorom i pasivni RL. Dijele se prema korištenom rasponu radiovalova, vrsti signala sondiranja, broju korištenih kanala, broju i vrsti koordinata koje se mjere te mjestu postavljanja radara.
Princip rada
Radar se temelji na sljedećim fizičkim fenomenima:
- Radio valovi se raspršuju električnim nehomogenostima koje se susreću na putu njihovog širenja (objekti s drugim električnim svojstvima koja se razlikuju od svojstava medija za širenje). U tom slučaju reflektirani val, kao i samo zračenje mete, omogućuju otkrivanje mete.
- Na velikim udaljenostima od izvora zračenja možemo pretpostaviti da se radiovalovi šire pravocrtno i konstantnom brzinom, zbog čega je moguće izmjeriti domet i kutne koordinate cilja (Odstupanja od ovih pravila koja vrijede samo kao prve aproksimacije, proučava posebna grana radiotehnike - Širenje radiovalova. U radaru ova odstupanja dovode do pogrešaka mjerenja).
- Frekvencija primljenog signala razlikuje se od frekvencije odašiljanih oscilacija kada se točke prijema i emisije međusobno pomiču (Dopplerov efekt), što omogućuje mjerenje radijalne brzine cilja u odnosu na radar.
- Pasivni radar koristi emisiju elektromagnetskih valova iz promatranih objekata; to može biti toplinsko zračenje, koje je karakteristično za sve objekte, aktivno zračenje koje stvaraju tehnička sredstva objekta ili bočno zračenje koje stvaraju bilo koji objekti s električnim uređajima koji rade.
stanični
stanični, Mobilna mreža- jedna od vrsta mobilnih radio komunikacija, koja se temelji na mobilna mreža. Ključna značajka je da je ukupno područje pokrivenosti podijeljeno na ćelije (ćelije), određene područjima pokrivenosti pojedinih baznih stanica (BS). Stanice se djelomično preklapaju i zajedno čine mrežu. Na idealnoj (ravnoj i nerazvijenoj) površini područje pokrivanja jednog BS-a je krug, pa mreža koju čine oni izgleda kao saće sa šesterokutnim ćelijama (saćama).
Mreža se sastoji od prostorno disperziranih primopredajnika koji rade u istom frekvencijskom području, te komutacijske opreme koja omogućuje određivanje trenutne lokacije mobilnih pretplatnika i osiguravanje kontinuiteta komunikacije kada pretplatnik prijeđe iz područja pokrivenosti jednog primopredajnika u područje pokrivenosti područje drugog.
Princip rada mobilne komunikacije
Glavne komponente mobilne mreže su mobilni telefoni i bazne stanice koje se obično nalaze na krovovima zgrada i tornjeva. Kada je uključen, mobitel sluša eter, pronalazeći signal s bazne stanice. Telefon zatim šalje svoj jedinstveni identifikacijski kod stanici. Telefon i stanica održavaju stalnu radio vezu, povremeno razmjenjujući pakete. Komunikacija između telefona i stanice može se odvijati putem analognog protokola (AMPS, NAMPS, NMT-450) ili digitalnog (DAMPS, CDMA, GSM, UMTS). Ako telefon izađe iz dometa bazne stanice (ili se kvaliteta radio signala iz servisne ćelije pogorša), uspostavlja komunikaciju s drugom. predati).
Mobilne mreže mogu se sastojati od baznih stanica različitih standarda, što omogućuje optimizaciju rada mreže i poboljšanje njezine pokrivenosti.
Mobilne mreže različitih operatera povezane su međusobno, kao i na fiksnu telefonsku mrežu. To omogućuje pretplatnicima jednog operatera da upućuju pozive pretplatnicima drugog operatera, s mobilnog telefona na fiksni i s fiksnog na mobilni telefon.
Operateri mogu međusobno sklapati ugovore o roamingu. Zahvaljujući takvim ugovorima, pretplatnik, koji je izvan područja pokrivenosti svoje mreže, može upućivati i primati pozive putem mreže drugog operatera. U pravilu se to provodi po povećanim stopama. Mogućnost roaminga pojavila se samo u 2G standardima i jedna je od glavnih razlika u odnosu na 1G mreže.
Operateri mogu dijeliti mrežnu infrastrukturu, čime se smanjuju troškovi postavljanja mreže i operativni troškovi.
Mobilne usluge
Mobilni operateri pružaju sljedeće usluge:
- Glasovni poziv;
- Automatski odgovor u mobilnim komunikacijama (usluga);
- Roaming;
- ID pozivatelja (Automatski ID pozivatelja) i Anti-Caller ID;
- Prijem i prijenos kratkih tekstualnih poruka (SMS);
- Prijem i prijenos multimedijskih poruka - slika, melodija, videa (MMS usluga);
- Mobilno bankarstvo (usluga);
- pristup internetu;
- Video poziv i video konferencija
Televizija
Televizija(grč. τήλε - daleko i lat. video- Vidim; iz novolat televizija- far vision) - skup uređaja za prijenos pokretnih slika i zvuka na daljinu. U svakodnevnom životu također se koristi za označavanje organizacija uključenih u proizvodnju i distribuciju televizijskih programa.
Osnovni principi
Televizija se temelji na načelu sekvencijalnog prijenosa slikovnih elemenata pomoću radijskog signala ili žica. Slika se rastavlja na elemente pomoću Nipkow diska, katodne cijevi ili poluvodičke matrice. Broj elemenata slike odabire se u skladu s propusnošću radio kanala i fiziološkim kriterijima. Za sužavanje propusnosti odašiljanih frekvencija i smanjenje vidljivosti treperenja na TV ekranu koristi se isprepleteno skeniranje. Također vam omogućuje povećanje glatkoće prijenosa pokreta.
Televizijski kanal općenito uključuje sljedeće uređaje:
- Kamera za televizijski prijenos. Služi za pretvaranje slike dobivene pomoću leće na meti odašiljačke cijevi ili poluvodičke matrice u televizijski video signal.
- Video snimač. Snima i reproducira video signal u pravo vrijeme.
- Video mikser. Omogućuje prebacivanje između nekoliko izvora slike: video kamera, videorekordera i drugih.
- Odašiljač. Radiofrekvencijski signal modulira se televizijskim video signalom i prenosi radiom ili žicom.
- Prijemnik - TV. Uz pomoć sinkronizacijskih impulsa sadržanih u video signalu, televizijska slika se reproducira na zaslonu prijamnika (kineskop, LCD zaslon, plazma panel).
Osim toga, za stvaranje televizijskog prijenosa koristi se audio put sličan putu radijskog prijenosa. Zvuk se prenosi na zasebnoj frekvenciji, obično pomoću frekvencijske modulacije, koristeći tehnologiju sličnu FM radio postajama. U digitalnoj televiziji, zvuk, često višekanalni, prenosi se u zajedničkom toku podataka sa slikom.
Kao rezultat toga, fizički kanal između prijamnika i odašiljača određen je frekvencijom, dodijeljenim okvirima i brojevima vremenskih odsječaka u njima. Obično bazne stanice koriste jedan ili više ARFCN kanala, od kojih se jedan koristi za identifikaciju prisutnosti BTS-a u eteru. Prvi vremenski odsječak (indeks 0) okvira ovog kanala koristi se kao osnovni kontrolni kanal ili signalni kanal. Preostali dio ARFCN-a distribuira operator za CCH i TCH kanale prema vlastitom nahođenju.
2.3 Logički kanali
Logički kanali formiraju se na temelju fizičkih kanala. Um sučelje uključuje razmjenu korisničkih informacija i servisnih informacija. Prema GSM specifikaciji, svaka vrsta informacija odgovara posebnoj vrsti logičkih kanala implementiranih kroz fizičke:
- prometni kanali (TCH - Traffic Channel),
- servisne informacijske kanale (CCH - Control Channel).
Servisni informacijski kanali dijele se na:
- Emitiranje (BCH - Broadcast Channels).
- FCCH - kanal frekvencijske korekcije. Pruža podatke potrebne mobilnom telefonu za ispravljanje frekvencije.
- SCH - Kanal sinkronizacije. Pruža mobilnom telefonu informacije potrebne za TDMA sinkronizaciju s baznom stanicom (BTS), kao i njegove BSIC identifikacijske podatke.
- BCCH - Broadcast Control Channel (informacijski kanal usluge emitiranja). Odašilje osnovne informacije o baznoj stanici, kao što je način na koji su kanali usluge organizirani, broj blokova rezerviranih za poruke o odobrenju pristupa, kao i broj multiframeova (51 TDMA okvir svaki) između Paging zahtjeva.
- Zajednički kontrolni kanali (CCCH)
- PCH - Paging kanal. Gledajući unaprijed, reći ću vam da je Paging vrsta pinga mobilnog telefona, koji vam omogućuje da odredite njegovu dostupnost u određenom području pokrivenosti. Ovaj kanal je dizajniran upravo za to.
- RACH - Kanal slučajnog pristupa. Koriste ga mobilni telefoni za traženje vlastitog kanala SDCCH usluge. Isključivo Uplink kanal.
- AGCH - Access Grant Channel (kanal za odobrenje pristupa). Na ovom kanalu, bazne stanice odgovaraju na RACH zahtjeve mobilnih telefona tako što izravno dodjeljuju SDCCH ili TCH.
- Vlastiti kanali (DCCH - Namjenski kontrolni kanali)
Vlastiti kanali, poput TCH-a, dodijeljeni su određenim mobilnim telefonima. Postoji nekoliko podvrsta:- SDCCH - Samostalni namjenski kontrolni kanal. Ovaj kanal se koristi za autentifikaciju mobilnog telefona, razmjenu enkripcijskih ključeva, postupak ažuriranja lokacije, kao i za glasovne pozive i razmjenu SMS poruka.
- SACCH - Spori povezani kontrolni kanal. Koristi se tijekom razgovora ili kada je SDCCH kanal već u upotrebi. Uz njegovu pomoć, BTS odašilje periodične upute telefonu za promjenu vremena i jačine signala. U suprotnom smjeru nalaze se podaci o razini primljenog signala (RSSI), TCH kvaliteti, kao i razini signala obližnjih baznih stanica (BTS Measurements).
- FACCH - Brzi pridruženi kontrolni kanal. Ovaj kanal je osiguran s TCH-om i omogućuje prijenos hitnih poruka, na primjer, tijekom prijelaza s jedne bazne stanice na drugu (Handover).
2.4 Što je burst?
Podaci zračnim putem prenose se kao sekvence bitova, koje se najčešće nazivaju "rafali", unutar vremenskih odsječaka. Izraz "rafal", čiji je najprikladniji analog riječ "rafal", trebao bi biti poznat mnogim radioamaterima, a najvjerojatnije se pojavio prilikom izrade grafičkih modela za analizu radijskih emisija, gdje je svaka aktivnost slična vodopadima i prskanju. od vode. Više o njima možete pročitati u ovom prekrasnom članku (izvor slike), mi ćemo se usredotočiti na ono najvažnije. Shematski prikaz praska mogao bi izgledati ovako:
Razdoblje čuvara
Kako bi se izbjegle smetnje (tj. dva busrt-a koji se preklapaju), trajanje niza je uvijek kraće od trajanja vremenskog odsječka za određenu vrijednost (0,577 - 0,546 = 0,031 ms), koja se naziva "čuvarski period". Ovo razdoblje je neka vrsta vremenske rezerve za kompenzaciju mogućih kašnjenja tijekom prijenosa signala.
repovi
Ovi markeri određuju početak i kraj praska.
Info
Burst korisni teret, na primjer, pretplatnički podaci ili promet usluga. Sastoji se od dva dijela.
Krađa zastava
Ova dva bita se postavljaju kada se oba dijela TCH burst podataka prenose na FACCH. Jedan odaslani bit umjesto dva znači da se samo jedan dio niza prenosi putem FACCH-a.
Redoslijed treninga
Ovaj dio niza koristi prijamnik za određivanje fizičkih karakteristika kanala između telefona i bazne stanice.
2.5 Vrste praska
Svaki logički kanal odgovara određenim vrstama praska:
Normalno rafalno snimanje
Sekvence ovog tipa implementiraju prometne kanale (TCH) između mreže i pretplatnika, kao i sve vrste kontrolnih kanala (CCH): CCCH, BCCH i DCCH.
Burst korekcije frekvencije
Ime govori samo za sebe. Implementira jednosmjerni FCCH downlink kanal, omogućujući mobilnim telefonima točnije podešavanje na BTS frekvenciju.
Sinkronizacija Burst
Burst ove vrste, kao i Frequency Correction Burst, implementira downlink kanal, samo ovaj put SCH, koji je dizajniran za identifikaciju prisutnosti baznih stanica u eteru. Po analogiji s beacon paketima u WiFi mrežama, svaki takav niz se prenosi punom snagom, a također sadrži informacije o BTS-u potrebne za sinkronizaciju s njim: broj sličica u sekundi, identifikacijske podatke (BSIC) i druge.
Dummy Burst
Lažni prasak koji šalje bazna stanica da popuni neiskorištene vremenske odsječke. Poanta je da ako nema aktivnosti na kanalu, snaga signala trenutnog ARFCN-a bit će znatno manja. U tom slučaju može se činiti da je mobilni telefon daleko od bazne stanice. Kako bi to izbjegao, BTS ispunjava neiskorištene vremenske odsječke besmislenim prometom.
Pristup Burst
Prilikom uspostavljanja veze s BTS-om, mobilni telefon šalje namjenski SDCCH zahtjev na RACH. Bazna stanica, nakon što primi takav prasak, dodjeljuje pretplatniku njegova vremena FDMA sustava i odgovara na AGCH kanalu, nakon čega mobilni telefon može primati i slati normalne nizove. Vrijedno je napomenuti povećano trajanje Guard vremena, jer u početku ni telefon ni bazna stanica ne znaju informacije o vremenskim kašnjenjima. Ako RACH zahtjev ne padne u vremenski odsječak, mobilni telefon ga šalje ponovno nakon pseudoslučajnog vremenskog razdoblja.
2.6 Skakanje frekvencije
Citat iz Wikipedije:Pseudoslučajno ugađanje radne frekvencije (FHSS - frequency-hopping spread spectrum) metoda je prijenosa informacija putem radija čija je posebnost česta promjena frekvencije nositelja. Učestalost varira prema pseudo-nasumičnom nizu brojeva poznatih i pošiljatelju i primatelju. Metoda povećava otpornost komunikacijskog kanala na buku.
3.1 Glavni vektori napada
Budući da je Um sučelje radio sučelje, sav njegov promet je "vidljiv" svakome unutar dometa BTS-a. Štoviše, možete analizirati podatke koji se prenose putem radija čak i bez napuštanja svog doma, koristeći posebnu opremu (primjerice, stari mobilni telefon koji podržava projekt OsmocomBB ili mali RTL-SDR dongle) i najobičnije računalo.Postoje dvije vrste napada: pasivni i aktivni. U prvom slučaju, napadač ni na koji način ne komunicira ni s mrežom ni s napadnutim pretplatnikom - samo prima i obrađuje informacije. Nije teško pogoditi da je takav napad gotovo nemoguće otkriti, ali on nema toliko izgleda kao aktivni. Aktivni napad uključuje interakciju između napadača i napadnutog pretplatnika i/ili mobilne mreže.
Možemo istaknuti najopasnije vrste napada kojima su pretplatnici mobilne mreže izloženi:
- Njuškanje
- Curenje osobnih podataka, SMS i glasovni pozivi
- Curenje podataka o lokaciji
- Spoofing (FakeBTS ili IMSI Catcher)
- Udaljeno SIM snimanje, nasumično izvršavanje koda (RCE)
- Uskraćivanje usluge (DoS)
3.2 Identifikacija pretplatnika
Kao što je već spomenuto na početku članka, identifikacija pretplatnika provodi se pomoću IMSI-ja, koji se bilježi na SIM kartici pretplatnika i HLR-u operatera. Mobilni telefoni identificiraju se serijskim brojem – IMEI. Međutim, nakon provjere autentičnosti, ni IMSI ni IMEI u jasnom obliku ne leti preko zraka. Nakon postupka Ažuriranja lokacije, pretplatniku se dodjeljuje privremeni identifikator - TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), te se daljnja interakcija provodi uz njegovu pomoć.Metode napada
U idealnom slučaju, TMSI pretplatnika poznat je samo mobilnom telefonu i mobilnoj mreži. Međutim, postoje načini zaobići ovu zaštitu. Ako ciklički zovete pretplatnika ili šaljete SMS poruke (ili još bolje Silent SMS), promatrajući PCH kanal i vršeći korelaciju, možete identificirati TMSI napadnutog pretplatnika s određenom točnošću.
Osim toga, s pristupom SS7 interoperatorskoj mreži, možete saznati IMSI i LAC njegovog vlasnika telefonskim brojem. Problem je što u SS7 mreži svi operateri “vjeruju” jedni drugima, čime se smanjuje razina povjerljivosti podataka o njihovim pretplatnicima.
3.3 Autentifikacija
Kako bi se zaštitila od prijevare, mreža provjerava autentičnost pretplatnika prije nego što mu počne služiti. Uz IMSI, SIM kartica pohranjuje nasumično generiran niz koji se zove Ki, a vraća ga samo u raspršenom obliku. Također, Ki se pohranjuje u HLR operatera i nikada se ne prenosi u čistom tekstu. Općenito, postupak autentifikacije temelji se na principu četverostrukog rukovanja:
- Pretplatnik izdaje zahtjev za ažuriranje lokacije, zatim daje IMSI.
- Mreža šalje pseudoslučajnu RAND vrijednost.
- SIM kartica telefona hashira Ki i RAND koristeći A3 algoritam. A3(RAND, Ki) = SRAND.
- Mreža također hashira Ki i RAND koristeći A3 algoritam.
- Ako se vrijednost SRAND na strani pretplatnika podudara s onom izračunatom na strani mreže, tada je pretplatnik prošao autentifikaciju.
Metode napada
Iteracija kroz Ki zadane RAND i SRAND vrijednosti može potrajati prilično dugo. Osim toga, operateri mogu koristiti vlastite algoritme raspršivanja. Na internetu ima dosta informacija o pokušajima grube sile. Međutim, nisu sve SIM kartice savršeno zaštićene. Neki su istraživači uspjeli izravno pristupiti datotečnom sustavu SIM kartice i zatim izdvojiti Ki.
3.4 Enkripcija prometa
Prema specifikaciji, postoje tri algoritma za šifriranje korisničkog prometa:- A5/0- formalna oznaka za nepostojanje enkripcije, baš kao OPEN u WiFi mrežama. Nikad se nisam susreo s mrežama bez enkripcije, međutim, prema gsmmap.org, A5/0 se koristi u Siriji i Južnoj Koreji.
- A5/1- najčešći algoritam šifriranja. Unatoč činjenici da je njegov hack već više puta demonstriran na raznim konferencijama, koristi se posvuda. Za dešifriranje prometa dovoljno je imati 2 TB slobodnog prostora na disku, obično osobno računalo s Linuxom i programom Kraken na brodu.
- A5/2- algoritam šifriranja s namjerno oslabljenom sigurnošću. Ako se igdje koristi, to je samo za ljepotu.
- A5/3- trenutno najjači algoritam za šifriranje, razvijen još 2002. godine. Na internetu se mogu naći informacije o nekim teoretski mogućim ranjivostima, ali u praksi još nitko nije demonstrirao njihovo hakiranje. Ne znam zašto ga naši operateri ne žele koristiti u svojim 2G mrežama. Uostalom, daleko od toga da je to prepreka, jer... ključevi šifriranja su poznati operateru i promet se može vrlo lako dešifrirati s njegove strane. I svi moderni telefoni to savršeno podržavaju. Na sreću, moderne 3GPP mreže ga koriste.
Kao što je već spomenuto, s opremom za njuškanje i računalom s 2 TB memorije i programom Kraken možete vrlo brzo (u nekoliko sekundi) pronaći ključeve za enkripciju sesije A5/1, a zatim dekriptirati bilo čiji promet. Njemački kriptolog Karsten Nohl demonstrirao je metodu za krekiranje A5/1 2009. godine. Nekoliko godina kasnije Carsten i Sylviane Munod demonstrirali su presretanje i metodu dešifriranja telefonskog razgovora pomoću nekoliko starih Motorola telefona (projekt OsmocomBB).
