Первые сотовые телефонные системы были аналоговыми. Им на смену пришли цифровые системы, которые составили второе поколение сотовых систем. В настоящее время происходит переход на сотовые системы 3G – системы третьего поколения.
В 80-е годы в Европе существовало пять разных сотовых аналоговых телефонных систем. Поэтому, переезжая из страны в страну, пользователи были вынуждены менять и телефонные аппараты. Ясно, что это было чрезвычайно неудобно. Как результат, европейцы создали единую цифровую систему, известную как GSM (Global System for Mobile communications) и которая была введена в действие ранее американских и японских аналогов.
GSM – глобальная система мобильной связи
Итак, GSM это полностью цифровая система. Ее успех был во многом связан с тем, что она проектировалась без оглядки на уже существующие аналоговые системы, ее авторы не пытались сделать ее совместимой с этими системами.
Основная цель стандарта GSM была обеспечить людям возможность, свободно передвигаясь, как внутри страны, так и между странами, поддерживать связь с любыми абонентами сети. При этом в каждой стране может быть одна или несколько функционирующих сетей. Каждая такая сеть называется Региональной Мобильной Сетью с Открытым доступом (PLMN). Зона действия каждой PLMN сети ограничена национальными границами, в одной стране может быть несколько PLMN сетей.
GSM пользователь заключает контракт с одной из PLMN сетей, называемой домашней, в котором указаны услуги, доступные этому пользователю. При желании во время работы пользователь может выбрать другую PLMN сеть, если ему доступны услуги этой новой PLMN сети. Терминал пользователя (в GSM его называют мобильной станцией – MS) обеспечивает пользователю такой выбор и показывает список доступных PLMN сетей. Выбор из этого списка пользователь может сделать сам явно, или MS терминал сделает это автоматически с помощью заложенного в нее программного обеспечения.
Как и в AMPS системе, в GSM системе территория разбивается на области, обслуживаемые Центром Мобильной Коммутации (MSC). Оператор PLMN сети абсолютно свободен в разбиении области действия MSC станции на соты. У каждой PLMN сети есть логически единая база данных, называемая Home Location Registers (HLR), где хранится информация обо всех пользователях, для которых эта PLMN сеть – домашняя. Физически HLR база может быть распределенной. У каждой MSC станции есть база данных визитеров – Visitor Location Registers (VLR). Одна VLR база обычно обслуживает одну MSC станцию, но может обслуживать и несколько. HLR и VLR базы данных обеспечивают отслеживание текущего местонахождения MS терминала, запрашиваемых услуг и т.д.
GSM мобильная станция (MS), в просторечии – трубка, разделяется на две части. Одна обеспечивает радиоинтерфейс, другая обеспечивает интерфейс с HLR и VLR базами и содержит информацию, идентифицирующую пользователя (Subscriber Identify Module-SIM). SIM карта идентифицирует пользователя, а не MS терминал. Поэтому она может быть вынута из одного MS терминала и вставлена в другой. Каждая SIM карта уникальна в системе GSM и связана с IMSI (International Mobil System Identify). На этой карте хранится идентификационная информация, список услуг, список выбираемых PLMN сетей и т.п. Она защищена паролем (PIN – Personal Identification Number). Вставив свою SIM карту в трубку, пользователь тем самым персонифицирует ее. Благодаря SIM карте поддерживается роуминг, т.е. доступ к услугам связи в чужую PLMN сеть.
Теперь рассмотрим как в GSM отслеживаются перемещения пользователей. Когда MS терминал входит в новую область регистрации, информация о нем заносится в VLR базу и он получает TMSI идентификатор – Temporary Mobil Subscriber Identify. TMSI идентификатор короче IMSI идентификатора и именно он передается при взаимодействии MS терминала и VLR базы. TMSI идентификатор действует только в зоне MSC станции, ассоциированной в VLR базе, выдавшей этот TMSI идентификатор. IMSI и TMSI идентификаторы – это внутренние идентификаторы системы, связанные с SIM картой. Для соединения с абонентом используется телефонный номер, который в GSM называется Mobil Subscriber Integrated Service Digital Network Number (MSISDNM).
MS терминал всегда может определить находится ли он в старой или новой области регистрации. Это происходит благодаря периодически рассылаемой BS станцией информации внутри обслуживаемой ею соты. Если MS терминал обнаруживает, что он оказался в новой области, то он инициирует запрос на обновление регистрации, в котором он сообщает идентификатор предыдущей области и TMSI идентификатор, который терминал там получил. Этот запрос BS станция передает в MSC центр, который, в свою очередь, передает его в новую VLR базу. Новая VLR база инициирует запрос к старой VLR базе с просьбой предоставить IMSI идентификатор терминала, соответствующий указанному TMSI идентификатору. Получив от старой VLR базы необходимую информацию, новая VLR база начинает процедуру идентификации MS терминала по информации, полученной от старой VLR базы. Если процедура идентификации прошла успешно, то новая VLR база, используя IMSI идентификатор терминала, определяет адрес его HLR базы.
Эта процедура весьма близка к аналогичной процедуре в AMPS системе (стандарт IS-41). Основное ее отличие от ее AMPS аналога состоит в усилении информационной безопасности. Так, например, идентификация пользователя и доступных ему услуг происходит на основе информации, получаемой новой VLR базой, как от старой VLR базы, так от HLR базы идентифицируемого MS терминала, а не только от HLR базы, как в AMPS системе. Процедура установления соединения в GSM системе аналогична процедуре установления соединения в AMPS системе. Стандарт GSM занимает более 5000 страниц, и здесь мы приводим лишь самое общее его описание.
В большинстве стран GSM использует частоты 900 МГц и 1800 МГц. В США из-за особенностей национального распределения частот используется другой диапазон. В каждой GSM соте может быть максимально до 200 полно-дуплексных каналов, из которых 124 в работе, остальные в резерве и для служебных целей. Каждый канал поддерживает связь как от MS терминала к BS станции (MS-BS), так и от BS станции к MS терминалу (BS-MS). Ширина полосы в каждом направлении 200 КГц.
Каждый канал поддерживает 8 разных соединений с помощью мультиплексирования с разделением по времени (TDM метод). Каждому MS терминалу выделяется один временной слой на одном из каналов. Более подробно с работой GSM систем мы ознакомимся в разделе 4.
