Выполнил студент группы 09-ОЗИ2
Федорук Д.Ю.
Преподаватель:
Дракин А.Ю.
Введение
Системы мобильной связи, особенно системы сотовой мобильной связи, наряду с космиче¬скими, телевизионными и компьютерными системами, являются одними из важнейших дос¬тижений человечества в XX веке в области информационных систем и технологий.
Характерная черта современного мира – использование подвижной связи. В настоящее время количество абонентов подвижной связи в большинстве стран, превосходит абонентов стационарных сетей связи. За последние 2 десятилетия данный вид связи стал незаменимым видом услуг.
Весьма широкое использование получили сотовые системы радиосвязи, создание которых стало крупным научно-техническим достижением 80-90-х годов. Для работы этих систем требуется ограниченный спектр радиочастот благодаря пространственному разнесению приемопередатчиков с совпадающими рабочими частотами. Первые такие системы подвижной связи общего пользования появились за рубежом в конце 70-х годов, и с тех пор рост спроса на них значительно опережает спрос на другие услуги связи. К середине 80-х годов аналоговые системы сотовой связи (ACS - Analog Communication System), ставшие первым поколением таких систем, получили достаточно широкое распространение в ряде стран. Однако анализ серьезных недостатков, присущих аналоговым системам (в частности, несовместимость различных стандартов, недостаточно высокое качество связи и ее зависимость от удаления подвижного абонента от базовой станции, сложности с шифрованием передаваемых сообщений и ряд других), в конце 80-х годов показал, что преодолеть их возможно только на основе цифровой техники.
Цифровые сотовые сети стали вторым поколением таких подвижных систем связи. Переход на технику второго поколения позволил использовать ряд новых решений, в том числе более эффективные модели повторного использования частот, временное разделение каналов между собой, разнесение во времени процессов передачи и приема при дуплексной связи, эффективные методы борьбы с замираниями и искажениями сигналов, эффективные низкоскоростные речевые кодеки с шифрованием передаваемых сообщений для ведения кодированной передачи, более эффективные методы модуляции и интеграцию услуг телефонной связи с передачей данных, и другими услугами подвижной связи.
Но главная особенность цифровой техники - программное управление многими процессами, включая формирование логических каналов, переключение подвижного абонента между сотами и т.д. Эти преимущества определили дальнейшее развитие сотовых систем в 90-х годах на основе цифровой техники.
1. История возникновения стандарта GSM
«Хотя становление и развитие мобильной связи стандарта GSM происходило на наших глазах, история его начинается еще в XIX веке. Человек давно уже пытался придумать способ передачи информации на расстояние, и в 1895г. русский ученый А. С. Попов сделал доклад, посвящённый методу использования излученных электромагнитных волн для беспроводной передачи электрических сигналов, содержащих информацию. А в марте 1896 года он уже передал радиограмму с двумя словами «Генрих Герц» на расстояние 250 метров.
В 1921 году полиция города Детройта, США, уже использовала мобильную связь в автомобилях. Использовались частоты в диапазоне около 2 МГц, связь была ненадёжной, постоянно возникали помехи.
Настоящая же история сотовой связи начинается в 1946 году в городе Сант-Луис, США, где начала работать первая система радиотелефонной связи, предлагавшая услуги всем желающим.
Аппаратура устанавливалась в автомобилях, была громоздкой и тяжёлой. Связь устанавливалась с единым центром, обслуживающим достаточно большую территорию. Зона действия мобильной телефонной связи в данном регионе как раз и ограничивалась этой территорией. Радиотелефоны использовали обычные фиксированные каналы, и если канал связи был занят, переключение на другой, свободный канал, осуществлялось вручную. Само телефонное общение было сложным – нельзя было и слушать и говорить одновременно.
С развитием техники улучшалась и радиотелефонная связь – совершенствовалось оборудование, осваивались новые частоты. Однако при огромном спросе на такой сервис, пользоваться им могло ограниченное количество абонентов. Главной проблемой оставалось ограниченность частотного ресурса. Во время разговора один канал мог использовать только один абонент, а число фиксированных частот в определенном частотном диапазоне ограничено, поэтому радиотелефоны с близкими по частоте рабочими каналами создавали взаимные помехи.
Решением этой проблемы занимались многие ученые и инженеры. Принципиально новую идею предложил в середине 40-х годов XX века исследовательский центр Bell Laboratories американской компании AT&T. Главной новинкой был отказ от единого центра и разбиение всей обслуживаемой территории на небольшие участки, «соты» (от англ. cell — ячейка, сота), каждый из которых обслуживался станцией связи с ограниченным радиусом действия и фиксированной частотой. Стало возможным без всяких взаимных помех использовать один канал связи несколькими абонентами, находящимися друг от друга через несколько «сот».
Далее развитие систем сотовой связи велось в разных странах по разным направлениям. В Европе ещё в конце семидесятых годов прошлого века начались работы по созданию единого стандарта сотовой связи для 5 североевропейских стран — Швеции, Финляндии, Исландии, Дании и Норвегии. Результатом исследований стал стандарт связи NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), который предназначался для работы в диапазоне 450 МГц. Эксплуатация первых систем сотовой связи этого стандарта началась в 1981 г в Саудовской Аравии , и затем, месяцем позже, в Европе. Различные варианты NMT-450 использовались в Австрии, Швейцарии, Голландии, Бельгии, странах Юго-Восточной Азии и Ближнего Востока. На основе этого стандарта в 1985 г. был разработан стандарт NMT-900, использующий частоты 900 МГц диапазона и позволивший увеличить число абонентов и улучшить стабильность работы системы.
В США в 1983 году начала работу сеть стандарта AMPS (Advanced Mobile Phone Service), который был разработан Bell Laboratories. В 1985, в Англии, был принят стандарт TACS (TotalAccess Communications System), который являлся разновидностью американского AMPS. Франция, в отличие от других стран, начала использовать собственный стандарт Radiocom-2000 с 1985 года. Все вышеперечисленные стандарты являются аналоговыми и относятся к первому поколению систем сотовой связи (1 G).
В начале 80-х годов в Западной Европе использование различных стандартов сотовой связи стало препятствовать ее широкому применению. На ее территории действовали сети на базе 9 различных стандартов, не совместимых между собой. Это сыграло огромную роль в создании сотовой системы второго поколения, основанной на цифровых методах обработки сигналов.
Очевидно, что идея общеевропейского цифрового стандарта витала в воздухе. В 1982 г. Европейская конференция администраций почт и электросвязи (СЕРТ), организация, объединяющая администрации связи 26 стран, создала специальную группу Groupe Special Mobile(GSM). Группе была поставлена задача разработать спецификации общеевропейской системы сотовой связи, функционирующей в диапазоне 862-960 МГц. Аббревиатура GSM и дала название новому стандарту. К 1984 г. было решено, что система будет цифровой, совместимой с сетями ISDN (Integrated Service Digital Network) по набору предоставляемых услуг.
В 1985 году Франция и Германия подписывают в Ницце соглашение о поддержке GSM, т.е. общеевропейского цифрового стандарта, в 1986 году к ним присоединяются Великобритания и Италия. Совет министров Европы издает директиву с указанием странам-участникам отвести полосу частот в диапазоне 900 МГц под новую систему связи.
В 1989 году уже работало работало несколько тестовых сетей. В 1990 специально созданным на смену группе GSM институтом ETSI (European Telecommunications Standards Institute) был опубликован документ, содержащий спецификации стандарта GSM первой фазы, что позволило начать разработку и производство сетевого, пользовательского и тестового оборудования.
К намеченной дате, 1 июлю 1991г. развернуть сервис не удалось, в основном по причине отсутствия мобильных телефонов, функционирующих в стандарте GSM. К этому времени не была еще разработана процедура испытания (сертификации) аппаратов на соответствие стандарту, которая появилась лишь в апреле 1992 г.
Уже в мае 1992 г. в Германии заработала первая коммерческая сеть GSM900, за несколько месяцев во всех странах, подписавших “Меморандум о взаимопонимании”, были развернуты сети GSM; а к концу года таких сетей было уже около четырнадцати.
В 1993 г. к «Меморандуму» (MoU) присоединился первый неевропейский участник -австралийский оператор сотовой связи Telstra. Стандарт GSM вышел за пределы Европы и стал всемирным. И в это же время аббревиатура GSM стала читаться как Global System for Mobile Communications .
С июня 2002-го года ответственность за поддержку стандарта взяла на себя 3GPP (3rd Generation Partnership Project)» (3).
2. Общие характеристики стандарта GSM
«В стандарте GSM выбрана гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом (GMSK). Обработка речи осуществляется в рамках принятой системы прерывистой передачи речи (DTX), которая обеспечивает включение передатчика только при наличии речевого сигнала и отключение передатчика в паузах и в конце разговора. В качестве речепреобразующего устройства выбран речевой кодек с регулярным импульсным возбуждением/долговременным предсказанием и линейным предикативным кодированием с предсказанием (RPE/LTR-LTP-кодек). Общая скорость преобразования речевого сигнала - 13 кбит/с.
В стандарте GSM достигается высокая степень безопасности передачи сообщений; осуществляется шифрование сообщений по алгоритму шифрования с открытым ключом (RSA).
В целом система связи, действующая в стандарте GSM, рассчитана на ее использование в различных сферах. Она предоставляет пользователям широкий диапазон услуг и возможность применять разнообразное оборудование для передачи речевых сообщений и данных, вызывных и аварийных сигналов; подключаться к телефонным сетям общего пользования (PSTN), сетям передачи данных (PDN) и цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN)»(4).
3. Стандарты и радиоинтерфейс
Стандарты GSM создаются и публикуются Европейским институтом телекоммуникационных стандартов.
В стандарте GSM определены 4 диапазона работы:
Цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 890 до 915 МГц (от телефона к базовой станции) и от 935 до 960 МГц (от базовой станции к телефону). Количество реальных каналов связи гораздо больше чем написано выше в таблице, т.к присутствует еще и временное разделение каналов TDMA, т.е на одной и той же частоте могут работать несколько абонентов с разделением во времени.
В некоторых странах диапазон частот GSM-900 был расширен до 880—915 МГц (MS -> BTS) и 925—960 МГц (MS <- BTS), благодаря чему максимальное количество каналов связи увеличилось на 50. Такая модификация была названа E-GSM (extended GSM)» (8).
«Модификация стандарта GSM-900, цифровой стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 1710 до 1880 МГц.
Особенности:
Максимальная излучаемая мощность мобильных телефонов стандарта GSM-1800 — 1Вт, для сравнения у GSM-900 — 2Вт. Большее время непрерывной работы без подзарядки аккумулятора и снижение уровня радиоизлучения.
Высокая ёмкость сети, что важно для крупных городов. Возможность использования телефонных аппаратов, работающих в стандартах GSM-900 и GSM-1800 одновременно. Такой аппарат функционирует в сети GSM-900, но, попадая в зону GSM-1800, переключается — вручную или автоматически. Это позволяет оператору рациональнее использовать частотный ресурс, а клиентам — экономить деньги за счёт низких тарифов. В обеих сетях абонент пользуется одним номером. Но использование аппарата в двух сетях возможно только в тех случаях, когда эти сети принадлежат одной компании.
Сеть GSM 900-1800 - это единая сеть с общей структурой, логикой и мониторингом в которой телефон никуда не переключается. Проблема состоит в том, что зона охвата для каждой базовой станции значительно меньше, чем в стандартах GSM-900, AMPS/DAMPS-800, NMT-450. Необходимо большее число базовых станций. Чем выше частота излучения, тем больше проникающая способность (характеризуется т. н. глубиной скин-слоя) радиоволн и тем меньше способность отражаться и огибать преграды.
Дальность связи в GSM лимитирована задержкой сигнала и составляет от 0 до 35 км. При использовании режима extended cell возрастает до 75 км. Практически достижимо только в море, пустыне и горах» (8).
Характеристики GSM-900 GSM-1800
Частоты передачи MS и приёма BTS, МГц 890 - 915 1710 - 1785
Частоты приёма MS и передачи BTS, МГц 935 - 960 1805 - 1880
Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц 145 95
Количество частотных каналов связи с шириной 1 канала связи в 200 кГц 124 374
Ширина полосы канала связи, кГц 200 200
«Используется в США, Канаде, отдельных странах Латинской Америки и Африки» (8).
Характеристики GSM-850 GSM-1900
Частоты передачи MS и приёма BTS, МГц 824 - 849 1850 - 1910
Частоты приёма MS и передачи BTS, МГц 869 - 894 1930 - 1990
Дуплексный разнос частот приёма и передачи, МГц 45 80
4. Структурная схема и состав оборудования GSM
«Функциональное построение и интерфейсы, принятые в стандарте GSM, показаны на рис. 1.1, где изображены три основные подсистемы: подсистема базовых станций (Base Station Subsystem, BSS), подсистема коммутации (Network and Switching Subsystem, NSS) и подсистема управления и обслуживания (Operation and Maintenance Subsystem, OMS). Сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов с использованием системы общеканальной сигнализации № 7 (SS№ 7).
Подсистема базовых станций (BSS) обеспечивает соединение мобильных станций с сетью и состоит из базовых станций (Base Transceiver Station, BTS) и контроллеров базовых станций (Base Station Controller, ВSС). BSS отвечает за распределение радиоканалов, контролирует соединения, регулирует их очередность, обеспечивает модуляцию и демодуляцию сигналов, кодирование и декодирование сообщений, кодирование речи, адаптацию скорости передачи для речи, данных и вызовов. Базовая станция представляет собой приемо-передающее устройство, которое совместно с антенной обеспечивает радио покрытие в заданной области, называемой ячейкой* (сотой) сети. Основная функция BTS — установление и удержание соединения с мобильными терминалами через радиоинтерфейс Um.
Контроллер базовых станций (BSC) обеспечивает управление радиоканалами подключенных к нему базовых станций: выделение радиоканала при установлении соединения, обеспечение непрерывности связи (хэндовера) между ячейками сети и др.
Хэндовер выполняется при пересечении MS границы ячейки, когда средний уровень принимаемого на ВТS сигнала падает ниже порогового. В этот момент BSC предоставляет абоненту другую свободную частоту из группы частот новой BTS, в которой принимаемый сигнал максимально превышает заданный уровень. Такая процедура передачи вызова позволяет сохранять соединение, обеспечивать непрерывность разговора при перемещении абонента сотовой сети из одной зоны обслуживания в другую, а также определить местоположение MS с точностью до ячейки. BSC управляет множеством сот и осуществляет хэндоверы в пределах своей зоны обслуживания. Когда передача вызовов происходит между двумя фрагментами сети, управляемыми разными контроллерами, то первичное управление осуществляется в MSC. Соединение между базовыми станциями и контроллером сети устанавливается через интерфейс Abides.
Подсистема коммутации (NSS) предназначена для установления, удержания и прекращения телефонного соединения, обеспечивает подключение к остальным сетям (ISDN, PSTN, PDN и др.) и содержит базы данных идентификации абонентов. Основной элемент NSS — центр коммутации мобильной связи (MSC), который обслуживает группу контроллеров и обеспечивает все виды соединений, необходимых для работы мобильных станций. Он выполняет маршрутизацию вызовов, функции управления вызовами и служит интерфейсом к фиксированным сетям общего пользования. Кроме того, МSС формирует данные, необходимые для выписки счетов за предоставленные сетью услуги связи, накапливает данные по состоявшимся разговорам и передает их в центр расчетов (биллинг-центр), постоянно определяет местоположение мобильной станции и регистрирует полномочия абонентов, используя домашний регистр (Home Location Register, HLR) и визитный регистр (Visited Location Register, VLR).
В HLR хранится та часть информации о местоположении мобильной станции, которая позволяет центру коммутации доставить вызов станции. VLR регистрирует активных абонентов сети и контролирует перемещение мобильной станции из зоны в зону. С его помощью достигается функционирование мобильной станции за пределами зоны, контролируемой HLR
В сети GSM соты группируются в географические зоны (Location Area, LA), которым присваивается свой идентификационный номер. Визитный регистр содержит данные об абонентах нескольких географических зон. Когда мобильный абонент перемещается из одной LA в другую и переходит из зоны действия одного контроллера базовых станций (BSC) в зону действия другого, он регистрируется новым BSC, и данные о его местоположении автоматически обновляются в VLR. Визитный регистр также присваивает роуминговый номер мобильной станции (Mobile Station Roaming Number, MSRN). Когда мобильная станция принимает входящий вызов, визитный регистр назначает ей роуминговый номер и передает его в центр коммутации мобильной связи (MSC), который осуществляет маршрутизацию этого вызова к базовым станциям, расположенным вблизи мобильного абонента.
Для исключения несанкционированного доступа в систему вводятся механизмы аутентификации — удостоверения подлинности абонента. Центр аутентификации состоит из нескольких блоков и формирует алгоритмы аутентификации. С его помощью проверяются полномочия абонента и осуществляется его доступ к ресурсам сети связи.
Регистр идентификации оборудования (Equipment Identity Register, EIR) содержит базу данных для подтверждения подлинности международного идентификационного номера оборудования мобильной станции (International Mobile Station Equipment Identity, IMEI). База данных EIR состоит из списков номеров IMEI, организованных следующим образом:
белый список — номера, о которых есть сведения, что они закреплены за санкционированными базовыми станциями;
черный список — номера мобильных станций, которые украдены или которым отказано в обслуживании по иной причине;
серый список — номера мобильных станций, у которых существуют проблемы, выявленные по данным программного обеспечения, что не является основанием для внесения в черный список.
Как и в случае с домашним регистром, сеть может иметь более одного регистра идентификации, при этом каждый EIR управляет определенными группами IMEI.»(1)
Регистрация в сети
«При каждом включении телефона после выбора сети начинается процедура регистрации. Рассмотрим наиболее общий случай - регистрацию не в домашней, а в чужой, так называемой гостевой, сети (будем предполагать, что услуга роуминга абоненту разрешена).
Пусть сеть найдена. По запросу сети телефон передает IMSI абонента. IMSI начинается с кода страны "приписки" его владельца, далее следуют цифры, определяющие домашнюю сеть, а уже потом - уникальный номер конкретного подписчика. Например, начало IMSI 25099… соответствует российскому оператору Билайн. (250-Россия, 99 - Билайн). По номеру IMSI VLR гостевой сети определяет домашнюю сеть и связывается с ее HLR. Последний передает всю необходимую информацию об абоненте в VLR, который сделал запрос, а у себя размещает ссылку на этот VLR, чтобы в случае необходимости знать, "где искать" абонента.
Очень интересен процесс определения подлинности абонента. При регистрации AuC домашней сети генерирует 128-битовое случайное число - RAND, пересылаемое телефону. Внутри SIM с помощью ключа Ki (ключ идентификации - так же как и IMSI, он содержится в SIM) и алгоритма идентификации А3 вычисляется 32-битовый ответ - SRES (Signed RESult) по формуле SRES = Ki * RAND. Точно такие же вычисления проделываются одновременно и в AuC (по выбранному из HLR Ki пользователя). Если SRES, вычисленный в телефоне, совпадет со SRES, рассчитанным AuC, то процесс авторизации считается успешным и абоненту присваивается TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity-временный номер мобильного абонента). TMSI служит исключительно для повышения безопасности взаимодействия подписчика с сетью и может периодически меняться (в том числе при смене VLR).
Теоретически, при регистрации должен передаваться и номер IMEI, но есть большие сомнения насчет того, что московские операторы отслеживают IMEI используемых абонентами телефонов. Давайте будем рассматривать некую "идеальную" сеть, функционирующую так, как было задумано создателями GSM. Так вот, при получении IMEI сетью, он направляется в EIR, где сравнивается с так называемыми "списками" номеров. Белый список содержит номера санкционированных к использованию телефонов, черный список состоит из IMEI, украденных или по какой-либо иной причине не допущенных к эксплуатации телефонов, и, наконец, серый список - "трубки" с проблемами, работа которых разрешается системой, но за которыми ведется постоянное наблюдение.
После процедуры идентификации и взаимодействия гостевого VLR с домашним HLR запускается счетчик времени, задающий момент перерегистрации в случае отсутствия каких-либо сеансов связи. Обычно период обязательной регистрации составляет несколько часов. Перерегистрация необходима для того, чтобы сеть получила подтверждение, что телефон по-прежнему находится в зоне ее действия. Дело в том, что в режиме ожидания "трубка" только отслеживает сигналы, передаваемые сетью, но сама ничего не излучает - процесс передачи начинается только в случае установления соединения, а также при значительных перемещениях относительно сети (ниже это будет рассмотрено подробно) - в таких случаях таймер, отсчитывающий время до следующей перерегистрации, запускается заново. Поэтому при "выпадении" телефона из сети (например, был отсоединен аккумулятор, или владелец аппарата зашел в метро, не выключив телефон) система об этом не узнает.
Все пользователи случайным образом разбиваются на 10 равноправных классов доступа (с номерами от 0 до 9). Кроме того, существует несколько специальных классов с номерами с 11 по 15 (разного рода аварийные и экстренные службы, служебный персонал сети). Информация о классе доступа хранится в SIM. Особый, 10 класс доступа, позволяет совершать экстренные звонки (по номеру 112), если пользователь не принадлежит к какому-либо разрешенному классу, или вообще не имеет IMSI (SIM). В случае чрезвычайных ситуаций или перегрузки сети некоторым классам может быть на время закрыт доступ в сеть» (7).
5. Принципы формирования сигналов стандарта GSM
«Принцип TDMA предусматривает "расщепление" каждой полосы в 200 КГц на восемь временных интервалов (слотов), которые представляют собой логические каналы связи. Каждый из них определяется собственной частотой и номером кадра (фрейма) слота. Не вдаваясь в детали, отметим, что логический канал состоит из речевого, или Traffic Chanel (TCH), несущего в себе речевую информацию, канала управления и синхронизации (CCH), а также некоторого числа бит кодовой последовательности для коррекции ошибок при приеме сигнала. Канал управления состоит из подканалов, каждый из которых выполняет свои функции в процессе установления связи, ее сеанса и завершения: BCCH, FCCH, SCH, RACH, AGCH.
При использовании восьми слотов "оцифрованная речь" в каждом канале передается короткими пачками (пакетами) импульсов, а терминал GSM передает только 1/8 часть от каждого сообщения.
При использовании восьмислотового кадра TDMA и 248 физических полудуплексных каналов (это 124 канала х 2) теоретически обеспечивается передача 8 x 248 = 1984 логических полудуплексных каналов на каждую ячейку. Каналы называют полудуплексными потому, что при со единении двух абонентов их разговор передается поочередно (один говорит, - другой слушает). На самом деле обеспечивается передача только 283 (из расчета 1984/7) логических полудуплексных каналов на ячейку. Это обусловлено тем, что в каждой ячейке можно использовать только семь пар из общего количества частот.
Каждый из частотных каналов разделен на 8 временных слотов длиной 0,577 мс (15/26 мс). Эти слоты составляют TDMA-кадр длиной 4,615 мс (120/26 мс). Повторение отдельно взятого временного слота каждые 4,615 мс образует один основной канал (логический канал).
В системах связи стандарта GSM различают два вида каналов - каналы трафика TCH (Traffic CHannels) для передачи информации пользователя (речь, данные) и каналы управления, которые в сети резервируют для передачи сообщений при ее обслуживании. Считается, что для передачи речи достаточно скорости 13 кбит/с.
Системы GSM используют "медленную скачкообразную перестройку частоты", или SFH (Slow Frequency Hopping), когда мобильная и базовая станции каждый TDMA-кадр передают на новой фиксированной частоте с сохранением постоянного разноса в 45 МГц между каналами приема и передачи. Время для перестройки частоты составляет около 1 мс. Последовательность переключений частот в процессе установления связи для каждого сотового телефона - индивидуальна. Именно принцип SFH успешно решает проблему качества связи, которое при многолучевом распространении сигнала может ухудшаться с изменением значения несущей частоты» (6).
6. Безопасность GSM
«Сотовые системы связи первого поколения, такие как NMT, TACS и AMPS, имели небольшие возможности в плане безопасности, и это привело к существенным уровням мошеннической деятельности, которая вредит и абонентам и сетевым операторам. Множество инцидентов большого значения выдвинуло на первый план чувствительность аналоговых телефонов к подслушиванию линий радиосвязи. Система GSM имеет множество особенностей в плане безопасности, которые разработаны, чтобы предоставить абоненту и сетевому оператору больший уровень защиты от мошеннической деятельности. Механизмы аутентификации гарантируют, что только добросовестным абонентам, обладающим добросовестным оборудованием, то есть не украденным или нестандартным, будет предоставлен доступ сети. Как только связь была установлена, информация в линии связи передается в зашифрованной форме, во избежание подслушивания. Конфиденциальность каждого абонента защищена, гарантирована тем, что его личность и местоположения защищены. Это достигнуто путем назначения для каждого пользователя временного идентификатора подвижного абонента (Temporary Mobile Subscriber Identity - TMSI), который изменяется от звонка к звонку. Таким образом нет необходимости передавать международный идентификатор мобильного абонента (International Mobile Subscriber Identity - IMSI) по радио-интерфейсу, что затрудняет задачу идентификации и определения местонахождения пользователя для подслушивающего» (5).
«Первый и самый простой уровень защиты против мошеннического использования мобильного телефона — личный идентификационный номер (PIN-код), предназначенный для защиты против мошеннического использования украденных SIM карт. В SIM карте PIN код имеет вид от четырех- до восьми- значного числа. Пользователь может иметь возможность отключения этого уровня защиты. SIM-карта также может хранить второй четырех-, восьми- разрядный десятичный код, известных как PIN2, чтобы защитить определенные возможности, которые являются доступными для абонента» (5).
«Процедура установления подлинности или аутентификации (authentication) выполняется под управлением и по инициативе VLR. Для ее проведения используется сценарий запрос-ответ, в котором VLR отправляет в MS специальное случайное число RAND, которое является одним из входных параметров алгоритма A3, используемого в SIM-карте для вычисления значение отклика SRES. Другим входным параметром алгоритма A3 является секретный ключ Ki, содержащийся в SIM-карте. Ключ Ki не доступен для считывания из SIM и это является одним из основных аспектов безопасности GSM»(5).
«Как только подлинность абонента была проверена, таким образом защищая и абонента и сетевого оператора от влияния мошеннического доступа, пользователь должен быть защищен от подслушивания. Это достигается путем шифрования данных, передаваемых по радио-интерфейсу, с использованием второго ключа Kc и секретного алгоритма A5. Kc генерируется в ходе проверки подлинности, используя Ki, RAND и секретный алгоритм A8, который также хранится в SIM карте. Подобно алгоритму A3, A8 не уникален, и он может также быть выбран оператором. Ключи Kc для каждого пользователя вычисляются в AuC домашней сети и передается в VLR в составе набора триплетов, где каждому триплету и, соответственно - ключу Kc, присваивается номер ключа – CKSN. В некоторых реализациях A3 и алгоритмы A8 объединены в единственный алгоритм A38, который использует RAND и Ki, чтобы сгенерировать Kc и SRES. В отличие от A3 и A8, которые, возможно, различны для каждого индивидуального оператора, A5 будет выбирается из списка из 7 возможных вариантов»(5).
«Некоторые передачи на линии радиосвязи не могут быть защищены шифрованием. Например, после начального назначения, мобильная станция должна передать свой идентификатор сети прежде, чем шифрование может быть активизировано. Это очевидно позволило бы подслушивающему определять местоположение абонента, перехватывая это сообщение. Эта проблема решена в GSM введением временного идентификатора подвижного абонента (TMSI), который является «псевдонимом», назначенным на каждой мобильной станции со стороны VLR. TMSI передается мобильной станции в течение предыдущей зашифрованной сессии связи, и он используется мобильной станцией и сетью при любом последующем пейджинге и процедурах доступа. TMSI действителен только в пределах области, которую обслуживает определенный VLR» (5).
Заключение
Стандарту GSM отведена одна из главных ролей в процессе эволюции систем связи. Он тесно связан со всеми современными стандартами цифровых сетей, в первую очередь с ISDN (Integrated Services Digital Network) и IN (Intelligent Network). Основные функциональные элементы GSM входят в разрабатываемый сейчас международный стандарт глобальной системы подвижной связи UMTS (Universal Mobile Telecommunications System).
Сегодня GSM - наиболее быстро развивающаяся система сотовой связи. Новые, отчасти революционные технические новшества, совместимые с GSM, могут быть и будут представлены в ближайшем будущем. Все это служит твердой основой для того, чтобы технология GSM стала единым реальным стандартом цифровых сотовых систем во всем мире.
Список литературы
1. Ю.А. Громаков, «Технологии определения местоположения в GSM и UMTS».- «Эко-Трендз» .-М.: 2005.-144с.
2. В.И. Попов, - Основы сотовой связи стандарта GSM. – М.: «Эко-трендз» 2005. – 296с.
3. Возможности сетей стандарта GSM, URL:http://www.gsmrus.ru/features.shtml(дата обращения 18.05.2011)
4. Общие характеристики стандарта GSM, URL:http://gsm.vtc.ru/gsm/1.html (дата обращения 18.05.2011)
5. Википедия, URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/Безопасность_GSM (дата обращения 18.05.2011)
6. Принципы работы сотовых телефонов, URL:http://www.mobitron.ru/article16/ (дата обращения 18.05.2011)
7. Основные части системы, GSM URL:http://www.aboutphone.info/js/kunegin/gsm2/02.html (дата обращения 18.05.2011)
8. Википедия, URL:http://ru.wikipedia.org/wiki/GSM (дата обращения 18.05.2011)