Мобильная сотовая связь

Сотовая связь - один из видов мобильной радиосвязи , в основе которого лежит сотовая сеть . Ключевая особенность заключается в том, что общая зона покрытия делится на ячейки (соты), определяющиеся зонами покрытия отдельных базовых станций (БС). Соты частично перекрываются и вместе образуют сеть. На идеальной (ровной и без застройки) поверхности зона покрытия одной БС представляет собой круг, поэтому составленная из них сеть имеет вид сот с шестиугольными ячейками (сотами).

Примечательно, что в английском варианте связь называется «ячеистой» или «клеточной» (cellular), что не учитывает шестиугольности сот .

Сеть составляют разнесённые в пространстве приёмопередатчики, работающие в одном и том же частотном диапазоне, и коммутирующее оборудование, позволяющее определять текущее местоположение подвижных абонентов и обеспечивать непрерывность связи при перемещении абонента из зоны действия одного приёмопередатчика в зону действия другого.

История

Первое использование подвижной телефонной радиосвязи в США относится к 1921 г.: полиция Детройта использовала одностороннюю диспетчерскую связь в диапазоне 2 МГц для передачи информации от центрального передатчика к приёмникам, установленным на автомашинах. В 1933 г. полиция Нью-Йорка начала использовать систему двусторонней подвижной телефонной радиосвязи также в диапазоне 2 МГц. В 1934 г. Федеральная комиссия связи США выделила для телефонной радиосвязи 4 канала в диапазоне 30…40 МГц, и в 1940 г. телефонной радиосвязью пользовались уже около 10 тысяч полицейских автомашин. Во всех этих системах использовалась амплитудная модуляция . Частотная модуляция начала применяться с 1940 г. и к 1946 г. полностью вытеснила амплитудную. Первый общественный подвижный радиотелефон появился в 1946 г. (Сент-Луис, США; фирма Bell Telephone Laboratories), в нём использовался диапазон 150 МГц. В 1955 г. начала работать 11-канальная система в диапазоне 150 МГц, а в 1956 г. - 12-канальная система в диапазоне 450 МГц. Обе эти системы были симплексными, и в них использовалась ручная коммутация. Автоматические дуплексные системы начали работать соответственно в 1964 г. (150 МГц) и в 1969 г. (450 МГц).

В СССР В 1957 г. московский инженер Л. И. Куприянович создал опытный образец носимого автоматического дуплексного мобильного радиотелефона ЛК-1 и базовую станцию к нему. Мобильный радиотелефон весил около трех килограммов и имел радиус действия 20-30 км. В 1958 году Куприянович создает усовершенствованные модели аппарата весом 0,5 кг и размером с папиросную коробку. В 60-х гг Христо Бочваров в Болгарии демонстрирует свой опытный образец карманного мобильного радиотелефона. На выставке «Интероргтехника-66» Болгария представляет комплект для организации местной мобильной связи из карманных мобильных телефонов РАТ-0,5 и АТРТ-0,5 и базовой станции РАТЦ-10, обеспечивающей подключение 10 абонентов.

В конце 50-х гг в СССР начинается разработка системы автомобильного радиотелефона «Алтай» , введенная в опытную эксплуатацию в 1963 г. Система «Алтай» первоначально работала на частоте 150 МГц. В 1970 г. система «Алтай» работала в 30 городах СССР и для нее был выделен диапазон 330 МГц.

Аналогичным образом, с естественными отличиями и в меньших масштабах, развивалась ситуация и в других странах. Так, в Норвегии общественная телефонная радиосвязь использовалась в качестве морской мобильной связи с 1931 г.; в 1955 г. в стране было 27 береговых радиостанций. Наземная мобильная связь начала развиваться после второй мировой войны в виде частных сетей с ручной коммутацией. Таким образом, к 1970 г. подвижная телефонная радиосвязь, с одной стороны, уже получила достаточно широкое распространение, но с другой - явно не успевала за быстро растущими потребностями, при ограниченном числе каналов в жёстко определённых полосах частот. Выход был найден в виде системы сотовой связи, что позволило резко увеличить ёмкость за счёт повторного использования частот в системе с ячеистой структурой.

Конечно, как это обычно бывает в жизни, отдельные элементы системы сотовой связи существовали и раньше. В частности, некоторое подобие сотовой системы использовалось в 1949 г. в Детройте (США) диспетчерской службой такси - с повторным использованием частот в разных ячейках при ручном переключении каналов пользователями в оговоренных заранее местах. Однако архитектура той системы, которая сегодня известна как система сотовой связи, была изложена только в техническом докладе компании Bell System, представленном в Федеральную комиссию связи США в декабре 1971 г. И с этого времени начинается развитие собственно сотовой связи, которое стало поистине триумфальным с 1985 г., в последние десять с небольшим лет.

В 1974 г. Федеральная комиссия связи США приняла решение о выделении для сотовой связи полосы частот в 40 МГц в диапазоне 800 МГц; в 1986 г. к ней было добавлено ещё 10 МГц в том же диапазоне. В 1978 г. в Чикаго начались испытания первой опытной системы сотовой связи на 2 тыс. абонентов. Поэтому 1978 год можно считать годом начала практического применения сотовой связи. Первая автоматическая коммерческая система сотовой связи была введена в эксплуатацию также в Чикаго в октябре 1983 г. компанией American Telephone and Telegraph (AT&T). В Канаде сотовая связь используется с 1978 г., в Японии - с 1979 г., в Скандинавских странах (Дания, Норвегия, Швеция, Финляндия) - с 1981 г., в Испании и Англии - с 1982 г. По состоянию на июль 1997 г. сотовая связь работала более чем в 140 странах всех континентов, обслуживая более 150 млн абонентов.

Первой коммерчески успешной сотовой сетью была финская сеть Autoradiopuhelin (ARP). Это название переводится на русский как «Автомобильный радиотелефон». Запущенная в г., она достигла 100%-ного покрытия территории Финляндии в . Размер соты был равен около 30 км , в г. в ней было более 30 тыс. абонентов . Работала она на частоте 150 МГц .

Принцип действия сотовой связи

Основные составляющие сотовой сети - это сотовые телефоны и базовые станции . Базовые станции обычно располагают на крышах зданий и вышках. Будучи включённым, сотовый телефон прослушивает эфир, находя сигнал базовой станции. После этого телефон посылает станции свой уникальный идентификационный код. Телефон и станция поддерживают постоянный радиоконтакт, периодически обмениваясь пакетами. Связь телефона со станцией может идти по аналоговому протоколу (NMT-450) или по цифровому (DAMPS , GSM, англ. handover ).

Сотовые сети могут состоять из базовых станций разного стандарта, что позволяет оптимизировать работу сети и улучшить её покрытие.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Это позволяет абонентам одного оператора делать звонки абонентам другого оператора, с мобильных телефонов на стационарные и со стационарных на мобильные.

Операторы разных стран могут заключать договоры роуминга . Благодаря таким договорам абонент, находясь за границей, может совершать и принимать звонки через сеть другого оператора (правда, по повышенным тарифам).

Сотовая связь в России

В России сотовая связь начала внедряться с 1990 г., коммерческое использование началось с 9 сентября 1991 г., когда в Санкт-Петербурге компанией «Дельта Телеком» была запущена первая в России сотовая сеть (работала в стандарте NMT-450) и был совершён первый символический звонок по сотовой связи мэром Санкт-Петербурга Анатолием Собчаком . К июлю 1997 г. общее число абонентов в России составило около 300 тысяч. На 2007 год основные протоколы сотовой связи, используемые в России - GSM-900 и GSM-1800 . Помимо этого, работают и UMTS. В частности, первый фрагмент сети этого стандарта в России был введён в эксплуатацию 2 октября 2007 года в Санкт-Петербурге компанией «МегаФон ». В Свердловской области продолжает эксплуатироваться сеть сотовой связи стандарта DAMPS , принадлежащей компании Сотовая Связь «МОТИВ» .

В России в декабре 2008 г насчитывалось 187,8 млн пользователей сотовой связи (по числу проданных сим-карт). Уровень проникновения сотовой связи (количество SIM-карт на 100 жителей) на эту дату составил, таким образом, 129,4 %. В регионах, без учёта Москвы, уровень проникновения превысил 119,7 %.

Доля рынка крупнейших сотовых операторов на декабрь 2008 года составила: 34,4 % у МТС , 25,4 % у «Вымпелкома » и 23,0 % у «МегаФона ».

В декабре 2007 года число пользователей сотовой связи в России выросло до 172,87 млн абонентов, в Москве - до 29,9, в Питере - до 9,7 млн. Уровень проникновения в России - до 119,1 %, Москве - 176 %, Санкт-Петербурге - 153 %. Доля рынка крупнейших сотовых операторов на декабрь 2007 года составила: МТС 30,9 %, «ВымпелКом» 29,2 %, «МегаФон» 19,9 %, другие операторы 20 %.

Согласно данным британской исследовательской компании Informa Telecoms & Media за 2006 год, средняя стоимость минуты сотовой связи для потребителя в России составила $0,05 - это самый низкий показатель из стран «большой восьмёрки ».

Компания IDC на основе исследования российского рынка сотовой связи сделала вывод, что в 2005 году общая продолжительность разговоров по сотовому телефону жителей РФ достигла 155 миллиардов минут, а текстовых сообщений было отправлено 15 миллиардов штук.

Согласно исследованию компании J"son & Partners, количество зарегистрированных в России сим-карт по состоянию на конец ноября 2008 года достигло 183,8 млн .

См. также

Источники

Ссылки

Информационный сайт о поколениях и стандартах сотовой связи .
Сотовая связь в России 2002-2007, данные официальной статистики

Сотовая связь в России
Сотовые операторы	Utel Акос Алтайсвязь Байкалвестком Билайн ЕТК МегаФон Мотив МТС НСС НТК СМАРТС Скай Линк Сонет Сотел ССБ СТеК GSM ТомскТелеКом УУСС Цифровая экспансия‎
Сети продаж сотовых телефонов	Divizion Simфония АльтТелеком Банзай Беталинк Евросеть ИОН Связной Спектр Связи Телефон.Ру Телефорум Точка Ультра Цифроград Эльдорадо
Стандарты сотовой связи	D-AMPS GSM IMT-MC-450 IS-95

Мобильная связь, функционирующая сегодня по всему миру, традиционно считается относительно новым изобретением. Однако, первые концепции организации инфраструктуры мобильных коммуникаций появились еще в начале 20 века. На вопрос, в какой стране появились первые мобильные телефоны и когда, однозначно ответить сложно. Но если попытаться это сделать — какие факты о развитии телефонной связи с применением радиооборудования стоит изучить прежде всего? Исходя из каких критериев те или иные устройства следует относить к мобильным телефонам?

История мобильных телефонов: основные факты

Ответить на вопрос — кто изобрел первый мобильный телефон в мире, мы сможем, прежде всего, ознакомившись с историей создания соответствующих коммуникационных девайсов.

Концепции и прототипы устройств связи, с функциональной точки зрения близких мобильным телефонам, начали обсуждаться в различных сообществах (научных, инженерных) еще в начале 20 века. Но собственно сотовый телефон как абонентское средство связи предложила в конце 70-х годов разработать лаборатория Bell Laboratories, которая принадлежала одной из крупнейших американских корпораций — AT&T. В числе первых государств, успешно внедривших коммерческие системы мобильной связи — Финляндия. Системы мобильной связи активно развивались и в СССР.

Но какое государство опередило остальные в части внедрения мобильных телефонов?

Полезно будет остановиться подробнее на советских изобретениях — ознакомление с фактами о них поможет нам понять, когда появился первый мобильный телефон в мире и в какой стране.

Во время Великой Отечественной войны идею о создании особого устройства, монофона, предложил советский ученый Георгий Ильич Бабат. Данный аппарат должен был представлять собой переносной телефон, функционирующий в автоматическом режиме. При этом предполагалось, что он будет работать в диапазоне 1-2 ГГц. Принципиальной особенностью аппарата, предложенного Г.И. Бабатом, являлось обеспечение передачи голоса посредством разветвленной сети специальных волноводов.

В 1946 году Г. Шапиро и И. Захарченко предложили организовать систему радиотелефонной связи, в рамках которой устройства для приема и передачи голоса должны были размещаться в автомобилях. В соответствии с данной концепцией, основой инфраструктуры мобильной связи должны были быть действующие городские станции, дополненные специальным радиооборудованием. В качестве идентификатора абонента предполагалось использовать специальные позывные.

В апреле 1957 года советский инженер Леонид Иванович Куприянович создал опытный образец коммуникационного устройства — радиотелефона ЛК-1. Данный прибор обладал радиусом действия порядка 30 км и имел значительный вес — порядка 3 кг. Он мог обеспечивать связь за счет взаимодействия со специальной АТС, которая могла подключаться к городским телефонным линиям. Впоследствии телефон был усовершенствован. Так, Л.И. Куприянович значительно уменьшил вес и габариты устройства. В обновленной версии размер аппарата был примерно равен величине 2 папиросных коробок, сложенных друг на друга. Вес радиотелефона составлял порядка 500 граммов вместе с аккумулятором. Рассчитывалось, что советский мобильный телефон найдет широкое применение в народном хозяйстве, в быту и станет предметом личного пользования граждан.

Радиотелефон Л.И. Куприяновича позволял не только осуществлять звонки, но и принимать их - при условии присвоения персонального номера, а также задействовании инфраструктуры, позволяющей передавать сигналы с АТС на автоматические телефонные радиостанции, а с них — уже на абонентские устройства.

Исследования в области мобильной связи проводились и в других социалистических странах. Например, в 1959 году болгарский ученый Христо Бачваров разработал мобильное устройство, схожее по основным принципом с телефоном Л.И. Куприяновича, и запатентовал его.

Можно ли сказать, что первый в мире мобильный телефон был изобретен, таким образом, в СССР или в других соцстранах?

Критерии отнесения устройств к мобильным телефонам

Прежде всего, стоит определиться с тем, что считать, собственно, мобильным телефоном. В соответствии с распространенным определением, под таковым следует считать устройство, которое:

Компактно (человек может носить его с собой);

Работает с использованием каналов радиосвязи;

Позволяет одному абоненту вызвать другого с использованием уникального номера;

Определенным образом интегрировано с проводными телефонными сетями;

Общедоступно (возможность подключения не требует получения разрешения от тех или иных компетентных органов и ограничивается финансовыми и инфраструктурными ресурсами абонентов).

С этой точки зрения полноценного мобильного телефона в все же изобретено не было. Но, безусловно, приведенные выше критерии определения мобильного телефона нельзя считать универсальными. И если из них убрать, в частности, общедоступность и компактность, то остальным вполне может соответствовать советская система «Алтай». Рассмотрим ее особенности подробнее.

Советский опыт развития мобильной связи: система «Алтай»

Изучая вопрос о том, какой самый первый мобильный телефон в мире, полезно ознакомиться с основными фактами о соответствующей системе связи. У аппаратов, подключенных к ней, имелись, в принципе, все признаки мобильного телефона, кроме общедоступности. Данная система, таким образом:

Позволяла одним абонентам вызывать других по номерам;

Была определенным образом интегрирована с городскими сетями.

Но общедоступной она не была: списки абонентов утверждались на ведомственном уровне. Система «Алтай» была запущена в 60-х годах в Москве, а в 70-х была развернута еще более чем в 100 городах СССР. Активно использовалась в период проведения Олимпиады 1980 года.

Имелись в СССР планы по созданию системы мобильной связи, к которой могли бы подключаться все желающие. Но в связи с экономическими и политическими сложностями середины-конца 80-х работы над развитием данной концепции были свернуты.

В постсоветской России были внедрены западные стандарты сотовой связи. К тому моменту они уже довольно долго обеспечивали коммуникации между устройствами, которые можно было называть полноценными мобильными телефонами. Изучим то, каким образом развивались соответствующие стандарты на Западе. Это, опять же, поможет нам ответить на вопрос, где и когда появился первый в мире мобильный телефон.

История мобильной связи в США

Как мы отметили в начале статьи, прототипы мобильных телефонов на Западе начали появляться еще в начале 20 века. В 30-40-х годах начали внедряться реальные разработки. В 1933 году между автомобилями Нью-Йоркской полиции могла осуществляться связь с использованием полудуплексных радиопередатчиков. В 1946 году в была развернута мобильная сеть, в которой частные абоненты могли осуществлять связь друг с другом с использованием радиооборудования при посредничестве оператора. В 1948-м в была запущена инфраструктура, позволяющая одному абоненту вызывать другого уже в автоматическом режиме.

Можно ли сказать о том, что именно в США, таким образом, был изобретен первый в мире мобильный телефон? Если рассматривать указанные выше критерии отнесения радиотелефона к устройству соответствующего типа — да, можно так сказать, но применительно к более поздним американским разработкам. Дело в том, что принципы ее функционирования американских сотовых сетей 40-х годов были очень далеки от тех, что характеризуют современные

Системы, подобные тем, что были развернуты в штатах Миссури и Индиана в 40-х годах, имели существенные ограничения по частотам и каналам. Это не позволяло подключать к мобильным сетям достаточно большое количество абонентов одновременно. Решение данной проблемы было предложено специалистом компании Bell Д. Рингом, который предложил разделить территорию распространения радиосигнала на ячейки или соты, которые бы образовывались специальными базовыми станциями, функционирующими на разных частотах. Данный принцип, в целом, реализуется и современными сотовыми операторами. Реализация концепции Д. Ринга на практике была осуществлена в 1969 году.

История мобильной связи в Европе и Японии

В Западной Европе первые системы телефонной связи с использованием радиооборудования были испытаны в 1951 году. В 60-х годах работы в данном направлении активно велись в Японии. Примечательно, что именно японские разработчики установили, что оптимальная частота для развертывания инфраструктуры мобильной связи — 400 и 900 МГц. Сегодня данные частоты — в числе основных, что применяются сотовыми операторами.

Одной из передовых стран в части внедрения наработок в области организации функционирования полноценной сотовых сетей стала Финляндия. В 1971 году финны начали развертывать коммерческую сотовую сеть, территория покрытия которой к 1978 году достигла размеров всей страны. Означает ли это, что самый первый мобильный телефон в мире, функционирующий по современным принципам, появился в Финляндии? Есть определенные аргументы в пользу данного тезиса: в частности, установлен факт разворачивания финскими телекоммуникационными корпорациями соответствующей инфраструктурыв масштабах страны.Но в соответствии с традиционной точкой зрения, подобный девайс появился все же в США. Главную роль в этом, опять же, если рассматривать популярную версию, сыграла компания Motorola.

Концепции сотовой связи от Motorola

В начале 70-х годов в США развернулась весьма жесткая конкуренция между поставщиками услуг и оборудования в перспективном сегменте рынка — в сфере сотовой связи. Главными соперниками здесь стали корпорации AT&T и Motorola. При этом, первая компания делала акцент на развертывании автомобильных систем связи — к слову,как и телекоммуникационные корпорации Финляндии, вторая — на внедрении компактных девайсов, которые любой желающий абонент мог носить с собой.

Победила вторая концепция, и на ее основе корпорация Motorola начала развертывание, фактически, полноценной в современном понимании сотовой сети с использованием компактных девайсов.Первый в мире мобильный телефон в рамках инфраструктуры Motorola, опять же, в соответствии с традиционным подходом, был задействован как абонентское устройство в 1973 году. Через 10 лет в США была запущена полноценная коммерческая сеть, к которой могли подключаться рядовые американцы.

Рассмотрим, что представлял собой первый в мире мобильный телефон, изобретенный, в соответствии с популярной точкой зрения, инженерами американской компании Motorola.

Первый сотовый телефон: характеристики

Речь идет о девайсе Motorola DynaTAC. Он весил порядка 1,15 кг. Его размер составлял 22,5 x 12,5 x 3,75 см. На нем были расположены цифровые клавиши для набора номера, а также две специальные кнопки для отправки вызова, а также прекращения разговора. Девайс имел аккумулятор, благодаря которому мог функционировать в режиме ожидания вызова порядка 8 часов, а в режиме разговора — примерно 1 час. Заряжать аккумулятор первого сотового телефона нужно было более 10 часов.

Как выглядит первый в мире мобильный телефон? Фото устройства — ниже.

Впоследствии фирма Motorola выпустила ряд модернизированных версий девайса. Если говорить о коммерческой сети Motorola — первый мобильный телефон в мире был сделан для соответствующей инфраструктуры в 1983 году.

Речь идет об устройстве Motorola DynaTAC 8000X. Весил данный аппарат порядка 800 граммов, его размеры были сопоставимы с первой версией устройства. Примечательно, что в его памяти могло храниться 30 абонентских номеров.

Кто же изобрел первый мобильный телефон?

Итак, постараемся ответить на наш главный вопрос — кто изобрел первый в мире мобильный телефон. История развития телефонной связи с использованием радиооборудования говорит о том, что самое первое устройство, которое полноценно соответствовало критериям отнесения к мобильным телефонам, актуальным и сегодня, было изобретено компанией Motorola в США и показано миру в 1973 году.

Однако неверно будет говорить о том, что данная корпорация внедрила принципиально новую разработку. Мобильные телефоны — в том смысле, что они являлись радиооборудованием и обеспечивали связь между абонентами по уникальному номеру - к тому моменту использовались в СССР, Европе, Японии. Если говорить о том, когда был коммерциализирован первый в мире мобильный телефон — фирма, его разработавшая, запустила соответствующий бизнес в 1983 году, позже, чем, в частности, подобные проекты были внедрены в Финляндии.

Таким образом, корпорацию Motorola правомерно считать первой, которая предложила мобильный телефон в современном понимании — в частности, функционирующий по принципу распределения базовых станций по сотам, а также имеющий компактный формат. Таким образом, если говорить о том, где именно был изобретен первый в мире мобильный телефон, в какой стране — как переносной, компактный аппарат, являющийся частью инфраструктуры сотовой связи, то правомерно будет определить, что данным государством стали США.

Вместе с тем, стоит отметить, что советская система «Алтай» функционировала вполне успешно и без внедрения технологий американского образца. Таким образом, инженеры из СССР принципиально доказали возможность развертывания инфраструктуры мобильной связи в национальном, фактически, масштабе, без использования принципов распределения базовых станций по сотам.

Не исключено, что без экономических и политических проблем 80-х СССР внедрил бы собственные мобильные сети, функционирующие на основе концепций, альтернативных американским, и они бы работали не хуже. Однако, факт — сегодня в России используются стандарты сотовой связи, разработанные в западном, предложившем и коммерциализировавшем первые мобильные телефоны, мире.

Стоит отметить, что система «Алтай» фактически работала до 2011 года. Таким образом, советские инженерные наработки долгое время сохраняли актуальность, и это может свидетельствовать о том, что они, возможно, при необходимой доработке, могли бы составить достойную конкуренцию зарубежным концепциям выстраивания инфраструктуры сотовой связи.

Резюме

Итак, кто изобрел первый в мире мобильный телефон? Кратко ответить на этот вопрос сложно. Если под мобильным телефоном понимать компактное абонентское радиооборудование, интегрированное с городскими сетями, функционирующее по сотовому принципу и доступное для всех желающих, то, вероятно, впервые данная инфраструктура была внедрена американской компанией Motorola.

Если говорить о первых коммерческих сотовых сетях — то таковые, вероятно, в масштабе всего государства были внедрены в Финляндии, однако с применением устройств, ориентированных на размещение в автомобилях. Некоммерческие закрытые мобильные сети успешно разворачивались также, фактически, в национальном масштабе, в СССР.

Знаете ли вы, что происходит после того, как вы набрали номер друга на мобильном телефоне? Как сотовая сеть находит его в горах Андалусии или на побережье далекого острова Пасхи? Почему иногда неожиданно разговор прерывается? На прошлой неделе я побывал в компании Beeline и попытался разобраться, как устроена сотовая связь…

Большая площадь населенной части нашей страны покрыта Базовыми Станциями (БС). В поле они выглядят как красно-белые вышки, а в городе спрятаны на крышах нежилых домов. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров и общается с мобильным телефоном по служебным или голосовым каналам.

После того, как вы набрали номер друга, ваш телефон связывается с ближайшей к вам Базовой Станцией (БС) по служебному каналу и просит выделить голосовой канал. Базовая Станция отправляет запрос на контроллер (BSC), а тот переадресует его на коммутатор (MSC). Если ваш друг является абонентом той же сотовой сети, то коммутатор сверится с Home Location Register (HLR), выяснит, где в данный момент находится вызываемый абонент (дома, в Турции или на Аляске), и переведет звонок на соответствующий коммутатор, откуда тот его переправит на контроллер и затем на Базовую Станцию. Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном и соединит вас с другом. Если ваш друг абонент другой сети или вы звоните на городской телефон, то ваш коммутатор обратится к соответствующему коммутатору другой сети. Сложно? Давайте разберемся подробнее. Базовая Станция представляет из себя пару железных шкафов, запертых в хорошо кондиционируемом помещении. Учитывая, что в Москве было на улице +40, мне захотелось немного пожить в этом помещении. Обычно, Базовая Станция находится либо на чердаке здания, либо в контейнере на крыше:

Антенна Базовой Станции разделена на несколько секторов, каждый из которых «светит» в свою сторону. Вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, круглая соединяет Базовую Станцию с контроллером:

Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно, в зависимости от настройки и конфигурации. Базовая Станция может состоять из 6 секторов, таким образом, одна Базовая Станция может обслуживать до 432 звонков, однако, обычно на станции установлено меньшее количество передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи. Базовая Станция может работать в трех диапазонах: 900 МГц — сигнал на этой частоте распространяется дальше и лучше проникает внутрь зданий 1800 МГц — сигнал распространяется на более короткие расстояния, но позволяет установить большее количество передатчиков на 1 секторе 2100 МГц — Сеть 3G Вот так выглядит шкаф с 3G оборудованием:

На Базовые Станции в полях и деревнях устанавливают передатчики 900 МГц, а в городе, где Базовые Станции натыканы как иглы у ежика, в основном, связь осуществляется на частоте 1800 МГц, хотя на любой Базовой Станции могут присутствовать передатчики всех трех диапазонов одновременно.

Сигнал частотой 900 МГц может бить до 35 километров, хотя «дальность» некоторых Базовых Станций, стоящих вдоль трасс, может доходить до 70 километров, за счет снижения числа одновременно обслуживаемых абонентов на станции в два раза. Соответственно, наш телефон с его маленькой встроенной антенной также может передавать сигнал на расстояние до 70 километров… Все Базовые Станции проектируются таким образом, чтобы обеспечить оптимальное покрытие радиосигналом на уровне земли. Поэтому, несмотря на дальность в 35 километров, на высоту полета самолетов радиосигнал просто не посылается. Тем не менее, некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих самолетах маломощные базовые станции, которые обеспечивают покрытие внутри самолета. Такая БС соединяется с наземной сотовой сетью с помощью спутникового канала. Система дополняется панелью управления, которая позволяет экипажу включать и выключать систему, а также отдельные типы услуг, например, выключать голос на ночных рейсах. Телефон может измерять уровень сигнала от 32 Базовых Станций одновременно. Информацию о 6-ти лучших (по уровню сигнала) он отправляет по служебному каналу, и уже контроллер (BSC) решает, какой БС передать текущий звонок (Handover), если вы находитесь в движении. Иногда телефон может ошибиться и перебросить вас на БС с худшим сигналом, в этом случае разговор может прерваться. Также может оказаться, что на Базовой Станции, которую выбрал ваш телефон, все голосовые линии заняты. В этом случае разговор также прервется. Еще мне рассказали о так называемой «проблеме верхних этажей». Если вы живете в пентхаусе, то иногда, при переходе из одной комнаты в другую, разговор может прерываться. Это происходит потому, что в одной комнате телефон может «видеть» одну БС, а во второй — другую, если она выходит на другую сторону дома, и, при этом эти 2 Базовые Станции находятся на большом удалении друг от друга и не прописаны как «соседние» у сотового оператора. В этом случае передача звонка с одной БС на другую происходить не будет:

Связь в метро обеспечивается так же, как и на улице: Базовая Станция – контроллер – коммутатор, с той лишь разницей, что применяются там маленькие Базовые Станции, а в тоннеле покрытие обеспечивается не обычной антенной, а специальным излучающим кабелем. Как я уже писал выше, одна БС может производить до 432 звонков одновременно. Обычно этой мощности хватает за глаза, но, например, во время некоторых праздников БС может не справиться с количеством желающих позвонить. Обычно это случается на Новый Год, когда все начинают поздравлять друг друга. SMS передаются по служебным каналам. На 8 марта и 23 февраля люди предпочитают поздравлять друг друга с помощью SMS, пересылая смешные стишки, и телефоны зачастую не могут договориться с БС о выделении голосового канала. Мне рассказали интересный случай. Из одного района Москвы стали поступать жалобы от абонентов о том, что они не могут никуда дозвониться. Технические специалисты стали разбираться. Большинство голосовых каналов было свободно, а все служебные были заняты. Оказалось, что рядом с этой БС находился институт, в котором шли экзамены и студенты беспрерывно обменивались эсэмэсками. Длинные SMS телефон делит на несколько коротких и отправляет каждое отдельно. Сотрудники технической службы советуют отправлять такие поздравления с помощью MMS. Это будет быстрее и дешевле. С Базовой Станции звонок попадает на контроллер. Выглядит он так же скучно, как и сама БС — это просто набор шкафов:

В зависимости от оборудования, контроллер может обслуживать до 60 Базовых Станций. Связь между БС и контроллером (BSC) может осуществляться по радиорелейному каналу либо по оптике. Контроллер осуществляет управление работой радиоканалов, в т.ч. контролирует передвижение абонента, передачу сигнала с одной БС на другую. Гораздо интереснее выглядит коммутатор:

Каждый коммутатор обслуживает от 2 до 30 контроллеров. Он занимает уже большой зал, заставленный различными шкафами с оборудованием:

10.

11.

12.

Коммутатор осуществляет управление трафиком. Помните старые фильмы, где люди сначала дозванивались до «девушки», а затем она уже соединяла их с другим абонентом, перетыкивая проводки? Этим же занимаются и современные коммутаторы:

13.

Для контроля за сетью у Билайна есть несколько автомобилей, которые они ласково называют «ежики». Они передвигаются по городу и измеряют уровень сигнала собственной сети, а также уровень сети коллег из «Большой Тройки»:

14.

Вся крыша такого автомобиля утыкана антеннами:

15.

Внутри стоит оборудование, осуществляющее сотни звонков и снимающее информацию:

16.

Круглосуточный контроль за коммутаторами и контроллерами осуществляется из Центра Управления Полетами Центра Контроля Сети (ЦКС):

17.

Существует 3 основных направления по контролю за сотовой сетью: аварийность, статистика и обратная связь от абонентов. Так же, как и в самолетах, на всем оборудовании сотовой сети стоят датчики, которые посылают сигнал в ЦКС и выводят информацию на компьютеры диспетчеров. Если какое-то оборудование вышло из строя, то на мониторе начнет «мигать лампочка». ЦКС также отслеживает статистику по всем коммутаторам и контроллерам. Он анализирует ее, сравнивая с предыдущими периодами (часом, сутками, неделей и т.д.). Если статистика какого-то из узлов стала резко отличаться от предыдущих показателей, то на мониторе опять начнет «мигать лампочка». Обратную связь принимают операторы абонентской службы. Если они не могут решить проблему, то звонок переводится на технического специалиста. Если же и он оказывается бессильным, то в компании создается «инцидент», который решают инженеры, занимающиеся эксплуатацией соответствующего оборудования. За коммутаторами круглосуточно следят по 2 инженера:

18.

На графике показана активность московских коммутаторов. Хорошо видно, что ночью практически никто не звонит:

19.

Контроль за контроллерами (простите за тавтологию) осуществляется со второго этажа Центра Контроля Сети:

22.

21.

Введение

Алгоритм функционирования систем сотовой связи

Инициализация и установление связи

Аутентификация и идентификация

Передача обслуживания (при маршрутизации)

Роуминг

Обслуживание вызовов в стандарте GSM

Заключение

Введение

Компьютеризация телекоммуникационного оборудования идет параллельно с процессами приватизации национальных систем связи, появлением на рынке крупных фирм - операторов, что приводит к усилению конкурентной борьбы. В результате снижаются расценки на телекоммуникационные услуги, расширяется их ассортимент, а пользователи имеют возможность выбора.

Большинство промышленно развитых стран интенсивно переходит на цифровой стандарт связи, который позволяет мгновенно передавать колоссальные объемы информации с высокой степенью защиты ее содержания. В мировых телекоммуникациях отчетливо проявляется тенденция развития полносервисных сетей, построенных на базе технологии коммутации пакетов услуг.

В настоящее время в первую десятку стран, которые имеют наиболее развитые системы связи и телекоммуникаций, отвечающие мировым стандартам, входят Сингапур, Швеция, Новая Зеландия, Финляндия, Дания, США, Гонконг, Турция, Норвегия и Канада. Казахстан в рейтинге стран по уровню развития телекоммуникационных систем уступает не только промышленно развитым, но и многим развивающимся государствам.

Спрос на информационные технологии, современные компьютеры и офисное оборудование в последние годы оказывает существенное влияние на динамику и структуру мировой экономики. Настоящей революцией в сфере информационных технологий стало появление и бурное развитие системы сотовой связи, сформировавшейся к началу третьего тысячелетия в одну из ведущих отраслей мировой экономики.

сотовая связь роуминг

1. Алгоритм функционирования систем сотовой связи

Алгоритмы функционирования систем сотовой связи различных стандартов в основном схожи. Когда подвижная станция находится в режиме ожидания, его приемное устройство постоянно сканирует либо все каналы, либо только каналы управления (КУ). Для вызова абонента всеми БС по каналам управления передается сигнал вызова. ПС вызываемого абонента при получении этого сигнала отвечает по одному из свободных КУ. БС, принявшая ответный сигнал, передает информацию о его параметрах на центр коммутации (ЦК), который переключает разговор на ту БС, где зафиксирован максимальный уровень сигнала ПС вызываемого абонента.

Во время набора номера ПС занимает один из свободных каналов, уровень сигнала БС в котором в данный момент максимален. По мере удаления абонента от БС или в связи с ухудшением условий распространения сигнала, абонент автоматически переключается на другой свободный канал или другую БС. Специальная процедура, называемая эстафетной передачей (Handover ) позволяет безобрывно переключить разговор на свободный канал другой БС, в зоне действия которой оказался абонент. Для контроля таких ситуаций БС снабжена специальным приемником, периодически измеряющим уровень сигнала от ПС и сравнивающим его с допустимым порогом. (В некоторых моделях ПС также производится периодическое измерение уровня принимаемого сигнала и оценивается его качество). Если уровень сигнала меньше порогового, то информация об этом автоматически передается на центр коммутации по служебному каналу связи. Центр коммутации выдает команду на измерения сигнала от данного абонента на другие БС (сразу на несколько), окружающие абонента ПС. После получения ответа от этих БС центр коммутации выбирает наиболее подходящую БС.

В случае, если все каналы БС заняты обслуживанием абонентов и в это время поступает заявка на обслуживание от очередного абонента, то, как временная мера (до освобождения одного из каналов), возможно использование принципа эстафетной передачи даже внутри одной соты. При этом происходит не блокировка вызова, а производится поочередное переключение всех участвующих в связи абонентов с канала на канал. В таком процессе на можно поочередно отдавать некоторое время от всех каналов новому абоненту. Образуется как бы «запасной» канал.

Одна из важнейших услуг сети сотовой связи - предоставление набора услуг для абонента с одной и той же подвижной станции (радиотелефона) в других городах, регионах и даже других странах, так называемый роуминг (Roaming ). Для осуществления такой услуги между операторами сетей сотовой связи должен быть договор на оказание роуминга абонентам, приезжающим из районов, обслуживаемых другими операторами.

2. Инициализация и установление связи

В работе ПС в зоне обслуживания «своей» сети можно выделить четыре режима, сходных по сути для систем разных стандартов:

· режим ожидания;

· режим установления связи (вызова);

· режим ведения связи (телефонного разговора).

Если ПС полностью выключена (обесточена), то после включения питания на ПС автоматически производится процесс инициализации -начального запуска . В течении этого режима происходит настройка ПС на работу в составе системы - по сигналам, регулярно передаваемым базовыми станциями по каналам управления (КУ). По окончании инициализации ПС переходит в режим ожидания. Конкретное содержание операций по инициализации зависит от стандарта системы сотовой связи.

В режиме ожидания , ПС отслеживает:

· изменения информации со стороны системы, связанные как с изменениями в работе системы, так и в связи с перемещениями самой ПС;

· команды системы (например, подтвердить работоспособность, измерить уровень принимаемого сигнала и т.п.;

· получение вызова со стороны системы;

· инициализацию вызова со стороны собственного абонента.

Кроме того, ПС может периодически, например раз в 10-15 минут подтверждать свою работоспособность, передавая соответствующие сигналы на БС или передавать иные сообщения для системы независимо от ведения сеанса связи. В центре коммутации (ЦК) для каждой из включенных ПС фиксируется ячейка, в которой она «зарегистрирована», что облегчает организацию процедуры вызова мобильного абонента. Если ПС не подтверждает свою работоспособность в течении определенного времени, то ЦК считает ее выключенной и поступающий на эту ПС вызов не передается. Поэтому питание ПС обычно не выключается и ПС находится в режиме дежурного приема.

Процедура установления связи заключается в следующем. Если со стороны системы или из сети ТФОП поступает на ЦК вызов номера мобильного абонента, то ЦК направляет этот вызов на БС той ячейки, в которой была зарегистрирована ПС, или на несколько БС в окрестности этой ячейки (с учетом возможного перемещения абонента). БС передают вызов по соответствующим каналам вызова. Если ПС находится в режиме ожидания, то она принимает вызов и отвечает на него через свою БС, передавая одновременно данные для проведения процедуры аутентификации. При положительном результате аутентификации через БС для ПС назначается канал трафика и сообщается номер частотного канала. Подвижная станция настраивается на выделенный канал и совместно с БС выполняет необходимые действия по подготовке к сеансу связи. На этом этапе ПС по сигналам синхронизации настраивается на заданный номер слота в кадре, уточняет задержку во времени, подстраивает уровень излучаемой мощности и т.п. Выбор временной задержки производится с целью временного согласования слотов в кадре (на прием в БС) при организации связи с подвижными станциями, находящимися на разных дальностях от БС. При этом временная задержка передаваемой ПС пачки регулируется по командам БС.

Затем БС выдает сообщение о подаче вызова (звонка), которое подтверждается подвижной станцией, и вызывающий абонент слышит сигнал вызова. Когда вызываемый абонент отвечает на вызов («снимает трубку»), ПС выдает на БС запрос на завершение соединения. С завершением соединения начинается собственно сам сеанс связи (разговор).

В процессе разговора ПС производит обработку передаваемых и принимаемых сигналов речи, а также передаваемых одновременно с речью сигналов управления. По окончании разговора происходит обмен служебными сообщениями между ПС и БС (запрос или команда на отключение с подтверждением), после чего передатчик ПС выключается и станция переходит в дежурный режим (режим ожидания).

Если вызов инициируется со стороны ПС, т.е. абонент ПС набирает вызываемый номер, убеждается по дисплею в правильности набора и нажимает соответствующую кнопку вызова на панели ПС, то ПС передает через свою БС сообщение с указанием номера вызываемого абонента и данными для аутентификации станции. После успешной аутентификации БС назначает канал трафика. Последующие шаги по подготовке сеанса связи производятся таким же образом, что и при поступлении вызова со стороны системы.

Если связь устанавливается между двумя мобильными абонентами, то процедура установления связи практически ничем не отличается от установления связи с абонентами сети ТФОП, поскольку все соединения устанавливаются через коммутатор мобильной связи ЦК (MSC). Ели оба мобильных абонента относятся к одной и той же сотовой системе, то связь устанавливается через ЦК без выхода в на коммутаторы сети ТФОП.

3. Аутентификация и идентификация

Процедуры аутентификации и идентификации выполняются при каждом установлении связи. Аутентификация - процедура подтверждения подлинности (действительности, законности, наличия прав на пользование услугами сети сотовой связи) абонента. Идентификация - это процедура отождествления мобильного аппарата (т.е. подвижной станции). При этом определяется принадлежность ПС к одной из групп, обладающих определенными признаками, а также выявляются неисправные и украденные аппараты.

Идея процедуры аутентификации в цифровой системе заключается в шифровании некоторых паролей-идентификаторов с использованием квазислучайных чисел, периодически передаваемых на ПС с ЦК, и индивидуального для каждой ПС алгоритма шифрования. Такое шифрование с использованием одних и тех же исходных данных и алгоритмов, производится как на ПС так и в ЦК (или в центре аутентификации). Аутентификация считается успешной, если оба результата совпадают.

4. Передача обслуживания (при маршрутизации)

Базовая станция, находящаяся примерно в центре соты, обслуживает все ПС в пределах своей ячейки. При перемещении ПС из одной ячейки в другую, ее обслуживание соответственно передается на другую БС. Процесс передачи обслуживания происходит без прерывания связи, т.е. происходит эстафетная передача обслуживания. Если ПС перемещается из одной соты в другую в режиме ожидания, она просто отслеживает эти перемещения по информации системы, передаваемой по каналам управления, и в нужный момент перестраивается на более сильный сигнал другой БС.

Решение о передаче обслуживания принимает центр коммутации. С центра коммутации на «новую» БС идет команда на передачу обслуживания с целью, чтобы эта БС могла выделить необходимые каналы, а затем на ПС через «старую» БС передаются необходимые команды с указанием нового частотного канала, номера рабочего слота и т.п. ПС автоматически перестраивается на новый канал и настраивается на совместную работу с новой БС. Процесс перестройки занимает доли секунды и остается незаметным для абонента.

5. Роуминг

Роуминг - это функция или процедура предоставления услуг системы сотовой связи абоненту одного оператора в системе другого оператора (разумеется в совместимых стандартах). При перемещении абонента в другую сеть и выходе на связь, центральный коммутатор новой сети запрашивает (по специальным каналам связи) информацию об абоненте из первоначальной сети, где зарегистрирован пользователь. При наличии подтверждения полномочий у абонента новая сеть регистрирует его у себя. Данные о местоположении абонента постоянно обновляются в первоначальной сети и все поступающие туда вызовы автоматически переадресовываются в ту сеть, где в данный момент находится абонент.

Для организации роуминга участвующие в таком договоре сети должны быть совместимых стандартов. Центры коммутации всех сетей должны быть соединены между собой специальными каналами связи (проводные линии, телефонные линии, радиосвязь и т.п.) для обмена служебными данными.

Различают три вида роуминга: ручной, полуавтоматический и автоматический. При ручном виде роуминга служебных соединений между ЦК может и не быть. Просто при переходе абонента в другую сеть он обменивает свой радиотелефон на другой, подключенный к новой системе. При полуавтоматическом варианте абонент должен предварительно поставить своего оператора в известность о переходе в систему обслуживания другой сети.

Гораздо более сложные операции приходится производить при автоматическом роуминге. Абонент сотовой сети, оказавшийся на территории другой сети инициирует вызов обычным образом, как и в своей сети. ЦК новой сети, убедившись, что в его домашнем регистре HLR этот абонент не значится, воспринимает его как роумера и заносит в гостевой регистр VLR. Одновременно (или с некоторой задержкой) он запрашивает в HLR «родной» системы роумера относящиеся к нему сведения, необходимые для организации обслуживания (оговоренные виды услуг, пароли, шифры), а также сообщает, в какой системе роумер находится в настоящее время. Новое местоположение фиксируется в HLR «родной» системы. После этого роумер пользуется сотовой связью в новой системе как и дома. Вызовы исходящие от него обслуживаются обычным образом, с той только разницей, что относящиеся к нему сведения фиксируются не в HLR. А в VLR. Вызовы, поступающие на номер роумера в его «домашней» сети, переадресуются «домашней» сетью на ту систему, где роумер гостит. По возвращении роумера домой в HLR «родной» системы стирается адрес той системы, где роумер находился, а в VLR той системы, в свою очередь, стираются сведения о роумере.

В стандарте GSM процедура роуминга заложена как обязательный элемент. Кроме того, в стандарте GSM имеется возможность роуминга с SIM - картами с перестановкой этих карт из одного аппарата в другой для поддержания различных вариантов стандарта GSM (GSM-900, GSM-1800? GSM-1900), поскольку во всех трех вариантах стандарта используются унифицированные SIM - карты. Процедура роуминга в стандарте GSM становится еще более удобной с появлением двухрежимных, а в перспективе и трехрежимных абонентских терминалов, обеспечивающих работу во всех диапазонах частот стандарта GSM.

6. Обслуживание вызовов в стандарте GSM

При рассмотрении сотовых телефонных сетей в рамках глобальной сети следует учитывать, что абонентская подключается не просто к коммутатору мобильной связи, а непосредственно в сеть, которая может объединять не только несколько сотовых сетей в пределах одной страны, но и сети многих стран. В общем виде можно выделить следующие зоны обслуживания глобальной сети телефонной связи:

· сота (Cell);

· зона местонахождения или поиска (Location Area);

· зона обслуживания центральным коммутатором мобильной связи (MSC Service Area);

· зона обслуживания сотовой телефонной сети (СТС) общего пользования с несколькими центрами коммутации (PLMN Service Area);

· зона обслуживания глобальной системы (GSM service Area).

Под сотой здесь понимают зону обслуживания оной БС (BTS). Зона местонахождения или поиска объединяет ряд сот контролируемых одним или несколькими контроллерами (BSC), но в пределах одного коммутатора мобильной связи (MSC). При этом в пределах зоны местонахождения абонент может свободно перемещаться без обновления данных в гостевом регистре (VLR). Кроме того, в пределах этой зоны обслуживания осуществляется передача адреса для поиска конкретной ПС.

Зона обслуживания центра коммутации (MSC) является частью общей системы. Абонент зарегистрирован в VLR конкретного ЦК и он может свободно перемещаться в пределах данной зоны обслуживания без передачи его абонентских данных в другой VLR и обновления данных в HLR.

Зона обслуживания систем сотовой связи общего пользования определяется зонами обслуживания каждого центра коммутации, входящего в эту систему и через которые осуществляется выход на другие сети электросвязи, в том числе к другим зонам обслуживания сотовых телефонных сетей общего пользования.

Зона обслуживания глобальной сотовой телефонной сети объединяет все зоны обслуживания национальных сотовых телефонных сетей. При этом имеется ввиду, что все национальные сотовые сети должны быть построены в соответствии со стандартом GSM.

Такой подход к функциональной организации глобальной сети по зонам определяет и систему нумерации сети. Учитывая, что сотовая телефонная сеть GSM может обеспечить связь ПС с абонентами стационарной ТФОП (в перспективе ISDN), а через нее и с абонентами других сетей электросвязи, она должна входить в общий план нумерации стационарной сети ТФОП в соответствии с рекомендациями МККТТ Е.164.

При этом номер подвижной станции в общем плане нумерации MSISDN (Mobile Station ISDN Number) содержит: код страны, код сети, номер абонента. Для России такой номер будет представлен в виде: 7АВСавххххх. Однако СТС GSM является выделенной и может объединять СТС различных стран. Поэтому в соответствии с рекомендациями стандарта GSM в пределах сети GSM принята единая нумерация, и при регистрации абоненту присваивается единый международный номер IMSI, длина которого не должна превышать 15-ти цифр. Структура номера IMSI аналогична структуре номера MSISDN, но под код страны в сети GSM отводится 3 цифры; под код сети 1-2 цифры; под номер абонента максимум 11 цифр. Кроме того, возникает проблема при маршрутизации входящих в ЦК вызовов от сети ТФОП из-за того, что ПС, свободно перемещаясь, может изменить зоны обслуживания (и, например, оказаться в зоне другой АТС с другой нумерацией). Вследствии чего, в отличие от стационарных телефонных сетей, в списочном номере (MSIDN IMSI) не может быть заложен код логического направления связи, однозначно определяющий MSC, в зоне обслуживания которого в данный момент находится вызываемая ПС. Чтобы обеспечить возможность маршрутизации, каждый MSC (VLR) имеет в своем распоряжении совокупность номеров MSRN, которые по требованию предоставляются головному MSC (если система имеет несколько MSC) только на время маршрутизации вызова до конкретного MSC. Учитывая это, номер MSRN в отличие от номера MSISDN содержит не номер абонента, а номер, идентифицирующий MSC. В MSC (VLR) выделенный номер MSRN ставится в однозначное соответствие с номером IMSI вызываемой ПС. Для определения зоны поиска (местонахождения) в сети GSM используется номер LAI, отличающийся от номера IMSI тем, что здесь вместо номера абонента указывается код зоны местонахождения.

Наряду с рассмотренными номерами, используемыми в процессе маршрутизации вызовов, стандартом GSM предусмотрены номер для идентификации оборудования IMEI и временный номер абонента TMSI, используемый для обеспечения конфиденциальности. Номер IMEI включает в себя коды типа оборудования и завода изготовителя, серийный номер. Номер TMSI определяется администрацией сети, и его длина должна составлять не более 4 байт.

Аутентификация абонентов, идентификация оборудования подвижной станции и закрытие информации

Для обеспечения аутентификации и закрытия информации при регистрации абоненту присваивается не только номер IMSI, но и индивидуальный абонентский ключ Ki, который хранится в центре аутентификации (AUC), а также в оборудовании подвижной станции. Абонентский ключ Ki в центре аутентификации используется для формирования триплета: ключа закрытия информации Кc, маркированного отклика SRES и случайного числа RAND (рис. 1). Вначале генерируется случайное число RAND. RAND и Ki являются исходными данными для вычисления Кс и SRES. При этом используются два различных алгоритма вычисления. Сформированные триплеты для каждого из зарегистрированных в сети GSM абонентов передаются в регистр HLR, а при необходимости предоставляются гостевому регистру центра коммутации. Алгоритм вычисления Кс и SRES реализованы не только в центре аутентификации, но и в подвижной станции.

Рис. 1. Формирование Kc, SRES, RAND

В стандарте GSM процедура аутентификации связана с использованием модуля идентификации абонента (SIM). Модуль SIM - это съемная пластиковая карточка, вставляемая в гнездо абонентского аппарата. В этой карточке имеется электронный чип, в котором « зашита» вся необходимая информация. Модуль SIM позволяет вести разговор с любого аппарата однотипного стандарта, в том числе таксофонного. Модуль содержит PIN абонента, идентификатор IMSI, ключ Ki, индивидуальный алгоритм аутентификации абонентаА3, алгоритм А8 вычисления ключа шифрования. Уникальный идентификатор IMSI для текущей работы заменяется временным идентификатором TMSI, присваиваемым аппарату при его первой регистрации в конкретном регионе, определяемом идентификатором LAI, и сбрасываемым при выходе аппарата за пределы этого региона. Идентификатор PIN - это код, известный только абоненту, который должен служить защитой от несанкционированного использования SIM карты. Например, при ее утере. После трех неудачных попыток набора PIN - кода SIM карта блокируется. Блокировка может быть снята либо набором дополнительного кода (известного только абоненту) - персонального кода разблокировки (PUK), либо по команде с центра коммутации.

Процедура аутентификации происходит следующим образом. При запросе ПС доступа к сети центр аутентификации AUC через MSC (центр коммутации) передает ПС случайное число RAND. Подвижная станция, получив число RAND и используя хранящийся у нее абонентский ключ Ki, с помощью алгоритма А3 вычисляет маркированный отклик SRES. Сформировав SRES, подвижная станция передает его в MSC, где происходит сравнение принятого SRES со SRES, вычисленным сетью. При совпадении их для ПС разрешается доступ к сети. Процедура аутентификации осуществляется при регистрации ПС, попытке установления соединения, обновлении данных, а также при активации и дезактивации дополнительных видов обслуживания. Процедура аутентификации приведена на рис. 2.

Рис. 2. Принцип аутентификации

Идентификация самого оборудования пользователя начинается с запроса у ПС номера IMEI. Центр коммутации (MSC) полученный номер IMEI передает в регистр идентификации оборудования EIR (Equipment Identity Register), где имеются три списка оборудования ПС: разрешенные к использованию, запрещенные для использования в системе связи и неисправные. На основании информации списков определяется, к какой группе относится ПС с номером IMEI). Результаты направляются в центр коммутации, где и принимается решение о доступе оборудования пользователя к работе в сети.

Закрытие пользовательской информации, передаваемой по радиоканалу, осуществляется в БС и в ПС. В обоих применяются одни и те же алгоритмы зашифровки передаваемых сообщений. Для закрытия пользовательской информации используются номер цикла доступа и ключ закрытия информации Кс. В БС используется ключ Кс из триплеты, а в ПС он вычисляется на основании полученного случайного числа RAND и абонентского ключа Ki по алгоритму А8.

Алгоритм А8 используется для вычисления для вычисления ключа шифрования сообщений и хранится в модуле SIM. После приема RAND подвижная станция вычисляет, кроме отклика SRAS, также и ключ шифрования Кс, используя RAND, Ki и алгоритм А8 согласно рис. 2. Кроме RAND сеть посылает ПС числовую последовательность ключа шифрования. Это число связано со значением Кс и позволяет избежать формирования неправильного ключа. Значение Кс хранится в ПС и содержится в каждом первом сообщении, передаваемом в сеть.

Рис. 3. Установка режима шифрования

Для установки режима шифрования сеть передает на ПС команду CMC (Ciphering Mode Command) на переход в режим шифрования, после чего Пс используя ключ Кс приступает к шифрованию и дешифрованию сообщений. Поток передаваемых данных шифруют бит за битом или поточным шифром, используя алгоритм шифрования А5 и ключ Кс. Процедура установки режима шифрования представлена на рис. 3.

Заключение

В каждой стране управление телекоммуникационной отраслью имеет свою специфику. Однако появление цифровых технологий и массовое внедрение услуг по предоставлению доступа в сеть Интернет привели к тому, что сегодня практически любой оператор связи работает не только на локальном (региональном или общенациональном), но и на мировом рынке телекоммуникационных услуг.

Появление цифровых технологий способствовало радикальным изменениям в телекоммуникационной отрасли. Услуги традиционной голосовой связи начали вытесняться интерактивными услугами, такими как Интернет, передача данных, мобильная связь.

Но, несмотря на перемены, отечественный рынок услуг связи остается достаточно замкнутым. С одной стороны это обусловлено огромными масштабами территории страны, благодаря которым формируются основные доходы операторов связи. С другой - Казахстан пока находится вне мирового рынка международного трафика, что до сих пор было следствием недостаточно высокого уровня цифровизации основных каналов и более низкого качества связи по сравнению с мировыми стандартами. возрастать.

Несмотря на высокие темпы внедрения современных технологий, процент охвата населения РК новыми видами связи, такими как сотовая связь, пейджинг, Интернет остается низким.

Список использованных источников

1. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM. "Электросвязь". N 10. 1993. с. 9-12.

M.Mouly, M.B.Pautet. The GSM System for Mobile Communications. 1992. p.p. 702.

A. Mehrotra. Cellular Radio: Analog and Digital Systems. Artech House, Boston-London. 1994.p.p.460.

4. Ю.А. Громаков. Структура TDMA кадров и формирование сигналов в стандарте GSM."Электросвязь".N10.1993.с.9-12.

5. W. Heger. GSM vs. CDMA. GSM Global System for Mobile Communications. Proceedings of the GSM Promotion Seminar 1994 GSM MoU Group in Cooperation with ETSI GSM Members. 15 December 1994. p.p. 3.1-1 - 3.1-18.

Сукачев Э.А. Сотовые сети радиосвязи с подвижными объектами: Учебн пособие. - Изд. 2-е, испр. и дополн. - Одесса: УГАС, 2000. - 119с

Ю.А. Громаков. Сотовые системы подвижной радиосвязи. Технологии электронныхкоммуникаций. Том 48. "Эко-Трендз". Москва. 1994.

Сегодня мобильный интернет стал привычным для пользователей сотовой связи. Такие возможности появились благодаря её прогрессу, который в хронологическом порядке можно представить так:

1984 – 1G – аналоговый стандарт, обеспечивающий только голосовую связь при скорости передачи данных – 1,9 кбит/с;
1991 – 2G – это уже стандарты цифровые, обеспечивают скоростью 9,6 кбит/с, возможен обмен SMS сообщениями (самые распространённые – CDMA, GSM);
1999 – стандарт GPRS, промежуточный, является продолжение GSM , реализована пакетная передача цифровой информации, и позволяет использовать интернет с теоретической скоростью более 100 кбит/с, реально – в 2–3 раза медленнее из-за загруженности сети;
2003 – усовершенствованная технология EDGE для сетей GSM и TDMA со скоростью до 384 кбит/с;
2002 – 3G, представлена стандартами – UMTS, продолжением GSM, и CDMA2000, благодаря скорости до 2 Мбит/с обеспечивает видеосвязь и просмотр видео;
2008–2010 – появление технологии 4G, ориентированной именно на передачу мегаобъёмов данных на скорости до 1Гит/с, её наиболее распространённые стандарты WiMAX и LTE сегодня обеспечивают 100–300 Мбит/с на приём.

Какие технологии используют российские операторы мобильной связи

В настоящее время в России лучше всего развиты сети поколения 2G, использующие EDGE и GPRS. Они обеспечивают практически полное покрытие территории РФ, и предоставляют интернет-доступ, возможность голосовой связи и обмена СМС. Из работающих в 2G крупнейших провайдеров большинство использует стандарт GSM, а СКАЙЛИНК – CDMA.

Сети 3G работают по технологии WCDMA, обеспечивая скорость порядка 10 Мбит/сек, достаточную для видеозвонков. Такую услугу предоставляют многие крупные операторы, обеспечивая покрытие в больших городах.

Сеть 4G первой появилась в Новосибирске. Сегодня сети 4G работают в 79 регионах РФ. Данную услугу предоставляют операторы Yota Freshtel, МТС, Билайн, МегаФон. Технология LTE в России используется только для выходя в интернет, не для голосовой связи. При этом нужна специальная SIM карта и мобильное устройство нового поколения.

При выборе смартфона учитывают, в каком стандарте работает оператор, услугой которого вы пользуетесь. Обычно для разговора дешевле обходятся тарифы сетей 2G, но для интернета они слишком медленные. Поэтому выгодно использовать поддерживающий нужные стандарты смартфон на 2 SIM карты: одна – для разговора, вторая – для интернета.