Погода в Санкт-Петербурге | Pogoda78.ru
Влияние усиления сотовой связи на организм человека
Влияние усиления сотовой связи на организм человека
Любая техника должна использоваться в соответствии с рекомендациями производителя и по назначению. В противном случае никто не сможет предсказать того, каким будет ее влияние на организм человека. Не исключение и привычный для современного человека сотовый телефон. Какие же рекомендации по его использованию могут дать те, для кого мобильная связь - работа и призвание?
Большинство специалистов в области сотовой связи рекомендуют рядовым пользователям и владельцам современных зданий установку систем, способствующих усилению сигнала gsm. И не зря.
Что такое, по своей сути, стандартный «мобильник»? Будь то примитивное устройство или новомодная модель, любой из них – это миниатюрная радиостанция. И помимо всего прочего она способна излучать электромагнитные волны. Естественно, что чем более слабым будет электромагнитное поле, тем лучше для человека. И добиться этого помогает, как это ни странно звучит, усилитель сигнала сотовой связи.
Многие пользователи сотовых телефонов опасаются, что монтаж подобного оборудования в общественных местах и квартирах может привести к усилению электромагнитного излучения сотовых телефонов. Но исследования ученых доказывают их безосновательность.
Так, было установлено, что в ходе активного поиска сигнала на территории «мертвой зоны» или зоны плохого приема, стандартный «мобильник» излучает 1,5 – 2 Ватта. Работая же там, где установлен репитер, аппарат излучает не более 20 милливатт. При этом мощность самого усилителя сотовой связи составляет не более 0,1 Ватт.
Но почему же именно при работе в купе с репитером, сотовый телефон излучает меньшее количество электромагнитных волн?
Как было установлено учеными, мощность ЭМИ мобильных аппаратов находится в непосредственной зависимости от их удаленности от базы, являющейся источником сигнала gsm. И в большинстве случаев оно весьма значительно.
Установка же систем усиления сигнала сотовой связи помогает его сократить, так как репитер играет роль промежуточной базы, расстояние от которой до телефона – минимально.
Таким образом, работая «под крышей» репитера, сотовый телефон излучает гораздо меньшее количество электромагнитных волн. Причем даже одновременная работа нескольких аппаратов не приводит к его увеличению. Все это сводит на нет, даже потенциальный вред от использования мобильной техники и делает ее максимально безопасной.
Волноваться же стоит тем, кто регулярно тратит свое время и напрягает нервную систему, пытаясь осуществлять звонки в зонах плохого приема. Мало того, они получают стресс, так еще и подвергают себя максимально возможному электромагнитному излучению своих сотовых аппаратов. Тем же, кто сделал свой выбор в пользу gsm репитеров, все эти проблемы не страшны.
Но только ли мобильные аппараты являются источниками электромагнитного излучения, непосредственно влияющего на организм человека? Нет. Ведь, на самом деле, любой бытовой прибор – это источник электромагнитных волн. Телевизор, микроволновка, персональный компьютер, микроволновая печь и кухонные комбайны – все они в той или иной степени испускают во время работы ЭМВ.
Активное и мощное воздействие последних на организм человека приводит к заметным сбоям в работе эндокринной, сердечнососудистой и нервной систем. И уже это приводит к развитию множества заболеваний даже у ведущих активный и здоровый образ жизни людей. А потому, если есть возможность уменьшить уровень ЭМИ, создаваемого мобильными аппаратами, не следует ей пренебрегать.
Сотовый телефон – это устройство, которое подарило желающему выйти на связь человеку свободу от проводов и почтовых отделений. Но без наличия уверенного приема сигнала базовых станций он будет лишь бесполезной игрушкой. Избежать этого поможет установка репитера для усиления сигнала gsm, который не только безопасен, но и способен понизить уровень воздействия электромагнитных волн сотовых аппаратов на организм человека.
Но все это только в том случае, если установка и настройка оборудования будут проводиться грамотными специалистами, имеющими точное представление о том, что и как следует делать.
О БЕЗОПАСНОСТИ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ КЛИМАТ-КОНТРОЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ GSM КАНАЛА СВЯЗИ
1 ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ УДК : Вестник УрФО 1(19) / 2016, стр. XX XX Ефимов П. В., Семаков М. Н., Шабуров А. С. О БЕЗОПАСНОСТИ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ СИСТЕМОЙ КЛИМАТ-КОНТРОЛЯ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ GSM КАНАЛА СВЯЗИ Рассмотрены основные преимущества внедрения технологии «умный дом». Сформулированы главные требования к реализации систем, обеспечивающих данную технологию. Рассмотрен процесс управления подсистемой климат контроля, как одной из ключевых подсистем. Проанализированы угрозы безопасности информации, обусловленные использованием GSM канала связи в процессе управления. Предлагается внедрение модели управления системой климат - контроля с единым центром Ключевые слова: технология «умный дом», система климат контроля, GSM канал связи, несанкционированный доступ, защищенность системы Efimov P. V., Semakov M. N., Shaburov A. S. ON THE REMOTE CONTROL SECURITY OF THE CLIMATE- CONTROL SYSTEM IN USING THE GSM COMMUNICATION CHANNEL The basic advantages of adoption of the technology The Smart House are stated. The principal requirements to the realization of systems, providing the above-mentioned technology are formulated. Informational security threats, made conditional on the usage of GSM communication channel during the operation are analyzed. The adoption of the model of the climate control system - control with the single centre are suggested. Keywords: The Smart House technology, Climate control System, GSM communication channel, unauthorized access, system defence. ВЕСТНИК УрФО. БЕЗОПАСНОСТЬ В ИНФОРМАЦИОННОЙ СФЕРЕ 1(19) /
2 В последнее время широкое применения получает технология «умный дом», как система комплексного интеллектуального управления зданиями. Одно из главных достоинств интеллектуальных зданий - это комфорт, который они обеспечивают своим жильцам. Управление освещением дома и придомовой инфраструктурой позволяет создавать различные варианты световых сцен, в зависимости от времени суток. Система климатического контроля дает возможность в одно и то же время в разных частях здания создавать особые зоны температурно-влажностного режима 1. Кроме того, неоспоримым преимуществом «умного дома» является система обеспечения безопасности. Причем системы автоматизации должны функционировать таким образом, чтобы обеспечивать выполнения заданных управляющих воздействий в любых чрезвычайных ситуациях. В первую очередь, они обеспечивают защиту от вторжения и несанкционированного доступа в помещение с помощью подсистем охранной сигнализации, видеонаблюдения, автоматизации управления входными группами и окнами. Кроме того, минимизируется фактор возгорания, и возникновения пожара из-за нарушения правил эксплуатации бытовых приборов осуществляется контроль расхода воды, тепловой и электрической энергии. Это достигается с помощью максимально рационального использования ресурсов самой системы и оптимизации системы управляющих команд 2. Важной целью внедрения современных технологий управления зданиями является поддержание заданного температурно-влажностного режима, что обеспечивается подсистемой климат - контроля и является необходимым условием для функционирования всех остальных подсистем и оборудования. В современных условиях сформировался основной набор требований к подобным системам, что подразумевает: высокую эффективность системы; экономичность использования ресурсов; безопасность эксплуатации; возможность автоматического регулирования; создание и поддержание максимально комфортных условий для проживания и управления. Климатические системы разрешают одну из задач по созданию искусственно поддерживаемых запрограммированных климатических зон в здании, в первую очередь, за счет быстрого достижения и поддержания заданной температуры воздуха во внутренних помещениях, что особенно важно в холодное время года. В ситуациях, когда здание находится далеко за чертой города и в холодное время года редко эксплуатируется, или не используются совсем, возникает вопрос о дистанционном мониторинге и управлении системой климат - контроля. Современные автоматизированные системы позволяют сделать использование автономного управления климатом в частном загородном доме, коттедже, любом другом объекте более простым, надежным и безопасным 3. Дистанционная связь с блоком управления системой климат - контроля может устанавливаться как с помощью проводного, так и за счет беспроводного соединения. Классификация возможных каналов связи отражена на рис. 1. Рис. 1. Классификация каналов связи в системе управления ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ 5
3 Рис. 2. Дистанционное управление системой климат-контоля Проводные соединения зачастую бывают, недоступны в тех районах, где располагаются загородные дома, а спутниковая связь будет дорогостоящим вариантом. В связи с этим самым распространенным и эффективным вариантом дистанционного управления является GSM канал. Рассмотрим процесс управления системой климат - контроля (рис. 2). При этом, предполагается, что доступ к управляющему воздействию может иметь только санкционированный пользователь, как правило, хозяин дома. Процесс управления в такой системе будет обеспечиваться последовательностью взаимосвязанных компонентов: блок управления системой климат - контроля; оператор сотовой связи; портативное устройство с поддержкой GSM; человек (хозяин дома). Целью управляющих воздействий будет являться выполнение основных функций данной системы, к которым относятся: мониторинг системы климат - контроля; контроль температуры воздуха в различных зонах здания; контроль подачи газа или другого топлива (например, пеллет) в отопительный котел; оповещение об аварийных ситуациях; возможность регулировки температуры воздуха; перезапуск отопительного котла в случае отключения электроснабжения. Рассмотрение в качестве объекта исследования системы климат контроля, или отопления здания обусловлено тем, что повреждение ее системы управления, или несанкционированное воздействие со стороны злоумышленника, а также несвоевременное реагирование на аварийную ситуацию, могут привести к наиболее значительным повреждениям как других подсистем, так и всего объекта. Пагубным может стать и отсутствие сообщения об аварийной ситуации, неполадках системы климат контроля, или даже незначительных изменениях температурно-влажностного режима. Известны инциденты, когда изза повреждения подобной системы убытки от повреждений при замораживании системы отопления достигали 20% стоимости строительства всего объекта недвижимости. Поэтому возможность значительных финансовых потерь в случае нарушения процесса управления системой климат - контроля в первую очередь обуславливает требования к информационной безопасности канала связи. Опыт практического внедрения данных систем, мнения специалистов в области проектирования и реализации систем типа «умный дом», а также учет инцидентов в сфере информационной безопасности, позволили сформировать перечень наиболее актуальных угроз безопасности информации для рассматриваемой системы. В первую очередь к ним относятся: отрицательный баланс на SIM карте в блоке управления или устройстве управления системой; отключение напряжения электрической сети; выход из строя блока управления; блокирование злоумышленником GSM сигнала в зоне блока управления; кража портативного устройства управления с целью негативного воздействия на систему климат - контроля; перехват и изменение GSM сигнала управления; подмена номера телефона на блоке управления; 6 ВЕСТНИК УрФО. БЕЗОПАСНОСТЬ В ИНФОРМАЦИОННОЙ СФЕРЕ 1(19) / 2016
4 Рис. 3 Угрозы информационной безопасности GSM канала связи при дистанционном управлении системой климат - контроля несанкционированный доступ к портативному устройству управления с целью негативного воздействия на систему климат - контроля; передача ложных сообщений об аварийных ситуациях; невозможность самостоятельного устранения неисправности в случае аварийной ситуации. При этом основные угрозы безопасности целесообразно разделить на две подгруппы: связанные с передачей сообщений от блока управления; связанные с передачей сообщений от хозяина дома. Основные угрозы отражены на рис. 3, большая часть которых может быть блокирована традиционными способами и средствами, например: привязкой SIM карты в блоке управления с SIM картой хозяина дома, и оповещением о снижении баланса, или установка блока управления со второй активной SIM - картой; установкой источников бесперебойного питания и блока управления с аккумулятором для автономной работы; резервированием элементов системы климат - контроля механическими устройствами. В то же время, разработать систему управления, отвечающую современным требованиям используя только простые способы защиты невозможно. Для решения проблем связанных с безопасностью канала связи дистанционной системы управления климатом, предлагается внедрить модель системы с единым центром управления (рис. 4). В данном случае компания - подрядчик при разработке и реализации проектов с внедрением дистанционных систем управления, должна предусматривать возможность управления из единого центра с предварительным анализом вероятных угроз безопасности. Отдельный комплекс мер должен предусматривать угрозы безопасности в информационной сфере, с учетом перехвата канала управления, или несанкционированного вмешательства в систему управляющих команд. Внедрение подобной системы с единым центром позволит исключить возможность реализации большинства указанных выше угроз безопасности, или минимизировать затраты на восстановление работоспособности системы климат контроля в случае возникновения инцидента. В первую очередь защищенность системы будет повышена за счет внедрения сервисов безопасности, к основным из которых предполагается отнести: постоянный мониторинг состояния системы, позволяющий оперативно реагиро- ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ 7
5 Рис. 4. Модель системы управления с единым центром вать на возникновение неполадок или угроз со стороны злоумышленника; использование защищенного канала связи, с применением криптографических средств защиты информации и специализированного оборудования; использование оборудования для обработки, приема и передачи сигналов с аппаратной и программной защитой; собственная техническая служба администрирования, которая своевременно и в короткие сроки имеет возможность устранить возникшие неполадки или предотвратить их появление; автоматическая обработка сигналов специализированным программным обеспечением; регистрация всех событий и инцидентов, позволяющая в случае реализации угроз безопасности информации восстановить объективную картину произошедшего и, при необходимости, привлечь злоумышленника к ответственности. Таким образом, внедрение основных сервисов защиты информации в системах управления климат контролем, при реализации технологии «умный дом», позволит качественно реализовать основные требования по обеспечению функционирования подобных систем, снизить вероятность нарушения безопасного режима управления удаленных объектов, повысить эффективность и надежность применения технологии в целом. Примечания 1. Е. А. Тесля. «Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире / Тесля Е.А. - Санкт Петербург, с. 2. В. Н. Харке «Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и систем коммуникаций в жилищном строительстве» / Харке В.Н. - М.: Техносфера, с. 3. Д. Видман. Безопасность умного дома //Blog of «Internet of Things» / Блог «Интернета Вещей» URL: (дата обращения: ). 8 ВЕСТНИК УрФО. БЕЗОПАСНОСТЬ В ИНФОРМАЦИОННОЙ СФЕРЕ 1(19) / 2016
6 Ефимов Павел Валерьевич, старший преподаватель кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ, , Пермский край, г. Пермь - ГСП, Комсомольский проспект, д Семаков Максим, студент ПНИПУ, , Пермский край, г. Пермь - ГСП, Комсомольский проспект, д Шабуров Андрей Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ, сотрудник РУНЦ по информационной безопасности, , Пермский край, г. Пермь - ГСП, Комсомольский проспект, д Efimov Pavel, Senior Lecturer, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, Postcode Semakov Maxim, student, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, Postcode Shaburov Andrey, Ph. Doctor, Associate Professor, 29 Komsomolsky prospekt, Perm, Postcode ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ 9
Технологии GSM и их влияние на здоровье человека
Оказывает ли отрицательное влияние на здоровье человека мобильная связь стандарта GSM?
Мобильная связь стандарта GSM прочно вошла в нашу жизнь. И даже если по каким-либо причинам человек сам не пользуется мобильной связью, он все равно "окружен" сетями GSM - вблизи от жилого дома может быть установлена антенна сотовой связи, рядом стоящий человек говорит по мобильному телефону и вокруг десятки тысяч людей пользуются мобильной связью. А так как большинство из нас все-таки не очень знакомо с принципами функционирования радиосвязи и с технологиями GSM, то вполне резонно возникает вопрос: как мобильная связь влияет на наше здоровье?
Работа мобильной связи обеспечивается сетью базовых станций (фиксированных антенн) - БС, которые передают информацию коммутационным центрам при помощи радиочастотных сигналов. Сегодня во всем мире работают около 1,5 млн. базовых станций и их количество постоянно увеличивается. Технические характеристики базовой станции – мощность, частота излучения и его направленность – должны соответствовать проекту и не превышать норм безопасности уровня электромагнитного излучения для элементов сети мобильной связи, установленных в стране.
Базовые станции в городах, как правило, устанавливаются на административных зданиях, гораздо реже — на жилых. Используются производственные и технические сооружения (трубы заводов или ТЭЦ). Здание должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечить максимально широкую зону радиопокрытия. Для обеспечения требуемой высоты установки Операторы часто используют специальные мачты, чтобы обеспечить требуемую высоту установки.
Уровень поверхностной плотности потока мощности в диапазоне частот, в котором работает оборудование сотовых операторов, проверяется специальной аппаратурой: и во многих случаях излучение от БС не фиксируется приборами вообще, так как оно ниже принятых во всем мире стандартов (10 микроватт на кв.см — такова допустимая норма электромагнитного излучения). Следят за этим органы государственного санитарного надзора — именно они выдают соответствующие разрешения.
Даже в самой "опасной" зоне — при нахождении с базовой станцией примерно на одном уровне горизонтально — опасная зона составляет не более 30 метров. Излучение имеет свойство угасать пропорционально квадрату расстояния (если расстояние от источника излучения увеличилось в 2 раза, излучение ослабилось в 4 раза и т.д.). Таким образом, несколько десятков метров удаления от базовой станции — это практически 100-процентная гарантия отсутствия какого-либо излучения, способного влиять на здоровье. Можно сказать, что единственное влияние, которое способна оказывать базовая станция мобильной связи на здоровье человека - это психологическое, вызванное опасениями нового и неизвестного.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) также официально заявила: "Ни одна из проведенных в последнее время экспертиз доподлинно не подтвердила, что радиочастотные поля, создаваемые мобильными телефонами или базовыми станциями, негативно влияют на здоровье человека".
Не стоит забывать, что гораздо ближе к нам, чем любая БС, находится сам мобильный телефон. Он излучает определенное электромагнитное излучение в моменты установления соединения с ближайшей БС (таких попыток делается несколько в минуту). В моменты, когда БС удалена либо поблизости вообще нет БС, телефон посылает сигнал максимальной мощности.
Поэтому в городе уровни потоков мощности мобильных телефонов гораздо ниже, чем за городом: в городских условиях базовые станции буквально стоят "друг на друге" в радиусе нескольких сот метров, тогда как за городом расстояние между БС может быть гораздо больше (до 15-20 км). Однако, даже за городом, при значительном удалении от БС уровень максимального излучения сертифицированного (официально проданного)мобильного телефона не превышает санитарной нормы. В целом излучение телефонов стандартов GSM, очень невелико и в десятки раз ниже излучения от обычных бытовых электроприборов (особенно телевизионных передатчиков и СВЧ-печей).
Помнить о том, что электромагнитное излучение существует, просто необходимо. Но и бояться телефонов и базовых станций нет никаких оснований.
Метки: gsm; здоровье; излучение
Знаете ли вы, что содержание золота в смартфонах в среднем больше, чем в золотой руде. Чтобы получить 1 грамм золота нужна тонна руды, но можно получить такое же его количество, переработав около 40 мобильных телефонов.
Как работают GSM-сети или краткие основы связи
Сотовым телефоном пользовались практически все, но мало кто задумывался – как же все это работает? В данном литературном опусе мы попытаемся рассмотреть, как же происходит связь с точки зрения Вашего оператора связи.
Когда Вы набираете номер и начинаете звонить, ну, или Вам кто-нибудь звонит, то Ваш аппарат по радиоканалу связывается с одной из антенн ближайшей базовой станции.
Каждая из базовых станций содержит от одной до двенадцати приемо-передающих антенн, направленных в разные стороны, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. На профессиональном жаргоне антенны также называют «секторами». Вы их сами наверняка неоднократно видели – большие серые прямоугольные блоки.
От антенны сигнал по кабелю передается непосредственно в управляющий блок базовой станции. Совокупность секторов и управляющего блока обычно и называется – BS, Base Station, базовая станция. Несколько базовых станций, чьи антенны обслуживают какую-либо определенную территорию или район города, подсоединены к специальному блоку – так называемому LAC, Local Area Controller, «контроллер локальной зоны», часто называемому просто контроллером. К одному контроллеру обычно подключается до 15 базовых станций.
В свою очередь, контроллеры, которых также может быть несколько, подключены к самому центральному «мозговому» блоку – MSC, Mobile services Switching Center, Центр Управления Мобильными услугами, в простонародье более известный как коммутатор. Коммутатор обеспечивает выход (и вход) на городские телефонные линии, на других операторов сотовой связи и так далее.
То есть в итоге вся схема выглядит примерно так:
В небольших GSM-сетях используется только один коммутатор, в более крупных, обслуживающих более миллиона абонентов, могут использоваться два, три и более MSC, объединенных между собой.
Зачем же такая сложность? Казалось бы, можно антенны просто подключить к коммутатору – и все, никаких проблем бы не было. Но не все так просто. Дело тут в одном простом английском слове – handover. Этим термином обозначается эстафетная передача обслуживания в сотовых сетях. То есть, когда вы идете по улице или едите на машине (электричке, велосипеде, роликовых коньках, асфальтоукладчике. ) и при этом разговариваете по телефону, то, для того чтобы связь не прерывалась (а она не прерывается), необходимо вовремя переключать Ваш телефон из одного сектора в другой, из одной BS в другую, из одной Local Area в другую и так далее. Соответственно, если бы сектора были напрямую подключены к коммутатору, то всеми этими переключениями пришлось бы управлять коммутатору, которому и без того есть, чем заняться. Многоуровневая схема сети дает возможность равномерно распределить нагрузку, что снижает вероятность отказа оборудования и, как следствие, потери связи.
Пример – если вы с телефоном переходите из зоны действия одного сектора в зону действия другого, то переводом телефона занимается управляющий блок BS, не затрагивая при этом «вышестоящие» устройства – LAC и MSC. Соответственно, если переход происходит между разными BS, то им управляет LAC и так далее.
Работу коммутатора следует рассмотреть чуть подробнее. Коммутатор в сотовой сети осуществляет практически те же функции, что и АТС в проводных телефонных сетях. Именно он определяет, куда Вы звоните, кто Вам звонит, отвечает за работу дополнительных услуг, и, в конце концов – вообще, определяет, можно ли звонить или нет.
На последнем пункте остановимся – а что происходит, когда Вы включаете свой телефон?
Вот, включаете Вы свой телефон. На Вашей SIM-карте есть специальный номер, так называемый IMSI – International Subscriber Identification Number, Международный Опознавательный Номер Абонента. Это номер уникален для каждой SIM-карты в мире, и как раз по нему операторы отличают одного абонента от другого. При включении телефона он посылает этот код, базовая станция передает его на LAC, LAC – на коммутатор, в свою очередь. Тут в действие вступают два дополнительных модуля, связанных с коммутатором – HLR, Home Location Register и VLR, Visitor Location Register. Соответственно, Регистр Домашних Абонентов и Регистр Гостевых Абонентов. В HLR хранятся IMSI всех абонентов, которые подключены к данному оператору. В VLR в свою очередь содержатся данные обо всех абонентах, которые в данный момент пользуются сетью данного оператора. IMSI передается в HLR (разумеется, в сильно зашифрованном виде; вдаваться подробно в особенности шифрования мы не будем, скажем только, что за этот процесс отвечает еще один блок – AuC, Центр Аутентификации), HLR, в свою очередь, проверяет – есть ли у него такой абонент, и, если есть, то не заблокирован ли он, например, за неуплату. Если все в порядке, то этот абонент прописывается в VLR и с этого момента может совершать звонки. У крупных операторов может быть не один, а несколько параллельно работающих HLR и VLR. А теперь попробуем все вышесказанное отобразить на рисунке:
Вот мы вкратце рассмотрели, как работает сотовая сеть. На самом деле там все куда сложнее, но если описывать все как есть досконально, то данное изложение по объему вполне может превысить «Войну и мир».
Далее мы рассмотрим, а как (и главное – за что!) оператор списывает у нас деньги со счета. Как Вы уже наверное слышали, тарифные планы бывают трех разных типов – так называемые «кредитные», «авансовые» и «припейд», от английского Pre-Paid, то есть предоплаченный. В чем же различие? Рассмотрим, как может происходить списание денег при разговоре:
Допустим, Вы куда-либо позвонили. На коммутаторе зафиксировалось – абонент такой-то звонил туда-то, поговорил, допустим, сорок пять секунд.
Первый случай – у Вас кредитная или авансовая система оплаты. В таком случае происходит следующее: данные о Ваших и не только Ваших звонках накапливаются в коммутаторе и затем, в порядке общей очереди, передаются в специальный блок, называемый Биллингом, от английского to bill – платить по счетам. Биллинг отвечает за все вопросы, связанные с деньгами абонентов – рассчитывает стоимость звонков, списывает абонентскую плату, списывает деньги за услуги и так далее.
Скорость передачи информации из MSC в Биллинг зависит от того, какова вычислительная мощность биллинга, или, другими словами, с какой скоростью он успевает переводить технические данные о совершенных звонках в непосредственные деньги. Соответственно, чем больше абоненты разговаривают, или чем более «тормозной» биллинг, тем медленнее будет двигаться очередь, соответственно, тем больше будет задержка между самим разговором и фактическим списанием денег за этот разговор. С этим фактом связано часто высказываемое некоторыми абонентами недовольство – «Мол, деньги воруют! Два дня не разговаривал – энную сумму списали. ». Но при этом совсем не учитывается, что за разговоры, которые происходили, например, три дня назад, деньги-то сразу и не списали. Хорошее люди стараются не замечать. А в эти дни, например, биллинг мог просто не работать – из-за аварии, или из-за того, что его как-нибудь модернизировали.
В обратную сторону – от биллинга к MSC – стоит другая очередь, в которой биллинг сообщает коммутатору о состоянии счетов абонентов. Опять же довольно частый случай – задолженность счета может достигать нескольких десятков долларов, а по телефону еще можно звонить – это как раз из-за того, что «обратная» очередь еще не подошла и коммутатор пока не знает о том, что Вы злостные неплательщик и Вас давно надо заблокировать.
Авансовый же от кредитного тарифы отличаются лишь способом расчета с абонентом – в первом случае человек вносит какую-либо сумму на счет, и деньги за разговоры постепенно вычитаются из этой суммы. Это способ удобен тем, что позволяет в какой-то мере планировать и ограничивать свои расходы на связь. Второй вариант – кредитный, при котором суммарная стоимость всех разговоров за какой-либо период («биллинговый цикл»), обычно за месяц, выставляется в виде счета, который абонент должен оплатить. Кредитная система удобна тем, что страхует Вас от тех случаев, когда срочно необходимо позвонить, а деньги на счету вдруг закончились и телефон заблокирован.
Припейды устроены совсем по-другому:
В припейде биллинг как таковой обычно называют «Припейд платформой».
Непосредственно в момент начала телефонного соединения устанавливается прямая связь между коммутатором и припейд платформой. Никаких очередей, данные передаются в обе стороны непосредственно в процессе разговора, в режиме реального времени. В связи с этим припейдам присущи следующие характерные черты – это отсутствие абонентской платы (так как нет такого понятия, как биллинговый период), ограниченный набор дополнительных услуг (их технически трудно тарифицировать в режиме «реального времени»), невозможность «уйти в минус» - разговор просто прервется, как только кончатся деньги на счету. Явным достоинством припейдов является возможность точно контролировать количество денег на счету, и, как следствие, свои расходы.
В припейдах еще иногда наблюдается некоторое забавное явление – если припейд платформа по каким либо причинам отказывается работать, например, из-за перегрузки, то, соответственно, для абонентов припейд-тарифов в это время все звонки становятся абсолютно бесплатными. Что, собственно, их – абонентов - не может не радовать.
А как же рассчитываются наши деньги, когда мы разговариваем, находясь в роуминге? Да и как вообще телефон работает в роуминге? Что же, попробуем ответить и на эти вопросы:
Номер IMSI состоит из 15-ти цифр, и первые 5 цифр, так называемые СС – Country Code (3 цифры) и NC – Network Code (5 цифр) – четко характеризуют оператора, к которому подключен данный абонент. По этим пяти цифрам VLR гостевого оператора находит HLR домашнего оператора и смотрит в нем – а, собственно, можно ли этому абоненту пользоваться роумингом у данного оператора? Если да, то IMSI прописывается у VLR гостевого оператора, а в HLR домашнего – ссылка на тот самый гостевой VLR, чтобы знать, где искать абонента.
Со списанием денег в биллинге ситуация тоже не очень простая. Из-за того, что звонки обрабатывает гостевой коммутатор, но деньги подсчитывает свой, «домашний» биллинг, вполне возможны большие задержки в списании средств – до месяца. Хотя существуют и системы, например, «Camel2», которые и в роуминге работают по принципу припейда, то есть списывают деньги в реальном времени.
Тут возникает очередной вопрос – а за что списываются деньги в роуминге? Если «дома» все понятно – есть четко прописанные тарифные планы, то с роумингом ситуация другая – денег списывают много и непонятно, за что. Ну что же, попробуем разобраться:
Все телефонные звонки в роуминге делятся на 3 основных категории:
Входящие звонки – в таком случае стоимость звонка складывается из:
Стоимости международного звонка из дома в гостевой регион
+
Стоимость входящего звонка у гостевого оператора
+
Некая надбавка, зависящая от конкретного гостевого оператора
Исходящий звонок домой:
Стоимость международного звонка из гостевого региона домой
+
Стоимость исходящего звонка у гостевого оператора
Исходящий звонок по гостевому региону:
Стоимость исходящего звонка у гостевого оператора
+
Некая надбавка, зависящая от конкретного оператора
Как видно, стоимость звонков в роуминге зависит только от двух вещей – от того, к какому оператору абонент подключен дома и того, каким оператором абонент пользуется в гостях. При этом выявляется одна очень важная вещь – стоимость минуты в роуминге абсолютно не зависит от выбранного абонентом тарифного плана.
Хотелось бы добавить еще одно замечание – если два телефона одного оператора вместе находятся в роуминге у другого оператора (ну, например, двое друзей поехали отдыхать), то разговаривать им друг с другом выйдет весьма накладно – звонящий платит, как за исходящий домой, а принимающий звонок – как за входящий из дома. Это один из недостатков стандарта GSM – то, что связь в этом случае идет через дом. Хотя технически вполне реально устроить связь «напрямую», но кто из операторов на это пойдет, если можно оставить все как есть и зарабатывать деньги?
Еще один вопрос, в последнее время часто интересующий владельцев более чем одного мобильного телефона – а сколько будет стоить переадресованный звонок с одного телефона на другой? И на этот вопрос ответить вполне реально:
Допустим, с телефона B установлена переадресация на телефон С. С телефона А звонят на телефон B – соответственно, звонок переадресовывается на аппарат С. В этом случае платят:
Телефон А – как за исходящий на телефон В
(вообщем-то, это логично – ведь он на него и звонит)
Телефон В – платит цену переадресации
(обычно несколько центов за минуту)
+
стоимость международного звонка из региона, где зарегистрирован В, в регион, где зарегистрирован С
(если телефоны одного региона, то это составляющая равна нулю).
Телефон С – платит как за входящий с телефона А
В завершении тем хотелось бы упомянуть еще один тонкий момент – а сколько будет стоить переадресация в роуминге? А вот тут начинается самое интересное:
Например, в телефоне стоит переадресация по условию занятости на домашний номер. Тогда при входящем звонке образуется так называемая «роуминговая петля» - звонок пойдет на домашний телефон через гостевой коммутатор, соответственно, стоимость такого переадресованного звонка для роумера будет равна сумме стоимостей входящего и исходящего домой звонков плюс еще стоимость самой переадресации. И что забавно при этом – роумер может даже не знать, что подобный звонок имел место быть, и впоследствии удивиться, увидев счет за связь.
Отсюда следует практический совет – при поездках желательно отключать все виды переадресации (можно оставить только безусловную – в этом случае «роуминговой петли» не получается), особенно переадресации на голосовую почту – иначе впоследствии можно долго удивляться – «Куда ж это деньги делись-то, а?»
Список терминов, использовавшихся в тексте:
AuC – Autentification Center, Центр Аутентификации, отвечает за кодирование информации при передаче в сети и приеме из сети
Billing – Биллинг, система учета денежных средств у оператора
BS – Base Station, базовая станция, несколько приемо-передающих антенн, принадлежащих одному управляющему устройству.
Camel2 – одна из систем Prepaid, в которой реализовано мгновенное списывание средств в роуминге
CC – Country Code, код страны в стандарте GSM (для России – 250)
GSM – Global System for Mobile Communications, самый распрострастраненный в мире стандарт сотовой связи
Handover – передача управления трубкой от одной антенны/базовой станции/LAC к другой
HLR – Home Location Register, реестр домашних абонентов, содержит подробную информацию о всех абонентах, подключенных к данному оператору.
IMEI – International Mobile Equipment Identification, международный серийный номер оборудования в стандарте GSM, уникален у каждого аппарата
IMSI – International Mobile Subscriber Identification, международный серийный номер подписчика на услуги стандарта GSM, уникален у каждого абонента
LAC – Local Area Controller, Контроллер Локальной Зоны, устройства, управляющее работой некоторого количесва базовых станций, чьи антенны обслуживают опеределенную территорию.
Local Area – Локальная зона, территория, обслуживаемая BS, входящими в состав одного LAC
MSC - Mobile services Switching Center, Центр Управления Мобильными услугами, коммутатор – центральное звено сети GSM.
NC – Network Code, Сетевой Код, код конкретного оператора в данной стране в стандарте GSM (для MTS – 01, BeeLine – 99).
Prepaid – Припейд, предоплата – система биллинга, основанная на мгновенном списании средств.
Roaming – Роуминг, пользование сетью другого, «гостевого» оператора.
SIM – Subscriber Identification Module, Модуль Опознавания Абонента, СИМ-карта – электронный блок, вставляемые в телефон, на котором записан IMSI абонента.
VLR – Visitor Location Register, реестр активных абонентов – содержит информацию об всех абонентах, кто в данный момент пользуется услугами данного оператора.
Характеристики цифрового стандарта сотовой связи gsm
Стандарт обслуживается своими компаниями, называемыми обычно операторами сотовой связи.
При выборе оператора следует учитывать зону охвата территории и возможный роуминг; качество сигнала; сервисные услуги и их доступность; качество обслуживания; стоимость предоставляемых услуг и возможность выбора схемы расчета за них.
Сотовые радиотелефоны как неотъемлемая часть системы подвижной связи подвержены значительным трансформациям и с позиций конструктивных решений, и по объему предоставляемых сервисных функций и дизайну. Выбор стандарта сотовой связи обусловливает класс модели радиотелефона. В пределах каждого класса модели радиотелефоны различаются не только объемом сервисных функций, но часто и параметрами приемно-передающих трактов.
В состав конструкции радиотелефона вне зависимости от модели входят:
передающее и приемное устройства;
устройства преобразования и воспроизведения речи;
устройства контроля и управления;
(Всего лишь 30 лет назад содержимое современного сотового телефона заняло бы целый этаж здания, а теперь телефон размещается на ладони.)
Все эти элементы обычно располагаются следующим образом: на передней крышке — клавиатура, дисплей, микрофон и громкоговоритель; на задней крышке — антенна, а между ними — многослойная печатная плата. Благодаря оригинальным инженерным решениям вес телефонов постоянно снижается.
Сервисные услуги, предоставляемые операторами сотовой подвижной связи своим клиентам, следующие:
получение и отправка факсов и электронной почты;
передача и прием на радиотелефон коротких текстовых сообщений (служба SMS — Short Message Service);
голосовая почта с записью и хранением сообщений в почтовом ящике;
обеспечение конфиденциальности разговоров и информации;
организация «звонков-конференций», т.е. вызов на связь одновременно целой группы абонентов;
возможность непосредственного обмена информацией с компьютерами, в частности с портативными ПК;
беспроводный доступ в Internet, когда информация из Internetпоступает непосредственно на экран мобильного телефона, такназываемая WAP-технология (Wireless Access Protocol);
переадресация и ожидание звонков;
возможность использования автоответчика с записью сообщения, организация собственного телефонного справочника споиском записи по имени абонента, программирование для набора номера вызываемого абонента нажатием одной кнопки илидаже голосом, учет времени разговоров на данном радиотелефоне, изменение кода блокировки радиотелефона;
услуги справочного характера, дополнительно предоставляемые оператором.
Перечень сервисных услуг расширяется достаточно стремительно.
Одним из направлений совершенствования конструкции мобильных телефонов является их интеграция с различными техническими средствами информатизации. Так, компания Panasonic встраивает в свои модели диктофон, а компания Samsung Electronics — цифровую фотокамеру.
Воздействие на человеческий организм систем сотовой связи дискутируется в средствах массовой информации. Анализируются последствия облучения головного мозга при пользовании сотовым телефоном. Исследователи единодушны в том, что электромагнитное излучение влияет на ткани головного мозга. Единицей влияния микроволного излучения является «специфическая норма поглощения» SAR (Specific Absorbtion Rates), численно равная энергии поглощенного излучения, приходящейся на 1 г биоткани. Европейские организации рекомендуют для сотовых телефонов предельную норму SAR 2 мВт/г. Проведенные в Швейцарии исследования 16 моделей сотовых телефонов показали, что уровень SAR у них находится в диапазоне 0,28— 1,22 мВт/г.
Базовые станции сотовой связи работают в режиме приема и передачи сигнала в диапазоне частот от 463 до 1880 МГц, что может неблагоприятно сказываться на здоровье человека. В Москве и Московской области специалистами разных стран были проведены исследования электромагнитной обстановки на территориях, прилегающих к базовым станциям. На прилегающей территории в 91 % случаев зафиксированные уровни электромагнитного поля были в 50 раз меньше допустимого.
Однако сотовый телефон может быть смертельно опасен для человека, что связано с проблемой электромагнитной совместимости радиоэлектронных устройств. В связи с этим сотовые телефоны не разрешается использовать в больницах и на борту авиалайнеров, чтобы не внести помехи в работу используемого сложного радиотехнического оборудования. Сотовые телефоны могут быть опасны для людей, которые пользуются электронными кардиостимуляторами.
"Физиология" и "анатомия" цифровой связи стандарта GSM
В последние два десятилетия во всем мире наблюдается интенсивное развитие систем подвижной связи, которые не только весьма удобны, но во многих случаях стали просто 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.
Аналоговый стандарт скандинавской мобильной телефонии (NMT-450 - Nordic Mobile Telephone) использует диапазон частот 453 - 468 МГц. В этом случае предоставляется значительно большая по сравнению с другими стандартами площадь обслуживания одной базовой станции и соответственно меньшие затраты, а также малое затухание сигнала на открытом пространстве. Возможность пользоваться связью на расстоянии в несколько десятков километров от базовой станции при благоприятных погодных условиях даже за пределами гарантированной зоны покрытия, если абонент может подключить высокоэффективные направленные антенны и усилители очень выгодно для обширных территорий с низкой плотностью населения. Обратной стороной медали является слабая помехоустойчивость, поскольку в этом частотном диапазоне уровень различного рода помех и их влияние выше, чем в диапазонах 800, 900 и 1800 МГц (особенно ощутимо в больших городах, где развита промышленная сеть), и меньшая, чем в цифровых стандартах системы связи (DCS - Digital Communication System), возможность предоставления широкого спектра сервисных услуг. Кроме всего прочего этот стандарт абсолютно не защищен от прослушивания, поскольку его полоса частот типична для приема приемника ультракоротких волн соответствующего диапазона. В довершение ко всему стоит отметить, что аналоговые стандарты планируется заменить цифровыми - например, NMT-450 на GSM-400.
Аналоговый стандарт AMPS (Advanced Mobile Phone Service) с рабочим диапазоном частот 825 - 890 МГц характеризуется более высокой, чем у NMT-450, емкостью сетей и более надежной связью в помещениях, низкой восприимчивостью к индустриальным и атмосферным помехам. Однако меньшая зона устойчивой связи для одной базовой станции вынуждает операторов ставить их ближе друг к другу. Учитывая данные недостатки, был разработан цифровой улучшенный стандарт DAMPS.
Цифровой стандарт DAMPS (Digital Advanced Mobile Phone Service) с рабочим диапазон частот 825 - 890 МГц обладает емкостью сетей значительно выше, чем у NMT-450 и AMPS. Возможность эксплуатации мобильных аппаратов как в цифровом, так и в аналоговом режимах, широкий спектр сервисных услуг, а так же емкость сетей сотовой связи, работающих в этом стандарте, ниже, чем в полностью цифровых системах, но все же значительно выше, чем в аналоговых. Если при роуминге абонент из аналоговой сети AMPS попадает в цифровую - DAMPS, для работы ему выделяются аналоговые каналы, однако в этом случае преимущества цифровой связи недоступны.
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, организация современных протоколов связи на основе эталонной модели взаимосвязи открытых систем (MOSC - Open System Communication Model) международной организации по стандартизации (ISO - International Standards Organization), а также управление с помощью интеллектуальной сети. Эти преимущества определили дальнейшее развитие сотовых систем в 90-х годах на основе цифровой техники.
Существует несколько стандартов цифровых систем связи: европейский GSM (Global System for Mobile communications), американский ADS (American Digital System), традиционно использующийся в США PCS (Personal Communications Service), английский (DCS - Digital Cellular System) DCS-1800, являющийся прямым аналогом GSM-1800, и японский JDS (Japan Digital System). В странах СНГ более широко применяется стандарт GSM. Это стандарт, определяющий работу в радиотелефонных сетях общего пользования, получил распространение в Европе, однако в США принят стандарт PCS-1900, что говорит о его несовместимости с европейским вследствие различных радиочастот, применяемых для связи. В частности, европейский институт стандартизации телекоммуникаций (ETSI - the European Telecommunications Standards Institute) стандартизировал и определил основные положения действующих в настоящее время в Европе стандартов мобильной связи.
Для работы сотовых систем общего пользования в большинстве стран СНГ были выделены частотные диапазоны: 450МГц - для аналоговой системы NMT-450i и диапазон 900МГц - для систем GSM. Эти две системы стандартов NMT-450i и GSM-900 получили статус федеральных. Дальнейшее развитие сотовых систем связано как с освоением для системы GSM диапазона 1800МГц, так и с переходом к третьему поколению сотовых систем, которые позволяют более гибко решать задачи предоставления каналов подвижным абонентам (в том числе с разными скоростями передачи) за счет широкополосных систем передачи и множественного кодового разделения каналов (СDМА - Code Division Multiple Access).
В системах первого и второго поколений с множественным частотным (FDMA - Frequency Division Multiple Access) и временным (TDMA - Time Division Multiple Access) разделением каналов качество связи определяется количеством предоставляемых каналов и нагрузкой, которая ограничивается пучком наличных каналов, а если все они заняты, то абонент получает отказ. В системе же с кодовым разделением ограничение накладывается на помехи. Хотя здесь и имеет место ограниченное число кодов, а также фиксированное количество аппаратных средств формирования каналов, до этих ограничений дело обычно не доходит. Фактическое ограничение пропускной способности возникает из-за того, что все соединения, одновременно использующие весь выделенный спектр частот, могут создавать взаимные помехи. Таким образом, достигается "мягкое" управление пропускной способностью в том смысле, что рост числа пользователей (сверх определенного предела) сопровождается плавным ухудшением качества связи.
Технология CDMA (www.qualcomm.com) обеспечивает высокое качество сигнала при снижении излучаемой мощности и уровня шумов. В результате можно добиться минимальной средней выходной мощности, значение которой в сотни раз меньшее значений выходной мощности других, используемых в настоящее время стандартов. Это позволяет уменьшить воздействие на организм человека и увеличить продолжительность бесперебойной работы без подзарядки аккумулятора. Так, излучаемая мобильными аппаратами средняя мощность в сотовых системах CDMA составляет менее 10 мВт, что на порядок ниже мощности, требуемой в системах с временным разделением каналов TDMA. Эффективное использование радиочастотного диапазона с возможностью многократного использования одних тех же частот в сети (высокая спектральная эффективность) увеличивает емкость CDMA в 10-20 раз по сравнению с аналоговыми системами и в 3-6 раз превышает плотность других цифровых систем. Это способствует применению механизма контроля мощности и речевой активности, что, в свою очередь, уменьшает взаимные помехи, влияющие на емкость системы и другие факторы, а также позволяет обойти проблему блокировки канала в связи с большой нагрузкой. Соответственно CDMA обеспечивает меньшую задержку в передаче голосового сообщения, чем другие системы подвижной связи, поэтому не требуется уделять повышенное внимание растягиванию задержки сигнала и усугублению эффекта Доплера. Кроме этого, проблема многолучевого распространения эффективно решается на уровне коррекции ошибок. Наконец, плавный переход между сотами (или секторами в пределах одной соты) позволяет осуществлять "мягкий" переход от одной соты к другой, в отличие от TDMA, где такой переход происходит скачкообразно, что приводит к "жесткому", но очень короткому временному разрыву соединения.
Современный мобильный радиотелефон - очень сложный и совершенный прибор, в котором реализованы новейшие научно-технические достижения. Ниже в качестве примера рассматривается стандарт GSM, основанный на комбинации FDMA и TDMA, который получил в настоящее время в странах СНГ наибольшее распространение, отличаясь высоким совершенством и ориентированием на перспективу создания универсальной системы персональной связи.
КОНЦЕПЦИИ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ
Итак, для начала рассмотрим, как осуществляется звонок по мобильному телефону. Лишь только пользователь набирает номер, телефонная трубка (HS - Hand Set) начинает поиск ближайшей базовой станции (BS - Base Station) - приемопередающее, управляющее и коммуникационное оборудование, составляющее сеть. В ее состав входят контроллер базовой станции (BSC - Base Station Controller) и несколько ретрансляторов (BTS - Base Transceiver Station). Базовые станции управляются мобильным коммутирующим центром (MSC - Mobile Service Center). Благодаря сотовой структуре, ретрансляторы покрывают местность зоной уверенного приема в одном или нескольких радиоканалах с дополнительным служебным каналом, по которому происходит синхронизация. Точнее происходит согласование протокола обмена аппарата и базовой станции по аналогии с процедурой модемной синхронизации (handshacking), в процессе которого устройства договариваются о скорости передачи, канале и т.д. Когда мобильный аппарат находит базовую станцию и происходит синхронизация, контроллер базовой станции формирует полнодуплексный канал на мобильный коммутирующий центр через фиксированную сеть. Центр передает информацию о мобильном терминале в четыре регистра: посетительский регистр подвижных абонентов или "гостей" (VLR - Visitor Layer Register), "домашний" регистр местных подвижных абонентов (HRL - Home Register Layer), регистр подписчика или аутентификации (AUC - AUthentiCator) и регистр идентификации оборудования (EIR - Equipment Identification Register). Эта информация уникальна и находится в пластиковой абонентской микроэлектронной телекарточке или модуле (SIM - Subscriber Identity Module), по которому производятся проверка правомочности абонента и тарификация. В отличие от стационарных телефонов, за пользование которыми плата взимается в зависимости от нагрузки (числа занятых каналов), поступающей по фиксированной абонентской линии, плата за пользование подвижной связью взимается не с используемого телефонного аппарата, а с SIM-карты, которую можно вставить в любой аппарат.
Карточка представляет собой не что иное, как обычный флэш-чип, выполненный по смарт-технологии (SmartVoltage) и имеющий необходимый внешний интерфейс. Его можно использовать в любых аппаратах, и главное - чтобы совпадало рабочее напряжение: ранние версии использовали 5.5В интерфейс, а у современных карт обычно 3.3В. Информация хранится в стандарте уникального международного идентификатора абонента (IMSI - International Mobile Subscriber Identification), благодаря чему исключается возможность появления "двойников" - даже если код карты будет случайно подобран, система автоматически исключит фальшивый SIM, и не придется в последствии оплачивать чужие разговоры. При разработке стандарта протокола сотовой связи этот момент был изначально учтен, и теперь каждый абонент имеет свой уникальный и единственный в мире идентификационный номер, кодирующийся при передаче 64бит ключом. Кроме этого, по аналогии со скремблерами, предназначенными для шифрования/дешифрования разговора в аналоговой телефонии, в сотовой связи применяется 56бит кодирование.
На основании этих данных формируется представление системы о мобильном пользователе (его местоположение, статус в сети и т. д.) и происходит соединение. Если мобильный пользователь во время разговора перемещается из зоны действия одного ретранслятора в зону действия другого, или даже между зонами действия разных контроллеров, связь не обрывается и не ухудшается, поскольку система автоматически выбирает ту базовую станцию, с которой связь лучше. В зависимости от загруженности каналов телефон выбирает между сетью 900 и 1800 МГц, причем переключение возможно даже во время разговора абсолютно незаметно для говорящего.
Звонок из обычной телефонной сети мобильному пользователю осуществляется в обратной последовательности: сначала определяются местоположение и статус абонента на основании постоянно обновляющихся данных в регистрах, а затем происходят соединение и поддержание связи.
Максимальная мощность излучения подвижного аппарата в зависимости от его назначения (автомобильный постоянный или переносный, носимый или карманный) может изменяться в пределах 0.8-20 Вт (соответственно 29-43 дБм). В качестве примера в таблице приводятся классы станций и абонентских устройств по применяемой мощности, принятые в системе GSM-900.
Указание мощности в децибелах более удобно для расчета бюджета радиолинии, когда значения усиления и затухания в различных звеньях тракта передачи просто суммируются с соответствующими знаками. Как и финансовый бюджет, бюджет радиолинии определяет достаточность выделяемых средств для решения поставленной задачи - в данном случае для получения требуемого качества связи. При анализе такого бюджета необходимо учитывать как факторы, добавляющие децибелы (например, мощность передатчика, коэффициент усиления антенны), так и факторы, уменьшающие децибелы (например, замирания). Обычно приемник требует определенного уровня сигнала в децибелах плюс некоторый запас на замирания, обеспечивающий гарантированное качество связи. В отличие от аналоговых систем, в которых качество связи характеризуется влиянием внутренних и внешних помех, при рассмотрении цифровых каналов все виды помех сводятся к единственному их проявлению - появлению ошибок в отдельных передаваемых символах. Поэтому качество цифровых каналов передачи характеризуется просто частотой ошибок.
Системы подвижной радиосвязи строятся по схеме "точка-многоточие" (point-multipoint), поскольку абонент может находиться в любой точке соты, контролируемой базовой станцией. В простейшем случае круговой передачи мощность радиосигнала в свободном пространстве теоретически уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Однако на практике сигнал затухает гораздо быстрее - в лучшем случае пропорционально кубу расстояния, поскольку энергия сигнала может поглощаться или уменьшаться на различных физических препятствиях, и характер таких процессов сильно зависит от частоты передачи. Например, передача на частоте 1ГГц почти не зависит от осадков или влияния атмосферы, а при частоте 10ГГц эта зависимость может оказаться достаточно сильной. С другой стороны, чем ниже частота, тем меньше затухание и меньше требуемая мощность передачи. Достаточно вспомнить, что во многих странах для телевизионной передачи в диапазоне 50-90 МГц мощность передатчика ограничивается значением 100кВт, тогда как в диапазоне 500-800 МГц можно встретить телевизионные передатчики до 5000кВт.
Однако, из этого не следует, что и у передатчиков сотовой связи мощность повышается с увеличением частоты. Наоборот, в версии системы GSM, работающей в диапазоне 1800МГц, мощности передачи на порядок ниже, чем в системе GSM-900. Если взять за основу приведенную ранее таблицу, то мощность абонентского аппарата системы GSM-1800 находится в пределах от 1Вт (вместо 8Вт в GSM-900, класс 2) до 0.25Вт (класс 5), а мощность базовой станции от 20Вт (класс 1) до 2Вт (класс 4), что объясняется размером сот. Однако на текущий момент для подвижных аппаратов системы GSM-900 мощность составляет максимум до 1Вт, реально же еще меньше. Поэтому цифры, приводимые в таблице ранее, на данный момент уже не актуальны, но приводятся для наглядности характеристики зависимости мощностей аппарата и базовой станции. Система GSM-900 рассчитана на соты радиусом в несколько десятков километров (приблизительно до 35км), а система GSM-1800 - на соты радиусом в несколько километров. Таким образом, при уменьшении мощности на порядок охватываемая площадь соты уменьшается на два порядка.
"ФИЗИОЛОГИЯ"
Важнейшими причинами повышенного затухания сигналов являются теневые зоны, создаваемые зданиями или естественными возвышенностями на местности. Исследования условий применения подвижной радиосвязи в городах показали, что даже на очень близких расстояниях теневые зоны дают затухание до 20дБ. Другой важной причиной затухания является листва деревьев. Например, на частоте 836МГц в летнее время, когда деревья покрыты листвой, уровень принимаемого сигнала оказывается приблизительно на 10дБ ниже, чем в том же месте зимой, при отсутствии листьев. Замирания сигналов от теневых зон иногда называют медленными с точки зрения условий их приема в движении при пересечении такой зоны.
Важное явление, которое приходится учитывать при создании сотовых систем подвижной радиосвязи - отражение радиоволн, и, как следствие, их многолучевое распространение. С одной стороны, это явление полезно, так как оно позволяет радиоволнам огибать препятствия и распространяться за зданиями, в подземных гаражах и тоннелях. Но с другой стороны, многолучевое распространение порождает такие трудные для радиосвязи проблемы, как растягивание задержки сигнала, релеевские замирания и усугубление эффекта Доплера.
Растягивание задержки сигнала получается из-за того, что сигнал, проходящий по нескольким независимым путям разной протяженности, принимается несколько раз. Поэтому повторяющийся импульс может выйти за пределы отведенного для него интервала времени и исказить следующий символ. Искажения, возникающие за счет растянутой задержки, называются межсимвольной интерференцией. При небольших расстояниях растянутая задержка не опасна, но если соту окружают горы, задержка может растянуться на многие микросекунды (иногда 50-100 мкс).
Релеевские замирания вызываются случайными фазами, с которыми поступают отраженные сигналы. Если, например, прямой и отраженный сигналы принимаются и противофазе (со сдвигом фазы на 180°), то суммарный сигнал может быть ослаблен почти до нуля. Релеевские замирания для данного передатчика и заданной частоты представляют собой нечто вроде амплитудных "провалов", имеющих разную глубину и распределенных случайным образом. В этом случае при стационарном приемнике избежать замираний можно просто переставив антенну. При движении же транспортного средства такие "провалы" проходятся ежесекундно тысячами, отчего происходящие при этом замирания называются быстрыми.
Эффект Доплера проявляется при движении приемника относительно передатчика и состоит в изменении частоты принимаемого колебания. Подобно тому, как тон шума движущегося поезда или автомобиля кажется неподвижному наблюдателю несколько выше при приближении транспортного средства и несколько ниже при его удалении, частота радиопередачи смещается при движении приемопередатчика. Более того, при многолучевом распространении сигнала отдельные лучи могут давать смещение частоты в ту или другую сторону одновременно. В результате, за счет эффекта Доплера получается случайная частотная модуляция передаваемого сигнала подобно тому, как за счет релеевских замираний происходит случайная амплитудная модуляция. Таким образом, в целом многолучевое распространение создает большие трудности в организации сотовой связи, в особенности для подвижных абонентов, что связано с медленными и быстрыми замираниями амплитуды сигнала в движущемся приемнике. Преодолеть эти трудности удалось с помощью цифровой техники, которая позволила создать новые методы кодирования, модуляции и выравнивания характеристик каналов.
"АНАТОМИЯ"
Передача данных осуществляется по радиоканалам. Сеть GSM работает в диапазонах частот 900 или 1800 МГц. Более конкретно, например, в случае рассмотрения диапазона 900МГц подвижной абонентский аппарат передает на одной из частот, лежащих в диапазоне 890-915 МГц, а принимает на частоте, лежащей в диапазоне 935-960 МГц. Для других частот принцип тот же, изменяются только численные характеристики.
По аналогии со спутниковыми каналами направление передачи от абонентского аппарата к базовой станции называется восходящим (Rise), а направление от базовой станции к абонентскому аппарату - нисходящим (Fall). В дуплексном канале, состоящем из восходящего и нисходящего направлений передачи, для каждого из названных направлений применяются частоты, различающиеся точно на 45МГц. В каждом из указанных выше частотных диапазонов создаются по 124 радиоканала (124 для приема и 124 для передачи данных, разнесенных на 45МГц) шириной по 200кГц каждый. Этим каналам присваиваются номера (N) от 0 до 123. Тогда частоты восходящего (F R ) и нисходящего (F F ) направлений каждого из каналов можно вычислить по формулам: F R (N) = 890+0.2N (МГц), F F (N) = F R (N) + 45 (МГц).
В распоряжение каждой базовой станции может быть предоставлено от одной до 16 частот, причем число частот и мощность передачи определяются в зависимости от местных условий и нагрузки.
В каждом из частотных каналов, которому присвоен номер (N) и который занимает полосу 200кГц, организуются восемь каналов с временным разделением (временные каналы с номерами от 0 до 7), или восемь канальных интервалов.
Система с разделением частот (FDMA) позволяет получить 8 каналов по 25кГц, которые, в свою очередь, разделяются по принципу системы с разделением времени (TDMA) еще на 8 каналов. В GSM используется GMSK-модуляция, а несущая частота изменяется 217 раз в секунду для того, чтобы компенсировать возможное ухудшение качества.
Когда абонент получает канал, ему выделяется не только частотный канал, но и один из конкретных канальных интервалов, и он должен вести передачу в строго отведенном временном интервале, не выходя за его пределы - иначе будут создаваться помехи в других каналах. В соответствии с вышеизложенным работа передатчика происходит в виде отдельных импульсов, которые происходят в строго отведенном канальном интервале: продолжительность канального интервала составляет 577мкс, а всего цикла - 4616мкс. Выделение абоненту только одного из восьми канальных интервалов позволяет разделить во времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интервалов, выделяемых передатчикам подвижного аппарата и базовой станции. Базовая станция (BS) всегда передает на три канальных интервала раньше подвижного аппарата (HS).
Требования к характеристикам стандартного импульса описываются в виде нормативного шаблона изменения мощности излучения во времени. Процессы включения и выключения импульса, которые сопровождаются изменением мощности на 70дБ, должны укладываться в промежуток времени длительностью всего 28мкс, а рабочее время, в течение которого передаются 147 двоичных разрядов, составляет 542.8мкс. Значения мощности передачи, указанные в таблице ранее, относятся именно к мощности импульса. Средняя же мощность передатчика оказывается в восемь раз меньше, так как 7/8 времени передатчик не излучает.
Рассмотрим формат нормального стандартного импульса. Из него видно, что не все разряды несут полезную информацию: здесь в середине импульса располагается обучающая последовательность из 26 двоичных разрядов для защиты сигнала от помех многолучевого распространения. Это - одна из восьми специальных легко распознаваемых последовательностей, по которой принятые разряды правильно располагаются во времени. Такая последовательность ограждается одноразрядными указателями (PB - Point Bit), а с обеих сторон этой настроечной последовательности располагается полезная кодированная информация в виде двух блоков по 57 двоичных разрядов, ограждаемых, в свою очередь, граничными разрядами (BB - Border Bit) - по 3бит с каждой стороны. Таким образом, импульс переносит 148бит данных, которые занимают 546.12мкс временной интервал. К этому времени добавляется еще промежуток, равный 30.44мкс защитного времени (ST - Shield Time), в течение которого передатчик "молчит". По продолжительности этот промежуток соответствует времени передачи 8.25 разряда, но передачи в это время не происходит.
Последовательность импульсов образует физический канал передачи, который характеризуется номером частоты и номером временного канального интервала. На основе этой последовательности импульсов организуется целая серия логических каналов, которые различаются своими функциями. Кроме каналов, передающих полезную информацию, существует еще ряд каналов, передающих сигналы управления. Реализация таких каналов и их работа требуют четкого управления, которое реализуется программными средствами.
GSM И КОМПЬЮТЕР
Поскольку эта тема выходит за рамки настоящей статьи, однако очень интересна и актуальна, то в нескольких словах на самом простейшем уровне, думается, стоит ее коснуться.
Рассмотрим пример необходимого оборудования для соединения трубки с компьютером. Для этого необходимо наличие ноутбука, имеющего слот для подключения PC Card Type2, мобильный аппарат, специальный адаптер, вставляющийся в слот самой PC Card Type2 и транслирующий входящие/исходящие пакеты в/из сотового телефона, и, конечно же, соединительный шнур "мобильный аппарат-адаптер". Кроме всего этого, естественно, потребуется установка специального программного обеспечения на компьютер, к которому подключается аппарат. Итак, адаптер распознается системой как обычный модем, благодаря чему и происходит передача данных. В адаптере, который модемом в традиционном понимании этого устройства не является, поток данных разбивается на последовательность фреймов по 200бит, которые передаются блоками по 240бит, где дополнительные 40бит - это служебная информация, необходимая для контроля качества и коррекции ошибок. Скорость передачи данных пользователя при этом составляет 9600bps.
Кроме вышеописанного метода, возможен вариант аналогичного типа соединения, но по инфракрасному протоколу, интерфейсным оборудованием которого снабжены большинство новых моделей трубок - блок интерфейса порта инфракрасной связи, состоящий из ИК-приемопередатчика и "PIN-окна". Со стороны ПК так же необходимо интерфейсное оборудование: в случае современных ноутбуков этого может и не понадобиться, а в случае обычного ПК необходимо будет приобрести интерфейсную колодку, или внешний модуль, подключаемый к СОМ-порту, или специальную плату расширения, плюс кабель с оптоэлектронной частью для каждого из рассматриваемых вариантов.
Слой соединения GSM непосредственно с обычной телефонной сетью поддерживает протоколы передачи данных в V.21, V.22, V.22bis, V.23, V.26ter, V.32 и протокол коррекции ошибок и сжатия данных MNP5. Поскольку данные по сети GSM передаются в цифровом виде, а модем на другом конце обычной коммутируемой линии работает только с аналоговыми сигналами, адаптер, рассматриваемый в первом примере, формирует такую последовательность данных, которая воспринимается модемом как обычные телефонные сигналы, в том числе несущая сигнала "занято" и т.д. Как правило, адаптер требует стандартных модемных установок: 8N1, скорость 2400, 4800 или 9600 bps. В случае же применения ИК-порта такие "преобразования" происходят уже внутри самой трубки.