GSM — стандарт сотовой связи второго поколения¶

GSM (от англ. Global System for Mobile Communications — глобальная система мобильной связи) — стандарт сотовой связи второго поколения (2G), разработанный Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) и ставший первым глобальным стандартом цифровой мобильной связи. GSM обеспечивает передачу голоса и данных с коммутацией каналов, а также предоставляет услуги коротких текстовых сообщений (SMS) и передачи данных с коммутацией пакетов через технологии GPRS и EDGE.

¶История

Разработка стандарта началась в 1982 году, когда Конференция европейских администраций почт и электросвязи (CEPT) создала группу Groupe Spécial Mobile (отсюда первоначальное название стандарта). Целью было создание единого общеевропейского стандарта, который заменил бы несовместимые аналоговые системы (NMT, TACS, RTMI). В 1987 году 15 европейских стран подписали меморандум о внедрении GSM. Первые спецификации опубликованы в 1990 году, а коммерческий запуск состоялся в 1991 году в Финляндии (оператор Radiolinja). В России GSM начал внедряться в 1994 году.

¶Архитектура сети

Сеть GSM состоит из трёх основных подсистем:

• Подсистема базовых станций (BSS) — включает базовые станции (BTS), обеспечивающие радиосвязь с мобильными телефонами, и контроллеры базовых станций (BSC), управляющие несколькими BTS.
• Коммутационная подсистема (NSS) — центральное ядро сети, включающее мобильные центры коммутации (MSC), домашние регистры (HLR) и гостевые регистры (VLR), а также центры аутентификации (AuC).
• Подсистема эксплуатации и обслуживания (OMS) — обеспечивает управление и мониторинг сети.

¶Радиоинтерфейс

GSM работает в диапазонах частот 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц. Используется комбинация технологий множественного доступа с частотным (FDMA) и временным (TDMA) разделением каналов. Радиоканал разделён на 8 временных слотов, каждый из которых обслуживает отдельного абонента. Ширина полосы одного канала составляет 200 кГц. Модуляция — Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK). Скорость передачи данных в канале — 270,833 кбит/с, что обеспечивает речевой кодек с битрейтом 13 кбит/с (полная скорость) или 5,6 кбит/с (полускорость).

¶Идентификация и безопасность

Каждый абонент идентифицируется уникальным номером IMSI (International Mobile Subscriber Identity), хранящимся на SIM-карте. Аутентификация абонента проводится с помощью алгоритма A3, шифрование радиоканала — алгоритмом A5 (варианты A5/1 и A5/2). В 2000-х годах выявлены уязвимости этих алгоритмов, что привело к разработке более стойких модификаций. В GSM также используется временный идентификатор TMSI для защиты от перехвата.

¶Услуги

GSM предоставляет следующие основные услуги:

• Голосовая связь (телефония) с тарификацией по времени.
• Короткие текстовые сообщения (SMS) — до 160 символов, передаваемые по сигнальному каналу.
• Передача данных с коммутацией каналов (CSD) — скорость до 14,4 кбит/с.
• Пакетная передача данных GPRS — скорость до 171,2 кбит/с (теоретически), реально 40–80 кбит/с.
• Улучшенная пакетная передача EDGE — скорость до 384 кбит/с (теоретически), реально 120–200 кбит/с.
• Дополнительные услуги: переадресация, ожидание вызова, конференц-связь, определитель номера.

¶Распространение и значение

GSM стал самым распространённым стандартом сотовой связи в мире: на пике в 2010-х годах им пользовалось более 80% абонентов мобильной связи. Стандарт обеспечил международный роуминг благодаря единым частотам и процедурам. GSM послужил основой для развития стандартов третьего поколения (UMTS) и четвёртого поколения (LTE), которые сохранили архитектурные принципы и ядро сети. По состоянию на 2024 год сети GSM постепенно выводятся из эксплуатации в ряде стран, уступая место LTE и 5G, однако в развивающихся регионах и для M2M-устройств (например, охранных сигнализаций) стандарт продолжает использоваться.

¶Преимущества и недостатки

К преимуществам GSM относят глобальную совместимость, зрелость технологий, низкую стоимость оборудования и широкое покрытие. Недостатки — относительно низкая скорость передачи данных, уязвимости шифрования, ограниченная ёмкость сети в плотно населённых районах.