GSM - Polski Serwis Naukowy

GSM (ang. Global System for Mobile Communications, pierwotnie Groupe Spécial Mobile) – najpopularniejszy obecnie standard telefonii komórkowej. Sieci oparte na tym systemie telekomunikacji oferują usługi związane z transmisją głosu, danych (na przykład dostęp do Internetu) i wiadomości w formie tekstowej lub multimedialnej.

Telefaks (potocznie faks) – usługa symilograficzna dla abonentów, polegająca na przesyłaniu wiadomości w postaci obrazów nieruchomych pomiędzy aparatami symilograficznymi, realizowana za pośrednictwem łączy telefonicznych z komutacją automatyczną. Początki rozwoju telefaksu przypadają na koniec lat 70. Istnieje kilka norm komunikacji pomiędzy telefaksami. Najczęściej jest używana norma analogowa G3 (14400 bit/s), jest też cyfrowa G4 (64000 bit/s) dla ISDN.
Ericsson to firma o zasięgu globalnym, założona w 1876 roku w Sztokholmie przez Larsa Magnusa Ericssona. Ericsson jest dostawcą usług i serwisów dla operatorów telekomunikacyjnych. W skład produktów firmy wchodzą: infrastruktura sieci stałych i mobilnych, internet szerokopasmowy oraz rozwiązania multimedialne.Firma Ericsson działa w 175 krajach. W 2008 roku ponad 75.000 pracowników wygenerowało dochód wysokości 32,2 miliardów USD (209 miliardów SEK). Firma jest obecna na giełdach OMX Nordic Exchange Stockholm i NASDAQ. Ericsson zarządza sieciami, które służą 195 milionom użytkowników.

W maju 2009 na świecie było ok. 3 mld unikatowych numerów abonenckich telefonii GSM (co stanowi około 80% rynku telefonii mobilnej). Dzięki możliwości międzynarodowego roamingu i umowom między operatorami abonent GSM może, bez podpisywania oddzielnych umów z każdym operatorem z osobna, korzystać z telefonu w większości krajów świata (jednym z ważniejszych wyjątków jest Japonia). Obecnie usługi na bazie tej technologii świadczy ponad 700 operatorów w ponad 200 krajach i terytoriach zależnych.

Wielka Brytania (), Zjednoczone Królestwo Wielkiej Brytanii i Irlandii Północnej (ang. United Kingdom of Great Britain and Northern Ireland) – unitarne państwo wyspiarskie położone w Europie Zachodniej. W skład Wielkiej Brytanii wchodzą: Anglia, Walia i Szkocja położone na wyspie Wielka Brytania, Irlandia Północna leżąca w północnej części wyspy Irlandia. Guernsey, Jersey i Wyspa Man, posiadają odrębny status dependencji Korony brytyjskiej i nie wchodzą w skład Zjednoczonego Królestwa.
Kryptologia (z gr. κρυπτός – kryptos – "ukryty" i λόγος – logos – "słowo") – dziedzina wiedzy o przekazywaniu informacji w sposób zabezpieczony przed niepowołanym dostępem. Współcześnie kryptologia jest uznawana za gałąź zarówno matematyki, jak i informatyki; ponadto jest blisko związana z teorią informacji, inżynierią oraz bezpieczeństwem komputerowym.

Usługi GSM mogą być udostępnione na zasadzie usługi abonamentowej lub formy przedpłaconej (która nie zobowiązuje użytkownika do zawarcia umowy), a także form mieszanych, co znacznie zwiększa liczbę potencjalnych użytkowników.

Historia rozwoju standardu

stacja bazowa GSM

GSM 900 Phase 1

GSM powstał dzięki europejskiej inicjatywie stworzenia jednego, otwartego standardu telefonii komórkowej. Pierwotnie miał to być standard obowiązujący na terenie dwunastu członków Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej (EWG). W tym celu wewnątrz Europejskiej Konferencji Administracji Poczty i Telekomunikacji (CEPT) powołany został w 1982 r. instytut Groupe Spécial Mobile (GSM), który miał za zadanie opracowanie standardu telefonii mobilnej działającej w paśmie 900 MHz. Stworzono prototypy urządzeń radiowych, przeprowadzano badania nad optymalnym sposobem dostępu do sieci. Ostateczne wyniki badań stały się podstawą do prac nad specyfikacją. W 1984 r. Komisja Europejska zatwierdziła projekt wspólnego standardu

Unia Europejska (oficjalny skrót w Polsce: UE) – powstały . W określeniu europejskości Unii naczelną rolę odgrywają czynniki historyczne i kulturowe oraz wspólna tożsamość i identyfikacja z wartościami demokratycznymi.
Wspólnota Europejska (WE; fr. Communauté Européenne - CE, ang. European Community - EC) - istniejąca do 30 listopada 2009 r. organizacja międzynarodowa będąca podstawą współpracy w ramach Unii Europejskiej. Do 1 listopada 1993 r. nosiła nazwę Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej (EWG).

25 czerwca 1987 r. Rada Europejska wydała dyrektywę, w której zalecała wszystkim krajom na obszarze ówczesnej wspólnoty zarezerwować częstotliwości 890–915 i 935–960 MHz dla potrzeb nowego komórkowego cyfrowego systemu łączności ruchomej drugiej generacji, a w podpisanym 7 września 1987 r. Memorandum of Understanding 15 operatorów z 13 krajów zobowiązało się do zaimplementowania technologii GSM. Pierwsza specyfikacja została opublikowana rok później (GSM 900 Phase 1). Znaczenie akronimu GSM zmieniono na Global System for Mobile Communications.

Ameryka Południowa – kontynent leżący na półkulach południowej oraz północnej i zachodniej. Od wschodu graniczy z Oceanem Atlantyckim, a od zachodu z Oceanem Spokojnym. Powierzchnia Ameryki Południowej wynosi 17,8 mln km². Od północy, przez Przesmyk Panamski, graniczy z Ameryką Północną. Oba te kontynenty nazywane są też przez Europejczyków Nowym Światem.
Kodek GSM jest implementacją jednego ze standardów (HR, FR, EFR, AMR - zobacz rozdział poniżej) kodowania i dekodowania głosu w systemie telefonii GSM. Charakteryzują się one niskimi wymaganiami związanymi z prędkością transmisji przy akceptowalnej jakości zakodowanej mowy, oraz stosunkowo niewielką złożonością obliczeniową potrzebną do kodowania dźwięku. Ten fakt, oraz otwartość standardu (i związany z nim brak opłat licencyjnych) przyczynił się do popularności tego typu rozwiązań także w transmisji VoIP.

W 1989 r. prace nad rozwojem standardu przejął nowo utworzony Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych (ETSI). W 1990 r. specyfikacje fazy pierwszej zostały zamknięte, dzięki czemu stanowiły oficjalny zbiór dokumentów, na bazie którego można było rozpocząć produkcję sprzętu i budowę opartych na nim sieci.

GSM Phase 2

W roku 1990 rozpoczęto publikacje specyfikacji związanych z fazą drugą systemu GSM. Zdefiniowano standard GSM działający w paśmie 1800 MHz (DCS), uwzględniono przesyłanie SMSów, faxu i danych. W 1991 r. w sieci fińskiego operatora Radiolinja (obecnie już nieistniejącego, jego sieć została przejęta przez fińską firmę telekomunikacyjną Elisa Oyj) wykonano pierwsze na świecie połączenie w standardzie GSM. Rok później operator ten jako pierwszy zaoferował komercyjne usługi bazujące na tym systemie.

IMSI (ang. International Mobile Subscriber Identity) - unikalny numer przypisany do każdej karty SIM w sieci GSM lub UMTS, jednoznacznie ją identyfikujący. Numer zapisany jest na karcie SIM oraz w rejestrze HLR.
Włochy (Republika Włoska, wł. Italia, Repubblica Italiana) – państwo położone w Europie Południowej, na Półwyspie Apenińskim, będące członkiem wielu organizacji, m.in.: UE, NATO, należące do ośmiu najbardziej uprzemysłowionych i bogatych państw świata – G8.

W 1993 roku uruchomiono w Wielkiej Brytanii pierwszą sieć DCS, oraz pierwszą sieć GSM poza Europą (sieć australijskiego operatora Telestra). Prace nad specyfikacjami związanymi z drugą fazą systemu GSM zakończono w roku 1995.

GSM Phase 2+

ETSI kontynuował pracę nad specyfikacją GSM pod nazwą Phase 2+. Uwzględniono technologie High Speed Circuit Switched Data (przesyłanie danych z przepływnością 14.4 kb/s) oraz CAMEL - umożliwiającą pełny roaming usług bazujących na platformie sieci inteligentnych (np. Prepaid). W 1997 częścią specyfikacji stała się technologia GPRS. Rozpoczęto też prace nad technologią EDGE.

Finlandia, Republika Finlandii (fiń. Suomi, Suomen Tasavalta; szw. Finland, Republiken Finland) – państwo w Europie Północnej, powstałe po odłączeniu od Rosji w 1918. Członek Unii Europejskiej. Graniczy od zachodu ze Szwecją i z Bałtykiem, od północy z Norwegią i od wschodu z Rosją.
Europejski Instytut Norm Telekomunikacyjnych (ang. European Telecommunications Standards Institute, ETSI) – niezależny instytut standaryzacyjny. Podstawowym zadaniem ETSI jest opracowywanie norm niezbędnych do stworzenia europejskiego rynku telekomunikacyjnego.

Wszystkie dokumenty opisujące funkcjonowanie sieci GSM były publikowane przez ETSI w zbiorach specyfikacji oznaczonymi wersjami (tzw. Release), których nazwy związane były z rokiem ich pojawienia się. Podczas fazy 2+ opublikowano Release 96, Release 97 i Release 98.

Specyfikacje Release 99 i późniejsze

Dzięki różnym wersjom systemu dostosowanym do zakresów częstotliwości dostępnych w róznych częściach świata, GSM stał się globalnym standardem. Na przykład w USA, instytut T1P1, bazując na specyfikacjach opublikowanych przez ETSI opracował standard sieci GSM dostosowany do lokalnego rynku telekomunikacyjnego - tak powstał GSM 1900 (PCS). W grudniu 1998 roku, instytuty standaryzacyjne z Europy, Azji i Ameryki powołały do życia wspólne przedsięwzięcie - konsorcjum 3rd Generation Partnership Project (3GPP), które miało harmonizować prace nad rozwojem UMTS - systemu trzeciej generacji. W roku 2000, ETSI (jeden z członków założycieli) przekazał do 3GPP efekty swoich prac nad standardem GSM w postaci najnowszego (w tym czasie) zbioru specyfikacji, tzw. Release 99. Od tej pory 3GPP zaczęło rozwijać specyfikacje obu systemów: UMTS i GSM. Oba standardy korzystały z takiej samej sieci szkieletowej a różniły się siecią radiową. 3GPP publikuje specyfikacje dla obu rodzajów sieci w podobny sposób jak robiło to wcześniej ETSI - jako kompletny zbiór dokumentów opisujących wszystkie aspekty działania obu systemów - tzw. Release, nie zachowało jednak wcześniejszej numeracji, kolejne zbiory mają nazwy: Release 4, Release 5, itd.

LTE (ang. Long Term Evolution) jest bardzo często mylnie określana mianem technologii czwartej generacji. LTE nie spełnia tak naprawdę wymogów stawianych przez ITU dla technologii 4G/IMT-Advanced, dlatego określa się ją mianem technologii 3,9G lub Super 3G. Główne cele przyjęte na etapie projektowania nowego standardu to: redukcja kosztów transmisji pojedynczego bitu informacji, umożliwienie świadczenia nowych typów usług, elastyczność w zakresie częstotliwości działania systemu, uproszczona architektura wykorzystująca otwarte interfejsy. Wszystko to przy jednoczesnej redukcji mocy zużywanej przez telefony. LTE zakłada również, aby maksymalna przepustowość do abonenta wynosiła 150 Mbit/s, a od abonenta 50 Mbit/s w pasmie 20 MHz. Long Term Evolution ma także wspierać co najmniej 200 użytkowników w każdej komórce 5 MHz. Na rynku stale rośnie zapotrzebowanie na usługi, takie jak wideokonferencje, gry, VoIP, dlatego opóźnienie transmisji ma wynosić nie więcej niż 10 ms.
Cable News Network (CNN) – amerykańska telewizja informacyjna, założona w 1980 przez Teda Turnera. Stacja nadająca programy informacyjne przez całą dobę była pierwszym kanałem telewizyjnym tego typu na świecie. Obecnie należy do koncernu Time Warner. Powszechnie dostępna w Stanach Zjednoczonych i w wielu innych krajach świata. Jej główna siedziba znajduje się w Atlancie, ma również ośrodki w Nowym Jorku, Londynie, Hongkongu oraz wielu innych miastach. CNN nadaje kilka wersji swojego kanału: amerykańską – CNN, międzynarodową – CNN International, CNN en Español (kraje Ameryki Łacińskiej), CNN Airport Network (dla pasażerów na lotniskach), CNN+ (Hiszpania), CNN Turk (Turcja), CNN Chile, Headline News i inne. Stacja prowadzi również internetowe portale informacyjne.

Kolejne wersje specyfikacji uwzględniały między innymi zmiany w interfejsie radiowym (np. nowe metody kodowania i modulacji sygnału poprawiające przepływność danych przesyłanych dzięki technologii EDGE) oraz ewolucję sieci szkieletowych (np. architektura warstwowa, nowe możliwości interakcji pomiędzy siecią a usługami dodanymi czy współpraca sieci GSM z IP Multimedia Subsystem). 3GPP w swoich specyfikacjach uwzględniło także współpracę pomiędzy sieciami GSM i UMTS. Możliwy jest między innymi handover (czyli przeniesienie aktywnego połączenia) pomiędzy obiema rodzajami sieci, operatorzy budujący sieci w obu standardach mogą też korzystać ze wspólnej sieci szkieletowej.

Stacja przekaźnikowa, stacja bazowa, BTS (ang. Base Transceiver Station) – w systemach łączności bezprzewodowej (np. popularnym GSM) urządzenie (często z wysokim masztem), wyposażone w antenę fal elektromagnetycznych, łączące terminal ruchomy (telefon komórkowy, pager) z częścią stałą cyfrowej sieci telekomunikacyjnej.
CAMEL (ang. Customised Application for Mobile network Enhanced Logic) - funkcjonalność sieci GSM i UMTS umożliwiająca abonentom będącym w roamingu korzystanie z usług udostępnianych w ich macierzystej sieci, bazujących na platformie sieci inteligentnych. Przykładem takiej usługi może być naliczanie opłat za rozmowę abonentom rozliczającym się w systemie prepaid.

Sieci GSM na tle obecnego rynku telekomunikacyjnego

GSM jest obecnie najpopularniejszym systemem telefonii komórkowej na świecie (około 80% wszystkich subskrypcji). Liczba abonentów oraz obszar, na którym dostępne są usługi, sprawiają, że operatorzy nadal rozwijają sieci zbudowane w tym standardzie, mimo pojawienia się nowszych rozwiązań. Infrastruktura sieciowa rozbudowywana jest tak, aby obsłużyć zwiększającą się liczbę połączeń oraz ilość przesyłanych danych. Architektura sieci ciągle ewoluuje - operatorzy wprowadzają w sieci szkieletowej architekturę warstwową (tzw. Mobile Softswitch Solution), bardziej elastyczne połączenie sieci szkieletowej i radiowej (Iu-flex) oraz warstwę transportu wewnątrz sieci opartą na technologii IP. Nowe specyfikacje uwzględniają także współpracę (między innymi handover) pomiędzy GSM i LTE (tzw. standard czwartej generacji również rozwijany przez 3GPP) oraz znaczne polepszenie wydajności technologii EDGE (tzw. EDGE Evolution), która ma w przyszłości umożliwić transfer z przepływnością około 1 Mb/s.

Częstotliwości używane w sieci GSM to wydzielone zasoby radiowe (pasmo częstotliwości) na którym może się odbywać transmisja głosu i danych w systemie GSM. Liczba i rozkład częstotliwości różni się w zależności od użytego standardu sieci.
Virgin Mobile Ltd – operator telefonii komórkowej działającym w Wielkiej Brytanii, Australii, Kanadzie, Republice Południowej Afryki, Stanach Zjednoczonych i Francji.

Ewolucja w telekomunikacji jest procesem ciągłym, cały czas trwają prace badawcze i wdrożenia związane z nowymi standardami. Obecnie działa już wiele sieci 3G, niektórzy operatorzy przymierzają się do uruchomienia pierwszych usług na bazie systemów czwartej generacji. Może minąć dużo czasu, zanim sieci te pokryją obszar, na którym znajduje się większość potencjalnych klientów, a to oznacza, że GSM ciągle będzie używany dla zapewnienia ciągłości usług. Z drugiej strony widać już pierwsze oznaki wypierania tego standardu przez nowsze rozwiązania. W Unii Europejskiej dyrektywa 87/372/EWG opublikowana w 1987 roku zalecała krajom członkowskim zarezerwować częstotliwości 880 - 960 MHz dla potrzeb systemów GSM. Obecnie Komisja Europejska zmieniła tę dyrektywę dopuszczając na terenie Wspólnoty działanie systemów UMTS w tym zakresie częstotliwości. W maju 2009 na świecie było 10 sieci wykorzystujących standardy UMTS900/UMTS850, na częstotliwościach wcześniej wykorzystywanych przez GSM.

Bezpieczeństwo teleinformatyczne – zbiór zagadnień z dziedziny telekomunikacji i informatyki związany z szacowaniem i kontrolą ryzyka wynikającego z korzystania z komputerów, sieci komputerowych i przesyłania danych do zdalnych lokalizacji, rozpatrywany z perspektywy poufności, integralności i dostępności.
MSISDN (Mobile Subscriber ISDN) - numer abonenta sieci komórkowej (potocznie numer telefonu). Numer MSISDN jest przechowywany na karcie SIM lub USIM znajdującej się w aparacie, oraz (po stronie sieci) w rejestrze abonentów macierzystych.

Podstawowe założenia standardu

Podczas tworzenia standardu GSM opierano się na doświadczeniach związanych z rozwijanym standardem ISDN, czyli cyfrową siecią stacjonarną z integracją usług, istnieje więc wiele podobieństw pomiędzy tymi sieciami:

W strukturze obu sieci znajdują się cyfrowe centrale telefoniczne, wykorzystujące tego samego rodzaju łącza do przenoszenia różnych typów informacji (głosu, faksu, danych) pomiędzy abonentami. Kontrola nad połączeniami wykonywana jest za pomocą protokołu sygnalizacyjnego SS7.

Głos o częstotliwości z zakresu 300 - 3400 Hz jest kodowany cyfrowo i w takiej postaci jest przesyłany do sieci.

Zdefiniowane są pewne usługi, które są zintegrowane z siecią. Należą do nich między innymi: przesyłanie faksu, krótkich wiadomości tekstowych, poczta głosowa, identyfikacja numeru dzwoniącego abonenta, itp.

Podstawowym założeniem podczas projektowania standardu GSM była pełna mobilność abonenta, aby ją uzyskać specyfikacja uwzględnia:

Motorola jest międzynarodową firmą telekomunikacyjną założoną w 1928 roku, z siedzibą w Schaumburgu na przedmieściach Chicago (USA). Jest spółką publiczną notowaną na giełdzie nowojorskiej (NYSE) (od 26 maja 1946) (symbol giełdowy: MOT), a w przeszłości także tokijskiej (od października 1988 do czerwca 2005) i Chicago Stock Exchange.
3rd Generation Partnership Project (3GPP) - wspólny projekt kilku organizacji standaryzacyjnych mający na celu rozwój systemów telefonii komórkowej trzeciej generacji 3G.

dodatkowe elementy infrastruktury sieci odpowiedzialne za przechowywanie informacji o aktualnym położeniu abonenta, śledzenie jego zmian i utrzymywanie odpowiedniej jakości transmisji nawet podczas przemieszczania się użytkownika telefonu.

roaming, czyli możliwość korzystania z obcych sieci GSM.

połączenie telefonu z siecią dzięki systemowi stacji bazowych. Jako dostęp do kanału radiowego wybrano cyfrową transmisję za pomocą technologii FDMA i TDMA. Oznacza to, że transmisje odbywają się na wielu częstotliwościach, z których każda jest podzielona na 8 tzw. szczelin czasowych. Jedna rozmowa może zajmować całą szczelinę lub jej połowę (kosztem pogorszenia się jakości dźwięku) – w konsekwencji na jednej częstotliwości może być obsługiwanych do 16 rozmów.

Centrala telefoniczna - zespół urządzeń przeznaczony do łączenia abonentów sieci telekomunikacyjnej na czas wymiany informacji. Składa się ona z urządzeń komutacyjnych odpowiedzialnych za zestawianie połączeń telekomunikacyjnych i urządzeń pomocniczych gwarantujących prawidłową pracę centrali. Możemy podzielić je na analogowe i nowocześniejsze cyfrowe. Podział ten wynika z zasady działania i sposobu przetwarzania i przesyłania danych (informacji).
Multimedia (z łac. Multum + Medium) to media, które wykorzystują różne formy informacji oraz różne formy ich przekazu (np. tekst, dźwięk, grafikę, animację, wideo) w celu dostarczania odbiorcom informacji lub rozrywki. Termin „multimedia” ma również zastosowanie w mediach elektronicznych służących do rejestrowania oraz odtwarzania treści multimedialnych. Multimedia posiadają cechy tradycyjnych technik mieszanych i sztuk pięknych, jednak mają szerszy zakres. Termin bogate media jest synonimem terminu multimedia interaktywne.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)