Обобщённая структурная схема сети стандарта GSM, назначение и характеристики отдельных подсистем и устройств.

В приведенной схеме условно можно выделить четыре основных компонента - центр управления и обслуживания (ЦУО) (иначе operations and maintenance center - ОМС) и три подсистемы:

Обобщённая структурная схема сети стандарта GSM, назначение и характеристики отдельных подсистем и устройств. - student2.ru

ПМС (MSS) - подсистема мобильных станций;

ПБС (BSS) - подсистема базовых станций;

ПК (SSS) - подсистема коммутаций;

КБС (BSC)- контроллер базовых станций;

ЦКМС (MSC) - центр коммутации мобильной связи;

ВРМ (VLR) - визитный регистр местоположения;

ДРМ (HLR) - домашний регистр местоположения;

ЦА (AUC)- центр аутентификации;

РИО (EIR) - регистр идентификации оборудования;

ЦУО - регистр управления и обслуживания;

БС (BTS) - базовая станция;

МС (MS) – мобильная станция;

МКЦПС (GMSC) – шлюз центра коммутации подвижной связи;

ЦСИС (ISDN)– цифровая сеть с интеграцией служб;

ЦУС – центр управления сетью;

PTN – сеть передачи данных;

ТфОП – телефонная сеть общего пользования

Главным звеном в архитектуре ССМС является подсистема коммутации, которая включает в себя центр коммутации подвижной связи ЦКПС, визитный (гостевой) регистр местоположения ВРМ , домашний регистр местоположения ДРМ, центр аутентификации ЦА и регистр идентификации оборудования РИО.

В подсистему базовых станций входят базовые приемопередающие станции БС и контроллеры базовых станций КБС. Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается и процессе работы мобильная станция, т.е. коммутацию мобильных абонентов друг с другом, с абонентом ТфОП и др. На ЦКПС возлагаются также функции коммутации каналов, к которым относятся "передача обслуживания" (или "эстафетная передача") и переключение каналов в соте при появлении сильных помех и неисправностей, если только это не является обязанностью КБС. Помимо коммутационных задач ЦКПС, управляет процедурами слежения за мобильными станциями с помощью домашнего и визитного регистров местоположения для обеспечения доставки вызова, а также процедурами аутентификации и идентификации абонентов с помощью ЦА и РИО.

Блоки ДРМ и ВРМ по своей сути представляют собой базы данных. Первый содержит сведения о постоянно приписанных к данному ЦКМС абонентах и о видах услуг, которые им могут быть оказаны, второй содержит информацию об абонентах, временно находящихся в зоне обслуживания данного ЦКМС.

Контроллер базовых станций осуществляет управление несколькимиБС, которые обеспечивают связь с МС через радиоинтерфейс, а такжепроизводит упаковку информации, передаваемой в ЦКПС, и ее распаковку

при передаче в обратном направлении.

ЦКПС выполняет функции роуминга. Роуминг заключается в предоставлении услуг мобильной связи

клиентам других сетей данного стандарта. Каждый абонент получает уникальный международный идентификатор мобильного оборудования IMEI, а также стандартный сменный модуль подлинности абонента – SIM-карту, в которой содержится:

а) международный идентификационный номер IMSI,

б) персональный идентификационный номер PIN,

в) персональный номер разблокировки.

ЦА обеспечивает возможность проведения процедуры аутентификации абонентов и шифрование передаваемых сообщений. РИО содержит сведения об эксплуатируемых мобильных станциях на предмет исправности и санкционированного использования. ЦУО (центр управления и обслуживания) осуществляет взаимодействие со всеми основными узлами и устройствами подсистемы коммутации. Кроме того, имеется ЦУС – центр управления сетью, который позволяет обеспечить иерархическое управление всей сетью GSM, диспетчерское управление, контроль трафика, предотвращение аварийных ситуаций при перегрузке, контроль региональных проблем, контроль маршрутов сигнализации. ЦКПС обеспечивает через ШЦКПС связь с внешними сетями.

Аутентификация абонента

Назначением аутентификации абонента является установление подлинности абонента, претендующего на услуги сети. Для этого разработаны криптографические протоколы, в результате выполнения которых законные

пользователи достигают своих целей, а притязания злоумышленников отвергаются.

Самым распространенным методом аутентификации является использование паролей - секретной последовательности символов (букв и/или цифр). При попытке доступа к устройству абонент вводит свой пароль, который сравнивается с хранящимся в памяти устройства и приписанным данному абоненту. Доступ разрешается только в случае их совпадения. Так, в стандарте GSM пароль, так называемый PIN (personal identification number) код, служит для активизации МС. Трехкратный неправильный ввод PIN кода блокирует SIM карту и работа данной МС запрещается. Парольная аутентификация обладает хорошей стойкостью при условии использования достаточно длинного, случайного пароля, а также, если предусмотрена защита от перехвата пароля при его вводе и от несанкционированного считывания его из памяти устройства. Так как МС при вводе PIN кода находится в руке абонента, можно считать, что эти требования выполняются. Для удаленных устройств используются более сложные протоколы, защищающие от возможного перехвата передаваемых сигналов. Они реализуют принцип доказательства с нулевым знанием или с нулевым

разглашением. Абонент (МС) не предъявляет проверяющему (ЦКМС) собственный секрет, а только демонстрирует, что им владеет. Обычно абоненту предлагается вычислить значение некоторой функции и сообщить его проверяющему, который также способен провести подобные вычисления.

Сравнение этих значений позволяет установить подлинность абонента. На рис приведена упрощенная схема аутентификации МС в сотовой системе стандарта GSM . При поступлении от МС запроса

ЦКМС передает в ответ случайное число RAND. По алгоритму A3 с помощью секретного числа Кi , полученного МС при регистрации и хранящегося в SIM, абонент вычисляет отклик SRES (signed response) и сообщает его ЦКМС. Центр коммутации независимо вычисляет SRES и сравнивает его с принятым по

радиоканалу. При их совпадении МС посылается сигнал подтверждения о состоявшейся аутентификации. При несовпадении - сигнал о том, что опознание не состоялось.

26.Процедура шифрования сообщения в системе сотовой связи GSM. Обобщённая структурная схема сети стандарта GSM, назначение и характеристики отдельных подсистем и устройств. - student2.ru

При необходимости осуществить секретную связь МС посылает запрос на шифрование. ЦКМС генерирует случайное число RAND (random number), которое передается на МС и используется на обеих сторонах для вычисления единого сеансового ключа KS по алгоритму А8. Из-за помех в радиоканале возможно искажение RAND, и ключ на МС будет отличаться от вычисленного ЦКМС. Для проверки идентичности ключей служит числовая последовательность ключа (ЧПК), являющаяся кодом его хэш-функции. Любые изменения ключа KS с большой вероятностью приводят к изменению ЧПК, но по ЧПК трудно определить значение KS. Поэтому перехват ЧПК в радиоканале не снижает стойкости шифра. После подтверждения правильности установки ключей производится поточное шифрование данных по алгоритму А5. В системах мобильной связи общего пользования для шифрования используются алгоритмы, предусмотренные соответствующими спецификациями (стандартный уровень секретности). В корпоративных системах допускается использование своих, оригинальных шифров (повышенный уровень секретности).

Преимущества

Высокая спектральная эффективность. Кодовое разделение позволяет обслуживать больше абонентов на той же полосе частот, чем другие виды разделения (TDMA, FDMA).

Гибкое распределение ресурсов. При кодовом разделении нет строгого ограничения на число каналов. С увеличением числа абонентов постепенно возрастает вероятность ошибок декодирования, что ведёт к снижению качества канала, но не к отказу обслуживания.

Более высокая защищённость каналов. Выделить нужный канал без знания его кода весьма трудно. Вся полоса частот равномерно заполнена шумоподобным сигналом.

Телефоны CDMA имеют меньшую пиковую мощность излучения, и потому, возможно, менее вредны. Технология кодового разделения каналов CDMA, благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением дальнейшей эволюции сотовых систем связи. CDMA2000 является стандартом 3G в эволюционном развитии сетей cdmaOne (основанных на IS-95). При сохранении основных принципов, заложенных версией IS-95A, технология стандарта CDMA непрерывно развивается.

G Основная статья: 3G

Все перечисленные выше цифровые системы второго поколения основаны на методе множественного доступа с временным разделением каналов (Time Division Multiple Access — TDMA). Однако уже в 1992—1993 гг. в США был разработан стандарт системы сотовой связи на основе метода множественного доступа с кодовым разделением каналов (Code Division Multiple Access — CDMA) — стандарт IS-95 (диапазон 800 МГц). Он начал применяться с 1995−1996 гг. в Гонконге, США, Южной Корее, причём в Южной Корее -наиболее широко, а в США начала использоваться и версия этого стандарта для диапазона 1900 МГц. Направление персональной связи нашло своё преломление и в Японии, где в 1991—1992 гг. была разработана и с 1995 г. начала широко использоваться система PHS диапазона 1800 МГц (Personal Handyphone System — буквально «система персонального ручного телефона»).

G Основная статья: HSDPA

HSDPA (англ. High-Speed Downlink Packet Access — высокоскоростная пакетная передача данных от базовой станции к мобильному телефону) — стандарт мобильной связи, рассматривается специалистами как один из переходных этапов миграции к технологиям мобильной связи четвёртого поколения (4G). Максимальная теоретическая скорость передачи данных по стандарту составляет 14,4 Мбит/сек., практическая достижимая в существующих сетях — около 3 Мбит/сек.

4GТехнологии, претендующие на роль 4G (и очень часто упоминаемые в прессе в качестве 4G):

LTE, TD-LTE, Mobile WiMAX, UMB ,HSPA+ . В настоящее время запущены сети WiMAX и LTE. Первую в мире сеть LTE в Стокгольме и Осло запустил альянс TeliaSonera/Ericsson — расчётное значение максимальной скорости передачи данных к абоненту составляет 382 Mbps и 86 Mbps — от абонента. Насчёт UMB планы внедрения не известны, так как ни один оператор (в мировом масштабе) не заключил контракт на его тестирование. Стоит отметить, что стандарт WiMAX не все относят к 4G, так как он не интегрирован с сетями предыдущих поколений таких как 3G и 2G, а также из-за того, что в сети WiMAX сами операторы не предоставляют традиционные услуги связи, такие как голосовые звонки и SMS, хотя и пользование ими возможно при использовании различных VoIP сервисов. IMT разрешил сетям HSPA+ называться 4G, т.к. они обеспечивают соответствующие скорости.