Аверянов Основы современной информатики 2007
.pdfсоединяет мобильную сеть с общедоступной кабельной телефонной сетью.
Системы второго поколения проектировались для создания крупномасштабных сетей с учетом обеспечения международного роуминга – автоматического обслуживания абонентов, приехавших со своими терминалами в другую страну.
Система GSM (Global System for Mobile Communication) – одна из самых быстроразвивающихся телефонных технологий создавалась как единая технология второго поколения для Европы, что должно было привести к использованию одинаковых телефонных аппаратов на всем континенте.
Эта технология оказалась крайне успешной и в настоящее время является самым популярным стандартом в мире. Впервые система GSM появилась в Европе в 1991 г. Теперь сходные системы развернуты в Северной и Южной Америке, Азии, Северной Африке, на Ближнем Востоке, в Австралии.
Такие системы второго поколения, как GSM, создавались на основе систем первого поколения и сохранили многие характеристики этих систем.
Новым замечательным элементом в системе GSM является мо-
дуль идентификации абонента (Subscriber Identity Module, SIM) или
SIM-карта. Это переносное устройство в виде смарт-карты, хранящее идентификационный номер абонента, идентификаторы сетей, которыми разрешено пользоваться абоненту, ключи шифрования, а также другую информацию, специфическую для абонента. У абонентских устройств системы GSM нет характерных, отличающих их друг от друга особенностей до тех пор, пока в них не вставлена SIM-карта. Таким образом, абоненту нужно всего лишь носить с собой SIM-карту, чтобы пользоваться самыми различными абонентским устройствами в разных странах. Для этого ему достаточно просто вставить SIM-карту в устройство.
Передаваемые данные в GSM шифруются, что существенно увеличивает степень конфедициальности разговора. В AMPS, напротив, телефонные разговоры легко подслушать с помощью всеволнового приемника. Помимо классических услуг телефонной связи система GSM может поддерживать передачи данных и изображений. В основе услуг лежит модель ISDN, поддерживаются скорости передачи до 9,6 Кбит/с.
311
В общих чертах система GSM аналогична структуре AMPS, на рис. 9.6 показаны основные элементы GSM и ее типичная топология.
Рис. 9.6. Схема GSM
Четырьмя базовыми элементами системами являются: абонент (телефон), базовый приемопередатчик, контроллер базовых станций и коммутатор мобильных услуг (Mobile Services Switching Center – MSSC).
В отличие от централизованного управления, характерного для систем первого поколения, в системе стандарта GSM принят принцип распределенного управления между центром коммутации подвижной связи, базовыми станциями и подвижными терминалами. В течение всего сеанса связи подвижные терминалы измеряют уровни сигналов от соседних базовых станций и сообщают результаты измерения обслуживающей их базовой станции. Последняя определяет необходимость эстафетной передачи и транслирует информацию о наиболее предпочтительной новой ячейке для обслуживания подвижного объекта к системному контроллеру центра коммутации подвижной связи. Благодаря такому алгоритму распределенного управления большая часть работы выполняется не системным контролером, а базовыми станциями и подвижными терминалами, что позволяет избежать перегрузки центрального звена и упростить процедуру эстафетной передачи.
312
Контроллеры базовых станций могут располагаться либо в непосредственной близости от базовых приемопередатчиков, либо около коммутатора мобильных услуг. В том случае, когда базовый приемопередатчик и контроллер базовых станций располагаются вместе, эту пару часто называют надсистемой базовой станции. Хотя контроллер базовых станций выполняет множество таких функций, как обслуживание переходов из одной соты в другую, управление уровнем мощности сигнала и выделение частот абонентам, сердцем системы является коммутатор мобильных услуг. Он предоставляет интерфейс с общественной кабельной телефонной сетью и учитывает средства, потраченные абонентом на телефонные разговоры. Хранящиеся в коммутаторах данные располагаются в четырех базах данных.
Вбазе данных HLR (Home Location Register – реестр абонентов)
хранится информация (как постоянная, так и временная) о каждом абоненте системы (т.е. об абоненте, телефонный номер которого относится к коммутатору). Кроме того, у каждого коммутатора имеется база данных VLR (Visitor Location Register – реестр распо-
ложения посетителей), в которой хранится информация об абонентах, находящихся в данный момент в районе обслуживания коммутатора. В ней фиксируется, активен ли абонент в данный момент, а также другие параметры абонента. Когда GSM получает вызов своего абонента, она по телефонному номеру находит домашний коммутатор абонента. Затем этот коммутатор по своей базе данных HLR находит информацию о текущем физическом расположении вызываемого абонента. Если же звонок поступает на коммутатор абонента мобильного телефона, используется база данных VLR. Даже если абонент находится в зоне обслуживания своего домашнего коммутатора, сведения о нем помещаются в базу данных VLR для простоты и надежности.
База данных AuC (Authentication Center – центр аутентификации) – база, в которой располагаются ключи аутентификации и шифрования всех абонентов, зарегистрированных как в базе данных HLR, так и в базе данных VLR. Центр аутентификации контролирует доступ к пользовательским данным, а также управляет процедурами аутентификации, когда абонент подключается к сети.
Вбазе данных EIR (Equipment Identity Register – реестр обору-
дования) хранятся сведения об оборудовании мобильных станций.
313
Она также используется для обеспечения безопасности (например, с ее помощью блокируются звонки с украденных телефонов, а также предотвращается использование сети станций, не прошедших аутентификации).
Основным стимулом перехода систем сотовой связи первого поколения к системам второго поколения была необходимость экономии частотного диапазона. Системы первого поколения оказались исключительно успешными, поэтому количество абонентов росло экспоненциально. Однако рост систем сотовой телефонии был ограничен возможностями частотного диапазона. Существует четыре основных метода разделения частотного диапазона между активными пользователями. Одним из них является пространст-
венное мультиплексирование (Space Division Multiplexing – SDM),
подразумевающее использование одного и того же диапазона в двух пространственно удаленных друг от друга. Именно эта идея лежит в основе сотовой связи. Одна и та же частота может использоваться в двух достаточно удаленных сотах так, чтобы сигналы не могли интерферировать друг с другом (как это отмечалось ранее).
Дальнейшее развитие систем сотовой связи связано с частотным мультиплексированием (Frequency – Division Multiplexing, TDM) и
кодовым мультиплексированием (Code Division Multiplexing, CDM), о принципах которых говорилось в гл. 4 применительно к кабельным системам передачи данных, локальным и глобальным вычислительным системам.
Таким образом, основные принципы характерные для сотовой связи, можно сформулировать следующим образом:
использование маломощных передатчиков с радиопокрытием небольших по размеру ячеек;
повторное использование частот в пределах одной зоны обслуживания;
поэтапное увеличение пропускной способности за счет расщепления ячеек;
обеспечение непрерывной связи в процессе перемещения объекта от ячейки к ячейке.
Все это привело в начале 80-х годов к созданию и массовому внедрению во всем мире сотовых систем подвижной радиосвязи.
Дальнейшее развитие систем беспроводной связи связано с созданием систем третьего поколения. Целью систем беспроводной
314
связи третьего поколения является представление скорости передачи данных, достаточной для поддержки мультимедиа, передачи данных и видео в дополнение к обычной телефонной связи. Так, международный союз мобильных телекоммуникаций определил следующие возможности систем третьего поколения:
качество телефонной связи, сопоставимое с общедоступной коммутируемой телефонной сетью;
скорость передачи данных от 144 до 384 Кбит/с для пользователей, использующих различные средства передвижения (в зависимости от скорости передвижения);
поддержка скорости передачи данных 2,048 Мбит/с для офисного использования пользователем;
поддержка услуг, предоставляемых системами коммутации, как пакетов, так и каналов;
адаптивный интерфейс с Интернетом; более эффективное использование всего доступного частотного
диапазона; поддержка широкого спектра оборудования;
гибкость, позволяющая внедрять новые услуги и технологии. Одной из движущих сил современной коммуникационной технологии является тенденция к объединению универсальных персональных средств связи и универсального доступа. Первая концепция означает способность пользователя легко идентифицировать себя и задействовать любую систему связи (подразумевается как наземных, так и спутниковых услуг) в пределах одного государства, континента или даже глобально с помощью всего одной учет-
ной записи.
Вторая концепция означает способность в любом окружении для получения информационных услуг применять один и тот же терминал. Становится очевидно, что революция в области персональных компьютеров существенным образом затрагивает беспроводную связь. Так, система GSM с ее модулем идентификации абонента представляет собой большой шаг в этом направлении.
Среди технологий под общим названием PCS (Personal Communication Services – персональные коммуникационные услуги) можно назвать американскую и японскую системы, а также европей-
скую систему DECT (Digital European Cordless Telephone – евро-
пейский стандарт цифровой беспроводной связи). В этих системах
315
могут использоваться низкоорбитальные и геостационарные спутники, а также наземные антенны.
Технология развивается стремительно. Среди характерных возможностей систем третьего поколения имеется уже реализованная возможность доступа к услугам ГВС – Интернет.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Перечислите направления применения беспроводных систем передачи данных, основные достоинства и слабые стороны беспроводных систем.
2.Каковы особенности применения беспроводных средств связи
влокальных вычислительных сетях (ЛВС)? Перечислите разновидности и функциональные возможности радиосвязи. Расскажите об использовании инфракрасного излучения для передачи информации в ЛВС.
3.Перечислите основные типы радиосвязи, используемые в ГВС. Как зависит частотный диапазон от используемого типа радиосвязи?
4.В чем особенность спутниковой системы связи? Какие орбиты спутников используются для передачи данных и их сравнительные характеристики?
5.Перечислите основные системы подвижной радиосвязи, особенности сотовой связи, различия в системах AMPS и GSM.
316
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Бауэр Ф.Л., Гооз Г. Информатика. Вводный курс: Пер. с
нем. – М.: Мир, 1976 (2-е изд., перераб., 1990).
2.Омельченко Л., Федоров А. Windows Millenium. Самоучи-
тель. – СПб.: BHV, 2000.
3.Немнюгин С.А. Turbo-Pascal: учебник. – СПб.: Питер, 2000.
4.Информатика, базовый курс: учебное пособие для втузов / Под ред. С.В. Симоновича. – СПб.: Питер, 2000.
5.Шафрин Ю.А. Информационные технологии: учебное пособие. – Ч. 1 и 2. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2000.
6.Дьяконов В.П. MathCAD 812000: специальный справочник. – СПб.: Питер, 2000.
7.Бартеньев О.В. Графика OPENGL: программирование на Фортране. – М.: Диалог-МИФИ, 2000.
8.Лукин С.Н. Турбо-Паскаль 7.0: самоучитель для начинающих. – М.: Диалог-МИФИ, 2000.
9.Король В.И. Visual Basic 6.0, Visual Basic for Applications 6.0:
справочник с примерами. – М.: Кудиц — образ, 2000.
10.Крамер Дуглас Э. Сети TCP/IP. Т. 1. Принципы. Протоколы
иструктура. – М., СПб, Киев, 2003.
11.Шнайер Брюс. Прикладная криптография. Протоколы. Алгоритмы, исходные тексты на языке Си. – М.: ТРИУМФ, 2003.
12.Милославская Н.Г., Толстой А.И. Интерсети: доступ в Интернет, защита. – М.: ЮНИТИ, 2000.
13.Милославская Н.Г., Толстой А.И. Интерсети: обнаружение вторжений. – М.: ЮНИТИ, 2001.
14.Информатика и математика для юристов: учебное пособие / Под ред. Х.А. Андриашина, С.А. Казанцева. – М.: ЮНИТИ, 2003.
15.Аверьянов Г.П., Рошаль А.С. Введение в информатику. – М.:
МИФИ, 2002.
16.Криминалистика: учебник / Под ред. А.С. Волынского. – М.: Право и закон, 2002.
17.Баррон Д. Введение в языки программирования: Пер. с
англ. – М.: Мир, 1980.
18.Фокс Дж. Программное обеспечение и его разработка: Пер. с
англ. – М.: Мир, 1992.
317
Герман Петрович Аверьянов
Анатолий Самуилович Рошаль
ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ ИНФОРМАТИКИ
Учебное пособие
Редактор М.В. Макарова
Подписано в печать 15.10.2007. Формат 60х84 1/16
Уч.-изд.л. 20,0. Печ.л. 20,0. Тираж 200 экз.
Изд. № 4/9. Заказ №
Московский инженерно-физический институт (государственный университет). 115409, Москва, Каширское ш., 31
Типография издательства «Тровант». г. Троицк Московской обл.