Mobil hálózati rendszerek pár évvel ezelőttig

Mivel úgy érezzük, hogy kezdtünk kifogyni azon cikktémákból, melyekről még nem írtunk, úgy döntöttünk, hogy elevezünk a lehető legmélyebb vizekre és bemutatjuk a napjainkban használatos mobilhálózatok felépítését, működését, lehetőségeit és korlátait, mindezt egy többrészes tudástár keretein belül. A sorozat első részében a GSM hálózatokról lesz szó, amit egy ennél is részletesebb 3G-s cikk fog követni (de még sajnos mindig nem készült el).

Mielőtt belevágnánk a sűrűjébe, nézzük át, hogy a mai legmodernebb technológiákat kivéve milyen mobil hálózati rendszerekkel találkozhatunk, illetve találkozhattunk az elmúlt két évtizedben. Kicsit tömör lesz, de a cikkben előrehaladva mindenre fény fog derülni, amit itt még homály rejt.

Nyilvános Földi Mobil Hálózatok (PLMN-ek): a Public Land Mobile Network architektúra cikkünk szempontjából a legfontosabb, hiszen több egyéb rendszer (AMPS, NMT, DCS stb.) mellett ebbe a kategóriába tartozik a GSM is. Egy cellás ellátáson alapuló rendszerről van szó, melynek szolgáltatási területén a cellákat a föld feletti hullámterjedési tulajdonságokat figyelembe véve alakítanak ki. Ezek a rendszerek - köztük a GSM is - fejlett távközlési szolgáltatásokat nyújtanak és egyben hozzáférést biztosítanak a PSTN-hez is (Public Switched Telephone Network, magyarul Nyilvános Kapcsolt Telefonhálózat). Ezeket a rendszereket gyakorlatilag a vezetékes telefonos hálózati rendszerek rádiós meghosszabbításaként is érzelmezhetjük. Ebbe a kategóriába tartozik továbbá a DECT és a zsinór nélküli telefonrendszerek is, bár ezek tulajdonképpen a PSTN-hez vagy a PLMN-hez hasonló globális rendszerekhez biztosítanak helyi hozzáférést. A PLMN kategóriába tartozik minden olyan hálózat, amihez egy szerződés után az átlagember csatlakozni tud. A három hazai szolgáltató értelemszerűen PLMN kategóriába sorolható.

Diszpécser (zárt célú) Földi Mobil Hálózatok (DLMN-ek): ezek főként üzleti felhasználók számára készült magánhálózatok, melyeknél a kommunikáció a bázisállomások és a mobilok, vagy a mobilok csoportjai között történik. Beszéd- és adattovábbításra egyaránt alkalmasak, bár előbbi rendszerint félduplex átvitelre korlátozódik. A legismertebb rendszerek a Tetra, az MDTS, az MPT 1327 és a különféle zárt célú és nyilvános mobil adathálózatok. A DLMN hálózatok legfőbb ismérve, hogy csak az arra jogosult, különböző paramétereknek megfelelő emberek használhatják. A Tetra a legjobb példa erre, a belügyminisztériumi rendszert a rendőrök, a mentők, a tűzoltók és a katasztrófavédelmi szakemberek számára építették (egyébként a T csoport üzemelteti), erre a hálózatra a felsorolt csoportokon kívüli felhasználók nem tudnak kapcsolódni.

Személyhívó rendszerek: ezek egyirányú kommunikációt biztosítanak a hívott személy felé. A dolog működési elve a szelektív hívás, az átvitt információ jellemzően valamilyen adat. A mára már kevésbé használt személyhívók általában fény vagy hangjelzést adnak ki, miközben numerikus vagy alfanumerikus információkat jeleznek ki, de léteznek olyan értéknövelt szolgáltatósok is, mint az üzenetek tárolása, átirányítása, ismétlése. Léteznek önálló személyhívó szolgáltatást nyújtó rendszerek (ilyen a POCSAG vagy a páneurópai ERMES), de megvalósíthatók URH FM műsorszóró rendszerek, rádió-adathálózatok és GSM rendszerek segítségével is. Hazánkban 06-50-es előhívóval volt személyhívó rendszer a GSM hőskorában, de az SMS elterjedésével egyszerűen kiszorultak a piacról.

Személyhívó készülék

Műholdas távközlési rendszerek: az efféle rendszerek ugyanazokat a távközlési szolgáltatásokat nyújtják, mint a földi hálózatok - telefonszolgáltatás, a PSTN vezeték nélküli meghosszabbítása, adatátvitel, rádió- és televízió műsorszórás, helymeghatározás. A különbség azonban az, hogy ezeknél a rendszereknél műholdakat használnak, melyek pályájuktól függően lehetnek LEO-, MEO- és GEO-rendszerek - erről talán egyszer egy külön cikket is publikálunk. A műholdas hálózatok legnagyobb előnye, hogy a domborzati viszonyok nem befolyásolják a térerőt, hiszen a jel az égből érkezik. A hátrány viszont az, hogy amint a készülék nem látja az eget, a vétel megszűnik, ám a legtöbb műholdas telefon gond nélkül roamingol földi GSM hálózatokon. A műholdas szolgáltatás igen drága mulatság, de expedíciók, hegymászók, vagy hajósok számára gyakran nélkülözhetlen.

Beszélgetés műholdas telefonon

Cellás rendszerek - hogyan, miért?

A korai mobilrendszerek egyetlen adó-vevő állomáson alapultak, amelyeket kedvező földrajzi helyeken alakítottak ki. A végberendezések (azaz a mobiltelefonok) ezen a központi adó-vevő állomáson keresztül kommunikáltak egymással, amiből adódóan a szolgáltatás a bázisállomás ellátási területére korlátozódott. Ezt mondjuk úgy képzeljük el, mint a walkie-talkie-t, azzal a bónusszal, hogy a kommunikáció egy központi "tornyon" keresztül zajlott. Az efféle kialakításból adódó hátrányok egyértelműek: az idővel egyre könnyebbé és hordozhatóbbá váló mobiltelefonok hatótávolságát a központi állomás erősen korlátozta, mivel a rádióhullámok teljesítménysűrűsége nagy frekvenciákon erőteljesen csökken. Gond továbbá, hogy az átviteli út mentén lévő akadályok (legyen szó egy panelházról vagy egy interferenciát okozó erőműről, de elég csak egy dombocskát ideképzelni) számottevő járulékos csillapítást okoznak, ami tovább csökkenti a szolgáltatási terület amúgy is korlátozott méretét. A harmadik hatalmas probléma pedig a spektrumhiány, azaz a mobilszolgáltatások számára rendelkezésre álló frekvenciatartomány korlátozottsága. Utóbbi igényel némi magyarázatot: a GSM szolgáltatás egy előre meghatározott frekvenciatartományon belül működik, egy adott frekvencián az adott időben csak egy beszélgetés folyhat, hiszen egyébként zavarnák egymást. A frekvenciatartományban tehát csak adott számú frekvencia használható, innentől adódóan korlátozott az, hogy egyszerre hány beszélgetés folyhat egy időben.

Az említett problémákat a szolgáltatók a cellás rendszerekkel, azaz nagy számú adó-vevő bázisállomások telepítésével hidalják át. Ez a hálózati struktúra nagy forgalomsűrűség elérését teszi lehetővé nagy kiterjedésű területen. A sok bázisállomás lehetővé teszi a kis teljesítményű mobiltelefonoknak, hogy azok bárhol elérhessék a rendszert, a spektrumhiány pedig megkerülhető a rádió-erőforrások újrafelhasználásával, hiszen az adott cellában épp használt frekvenciák pár cellával távolabb újra felhasználhatók - persze olyan messze kell lennie a két cellának egymástól, hogy az interferencia a meghatározott szint alatt legyen. A lenti képen látható cellás elrendezés az ideális mobilhálózat megtestesítője. Ilyen a való életben nem létezik, hiszen különböző domborzati viszonyok és tereptárgyak, valamit jogi és egyéb szabályozások miatt a szolgáltató nem építhet oda tornyot, ahová csak akar. A cél nyilván az, hogy a hálózat közelítsen az ideálishoz.

GSM cellák egymás mellett. A pöttyök az adó-vevő bázisállomásokat, a nyilak pedig a frekvencia-újrafelhasználási távolságát jelölik, azokon túl újra fel lehet használni a frekvenciákat.

Egy cella definíció szerint az adott GSM antenna által ellátott területet jelenti. A cellákat egymás mellett lévő hatszögekként kell elképzelni, minden cellának értelemszerűen hat szomszédja van. Egy állomás általában három cellát szolgál ki, a forgalmi kapacitás növelése érdekében több azonos pozíciójú és irányú antenna is elláthat. Mivel a felhasználók telefonálás közben a cellák között mozoghatnak - és mozognak is -, a rendszer alapkövetelménye, hogy cellaváltáskor a folyamatban lévő kapcsolatok ne szakadjanak meg, tehát a celláknak át kell tudniuk "adni" a kapcsolatot a mellettük lévő cellának. A folyamat neve handover, mely egy celláról értelemszerűen csak egy szomszédos cellába való átlépéskor működik és működhet. A cellák azonosítására a szolgáltatók vivőfrekvenciát és ún. color-code-okat használnak, utóbbi a frekvencia-újrafelhasználásban játszik fontos szerepet.

A cellákban kiosztható frekvenciák száma véges. Egy átlagos, 900 MHz-es adótorony 8-10 kilométer sugarú körben is érzékelhető egy telefon számára, de csak a ritkán lakott területeken teszik a szolgáltatók egymástól ennyire távol a tornyokat. Városi környezetben ennél sokkal nagyobb cellasűrűségre van szükség, hogy a kis területen mozgó nagy számú végfelhasználó ne szembesüljön azzal a jelenséggel, hogy azért nem tud telefonhívást indítani, mert a cella összes szabad kapacitását lekötötték más ügyfelek. Ennek ellenére ezt nem lehet teljességgel kizárni. Álljon itt egy teljesen egyszerű példa: Budapest, belső területek, minden év augusztus 20. A hálózat egyszerűen megfekszik, hiszen kis területen sűrűsödik össze jóval több felhasználó, mint amennyit az adott cellasűrűség elbír. Ilyenkor az ember azt tapasztalja, hogy hívásindításkor "hálózat foglalt" hibaüzenetet kap, s kizárólag akkor fog tudni telefonálni, ha az adott cellában valaki megszakítja a hívását, s a másik illető pont ekkor próbálkozik. Hazánkban egyetlen telefonszám van, amely abszolút prioritást élvez a hálózaton, ez pedig a segélyhívó. Ha valaki egy teljesen telített cellában tárcsázza a 112-t, akkor a hálózat el fogja dobni egy mezei júzer hívását és teret enged a segélyhívásnak.

Még egy apróság, ami logikus, mégis sokan nem tudnak róla. Ha egy felhasználónak a készüléke sokkal gyorsabban lemerül, mint ahogyan azt mondjuk más emberek, ugyanilyen típusú készülékkel, hasonló szokások mellett tapasztalják, az egyáltalán nem biztos, hogy a telefon hibája. Ha ugyanis a legközelebbi torony messze van, akkor gyenge a rádiós jel, s a készüléknek nagyobb energiára van szüksége, hogy kommunikálni tudjon a hálózattal. Ebből pedig egyértelmű, hogy hamarabb is merül. Még jobban szippantja az akksit, ha a telefon nem lát hálót. Akkor szegény kétségbeesetten keresi azt, pásztáz, figyel. És merül.

Most, hogy tisztába jöttünk a cellás rendszerek felépítésével és lényegével, nézzük meg a négy részből álló GSM hálózat felépítését!

Mobile Station (avagy a készülék és a SIM)

A mobil állomás (Mobile Station, a továbbiakban MS) két részből áll, a mobilkészülékből (tehát mondjuk a 3310-es Nokiából) és a SIM kártyából (Subscriber Identify Module, azaz előfizetői azonosító modul). Ez ugye az egyetlen része a GSM hálózatnak, amivel a felhasználó valaha is közvetlen kapcsolatba kerül. Mivel az MS a hálózat végpontja, a rádióinterfészen történő adás-vétellel kapcsolatos valamennyi funkciót ellátja. Ha nem hálózattopológiai szempontból nézzük az MS-t, akkor persze nem feltétlenül mint végpontként tekintünk rá, hiszen úgymond végberendezés-adapterként is működhetnek, mikor is összeköti a végberendezést és a hálózati végződést - ez például olyankor történik, mikor számítógépre kötjük és modemként használjuk mobiltelefonunkat.

A mobilállomásoknak két üzemállapotuk van. Az egyik az ún. idle mód, mikor a készülék hallgatja az ún. szórócsatornákat (erről még kicsit később), a másik pedig a társított (dedicated) mód, mikor egy kétirányú forgalmi csatorna van a mobilhoz rendelve a kommunikációs szükségleteinek kielégítése céljából - tehát telefonálás vagy adatátvitel közben. Értelemszerű, hogy a rádiófrekvencián törétnő adatátvitelt maga a készülék látja el, de az állomásokhoz a kulcsot mégis a SIM kártya jelenti, aminek legegyértelműbb jele, hogy SIM kártya nélkül egy mobiltelefon csak segélyhívások indítására használható. A SIM kártya előfizető-specifikus információt tartalmaz az előfizetőnek nyújtott szolgáltatásokról, telefonszámok és SMS-ek tárhelyeként szolgál és tartalmazza az előnyben részesített hálózatok listáját - ez roamingoláskor fontos, külföldön is vannak előnyben részesített partnerhálózatok. A SIM ezen kívül közreműködik majdnem minden biztonsági funkció megvalósításában is, például az előfizető-azonosításban, az információ továbbításában és titkosításában és az előfizető-azonosító adatainak védelmében, plusz fontos szerepe van roamingoláskor is. Az előfizetés ugyebár nem egy mobiltelefonhoz, hanem egy SIM kártyához kapcsolódik, ha tehát átrakjuk a kártyát egy másik (lehetőleg kártyafüggetlen) készülékbe, akkor azon is fogunk tudni telefonálni.

SIM kártyák

A készülékhez és a SIM kártyához is tartoznak szolgáltatói szempontból fontos adatok, előbbihez egyetlen egy, az IMEI-szám. Ez az angol International Mobile Equipment Identifier (nemzetközi mobilberendezést azonosító kód) rövidítése, egy négy részből álló, tizenöt jegyű szám, mely kizárólagosan azonosítja az egyes mobiltelefonokat. Az IMEI-szám a *#06# kóddal leolvasható a készülékekből, de egyben megtalálható az akkumulátor alatt lévő címkén is. Ha a hálózat kéri, a mobiltelefon automatikusan továbbítja számára az IMEI-számot.

Az IMEI négy részből áll: TAC, FAC, SNR, SP/CD. Nézzük ezeket sorban!

• Type Approval Code (TAC, azaz típusengedélyező kód): ez egy hat számjegy hosszú kód, az első két számjegy az ország kódja (Magyarországé a 08 vagy a 80), az utolsó négy pedig a mobilkészülék típusát határozza meg
• Final Assembly Code (FAC, avagy végső összeszerelő/gyártó kód): ez a két számjegyű kód a készülék gyártóját határozza meg
• Serial Number (SNR, avagy készülék szériaszám): ez a hat számjagyű kód a készülék gyártási száma
• Spare (SP) vagy Check Code (CD): az utolsó számjegy egy tartalék/ellenőrző kódot tartalmaz

A SIM kártyához nem egy, hanem öt kód tartozik:

• IMSI (International Mobile Subscriber Identity, avagy nemzetközi mozgó előfizető azonosító): ez a felhasználó azonosítására alkalmas kód, mely tartalmazza az előfizetőre vonatkozó összes információt. Ha az előfizető mozgásnál van, minden azonosítási területváltáskor szükség van ennek kiadására, azonban biztonsági okokból ilyenkor nem ez, hanem a TMSI kerül felhasználásra.
• TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity, avagy ideiglenes mozgó előfizetői azonosító): egy ideiglenes felhasználói azonosító, melyet a hálózat hozzárendel az IMSI-hez. A TSMI folyamatosan változik, de a rendszer ezzel egyidejűleg regisztrálja, hogy az adott TMSI melyik IMSI-hez tartozik. A TMSI tehát csak egy adott azonosítási területen belül érvényes.
• LAI (Location Area Identity, avagy helymeghatározó azonosító): ez az azonosító a hálózat egy adott területét hivatott megjelölni. A készülék azonosítása a LAI és a TMSI együttes kiküldése alapján történik meg.
• Ki (Individual Subscriber Authentication Key, avagy személyleíró hitelesítő kulcs): ez alapján a kód alapján dönti el a rendszer, hogy mely szolgáltatások illetik meg a felhasználót.
• Kc (Cipher Key, avagy titkosítási kulcs): ez az air interface-en keresztüli titkosítás kulcsa - a titkosításról kicsit később.

A fenti felsorolásból az IMSI az egyik legfontosabb azonosító. Annak ellenére is, hogy a végfelhasználó soha nem találkozik vele, az IMSI gyakorlatilag egyértelműen azonosítja őt. A legfontosabb szerepe, hogy összeköti a SIM kártyát és a telefonszámot. A SIM kártyán rajta van egy szám (ezt mindenki ellenőrizheti), amit hozzá kell rendelni egy telefonszámhoz (ez az MSISDN). Igen ám, de ha ezt a két dolgot csak úgy egymáshoz kötjük, akkor ha elveszik a SIM, bukjuk a telefonszámot, ha pedig számot szeretnénk cserélni, akkor dobhatjuk a SIM-et a kukába. Nyilván ez nem megoldás, ezért az IMSI az az azonosító, amely egyfajta kulcsként szolgál. Ha a kártyát pótolni kell, akkor a júzer kap egy új SIM-et, amelynek a számát a telefonszámához tartozó IMSI-ben átírják, és voilá! Máris összerendeződött a SIM és az MSISDN.

[+]
1 gigabájtos SIM kártya - pont úgy néz ki, mint egy normális

A SIM kártyák már egy ideje nem nagyon változnak. Kapacitásuk az évek során folyamatosan növögetett, mára általában 250 név és 50 SMS tárolására képesek, illetve van rajtuk hely bizonyos szolgáltatói funkciók számára is (ezek jelennek meg a telefonokban a SIM menüpontban), de nagy forradalom nem történt. Mostanában azonban kezdenek rájönni mind a készülékgyártók, mind pedig a szolgáltatók, hogy erre a lapkára a jelenlegi memóriatechnológiákkal gigabájtos méretű információt lehetne tárolni. Persze ehhez módosítani kéne a szabványt, megoldani a lefelé történő kompatibilitást, de ami késik, az nem múlik.

Bázisállomás alrendszer (BSS)

A bázisállomás alrendszer tartalmazza a cellás hálózat kialakításához szükséges adó-vevő és vezérlő berendezéseket, három részből áll: adó-vevő állomás (BTS), bázisállmás-vezérlő (BSC) és transzkóder (TC).

BTS közelről

A BTS-ek gyakorlatilag a bázisállomásokat (pongyola megfogalmazásban: az antennákat) jelölik, melyek rádióinterfészen keresztül közvetlen kapcsolatban vannak a mobilkészülékekkel. A BTS-ek végzik a csatornák en- és dekódolását, megvalósítják az interleaving és de-interleaving funkciókat, a titkosítást és a titkosított jel visszaalakítását, a beszéd- és adatsebesség adaptálását, fenntartják a szinkronizációt az MS-sel, valamint vezérlik a logikai csatornák időzítését és továbbítják a BSC felé az MS és a BTS méréseit. Hogy BTS-ek tehát rendszerint rádióadókból és vevőkből, antennákból, kábelekből és ún. duplexerekből állnak...

...a BSC-khez pedig rendszerint 2 Mbps sebességű mikrohullámú vonalon keresztül csatlakoznak. A BSK-k konfigurálják és vezérlik a rádióinterfészt, hogy a transzkódereken keresztül kapcsolatot tartsanak a hálózat és a kapcsoló alrendszer központjaival. Távolról vezérli a hozzá tartozó bázisállomásokat, ezáltal egyben vezérli a forgalmi és jelzésátviteli csatornák lefoglalását, a forgalmi (tehát hangot átvivő) csatornák minőségét és térerősségét, a BTS-ek és az MS-ek teljesítményszintjét, valamint felel az előfizetők megtalálásáért és a frekvenciaugratásért.

A transzkóderek funkcionálisan a bázisállomások részei. GSM-specifikus kódolást, dekódolást, adatátvitel esetén pedig ezeken kívül a sebességadaptálást végzik. Feladatuk továbbá a downlink (azaz a BTS-MS irányú) beszédintenzitás érzékelése is. A transzkóderek nem csak a BTS-ekben, hanem a BSC-kben és az MSC-kben is telepíthetők.

Mivel ez finoman szólva is száraz volt, nézzük meg, hogy hogy néz ez ki a gyakorlatban. Adott sok mobiltelefon, bennük a működő SIM kártyák, ugyebár ezeket nevezzük MS-eknek. Ők az ún. air interface-en (azaz kvázi a levegőn) keresztül kommunikálnak a BTS-ekkel, azaz az adó-vevő állomásokkal, melyek antennákból és ehhez hasonló eszközökből állnak. Ezeket a központokat egy bázisállomás-vezérlő (BSC) központ irányítja, a köztük használt interfész neve pedig Abis.

A hazai GSM lefedettség szinte teljes. A három szolgáltató egyenként nagyjából 1500-1800 BTS-t pakolt le. A BSC-k (toronyvezérlők) nem úgy néznek ki, hogy valami állati nagy ház és zúg, hanem általában az egymáshoz közeli BTS-ek közül az egyiket kinevezik BSC-nek, aládobnak egy szekrényt és kész. Nyilván a szekrényben ott ül a komoly IT cucc, de egy átlagember egy toronyról nem mondja meg, hogy ez most BSC is egyben. A nem beltéri egységeknél, tehát a hagyományos értelemben vett adótornyoknál az a követelmény, hogy legalább egy szomszédos állomással kapcsoltban kell lennie az adott BTS-nek. Ezt általában (a fentebb már említett) mikrohullámú kapcsolattal oldják meg a szolgáltatók. Ha valaki figyeli a tornyokat, akkor sokszor láthat kerek, fehér, dob formájú egységeket, nos, azok a mikrohullámú berendezések. Ennek a technológiának előnye, hogy olcsón telepíthető, nem kell hozzá kábelezni, hiszen a levegőben megy az információ, viszont baromira zavarérzékeny. Képzeljük csak el: ha két torony egymástól csak egyetlen kilométerre van, akkor ha az egyiken elmozdul a mikrohullámú átjátszó csak egy centit, akkor az egy kilométerrel arrébb méterekben mérhető különbséget eredményez. Márpedig a szabadban álló tornyok ki vannak téve az időjárás viszontagságainak, a szél, a hó, vagy a pára is ellenség lehet.

BSC "szekrény" a Nokiától

Ha egy torony elveszíti a szomszédos állomásokkal a kapcsolatot, akkor leszakad a hálózatról. Ilyenkor előfordul, hogy az ügyfelek látnak térerőkijelzést a telefonon, de semmiféle hálózati kommunikációra nem képes a készülékük. Természetesen a szolgáltató hálózati központjában folyamatosan monitorozzák a BTS-ek állapotát, így hamar kiderül, ha baj van, de ezekről is lesz szó bőven később.

Hálózati és kapcsoló alrendszer (NSS)

A hálózat felépítésének talán legbonyolultabb eleme a hálózati és kapcsoló alrendszer, azaz az NSS. Ez felel a GSM-felhasználók és az egyéb távközlési hálózati rendszerek felhasználói közötti kommunikációért - magyarán ezen át fog menni az adat, ha mobiltelefonról felhívunk egy vezetékes számot. A BSC-k és az NSS között már földkábelen megy az információ, hiszen ez egyrészt viszonylag védett és biztonságos, másrészt nagy mennyiségű adat szaladgál ide-oda, jellemzően üvegszálas optikát használnak az operátorok. Persze egy nagy építkezésnél (pl: autópálya) előfordul, hogy a kábelt egy munkagép átvágja, ilyenkor egy, esetleg több BSC is leszakad a hálózatról, és egy komplett megye marad mobilszolgáltatás nélkül. Éppen ezért általában van egy "backup" kábel is, de kisebb sávszélességű, s jellemzően csak a signalling feladatokat tudja megoldani.

Funkcionális tekintetben az NSS két részből áll, a kapcsoló rendszerből és az előfizetői és végberendezés adatbázisokból, melyek azonban újabb részekre bontanak. Kezdjük a kapcsolórendszerrel. Ennek legfontosabb része a Mobil Szolgálati Kapcsolóközpont (MSC), de egyéb szolgálati központokat is magában foglal, mint például a Rövid Üzenet Szolgálati Központ (SMSC). A Mobil Szolgálati Kapcsolóközpont (MSC) gyakorlatilag a klasszikus telefonközpont helyi megfelelője, tehát alapvető kapcsolási és irányítási funkciókat hajt végre az NSS-en belül, de pár többletfunkcióval is rendelkezik. A forgalomirányítási részbe tartozik, hogy a szolgáltatási területén található mobilállomások mobil kezdeményezésű vagy végződésű hívások (azaz minden mobiltelefonnal zajló hívást, beleértve a vezetékes számról érkezőket vagy arra indítottakat is) felépítését koordinálja. Viszont ezen kívül képes rádió-erőforrásokat lefoglalni és kezelni az előfizetők mobilitását. E funkciók magukba foglalják a helyregisztrálást, az előfizető hívásait, hívásátadását, a titkosítási paraméterek átvitelét és a DTMF-jelzésátvitelt - ezek miatt több, mint egy "rendes" telefonközpont. Magyarán az MSC felel az összes mobilhívás felépüléséért. Ha az MSC megdöglik, akkor a komplett hálózat lefekszik, volt már rá példa itthon is, mi két esetre emlékszünk, nem is voltak ezek olyan rég. Megdöbbentő, hogy a mobiltelefon mennyire a mindennapjaink részévé vált, gyakorlatilag megbénult a kommunikáció.

Ilyen bazi izgalmas egy MSC kívülről
Forrás: chang-bao.com.tw

Ezen kívül az MSC egyben egy átlépő központ is olyan hálózatokkal történő kommunikációnál, melyek adaptálást igényelnek - ezeket az együttműködési funkciókat az ún. IWF-ek végzik. Az IWF egy átviteli protokoll adaptáló berendezés, mely a GSM adatátvitel sajátosságait "illeszti át" a partner hálózatok (például az ISDN) protokolljaihoz. A hálózati és kapcsoló alrendszerek országonként jellemzően egynél több MSC-t tartalmaznak, de ez persze a helyi viszonyoktól és a hálózati igénybevételtől is függ. Idehaza a szolgáltatóknak legalább három MSC-jük van az ország különböző pontjain, így bizonyos MSC-ket átlépő központoknak jelölnek ki, melyek feladata az előfizető helyének megállapítása és a hívás továbbításon azon MSC vagy a külső hálózat felé, mely a felhasználót kiszolgálja. Az azonban biztos, hogy ha nem hálózaton belüli hívásról van szó, akkor a fő MSC-n keresztül történik a kommunikáció, hiszen ez van kapcsolatban a többi hálózattal és szolgáltatóval.

Érezhető, hogy az MSC kiemelten fontos eleme a hálózatnak. A halandó ember ezért nem is tudja, hogy az egyes szolgáltatók MSC-i vajon konkrétan hol találhatóak, hiszen a központi MSC kiiktatása igen jelentős anyagi és presztízs jellegű kárt tudna okozni. Az MSC-ket komoly biztonsággal védik a szolgáltatók, nem sok embernek van bejárása a konkrét hardverhez.

Mint említettem, az NSS-ek az MSC-n kívül egyéb szolgálati kapcsolóközpontokat is magukba foglalnak. Ezek közül az egyik legfontosabb a Rövid Üzenet Szolgálati Központ (SMSC), melynek ugyanaz a szerepe az írott üzenetek továbbításában, mint az MSC-nek a bejövő beszéd- és adathívások kezelésében. Mivel a GSM-specifikációk nem definiálják túl pontosan az SMSC-re vonatkozó összes protokollt, ezért a gyártóknak van némi szabadságuk velük kapcsolatban - itt persze nem a mobilgyártókra kell gondolni, hanem a hálózati gyártókra, Ericsson, Nokia-Siemens Networks és társaik. Az viszont biztos, hogy minden SMSC-nek tartalmaznia kell olyan alacsony szintű protokollokat, melyek lehetővé teszik SMS-ek továbbítását a mobiltelefon és az SMSC között, továbbá olyan protokollokat, melyek lekérdezik a HLR-t (erről is kicsit később) és kikeresik az előfizető címét, ha épp elérhető - illetve értesítik az SMSC-t, ha a felhasználó újra elérhetővé válik. Ezért van az, hogy az SMS-eket egyből megkapjuk, ha bekapcsoljuk a mobiltelefonunkat.

Az NSS-en belül tehát a kapcsoló rendszerek foglalják magukba az MSC-ket és az egyéb központokat, az NSS-nek azonban van egy még összetettebb része is, az előfizetői és végberendezés-adatbázisok. Ezek tartalmazzák a a Honos Előfizetői Helyregisztert (HLR), Látogató Előfizetői Helyregisztert (VLR), az Előfizetői Azonosító Központot (AUC) és a Berendezési-azonosító Regisztert (EIR).

A Honos Előfizetői Helyregiszter (HLR) egy olyan adatbázis, amely az előfizető helyére és a számára nyújtható távközlési szolgáltatásokra vonatkozó információkat tartalmazza. A HLR azonosítja, hogy a felhasználó megkaphatja-e az adott táv- vagy hordozószolgáltatást, a kiegészítő szolgáltatásokra vonatkozó információkat nem feltétlenül tárolja. A HLR-ben minden felhasználóhoz két szám tartozik, a mobilállomás nemzetközi ISDN-száma (MSISDN) és a Nemzetközi Mobilállomás-azonosító (IMSI). Előbbiben található az előfizető telefonszáma, melyet a mobilállomás hívásakor tárcsáznak. A hagyományos telefonhálózatoktól eltérően az MSISDN nem az előfizető készülékét, hanem az előfizető szolgáltatását definiálja. Az IMSI-ről ugye már volt szó, ez a SIM-kártyán található, a kártya (tehát az előfizetés) regisztrálásakor összekapcsolják az MSISDN-nel, de az IMSI nem csak a SIM-kártyán, hanem az AuC-ban (később...) is tárolva lesz. A HLR teszi lehetővé a hívások átirányítását azon MSC/VLR szolgáltatási területre, melyben a mozgásban lévő felhasználó éppen elhelyezkedik. Mindezt azért tudja megtenni, mert tárolja az előfizető helyére vonatkozó információkat - a látogatott MSC/VLR címét -, képes azonosítani a mobilállomásokat, valamint lekéri a látogatott MSC-től a Mobilállomás Roaming Számát (MSRN).

A HLR mellett egy másik adatbázis-funkció is megvalósul a GSM-ben, ez pedig a Látogató Előfizetői Helyregiszter (VLR). Ezek egy vagy több MSC-hez kapcsolódnak, mindegyikük több cellát vezérel, feladatuk az MSC(-k) szolgáltatási területén lévő ügyfelek adatainak átmeneti tárolása, valamint az előfizető helyének az HLR-nél pontosabb ismerete. A GSM-cellák csoportjai ugyebár forgalmi területeket képeznek. Ha az előfizető készüléke átlépi két ilyen forgalmi terület határát, vagy épp máshol kapcsolják be, mint ahol utoljára sikeresen regisztrálták, akkor a VLR megkísérli végrehajtani a helyregisztrációs eljárást. A legutolsó ilyen kísérlet eredménye a SIM kártyán lesz zárolva. A helyregisztráció során az előfizető adatai áttöltődnek a HLR-ből a VLR-be, ezáltal a VLR részt vesz az előfizető azonosításában, hívásátadásában, támogatja a titkosítást és az SMS-ek továbbírását.

Nagyon leegyszerűsítve arról van szó, hogy a HLR-VLR páros minden fontos információt tud az ügyfélről (tiltások, aktív szolgáltatások, hívószámkijelzés), azt is vissza lehet keresni, hogy milyen IMEI számú telefont használ a júzer, de a legfontosabb, hogy ez a két adatbázis tárolja az ügyfél utolsó ismert tartózkodási helyét. Nem utca-házszám szinten, hanem hogy melyik BTS-en látták utoljára kommunikálni a felhasználót a hálózattal. A MSC és az SMSC is a HLR-VLR pároshoz fordul akkor, amikor fel kell építeni egy hívást. Lekérdezik a megfelelő információt, s ennek ismeretében küldik a jelet a hálózat megfelelő részéhez. A HLR azt is tudja, ha valaki kikapcsolja a készülékét. Talán már mindenki tapasztalt olyat, hogy telefonja kikapcsolásakor a közelben levő audio eszköz a jellegzetes "tittiri-tittiri" recsegést produkálta. Ez azért van így, mert ha egy készüléket kikapcsolunk, akkor az még utolsó tevékenységeként felszól a HLR-nek, hogy mostantól nem elérhető. A HLR ezt az információt eltárolja, s egészen a következő feljelentkezésig őrzi. Ha a HLR tudja, hogy az ügyfél nincs rajta a hálózaton, akkor az MSC-nek, illetve az SMSC-nek is ezt kommunikálja, így a hívás felépítését meg sem kísérli a kapcsolóközpont, hanem a szintén a HLR-ben tárolt nem elérhető esetre vonatkozó átirányítási szabálynak megfelelően jár el.

Az Előfizetői Azonosítóközpont (AuC) az előfizetők azonosítására szolgáló biztonsági adatokat kezeli. Gyakorlatilag az illetéktelen hálózathasználat ellen véd, így minden regisztráláskor, hívásfelépítési kísérletkor, kiegészítő szolgáltatások aktiválásakor, deaktiválásakor, regisztrálásakor és törlésekor lehetősége van a GSM-előfizetők azonosítására. A hitelesítés lényege, hogy összehasonlítja a hálózati oldalon (azaz a SIM kártyán) lévő Ki számot a SIM kártyán tárolt Ki számmal, mindezt anélkül, hogy az valaha is kiküldésre kerülne - a hálózati oldalon ugyanis az AuC tárolja a Ki számokat. Emellett tárol rejtjelezési paramétereket, valamint része egy véletlenszám-generátor is. Bár az AuC lényegében a HLR egyik funkcionális alosztálya, különálló hálózati elem is lehet.

Az utolsó előtti rész a Készülékazonosító Regiszter (EIR), mely a mobilállomásokat (tehát a készüléket) azonosítja. Ez az adatbázis a készülékek főbb adatait tárolja, a készülékekre az IMEI számmal hivatkoznak. Az EIR-ben három listán vannak az IMEI-k, az első, úgynevezett "fehér listán" a típusengedélyezett készülékek szerepelnek, a második, "szürke listán" a megfigyelés alatt álló készülékek vannak, míg a "fekete listán" azon telefonok IMEI számai szerepelnek, melyeket le kell tiltani - vagy azért, mert lopottak, vagy azért, mert súlyos működési zavarokkal küzdenek.

Az NSS része továbbá a Hangposta Rendszer (VMS) is, mely nem illik bele a GSM-specifikációk által definiált (tehát a fent említett) rendszerek egyikébe sem. A hangpostarendszer ugyebár lehetővé teszi hangüzenetek tárolását és lejátszását. A bejövő hívások az előfizető saját hangpostaládájába irányíthatók, ha az előfizető foglalt, szolgáltatási körzeten kívül van, ki van kapcsolva, nem válaszol vagy aktiválja a feltétel nélküli hangpostaládába irányítást. Bizonyos VMS rendszerek kiértesítő rendszerrel is fel vannak vértezve, ismételt hívásokkal vagy szöveges üzenetekkel értesítik a felhasználót, hogy hangüzenete van. Ezen hívások időzítése egy időzítési mátrixot követ, melynek melyek sorai azokhoz a lehetséges okokhoz tartoznak, melyek a hívás hangpostaládába történt átirányítását tartalmazzák. Felépítését tekintve a VMS üzenettároló egységekre, hívás-, üzenet- és figyelmeztetésmenedzselő egységekre osztható.

Így néz ki az egész architektúra

Természetesen nem csak ennyi adatbázis üldögél az NSS-ben. Az MSC és az SMSC mellett ma már ott terpeszkedik az MMSC is (ugye egyértelmű, hogy mire szolgál?), illetve az adatátviteli szolgáltatásokat meghajtó SGSN-GGSN páros is. Ahogy a rendszerek fejlődnek, újabb és újabb elemekkel bővül az NSS, ilyen például a ma már mindhárom operátornál elérhető hívásértesítő szolgáltatásért felelő elem, amely a VMS, az MSC és a HLR kapcsolataiból építkezik, s adott esetben az SMSC-t notifikálja arról, hogy a telefon bekapcsolását követően menjen le az ügyfélnek egy üzenet arról, hogy amíg ki volt kapcsolva, valaki megpróbálta őt felhívni.

Üzemeltetési alrendszer (OSS)

Az Üzemeltetési Alrendszer (OSS) lehetővé teszi, hogy a szolgáltató (azaz a hálózatfenntartó) nyomon kövesse és vezérelje a GSM-hálózatot. Az OSS olyan főbb hálózati elemekhez csatlakozik, mint az MSC, a BSC, a HLR (sőt, bizonyos esetekben a BSC-ken keresztül a BTS-eket is el lehet érni), másrészt ember-gép interfészt biztosít az üzemeltető személyzet számára. Az BSS-sel és NSS-sel kapcsolatban lévő elem az Üzemeltetési és Karbantartó Központ (OMC). Egy GSM-hálózat több OMC-t tartalmazhat, ezek értelemszerűen össze vannak kapcsolva.

Az OSS lehetővé teszi, hogy az üzemeltető folyamatosan ellenőrizze a felhasználóknak nyújtott szolgáltatás minőségét. Mindezt a forgalom, a torlódás, a hívásátadások, az eldobott hívások, az interferencia stb. mérésével teszik. Ez a lehetőség értelemszerűen a hálózat szűk keresztmetszeteinek és problémás területeinek feltárását segíti. Az OSS lehetőséget biztosít a rendszerbe történő beavatkozásra is, ami bizonyos problémák orvoslásakor fontos.

Hálóztafelügyeleti központ
Forrás: christiedigital.com

A gyakorlatban az OSS-t úgy kell elképzelni, mint egy irányítóközpontot. Mérnökök és diszpécserek dolgoznak itt, folyamatosan figyelik a hálózat állapotát, s intézkednek, ha baj van. Nyilván minden szolgáltatónál kicsit más a fizikai megvalósítás, de az biztos, hogy valamilyen térképen nyomon tudják követni a BTS-ek állapotát. A rendszer úgy működik, hogy bármilyen rendellenesség esetén azonnal riaszt. Ha például elindul egy vihar Sopronból, s végigfut az országon, akkor az OSS-ben pontosan tudják, hogy éppen hol jár - onnan jönnek a friss riasztások

A BTS-ek és a BSC-k a távolból is adminisztrálhatóak. Újra lehet rajtuk indítani a rendszert, ki lehet kapcsolni a klímát, monitorozni a rajtuk átmenő forgalmat. De természetesen vannak olyan esetek, amikor ki kell menni a helyszínre. A szolgáltatók külön csapatot tartanak fent erre a munkára (esetleg alvállalkozókat), ezeket az embereket onnan lehet megismerni, hogy általában terepjáróval közlekednek (hiszen nem minden BTS közelíthető meg aszfaltos úton). Napsütésben, hóban, fagyban, szélben, ha a helyzet úgy kívánja, akkor bizony fel kell mászni a toronyra, állítani a mikrón, vagy kicserélni egy alkatrészt.

Minden időben
Forrás: switched.com

Az OSS-ből ezeket a munkákat figyelemmel kísérik. Ha egy munkatárs a toronyhoz érkezik, akkor telefonon bejelentkezik, a központban beírják a rendszerbe, hogy XY a tornyon dolgozik, majd amikor elhagyja a területet, akkor újra beszól. Sokszor látni olyat, hogy egy-egy magányosa álló tornyot kerítés vesz körbe. Ha valaki benyit a kertkapun, akkor az OSS-ben felugrik a riasztás, s ha a kolléga a meghatározott időn belül nem jelentkezik be, akkor a szolgáltató értesíti a rendőrséget illetéktelen behatolás miatt.

Ha jó idő van...
Forrás: corbis.com

Persze az OSS-ben nem csak a fizikai hálózattal foglalkoznak. Innen turkálnak bele a HLR-be, az MSC-be, itt orvosolják az esetleges SMSC-vel kapcsolatos problémákat, folyamatosan optimalizálják a rendszert és próbálják javítani a kihasználtságot. Kapcsolatban állnak az ügyfélszolgálattal is, hiszen előfordulhat, hogy az ügyfél olyan rendellenességet tapasztal, aminek kapcsán nem érkezett riasztás. Ilyenkor célzottan vizsgálják az adott tornyot, vagy hálózati eszközöket, szoftvereket. Az OSS-ben értelemszerűen 0-24 órában mindig kell lennie embernek, a nagyobb volumenű munkákat (amik esetleges leállásokkal járnak) pedig egyébként is éjszaka végzik el.

Hogyan lesz a beszédből jel?

A rádió-interfészen esetlegesen fellépő problémák elkerülése érdekében a GSM rendszerekben a beszéd többszörös jelfeldolgozáson megy át az átvitel közben.

A hang át- és visszaalakításának folyamatábrája.

Az első lépés a beszédkódolás (speech coding), melynél az analóg beszédjelet szegmentálják (darabolják) és a 20 milliszekundumos (0,02 másodperc) szegmenseket 13 kbit/másodperces digitális információfolyammá alakítják, egy szegmenset 260 biten kódolnak.Mivel a rádiófrekvenciás spektrum elég korlátozott, speciális beszédkódolási algoritmust használnak, melynek neve LCP-LTP-RPE.

A második lépés a csatornakódolás (channel coding), melynek során az eredeti információhoz (tehát a digitalizált hanghoz) redundáns biteket adnak abból a célból, hogy a jeltovábbítás közbne keletkezett hibák megtalálhatók és korrigálhatók legyenek.

A harmadik lépés egy kicsit bonyolult dolog, a neve interleaving. Ezzel a rádiócsatornák által okozott hibákat tudják kiküszöbölni oly módon, hogy a bitfolyamot (tehát a digitalizált beszédet) blokkokra bontják, majd a blokkok sorrendjét egy előre meghatározott szabályrendszer szerint felcserélik. Így a rádiócsatornában egymás mellett fellépő bithibák az interleaving visszaállítása után nagyjából egyenletesen fognak eloszlani a bitfolyamban, ezzel lehetőséget adva a jobb hibadetektálásra és javításra.

A negyedik és az ötödik lépés sorrendje változhat. Az egyik az ún. burstformázás, ahol a biteket burst-ökbe csoportosítják - akármit is jelentsen ez, a részletekbe most nem megyünk bele. A másik lépés a titkosítás (ciphering), mely a felhasználói adatokat hivatott védeni a rádió-interfészen. Ez úgy módosítja a bitfolyamot, hogy kizáró "vagy" műveletet hajt végre a normál burst információs bitjei és egy véletlen bitsorozat között, amit a TDMA-keretszámból és a Kc-ból származtatnak.

Az utolsó lépés a moduláció, mely az átalakított, titkosított bitfolyamot nagyfrekvenciás rádióhullám fázistolásává alakítja át. A GSM-ben ez az eljárás az ún. Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK), melyben a fáziseltolást "simítják" a szükséges sávszélesség csökkentése érdekében. Ennek káros hatása a szimbólumközi interferencia: az egyes adatbitek a bitidőnél hosszabb ideig hatnak a kimenő jelre.

A modulált jelet ezt követően rádióhullámok formájában kisugározzák, majd a vevő oldalon a műveleteket újra végrehajtják, fordított sorrendben, így lesz belőle ismét beszéd.

Frekvenciák, adótornyok

Az átlagember annyit tud, hogy a telefonja 900, esetleg 1800 MHz-en működik. Ez nagyon leegyszerűsített dolog, ugyanis (mint az az előzőekből már kiderült) a készülék nem egyetlen frekvenciát használ. A hálózattal összhangban egy bizony tartományon belül mozog, ráadásul elég sűrűn változtatva ezt. Hazánkban az NHH (Nemzeti Hírközlési Hatóság) rendelkezik a frekvenciák fölött, egy mobiltenderen a még szabad frekvenciákra lehet pályázni. A 900 és az 1800 MHz-es tartományban is van még szabad kapacitás, ezért is volt lehetséges egy negyedik szolgáltató megjelenése.

Úgynevezett "monopole" torony
Forrás: dak.hu

A készülékek két - egymástól távol levő - frekvenciát használnak egyszerre. Az egyik az uplink, ezen mennek a telefonról a hálózat felé az információk, a másik értelemszerűen a downlink, ahol fordítva jönnek az adatok. A szolgáltatók a 900 és 1800 MHz-es tornyokat is előszeretettel váltogatják. Az alacsonyabb frekvencia ugyanis nagyobb hatótávolsággal párosul, viszont kevesebb adatot tud elvinni. Autópályák mellett jellemzően ilyeneket találunk, viszonylag szellősen lehet ezeket építeni, s elég rájuk két szektorsugárzó, amely a pálya hosszában küldi a forgalomra rá a mannát. Ebből evidensen következik, hogy városi környezetben az 1800 MHz a gyakoribb, hiszen itt mindenképpen sűrűbben vannak a tornyok, a magasabb frekvencián viszont több ügyfelet lehet egyszerre kiszolgálni.

A hálózatépítés során az operátorok kompromisszumokra kényszerülnek. Hiába ül egy mérnök a központban, a BTS szinte soha nem építhető fel az ideális helyre. Rengeteg előírásnak és szabályozásnak kell megfelelni, ezek ráadásul önkormányzatonként változhatnak. Az egyik budapesti kerület például hozott egy olyan döntést, hogy mostantól csak fából épített tornyot lehet - szó szerint - ácsolni. Ennek az az eredménye, hogy az egyik szolgáltató még régen épített rácsos fém szerkezetű átjátszója mellett ott álldogál a másik operátor fából fabrikált tornya.

Van olyan eset is, amikor vagy a szabályozás, vagy egyszerűen a terület sajátosságai miatt lehetetlen tornyot emelni. Ilyenkor a szolgáltatók összefognak, és némi bérleti díj fejében felengedik egymást egy már álló toronyra. Van erre példa bőven, csak egyet említek meg: Hédervár. Ez egy kis település Győrtől nyugatra, ahol a templom mellett egy nagy fém torony magasodik. A polgármesteri hivatal azt a döntést hozta, hogy elég ronda ez az egy építmény is, ezért mind a három operátor erre az egy toronyra költözött fel.

Városi környezetben ritkán épülnek tornyok. A szolgáltatók a magas helyeket pécézik ki, panelházak teteje, stadionok lámpái, vagy víztornyok teteje mind ideális helyszínnek számít. A problémát általában a lakók okozzák, sokan félnek attól, hogy a fejük fölött fog dolgozni egy adótorony. Ez a félelem alaptalan, ugyanis a bázisállomások lefelé konkrétan semennyit nem sugároznak, sokkal jobban félhet az egyelőre nem bizonyítottan káros sugárzástól a szemben lakó, akinek az ablaka egy szintben van a toronnyal. Amelyik lakóközösséget viszont sikerül meggyőzni, ott igen drasztikusan csökken a közös költség, hiszen a szolgáltató egy jó helyen levő átjátszó miatt hajlandó mélyen a zsebébe nyúlni.

Itt nincs közös költség
Forrás: nacional.hr

Jól járnak azok a vidéki falvak is, amelyekhez közel több más település is található. Ha nincsen túl messze a szomszédos falu, akkor a szolgáltató nem töri magát össze, hogy minden településre tornyot építsen, a leginkább központi fekvésű városka lesz a megcélzott helyszín, itt pedig jellemzően a templomtorony a kézenfekvő választás. Sok helyen a harang mellett ott üldögél mindhárom szolgáltató átjátszója, s ezzel az egyházközösségnek máris futja egy új oltárra.

Fának álcázva
Forrás: kcet.org

Vannak speciális tornyok is. Itthon több példa is van arra, hogy egy operátor csak úgy kapott engedélyt egy hegytetőn levő állomás megépítésére, hogy rögtön kilátót is felhúzott a torony köré. Mindenki jól járt, lett térerő is. Híres példa a T-Mobile berendezése az M1-M7 közös bevezetőjénél, ahol a fenyőerdő közepén állítottak fel egy műfát, ami igazából egy átjátszó. A másik hasonló építmény a Pannon tulajdonában levő torony, amely Budakalász és Szentendre között található, ezt egy iparművész tervezte, hogy mennyire szép, az nyilván véleményes, de az biztos, hogy az éjjel megvilágított monstrum mindenképpen egyedi.

Pomáz mellett
Forrás: erikanet.hu

Egy hívás felépítése a gyakorlatban

Aki eddig figyelmesen olvasott, annak már talán összeállt a kép. A hálózat működésének megértéséhez a legegyszerűbb az, ha végigkövetjük egy hívás felépülését. Amikor a készülékünkön beütjük a számot és megnyomjuk a hívásindító gombot, a telefon azonnal kapcsolatot teremt azzal a toronnyal, amire fel vagyunk jelentkezve. Ez GSM hálózatoknál egyetlen állomást jelent (a 3G-nél már egyszerre több átjátszót is lát a készülék).

Ott megy a jel. Látszik?
Forrás: kisalfold.hu

A BTS kódolja az információt, s az igény elindul az MSC felé. Mikrohullámú kapcsolaton eljut a BSC-ig, ott felül az optikai kábelre, majd megérkezik az NSS-be. Az MSC megvizsgálja a számot, s a HLR segítségével eldönti, hogy hálózaton belüli, avagy kívülre menő hívásról van-e szó. Ha ez utóbbi, akkor továbbadja a hívást a megfelelő irányba. Ha viszont hálón belüli kapcsolatról van szó, akkor a HLR-től további információkra van szükség.

Az első, s legfontosabb tudnivaló, hogy a hívott fél rajta lóg-e a hálózaton. A HLR ezt elvileg tudja, s ismeri az célállomás utolsó tartózkodási helyét is. Az MSC megtudakolja továbbá, hogy nincs-e bármilyen korlátozás, ami miatt a hívás nem épülhet fel (például a fogadó oldalon bejövő tiltás), mi az állapota a hívószámkijelzésnek, nem foglalt-e az illető. Ha mindent rendben megkapott, akkor a hívást elindítja a megfelelő torony irányába, amelynek hatására a fogadó félnél megcsörren a készülék. Ez az ideális eset.

Ez egy igen jó kiállású HLR
Forrás: eirene.com

Igen ám, de előfordulhatnak váratlan problémák. A leggyakoribb, hogy bár a HLR szerint a fogadó fél rajta van a hálózaton, mégsem lehet elérni. Ennek nagyon egyszerű magyarázata van: ha a hívott fél telefonja nem szabványosan jelentkezett le a hálózatról, akkor bizony a HLR szerint még ott kell lennie valahol. Szabványos lelépés a készülék normális kikapcsolása, illetve a merülés, utóbbi esetben a végső halál előtt a telefon még szól a hálózatnak, hogy bocs, de innentől nem vagyok elérhető. Nem szabványos alapvetően két eset: ha a telefon elveszíti a hálózatot (nincs térerő), illetve ha kitépjük belőle az akkumulátort. Ilyenkor történik az, amit már talán sokan tapasztaltak, elindul a hívás, hosszú ideig csönd van, aztán jön a hangposta, vagy a bemondás. Ennek oka, hogy a torony keresi ugyan a megadott helyen a készüléket egy ideig, de aztán feladja a harcot, az MSC pedig ennek megfelelően cselekszik.

Az SMS útja

Az SMS a híváshoz nagyon hasonlóan jut el a célszemélyhez. Ám itt nem az MSC, hanem az SMSC működik közre, amelynek azért van néhány jellegzetessége. Az SMSC is a HLR-rel kommunikál, amikor információra van szüksége. Ha a HLR azt mondja, hogy a célszemély nincs fent a hálózaton, akkor az SMSC eltárolja az üzenetet és várja, hogy a címzett fellépjen. Amint ez megtörténik, a HLR értesíti az SMSC-t, amely egyből leküldi az üzenetet.

Egy üzenet elküldése sok apró lépésből áll, amiből a felhasználó szinte nem is vesz észre semmit, de ha bárhol borul a bili, akkor az rögtön blokkolja a teljes folyamatot. A történet úgy indul, hogy a készüléket elhagyja az üzenet a hálózat felé. Ez csak akkor lehetséges, ha az adott telefonon az üzenetközpont száma helyesen került beírásra. Manapság a készülékek ezt automatikusan elvégzik, de vannak olyan felhasználók, akik tájékozatlanságból, vagy ingyenesség reményében ezt átírják. Felesleges.

Amint az SMS megjön a központba, az SMSC visszaküld egy notifikációt a készüléknek. Ekkor írja ki a telefon, hogy "üzenet elküldve". Ha ez a notifikáció elmarad, akkor a mobil hibaüzenetet dob fel. Mit csinál ilyenkor az ügyfél? Megpróbálja újra elküldeni az SMS-t. Éppen ezért a központ prioritással foglalkozik azzal, hogy még túlterheltség esetén is elküldje a notifikációt. Pár éve még ez nem volt így, volt is rá példa, hogy a szilveszteri üzenetek több példányban mentek el.

Forrás: howstuffworks.com

Ha előző feladatát letudta a központ, akkor a HLR segítségével megpróbálja kézbesíteni az üzenetet. Ha a célszemély nincs fent a hálózaton, akkor az SMSC elraktározza az SMS-t. Ezt vagy addig tárolja, amíg fel nem jelentkezik a fogadó, vagy pedig amíg le nem jár az üzenet érvényessége. Ez utóbbi egy olyan paraméter, amit a küldő határozhat meg, ha nem foglalkozik ilyesmivel, akkor a hálózati alapérték lép életbe, ami jellemzően 14 nap.

Megjön?

Ha végre ki lehet küldeni az üzenetet, akkor az SMSC ezt haladéktalanul meg is teszi. Itt két probléma léphet fel. A könnyen orvosolható kategóriába tartozik az az eset, amikor a fogadó oldalon tele a készülékmemória és a készülék nem tudja az újabb SMS-t hová tárolni. Erről valamilyen formában (villogó boríték) értesíti az ügyfelet, de az SMS központot is tájékoztatja. Amint a felhasználó felszabadít némi helyet, a telefon automatikusan szól az SMSC-nek, hogy most már jöhet az anyag. Megy is. A másik probléma kompatibilitási gond szokott lenni. Karakterkódolási, vagy egyéb speciális tartalommal bíró SMS azért nem jön meg a fogadóhoz, mert egyszerűen a két fél között valami nem kerek. Triviális példa az 5-6 évvel ezelőtti Nokia telefonok ún. képüzenete, amely három összefűzött SMS-ből állt, de más gyártók készülékei nemigen tudták ezeket kezelni. A Sony J6/J7 esetén az összefűzött üzenet is gondot okoz, de manapság ezek a problémák lassan eltűnni látszanak.

Fontos tudni, hogy az SMSC-ben nem tárolódik az üzenet szövege. Maga az írás csak addig van bent a szolgáltatónál, amíg nem történik meg a kézbesítés. Minden más információ viszont logolásra kerül, mikor, honnan, kinek, hány karakter... ezek kellenek az esetleges panaszok kivizsgálásához. Az SMS szövegét csak akkor őrzi meg a központ, ha erre külön utasítják - erre azonban csak rendőrségi, illetve nemzetbiztonsági esetekben van törvényes lehetőség.

Az SMS központok kapacitása erősen túl van méretezve. Általában alig néhány százalékos kihasználtsággal működnek (de még így is másodpercenként 100-as nagyságrendű üzenetet kezelnek), ám ennek ellenére vannak olyan időszakok, amikor egyszerűen nem bírják a terhelést. A szilveszter tipikusan ilyen, itt nagyon rövid idősávon belül nagyon sok üzenet érkezik. A következmény logikus: az SMS-ek később kerülnek kézbesítésre. Ha azt mondanám, hogy hasonló terheltséget nem a karácsonyi ünnepek okoznak, akkor talán sokan ezt kétkedve fogadnák. Ám tény: az SMS központokat a szilveszteri dömpingen kívül a televíziós vetélkedők szavazásai terhelik meg a legjobban. A valóságshow-k, illetve a tehetségkutatók mindig hatalmas forgalmat generálnak, de emiatt egyetlen szolgáltató sem fog panaszkodni: emelt díjas üzenettel minden operátor szívesen tömi tele a saját központját.

Felhasználói hiedelmek

Amióta a GSM elindult hódító útjára, újra és újra felbukkannak olyan áltudományos marhaságok, amelyek sok esetben beépülnek a közvélekedésbe. Az egyik ilyen, hogy a lopott telefonokat be lehet mérni. Nos, ez igaz. De ennek ellenére mégsem teszi meg ezt egyetlen szolgáltató sem az ügyfél kérésére.

Elkapni!
Forrás: dateagadget.com

Egyrészt a bemérés nem túl pontos. Alapból azt tudja megmondani a szolgáltató, hogy a készülék melyik cellában van. Ez még nagyvárosi környezetben is 100 méteres pontosságot jelent, ennek alapvetően így nincs túl sok értelme. Létezik a háromszögelésnek nevezett módszer, amely három közeli torony használatával pontosít az adatokon, nagyon egyszerűen arról van szó, hogy egy kis adatcsomagot küld a hálózat a telefonra, amire az reagál. A reakcióidőből nagyjából kiszámítható egy távolság, s ahol a cellákban ennek a távolságnak megfelelő körívek metszik egymást, ott érdemes kutakodni a készülék után.

Ilyet a szolgáltatók már csak adatvédelmi okok miatt sem csinálhatnak. De gondoljunk csak bele: mi lenne, ha minden ügyfél, aki valahol elhagyja a mobilját - vagy csak egyszerűen rádobta az újságot, esetleg becsúszott az ágy mögé - mind ilyen igénnyel lépne fel? Nem megoldható, s nem is túl hasznos dolog, ráadásul csodás visszaélésekre adna lehetőséget. Ilyen kéréssel csak a rendőrség fordulhat az operátorhoz, akiknek kutya kötelességük maximálisan segíteni.

A másik terjedőben levő elmélet arról szól, hogy a készüléket le lehet hallgatni a hálózat segítségével akkor is, ha az ki van kapcsolva. Ezt már több helyen tételesen cáfolták hiteles szakemberek. Ez egészen egyszerűen lehetetlen. A kikapcsolt telefon nem kommunikál a hálózattal. Nem lehet a távolból felkelteni, ha minden készülékben lenne ilyen funkció, arra már réges-régen ugyanúgy fény derült volna, mint mondjuk a Windows Media Player sunnyogó adattovábbítására. A HLR ráadásul csak az utolsó ismert helyzetét tudja a telefonnak, ha az a készülék elmegy onnan, akkor vajon hogyan tudná a távolból egy ismeretlen cellán levő eszközt "felkelteni" a rendszer? Sehogy.

A paranoiások szerint azonban a telefon igazából sosem alszik. Hiába kapcsoljuk ki, a telep ott van benne, egészen biztosan kommunikál. Tévednek. De mindenki egyszerűen meggyőződhet erről. Kapcsolja ki a készülékét, üljön autóba egy városban, rakja a rádió mellé. A kikapcsolt mobil egyszer sem fog összeakadni az audió eszközökkel. Ezt követően kapcsolja be, autókázzon megint egy kicsit, s azt fogja tapasztalni, hogy - ha nem is gyakran - de bizony a telefon kommunikál a hálózattal (s ennek, úgymond, hangot is ad), pedig nem is érkezik rá hívás. Az ok egyszerű: ahogy haladunk a kocsival a készülék folyamatosan váltja a cellákat. Ez nem minden esetben jár komoly hálózati kommunikációval, de amikor egyik BSC alól egy másik BSC alá tartozó toronyra mozgunk át, akkor történik egy komolyabb adatcsere. A kikapcsolt készülék ezt soha nem fogja produkálni.

Mint a mesében
Forrás: spytaps.com

Le lehet hallgatni a GSM rendszert egyáltalán? Nyilván le lehet. De a jelenlegi ismereteink szerint ehhez kissé sokba kerülő cucc kell. A legolcsóbb és legegyszerűbb megoldás persze az, ha a kiszemelt áldozat készülékébe belerejtünk egy poloskát. Csak ennek már az égvilágon semmi köze nem lesz a GSM hálózathoz.

Reméljük, hogy cikkünk sok kérdésre választ tudott adni. Az itt leírt információk azonban csak a jéghegy csúcsát jelentik, egy mai, modern mobilhálózat felépítése ennél sokszor összetettebb. Következő írásunkban a 3G hálózatok felépítésével foglalkozunk majd.

Bodnár Csaba (Bocha) & Khell Bogdán (Bog)