Обеспечение информационной безопасности телефонных переговоров на каналах сотовой связи стандарта GSM

Сотовая связь — разновидность радиосвязи. Между устройством, отправляющим сигнал, и устройством, принимающим его, находятся базовые станции, которые ретранслируют сигнал. Этих станций очень много, и они размещены так, чтобы их «круги охвата» краями накладывались друг на друга.
Даже если мы не совершаем звонков, телефон постоянно поддерживает сигнал с базовыми станциями. Поймав сигнал, испускаемый станцией, телефон в ответ отправляет свой идентификационный код, уникальный для каждого.
Для сотовой связи очень важно, чтобы была непрерывность соединения при перемещении. Это обеспечивается благодаря так называемому хэндовер (Handover), при котором соединение, установленное абонентом, как бы подхватывается соседними сотами по эстафете, а абонент продолжает разговаривать или копаться в соцсетях. Вся сеть делится на две подсистемы: подсистема базовых станций и подсистема коммутации.
В середине "соты находится базовая станция, которая обычно обслуживает три "соты". Радиосигнал от базовой станции излучается через 3 секторные антенны, каждая из которых направлена на свою "соту". Бывает так, что на одну "соту" направлены сразу несколько антенн одной базовой станции. Это связано с тем, что сеть сотовой связи работает в нескольких диапазонах (900 и 1800 МГц). Однако в условиях городской местности трудно найти место под размещение массивного сооружения. Поэтому в крупных городах базовые станции размещаются на зданиях. Каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 км.
Несмотря на своё название, пчёлы в функционировании сотовой связи никак не задействованы. Сотовой связь называется потому, что территория, на которой обеспечивается связь, разбивается на отдельные ячейки или соты.

Соты формируют многочисленные базовые станции - это совокупности антенн, расположенные где-то на крышах зданий. 
Глава 1. Принцип действия сотовой связи
1.1 Основные составляющие сотовой связи

Антенна БС состоит из нескольких секторов, каждый из которых принимает/отправляет сигнал в свою сторону. Если вертикальная антенна осуществляет связь с телефонами, то круглая соединяет БС с контроллером.
Каждый сектор может обслуживать до 72 звонков одновременно. БС может состоять из 6 секторов, и обслуживать до 432 звонков, однако обычно на станциях устанавливают меньше передатчиков и секторов. Сотовые операторы предпочитают ставить больше БС для улучшения качества связи.
От подсистемы базовых станций сигнал передается в сторону подси-стемы коммутации, где и происходит установление соединения с нужным абоненту направлением. В подсистеме коммутации есть ряд баз данных, в которых хранятся сведения об абонентах. Оборудование для этой базовой станции спрятано в этом железном шкафу.
Кроме обычных вышек есть также и мобильные варианты базовых станций, размещенные на грузовиках. Их очень удобно использовать во время стихийных бедствий или в местах массового скопления людей (футбольные стадионы, центральные площади) на время праздников, концертов и различных мероприятий.
Для обеспечения оптимального покрытия радиосигналом на уровне земли, базовые станции проектируются специальным образом. Несмотря на дальность в 35 км. сигнал не распространяется на высоту полета самолетов. Однако некоторые авиакомпании уже начали устанавливать на своих бортах небольшие базовые станции, обеспечивающие сотовую связь внутри самолета.
Технологии со временем сильно развились и достаточно вот такой небольшой комнаты с несколькими специалистами, чтобы наблюдать за работой всей сети в Москве.
Сотовые операторы часто разрешают своим конкурентам использо-вать свои башенные сооружения для размещения антенн. Строительство башни или мачты - дорогое удовольствие, и такой обмен (взаимовыгодный) позволяет сэкономить немало средств.
Оборудование на самом деле выглядит необычно, по его виду можно предположить все что угодно.
Сотовая связь относится к усовершенствованной службе мобильной телефонной связи (AMPS).
Сотовая мобильная связь основана на географическом разделении зоны покрытия связи. Каждой ячейке выделяется определенное количество частот (или каналов), которые позволяют большому количеству абонентов одновременно вести разговоры.
Принцип работы мобильной коммуникации
Каждый мобильный телефон использует отдельный временный ра-диоканал для связи с сотовым сайтом. Этот сайт поддерживает коммуника-цию со многими телефонами одновременно, используя один канал на один телефон. Каналы используют пару частот сотовой связи:
Прямую линию для передачи с сотового узла.
Обратную линию, чтобы сотовый узел мог принимать вызовы от пользователей.
Принцип работы сотовой связи
Процесс начинается с активации чипа при введении ПИН-кода вставляемой SIM-карты. Затем осуществляется передача сигнала сотовой связи по управляющим каналам. Ответ вызываемого номера передается по свободному каналу управления на антенну базовой станции, откуда идет передача в центр коммутации подвижной связи.Принцип работы сотовой связи - фото 42
Ранняя архитектура системы телефонной связи
Традиционная мобильная служба была структурирована аналогично телевизионному радиовещанию: один очень мощный передатчик, расположенный в самой высокой точке области, будет транслировать в радиусе до пятидесяти километров.
Концепция сотовой связи структурировала сеть телефонной связи по-другому. Вместо использования одного мощного передатчика многие маломощные передатчики были размещены по всей зоне покрытия сотовой связи.
Система мобильной коммуникации с использованием концепции со-товой связи
Проблемы с помехами, вызванные мобильными устройствами, ис-пользующими один и тот же канал в смежных областях, доказали, что все каналы не могут повторно использоваться в каждой соте.
Инженеры обнаружили, что влияние помех было связано не с расстоянием между зонами, а с отношением расстояния к мощности (радиусу) передатчиков зон. Сокращая радиус зоны на пятьдесят процентов, поставщики услуг могут увеличить число потенциальных клиентов в зоне в четыре раза.Принцип работы сотовой связи - фотография 43онцепция сотовой связи использует переменные уровни низкой мощности, что позволяет подбирать ячейки в соответствии с потребностями.
Частоты сотовой связи, используемые в одном кластере ячеек, могут быть повторно использованы в других ячейках. Разговоры могут передаваться из ячейки в ячейку, чтобы поддерживать постоянную телефонную связь, когда пользователь перемещается между ними.
Архитектура сотовой системы
В современной сотовой телефонии сельские и городские районы де-лятся на районы в соответствии с конкретными правилами предоставления услуг.

Принцип работы сотовой связи - фотография 44Кластер - это группа ячеек. Ни один канал не используется повторно в кластере. Поскольку для мобильных систем было доступно лишь небольшое количество частот радиоканалов, инженерам пришлось искать способ повторного использования радиоканалов для одновременной передачи более одного разговора.