Введение

Стандартный набор приложений и функций мобильных телефонов

Сервисы GSM представляют собой стандартный набор приложений и функций, доступных абонентам мобильных телефонов по всему миру через систему глобальной мобильной связи (GSM). Стандарты GSM определяются в рамках сотрудничества 3GPP и реализуются производителями оборудования и операторами мобильной связи в аппаратном и программном обеспечении. Единый стандарт позволяет использовать одни и те же телефоны с услугами различных компаний или даже совершать роуминг в разных странах. GSM является самым распространенным в мире стандартом мобильной связи. Конструкция сервиса достаточно сложна, поскольку она должна обеспечивать определение местоположения мобильного телефона в любой точке мира, а также учитывать относительно небольшую емкость аккумулятора, ограниченные возможности ввода-вывода и слабую мощность радиопередатчиков мобильных устройств.

Все общительны

После того, как мобильный телефон успешно подключился к сети GSM, как описано выше, с него можно совершать звонки на любые другие телефоны в глобальной общедоступной телефонной сети. Пользователь набирает номер телефона, нажимает кнопку вызова или "ответить", и мобильный телефон отправляет запрос на установку соединения в сеть мобильной связи через ближайшую базовую станцию (БТС). Этот запрос обрабатывается в Центре мобильной коммутации (MSC), который проверяет данные абонента в регистре местоположения посетителей (VLR), чтобы определить, разрешен ли исходящий вызов. Если да, то MSC маршрутизирует вызов аналогично тому, как это делает телефонная станция в стационарной сети. Если абонент использует предоплаченный тариф (иногда называемый Pay As You Go (PAYG) или Pay & Go), выполняется дополнительная проверка наличия достаточного баланса для совершения звонка. В случае недостатка средств вызов будет отклонен. Если звонок разрешен, он постоянно контролится, и с баланса абонента списывается соответствующая сумма. Когда баланс достигает нуля, сеть прерывает соединение. Системы, осуществляющие мониторинг и предоставление услуг предоплаты, не входят в стандарт GSM, а являются примером услуг интеллектуальных сетей, которые оператор мобильной связи может внедрить в дополнение к стандартным услугам GSM.

Контакт с MSC Gateway

Когда кто-то звонит на мобильный телефон, он набирает номер телефона (также называемый MSISDN), привязанный к пользователю телефона, и звонок направляется в шлюзовой мобильный коммутатор (Gateway Mobile Switching Centre) оператора мобильной связи. Шлюзовой MSC, как следует из названия, служит "входом" из внешней части общедоступной коммутируемой телефонной сети в сеть провайдера. Как отмечалось выше, телефон может свободно перемещаться по сети оператора или по сетям роуминговых партнеров, включая другие страны. Поэтому первоочередная задача шлюзового MSC – определить текущее местоположение мобильного телефона для установления соединения. Для этого он обращается к домашнему регистру местоположения (Home Location Register, HLR), который, как описано выше, знает, к какому регистру местоположения посетителей (Visitor Location Register, VLR) привязан телефон, если таковой имеется.

Маршрутизация звонка

Когда HLR получает это запросное сообщение, он определяет, следует ли маршрутизировать вызов на другой номер (известный как переадресация), или напрямую на мобильный телефон. Если владелец телефона ранее запросил переадресацию всех входящих вызовов на другой номер, известный как номер безусловной переадресации вызовов (CFU), то этот номер хранится в HLR. В этом случае номер CFU возвращается в шлюзовой MSC для немедленной маршрутизации к этому пункту назначения. Если мобильный телефон в данный момент не зарегистрирован в Регистре посещаемого местоположения (например, телефон выключен), то HLR возвращает шлюзовому MSC номер, известный как номер переадресации при недоступности (CFNRc), и вызов перенаправляется на него. Многие операторы могут автоматически устанавливать это значение на номер голосовой почты телефона, чтобы звонящие могли оставить сообщение. Мобильный телефон может иногда изменять настройку по умолчанию. Наконец, если HLR знает, что телефон находится в роуминге в определенной зоне VLR, он запрашивает временный номер (известный как MSRN) у этого VLR, используя IMSI в качестве идентификатора. Этот номер передается обратно в шлюзовой MSC, а затем используется для маршрутизации вызова в MSC, где находится телефон вызываемого абонента в роуминге.

Определение местоположения и звонок телефона

Когда вызов поступает в посещаемый MSC, MSRN используется для определения, какому именно телефону в данной зоне направлен вызов, то есть MSRN сопоставляется с IMSI исходного набранного номера. MSC отправляет запрос всем базовым станциям в зоне, где зарегистрирована IMSI, чтобы уведомить телефон о входящем вызове. Если абонент отвечает, речевой канал устанавливается через посещаемый MSC и шлюзовой MSC обратно в сеть вызывающего абонента, после чего начинается обычный телефонный разговор. Также возможно, что на вызов не ответят. Если абонент занят другим вызовом (и функция ожидания вызова не активна), посещаемый MSC перенаправляет вызов на заранее определенный номер переадресации при занятости (CFB). Аналогично, если абонент не отвечает на вызов в течение определенного времени (обычно 30 секунд), посещаемый MSC перенаправляет вызов на заранее определенный номер переадресации при отсутствии ответа (CFNRy). Оператор может предустановить это значение на голосовую почту мобильного телефона, чтобы звонящие могли оставить сообщение. Если абонент не отвечает на запрос о вызове, например, из-за отсутствия сети или разряженной/извлеченной батареи, посещаемый MSC перенаправляет вызов на заранее определенный номер переадресации при недоступности (CFNRc). Оператор также может предустановить это значение на голосовую почту мобильного телефона, чтобы звонящие могли оставить сообщение. Пользователь в роуминге может захотеть отключить эти услуги переадресации в посещаемой сети, так как будут взиматься тарифы за роуминг.

Голосовые заряды

В Соединенных Штатах и Канаде звонящие оплачивают стоимость соединения с Gateway MSC телефонной компании вызываемого абонента, независимо от фактического местоположения телефона. Поскольку мобильным номерам присваиваются стандартные географические номера в соответствии с Североамериканским планом нумерации, звонящие платят одинаково за вызов стационарных и мобильных телефонов в пределах одной географической зоны. Абоненты мобильной связи оплачивают время соединения (обычно за счет тарифного плана или предоплаченных минут) как за входящие, так и за исходящие звонки. В случае исходящих звонков любые междугородние тарифы рассчитываются так, как если бы звонок исходил из GMSC, хотя соединение с PSTN фактически завершает посещающий MSC. Популярны тарифные планы, включающие общенациональную междугороднюю связь и/или общенациональный роуминг без дополнительной платы сверх стоимости "местных" исходящих звонков. Мобильные сети в Европе, Азии (за исключением Гонконга, Макао и Сингапура), Австралии и Аргентине взимают плату только за исходящие звонки. Входящие звонки бесплатны для абонента мобильной связи, за исключением случаев приема звонка во время роуминга, как описано ниже. Однако, как правило, звонки на мобильные телефоны обходятся звонящему дороже. Для идентификации мобильных номеров используются специальные префиксы, чтобы звонящий знал, что звонит на мобильный телефон и, соответственно, будет оплачивать повышенную ставку. С точки зрения звонящего, местоположение абонента мобильной связи не имеет значения, поскольку технический процесс соединения звонка остается неизменным. Если абонент находится в роуминге в сети другого оператора, плату за время соединения может оплачивать абонент, а не звонящий. Международный роуминг часто обходится дорого, поэтому некоторые компании требуют от абонентов явного разрешения на прием звонков в роуминге в определенные страны.

Кодирование речи

Во время GSM-звонка речь преобразуется из аналоговых звуковых волн в цифровые данные непосредственно в телефоне и передается по сети мобильной связи в цифровом виде. (Хотя более старые части фиксированной общедоступной телефонной сети могут использовать аналоговую передачу.) Цифровой алгоритм, используемый для кодирования речевых сигналов, называется кодеком. В GSM используются речевые кодеки Half Rate (HR), Full Rate (FR), Enhanced Full Rate (EFR), Adaptive Multirate (AMR) и Wideband AMR, также известные как HD voice. Все кодеки, кроме AMR, работают с фиксированной скоростью передачи данных и уровнем коррекции ошибок.

Передача данных

Стандарт GSM также предоставляет отдельные средства для передачи цифровых данных. Это позволяет мобильному телефону функционировать как любой другой компьютер в сети Интернет, отправляя и получая данные по протоколу Интернет. Мобильный телефон также может быть подключен к настольному компьютеру, ноутбуку или карманному компьютеру (PDA) для использования в качестве сетевого интерфейса (подобно модему или сетевой карте Ethernet, но с использованием одного из протоколов передачи данных GSM, описанных ниже, вместо совместимого с PSTN аудиоканала или Ethernet-соединения для передачи данных). Некоторые GSM-телефоны также могут управляться стандартизированным набором команд Hayes AT через последовательный порт или беспроводное соединение (с использованием IRDA или Bluetooth). Команды AT могут управлять различными функциями, от мелодий звонка до алгоритмов сжатия данных. Помимо общего доступа в Интернет, операторы мобильной связи могут предоставлять и другие специальные услуги, такие как SMS.

Протоколы передачи данных с коммутацией с помощью цепи

Схема передачи данных с коммутацией каналов резервирует определенную пропускную способность между двумя точками на время установления соединения, подобно тому, как традиционный телефонный звонок выделяет аудиоканал определенного качества между двумя телефонами на время разговора. В стандарте GSM определены два протокола передачи данных с коммутацией каналов: передача данных с коммутацией каналов (CSD) и передача данных с коммутацией каналов высокой скорости (HSCSD). Тариф за эти типы соединений обычно рассчитывается поминутно, независимо от объема переданных данных. Это происходит потому, что определенная пропускная способность выделяется соединению вне зависимости от того, используется она или нет. Соединения с коммутацией каналов обладают преимуществом в виде постоянного и гарантированного качества обслуживания, что особенно важно для приложений реального времени, таких как видеоконференции.

Общая пакетно-радиослужба (GPRS)

Общая пакетно-радиослужба (GPRS) — это протокол передачи данных с коммутацией пакетов, который был включен в стандарт GSM в 1997 году. Он обеспечивает обратную совместимость с системами, использующими версии стандарта, предшествующие 1997 году. GPRS реализует это, отправляя пакеты на ближайшую базовую станцию мобильной связи (BTS) по каналам, не занятым голосовыми вызовами или соединениями данных с коммутацией каналов. Несколько пользователей GPRS могут совместно использовать один свободный канал, поскольку каждый из них использует его лишь для коротких, эпизодических передач. Преимущество соединений с коммутацией пакетов заключается в том, что полоса пропускания используется только при наличии данных для передачи. В связи с этим, оплата за этот тип соединения обычно производится за килобайт, а не за секунду, что делает его более экономичным вариантом для приложений, которым требуется лишь периодическая отправка и прием данных, например, для обмена мгновенными сообщениями. GPRS обычно классифицируется как технология 2.5G; подробную информацию можно найти в основной статье.

Служба коротких сообщений (SMS)

Служба коротких сообщений (чаще известная как текстовые сообщения) стала самым используемым приложением для передачи данных на мобильных телефонах: к концу 2007 года 74% всех пользователей мобильных телефонов в мире, то есть 2,4 миллиарда человек, уже были активными пользователями SMS. Пользователи мобильных телефонов могут отправлять SMS-сообщения другим пользователям мобильной связи или внешним сервисам, принимающим SMS. Сообщения обычно отправляются с мобильных устройств через Центр коротких сообщений (SMSC) с использованием протокола MAP. SMSC является центральным узлом маршрутизации коротких сообщений. Многие операторы мобильной связи используют свои SMSC в качестве шлюзов к внешним системам, включая Интернет, входящие SMS-новостные ленты и другие сети мобильной связи (часто используя де-факто стандарт SMPP для обмена SMS-сообщениями). Стандарт SMS также применяется за пределами системы GSM; подробности см. в основной статье.

Дополнительные услуги

См. также коды GSM для дополнительных услуг. Переадресация вызовов. Запрет исходящих вызовов. Запрет входящих вызовов. Уведомление о стоимости (AoC). Эта GSM-услуга оценивает стоимость вызова для отображения на мобильном телефоне пользователя. Это помогает пользователям избежать неожиданно высоких счетов и снижает нагрузку на службу поддержки оператора мобильной связи. Однако на практике эта GSM-услуга используется редко, поскольку вычисление более сложное, чем это предусмотрено стандартом. Вместо этого некоторые операторы предоставляют абонентам уведомления об остатке счета и/или стоимости вызова, отправляемые в заранее определенное время, например, в начале или конце каждого вызова. Эти уведомления могут озвучиваться с помощью системы синтеза речи или передаваться в текстовом виде. Удержание вызова. Ожидание вызова. Многосторонние переговоры. Идентификация вызывающей стороны (CLIP) / Запрет идентификации вызывающей стороны (CLIR). Закрытая пользовательская группа (CUG). Эксплицитная передача вызова (ECT). Эта услуга позволяет пользователю, ведущему два вызова, соединить их между собой и освободить соединение с обеими сторонами.