موضوع مقاله: جی‌اس‌ام | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # جی‌اس‌ام | مقدمه: نقطه‌های درون حرف M نشانه سه کارخواه محلی در داخل کشور و نقطه قرمز، یک کارخواه رومینگ است.|333x333پیکسل جی‌اس‌ام یا سامانهٔ جهانی ارتباطات سیار یکی از متداول‌ترین استانداردهای مخابرات سیار در جهان است. | ## بخش 1: جی‌اس‌ام | دارندهٔ اصلی نماد بازرگانی GSM یعنی انجمن بین‌المللی شبکه‌های موبایل (GSMA) تخمین می‌زند که ۸۰ درصد از بازار جهانی تلفن همراه و دیگر تجهیزات بی‌سیم از این استاندارد استفاده می‌کند. گستردگی این استاندارد، رومینگ بین‌المللی میان اپراتور شبکه بی‌سیم را رایج نموده‌است. این امکان مشترکین را قادر می‌سازد از دستگاه‌های سیار خود در بیشتر نقاط جهان استفاده کنند. تفاوت GSM با فناوری‌های پیش از آن در سیگنالینگ و کانال‌های صدای دیجیتال است و به همین دلیل از آن به عنوان نسل دوم شبکه تلفن همراه (2G) یاد می‌شود. همچنین GSM برای نخستین‌بار یک جایگزین ارزان (برای حامل شبکه) برای تماس‌های تلفنی، و سرویس پیام کوتاه (SMS) که امروزه در سایر استانداردهای تلفن همراه نیز پشتیبانی می‌شود را ارائه کرد. یک برتری دیگر آن است که استاندارد جی‌اس‌ام شامل یک شماره تلفن اورژانس جهانی، ۱۱۲ است. برای نمونه، در نسخه ۹۷ استاندارد، قابلیت بسته داده با استفاده از GPRS افزوده شده‌است. نسخه ۹۹ با استفاده از فناوری EDGE ارسال داده با سرعت بالا را ارائه کرد.این شبکه غیر قابل نفوذ میباشد. GSM سامانه جهانی جی‌اس‌ام یک مجموعه استاندارد توسعه یافته توسط نهاد استانداردهای مخابراتی اروپا (ETSI) برای توصیف فناوری‌های نسل دوم شبکه تلفن همراه است. استاندارد GSM در اصل یک شبکهٔ دیجیتال بهینه‌سازی شده را برای ارتباطات تلفنی دوطرفه توصیف می‌کند. این استاندارد در طول زمان گسترش یافت تا شامل انتقال داده نیز شد و سپس داده‌ها از طریق GPRS منتقل شدند. انجمن GSM تخمین می‌زند که فناوری تعریف شده در استاندارد GSM بیش از ۸۰٪ جمعیت جهان را پوشش دهد. تاریخچه شبکه‌های سلولی آنالوگ اروپا ترکیب ناهماهنگی از فناوری‌ها و پروتکل‌های گوناگون کشورهای اروپایی بود که از کارکرد یکسان تجهیزات جلوگیری می‌کرد و پیچیدگی ساخت تجهیزات را برای تولیدکنندگان تجهیزات که با استانداردهای متفاوت از بازارهای پراکنده رقابت می‌کردند افزایش می‌داد. کار توسعه یک استاندارد اروپایی برای تلفن‌های دیجیتال سلولی در سال ۱۹۸۲ (میلادی) در کنفرانس اروپایی مدیریت مخابرات و پست (CEPT) آغاز شد. فرانسه و آلمان توافقنامه توسعه مشترک را در سال ۱۹۸۴ (میلادی) امضا کردند و ایتالیا و بریتانیا در سال ۱۹۸۶ (میلادی) به آن پیوستند. در سال ۱۹۸۷ (میلادی) پارامترهای اساسی استاندارد GSM به توافق رسیدند؛ و ۱۵ نماینده از ۱۳ کشور اروپایی تفاهم‌نامه‌ای را در کپنهاگ امضا کردند. در سال ۱۹۸۹ (میلادی) کمیته ویژه مخابرات سیار از کنفرانس اروپایی مدیریت مخابرات و پست به نهاد استانداردهای مخابراتی اروپا منتقل شد. در سال ۱۹۹۲، نخستین پیام کوتاه (SMS) فرستاده شد و ودافون بریتانیا و مخابرات فنلاند توافق‌نامه رومینگ بین‌المللی را امضا کردند. این کار در سال ۱۹۹۱ آغاز شده بود و برای گسترش استاندارد GSM به باند ۱۸۰۰ مگاهرتز بسامد، بریتانیا در سال ۱۹۹۳ سامانه مخابرات خود را تغییر داد؛ همچنین در سال ۱۹۹۳، شرکت مخابرات استرالیا به نخستین اپراتور شبکه بی‌سیم خارج از اروپا با استاندارد GSM شد. در سال ۱۹۹۵، دورنگار، داده‌ها و SMS خدمات پیام رسانی تجاری عملیاتی شد، نخستین ۱۹۰۰ مگاهرتز شبکه GSM در جهان در ایالات متحده آمریکا عملیاتی شد و مشترکان GSM در سراسر جهان بیش از ۱۰ میلیون است. جزئیات فنی GSM یک شبکه سلولی است که دستگاه‌های سیار از نزدیک‌ترین مسیر به آن وصل می‌شوند. سلول‌ها ماکرو به سلول‌هایی گفته می‌شود که آنتن ایستگاه پایگاه بر روی یک دکل یا ساختمانی بالاتر از سطح متوسط بلندی پشت بام‌های اطراف قرار می‌گیرد. سلول‌های پیکو سلول‌های کوچکی هستند که قطر پوشش آنها چند ده متر است؛ آنها به‌طور عمده مورد استفاده درون خانه هستند. | ## بخش 2: جی‌اس‌ام | سلول‌های فمتو برای استفاده در محیط‌های مسکونی یا کوچک کاری هستند و از طریق اتصال به اینترنت پهن‌باند به شبکه ارائه دهنده خدمات وصل می‌شوند. سلول‌های چتری برای پوشش مناطق سایه سلول‌های کوچک‌تر و پر کردن شکاف در پوشش بین این سلول‌ها استفاده می‌شوند. شعاع سلول بر پایه ارتفاع آنتن و گِین آنتن، از چند صد متر تا چند ده کیلومتر تغییر می‌کند. پوشش داخل سالن نیز توسط GSM پشتیبانی می‌شود و ممکن است با استفاده از picocell سرپوشیده ایستگاه پایه، یا یک تکرارکننده سلولی در محیط داخلی با آنتن توزیع داخل ساختمان تغذیه شده از تقسیم‌کننده‌های توان (power splitters)، برای ارائه سیگنال‌های رادیویی از آنتن بیرون از ساختمان به سامانه جداگانه آنتن توزیع داخل ساختمان دست یافت. این‌ها نوعاً زمانی گسترش می‌یابند که مراکز خرید یا فرودگاه، ظرفیت بالایی برای برقراری ارتباط نیاز باشد. زیرا پوشش داخل ساختمان نیز توسط سیگنال‌های رادیویی واردشده به ساختمان از سلول مجاور تأمین می‌شود. مدولاسیون مورد استفاده در GSM، کلیدزنی حداقل تغییر گاوسی (GMSK) است که گونه‌ای کلید زنی تغییر بسامد فاز پیوسته است. در GMSK دامنهٔ سیگنال اطلاعات باینری که حامل را مدوله می‌کند ابتدا به صورت یک تابع گاوسی درمی‌آید که با این کار تا اندازه زیادی تداخل با کانال‌های همسایه را کاهش می‌دهد (کانال مجاور تداخل). در برخی کشورها مانند کانادا و آمریکا باندهای ۸۵۰ مگاهرتز و ۱۹۰۰ مگاهرتز و در موارد نادری باندهای بسامد ۴۰۰ و ۴۵۰ مگاهرتز در برخی از کشورها اختصاص یافت. صرف نظر از بسامد انتخابی توسط اپراتور شبکه بی‌سیم، بسامد انتخابی برای استفاده تلفن‌ها همراه به تسهیم‌سازی بخش زمانی تقسیم شده‌است. اینکار امکان داشتن هشت کانال صوتی با نرخ کامل یا شانزده نرخ نیمه در بسامد رادیویی را فراهم می‌کند. این هشت زمان‌های رادیویی (یا هشت دوره پشت سر هم) به یک فریم دسترسی چندگانه بخش زمانی (TDMA) گروه‌بندی می‌شوند. کانال نرخ داده‌ها برای همه ۸ کانال ۲۷۰/۸۳۳ کیلوبیت بر ثانیه و مدت زمان فریم ۴/۶۱۵ میلی‌ثانیه است. کدک‌های صوتی GSM از کدک‌های صوتی گوناگونی برای فشرده کردن صدای ۱/۳ کیلوهرتز بین ۵/۶ و ۱۳ کیلوبیت بر ثانیه استفاده می‌کند. در اصل ۲ کدک بر مبنای نوع کانال‌های تخصیص یافته نیم نرخ برای ۵/۶ کیلوبیت بر ثانیه و تمام نرخ ۱۳ کیلوبیت بر ثانیه نام‌گذاری شده‌اند. این کدک‌ها علاوه بر اینکه می‌توانند با اندازه‌گیری نرخ بیت کار کنند و اجازه می‌دهند که لایه هوا واسط کاربری تشخیص قسمت‌های مهم‌تر صدا را آسان‌تر نموده و قسمت‌های سیگنال را اولویت بندی کند و حفاظت بهتری صورت دهد. GSM در سال ۱۹۹۷ با بهبود کدک تمام نرخ بهبودیافته یک کدک ۱۲/۲ کیلوبیت بر ثانیه که از یک کانال تمام نرخ استفاده می‌کند توسعه بیشتری یافت. یا مقام کمتری دارد اما هنگامیکه در شرایط رادیویی خوب کانال نیم‌نرخ قرار می‌گیرد مقاومت کمتر اما هنوز کیفیت نسبتاً خوبی دارد. سیم‌کار به کاربر اجازه می‌دهد تا اطلاعات خود را پس از تعویض ایستگاه سیار حفظ نماید. متناوباً، کاربر همچنین می‌تواند اپراتور شبکه بی‌سیم را با تغییر سیم‌کارت خود تغییر دهد در حالی که ایستگاه سیار خود را نگاه می‌دارد. آنها این کار را با وادار کردن تلفن همراه به استفاده از تنها یک سیم‌کارت یا تنها صادر کردن یک سیم‌کارت انجام می‌دهند. قفل تلفن گاهی اپراتورهای شبکه بی‌سیم، گوشی‌هایی را که برای استفاده در شبکه‌های خود به فروش می‌رسانند محدود می‌کنند. این کار به نام قفل کردن شناخته می‌شود و توسط برخی نرم‌افزارهای تلفن همراه اجرا می‌شود. | ## بخش 3: جی‌اس‌ام | از آنجا که ممکن است قیمت خرید تلفن همراه مصرف‌کنندگان با درآمد حاصل از اشتراک کم شود، اپراتورهای شبکه بی‌سیم باید این سرمایه‌گذاری را پیش از اینکه یک مشترک به خدمات پایان دهد جبران کند. مشترک معمولاً ممکن است با پرداخت هزینه، از اپراتور شبکه سیار بخواهد این قفل را باز کند، از خدمات خصوصی برای برداشتن قفل استفاده کند، یا خودش از نرم‌افزارها و وبگاه‌ها برای باز کردن تلفن همراه استفاده نماید. در برخی از کشورها (مانند لبنان، بنگلادش، هنگ کنگ، هند، مالزی، پاکستان، سنگاپور) به دلیل فراوانی گوشی‌های چند سیم‌کارته و اپراتورها همه تلفن‌های همراه، بدون قفل به فروش می‌رسد. در برخی دیگر از کشورها مانند فنلاند برای اپراتورهای شبکه بی‌سیم ارائه هر نوع یارانه‌ها بر قیمت یک تلفن همراه غیرقانونی است. این سامانه هویت مشترک را با استفاده از یک کلید از پیش همرسان‌شده و احراز هویت با چالش پرسش انجام می‌دهد و ارتباطات بین مشترکین و ایستگاه پایه را رمزنگاری می‌کند. در آغاز ای۵/۱ توسعه داده شد و یک الگوریتم قوی مورد استفاده در اروپا و ایالات متحده است. در ژانویه ۲۰۰۷ گروه انتخاب رخنه‌گرها شکستن رمزنگاری ای۵/۱ را با طرح استفاده از مدار مجتمع دیجیتال برنامه‌پذیر آغاز کرد که اجازه می‌دهد ای۵/۱ با حمله جدول رنگین‌کمانی شکسته شود. بنابراین ممکن است اپراتورهای شبکه بی‌سیم آن رمزنگاری را با یک رمزنگاری قوی‌تر جایگزین کنند. در ۲۸ دسامبر ۲۰۰۹ مهندس رایانه آلمانی کارلستن نول اعلام نمود که او رمزنگاری ای۵/۱ را شکسته‌است. او گفت با یک گوشی تلفن موتورولا و نرم‌افزار رمزشکن رایگانی که در اینترنت دسترس است می‌تواند تلفن خود را به جای دیگری جا بزند تا به گفتگوی تلفنی دیگران گوش دهد، پیام‌های نوشتاری آنها را بخواند، با شمار آنها تماس بگیرد، پیام متنی بفرستد، و به صندوق صداها دسترسی پیدا کند. حملات تازه‌ای دیده شده‌اند که از پیاده‌سازی امنیت و معماری ضعیف و توسعه برنامه‌های کاربردی تلفن‌های هوشمند استفاده می‌کنند. برخی از روش‌های شنود ورودی و خروجی صوتی را می‌دزدند و فرصتی برای 3rd party فراهم می‌آورد تا به مکالمه گوش دهد. در حال حاضر چنین حملاتی از جمله بیشتر در شکل تروجان، بدافزار یا یک ویروس می‌آیند و ممکن است توسط نرم‌افزارهای امنیتی تشخیص داده شوند. GSM از سرویس بسته امواج رادیویی (GPRS) برای انتقال داده‌ها مانند مرور وب استفاده می‌کند. شایع‌ترین کدهای GPRS و رمزهای EDGE در سال ۲۰۱۱ برای همه مردم، شکسته شدند و شواهد نشان می‌دهد که آنها یک بار دیگر عمداً توسط طراحان صنعت تلفن همراه ضعیف باقی‌مانده‌اند. آنها همچنین خاطر نشان کردند که برخی از حامل‌ها داده‌ها را رمزنگاری نمی‌کنند (برای نمونه استفاده از GEA/0 استفاده می‌کنند) تا استفاده از ترافیک یا پروتکل‌هایی که دوست ندارند (مانند اسکایپ) را شناسایی کنند که باعث می‌شود کاربران خود را بدون هیچ محافظتی رها کنند. به نظر می‌آید GEA/3 برای شکستن، نسبتاً سخت باشد و گفته می‌شود در برخی از شبکه‌های مدرن‌تر از آن استفاده می‌شود. اگر از سیم‌کارت جهانی (USIM) برای جلوگیری از اتصال به ایستگاه‌های پایه جعلی و حملات دستکم گرفته استفاده شود، کاربران تا اندازه متوسط، محافظت می‌شوند، هر چند هنوز هم تغییر به ۱۲۸ بیت GEA/4 پیشنهاد می‌شود. اطلاعات استاندارد سامانه‌های GSM و خدمات آن در مجموعه‌ای از استانداردهای اداره شونده توسط نهاد استانداردهای مخابراتی اروپا شرح داده می‌شوند، که فهرست کاملی از آنها در دسترس است. ساختار شبکه شبکه به شماری بخش گسسته تقسیم یافته‌است: زیر سامانه ایستگاه پایه (ایستگاه‌های پایه و کنترل آنها) شبکه و زیر سامانه سوئیچینگ (قسمتی از شبکه بیشتر شبیه به یک شبکه ثابت). مشکلات ثبت اختراع و نرم‌افزارهای متن‌باز اختراعات یک مشکل برای هر گونه پیاده‌سازی متن‌باز GSM باقی می‌گذارند، زیرا برای گنو (GNU) یا هر توزیع کننده نرم‌افزار رایگان امکان تضمین مصونیت از همه پرونده‌های حقوقی دارندگان حق تکثیر در برابر کاربران، وجود ندارد. | ## جمع‌بندی | علاوه بر این، همیشه، ویژگی‌های تازه‌ای در حال افزوده شدن به استانداردها هستند که بدان معنی است که آنها حفاظت از حق ثبت اختراع را برای چندین سال دارند.