мобильной связи: к настоящему времени число действующих во всем мире беспроводных сетей возросло до 650, а их суммарная абонентская база приблизилась к 250 млн человек.
Переход сотовых операторов к цифровым методам кодирования речевых сигналов и распространение систем персональных коммуникаций (PCS), изначально использующих цифровые технологии, стали предпосылками для появления целого класса новых приложений. Идея обмена небольшими блоками текстовой информации между мобильными абонентскими станциями была предложена в начале 90-х гг. Европейским институтом стандартов в области телекоммуникаций (ETSI). Вскоре появились первые коммерческие службы передачи коротких сообщений SMS (Short Message Service) в сетях GSM, а в последние годы заметно усилился интерес к этой технологии и со стороны операторов систем сотовой и PCS-связи, использующих стандарты CDMA (Северная Америка и Юго-Восточная Азия), TDMA/D-AMPS (США и Канада) и PDC (Япония).
От простого к сложному
На первых порах служба SMS рассматривалась как дополнение к существующим услугам сотовой телефонной связи. С появлением мобильных аппаратов, небольшие экраны которых могли отображать алфавитно-цифровую информацию, их владельцам стало значительно удобнее пользоваться стандартными функциями (такими как идентификация вызывающих абонентов, ожидание и переадресация звонков, оповещение о поступивших сообщениях голосовой почты и т. д.). Возможность набора и чтения коротких текстов на экране карманного телефона вызвала желание использовать его и в качестве средства двусторонней пейджинговой связи и позволила абонентам отказаться от дополнительного устройства.
В дальнейшем, по мере совершенствования сетевой инфраструктуры и терминальных устройств, круг приложений, поддерживаемых службой SMS, расширялся. Сначала он охватил функции электронной почты и факсимильной связи, различные виды информационного обслуживания мобильных пользователей (биржевые сводки, новости, погода), а затем - и интерактивные услуги (доступ к банковским счетам и даже ресурсам Internet).
Отличительной особенностью службы SMS (и одним из ее преимуществ перед традиционной пейджинговой связью) является гарантированная доставка сообщения адресату. Сообщение поступит на мобильный телефон независимо от того, ведется ли в данный момент по нему разговор (обмен данными) или он находится в режиме ожидания. Послание в конце концов дойдет до адресата и в том случае, если последний временно недоступен (например, он находится вне зоны действия сотовой сети или его телефон выключен). Система автоматически определяет факт неудачной попытки соединения, запоминает сообщение и хранит его до тех пор, пока связь с получателем не восстановится.
Концепция и архитектура SMS
Технологию передачи коротких сообщений можно внедрять в уже действующие беспроводные сети, не прерывая их эксплуатации и не внося каких-либо значительных изменений в существующую инфраструктуру. Кроме того, функциональность системы обмена данными можно наращивать постепенно, в зависимости от появления спроса на те или иные услуги. Эти факторы делают SMS весьма привлекательной для сетевых операторов с точки зрения сохранения вложенных ранее средств и рационального планирования инвестиций.
Для организации службы SMS (рис. 1) создается так называемый центр обработки сообщений (Short Message Service Center - SMSC), который и выполняет все функции, связанные с получением, промежуточным хранением и контролем за доставкой сообщений мобильным пользователям. Хотя состав входящего в SMSC оборудования и ПО может быть различным для разных сетей, в его структуре обычно выделяют типовые компоненты: это сервер сообщений (непосредственно занимается обработкой сообщений и отслеживает их доставку) и шлюзовое устройство. Последнее обеспечивает взаимодействие сервера с элементами сетевой инфраструктуры (центром коммутации мобильной связи MSC, опорным регистром местонахождения HLR), интерфейс со службами голосовой и электронной почты, а также связь с внешними для данной сети источниками сообщений, например центрами SMSC других мобильных систем.
SMS в сетях GSM
Механизмы обмена текстовыми сообщениями, размер последних и организация трактов передачи данных варьируются в зависимости от используемых в беспроводных системах радиоинтерфейсов. И хотя поддержка технологии SMS предусмотрена во многих стандартах сотовой и PCS-связи (см. таблицу), эта служба получила наибольшее распространение в сетях GSM.
Стандарт GSM предусматривает возможность реализации двух видов услуг SMS - индивидуального обмена информацией и вещания.
Режим индивидуального обмена сообщениями по схеме точка-точка предполагает передачу между мобильной станцией абонента и центром обработки сообщений блока данных размером не более 160 байт с подтверждением его получения принимающей стороной. Ограниченный объем информации и использование для ее транспортировки сигнального канала позволяют осуществлять передачу непосредственно во время телефонного разговора абонента; при этом не оказывается сколько-нибудь существенного влияния на речевой и служебный трафики.
Предназначенные для мобильных пользователей сообщения могут поступать в SMSC от абонентов той же или других сетей, по каналам передачи данных различных информационных служб, а также набираться вручную оператором центра, принимающим звонки по обычным телефонным линиям.
Отправляемое сообщение вместе со служебной информацией (адресом получателя и меткой времени) передается с сервера SMSC на интерфейсное устройство, которое запрашивает базу данных HLR и определяет текущее местонахождение абонента. Затем сообщение в виде сигнального пакета (MAP message) направляется в соответствующий центр коммутации сети. Последний устанавливает связь с мобильной станцией (если она не была активизирована ранее вызовом речевой связи) и передает ей данные, используя протокол сигнального канала.
Полученный текст отображается на экране, запоминается в идентификационном модуле сотового телефона (Subscriber Identity Module - SIM) либо пересылается на другое устройство, например ПК. Если соединение с мобильной станцией не состоялось, MSC сообщает об этом в центр SMSC и просит повторить передачу, когда связь станет возможной.
Сообщения от пользователя (набранные им с клавиатуры сотового телефона, предварительно записанные в модуле SIM или передаваемые с помощью компьютера) проходят тот же путь в обратном направлении, до сервера SMSC, который затем посылает этому пользователю подтверждение приема.
Режим вещания предназначен для односторонней передачи сведений общего характера (сводки погоды, условия дорожного движения и т. д.) мобильным пользователям, находящимся в данный момент в пределах всей сотовой сети или определенной ее части. В некотором смысле он аналогичен службе телетекста, используемой в телевидении.
Текстовые сообщения формируются в центре вещания SMS (Cell Broadcast Short Message Service). Они адресованы одновременно всем абонентам и подтверждения факта приема не требуется, поэтому сообщения поступают (непосредственно или через контроллер) на базовые приемо-передающие станции (БС), минуя центр мобильной коммутации (рис. 2). От БС до мобильной станции такие сообщения передаются по одному из служебных каналов общего пользования (Broadcast Control Channel - BCCH), предусмотренных спецификациями GSM. Следует отметить, что в пределах сотовой сети могут создаваться несколько центров вещания, обслуживающих разные ее участки (группы ячеек), однако каждая из базовых станций (или контроллеров БС) должна быть соединена только с одним из них.
Сами сообщения составляются в центре вещания или поступают в него из различных внешних источников. Периодичность трансляции в эфир определяется содержанием сообщений (например, данные об интенсивности уличного движения должны обновляться чаще, чем сводка погоды) или графиком, согласованным с контент-провайдером. Стандарт GSM предусматривает передачу макросообщений, включающих в себя до 16 блоков текста (страниц), каждый из которых, в свою очередь, содержит примерно 80 символов. Все такие блоки имеют признаки принадлежности к какому-либо сообщению и порядковые номера, благодаря чему мобильные станции могут игнорировать повторно принятые сообщения.
Свои решения по организации двустороннего обмена короткими сообщениями и вещания в сетях GSM предлагают многие ведущие поставщики базового оборудования и терминальных устройств. В качестве примера можно указать системы MXE компании Ericsson и Nokia SMSC. Первая из них обеспечивает все основные функции центра SMS - от пересылки небольших текстовых блоков, уведомления мобильных пользователей о поступлении сообщений голосовой почты и факсов до выполнения различных приложений, основанных на использовании модулей SIM. Вторая поддерживает целый ряд функций, связанных с информационным обслуживанием абонентов, - передачу биржевых сводок, прогноза погоды, спортивных новостей и т. д.
SMS и другие стандарты
Основными факторами, способствующими росту популярности услуг SMS в сетях GSM, являются глобальный характер распространения одноименного стандарта и быстрое увеличение числа абонентов таких сетей во всем мире - к началу текущего года оно приблизилось к 120 млн. Доминирующее положение GSM на европейском континенте (где примерно 80% владельцев сотовых телефонов являются подписчиками сетей GSM) снимает многие проблемы международного роуминга и создает условия для охвата службами SMS практически всего населения региона.
Совсем иная картина наблюдается в Северной Америке, где до сих пор больше всего распространены системы аналоговой сотовой связи AMPS (по данным на середину прошлого года, на них приходилось около 75% абонентов), а в цифровых сетях конкурируют между собой три стандарта - GSM, CDMA (технология множественного доступа с кодовым разделением каналов) и "американский" вариант систем с временным разделением каналов TDMA/D-AMPS. В США, например, подписчики последних распределялись как 30, 50 и 20%. И хотя все эти системы в той или иной степени поддерживают технологию обмена короткими сообщениями, общая раздробленность рынка мобильной связи затрудняет развертывание служб SMS в национальном масштабе, что сдерживает рост числа их пользователей.
Уже в течение ряда лет услуги SMS предлагают некоторые ведущие американские операторы сетей NAMPS (Narrowband Advanced Mobile Phone Service), поддерживающих спецификации IS-91. Однако из-за присущих аналоговым системам беспроводной связи технических ограничений возможности службы SMS весьма невелики. Если в стандарте GSM предусматривается разделение основного и служебного трафика, то в сетях NAMPS для доставки текстовых сообщений используется тот же радиоканал, что и при передаче речи. Максимальная длина сообщений составляет всего 14 алфавитно-цифровых или 32 цифровых символа. Наиболее распространенные приложения SMS в этих системах связаны с расширением базовых функций сотовой телефонии, таких как идентификация вызывающего абонента или уведомление пользователя о поступлении голосовой почты.
Можно упомянуть еще один тип аналоговых мобильных сетей, в которых предусмотрена передача коротких текстовых сообщений. Примерно год назад в спецификации NMT 450/900 (Nordic Mobile Telecommunications, стандарт сотовой связи, получивший распространение в ряде стран Северной и Восточной Европы) была включена поддержка технологии SMS, основанной на специально введенной дополнительной функции ожидания сообщений (Message Waiting Indicator - MWI). Используется следующий механизм обмена.
Когда поступает сообщение, адресованное абоненту сети, центр SMSC определяет местонахождение мобильной станции и посылает ей признак MWI, который формируется с помощью обычного сигнала вызова, прекращаемого, однако, раньше, чем срабатывает звонок. Затем сотовый телефон (в автоматическом режиме или после нажатия соответствующей кнопки пользователем) дозванивается до центра и принимает текст.
Максимальный размер блока данных не специфицирован и определяется оператором сети и/или поставщиком оборудования для центра обработки сообщений, но количество символов должно быть небольшим, поскольку для передачи, как и в системах NAMPS, используется речевой радиоканал. По этой же причине обмен сообщениями не может выполняться одновременно с разговором. В настоящее время услугами SMS способны воспользоваться абоненты лишь некоторых сетей NMT (первой развернула коммерческую службу SMS польская компания-оператор Centertel), которые имеют усовершенствованные модели сотовых телефонов, оснащенных функцией MWI (например, производства компаний Nokia или Benefon).
Отмеченные особенности североамериканского рынка мобильной связи оказывают влияние и на развитие услуг SMS. Значительное численное превосходство абонентов аналоговых систем вынуждены учитывать операторы, развертывающие цифровые сотовые сети на основе технологий кодового и временного разделения каналов.
В одной из первых (так называемой "аналоговой") версий стандарта на радиоинтерфейс CDMA, IS-95A, предусматривается совместимость с NAMPS, а передача коротких сообщений ограничивается 14 символами. В "цифровые" варианты IS-95 были включены спецификации односторонней передачи по управляющему каналу блоков данных длиной 120 символов от центра SMS к мобильным станциям (Mobile Terminate - MT) и в обратном направлении (Mobile Originate - MO), однако в настоящее время как центры обработки сообщений, так и терминальные устройства CDMA поддерживают только режим MT. В следующих редакциях стандарта IS-95 предполагается увеличить максимальный размер блока данных до 255 символов.
Свою лепту в довольно неопределенную ситуацию с развитием услуг SMS в сетях CDMA вносит компания Qualcomm, один из основных производителей базового и терминального оборудования этого стандарта. Хотя в последних моделях интеллектуальных телефонов Qualcomm, использующих платформу pdQ PalmPilot, и поддерживается обмен короткими сообщениями, основные свои усилия компания сосредотачивает на совершенствовании средств высокоскоростной передачи данных в системах CDMA. Технологию SMS она перспективной не считает. Тем не менее некоторые операторы, в частности PrimeCO, планируют уже в текущем году реализовать в своих сетях CDMA полноценный двусторонний обмен сообщениями, выделив для этого канал трафика SMS.
В начальной стадии развития находятся и службы коротких сообщений в сетях TDMA/D-AMPS. Спецификации первого стандарта IS-54 и заменившего его впоследствии IS-136 не предусматривали функций SMS, и только в редакции IS-136B появилась поддержка режима вещания с использованием управляющего канала. Два крупнейших в США сотовых оператора, развернувших сети TDMA, планируют уже в нынешнем году начать предоставление услуг SMS.
Отдельно следует упомянуть вариант технологии SMS, который совместно с ADC Telecommunications разработала компания Motorola для своих интеллектуальных сетей iDEN, основанных на стандарте TDMA. Один из ведущих в США операторов Nextel, обслуживающий более 2 млн подписчиков iDEN, предоставляет им возможность принимать и отправлять через центр SMS ADC NewNet текстовые сообщения длиной до 140 символов, причем каждый из телефонов iDEN способен хранить до 16 таких сообщений.
Кроме перечисленных выше систем и стандартов обмен короткими сообщениями поддерживают цифровые сотовые сети PDC, охватывающие большую часть мобильных пользователей Японии, а также некоторые системы транкинговой и спутниковой связи.
Формируя рынок "мобильных" данных
Жесткая конкуренция на рынке и увеличение спроса на услуги SMS со стороны различных категорий пользователей стимулирует операторов на поиск новых, в том числе нетрадиционных для них, приложений. К их числу относятся предоставление специализированных услуг (например, по организации служб оповещения или даже небольших конференций) выделенным группам корпоративных пользователей и информационное обслуживание абонентов. Это, в свою очередь, привлекает на рынок мобильных данных новых участников.
Соглашения, заключаемые между операторами сотовой связи и контент-провайдерами, помогают устранить ограничения на доступ к услугам SMS, связанные с необходимостью организации мультисистемного роуминга (контент-провайдер способен обслуживать несколько систем, поддерживающих различные стандарты беспроводной связи). Такого рода альянсы выгодны не только для операторов, но и для поставщиков информационных услуг: последние получают возможность расширить круг своих клиентов.
Так, совсем недавно информационное агенство Reuter объявило, что начала работать его служба персонализированной доставки новостей (Wireless Information Server) мобильным пользователям сетей, совместимых с GSM. Сообщения, содержащие материалы по интересующей абонента теме, будут передаваться на его сотовый телефон указанное число раз и в заданные время суток через поддерживаемую оператором сети службу SMS. Адресат сможет получить информацию в любом месте зоны действия этой службы, даже находясь в пути.
Дальнейшее развитие технологии SMS связано с переходом к интерактивным информационным услугам и предоставлению мобильным пользователям доступа в Internet. Разработанная компанией Nokia концепция Smart Messaging позволяет выполнять этот новый класс приложений с помощью обычных GSM-телефонов (с функциями SMS), которые даже не требуется перепрограммировать.
Основные заботы по приему заявок от абонентов и подготовке необходимых сведений ложатся на плечи сетевых операторов и информационных провайдеров. Для получения сводки погоды, расписания авиарейсов, справки о состоянии банковского счета, программы телеканала или репертуара городских кинотеатров подписчику необходимо лишь набрать на клавиатуре телефона соответствующее ключевое слово и послать его в центр SMSС. Сервер центра подготовит информацию, оформит ее в виде одного или нескольких коротких сообщений и перешлет абоненту.
При обмене данными между сотовым телефоном и сервером используется версия языка TTML (Tagged Text Mark-up Language), оптимизированная для узкополосных соединений SMS. Одним из ключевых компонентов Smart Messaging является технология фильтрации Artus Messaging Platform, позволяющая отсеивать при обращении к Web-страницам лишние детали (логотипы компаний, графические элементы). Остаются только интересующие абонента сведения. Примерно на тот же круг новых приложений ориентировано и совместное решение компаний SmartServ Online и Lava2140, основанное на использовании службы SMS.
Поводом для демонстрации возможностей технологии SMS стал любопытный проект создания виртуального города (eCity), совместно осуществляемый в Чехии банком Expandia Banka, телефонной компанией SPT Telecom и оператором сотовой связи RadioMobil. Этот экперимент - одновременно "серьезная" компьютерная игра, попытка организовать "учебное" Internet-сообщество для освоения его членами "жизни в киберпространстве" и возможность опробовать новые маркетинговые приемы.
Каждому "жителю" eCity (а ими могут быть и частные лица, и организации) предоставляются виртуальные работа, жилища или производственные здания и виртуальный банковский счет; дальнейшее поведение и выбор способа выживания - это их личное дело. Все транзакции, в том числе финансовые, проводятся участниками игры с помощью электронной почты или текстовых сообщений, посылаемых с телефонов GSM.
Как считают многие эксперты, важная роль службы SMS в развитии рынка мобильных данных определяется не столько новизной технических решений, сколько широким диапазоном поддерживаемых ею приложений, экономичностью и удобством использования этой службы. С точки зрения сетевых операторов к достоинствам данной технологии относятся, прежде всего, возможность расширения спектра услуг, предлагаемых корпоративным и индивидуальным подписчикам, отсутствие необходимости в значительных капиталовложениях и, как следствие, малый срок окупаемости (по некоторым данным, не более полугода). Мобильные пользователи, в свою очередь, могут применять для разных видов связи только одно устройство, объединяющее в себе функции сотового телефона, пейджера и отчасти карманного компьютера.
Хакеры "пробуют" услуги SMS
Как известно, об актуальности и зрелости новой технологии, особенно адресуемой широкому кругу потребителей, можно судить по ее востребованности рынком. Но не только. Косвенным, пусть и не очень приятным, признаком является повышенный интерес к ней со стороны хакеров.
Все началось примерно год назад, когда к абонентам двух крупнейших сетей GSM в Великобритании, Omnipoint и Vodafone, стали поступать текстовые сообщения, содержащие поздравления с выигрышем ценного приза - автомобиля марки "Пежо". В сообщении указывался номер телефона, по которому следовало уточнить условия его получения. В результате сотрудники телефонного узла ни в чем не повинной текстильной фабрики в Ноттингеме (а именно ее телефон был назван в послании) несколько дней трудились в поте лица, отвечая на сотни звонков взволнованных людей.
Операторы вздохнули свободно, лишь когда канал пересылки сообщений SMS от Omnipoint к Vodafone был заблокирован. А закончилась история в начале февраля текущего года: в Донкастере был арестован молодой англичанин, заваривший всю эту кашу.
Как считают специалисты, для расследования потребовалось так много времени из-за трудностей, связанных с глобальным характером службы SMS в сетях GSM. Когда абонент какой-либо из них переезжает в другую страну, адресованное ему сообщение следует за ним по маршруту роуминга, и отследить все эти перемещения в обратном порядке очень непросто. В данном случае злоумышленник запутывал следы так. Он посылал сообщения, которые были адресованы абонентам GSM, живущим в его собственной стране, по электронной почте Internet за океан, где они через серверы нескольких компаний попадали в Нью-Йоркскую сеть филиала Omnipoint и уже оттуда возвращались в Англию.