Сети базовых референцных станций RTK. Виртуальные базовые станции

07.04.2019

Понятие виртуальной базовой станции (Virtual Reference Station) основано на сети базовых GNSS-станций, непрерывно соединенных посредством каналов передачи данных с центром управления. Компьютер в центре управления непрерывно собирает информацию от всех приемников, и создает базу данных региональных поправок. Эти поправки используются для создания виртуальной базовой станции, расположенной всего в нескольких метрах от места, где расположен подвижный приемник (ровер). GNSS-ровер интерпретирует и использует данные VRS как если бы они поступили от реальной базовой станции. В результате повышается точность и производительность RTK метода.

Реализация идеи VRS в функциональное системное решение по следующим принципами. Для начала необходимы несколько базовых станций (не менее трех), которые подключены к сетевому серверу через некоторые линии связи.

GNSS-ровер посылает его примерное положение в центр управления, с использованием канала передачи данных мобильного телефона. Центр управления принимает данные о положении ровера, и отвечает путем отправки корректирующих поправок на ровер. Как только они получены, ровер вычисляет свое положение в высоком качестве и обновляет координаты точки. А затем вновь направляет данные о своем местоположении в центр управления.

Сетевой сервер теперь будет вычислять новые поправки таким образом, чтобы они воспринимались ровером как поправки от базовой станции, находящейся рядом. И посылает их обратно на канал передачи данных мобильного телефона. Этот метод создания исходных данных базовой станции и дает концепции ее название «The Virtual Reference Station». С помощью данного метода, можно выполняют высоко улучшенную RTK съемку.

Основным назначением VRS является уменьшение длины базовой линии между мобильным приемником и базовой станцией для того, чтобы эффективно удалить пространственно коррелированные ошибки с использованием дифференциальной обработки, и включить поправки, полученные от сети базовых станций.

Поскольку приемник пользователя не может, по определению, отличить реальную базовую станцию и VRS, расстояние между VRS и пользователем должно быть соизмеримо с уровнем поправок, присутствующих в данных VRS. Что позволяет приемнику использовать свои алгоритмы обработки данных, которые изменяются в зависимости от длины базовой линии к базовой станции.

Чтобы проиллюстрировать это, давайте рассмотрим простой пример. Предположим, пользовательский приемник выполняет L1 обработку базовых линий до, скажем, 8 километров и двухчастотные (L1 / L2) комбинации для более длинных базовых линий.

Теперь представьте, что если поправки в данных VRS были похожи на 20-километровую базовую линию, но положение VRS было определено всего в 2 километрах от пользователя. В этом случае приемник пользователя будет пытаться использовать L1 обработку, но уровень поправок в данных, почти наверняка не позволит получить корректные результаты с использованием этого подхода.

Из этого примера мы видим, что VRS нуждается в физической сети GNSS-станций вокруг области измерений, с как минимум тремя базовыми станциями, чтобы получить возможность моделирования поправок. При этом большее количество базовых станций и улучшенная геометрия сети обеспечивают более точное моделирование поправок.

Концепция VRS позволяет использовать менее плотную сеть GNSS-станций без ухудшения точности. В результате максимальное расстояние между ровером и ближайшей базовой станцией может быть увеличено по сравнению с типичными 10 ~ 15 километрами без ухудшения точности. Данная технология значительно упрощает работу геодезистов в условиях сложного рельефа местности, а так же, позволяет оздать сеть поправок на большую территорию и отойти от необходимости введения различных местных систем координат с делением их на зоны.

Использованы материалы:

Herbert L., and U. Vollath and X. Chen, “Virtual Reference Stations versus Broadcast Solutions in Network RTK -Advantages and Limitations,” paper presented at GNSS 2003 conference, April 2003, Graz, Austria

Hu, G. R., and H. S. Khoo, P. C. Goh, and C. I. Law, “Development and Assessment of GPS Virtual Reference Stations for RTK Positioning,” Journal of Geodesy, Vol. 77, p.292-302, 2003

Retscher, G., “Accuracy Performance of Virtual Reference Station (VRS) Networks,” Journal of Global Positioning Systems, Vol.1, No.1:40-47, 2002

Имитатор базовой станции предназначен для обнаружения, идентификации и местоопределения электронных устройств негласного получения информации, использующих для передачи информации каналы сотовой связи.

Имитатор разработан в соответствии с современными методиками поиска устройств сотовой связи. Рекомендуется использовать при проведении специальных обследований выделенных помещений и специальных проверок технических средств.

Краткое описание

Имитатор «ИБС-2G» управляется и настраивается при помощи ПЭВМ (ноутбук). Оператору предоставлена возможность развернуть на месте проведения работ ложную базовую станцию GSM 900/1800. При этом произвольно настраиваемыми являются следующие параметры БС:

имя оператора (код страны MCC, код сотовой сети MNC)
номер канала (CH, частота)
номер базовой станции (Cell ID)
код локальной зоны LAC (Local Area Code)

Принцип работы

Имитатор принудительно в автоматическом режиме переводит находящиеся в помещении устройства сотовой связи стандарта GSM под свое управление. Затем становятся доступными следующие функции:

определение IMEI/IMSI обнаруженных устройств;
отправка произвольного SMS;
перевод GSM-устройства в активный режим (режим передачи) на продолжительное время.

При удержании устройства в активном режиме с максимальной излучаемой мощностью оператор обнаруживает GSM-закладку в помещении с помощью узкополосного индикатора поля.

Технические характеристики

Возможности оборудования по активному поиску устройств сотовой связи

Имитатор выполняет роль ложной базовой станции GSM 900/1800 МГц. Для принудительного перевода мультистандартных закладных устройств в режим GSM рекомендуется осуществлять подавление в диапазонах 3G/4G с помощью ПАК «Саламандра»

Состав комплекта

Радиомодуль в переносном кейсе 1 шт.
Шнур питания 220 В 1 шт.
Интерфейсный кабель USB 2.0 (Ethernet) 1 шт.
Управляющая ПЭВМ (ноутбук), опционально 1 шт.
Программное обеспечение «ИБС-2G» (предустановленное или на компакт-диске) 1 ед.
Инструкция по эксплуатации 1 шт.
Паспорт изделия 1 шт.
Индикатор поля в комплекте, опционально 1 шт.

Описание актуально на: 02.02.2015.

Для уточнения технических характеристик «Имитатор базовой станции GSM 900/1800 "ИБС-2G"», а также для получения информации по наличию и условиям поставки Вы можете заполнить форму запроса ниже.

Компьютер АКС должен создавать систему бортового бюллетеня, из которой пользователь может сбрасывать данные. Когда АКС должна обеспечивать поправками DGPS или RTK, приемник или компьютер должны быть связаны с передатчиком. Покупка, лицензирование и установка передатчика является задачей, которая требует помощи специалиста. Альтернативно, поправки DGPS могут посылаться по линии прямого модема провайдеру DGPS (т. е. национальной радиопередающей компании).

Наконец, блок непрерывного электроснабжения (UPS) необходим, чтобы перекрывать небольшие перерывы и флуктуации в питании переменным током. Чтобы обеспечить перерывы в снабжении переменным током, станция должна иметь возможность генерировать собственную энергию. В некоторых странах, как в Нидерландах, прерывания на большие периоды очень редки, поэтому нет реальной необходимости вкладывать деньги в очень дорогие установки автономного питания. Очень полезное средство восстановить станцию в случае ее падения – дистанционный переключатель питания. Он может быть активирован для ликвидации прерывания за 15-30 с путем использования обычного телефона или специальной последовательности номеров. В результате компьютер и другое оборудование будут перезагружены .

Использование сетей активных станций

11.8.3 Виртуальные базовые станции

До настоящего времени постоянные сети GPS главным образом использовались для геодезических (кадастр, ГИС), геофизических и атмосферных исследований (см. рис.5.30). Менее часто они использовались для точной геодезии и для дистанционного зондирования. Это происходит, главным образом, из-за сравнительно короткой продолжительности сессий – несколько минут, а не несколько часов, и метода разрешения неоднозначности on-the-fly, при использовании которого накладывается ограничение на расстояние до опорной станции. В сети из опорных станций это влияние предельного расстояния можно ослабить, но тогда пользователь вынужден загружать и обрабатывать данные от нескольких станций, что многим не нравится. Помощь в этом деле приходит от концепции виртуальной базовой станции. В комбинации с Интернет интерфейсом пользователь может загружать данные несуществующей виртуальной опорной станции на указанное им положение. Данные виртуальной опорной станции вычисляются по наблюдениям на постоянных станциях активных сетей, используя уравнивание с данными от всех опорных станций и интерполяцию атмосферных ошибок. Пользователь должен загружать данные только от одной (виртуальной) опорной станции. Поскольку виртуальная станция вычисляется по всем имеющимся опорным станциям, обработка с данными пользователя дает результаты, которые сопоставимы с решением по всей сети. Более того, пользователь обычно будет выбирать виртуальную станцию, близкую к нему, поэтому он будет использовать свое привычное коммерческое программное обеспечение для коротких базовых линий и разрешения неоднозначностей.

Виртуальная опорная станция GPS наилучшим образом имитирует реальную станцию с тем же положением, включая задержки от атмосферы и фазового центра антенны, но исключая многопутность. Задержки исключаются при формировании одинарных и двойных разностей в программном обеспечении пользователя. Виртуальные данные получают в вычислительном центре. Пользователь может выбрать для виртуальной станции положение и тип антенны. Сетевое решение, учет атмосферных поправок и поправок за фазовый центр производится вычислительным центром. В вычислительном центре можно использовать точные орбиты, чтобы уменьшить ошибки орбит, в то время как пользователь может использовать бортовые эфемериды.

Виртуальные опорные GPS станции объединяют мощь и силу сетевого решения с комфортом решения базовой линии. Подобные результаты получаются, когда данные GPS приемника обрабатываются с виртуальной опорной GPS станцией как со всей сетью, в которой зафиксированы положения всех опорных станций. Преимуществами виртуальной опорной GPS станции над сетевым методом являются:

Сеть опорных станций должна обрабатываться только один раз,

Необходимо меньше данных, нужны только данные одной виртуальной базовой станции на период измерений,

Атмосферные задержки на опорную станцию можно интерполировать на виртуальную станцию,

Можно использовать стандартное коммерческое программное обеспечение,

Улучшения и новые модели в программном обеспечении должны вводиться только на вычислительном центре.

По сравнению с решением базовой линии, в котором используется ближайшая опорная станция, преимуществами виртуальной станции являются:

Качество, доступность и надежность сетевого решения в течение 24 часов за сутки, 

Используются данные, которые были проконтролированы, 

Не нужна сложная обработка (можно использовать бортовые эфемериды и простые модели),

Не нужно формировать комбинацию, свободную от влияния ионосферы, достаточно обработать только виртуальные данные для несущей L1,

Более надежное разрешение неоднозначностей, достигаемое за более короткий период наблюдений и по меньшему количеству опорных станций.

Наконец, для распределения данных виртуальных станций между пользователями хорошо подходит Интернет.

Виртуальные станции представляют привлекательную альтернативу для использования множества опорных станций. Точность решения отдельной базовой линии с виртуальной базовой станцией сравнима с сетевым решением универсальным программным обеспечением. Поэтому геодезисты могут использовать постоянные сети GPS без необходимости делать изменения в их текущих установках для GPS обработки .

Различные варианты GNSS инфраструктуры применяются во многих странах, позволяя малым, средним и крупным компаниям пользоваться новыми возможностями этой передовой технологии. Масштабируемые решения по созданию сетей GNSS инфраструктуры Trimble предназначены для удовлетворения ваших сегодняшних потребностей и расширяются по мере вашего будущего развития.

ЭТАП 1: МИНИМАЛЬНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ

В минимальной конфигурации сети GNSS инфраструктуры управление одной постоянно действующей базовой станцией производится из офиса с помощью программного обеспечения GPSBase™. Геодезист с подвижным GNSS приемником может принимать поправки на достаточном удалении от базовой станции.

НАЗВАНИЕ КОМПАНИИ: SURVEYS INC.

РАЗМЕР КОМПАНИИ: 8 сотрудников: 2 полевые бригады по 2 человека, 2 геодезиста-техника, 1 инженер-геодезист или проектировщик и 1 руководитель.

ТИПОВЫЕ РАБОТЫ: кадастровая съемка, топографическая съемка, инженерные изыскания.

Малые компании, такие как Surveys Inc., должны делать рациональные инвестиции в новые технологии для сохранения конкурентоспособности в современных условиях ведения бизнеса. например, компания Surveys Inc. при заключении нового контракта выясняет, что ей требуется дополнительная бригада для проведения GPS съемки.

В компании уже есть две GPS системы Trimble, поэтому принимается решение использовать один из приемников Trimble® 5700 и антенну Zephyr Geodetic™ в качестве стационарной базовой станции на здании своего офиса. для управления опорной станцией компания приобретает по Trimble GPSBase. GPSBase управляет передачей стандартных RTK поправок по каналам радио - или сотовой связи полевым бригадам. Кроме того, в ПО GPSBase регулярно производится загрузка полевых данных через интернет для их постобработки в офисе.

Такая схема является идеальной для проведения локальных съемок, вдобавок за счет разделения двух GPS систем компания теперь имеет одну стационарную базовую станцию и три подвижных RTK приемника. поскольку GPSBase очень удобно в настройке, то при небольших инвестициях и быстром освоении этой программы компания получают возможность заключения дополнительного контракта и получения прибыли.

ЭТАП 2: СРЕДНЯЯ КОНФИГУРАЦИЯ

В средней конфигурации сети GNSS инфраструктуры управление несколькими стационарными базовыми станциями производится из центрального пункта с помощью программного обеспечения GPSNet. Геодезисты получают поправки от одной базовой станции; зона покрытия значительно расширяется.

Теперь в штате компании Surveys Inc. примерно 45 сотрудников, в том числе 24 человека в полевых бригадах, 3 начальника партий, 6 инженеров-геодезистов и 6 геодезистов-техников.

За прошедший год объем работ Surveys Inc. вырос на 50%. На прошлой неделе компания выиграла тендер и заключила крупный контракт на проведение съемки для дорожного строительства. В связи с тем, что сроки выполнения предварительной съемки для проектировщиков достаточно жесткие, этот контракт послужил хорошим поводом для развития компании. Он потребовал ускоренного проведения работ и расширения парка геодезического GNSS оборудования компании.

Объект работ длиной 40 км находился в 30 км к северу от зоны ведения текущих работ компании. Для покрытия такой широкой зоны потребовалась установка еще двух стационарных базовых станций в дополнение к существующей. Эти три опорные станции были объединены в сеть путем модернизации имеющегося ПО GPSBase до версии GPSNet™. ПО GPSNet обеспечивает возможности управления всей сетью из центрального пункта, передачи RTK поправок и сохранения данных для предоставленияих по Интернету для постобработки. Эта простая модернизация моментально расширяетзону покрытия и повышает производительность.

Работа с использованием собственной сети стационарных базовых станций сталаидеальным решением для компании Surveys Inc. Это позволило ей обеспечить быстроевыполнение работ за счет привлечения дополнительных полевых бригад с подвижными RTK приемниками, получить новую дополнительную работу в более широкой зонеи увеличить перечень выполняемых работ , включая создание сетей геодезическогообоснования, топографическую съемку и разбивку трассы под строительство. Теперьпо мере роста эта компания может легко включать новые базовые станции в свою сетьGPSNet для расширения географического покрытия.

ЭТАП 3: РАСШИРЕННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ

В полной сети GNSS инфраструктуры программное обеспечение RTKNet управляет множеством базовых станций и обеспечивает сетевое RTK решение. Геодезисты получают поправки, используя данные всей сети.

Surveys Inc. стала одной из ведущих геодезических компаний: 125 сотрудников, включая 8 начальников партий, 16 инженеров-геодезистов, 16 геодезистов-техников и 64 человека в полевых бригадах.

GPSNet сеть компании теперь включает четыре стационарные базовые GPS станции. В распоряжении местного муниципалитета также находятся две опорные станции и эти две организации решают работать совместно. Муниципалитет предоставляет компании Surveys Inc. сетевой доступ к своим опорным GPS станциям, а компания включает их в сеть, работающую под управлением ПО GPSNet.

Теперь они готовы к использованию полных RTK возможностей сетевой 100%" style="width:100.0%;border-collapse:collapse">

Виды работ

Сгущение опорных геодезических сетей

Крупномасштабные топографические съемки

Разбивка профилей при геофизических работах

Эксплуатация нефтяных и газовых месторождений

Топографо-геодезические работы при проведении гравиметрической съемки

Накопление данных для ГИС различной направленности

Городской и Земельный кадастр

Изыскания при строительстве инженерных сооружений

Паспортизация автодорог

Создание государственных геодезических сетей

Геодинамический мониторинг

Гидрографические съемки внутренних акваторий

Лесопользование

Создание специальных геодезических сетей

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Глонасс/GPS системы Trimble R6

Проверенная полем конструкция системы; Передовая GPS технология Trimble для использования в различных приложениях; Концепция Integrated Surveying для объединения различных полевых систем и методик; Расширение ваших возможностей благодаря модели Connected Survey Site;

Измерения

Точность при статической и быстростатической GPS съемке 1

В плане±5 мм + 0.5 мм/км СКО
По высоте. . .±5 мм + 1 мм/км СКО

1) Доступность сигнала L5 зависит от решений правительства США.

2) Точность и надежность могут зависеть от условий многолучевости, наличия препятствий, геометрии спутников и атмосферных условий. Всегда следуйте утвержденным инструкциям по проведению геодезической съемки.

3) Зависит от состояния систем WAAS/EGNOS.

4) Может зависеть от атмосферных условий, многолучевого распространения сигнала, препятствиий, геометрии спутников.

5) Подвержена воздействию атмосферных условий, многолучевого распространения сигнала и спутниковой геометрии. Надежность инициализации непрерывнок контролируется для обеспечения наивысшего качества результатов.

6) Приемник сохраняет работоспособность при температуре до -40°С;
минимальная температура эксплуатации встроенных батарей составляет -20°С.

7) Требования разрешений на использование Bluetooth регламентируются законодательством каждой страны. Свяжитесь с региональным представителемTrimble дляполучения более подробной информации.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Глонасс/GPS системы Trimble R8

Система Trimble® R8 - многоканальный, многочастотный приемник GNSS (Глобальной Спутниковой Навигационной Системы) с антенной и радиомодемом, объединенные в одном компактном устройстве В Trimble R8 сочетаются передовая технология приема сигналов и проверенная в поле конструкция для обеспечения максимальной точности и производительности.

Измерения

Дифференциальная кодовая GPS съемка 2

В плане............................................................................. ±0,25 м + 1 мм/км СКО
По высоте.......................................................................... ±0,50 м + 1 мм/км СКО
WAAS3................................................................................ Обычно <5 м (3 СКО)
Статическая и быстростатическая съемка 2

В плане............................................................................. ±5 мм + 0,5 мм/км СКО
По высоте............................................................................. ±5 мм + 1 мм/км СКО

Кинематическая съемка 2

В плане.............................................................................. ±10 мм + 1 мм/км СКО
По высоте........................................................................... ±20 мм + 1 мм/км СКО
Время инициализации.................................................... обычно менее 10 секунд
Надежность инициализации4........................................................ обычно >99,9%

Аппаратные характеристики

Физические

Размеры (Ш×В)..................................................19 см × 11,2 см, включая разъемы
Масса.........................................................................................................1,35 кг включая внутреннюю батарею, встроенный радиомодем и стандартную УКВ антенну
..................................................................................................................3,71 кг весь мобильный RTK комплект, включая батареи, вешку и контроллер с кронштейном

Температура 5

Рабочая................................................................................ от –40 °C до +65 °C
Хранения...............................................................................от –40 °C до +75 °C
Влажность......................................................................100%, конденсированная
Водонепроницаемость.....IPx7, выдерживает погружение в воду на глубину 1 метр

Ударо - и вибростойкость протестированы и соответствуют следующим условиям:
Удар............В выключенном состоянии: Выдерживает падение с вехи 2 м на бетон
Во включенном состоянии: до 40 G, 10 мсек, пилообразно
Вибрация...............................соответствует стандарту MIL-STD-810F, FIG.514.5C-1

Электрические

Связь и запись данных

1 Доступность сигнала L5 зависит от решений правительства США.
2 Точность и надежность могут изменяться в зависимости от условий многолучевости, наличия препятствий, спутниковой геометрии и атмосферных условий. Всегда следуйте утвержденным инструкциям по проведению геодезической съемки.
3 Зависит от состояния систем WAAS/EGNOS.
4 Подвержена воздействию атмосферных условий, многолучевого распространения сигнала и спутниковой геометрии.
Надежность инициализации непрерывно контролируется для гарантии наивысшего качества результатов.
5 Приемник работает нормально при температуре до –40 °C, но модуль Bluetooth и встроенные батареи рассчитаны на работу11 32

Да речь не о том чтобы как-то что-то где-то там мега за секретить.
Речь о том чтобы можно было пользоваться мобильниками и опасаться банального промышленного шпионажа, теме же конкурентами.
К примеру ты сидишь с кем-то в закрытом кабинете, и ведешь беседу с глазу на глаз. Так вот, самым первым шпионским "жучком" в твоем помещении является твой же собственный мобильный телефон. Звоумышленник может заставить его скрытно передавать аудиосигнал наружу. И для этого не нужно какое-то особое шпионское оборудование, там достаточно простое решение на базе усилителей сигналов сотовой связи. Они имитируют сигнал реальной базовой станции оператора, телефон подключается от настоящей БС к ней, и уже тогда они посылают на телефон команду для активации микрофона и начинают писать звук, того что в данный момент происходит в помещении, если идет какой-то разговор или голос то они это записывают. Вот так вот все просто. В инете полно разных предложений подобного рода которые предлагают такую услугу.
Поставить грушилку, это как вариант. Но тогда и телефон будет не в он-лайне, не на связи. Те кто тебе будут звонить - не дозвонятся.
Я счас нашел кое какое решение, я заключил специальный договор с мегафонон и они мне в офисе поставили свои мини-базовый станции, так называемые фемто соты. Телефон подключаются к ней, причем только мой и те что я прописал по IMEI!!! А везде по офису я развесил глушилки. В кабинете, телефон подключен к этой миниБС. А как только выходишь из кабинета телефон теряет сигнал этой миниБС, и подключается к другой миниБС (у меня их несколько), а к большой БС он уже не может подключиться из-за глушилок, он так же не сможет подключиться и к внешней виртуальной БС, так как глушилки ему этого не дадут сделать, он просто не услышит ее. Все кто ко мне приходит в гости, посетители. У них у всех автоматически перестает работать телефон, причем на всех диапазонах, не важно какой оператор. Внешную БС они не слышат, а моя миниБС их не принимает потому что IMEI не прописан, но на самом деле там не IMEI, там что-то похожее от IMEI только от SIMкарты. Это аналог IMEI, но не на телефон, а на SIM карту. Тоже уникальная хрень.
Минус этой идеи что я защищен только у себя в кабинете. На окнах кстати у меня генераторы шума, так что лазером тоже не считаешь.
Я хочу сделать так чтобы был такой телефон который бы игнорировал команды по негласному получению информации. Я сам готов разработать такой телефон, лицензии на разработку средств защиты информации у меня есть! Так что все легально. Так вот мне для тестирования нужна такая виртуальная БС, с помощью которой злоумышленники воруют информацию. Для тестирования разумеется!!!
А теперь информация для раздела БИЗНЕС. Я ищу партнеров в этот проект, в частности финансовых инвесторов. Ориентировочные вложения от 1 до 10 млн долларов. (это еще требует уточнения) большая часть ресурсов у меня есть, лицензии, технари и прочее.
Если кому интересно прошу отписываться в этой теме, так как личка часто не работает. Практически не работает и не читается.

Предлагаю сегодня поговорить о скрытой и неизведанной области - GSM-связи. Почему же неизведанной, спросите вы? Ведь все носят в кармане сотовый телефон, чуть ли не дошкольники ходят с ними, а базовые станции висят на каждом столбе? Увы, обыватель считает, что всё просто и прозрачно: совершает звонки, посылает СМС. И редко задумывается над процессами, которые обеспечивают все эти действия. В этом статье я попробую показать, что GSM-связь - с одной стороны весьма непрозрачная тема, а с другой - прорва уязвимостей. Если конкретнее – то поговорим о так называемых IMSI-ловушках (или IMSI-catchers).

Введение

Начнём издалека, а именно с того, что GSM-связь очень плохо поддаётся изучению. Нельзя просто так взять и поэкспериментировать с мобильной связью. Хотите соорудить девайс и подключиться к сети, анализировать протокол? Облом - коммуникационные процессоры не имеют нужного API и тем более открытого кода. По сути - это чёрные ящики за семью замками. Максимум, что они “выставляют” наружу - примитивный интерфейс на основе AT-команд. Хотя, если быть точным, то иногда немного больше – но об этом позже.

Поднять свой сервер свою базовую станцию? Это долго, дорого и за вами могут приехать. Существуют замечательные проекты, такие как OpenBTS и SDR (software defined radio), но не обольщайтесь. Во-первых, полноценная сотовая сеть состоит из множества компонентов, а во-вторых - необходимое железо неприлично дорогое. Вот такая несправедливость.

Не хотите ли прикупить OpenBTS development kit (сетей 2.5G) фирмы Range Networks за $3300?

Ettus выпускает такие гик-девайсы для экспериментов в сотовых сетях вплоть до 6 ГГц. Цена около $4000.

IMSI-ловушки. Что это?

Но вернёмся к теме статьи. IMSI-ловушки - это мобильные ложные базовые станции, которые спецслужбы включают при различных обстоятельствах в разных местах. Мобильные телефоны “цепляются” к этим станциям, которые фактически выступают в роле Man-in-the-middle. В результате мы имеем перехват разговоров, СМС и интернет-трафика. Факты использования таких устройств засекречены. В Германии, например, в 2002 году был принят закон, разрешающий спецслужбам применять такие устройства, однако не обошлось без бурных общественных дебатов. А где-то и до дебатов не доходит. Однако косвенные доказательства есть. Как правило, ловушки включаются в местах народных волнений, либо вокруг объектов, представляющих высокую государственную важность. Часто IMSI-идентификаторы особо интересных личностей заносятся в список фильтрации, и далее работают только с телефонами конкретных людей.

А теперь познакомимся с IMSI-ловушками поподробнее. Для начала классифицируем их поведение. Оно может поддерживать 2 режима - активный и пассивный. В активном ловушка выступает в роли базовой станции. В пассивном - мониторит канал и другие базовые станции. Наиболее интересен, конечно же, активный режим. Опишем его функции.

Прикидываемся базовой станцией

Согласно алгоритму GSM, сотовый телефон обычно выбирает станцию с наиболее сильным сигналом. Это разумно - можно снизить мощность передатчика и сэкономить батарейку. Таким образом ловушка “забирает” телефоны на себя. Далее она запрашивает с телефона его…

IMSI: Interntaion Mobile Subscriber Identifier - фактически это уникальный номер SIM-карты;
IMEI: Interntaion Mobile Equipment Identifier - уникальный номер аппарата.

Это происходит в рамках стандартных протоколов GSM-стека. Итак, мы вышли на конкретного человека.

IMSI-ловушка “StingRay” известной фирмы Harris

Нарушение связи

Возможно оставить абонента без связи: сначала “захватить” на себя, а потом оборвать, и так до бесконечности. А можно выдавать мусор или заведомо некорректные пакеты.

Перехват разговоров

Самое вкусное. Здесь все не так просто, однако проще чем могло бы быть.
Как известно, в GSM предусмотрели защиту от несанкционированного съёма информации. Существует несколько режимов:

А5/0 - фактически это plain text, шифрования нет;
А5/1 - первый вариант с потоковым шифром, который сейчас уже не считается достаточно стойким;
А5/2 - экспортный вариант А5/1 с намеренно заниженной стойкостью. Куда уж ниже?!
А5/3 - достаточно стойкий вариант, возникший с приходом 3G.

Как показал известный хакер Harald Welte , вся схема защиты в GSM местами зиждется на популярном принципе Security through obscurity и содержит фундаментальные уязвимости. При этом столпы GSM-индустрии годами игнорируют эти факты - всех всё устраивает.

Как это происходит

Опишем алгоритм, как ловушка вклинивается в эту систему.
Сразу отметим, что если оператор изначально везде применяет А5/2, то задача становится тривиальной - этот шифр вскрывается в реальном времени. Но операторы не совсем идиоты, поэтому они используют А5/1. Базовая станция анонсирует этот протокол и телефон на него “соглашается”, все довольны.

Все шифры А5 работают на ключе, который хранится как у оператора, так и на SIM-карте. Он уникален для каждого абонента и за его сохранность отвечает крипточип SIM-карты. Из этого следует, что ловушка по отношению к оригинальной базовой станции “прикидывается” абонентским устройством на алгоритме А5/1, а для реального телефона “прикидывается” базовой станцией на алгоритме А5/2, который вскрывается на лету. Таким образом, ловушка извлекает секретный ключ абонента и реконструирует сессию с базовой станцией. Дело сделано. Как узнать, что ваш телефон переключился на слабый шифр? Обычно никак: индустрия сотовой связи заботится о людях - меньше знаешь, крепче спишь. Однако в природе все же встречаются отдельные модели телефонов, которые как-то сигнализируют, и это не смартфоны. Где-то появляется иконка, а где-то незаметная строка утекает в лог, однако это обычно связано с переходом на А5/0. В любом случае, все это скорее исключения из правил.

Противодействие

Естественно, борцы против Большого Брата не оставляют это дело без внимания.
Так появился проект SnoopSnitch - это программа для Android, помогающая в обнаружении IMSI-ловушек в повседневной жизни. Принцип её работы заключается в регулярном сборе статистики об окружающих базовых станциях: их характеристиках и местоположении. В случае обнаружения отклонения от привычной картины программа выдаёт предупреждение. Тут же можно загрузить свои данные на сервер - там формируется глобальная база знаний обо всех базовых станциях мира.

К сожалению, программа недоступна для большинства телефонов. Это связано с особенностью её работы. Как уже было отмечено, в GSM-отрасли любые технические детали старательно вымарываются, но кое-что просачивается. Baseband-процессоры Qualcomm имеют специальный диагностический интерфейс (программный), через который возможно информирование о разных событиях из жизни сотовой связи. В лучших традициях жанра, этот интерфейс недоступен обычным Android-приложениям, однако он все же доступен при наличии root. Если у вас телефон на чипсете Qualcomm, то, возможно, вам повезло. Познакомимся с интерфейсом поподробнее.

Для начала выкачаем ядро для Qualcomm. Оно называется msm - по одноимённой серии Qualcomm SoC.

Igor@igoryan:~$ git clone https://android.googlesource.com/kernel/msm Клонирование в «msm»… remote: Sending approximately 1.01 GiB ... remote: Counting objects: 71639, done remote: Finding sources: 100% (8333/8333) remote: Total 3952476 (delta 3262538), reused 3952419 (delta 3262538) Получение объектов: 100% (3952476/3952476), 1.01 GiB | 4.24 MiB/s, готово. Определение изменений: 100% (3262538/3262538), готово. Проверка соединения… готово.
Выберем какую-нибудь ветку:

Igor@igoryan:~/msm$ git checkout android-msm-shamu-3.10-lollipop-release Распаковка файлов: 100% (45604/45604), готово. Ветка android-msm-shamu-3.10-lollipop-release отслеживает внешнюю ветку android-msm-shamu-3.10-lollipop-release из origin. Переключено на новую ветку «android-msm-shamu-3.10-lollipop-release»
Вот где живет заветный драйвер:

Igor@igoryan:~/msm$ cd drivers/char/diag/
Читаем настроечный файл ядра Kconfig:

Config DIAG_CHAR tristate "char driver interface and diag forwarding to/from modem" default m depends on USB_G_ANDROID || USB_FUNCTION_DIAG || USB_QCOM_MAEMO depends on ARCH_MSM help Char driver interface for diag user space and diag-forwarding to modem ARM and back. This enables diagchar for maemo usb gadget or android usb gadget based on config selected. endmenu
Как видим, драйвер позволяет общаться с модемом в двунаправленном режиме: слать некие команды и получать некую инфу. В мире user space драйвер себя обнаруживает как устройство /dev/diag_char. Беглое изучение исходного кода показывает, что драйвер предоставляет только транспорт произвольных данных, и не содержит никаких зацепок на само содержание данных. Всё что он делает, это определяет некий примитивный формат пакета: старт-байт, данные, стоп-байт, CRC. Как всё предсказуемо!

Анализ данных от диагностического интерфейса

Ребята из SnoopSnitch умудрились отреверсить сами полезные данные и на основе их строится анализ. Вот какие параметры они принимают к сведению.

LAC

Location Area Code - некий код географической зоны, которая обслуживается одним контроллером базовых станцией (BSC). Когда происходит входящий вызов, то оповещение одновременно получают все базовые станции данной зоны.

Cell ID

Идентификатор соты, т.е. базовой станции.

Longitude, Latitude

Долгота и широта базовой станции.

ARFCN

Absolute radio-frequency channel number - идентификатор, однозначно определяющий пару частот, используемых для приёма и передачи. Например, за диапазоном GSM 1800 закреплены номера 512 - 885. При этом частота передачи вычисляется по формуле 1710.2 + 0.2·(n−512), а частота приёма = частота передачи + 95.

Собственно, события, связанные с сетью:

Location Update

Когда телефон переходит из одной Location Area на другую, он посылает станциям это сообщение. Также он его посылает и периодически.

Сообщения PAGING

PAGING - это процесс нахождения конкретного абонента для передачи ему SMS-сообщения или звонка. Если приходит SMS, то программа регистрирует адрес центра SMS (SMSC) и тип сообщения: обычное, Silent или Binary.

А теперь опишем непосредственно критерии, на основе которых программа находит ловушки.

1. Сменился LAC или Cell ID, при том что частота осталась неизменной. Действительно, часто ловушка занимает существующую частоту, при этом предоставляя более сильный сигнал, чем оригинальная станция. Но эта метрика весьма ненадёжна. Во-первых, телефон может находиться в зоне действия двух станции из разных LAC, и просто перескочить с одной на другую, оставаясь на одинаковом канале. Во-вторых, сам оператор может дать команду какой-то станции на переход к другому LAC.

2. LAC текущей станции отличается от LAC окружающих станций. Задача ловушки - добиться Location Update от телефона, так как только в этом случае она может “стянуть” с него нужную информацию. Поэтому она анонсирует другой LAC, предоставляя более сильный сигнал. Но есть подводный камень - легальные фемто-соты могут также иметь другой LAC: зависит от настроек соты, оператора и погоды на Марсе.

3. При неизменной паре Cell ID - LAC изменился номер канала. Ловушка часто маскируется под неиспользованную частоту уже существующей базовой станции.

4. LAC содержит единственную станцию. Как уже сказано в п. 2, обычно стремятся инициировать Location Update. Проще всего этого добиться, подняв псевдо-вышку с отличным от всех LAC и самым сильным сигналом. Подводный камень: в местах с плохим покрытием (обычно за городом) часто бывает, что телефон “видит” только одну станцию, и здесь уже бессмысленно гадать.

5. Станция не сообщает информации о своих соседских станциях, хотя это должно происходить в условиях плотного покрытия. Ловушка не анонсирует другие станции, чтобы у телефона “не было соблазна” на них переключиться. А иногда хитрят: анонсируют несуществующие частоты либо существующих, либо несуществующих соседних станций.

6. Анонсирование заведомо завышенного CRO (Channel Reselection Offset). Это один из параметров, который влияет на алгоритм выбора телефоном наилучшей базовой станции.

7. Отключение шифрования, при том что оно ранее было на той же паре LAC/Cell. Ловушка может переключить телефон с А5/3 на А5/0, тем самым выключив шифрование вообще, либо на слабый алгоритм А5/2.

8. Сообщение CIPHER MODE COMPLETE не содержит IMEISV. Тут надо подробнее пояснить весь процесс аутентификации и шифрования в GSM. Подключение к GSM-сети состоит из трех этапов: аутентификация, выработка ключа шифрования и выбор режима шифрования.

1. Аутентификация

На SIM-карте абонента хранится 128-битный ключ - Subscriber Authentication Key. Точно такой же хранится у оператора. Так как SIM-карта формально принадлежит оператору, а сам ключ хранится защищённым образом, то это считается надёжным.

станция генерит случайное 128-битное число и посылает его абоненту;
обе стороны подают на вход алогритма А3 это число и общий ключ, получают 32-битное число SRES (от Signed Response);
абонент отправляет ответ с этим числом, а станция сравнивает со своим; если всё сошлось, то абонент аутентифицирован.

Кстати, подтверждение подлинности самой станции не предусмотрено. Случайно ли?..

2. Выработка ключа шифрования

Здесь процедура идентичная, за исключением того, что случайное число и ключ подаются на вход алгоритма А8, а результатом является 64-битный ключ симметричного шифрования А5.

Выбор режим шифрования

Станция посылает телефону команду CIPHER MODE SELECT, сообщая требуемый режим шифрования: А5/0, А5/1, А5/2 или А5/3. Однако в этом сообщении есть ещё флаг REQUEST_IMEISV, означающий, что телефон должен сообщить в ответном сообщении CIPHER MODE COMPLETE свой уникальный идентификатор, причём это сообщение уже зашифровано на ранее согласованном ключе. По умолчанию флаг всегда ставится. Однако ловушка может не передавать этот флаг, в результате сообщение CIPHER MODE COMPLETE будет содержать предсказуемую статическую информацию. После этого производится стандартная атака по известному открытому тексту (known plain text attack), и ключ вскрывается. Итак, критерий №8 отлавливает отсутствие данного флага. Ещё есть дополнительный признак - долгое ожидание подтверждения получения станцией CIPHER MODE COMPLETE. Действительно, вскрытие ключа требует времени.

9. После Location Update идёт стандартный запрос абоненту на идентификационную информацию (IMEI, IMSI), а дальше станция отвергает телефон, заставляя делать новый Location Update. Всё это - признак ловушки, работающей в режиме сбора информации.

10. Если станция анонсирует другой режим шифрования, отличный от обычного для данной местности или оператора, то это либо ловушка, либо оператор недоглядел, либо аппаратный сбой, либо так задумано. Но в расчёт принимается.

11. Слишком маленький интервал регулярного Location Update. Телефон обязан периодически посылать Location Update - даже если он не мигрирует с одной соты на другую. А значение периода приходит со станции. Стандартное значение - 1-4 часа. Но ловушка может распространять заведомо маленькие тайм-ауты, чтобы более оперативно “цеплять” телефоны.

12. Произошёл Paging, за которым не последовало ни SMS, ни разговора. Это типичная проверка, находится ли “жертва” в зоне покрытия в конкретный момент времени.

13. Установлен канал данных (Traffic Channel, или TCH), но не последовало ни SMS, ни разговора. Либо он последовал, но спустя необычно долгое время. Согласно протоколу, после установления этого канала телефон непрерывно шлёт пустые подтверждения, пока канал не закроется. Эти подтверждения могут использоваться ловушкой для более точного позиционирования телефона.

14. Подозрительный список соседних станций (Neighboring Cells). Каждая станция передает подключённому к ней телефону список окружающих станций. Но если это ловушка, то она будет отсутствовать в этих списках – в отличие от других, легитимных, станций.

15. Разбиение на большое количество групп (Paging Group). Каждая станция объединяет все подключенные телефоны в группы. Это нужно для оптимизации ресурсов. Когда происходит входящий звонок, все телефоны данной группы получают оповещение на соответствующем логическом канале. Когда ложная станция хочет вернуть абонента в родную сотовую сеть, она посылает некорректные данные на канале той группы, в которую входит абонент. В результате все члены группы начнут процедуру Cell Reselection. Чтобы затронуть как можно меньше абонентов, ложная станция делает их маленькими, а количество групп будет большим, что и является признаком работы ловушки.

Как мы видим, существует множество критериев, каждый из которых по отдельности не является 100%-ной гарантией обнаружения ловушек. Вместо этого предлагается вероятностная оценка.

Заключение

Данной статьёй я хотел пробудить интерес к стандарту GSM, который используют около ⅘ мобильных пользователей мира. Как мы убедились, в основе безопасности GSM лежит не столько криптографическая стойкость, сколько высокий “входной билет” в эту область. Здесь главенствуют производители телекоммуникационного оборудования и операторы, а обсуждения уязвимостей редко выходят за рамки хакерских конференций. К счастью, с приходом нового стандарта UMTS защищённость была повышена. Вот главные новшества:

Взаимная аутентификация для защиты от ложных базовых станций;
Защита целостности управляющих команд;
Шифрование распространяется не только на участок “телефон - базовая станция”, но и на каналы внутри серверной части;
Более сильное шифрование (128 бит против 64 бит в GSM);

Но и хакеры тоже не дремлют. Будем ждать новых уязвимостей в сетях 3G и 4G!