Учебно-лабораторный стенд «Архитектура и безопасность сетей сотовой связи GSM и 4G LTE» – инновационная программно-аппаратная платформа, созданная для практического изучения и исследования принципов работы сетей GSM и 4G LTE. Этот стенд, построенный на основе программно-аппаратной платформы, предоставляет широкий спектр возможностей и инструментов для изучения и экспериментов в области сотовой связи.
Стенд позволяет эмулировать базовые станции GSM и 4G LTE, что даёт возможность изучения всех уровней работы сетей, оценки аспектов безопасности, механизмов защиты от злоумышленников. Студенты и исследователи имеют возможность изучать аппаратно-программные блоки, из которых состоит сотовая связь: интерфейсы и протоколы, используемые в сотовых сетях, осуществлять настройку и управление базовой станцией, проводить реальные вызовы (только в GSM сети) и передачу данных. Это позволяет изучить реалии работы сотовых сетей и исследовать архитектуру сети.
Особый акцент обучения сделан на получении знаний о защите данных в GSM-сетях, включая алгоритмы шифрования, методы установления связи и аппаратные/программные атаки на сети, а также аспекты безопасности для абонента и базовой станции. Присутствует возможность исследования передаваемых данных на всех уровнях сети: от данных на сим-карте, до беспроводной авторизации абонентов со стороны базовой станции. Отдельно следует отметить возможность анализировать протоколы передачи и передаваемые данные.
Платформа также предоставляет мощный инструментарий для мониторинга и анализа работы базовых станций GSM и 4G LTE, позволяя отслеживать активность и загрузку сотовых пользователей, анализировать пропускную способность и качество связи, а также проводить диагностику и исправление ошибок. Это полезно для тех, кто желает более глубоко понять процессы и проблемы, возникающие в работе сотовых сетей, а также методику защиты от преднамеренной подмены данных или работы в условиях электромагнитных помех.
Еще одной значимой возможностью этой платформы является ее гибкость и персонализация. Пользователи получают возможность изменять частоту, мощность передачи, настраивать сетевые параметры и прочее, чтобы оценить влияние этих параметров на качество и безопасность связи. Такой подход позволяет проводить различные эксперименты и исследования, адаптируя платформу к конкретным потребностям.
Установка позволяет:
- Изучить архитектуру сотовой сети: создать собственные базовые станции GSM и 4G LTE и на их основе изучать и экспериментировать с протоколами и интерфейсами, использованными в сотовых сетях.
- Провести исследование безопасности сотовой сети с точки зрения абонента, путем подключения логического анализатора к сим-карте и анализа протокола обмена.
- Провести исследование безопасности сотовой сети с точки зрения базовой станции, предоставляя возможность перенаправления коммуникации между базовой станцией и абонентским устройством на уровне пакетной передачи в специальную программу и анализа протоколов передачи и передаваемых данных.
- Производить мониторинг и анализ работы сотовых сетей: позволяет отслеживать активность пользователей, анализировать пропускную способность и качество связи, а также диагностировать и исправлять ошибки.
- Осуществлять гибкую настройку параметров: настраивать частоту, мощность передачи, сетевые настройки и другие атрибуты базовой станции в соответствии с конкретными задачами и сценариями.
- Проводить исследование и эксперименты: исследования в области сотовой связи, адаптируя платформу к конкретным потребностям.
Структура стенда:
- Вычислительный узел.
Является программно-аппаратной платформой, позволяющей соединить модули, перечисленные ниже, воедино. Обладает программными инструментами для запуска базовой станции GSM, инструментом захвата траффика базовой станции, логического анализатора для доступа к протоколу SIM-карты, программного комплекса для работы с радиосигналами.
Таким образом, позволяет изучить архитектуру сети на практике, начиная от создания собственной базовой станции до осуществления связи абонентскими устройствами со средствами доступа к низкоуровневым инструментам анализа сети.
- Модуль «Приёмопередатчик GSM/4G LTE»
Модуль включает универсальный программно-конфигурируемое SDR устройство, которое обеспечивает широкий спектр возможностей в области радиосвязи. С возможностью настройки частот, полосы пропускания и мощности передачи, позволяет пользователю гибко работать с различными радиосигналами. Он поддерживает различные радиочастотные диапазоны и протоколы связи, такие как GSM, Bluetooth, WiFi и многое другое.
С его помощью можно проводить исследование безопасности сотовой сети со стороны базовой станции.
- Модуль «Сотовая связь GSM»
Устройство «Безопасность в сотовых сетях» предназначено для практического изучения алгоритмов взаимодействия между устройствами GSM и базовыми станциями. Встроенный логический анализатор позволяет также изучать алгоритмы взаимодействия между SIM-картами и телефонами для анализа процесса установления связи.
Таким образом, с помощью модуля возможно провести исследование безопасности сотовой сети со стороны абонента.
- Модуль «Смартфон Android»
Устройство «Смартфон Android» содержит в своём составе смартфон под управлением операционной системы Android.
Предназначено для практического изучения и применения алгоритмов взаимодействия между устройствами GSM/4G LTE и базовыми станциями, осуществления подключения к ним и передачу голосовых и пользовательских данных. Присутствует возможность проводить анализ энергопотребления смартфона, входящего в состав модуля.
Состав стенда и комплектации.
Возможные комплектации
- G4GC-МОНО
Моноблок: вычислительный узел, модуль «Приёмопередатчик GSM/4G LTE», модуль «Безопасность в сотовых сетях» и модуль «Смартфон Android» интегрированы в одном устройстве.
- G4GC-NOTE
Ноутбук используется в качестве вычислительного узла, все остальные модули мобильны и устанавливаются в непосредственной близости с ноутбуком.
Состав стенда:
- Вычислительный узел (1шт.)
- Модуль «Приёмопередатчик GSM/4G LTE», интегрирован в комплектации GS-МОНО в одном устройстве с вычислительным узлом (1шт.)
- Модуль «Сотовая связь GSM» (1шт.)
- Модуль «Смартфон Android» (1шт.)
- Программируемая сим-карта 4G LTE (3шт.)
- Программатор для сим-карт (1шт.)
- Антенны для различных диапазонов сотовых сетей (4 шт.)
- Интерфейсный кабель USB (1 шт.)
- Интерфейсный кабель USB 3.0 (1 шт.)
- Кабель питания (1 шт.)
- Флэш-диск с образом ОС вычислительного узла (1 шт.)
- Учебно-методическое пособие.
Список лабораторных работ:
- Архитектура и устройство GSM сетей, их приёмников и передатчиков. Диапазоны передачи. Измерения уровней сигналов и алгоритмы выбора базовых станций.
- Развёртывание GSM/GPRS сети и подключение к ней с помощью мобильного телефона.
- SIM-карта как устройство для идентификации абонентов сетей. Протоколы обмена, анализ возможности подмены данных.
- Осуществление голосовых вызовов внутри собственной развёрнутой GSM-сети.
- Отправка и получение текстовых сообщений через службу SMS внутри собственной GSM-сети. Анализ протоколов и передаваемых данных.
- Выход в интернет с использованием режима пакетной передачи данных GPRS с пользовательского устройства (смартфона).
- Работа с сим-картами. Создание собственной абонентской сим-карты с помощью программатора, регистрация в сети 4G LTE.
- Выход в интернет с использованием стандарта LTE с пользовательского устройства (смартфона).