Wir sind alle mit SMS-Nachrichten vertraut, schließlich ist es eine der ältesten und am häufigsten verwendeten Methoden der mobilen Kommunikation. Aber es steckt eine erstaunliche Menge an Koordinierung und Technologie im Hintergrund, um solch scheinbar einfache Nachrichten zu versenden. Schauen wir uns also einmal an, wie das alles funktioniert.
Zunächst einmal steht SMS für Short Messaging Service, ein Protokoll für den Versand von Kurznachrichten über drahtlose Netze. Im Gegensatz zu vielen heute genutzten Diensten wie MMS und anderen datengesteuerten Diensten funktioniert SMS immer noch auf dem grundlegenden Sprachnetz und basiert auf den drei großen Netztechnologien GSM, CDMA und TDMA, was es zu einem universellen Dienst macht.
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SMS ermöglicht Textnachrichten mit einer Länge von 160 Zeichen (Buchstaben, Zahlen und Symbole). Bei anderen Alphabeten, wie z. B. Chinesisch oder Arabisch, ist die maximale Nachrichtenlänge auf nur 70 Zeichen begrenzt. Dies liegt zum Teil daran, dass SMS-Nachrichten ursprünglich als Zusatz zu der in den drahtlosen Sprachnetzen verfügbaren freien Bandbreite gedacht waren. Es gab immer eine Grenze für die Größe dieser Nachrichten, weshalb bestimmte Zeichen, wie z. B. ausländische Alphabete oder obskure Buchstaben, immer noch mehrere Leerzeichen der 160 zulässigen Zeichen beanspruchen.
Die 160er-Grenze wurde schließlich von Friedhelm Hillebrand beschlossen, der die typische Anzahl von Zeichen in einem durchschnittlichen Satz beobachtete und testete, kombiniert mit einem Kompromiss zur damals verfügbaren Bandbreite. Heutzutage spielt die Bandbreite keine so große Rolle mehr, und die Nachrichten können problemlos aneinandergereiht und auf dem empfangenden Endgerät neu kompiliert werden. Die heute als gering erachteten Bandbreitenanforderungen bei der Übertragung dieser kurzen alphanumerischen Zeichenfolgen ermöglichen weltweite Nachrichtenübermittlung mit sehr geringer Latenzzeit.
Der SMS-Standard
Der SMS-Standard legt fest, welche Informationen in einer Textnachricht gesendet werden, aus welchen Bits des Binärcodes sich jeder Buchstabe zusammensetzt und wie diese Daten organisiert sind, damit Sende- und Empfangsgeräte miteinander kommunizieren können. Das eigentliche Datenformat für die Nachricht umfasst Dinge wie die Länge der Nachricht, einen Zeitstempel, die Zieltelefonnummer und natürlich die eigentliche Nachricht.
Diese Details werden durch die Protokollbeschreibungseinheit (PDU) beschrieben, die die Form einer Zeichenkette aus Hexadezimal-Oktetts und Semidezimal-Oktetts hat. Hexadezimal sind Werte zur Basis 16, wobei 0-9 für die Werte null bis neun und A, B, C, D, E und F für die Werte zehn bis fünfzehn stehen.
Diese Tabelle zeigt, wie man von dezimal zu hexadezimal zu binär und wieder zurück konvertiert.
Wir werden nicht näher auf die Binärform eingehen, es reicht zu wissen, dass Hexadezimal nur eine organisiertere und effizientere Art der Darstellung des Binärcodes ist, der von verschiedenen Geräten zum Senden, Empfangen und Entschlüsseln der SMS-Nachricht verwendet wird. Das PDU-Format besteht aus den folgenden Informationen in jeder Textnachricht. Die ersten paar Oktette enthalten Informationen darüber, wohin die Nachricht gesendet werden soll, welche Kurzmitteilungszentrale (SMC) und auch die eigene Nummer des Absenders. Die Länge der Informationen muss ebenfalls in der Zeichenkette definiert werden, damit der Empfänger genau weiß, wonach er suchen muss.
Nach den Absender- und Empfängerinformationen folgen eine Protokollkennung und eine Kennzeichnung, die das in der Nachricht verwendete Datenkodierungsschema angibt, so dass verschiedene Empfänger wissen, wie die eigentliche Nachricht zu dekodieren ist. Außerdem gibt es einen Zeitstempel und Informationen über die Länge der Nachricht des Benutzers, bevor die eigentliche Nachricht des Benutzers kodiert wird.
Die Nachricht selbst kann, wie bereits erwähnt, bis zu 160 Zeichen enthalten, wobei jedes Zeichen durch das 7-Bit-GSM-Alphabet definiert ist. Ein 7-Bit-Alphabet ergibt 128 (2^7) verfügbare Buchstaben, Zahlen und Interpunktionszeichen, die zum Erstellen einer SMS-Nachricht verwendet werden können. Zum Beispiel ist 48656C6C6F das GSM-Alphabet, das dem Wort „Hallo“ entspricht.
Das nachstehende Diagramm kann helfen, diesen ganzen Standard ein wenig besser zu erklären.
Wie Sie sehen können, werden mit einer SMS-Nachricht viel mehr Informationen als nur ein oder zwei Sätze gesendet. Es gibt noch weitere wichtige Informationen, die dazu beitragen, die Nachricht an den richtigen Empfänger zu übermitteln und sicherzustellen, dass jedes Gerät in der Übermittlungskette den Inhalt richtig verstehen kann.
Datenübermittlung
Bei der eigentlichen Übermittlung einer SMS wird die Textnachricht vom sendenden Mobilgerät in einem zentralen SMC gespeichert, das die Nachricht dann an das gewünschte Ziel weiterleitet. Da die SMS-Übertragung einen separaten Kanal nutzt, der normalerweise für die Übertragung von Kontrollnachrichten verwendet wird, werden Sprach- und Datenanrufe nicht durch die SMS-Übertragung unterbrochen.
Dieser Kontrollkanal wird normalerweise verwendet, um die Zelle zu verfolgen, in der sich Ihr Telefon gerade befindet, so dass Sie die Zelle wechseln können, wenn Sie sich bewegen, und dass Anrufe und Nachrichten an die richtigen Handgeräte an den richtigen Orten gesendet werden können.
Wie bereits erwähnt, ist der SMC für die Speicherung und Weiterleitung von Nachrichten an und von der Mobilstation und anderen Kurzmitteilungseinheiten zuständig, bei denen es sich in der Regel um ein Mobiltelefon handelt. Der Vorteil, Nachrichten hier zu speichern, besteht darin, dass mehrere Versuche unternommen werden können, eine Nachricht zuzustellen, wenn das empfangende Gerät nicht erreicht werden kann. Wenn ein drahtloser Empfänger ausgeschaltet ist, sich außerhalb der Reichweite befindet oder ein Netzausfall vorliegt, wird die SMS-Nachricht im Netz gespeichert und zugestellt, wenn der Empfänger wieder erreichbar ist. Auch wenn dies im Zeitalter der datengesteuerten Nachrichtenübermittlung nicht mehr so revolutionär erscheinen mag, war dies zum Zeitpunkt der Einführung die erste Technologie, die eine solche Funktion bot.
Das Diagramm zeigt die typische Organisationsstruktur eines GSM-Netzes, das SMS unterstützt. Quelle: Wireless Developer Network
Um jedoch herauszufinden, wohin genau die Nachricht gesendet werden muss, muss dem SMC der Standort des Empfängers mitgeteilt werden. An dieser Stelle kommt das Home Location Register (HLR) ins Spiel. Das HLR ist eine Datenbank, die Informationen über alle Teilnehmer des Netzes enthält und für den Abgleich von Telefonen mit Telefonnummern, Konten und Serviceplaninformationen zuständig ist. Am wichtigsten ist jedoch, dass es den Standort des Benutzers festhält, damit eingehende Anrufe und Nachrichten an den richtigen Netzmast weitergeleitet werden können.
Wenn die Nachricht weiß, wohin sie gehen soll, ist das Mobile Switching Center (MSC) dafür zuständig, die Verbindung an die richtige Mobilstation weiterzuleiten. Jedes MSC verfügt über ein Besucherregister, mit dessen Hilfe der genaue Standort der Zelle ermittelt werden kann, in der sich das empfangende Handgerät gerade befindet. Die Nachricht wird dann schließlich an das entsprechende Basisstationssystem (BSS) weitergeleitet.
Das BSS besteht aus Sende- und Empfangsgeräten, die Informationen über die Luft an die und von der Mobilstation senden und empfangen. Diese Informationen werden über die Signalisierungskanäle weitergeleitet, so dass das Mobiltelefon Nachrichten empfangen kann, auch wenn gerade ein Sprach- oder Datengespräch geführt wird. Das BSS ist das letzte Gerät, das die Textnachricht an das richtige Mobiltelefon weiterleitet. Das ist eine überraschend lange und komplizierte Reise für nur 160 Zeichen.
SMS mag jahrzehntelang das Rückgrat der schnellen Textkommunikation gewesen sein, aber der Standard sieht sich einer wachsenden Konkurrenz durch alternative Nachrichtendienste gegenüber. Insbesondere in den westlichen Ländern werden datengestützte Clients immer beliebter und könnten den treuen alten SMS-Standard irgendwann in der Zukunft ablösen, auch wenn das wahrscheinlich noch eine ganze Weile dauern wird.