GSM - GSM

GSM
GSM Association
Industri telekommunikasjon
Grunnlagt Desember 1991
Etterfølger 3G Rediger dette på Wikidata
Hovedkvarter Finland
Området servert
Verdensomspennende
Produkter digitale mobilnett
Nettsted www .gsma .com

GSM -logoen brukes til å identifisere kompatible enheter og utstyr. Prikkene symboliserer tre klienter i hjemmenettverket og en roamingklient.

Den Global System for Mobile Communications ( GSM ) er en standard som er utviklet ved den European Telecommunications Standards Institute (ETSI) for å beskrive de protokoller for andre-generasjons ( 2G ) digitale mobiltelefonnett som brukes av mobile enheter slik som mobiltelefoner og tabletter. Den ble først distribuert i Finland i desember 1991. På midten av 2010-tallet ble den en global standard for mobilkommunikasjon som oppnådde over 90% markedsandel og opererte i over 193 land og territorier.

2G -nettverk utviklet som erstatning for første generasjons ( 1G ) analoge mobilnett. GSM-standarden opprinnelig beskrevet et digitalt, linjesvitsjede nettverk som er optimalisert for full dupleks taletelefoni . Dette utvidet seg over tid til å omfatte datakommunikasjon, først ved kretsomkoblet transport , deretter med pakkedatatransport via General Packet Radio Service (GPRS), og forbedrede datarater for GSM Evolution (EDGE).

Deretter utviklet 3GPP tredje generasjons ( 3G ) UMTS- standarder, etterfulgt av fjerde generasjon ( 4G ) LTE Advanced og femte generasjon 5G- standarder, som ikke er en del av ETSI GSM-standarden.

"GSM" er et varemerke som eies av GSM Association . Det kan også referere til den (opprinnelig) mest vanlige stemmekodeken som brukes, Full Rate .

Som et resultat av nettverkets utbredte bruk over hele Europa ble forkortelsen "GSM" kort brukt som et generisk begrep for mobiltelefoner i Frankrike, Nederland og i Belgia . Et stort antall mennesker i Belgia bruker det fremdeles til dags dato. Mange operatører (som versjon) vil stenge GSM og CDMA i 2022.

Historie

Innledende utvikling for GSM av europeere

Dupuis og Haug under et GSM -møte i Belgia, april 1992

I 1983 begynte arbeidet med å utvikle en europeisk standard for digital mobil teletekommunikasjon da European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT) opprettet Groupe Spécial Mobile (GSM) -komiteen og senere ga en permanent teknisk supportgruppe med base i Paris . Fem år senere, i 1987, undertegnet 15 representanter fra 13 europeiske land en avtale om avtale i København for å utvikle og distribuere et felles mobiltelefonsystem over hele Europa, og EU -regler ble vedtatt for å gjøre GSM til en obligatorisk standard. Beslutningen om å utvikle en kontinental standard resulterte til slutt i et enhetlig, åpent, standardbasert nettverk som var større enn det i USA.

I februar 1987 produserte Europa den første avtalte tekniske spesifikasjonen for GSM. Ministre fra de fire store EU -landene sementerte sin politiske støtte til GSM med Bonn -erklæringen om globale informasjonsnettverk i mai, og GSM -avtalen ble lagt fram for signering i september. I avtalen trakk mobiloperatører fra hele Europa for å love å investere i nye GSM -nettverk til en ambisiøs felles dato.

I denne korte 38-ukers perioden hadde hele Europa (land og næringer) blitt brakt bak GSM i en sjelden enhet og hastighet ledet av fire offentlige tjenestemenn: Armin Silberhorn (Tyskland), Stephen Temple (Storbritannia), Philippe Dupuis (Frankrike) og Renzo Failli (Italia). I 1989 ble Groupe Spécial Mobile -komiteen overført fra CEPT til European Telecommunications Standards Institute (ETSI). IEEE/RSE tildelte Thomas Haug og Philippe Dupuis James Clerk Maxwell -medaljen 2018 for deres "lederskap i utviklingen av den første internasjonale mobilkommunikasjonsstandarden med påfølgende utvikling til verdensomspennende smarttelefonkommunikasjon". GSM (2G) har utviklet seg til 3G, 4G og 5G.

De første nettverkene

Prototype GSM -telefoner fra 1991
Prototype GSM -telefoner

Parallelt inngikk Frankrike og Tyskland en felles utviklingsavtale i 1984 og fikk selskap av Italia og Storbritannia i 1986. I 1986 foreslo Europakommisjonen å reservere 900 MHz spektrumbåndet til GSM. Den tidligere finske statsministeren Harri Holkeri foretok verdens første GSM -samtale 1. juli 1991, og ringte Kaarina Suonio (varaordfører i byen Tampere ) ved hjelp av et nettverk bygget av Nokia og Siemens og drevet av Radiolinja . Året etter ble den første SMS -en (SMS eller "tekstmelding") sendt, og Vodafone UK og Telecom Finland signerte den første internasjonale roamingavtalen .

Forbedringer

Arbeidet begynte i 1991 med å utvide GSM -standarden til 1800 MHz frekvensbåndet, og det første 1800 MHz -nettet ble operativt i Storbritannia i 1993, kalt og DCS 1800. Også det året ble Telecom Australia den første nettoperatøren som distribuerte et GSM -nettverk utenfor Europa og den første praktiske håndholdte GSM -mobiltelefonen ble tilgjengelig.

I 1995 ble faks-, data- og SMS -meldingstjenester lansert kommersielt, det første 1900 MHz GSM -nettverket ble operativt i USA og GSM -abonnenter over hele verden oversteg 10 millioner. Samme år dannet GSM Association . Forhåndsbetalte GSM-SIM-kort ble lansert i 1996 og GSM-abonnenter over hele verden passerte 100 millioner i 1998.

I 2000 ble de første kommersielle GPRS- tjenestene lansert, og de første GPRS-kompatible telefonene ble tilgjengelig for salg. I 2001 ble det første UMTS (W-CDMA) nettverket lansert, en 3G-teknologi som ikke er en del av GSM. GSM -abonnenter over hele verden oversteg 500 millioner. I 2002 ble den første Multimedia Messaging Service (MMS) introdusert, og det første GSM -nettverket i 800 MHz frekvensbåndet ble operativt. EDGE -tjenester ble først operative i et nettverk i 2003, og antallet verdensomspennende GSM -abonnenter oversteg 1 milliard i 2004.

I 2005 utgjorde GSM -nettverk mer enn 75% av det globale mobilnettmarkedet, og betjente 1,5 milliarder abonnenter. I 2005 ble det første HSDPA -kapable nettverket også operativt. Det første HSUPA- nettverket ble lansert i 2007. (High-Speed ​​Packet Access (HSPA) og dets opp- og nedlink-versjoner er 3G-teknologier, ikke en del av GSM.) GSM-abonnenter over hele verden oversteg tre milliarder i 2008.

Adopsjon

Den GSM Association anslo i 2011 at teknologiene som er definert i GSM-standarden servert 80% av det mobile markedet, som omfatter mer enn 5 milliarder mennesker over mer enn 212 land og territorier, noe GSM den mest utbredte av de mange standarder for mobilnettverk.

GSM er en andregenerasjons (2G) standard som bruker time-division multiple-access (TDMA) spektrumdeling, utstedt av European Telecommunications Standards Institute (ETSI). GSM-standarden inkluderer ikke 3G Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), code-division multiple access (CDMA) teknologi, eller 4G LTE ortogonale frekvensdelings multiple access (OFDMA) teknologi standarder utstedt av 3GPP.

GSM satte for første gang en felles standard for Europa for trådløse nettverk. Det ble også adoptert av mange land utenfor Europa. Dette tillot abonnenter å bruke andre GSM -nettverk som har roamingavtaler med hverandre. Den vanlige standarden reduserte forsknings- og utviklingskostnader, siden maskinvare og programvare bare kunne selges med mindre tilpasninger for det lokale markedet.

Avvikling

Telstra i Australia stengte sitt 2G GSM -nett 1. desember 2016, den første mobilnettoperatøren som avviklet et GSM -nett. Den andre mobilleverandøren som stengte sitt GSM -nettverk (1. januar 2017) var AT&T Mobility fra USA . Optus i Australia fullførte nedleggelsen av sitt 2G GSM -nettverk 1. august 2017, en del av Optus GSM -nettverket som dekker Vest -Australia og Northern Territory hadde tidligere på året blitt stengt i april 2017. Singapore stengte 2G -tjenester helt i april 2017 . Den siste GSM -banken på nettet ble fjernet i 2020 fra IES El Puig. Det hadde blitt utviklet i 2018 av fem spanske studenter.

Tekniske detaljer

Strukturen til et GSM -nettverk

Nettverksstruktur

Nettverket er strukturert i flere diskrete seksjoner:

Basestasjonsundersystem

GSM bruker et mobilnettverk , noe som betyr at mobiltelefoner kobles til det ved å søke etter celler i umiddelbar nærhet. Det er fem forskjellige cellestørrelser i et GSM -nettverk:

Dekningsområdet for hver celle varierer i henhold til implementeringsmiljøet. Makro celler kan betraktes som celler hvor basestasjonen antenne er montert på en mast eller en bygning over gjennomsnittlig nivå på taket. Mikroceller er celler hvis antennehøyde er under gjennomsnittlig taknivå; de er vanligvis distribuert i urbane områder. Picoceller er små celler hvis dekningsdiameter er noen få dusin meter; de brukes hovedsakelig innendørs. Femtoceller er celler designet for bruk i bolig- eller småbedriftsmiljøer og kobles til et telekommunikasjonstjenesteleverandørs nettverk via en bredbånd-internettforbindelse . Paraplyceller brukes til å dekke skyggelagte områder av mindre celler og for å fylle ut hull i dekningen mellom disse cellene.

Cellens horisontale radius varierer - avhengig av antennehøyde, antenneforsterkning og forplantningsforhold - fra et par hundre meter til flere titalls kilometer. Den lengste distansen GSM -spesifikasjonen støtter i praktisk bruk er 35 kilometer. Det er også flere implementeringer av konseptet med en utvidet celle, der cellens radius kan være dobbel eller enda mer, avhengig av antennesystemet, terrengtypen og tidsfremgang .

GSM støtter innendørs dekning - oppnåelig ved å bruke en innendørs picocell -basestasjon, eller en innendørs repeater med distribuerte innendørs antenner matet gjennom strømdelere - for å levere radiosignalene fra en antenne utendørs til det separate innendørs distribuerte antennesystemet. Picoceller blir vanligvis distribuert når det er nødvendig med betydelig samtalekapasitet innendørs, som på kjøpesentre eller flyplasser. Dette er imidlertid ikke en forutsetning, siden innendørs dekning også tilbys av innebygd penetrering av radiosignaler fra en celle i nærheten.

GSM -operatørfrekvenser

GSM -nett opererer i en rekke forskjellige bærefrekvensområder (delt inn i GSM frekvensområder for 2G og UMTS frekvensbånd for 3G), med de fleste 2G GSM nettverk som opererer i 900 MHz eller 1800 MHz bånd. Der disse båndene allerede var tildelt, ble 850 MHz og 1900 MHz båndene brukt i stedet (for eksempel i Canada og USA). I sjeldne tilfeller er 400 og 450 MHz frekvensbånd tilordnet i noen land fordi de tidligere ble brukt til førstegenerasjons systemer.

Til sammenligning opererer de fleste 3G -nett i Europa i frekvensbåndet 2100 MHz. For mer informasjon om verdensomspennende GSM -frekvensbruk, se GSM -frekvensbånd .

Uavhengig av frekvensen som er valgt av en operatør, er den delt inn i tidsluker for individuelle telefoner. Dette tillater åtte fullfrekvente eller seksten halvfrekvente talekanaler per radiofrekvens . Disse åtte radiotidspunktene (eller burst -periodene) er gruppert i en TDMA -ramme. Halvfrekvenskanaler bruker alternative rammer i samme tidsluke. Kanaldatahastigheten for alle 8 kanalene er 270,833 kbit/s, og bildelengden er 4,615 ms.

Overføringseffekten i håndsettet er begrenset til maksimalt 2 watt i GSM 850/900 og 1 watt i GSM 1800/1900 .

Stemmekodeker

GSM har brukt en rekke av talekodeker å presse 3,1 kHz audio til mellom 7 og 13 kbit / s. Opprinnelig ble to kodeker, oppkalt etter typer datakanaler de ble tildelt, kalt Half Rate (6,5 kbit/s) og Full Rate (13 kbit/s). Disse brukte et system basert på lineær prediktiv koding (LPC). I tillegg til å være effektive med bithastigheter , gjorde disse kodekene det også lettere å identifisere flere viktige deler av lyden, slik at luftgrensesnittlaget kunne prioritere og bedre beskytte disse delene av signalet. GSM ble ytterligere forbedret i 1997 med den forbedrede fullhastighetskoden (EFR), en kodek på 12,2 kbit/s som bruker en kanal med full hastighet. Til slutt, med utviklingen av UMTS , ble EFR omarbeidet til en kodek med variabel hastighet kalt AMR-Narrowband , som er høy kvalitet og robust mot forstyrrelser når den brukes på full-rate kanaler, eller mindre robust, men fortsatt relativt høy kvalitet når den brukes i god radioforhold på halvtakskanal.

Abonnentidentitetsmodul (SIM)

En nano -sim som brukes i mobiltelefoner

En av hovedfunksjonene i GSM er Subscriber Identity Module , ofte kjent som et SIM -kort . SIM -kortet er et avtakbart smartkort som inneholder brukerens abonnementsinformasjon og telefonbok. Dette gjør at brukeren kan beholde informasjonen etter å ha byttet håndsett. Alternativt kan brukeren bytte operatør mens telefonen beholder telefonen ved å bytte SIM -kort.

Telefonlås

Noen ganger begrenser mobilnettoperatører telefoner de selger for eksklusiv bruk i sitt eget nettverk. Dette kalles SIM -låsing og er implementert av en programvarefunksjon på telefonen. En abonnent kan vanligvis kontakte leverandøren for å fjerne låsen mot et gebyr, bruke private tjenester for å fjerne låsen, eller bruke programvare og nettsteder for å låse opp håndsettet selv. Det er mulig å hacke forbi en telefon låst av en nettverksoperatør.

I noen land og regioner (f.eks. Bangladesh , Belgia , Brasil , Canada , Chile , Tyskland , Hong Kong , India , Iran , Libanon , Malaysia , Nepal , Norge , Pakistan , Polen , Singapore , Sør -Afrika , Sri Lanka , Thailand ) alle telefoner selges ulåst på grunn av overflod av doble SIM -telefoner og operatører.

GSM -sikkerhet

GSM var ment å være et sikkert trådløst system. Den har vurdert brukerautentisering ved å bruke en forhåndsdelt nøkkel og utfordringsrespons og over-the-air-kryptering. Imidlertid er GSM sårbar for forskjellige typer angrep, hver av dem rettet mot en annen del av nettverket.

Utviklingen av UMTS introduserte en valgfri Universal Subscriber Identity Module (USIM), som bruker en lengre autentiseringsnøkkel for å gi større sikkerhet, samt gjensidig autentisering av nettverket og brukeren, mens GSM bare autentiserer brukeren til nettverket (og ikke vice versa). Sikkerhetsmodellen tilbyr derfor konfidensialitet og autentisering, men begrensede autorisasjonskapasiteter og ingen ikke-avvisning .

GSM bruker flere kryptografiske algoritmer for sikkerhet. Den A5 / 1 , A5 / 2 , og A5 / 3 flytchiffer blir brukt for å sikre over-the-air tale privatliv. A5/1 ble først utviklet og er en sterkere algoritme som brukes i Europa og USA; A5/2 er svakere og brukes i andre land. Det er funnet alvorlige svakheter i begge algoritmene: det er mulig å bryte A5/2 i sanntid med et kryptert tekstangrep , og i januar 2007 startet The Hacker's Choice A5/1-sprekkprosjektet med planer om å bruke FPGAer som tillater A5/1 skal brytes med et regnbuebordangrep . Systemet støtter flere algoritmer, slik at operatører kan erstatte krypteringen med en sterkere.

Siden 2000 har det blitt gjort forskjellige anstrengelser for å knekke A5 -krypteringsalgoritmene. Både A5/1 og A5/2 algoritmer har blitt brutt, og deres kryptanalyse har blitt avslørt i litteraturen. Som et eksempel utviklet Karsten Nohl en rekke regnbue -tabeller (statiske verdier som reduserer tiden det tar å utføre et angrep) og har funnet nye kilder for kjente klartekstangrep . Han sa at det er mulig å bygge "en full GSM-interceptor ... fra åpen kildekode-komponenter", men at de ikke hadde gjort det på grunn av juridiske bekymringer. Nohl hevdet at han var i stand til å fange opp tale- og tekstsamtaler ved å etterligne en annen bruker for å lytte til telefonsvarer , ringe eller sende tekstmeldinger ved hjelp av en syv år gammel Motorola- mobiltelefon og dekrypteringsprogramvare tilgjengelig gratis online.

GSM bruker General Packet Radio Service (GPRS) for dataoverføringer som å surfe på nettet. De mest brukte GPRS -chifferne ble offentlig ødelagt i 2011.

Forskerne avslørte feil i den ofte brukte GEA/1 og GEA/2 (står for GPRS-krypteringsalgoritmer 1 og 2) -kiffer og publiserte "gprsdecode" -programvaren med åpen kildekode for å snuse GPRS-nettverk. De bemerket også at noen operatører ikke krypterer dataene (dvs. bruker GEA/0) for å oppdage bruk av trafikk eller protokoller de ikke liker (f.eks. Skype ), og etterlate kundene ubeskyttet. GEA/3 ser ut til å forbli relativt vanskelig å bryte og sies å være i bruk på noen mer moderne nettverk. Hvis den brukes med USIM for å forhindre tilkoblinger til falske basestasjoner og nedgraderingsangrep , vil brukerne bli beskyttet på mellomlang sikt, selv om migrering til 128-biters GEA/4 fortsatt anbefales.

Den første offentlige kryptanalysen av GEA/1 og GEA/2 (også skrevet GEA-1 og GEA-2) ble utført i 2021. Den konkluderte med at selv om man bruker en 64-biters nøkkel, gir GEA-1-algoritmen faktisk bare 40 biter sikkerhet, på grunn av et forhold mellom to deler av algoritmen. Forskerne fant at dette forholdet var svært lite sannsynlig å ha skjedd hvis det ikke var med vilje. Dette kan ha blitt gjort for å tilfredsstille europeisk kontroll med eksport av kryptografiske programmer.

Informasjon om standarder

GSM -systemene og -tjenestene er beskrevet i et sett med standarder som styres av ETSI , der en fullstendig liste opprettholdes.

GSM programvare med åpen kildekode

Det finnes flere programvareprosjekter med åpen kildekode som gir visse GSM -funksjoner:

Problemer med patenter og åpen kildekode

Patenter er fortsatt et problem for enhver åpen kildekode GSM-implementering, fordi det ikke er mulig for GNU eller noen annen gratis programvaredistributør å garantere immunitet mot alle søksmål fra patentinnehaverne mot brukerne. Videre legges det hele tiden til nye funksjoner i standarden, noe som betyr at de har patentbeskyttelse i en årrekke.

De opprinnelige GSM -implementeringene fra 1991 kan nå være helt fri for patentheft, men patentfrihet er ikke sikker på grunn av USAs "først oppfinner" -system som var på plass til 2012. "Først oppfinner" -systemet, kombinert med "patentperiodejustering" kan forlenge levetiden til et amerikansk patent langt utover 20 år fra prioritetsdatoen. Det er foreløpig uklart om OpenBTS vil kunne implementere funksjoner i den opprinnelige spesifikasjonen uten grenser. Etter hvert som patenter utløper, kan disse funksjonene imidlertid legges til i åpen kildekode-versjon. Fra 2011 har det ikke vært søksmål mot brukere av OpenBTS om bruk av GSM.

Se også

Referanser

Videre lesning

  • Redl, Siegmund M .; Weber, Matthias K .; Oliphant, Malcolm W (februar 1995). En introduksjon til GSM . Artech House. ISBN 978-0-89006-785-7.
  • Redl, Siegmund M .; Weber, Matthias K .; Oliphant, Malcolm W (april 1998). GSM og personlig kommunikasjonshåndbok . Artech House Mobile Communications Library. Artech House. ISBN 978-0-89006-957-8.
  • Hillebrand, Friedhelm, red. (Desember 2001). GSM og UMTS, The Creation of Global Mobile Communications . John Wiley & Sons. ISBN 978-0-470-84322-2.
  • Mouly, Michel; Pautet, Marie-Bernardette (juni 2002). GSM -systemet for mobilkommunikasjon . Telecom Publishing. ISBN 978-0-945592-15-0.
  • Salgues, Salgues B. (april 1997). Les télécoms mobiler GSM DCS . Hermes (2. utg.). Hermes Sciences Publications. ISBN 978-2866016067.

Eksterne linker