Global Mobil İletişim Sistemi (GSM), Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI) tarafından cep telefonları ve tabletler gibi mobil cihazlar tarafından kullanılan ikinci nesil (2G) dijital hücresel ağlara yönelik protokolleri açıklamak için geliştirilmiş bir standarttır. İlk olarak Aralık 1991’de Finlandiya’da konuşlandırıldı. 2010’ların ortalarında, %90’ın üzerinde pazar payına ulaşan ve 193’ten fazla ülke ve bölgede faaliyet gösteren mobil iletişim için küresel bir standart haline geldi.

Sayfa İçeriği

2G ağları, birinci nesil (1G) analog hücresel ağların yerini alacak şekilde geliştirildi. GSM standardı, orijinal olarak, tam çift yönlü sesli telefon için optimize edilmiş bir dijital, devre anahtarlamalı ağı tanımlıyordu. Bu, zaman içinde önce devre anahtarlamalı aktarımla, ardından Genel Paket Radyo Hizmeti (GPRS) aracılığıyla paket veri aktarımı ve GSM Evrimi için Gelişmiş Veri Hızları (EDGE) yoluyla veri iletişimini içerecek şekilde genişledi.

Daha sonra, 3GPP üçüncü nesil (3G) UMTS standartlarını, ardından dördüncü nesil (4G) LTE Advanced ve ETSI GSM standardının bir parçasını oluşturmayan beşinci nesil 5G standartlarını geliştirdi.

“GSM”, GSM Birliği’ne ait bir ticari markadır. Ayrıca (başlangıçta) kullanılan en yaygın ses codec bileşeni olan Full Rate’e de atıfta bulunabilir.

Şebekenin Avrupa çapında yaygın olarak kullanılmasının bir sonucu olarak, “GSM” kısaltması Fransa, Hollanda ve Belçika’da cep telefonları için genel bir terim olarak kısaca kullanılmıştır. Belçika’da çok sayıda insan hala bugüne kadar kullanıyor. Birçok taşıyıcı (Verizon gibi) 2022’de GSM ve CDMA’yı kapatacak.

Avrupalılar tarafından GSM için ilk geliştirme

1983 yılında, Avrupa Posta ve Telekomünikasyon İdareleri Konferansı (CEPT) Groupe Spécial Mobile (GSM) komitesini kurduğunda ve daha sonra Paris’te kalıcı bir teknik destek grubu sağladığında, dijital hücresel sesli telekomünikasyon için bir Avrupa standardı geliştirme çalışmaları başladı. Beş yıl sonra, 1987’de, 13 Avrupa ülkesinden 15 temsilci, Kopenhag’da Avrupa çapında ortak bir cep telefonu sistemi geliştirmek ve dağıtmak için bir mutabakat zaptı imzaladı ve zorunlu bir standart haline getirmek için AB kuralları kabul edildi. Bir kıta standardı geliştirme kararı, sonunda Birleşik Devletler’dekinden daha büyük olan birleşik, açık, standart tabanlı bir ağ ile sonuçlandı.

Şubat 1987’de Avrupa, kabul edilen ilk GSM Teknik Şartnamesini üretti. Dört büyük AB ülkesinden bakanlar, Mayıs ayında Küresel Bilgi Ağları Hakkında Bonn Deklarasyonu ile siyasi desteklerini pekiştirdiler ve GSM MoU Eylül ayında imzaya sunuldu. MoU, Avrupa’nın dört bir yanından mobil operatörleri yeni GSM şebekelerine iddialı bir ortak tarihe yatırım yapma sözü vermek için çekti.

38 haftalık bu kısa sürede, tüm Avrupa (ülkeler ve endüstriler) dört kamu görevlisinin rehberliğinde nadir bir birlik ve hızda GSM’nin arkasına getirildi: Armin Silberhorn (Almanya), Stephen Temple (İngiltere), Philippe Dupuis (Fransa) ve Renzo Failli (İtalya). 1989’da Groupe Spécial Mobile komitesi CEPT’den Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü’ne (ETSI) transfer edildi. IEEE/RSE, Thomas Haug ve Philippe Dupuis’e “ilk uluslararası mobil iletişim standardının geliştirilmesindeki liderlikleri ve ardından dünya çapında akıllı telefon veri iletişimine geçişi” nedeniyle 2018 James Clerk Maxwell madalyasını verdi. GSM (2G), 3G, 4G ve 5G’ye dönüştü.

İlk GSM Ağları

Paralel olarak Fransa ve Almanya 1984’te ortak bir geliştirme anlaşması imzaladı ve 1986’da İtalya ve İngiltere katıldı. 1986’da Avrupa Komisyonu 900 MHz spektrum bandını GSM için ayırmayı önerdi. Eski Finlandiya başbakanı Harri Holkeri, 1 Temmuz 1991’de Nokia ve Siemens tarafından kurulan ve Radiolinja tarafından işletilen bir şebekeyi kullanarak Kaarina Suonio’yu (Tampere belediye başkan yardımcısı) arayarak dünyanın ilk GSM aramasını yaptı. Ertesi yıl, ilk kısa mesaj servisi (SMS veya “metin mesajı”) mesajının gönderildiği görüldü ve Vodafone UK ve Telecom Finlandiya ilk uluslararası dolaşım anlaşmasını imzaladı.

Geliştirmeler

GSM standardını 1800 MHz frekans bandına genişletmek için 1991 yılında çalışmalar başladı ve ilk 1800 MHz şebekesi 1993 yılında DCS 1800 olarak adlandırılan Birleşik Krallık’ta faaliyete geçti. Yine aynı yıl Telekom Avustralya, şebekesini dışarıda kullanan ilk şebeke operatörü oldu. Avrupa ve ilk pratik cep telefonu kullanıma sunuldu.

1995 yılında faks, data ve SMS mesajlaşma servisleri ticari olarak kullanılmaya başlandı, ilk 1900 MHz şebekesi Amerika Birleşik Devletleri’nde faaliyete geçti ve dünya çapındaki aboneleri 10 milyonu aştı. Aynı yıl GSM Birliği kuruldu. Ön ödemeli SIM kartları 1996 yılında piyasaya sürüldü ve dünya çapındaki aboneler 1998’de 100 milyonu geçti.

2000 yılında ilk ticari GPRS hizmetleri başlatıldı ve ilk GPRS uyumlu ahizeler satışa sunuldu. 2001 yılında, GSM’nin parçası olmayan bir 3G teknolojisi olan ilk UMTS (W-CDMA) ağı piyasaya sürüldü. Dünya çapındaki GSM abone sayısı 500 milyonu aştı. 2002 yılında ilk Multimedya Mesaj Servisi (MMS) tanıtıldı ve 800 MHz frekans bandında ilk GSM şebekesi faaliyete geçti. EDGE servisleri ilk olarak 2003 yılında bir şebekede faaliyete geçmiş ve 2004 yılında dünya çapındaki abone sayısı 1 milyarı geçmiştir.

2005 yılına kadar GSM şebekeleri, dünya çapındaki hücresel şebeke pazarının %75’inden fazlasını oluşturuyor ve 1,5 milyar aboneye hizmet veriyordu. 2005 yılında, ilk HSDPA özellikli ağ da faaliyete geçti. İlk HSUPA ağı 2007’de başlatıldı. (Yüksek Hızlı Paket Erişimi (HSPA) ve yukarı bağlantı ve aşağı bağlantı sürümleri, GSM’nin bir parçası değil, 3G teknolojileridir.) 2008’de dünya çapındaki GSM aboneleri üç milyarı aştı.

Benimsemesi

GSM Birliği, 2011 yılında, GSM standardında tanımlanan teknolojilerin, 212’den fazla ülke ve bölgede 5 milyardan fazla insanı kapsayan mobil pazarın %80’ine hizmet ettiğini ve GSM’yi hücresel ağlar için birçok standarttan en yaygın olanı yaptığını tahmin ediyor.

GSM, Avrupa Telekomünikasyon Standartları Enstitüsü (ETSI) tarafından yayınlanan, zaman bölmeli çoklu erişim (TDMA) spektrum paylaşımını kullanan ikinci nesil (2G) bir standarttır. GSM standardı, 3G Evrensel Mobil Telekomünikasyon Sistemi (UMTS), kod bölmeli çoklu erişim (CDMA) teknolojisi veya 3GPP tarafından yayınlanan 4G LTE dikey frekans bölmeli çoklu erişim (OFDMA) teknolojisi standartlarını içermez.

GSM, ilk kez kablosuz ağlar için Avrupa için ortak bir standart belirledi. Avrupa dışındaki birçok ülke tarafından da benimsenmiştir. Bu, abonelerin birbirleriyle roaming anlaşması olan diğer GSM şebekelerini kullanmalarına izin verdi. Ortak standart, donanım ve yazılım yerel pazar için yalnızca küçük uyarlamalarla satılabildiğinden araştırma ve geliştirme maliyetlerini azalttı.

Sonlandırma

Avustralya’daki Telstra, bir GSM şebekesini devre dışı bırakan ilk mobil şebeke operatörü olan 2G şebekesini 1 Aralık 2016’da kapattı. Ağını kapatan ikinci mobil sağlayıcı (1 Ocak 2017’de) Amerika Birleşik Devletleri’nden AT&T Mobility oldu. Avustralya’daki Optus, 2G ağının kapatılmasını 1 Ağustos 2017’de tamamladı; Batı Avustralya ve Kuzey Bölgesi’ni kapsayan Optus ağının bir kısmı, yılın başlarında Nisan 2017’de kapatıldı. Singapur, 2G hizmetlerini Nisan ayında tamamen kapattı 2017.

Teknik detaylar

Ağ yapısı

Ağ birkaç ayrı bölüm halinde yapılandırılmıştır:

Baz istasyonu alt sistemi – baz istasyonları ve kontrolörleri
Ağ ve Anahtarlama Alt Sistemi – ağın sabit bir ağa en çok benzeyen kısmı, bazen sadece “çekirdek ağ” olarak adlandırılır
GPRS Çekirdek Ağı – paket tabanlı İnternet bağlantılarına izin veren isteğe bağlı kısım
Operasyon destek sistemi (OSS) – ağ bakımı

Baz İstasyonu Alt Sistemi

GSM bir hücresel ağ kullanır, yani cep telefonları yakın çevredeki hücreleri arayarak ona bağlanır. Şebekesinde beş farklı hücre boyutu vardır:

makro
mikro
piko
femto ve
şemsiye hücreler

Her hücrenin kapsama alanı, uygulama ortamına göre değişir. Makro hücreler, baz istasyonu anteninin bir direğe veya ortalama çatı seviyesinin üzerindeki bir binaya kurulduğu hücreler olarak kabul edilebilir. Mikro hücreler, anten yüksekliği ortalama çatı seviyesinin altında olan hücrelerdir; genellikle kentsel alanlarda konuşlandırılırlar. Pikoseller, kapsama çapı birkaç düzine metre olan küçük hücrelerdir; çoğunlukla iç mekanlarda kullanılırlar.

Femtocell’ler, konut veya küçük işletme ortamlarında kullanılmak üzere tasarlanmış hücrelerdir ve bir geniş bant internet bağlantısı aracılığıyla bir telekomünikasyon hizmet sağlayıcısının ağına bağlanır. Şemsiye hücreler, daha küçük hücrelerin gölgeli bölgelerini kapatmak ve bu hücreler arasındaki kapsama alanındaki boşlukları doldurmak için kullanılır.

Hücre yatay yarıçapı – anten yüksekliğine, anten kazancına ve yayılma koşullarına bağlı olarak – birkaç yüz metreden birkaç on kilometreye kadar değişir. GSM spesifikasyonunun pratik kullanımda desteklediği en uzun mesafe 35 kilometredir (22 mil). Ayrıca, anten sistemine, arazi tipine ve zamanlama ilerlemesine bağlı olarak hücre yarıçapının iki veya daha fazla olabileceği genişletilmiş hücre kavramının[20] birkaç uygulaması vardır.

GSM, radyo sinyallerini dış mekandaki bir antenden ayrı iç mekan dağıtılmış anten sistemine iletmek için iç mekan kapsama alanını destekler – bir iç mekan pikosel baz istasyonu veya güç bölücüler aracılığıyla beslenen dağıtılmış iç mekan antenleri olan bir iç mekan tekrarlayıcı kullanılarak elde edilebilir. Picocell’ler tipik olarak, alışveriş merkezlerinde veya havaalanlarında olduğu gibi iç mekanlarda önemli bir çağrı kapasitesine ihtiyaç duyulduğunda kullanılır. Bununla birlikte, bu bir ön koşul değildir, çünkü bina içi kapsama alanı, yakındaki herhangi bir hücreden gelen radyo sinyallerinin bina içi penetrasyonu ile de sağlanır.

GSM Taşıyıcı Frekansları

GSM ağları bir dizi farklı taşıyıcı frekans aralığında çalışır (2G için frekans aralıkları ve 3G için UMTS frekans bantları olarak ayrılır), çoğu 2G ağı 900 MHz veya 1800 MHz bantlarında çalışır. Bu bantların halihazırda tahsis edildiği yerlerde, bunun yerine 850 MHz ve 1900 MHz bantları kullanıldı (örneğin Kanada ve Amerika Birleşik Devletleri’nde). Nadir durumlarda, 400 ve 450 MHz frekans bantları bazı ülkelerde atanmıştır çünkü bunlar daha önce birinci nesil sistemler için kullanılmıştır.

Karşılaştırma için, Avrupa’daki çoğu 3G ağı 2100 MHz frekans bandında çalışır.

Operatör tarafından seçilen frekanstan bağımsız olarak, bireysel telefonlar için zaman dilimlerine bölünmüştür. Bu, radyo frekansı başına sekiz tam oranlı veya on altı yarım oranlı konuşma kanalına izin verir. Bu sekiz radyo zaman dilimi (veya patlama periyotları) bir TDMA çerçevesi içinde gruplandırılmıştır. Yarım oranlı kanallar, aynı zaman diliminde alternatif çerçeveler kullanır. 8 kanalın tümü için kanal veri hızı 270.833 kbit/s ve çerçeve süresi 4.615 ms’dir.

Ahizedeki iletim gücü, 850/900’de maksimum 2 watt ve 1800/1900’de 1 watt ile sınırlıdır.

Ses Kodekleri

GSM, 3,1 kHz sesi 7 ile 13 kbit/s arasında sıkıştırmak için çeşitli ses kodekleri kullandı. Başlangıçta, adlarını atandıkları veri kanalı türlerinden alan iki codec bileşeni, Half Rate (6.5 kbit/s) ve Full Rate (13 kbit/s) olarak adlandırıldı. Bunlar, doğrusal öngörücü kodlamaya (LPC) dayalı bir sistem kullandı. Bu kodekler, bit hızlarında verimli olmanın yanı sıra, sesin daha önemli kısımlarını tanımlamayı da kolaylaştırarak, hava arayüzü katmanının sinyalin bu kısımlarını önceliklendirmesine ve daha iyi korumasına izin verdi.

GSM, 1997’de tam oranlı bir kanal kullanan 12,2 kbit/s’lik bir kodek olan gelişmiş tam oranlı (EFR) kodek ile daha da geliştirildi. Son olarak, UMTS’nin geliştirilmesiyle birlikte, EFR, AMR-Dar Bant adı verilen ve tam hızlı kanallarda kullanıldığında yüksek kaliteli ve parazite karşı dayanıklı veya daha az sağlam ama yine de iyi kullanıldığında nispeten yüksek kaliteli olan değişken oranlı bir codec bileşenine yeniden düzenlendi.

Abone Kimlik Modülü (SIM) Nedir?

GSM’in en önemli özelliklerinden biri, yaygın olarak SIM kart olarak bilinen Abone Kimlik Modülüdür. SIM (Subscriber Identity Module), kullanıcının abonelik bilgilerini ve telefon rehberini içeren çıkarılabilir bir akıllı karttır. Bu, kullanıcının el cihazlarını değiştirdikten sonra bilgilerini saklamasını sağlar. Alternatif olarak, kullanıcı sadece SIM’i değiştirerek ahizeyi korurken operatörleri değiştirebilir.

Telefon Kilitleme

Bazen mobil şebeke operatörleri, sattıkları el cihazlarını kendi şebekelerinde özel kullanım için kısıtlar. Buna SIM kilitleme denir ve telefonun bir yazılım özelliği tarafından uygulanır. Bir abone genellikle bir ücret karşılığında kilidi kaldırmak için sağlayıcıyla iletişime geçebilir, kilidi kaldırmak için özel hizmetleri kullanabilir veya ahizenin kilidini açmak için yazılım ve web sitelerini kullanabilir. Şebeke operatörü tarafından kilitlenen bir telefonu hacklemek mümkündür.

Bazı ülke ve bölgelerde (örneğin, Bangladeş, Belçika, Brezilya, Kanada, Şili, Almanya, Hong Kong, Hindistan, İran, Lübnan, Malezya, Nepal, Norveç, Pakistan, Polonya, Singapur, Güney Afrika, Sri Lanka, Tayland) tümü Telefonlar, çift SIM’li ahizelerin ve operatörlerin bolluğu nedeniyle kilitsiz satılmaktadır.

GSM Güvenliği

GSM, güvenli bir kablosuz sistem olarak tasarlandı. Önceden paylaşılan bir anahtar, sorgulamaya yanıt ve kablosuz şifreleme kullanarak kullanıcı kimlik doğrulamasını dikkate almıştır. Ancak GSM, her biri ağın farklı bir bölümünü hedefleyen farklı türde saldırılara karşı savunmasızdır.

UMTS’nin geliştirilmesi, daha fazla güvenlik sağlamak için daha uzun bir kimlik doğrulama anahtarı kullanan ve aynı zamanda ağın ve kullanıcının kimliğini karşılıklı olarak doğrulayan isteğe bağlı bir Evrensel Abone Kimlik Modülü’nü (USIM) tanıttı; oysa GSM yalnızca kullanıcıyı ağda doğrular (ve yardımcısı değil). tersi). Bu nedenle güvenlik modeli, gizlilik ve kimlik doğrulama sunar, ancak sınırlı yetkilendirme yetenekleri sunar ve reddedilemezlik içermez.

GSM, güvenlik için birkaç şifreleme algoritması kullanır. A5/1, A5/2 ve A5/3 akış şifreleri, kablosuz ses gizliliğini sağlamak için kullanılır. A5/1 önce geliştirildi ve Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri’nde kullanılan daha güçlü bir algoritmadır; A5/2 daha zayıftır ve diğer ülkelerde kullanılır. Her iki algoritmada da ciddi zayıflıklar bulundu: A5/2’yi yalnızca şifreli metin saldırısıyla gerçek zamanlı olarak kırmak mümkündür ve Ocak 2007’de The Hacker’s Choice, izin veren FPGA’ları kullanma planlarıyla A5/1 kırma projesini başlattı. A5/1, bir gökkuşağı masa saldırısı ile kırılacak. Sistem birden fazla algoritmayı destekler, böylece operatörler bu şifreyi daha güçlü bir şifreyle değiştirebilir.

2000 yılından bu yana A5 şifreleme algoritmalarını kırmak için farklı çabalar sarf edildi. Hem A5/1 hem de A5/2 algoritmaları kırılmış ve kriptanalizleri literatürde ortaya çıkmıştır. Örnek olarak, Karsten Nohl bir dizi gökkuşağı tablosu (bir saldırıyı gerçekleştirmek için gereken süreyi azaltan statik değerler) geliştirdi ve bilinen düz metin saldırıları için yeni kaynaklar buldu. Açık kaynaklı bileşenlerden “tam bir GSM önleyicisi” inşa etmenin mümkün olduğunu, ancak yasal kaygılar nedeniyle bunu yapmadıklarını söyledi. Nohl, başka bir kullanıcının kimliğine bürünerek sesli posta dinlemek, arama yapmak veya çevrimiçi ücretsiz olarak sunulan yedi yıllık Motorola cep telefonu ve şifre çözme yazılımını kullanarak kısa mesaj göndermek suretiyle sesli ve yazılı konuşmaları engelleyebildiğini iddia etti.

GSM, web’de gezinme gibi veri iletimleri için Genel Paket Radyo Hizmeti’ni (GPRS) kullanır. En yaygın olarak kullanılan GPRS şifreleri, 2011’de halka açık bir şekilde kırıldı.

Araştırmacılar, yaygın olarak kullanılan GEA/1 ve GEA/2 (GPRS Şifreleme Algoritmaları 1 ve 2 anlamına gelir) şifrelerindeki kusurları ortaya çıkardılar ve GPRS ağlarını koklamak için açık kaynaklı “gprsdecode” yazılımını yayınladılar. Ayrıca, bazı taşıyıcıların, trafiğin veya hoşlanmadıkları protokollerin (ör. GEA/3’ün kırılması nispeten zor görünüyor ve bazı daha modern ağlarda kullanımda olduğu söyleniyor. Sahte baz istasyonlarına bağlantıları ve sürüm düşürme saldırılarını önlemek için USIM ile birlikte kullanılırsa, 128-bit GEA/4’e geçiş hala tavsiye edilse de kullanıcılar orta vadede korunacaktır.

GEA/1 ve GEA/2’nin (aynı zamanda GEA-1 ve GEA-2 olarak da yazılmıştır) ilk genel kriptanalizi 2021’de yapılmıştır. 64 bitlik bir anahtar kullanılmasına rağmen GEA-1 algoritmasının aslında yalnızca 40 bit veri sağladığı sonucuna varılmıştır. algoritmanın iki parçası arasındaki ilişki nedeniyle güvenlik. Araştırmacılar, kasıtlı değilse, bu ilişkinin gerçekleşmesinin pek olası olmadığını buldular. Bu, kriptografik programların ihracatına ilişkin Avrupa denetimlerini yerine getirmek için yapılmış olabilir.

Kaynak: