El Sistema Global para Comunicaciones Móviles ( GSM ) es un estándar desarrollado por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) para describir los protocolos para redes celulares digitales de segunda generación ( 2G ) utilizadas por dispositivos móviles como teléfonos móviles y tabletas. GSM también es una marca registrada propiedad de la Asociación GSM . [2] GSM también puede referirse al códec de voz de tarifa completa . [3]
Se implementó por primera vez en Finlandia en diciembre de 1991. [4] A mediados de la década de 2010, se convirtió en un estándar global para las comunicaciones móviles, logrando más del 90% de participación de mercado y operando en más de 193 países y territorios. [5]
Las redes 2G se desarrollaron como reemplazo de las redes celulares analógicas de primera generación ( 1G ). El estándar GSM describía originalmente una red digital de conmutación de circuitos optimizada para telefonía de voz full duplex . Esto se expandió con el tiempo para incluir comunicaciones de datos, primero mediante transporte con conmutación de circuitos , luego mediante transporte de datos en paquetes a través del Servicio general de radio por paquetes (GPRS) y velocidades de datos mejoradas para la evolución GSM (EDGE).
Posteriormente, el 3GPP desarrolló estándares UMTS de tercera generación ( 3G ) , seguidos de los estándares LTE Advanced de cuarta generación ( 4G ) y 5G de quinta generación , que no forman parte del estándar ETSI GSM.
A finales de la década de 2010, varios operadores de todo el mundo comenzaron a cerrar sus redes GSM. Sin embargo, como resultado del uso generalizado de la red, el acrónimo "GSM" todavía se utiliza como término genérico para la gran cantidad de tecnologías de telefonía móvil G que evolucionaron a partir de ella.
En 1983, se comenzó a trabajar para desarrollar un estándar europeo para las telecomunicaciones de voz celulares digitales cuando la Conferencia Europea de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones (CEPT) creó el comité del Groupe Spécial Mobile (GSM) y más tarde proporcionó un grupo de soporte técnico permanente con sede en París . Cinco años después, en 1987, 15 representantes de 13 países europeos firmaron un memorando de entendimiento en Copenhague para desarrollar e implementar un sistema telefónico celular común en toda Europa, y se aprobaron normas de la UE para hacer del GSM un estándar obligatorio. [6] La decisión de desarrollar un estándar continental finalmente resultó en una red unificada, abierta y basada en estándares que era más grande que la de los Estados Unidos. [7] [8] [9] [10]
En febrero de 1987, Europa elaboró la primera especificación técnica GSM acordada. Los ministros de los cuatro grandes países de la UE consolidaron su apoyo político al GSM con la Declaración de Bonn sobre Redes Globales de Información en mayo y el MoU del GSM fue presentado para su firma en septiembre. El MoU atrajo a operadores móviles de toda Europa para que se comprometieran a invertir en nuevas redes GSM en una fecha común ambiciosa.
En este breve período de 38 semanas, toda Europa (países e industrias) se había unido al GSM con una unidad y una velocidad poco comunes, guiadas por cuatro funcionarios públicos: Armin Silberhorn (Alemania), Stephen Temple (Reino Unido), Philippe Dupuis (Francia). y Renzo Failli (Italia). [11] En 1989, el comité del Groupe Spécial Mobile fue transferido de la CEPT al Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI). [8] [9] [10] El IEEE/RSE otorgó a Thomas Haug y Philippe Dupuis la medalla James Clerk Maxwell 2018 por su "liderazgo en el desarrollo del primer estándar internacional de comunicaciones móviles con la posterior evolución hacia la comunicación de datos de teléfonos inteligentes a nivel mundial". [12] El GSM (2G) ha evolucionado hacia 3G, 4G y 5G.
Paralelamente, Francia y Alemania firmaron un acuerdo de desarrollo conjunto en 1984 y se les unieron Italia y el Reino Unido en 1986. En 1986, la Comisión Europea propuso reservar la banda de espectro de 900 MHz para GSM. Durante mucho tiempo se creyó que el ex primer ministro finlandés Harri Holkeri realizó la primera llamada GSM del mundo el 1 de julio de 1991, llamando a Kaarina Suonio (teniente de alcalde de la ciudad de Tampere ) utilizando una red construida por Nokia y Siemens y operada por Radiolinja . [13] En 2021, un ex ingeniero de Nokia, Pekka Lonka, le reveló a Helsingin Sanomat que había realizado una llamada de prueba apenas un par de horas antes. "La primera llamada GSM del mundo la hice yo. Llamé a Marjo Jousinen, en Salo", informó Lonka. [14] El año siguiente se produjo el envío del primer servicio de mensajería corta (SMS o "mensaje de texto"), y Vodafone UK y Telecom Finland firmaron el primer acuerdo de roaming internacional .
En 1991 se empezó a trabajar para ampliar el estándar GSM a la banda de frecuencia de 1800 MHz y la primera red de 1800 MHz entró en funcionamiento en el Reino Unido en 1993, llamada DCS 1800. También ese año, Telstra se convirtió en el primer operador de red en implementar una red GSM fuera de Europa y apareció el primer teléfono móvil GSM práctico.
En 1995 se lanzaron comercialmente servicios de fax, datos y mensajería SMS, la primera red GSM de 1900 MHz entró en funcionamiento en los Estados Unidos y los suscriptores GSM en todo el mundo superaron los 10 millones. Ese mismo año se formó la Asociación GSM . Las tarjetas SIM GSM de prepago se lanzaron en 1996 y los suscriptores GSM en todo el mundo superaron los 100 millones en 1998. [9]
En 2000 se lanzaron los primeros servicios comerciales del Servicio general de radio por paquetes (GPRS) y estuvieron disponibles para la venta los primeros teléfonos compatibles con GPRS. En 2001 se lanzó la primera red UMTS (W-CDMA), una tecnología 3G que no forma parte de GSM. Los suscriptores de GSM en todo el mundo superaron los 500 millones. En 2002, se introdujo el primer servicio de mensajería multimedia (MMS) y entró en funcionamiento la primera red GSM en la banda de frecuencia de 800 MHz. Las tarifas de datos mejoradas para los servicios GSM Evolution (EDGE) comenzaron a funcionar en una red en 2003, y el número de suscriptores GSM en todo el mundo superó los mil millones en 2004. [9]
En 2005, las redes GSM representaban más del 75% del mercado mundial de redes celulares y prestaban servicios a 1.500 millones de suscriptores. En 2005, también entró en funcionamiento la primera red compatible con HSDPA . La primera red HSUPA se lanzó en 2007. ( El acceso a paquetes de alta velocidad (HSPA) y sus versiones de enlace ascendente y descendente son tecnologías 3G, no forman parte de GSM). Los suscriptores de GSM en todo el mundo superaron los tres mil millones en 2008. [9]
La Asociación GSM estimó en 2011 que las tecnologías definidas en el estándar GSM servían al 80% del mercado móvil, abarcando a más de 5 mil millones de personas en más de 212 países y territorios, lo que convierte al GSM en el más ubicuo de los muchos estándares para redes celulares. [15]
GSM es un estándar de segunda generación (2G) que emplea espectro compartido de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), emitido por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI). El estándar GSM no incluye el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) 3G, la tecnología de acceso múltiple por división de código (CDMA) ni los estándares de tecnología de acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA) 4G LTE emitidos por el 3GPP. [dieciséis]
GSM, por primera vez, estableció un estándar común para Europa para redes inalámbricas. También fue adoptado por muchos países fuera de Europa. Esto permitió a los suscriptores utilizar otras redes GSM que tienen acuerdos de roaming entre sí. El estándar común redujo los costos de investigación y desarrollo, ya que el hardware y el software podían venderse con sólo adaptaciones menores para el mercado local. [17]
Telstra en Australia cerró su red GSM 2G el 1 de diciembre de 2016, siendo el primer operador de red móvil en desmantelar una red GSM. [18] El segundo proveedor de telefonía móvil que cerró su red GSM (el 1 de enero de 2017) fue AT&T Mobility de Estados Unidos . [19] Optus en Australia completó el cierre de su red 2G GSM el 1 de agosto de 2017; parte de la red Optus GSM que cubre Australia Occidental y el Territorio del Norte se había cerrado a principios de año en abril de 2017. [20] Singapur cerró cerraron por completo los servicios 2G en abril de 2017. [21]
La red se estructura en varias secciones discretas:
GSM utiliza una red celular , lo que significa que los teléfonos móviles se conectan a ella buscando células en las inmediaciones. Hay cinco tamaños de celda diferentes en una red GSM:
El área de cobertura de cada celda varía según el entorno de implementación. Las macrocélulas pueden considerarse células en las que la antena de la estación base se instala en un mástil o en un edificio por encima del nivel medio del tejado. Las microceldas son células cuya altura de antena está por debajo del nivel promedio del tejado; Por lo general, se despliegan en áreas urbanas. Las picoceldas son pequeñas células cuyo diámetro de cobertura es de unas pocas decenas de metros; se utilizan principalmente en interiores. Las femtocélulas son células diseñadas para su uso en entornos residenciales o de pequeñas empresas y se conectan a la red de un proveedor de servicios de telecomunicaciones a través de una conexión a Internet de banda ancha . Las celdas paraguas se utilizan para cubrir regiones sombreadas de celdas más pequeñas y para llenar espacios en la cobertura entre esas celdas.
El radio horizontal de la celda varía (dependiendo de la altura de la antena, la ganancia de la antena y las condiciones de propagación ) desde unos cientos de metros hasta varias decenas de kilómetros. La distancia más larga que admite la especificación GSM en el uso práctico es de 35 kilómetros (22 millas). También existen varias implementaciones del concepto de celda extendida, [22] donde el radio de la celda podría ser el doble o incluso más, dependiendo del sistema de antena, el tipo de terreno y el avance del tiempo .
GSM admite cobertura interior, que se puede lograr mediante el uso de una estación base de picocelda interior o un repetidor interior con antenas interiores distribuidas alimentadas a través de divisores de potencia, para entregar las señales de radio desde una antena exterior al sistema de antena distribuida interior independiente. Las picoceldas normalmente se implementan cuando se necesita una capacidad de llamadas significativa en interiores, como en centros comerciales o aeropuertos. Sin embargo, esto no es un requisito previo, ya que la cobertura interior también se proporciona mediante la penetración en el interior del edificio de señales de radio de cualquier celda cercana.
Las redes GSM operan en varios rangos de frecuencia de operador diferentes (separados en rangos de frecuencia GSM para 2G y bandas de frecuencia UMTS para 3G), y la mayoría de las redes GSM 2G operan en las bandas de 900 MHz o 1800 MHz. Cuando estas bandas ya estaban asignadas, se utilizaron en su lugar las bandas de 850 MHz y 1900 MHz (por ejemplo, en Canadá y Estados Unidos). En casos excepcionales, en algunos países se asignan las bandas de frecuencia de 400 y 450 MHz porque anteriormente se utilizaban para sistemas de primera generación.
A modo de comparación, la mayoría de las redes 3G en Europa operan en la banda de frecuencia de 2100 MHz. Para obtener más información sobre el uso de frecuencia GSM en todo el mundo, consulte Bandas de frecuencia GSM .
Independientemente de la frecuencia seleccionada por un operador, se divide en franjas horarias para teléfonos individuales. Esto permite ocho canales de voz de velocidad completa o dieciséis de velocidad media por frecuencia de radio . Estos ocho intervalos de tiempo de radio (o períodos de ráfaga ) se agrupan en una trama TDMA . Los canales de media velocidad utilizan fotogramas alternativos en el mismo intervalo de tiempo. La velocidad de datos del canal para los 8 canales es 270,833 kbit/s y la duración de la trama es 4,615 ms. [23] El ruido TDMA es una interferencia que se puede escuchar en los altavoces cerca de un teléfono GSM que utiliza TDMA. [24]
La potencia de transmisión en el teléfono está limitada a un máximo de 2 vatios en GSM 850/900 y 1 vatio en GSM 1800/1900 .
GSM ha utilizado una variedad de códecs de voz para comprimir audio de 3,1 kHz entre 7 y 13 kbit/s. Originalmente se utilizaban dos códecs, denominados según el tipo de canal de datos al que estaban asignados, denominados Half Rate (6,5 kbit/s) y Full Rate (13 kbit/s). Estos utilizaron un sistema basado en codificación predictiva lineal (LPC). Además de ser eficientes con las tasas de bits , estos códecs también facilitaron la identificación de partes más importantes del audio, permitiendo que la capa de interfaz aérea priorice y proteja mejor estas partes de la señal. GSM se mejoró aún más en 1997 [25] con el códec de velocidad completa mejorado (EFR), un códec de 12,2 kbit/s que utiliza un canal de velocidad completa. Finalmente, con el desarrollo de UMTS , EFR se refactorizó en un códec de velocidad variable llamado AMR-Narrowband , que es de alta calidad y robusto contra interferencias cuando se usa en canales de velocidad completa, o menos robusto pero aún de calidad relativamente alta cuando se usa en buenas condiciones. condiciones de radio en el canal de media velocidad.
Una de las características clave de GSM es el Módulo de Identidad del Suscriptor , comúnmente conocido como tarjeta SIM . La SIM es una tarjeta inteligente desmontable [2] que contiene la información de suscripción y la guía telefónica del usuario. Esto permite a los usuarios conservar su información después de cambiar de teléfono. Alternativamente, los usuarios pueden cambiar de red o de identidad de red sin cambiar de teléfono, simplemente cambiando la tarjeta SIM.
A veces, los operadores de redes móviles restringen los teléfonos que venden para uso exclusivo en su propia red. Esto se llama bloqueo de SIM y se implementa mediante una función de software del teléfono. Por lo general, un suscriptor puede comunicarse con el proveedor para eliminar el bloqueo pagando una tarifa, utilizar servicios privados para eliminar el bloqueo o utilizar software y sitios web para desbloquear el teléfono ellos mismos. Es posible piratear un teléfono bloqueado por un operador de red.
En algunos países y regiones (por ejemplo, Brasil y Alemania ), todos los teléfonos se venden desbloqueados debido a la abundancia de operadores y teléfonos con doble SIM. [26]
GSM estaba destinado a ser un sistema inalámbrico seguro. Se ha considerado la autenticación del usuario mediante una clave precompartida y desafío-respuesta , y cifrado inalámbrico. Sin embargo, GSM es vulnerable a diferentes tipos de ataques, cada uno de ellos dirigido a una parte diferente de la red. [27]
Los resultados de la investigación indican que GSM se enfrenta a la susceptibilidad de ser pirateado por script kiddies , un término que se refiere a personas sin experiencia que utilizan hardware y software fácilmente disponibles. La vulnerabilidad surge de la accesibilidad de herramientas como un sintonizador de TV DVB-T, lo que representa una amenaza tanto para los usuarios móviles como para los de red. A pesar de que el término "script kiddies" implica una falta de habilidades sofisticadas, las consecuencias de sus ataques al GSM pueden ser graves y afectar la funcionalidad de las redes celulares . Dado que GSM sigue siendo la principal fuente de tecnología celular en numerosos países, es necesario abordar su susceptibilidad a posibles amenazas de ataques maliciosos. [28]
El desarrollo de UMTS introdujo un Módulo de Identidad de Suscriptor Universal (USIM) opcional , que utiliza una clave de autenticación más larga para brindar mayor seguridad, además de autenticar mutuamente a la red y al usuario, mientras que GSM solo autentica al usuario en la red (y no viceversa). viceversa). Por lo tanto, el modelo de seguridad ofrece confidencialidad y autenticación, pero capacidades de autorización limitadas y sin no repudio .
GSM utiliza varios algoritmos criptográficos por seguridad. Los cifrados de flujo A5/1 , A5/2 y A5/3 se utilizan para garantizar la privacidad de la voz inalámbrica. A5/1 se desarrolló primero y es un algoritmo más potente utilizado en Europa y Estados Unidos; A5/2 es más débil y se utiliza en otros países. Se han encontrado serias debilidades en ambos algoritmos: es posible romper A5/2 en tiempo real con un ataque de sólo texto cifrado , y en enero de 2007, The Hacker's Choice inició el proyecto de cracking A5/1 con planes de usar FPGA que permitan A5/1 se romperá con un ataque de mesa arcoíris . [29] El sistema admite múltiples algoritmos para que los operadores puedan reemplazar ese cifrado por uno más seguro.
Desde el año 2000, se han realizado diferentes esfuerzos para descifrar los algoritmos de cifrado A5. Tanto el algoritmo A5/1 como el A5/2 han sido rotos y su criptoanálisis ha sido revelado en la literatura. Como ejemplo, Karsten Nohl desarrolló una serie de tablas de arco iris (valores estáticos que reducen el tiempo necesario para llevar a cabo un ataque) y encontró nuevas fuentes para ataques de texto plano conocidos . [30] Dijo que es posible construir "un interceptor GSM completo ... a partir de componentes de código abierto", pero que no lo habían hecho debido a preocupaciones legales. [31] Nohl afirmó que podía interceptar conversaciones de voz y texto haciéndose pasar por otro usuario para escuchar el correo de voz , hacer llamadas o enviar mensajes de texto utilizando un teléfono celular Motorola de siete años y un software de descifrado disponible de forma gratuita en línea. [32]
GSM utiliza el Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS) para transmisiones de datos como navegar por la web. Los cifrados GPRS más utilizados se descifraron públicamente en 2011. [33]
Los investigadores revelaron fallas en los cifrados GEA/1 y GEA/2 (que significan algoritmos de cifrado GPRS 1 y 2) de uso común y publicaron el software de código abierto "gprsdecode" para rastrear redes GPRS. También señalaron que algunos operadores no cifran los datos (es decir, utilizan GEA/0) para detectar el uso de tráfico o protocolos que no les gustan (por ejemplo, Skype ), dejando a los clientes desprotegidos. GEA/3 parece seguir siendo relativamente difícil de descifrar y se dice que se utiliza en algunas redes más modernas. Si se usa con USIM para evitar conexiones a estaciones base falsas y ataques de degradación , los usuarios estarán protegidos en el mediano plazo, aunque aún se recomienda la migración a GEA/4 de 128 bits.
El primer criptoanálisis público de GEA/1 y GEA/2 (también escritos GEA-1 y GEA-2) se realizó en 2021. Concluyó que, aunque utiliza una clave de 64 bits, el algoritmo GEA-1 en realidad proporciona solo 40 bits de seguridad, debido a una relación entre dos partes del algoritmo. Los investigadores descubrieron que era muy poco probable que esta relación hubiera ocurrido si no hubiera sido intencional. Es posible que esto se haya hecho para cumplir con los controles europeos sobre la exportación de programas criptográficos. [34] [35] [36]
Los sistemas y servicios GSM se describen en un conjunto de estándares regidos por ETSI , donde se mantiene una lista completa. [37]
Existen varios proyectos de software de código abierto que proporcionan determinadas funciones GSM: [38]
Las patentes siguen siendo un problema para cualquier implementación GSM de código abierto, porque no es posible para GNU o cualquier otro distribuidor de software libre garantizar inmunidad frente a todas las demandas de los titulares de las patentes contra los usuarios. Además, constantemente se añaden nuevas características al estándar, lo que significa que tienen protección de patente durante varios años. [ cita necesaria ]
Las implementaciones GSM originales de 1991 pueden estar ahora completamente libres de gravámenes de patentes; sin embargo, la libertad de patentes no es segura debido al sistema de "primeros en inventar" de los Estados Unidos que estuvo vigente hasta 2012. El sistema de "primeros en inventar", junto con El "ajuste de la duración de la patente" puede extender la vida de una patente estadounidense mucho más allá de los 20 años a partir de su fecha de prioridad. No está claro en este momento si OpenBTS podrá implementar características de esa especificación inicial sin límite. Sin embargo, a medida que las patentes caduquen, esas características se pueden agregar a la versión de código abierto. Hasta 2011 [actualizar], no ha habido demandas contra los usuarios de OpenBTS por el uso de GSM. [ cita necesaria ]
[...] esto es lo que [Yngve Zetterstrom, relator del grupo de Marketing y Planificación (MP) del MoU (grupo de Memorando de Entendimiento, que luego se convertiría en la Asociación GSM (GSMA)) en 1989] tuvo que decir para resolver el misterio : '[Los puntos simbolizan] tres [clientes] en la red doméstica y un cliente itinerante.' Ahí lo tienes, ¡una respuesta de la fuente principal!
Antes del GSM, Europa tenía una mezcolanza desastrosa de estándares analógicos nacionales en teléfonos y televisión, diseñados para proteger las industrias nacionales pero que en cambio creaban mercados fragmentados y vulnerables a los peces gordos del exterior.
GSM fue diseñado principalmente para telefonía de voz, pero se definió una gama de servicios portadores... que permitían conexiones de datos con conmutación de circuitos de hasta 9600 bits/s.
1982 La Confederación Europea de Correos y Telecomunicaciones (CEPT) forma el Groupe Speciale Mobile (GSM) para diseñar una tecnología móvil paneuropea.
La tarea fue confiada a un comité conocido como Groupe Spécial Mobile (GSMTM), ayudado por un "núcleo permanente" de personal de soporte técnico, con sede en París.
Antes del GSM, Europa tenía una mezcolanza desastrosa de estándares analógicos nacionales en teléfonos y televisión, diseñados para proteger las industrias nacionales pero que en cambio creaban mercados fragmentados y vulnerables a los peces gordos del exterior.
Harri Holkeri realizó la primera llamada a la red Radiolinja (filial de Elisa), en la ceremonia de inauguración en Helsinki el 01.07.1991.
Tasan 30 vuotta sitten Esplanadin puistossa tehtiin historiaa.
Kulisseissa vaikutti Nokian nykyinen toimitusjohtaja Pekka Lundmark.
Hän uskoo, että seuraava muros kestää ainakin 10 vuotta.
Nohl dijo que pudo interceptar conversaciones de voz y texto haciéndose pasar por otro usuario para escuchar sus mensajes de voz o hacer llamadas o enviar mensajes de texto.
Aún más preocupante fue que pudo lograrlo utilizando un teléfono celular Motorola de siete años de antigüedad y un software de descifrado disponible gratuitamente en Internet.
