ARCHITETTURA DI UN SISTEMA GSM

Il sistema GSM è una rete modulare con interfacce standard tra i vari di-spositivi al fine di consentire ad ogni operatore di poter utilizzare ed adattare gli apparecchi di ogni produttore. Nella seguente figura è schematizzata l’architettura della rete e le sue interfacce.

Una rete GSM é composta di numerose entità funzionali che possono essere raggruppate in quattro sottosistemi:

·         La Stazione Mobile (Mobile Station) é il terminale mobile usato dall'abbonato.

·          La Stazione Base (Base Station Subsystem) controlla la trasmissione radio con il terminale.

·          Il Sottosistema di rete (Network Subsystem), la cui parte principale é il Centro di Commutazione (Mobile services Switching Center) realizza la connessione tra l'utente della rete mobile e gli utenti delle altre reti, fisse o mobili.

·         Il Sottosistema di esercizio e manutenzione (Operation and Support Subsy-stem) sovrintende al corretto funzionamento e settaggio della rete.

La comunicazione tra le diverse entità del sistema GSM è assicurata da specifiche interfacce. La possibilità di effettuare il roaming, cioè di potersi spostare liberamente sul territorio servito dal proprio gestore, ed anche su quello servito dagli altri gestori delle nazioni che aderiscono al GSM, richiede di memorizzare in un database la posizione degli utenti ed aggiornarla man mano che questi si spostano. A tal scopo l'area geografica di servizio del sistema GSM è sud-divisa gerarchicamente in diverse aree, dette Network service areas. Un operatore GSM è quindi sempre in grado di conoscere la posizione di ciascun suo abbonato. A, A-bis, Um, B, C, D,E, F, G, H, I, O  sono le interfacce che consentono la comunicazione tra i vari dispositivi del sistema.

1) Mobile Station (stazione mobile): è l’apparecchio che l’utente utilizza per accedere al sistema GSM ed è costituito da un terminale mobile (Mobi-le equipment - ME) e da una smart-card intelligente chiamata SIM (Subscriber Identity Module) che contiene i dati specifici dell’utente. Il terminale mobile è univocamente identificato dall’IMEI (International Mobi-le Equipment Identity) che il costruttore stampa sul terminale stesso, ha una lunghezza di 15 cifre  ed è strutturato nel seguente modo:

IMEI  =   TAC / FAC / SNR / sp

dove:

TAC Type Approval Code, fornito da un’autorità centrale del GSM, identifica il corpo base del terminale, il modello ( 6 cifre)

FAC Final Assembly Code, identifica il luogo di costruzione o assem-blaggio finale ( 2 cifre)

SNR Serial Number, numero di serie ( 6 cifre)

sp   cifra supplementare di riserva ( 1 cifra)

I terminali ME GSM 900 contengono l’hardware ed il software specifico dell’interfaccia radio e vengono suddivisi in cinque classi in base alla potenza massima con cui possono trasmettere sul canale radio seconda la seguente tabella:

Inoltre essi possono variare la potenza di emissione in modo dinamico su 15 livelli (Dynamic Power Control) per mantenere un'ottima qualità di tra-smissione limitando al massimo le interferenze cocanale ed i consumi.

I terminali mobili ME DCS1800 hanno livelli di potenza più bassi in quanto tale sistema prevede una dimensione delle celle inferiore e pertanto il terminale può trasmettere con potenze più basse data la relativa vicinanza al trasmettitore di cella.

2)   Sim Card ( Subscriber Identity Module - Card): Contiene una memoria seriale nella quale possono essere memorizzate diverse informazioni ed un microprocessore in grado di eseguire alcuni algoritmi di cifratura. Le possi-bilità di queste card possono variare notevolmente da operatore ad opera-tore ma principalmente contiene le seguenti informazioni:

·       International Mobile Subscriber Identity (codice per l’identificazione dell’u-tente) (IMSI) – è un numero unico assegnato a ciascun utente all’interno della rete GSM ed individua univocamente ciascun utente su base interna-zionale. Identifica l’utente ed il tipo di abbonamento sottoscritto e viene utilizzato per scopi interni ai fini dell’accesso, identificazione e fatturazio-ne.

·       Temporany Mobile Subscriber Identity (identità temporanea dell’utente) (TMSI) – è un’identità temporanea che la rete GSM utilizza nell’interfaccia aria al fine di garantire la riservatezza dell’utente. La stazione mobile uti-lizza il TMSI per comunicare con la rete in sostituzione dell’IMSI. I TMSI vengono prelevati da una riserva di numeri destinati a tale scopo e cambia-no secondo la dislocazione della stazione mobile, garantendo così la separazione dell’identità dell’utente (IMSI) dal numero in uso. Poiché tale numero varia nel tempo ed ha significato solo locale, anche se viene inter-cettato non servirà a nulla.

·       Individual subscribers authentication key
(chiave segreta di autenticazione)                          (Ki)

·       Ciphering key generating algorithm
(algoritmo di cifratura)                                          (A8)

·       Authentication algorithm
(algoritmo di autenticazione)                                (A3)

·       Personal Identity Number                                   (PIN e PIN2)

·       PIN Unblocking Key                                                    (PUK e PUK2)

·       Rubrica telefonica dell’abbonato

·       Messaggi SMS dell’abbonato

·       Lista degli operatori GSM preferenziali. Ogniqualvolta non è presente il se-gnale di rete su cui si è registrati, il sistema GSM provvede automaticamen-te a chiedere l’accesso alla prima delle reti indicate in questa lista e se l’e-sito è negativo provvede a rieseguire la stessa operazione con la successiva e così via.

·       Campi informativi previsti dalle specifiche GSM Phase 2

Il numero personale di identificazione (PIN) serve per l’attivazione della SIM e per una maggiore sicurezza se tale codice viene digitato erroneamente per 3 volte consecutive, la carta si blocca ed in questo caso sarà necessario u-tilizzare il codice PUK di 8 cifre per sbloccarla. Se anche quest’ultimo viene di-gitato erroneamente per 10 volte consecutive la carta va in blocco totale e si rende necessario sostituirla.

L’introduzione di alcuni nuovi servizi nella fase 2 di sviluppo del sistema GSM ha reso necessario l’introduzione di un secondo PIN (PIN2) per protegge-re il contenuto di alcuni campi e differenziarne l’accesso. Chiaramente esiste anche un PUK2.

Il codice IMSI e la chiave di autenticazione Ki costituiscono le creden-ziali di identificazione dell’abbonato, equivalenti al numero seriale per gli ap-parati analogici (ETACS) che, ricordiamo, è formato da 11 cifre di cui le prime 3 identificano il costruttore, le successive 2 sono di uso riservato ( di solito poste a 0) e le restanti 6 sono un numero seriale che identifica il terminale. L'’MSI che ha una lunghezza di 15 cifre ha la seguente scrittura:

IMSI = CC / MNC / MSIN

dove:

CC Country Code     (2 o 3 cifre) prefisso nazione dell’operatore (Italia 39)

MNC Mobile Network Code ( 2 cifre) codice della rete mobile (TIM 01 ; Omnitel 10)

MSIN Mobile station Identification Number (max 13 cifre) numero seriale

La SIM-CARD può essere di due formati: carta di credito (formato ISO o ID-1) o francobollo 25x15mm (formato plug-in) – introdotto da Ericsson e Nokia. In entrambi i casi è previsto un marcatore che ne indichi il corretto verso di inserimento.

Entrambi i formati devono rispettare le norme ISO 7816-1 e 7816-2 che ne specificano le caratteristiche fisiche, la dimensione e la posizione dei con-tatti.

Il processore contenuto nella card è una CPU a 8 bit e di alcuni Kbytes di memoria (di tipo RAM, ROM ed EEPROM) in tecnologia CMOS. Range di tempe-ratura –25°C e +70°C ed una umidità fino a +85%.

La memoria ROM (Read only memory) contiene il sistema operativo, il sistema che gestisce i servizi GSM phase 2 e gli algoritmi di sicurezza A3 ed A8.Attualmente hanno una capacità di 6-16 Kbytes

La RAM (Random access memory) viene utilizzate per l’esecuzione degli algoritmi e come buffer per la trasmissione dati. Attualmente hanno una capacità di 128-256 bytes

La EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Me-mory) contiene tutti i dati dell’abbonato – elencati in precedenza. Attualmen-te hanno una capacità di 3 Kbytes (SIM phase 1) e 8Kbytes (SIM phase 2). E’ questa memoria che determina le possibilità offerte all’utente per i vari servi-zi.1 Kbytes di EEPROM può memorizzare circa 6 messaggi SMS oppure 40 nu-meri telefonici.

Il grosso problema delle SIM-CARD è rappresentato dal degrado subito dalle EEPROM nelle fasi di lettura e scrittura che ne limita la validità (solita-mente circa 2 anni). Le celle di memoria delle EEPROM attualmente in com-mercio possono sopportare al massimo 10.000 cicli di lettura/scrittura. Solo per particolari applicazioni sono state sviluppate alcune SIM-CARD che riesco-no a raggiungere la soglia dei 100.000 cicli