right|220px GSM (alun perin Groupe Spécial Mobile, nyttemmin Global System for Mobile CommunicationsLyhenneluettelo, Kotus) on digitaalinen matkapuhelinjärjestelmä, jota käytetään maailmanlaajuisesti.
Historia Euroopan posti- ja telehallintojen yhteistyöelin CEPT oli perustanut vuonna 1982 Alankomaiden ja Pohjoismaiden aloitteesta Groupe Special Mobile (GSM)-työryhmän, jonka tehtäväksi annettiin kehittää yleiseurooppalainen matkapuhelinjärjestelmä. Hanke oli ollut esillä epävirallisessa kokouksessa Pariisissa jo 8.–9. lokakuuta 1980, jolloin oli kartoitettu eri maiden radiopuhelinverkkojen silloista tilannetta ja kehitystarpeita. Yhteistyön tuloksena ensimmäiselle eurooppalaiselle matkapuhelinverkolle varattiin taajuusalueet 900 MHz alueelta. Myöhemmin ranskalainen nimitys Groupe Special Mobile käännettiin englanniksi Global System for Mobile Communications.
GSM-standardia laadittaessa tuli käytettävästä salausmenetelmästä kiistaa: operaattorit ajoivat 64-bittistä salausta, kun taas valtiolliset turvallisuuspalvelut olisivat halunneet helpommin murrettavan 32-bittisen salauksen. Kompromissina päädyttiin 48-bittiseen salaukseen.
7. syyskuuta 1987 kolmetoista maata allekirjoitti yhteisymmärryspöytäkirjan, "Memorandum of Understanding on the Implementation of a Pan-European 900MHz Digital Cellular Mobile Telecommunications Service by 1991", jonka ensimmäisessä artiklassa jokainen järjestelmään liittynyt operaattori velvoitettiin tekemään sopimus verkkovierailusta jokaisen muun järjestelmään liittyneen operaattorin kanssa.
1989 järjestelmän standardointi siirrettiin European Telecommunications Standards Institutelle, ETSI:lle.
Maailman ensimmäinen GSM-verkko avattiin Suomessa virallisesti 1. heinäkuuta 1991 Suomen Pankin silloisen johtajan Harri Holkerin suorittamalla testipuhelulla. Tuossa vaiheessa GSM ei kuitenkaan ollut vielä kaupallisesti valmis, sillä myynnissä ei ollut puhelimia. Holkerin käyttämä Nokia 6050 -autopuhelin saatiin myyntiin vasta seuraavana kesänä. Ensimmäinen GSM-kännykkä oli puolestaan Nokia 1011, joka julkaistiin 10. marraskuuta 1992.
Tekniikka GSM on tekniikaltaan täysin digitalisoitu eli se on ns. toisen sukupolven (2G) matkapuhelinverkko. Tavallisten puheluiden lisäksi verkossa voi tehdä datapuheluita, lähettää teksti- ja muita lyhytviestejä ja käyttää pakettidatapalveluja (WAP- tai Internet-yhteyksiä).
Taajuusalueet
GSM-verkot käyttivät alun perin 900 MHz:n radiotaajuusaluetta, mutta verkkojen kasvaessa ja käyttäjien lisääntyessä otettiin käyttöön myös 1 800 MHz:n taajuudet. Alkuperäinen nimi tälle järjestelmälle oli 'Digital Cellular System 1800' eli DCS 1800, ja se otettiin käyttöön Isossa-Britanniassa 1998. Joissain maissa, lähinnä Pohjois-Amerikassa, GSM-verkkoja käytetään myös 1 900 MHz:n ja 850 MHz:n taajuuksilla. Myös muita taajuusalueita on käytössä eri puolilla maailmaa.
Kaikki GSM-puhelimet eivät kuitenkaan tue jokaista taajuutta eikä niitä voi käyttää verkoissa, jotka käyttävät erilaisia taajuuksia. Kuitenkin esim. vuonna 2007 kaikissa merkittävissä GSM-verkoissa (850, 900, 1 800 tai 1 900 MHz) toimivat nelitaajuuspuhelimet olivat jo melko tavallisia. Myös kaksitoimipuhelimia, joissa on sekä GSM että WCDMA-toiminnallisuus, on runsaasti saatavilla monilta valmistajilta.
Puheenpakkaus GSM-verkoissa on käytössä erilaisia puheenpakkausstandardeja. Alkuperäisen täysnopeuskoodekin (FR, GSM 06.10) lisäksi käytössä on ollut puolinopeuskoodekki (HR, GSM 06.20), parannettu täysnopeuskoodekki (EFR, GSM 06.60) sekä adaptiivinen moninopeuskoodekki (AMR, GSM 06.90).
GSM:n puheenpakkaus on ollut myös suosittu Internetin yli lähetettävän puheen pakkausmenetelmänä.3GPP TS 26.071
GSM-päätelaitteet GSM-verkon päätelaitteet ovat tavallisesti matkapuhelimia. Vuoden 2004 alussa maailmassa oli yli miljardi GSM-standardin mukaista puhelinta.
Aiemmista matkapuhelinjärjestelmistä poiketen GSM-standardit jakoivat matkapäätelaitteen useampaan osaan, joista tärkeimmät ovat varsinainen mobiililaite (ME) ja tilaajan tiedot sisältävä älykortti (SIM).
SIM-kortti Yksi GSM-järjestelmän parhaista ideoista oli tilaajan tunnistuksen erottaminen puhelimesta erilliselle älykortille (SIM). Tämän ansiosta GSM-verkon käyttäjät voivat vaihtaa hyvin helposti puhelinta tai operaattoria. Joihinkin puhelimiin voi myös asentaa kaksi SIM-korttia, jolloin puhelinta voi käyttää kahden eri tilaajan lukuun. SIM-kortille voidaan lisätä myös muita toimintoja, kuten mobiiliraha.
SIM-kortista löytyy kolme versiota ja ne ovat suurimmasta pienimpään mini SIM, micro SIM ja nano SIM.
SIM-kortin tärkeä toiminto on yhteydenoton suojaaminen. SIM-kortti sisältää operaattorikohtaisia salaisia avaimia, jotka tarkistetaan esim. puhelun yhdistämisessä. SIM-kortin ansiosta luvattomat käyttöönotot, joita tapahtui NMT-puhelinten aikana, vähentyivät.
Verkkovierailu
GSM:n käyttäjät voivat käyttää omaa puhelintaan ja omaa SIM-korttiaan likimain jokaisessa maailman maassa. Jos oma puhelin ei toimi ulkomaisessa verkossa, käyttäjä voi siirtää oman SIM-korttinsa paikallisen GSM-puhelimeen. Vaikka verkkovierailu () teknisesti onnistuisikin, muiden kuin hätäpuhelujen soittaminen edellyttää että käyttäjän operaattori ja ulkomainen verkko-operaattori ovat tehneet verkkovierailusopimuksen. Jos näin ei ole, tai jostain syystä ei halua käyttää omaa puhelinliittymää ulkomailla, voi hankkia paikallisen, tilapäisen prepaid-liittymän. EU on asettanut ylärajan jäsenmaidensa roaming-maksuille. Jäsenmaiden välisten puheluiden hintoja lasketaan porrastetusti, ensimmäisen kerran näin tapahtui elokuussa 2008, jonka jälkeen niitä alennettiin vuosittain vuoteen 2011 saakka. Vuonna 2017 roaming-maksut poistuivat EU-alueella, mutta operaattorit voivat periä ”kohtuuttomasta käytöstä” lisämaksun.
GSM-verkot GSM-verkot koostuvat mobiilikeskuksista (MSC), tukiasemista (BS) ja niiden ohjausyksiköistä (BSC). GSM-verkot perustuvat digitaaliseen ISDN-puhelinverkkoon.
GSM-verkkojen laajennuksia WAP, matkapuhelinten hypertekstipalvelu HSCSD, piirikytkentäinen tiedonsiirto GPRS, pakettikytkentäinen tiedonsiirto EDGE, 2.5G, GPRS:ää kehittyneempi ja nopeampi pakettikytkentäinen tiedonsiirto
GSM-verkot Suomessa Suomen ensimmäinen GSM-toimilupa myönnettiin Radiolinjalle (nykyinen Elisa) 1. lokakuuta 1990. Tuolloin Telecom Finlandilla (nykyinen Telia Finland) oli hallussaan NMT-matkapuhelinverkot, joten paikallisten oli aloitettava uudella tekniikalla.
GSM-verkkojen rakentaminen Suomeen alkoi 1990-luvun taitteessa. PTL-Tele (vuoden 1994 alusta Telecom Finland Oy, nykyinen Telia Finland) rakensi verkkonsa lukuisilla pienitehoisilla tukiasemilla. Finnet-ryhmän omistuksessa ollut Radiolinja sen sijaan asensi harvempaan suuritehoisia tukiasemia.
Valtioneuvos Harri Holkeri soitti maailman ensimmäisen julkisen puhelun kuluttajille avatussa GSM-verkossa 1. heinäkuuta 1991. Hän soitti Helsingin Esplanadinpuistosta Tampereen apulaiskaupunginjohtajalle Kaarina Suoniolle. Ensimmäisestä puhelusta Holkeri sai muistoksi ikioman GSM-numeron 950-1791. Tätä ennen, verkon ollessa vielä rakenteilla, ensimmäisen puhelun oli soittanut Helsingin Puhelinyhdistyksen toimitusjohtaja Kurt Nordman Puhelinlaitosten liiton puheenjohtaja Aarno Tanhuanpäälle.Talouselämä, 1.8.2006, Mopiilivisan oikeat vastaukset Verkkouutiset, 29.3.2001, Maailman ensimmäisestä GSM-puhelusta 10 vuotta Seloste museoista ja esitteistä, sivulla 12 on kuva Holkerista soittamassa ensimmäistä puhelua Täsmällisesti ottaen Holkerin puhelu ei kuitenkaan ollut ensimmäinen vaan muutamaa tuntia ennen Holkerin puhelua Nokian insinööri Pekka Lonka oli jo soittanut GSM-puhelun Marjo Jousiselle Saloon varmistaakseen verkon toiminnan.
Liikkeelle laskettiin myös 2 000 lyhytnumeroa, jotka kaikki ovat edelleen käytössä. Numerot ovat nykyään muotoa 050-1xxx sekä 050-2xxx. Myöhemmin Radiolinja laski liikkeelle myös viisinumeroisia liittymänumeroita numeroavaruudesta 050-6xxxx.
GSM 900 sai suuren suosion ja käyttäjämäärän voimakas lisääntyminen uhkasi tukkeuttaa järjestelmän. Tämän vuoksi oli välttämätöntä perustaa rinnalle DCS 1800 -matkapuhelinjärjestelmä, jota kutsutaan myös GSM 1800:ksi. Koska DCS 1800 toimi 1 800 MHz taajuudella eikä sen kantavuus ollut lyhyemmän aallonpituuden vuoksi niin hyvä kuin GSM 900:lla, rakennettiin GSM 1800 ensimmäisenä sinne, missä GSM 900 -verkko oli ruuhkautunut. Tämän vuoksi erotukseksi ensimmäisestä GSM-järjestelmästä, GSM 1800:sta puhuttiin city-GSM:nä eli kaupunki-GSM:nä. Vanhemmat GSM-puhelimet eivät kyenneet hyödyntämään uutta verkkoa, vaan tätä varten asiakas joutui hankkimaan uuden kaksitaajuuspuhelimen. Telecom Finland kannusti kaksitaajuuspuhelinten hankintaan alentamalla GSM 1800 -verkossa soitettujen puhelujen minuuttiveloituksia. Näitä kutsuttiin lähialueiksi. Jatkossa kaikkien uusien puhelinten ollessa kaksitaajuuspuhelimia erillishinnoittelusta lopulta luovuttiin.
Helsingissä Helsingin Puhelinyhdistys HPY ja Telia (ruotsalaisen Telian suomalainen silloinen tytäryhtiö) tarjosivat vuosituhannen vaihteen tienoilla pelkästään 1 800 MHz verkossa toimivia niin kutsuttuja citypuhelimia ja niiden liittymiä. Näillä oli etuinaan edullisemmat minuuttiveloitukset, mutta rajoittuneen kuuluvuusalueen ja hintakilpailun painaessa minuuttiveloitushintoja kautta linjan, ne vähitellen katosivat markkinoilta.
Kun Helsingin Puhelin Oyj (HPY) irtautui Finnet-ryhmästä, se kaappasi Radiolinjan pääosakkaana itselleen. Yhtiö valloitti myös muutaman muun entisen Finnet-yhtiön, kuten Tampereen Puhelin Oyj:n (TPO) (Vanha nimi jäi suojaamatta, joten nyt Tampereen alueella toimii jälleen Finnetin alaisena samanniminen yhtiö.) Myöhemmin kaikki uuteen konserniin kuuluneet yhtiöt fuusioitiin lopullisesti toisiinsa ja koko yhtiö alkoi käyttää nimeä Elisa.
Finnet-ryhmä alkoi rakentaa omaa verkkoaan Radiolinjan siirryttyä yksin Elisan hallintaan. Tässä verkossa toimivien, Finnet-ryhmän omien palvelujen, sekä nykyisin myös mobiiliverkon markkinoinnissa käytetään DNA-tuotenimeä.
Vuoden 2001 aikana lisättiin Suomessa käytettäviin matkapuhelinverkkoihin tietoliikennettä varten GPRS-pakettiradiopalvelu, jonka avulla parannettiin matkapuhelinten WAP- ja Internet-palveluiden toimivuutta.
Vielä 2010-luvun alussa näytti siltä, että GSM-verkot tultaisiin ennen pitkää sulkemaan. 900 megahertsin taajuusalueella toimivan UMTS:n tulon myötä kolmannen sukupolven matkapuhelinverkot saavuttivat saman kantaman kuin vanha GSM, ja kahden maanlaajuisen kännykkäverkon ylläpitäminen oli tuolloin operaattoreille suuri rasite. Esimerkiksi Elisa aikoi pitkään sulkea GSM-verkkonsa vaiheittain alkaen vuonna 2015. Yksikään operaattori ei kuitenkaan toistaiseksi ole lakkauttamassa GSM-verkkoa, sillä nykyaikainen, ohjelmistopohjainen tukiasematekniikka (multiradio) mahdollistaa kaikkien kolmen tekniikan käytön yhdessä ja samassa fyysisessä tukiasemassa, minkä vuoksi GSM:n tarjoaminen ei enää merkittävästi kasvata kustannuksia aiempaan tapaan. Ennen 2010-lukua jokaisella sukupolvelle nimittäin tarvittiin oma, tilaavievä ja paljon hukkalämpöä tuottava kaappimallinen tukiasemalaitteisto. Haittapuolena on kuitenkin yhä 900 MHz:n alueen UMTS:n käytettävissä oleva rajallisempi taajuuskaista, koska puolet kaistasta menee GSM:n käyttöön, minkä vuoksi nykyisen teoreettisen maksiminopeuden 21 Mbit/s kaksinkertaistaminen ei ole mahdollista 2 100 MHz:n alueen tapaan.
Ahvenanmaan Ålcom on alkanut poistaa GSM-verkkoa käytöstä.
GSM:n tietoturvaominaisuudet Todennus
GSM-verkko todentaa käyttäjänsä haaste-vaste menetelmällä. 128-bittinen satunnaisluku (RAND) lähetetään päätelaitteeseen. Päätelaite (oikeammin päätelaitteen SIM-kortti) laskee 32-bittisen allekirjoitetun vastineen (SRES) saadusta satunnaisluvusta käyttäen A3-algoritmia ja jokaisessa SIM-kortissa olevaa yksilöllistä avainta (Ki). Vastaus lähetetään takaisin GSM-verkkoon, jossa suoritetaan sama laskutoimitus. Mikäli vastineet (SRES) täsmäävät, päätelaite on todennettu.
Signaloinnin ja datan luottamuksellisuus