GSM
Ein aussterbender Mobilfunkstandard?

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GSM soll über kurz oder lang abgeschaltet und vom Nachfolgestandard ersetzt werden. In Australien und Singapur wurde das bereits 2017 beschlossen, in der Schweiz wird das GMS-Netz vermutlich ab 2021 nicht mehr zur Verfügung stehen. Ersetzt werden soll das Netzwerk durch 5G, den bislang (Stand Herbst 2019) neuesten Mobilfunkstandard. Für Deutschland ist noch nicht bekannt, wann das GSM Netz abgeschaltet wird. Aber schon heute haben Mobiltelefone, die nur 2G oder GSM-tauglich sind, Probleme mit dem Empfang.

Was bedeutet GSM?

Die Buchstaben GSM stehen für Global System for Mobile Communications. Der Mobilfunkstandard wurde 1990 eingeführt und soll volldigitale Mobilfunknetze ermöglichen. Im Mittelpunkt steht die Telefonie, aber auch leitungsvermittelte Datenübertragung beziehungsweise paketvermittelte Datenübertragung und SMS (Kurzmitteilungen) werden damit ermöglicht. Als erster Standard der zweiten Generation (daher auch als 2G bezeichnet) ist GSM der Nachfolger der analogen Systeme. Bis heute ist es der weltweit am weitesten verbreitete Mobilfunkstandard. Das Ziel war 1990, den Teilnehmern und Teilnehmerinnen des mobilen Telefonsystems die europaweite Mobilität zu ermöglichen. Die Sprachdienste sollten mit ISDN und den analogen Telefonnetzen kompatibel sein.

Die ersten mobilen Telefonnetze nahmen schon in den 1950er Jahren in Europa ihren Betrieb auf. Die Bedienung war jedoch kompliziert und die Kapazitäten waren beschränkt. Es gab kein einheitliches System, sondern verschiedene Standards. GSM war also 1991 tatsächlich ein Fortschritt. 1992 kamen die ersten GMS Telefone auf den Markt. In Deutschland wurden die Netze D1 und D2 in Betrieb genommen.

Was ist ein GSM Modul?

Als GSM Modul bezeichnet man Funkmodule, Daten oder Informationen an einen GSM-Empfänger senden können. So ein Empfänger kann beispielsweise ein GSM Handy sein oder ein GSM Telefon. Die Module werden für die Ortung von Schiffen und Fahrzeugen eingesetzt, können aber ich die Ortungsdaten von Containern oder Personen übermitteln. Das passiert beispielsweise über den Kurznachrichtendienst (SMS). Die Module übertragen aber auch ausgelöste Alarme in Räumen und Häusern, die überwacht werden. Sie werden sowohl in der Mensch-Maschine-Kommunikation als auch in der Maschine-zu-Maschine-Kommunikation wie beispielsweise im IoT (Internet of Things) eingesetzt. Sogar in der häuslichen Patientenüberwarchung und zur Alarmmeldung in Notfallsituationen wird die Technik genutzt. In neuen Autos wird beispielsweise das Notrufsystem eCall installiert, das bei einem Unfall oder gesundheitlichen Problemen ein Notsignal herausgibt. Die Verbindung geht direkt zur Notrufzentrale.

Wie funktioniert ein GSM-Modul?

Die GSM/GPS-Module können klein oder groß sein. Sie erhalten ihre zu übertragenden Daten von einer Datenquelle wie beispielsweise einem GPS-System. Die Daten werden im Modul an den GSM-Sender übertragen. Der sendet sie auf einer GSM-Frequenz. Die GSM Frequenzen liegen bei 900 MHz und 1.800 MHz.

Ein GSM-Modul ist grundsätzlich mit einer SIM-Karte ausgestattet. Je nach Technik sind Datenraten bis zu ein paar Kilobit pro Sekunde möglich. Wird General Packet Radio Service, kurz GPRS, unterstützt, können bis zu 100 kbit/s oder mehr übertragen werden. Diese Module werden in erster Linie beim Flottenmanagement angewendet sowie beim Location-Tracking und der Positionsbestimmung von

  • Personen
  • Fahrzeugen
  • Containern
  • Schiffen

und anderen großen Gütern.

Nutzeridentifikation mit GSM

Die SIM-Karte wurde neu mit GSM eingeführt: Mit dieser Karte identifizieren sich GSM Handy Nutzer und Nutzerinnen gegenüber der Basisstation. Erst über die Karte und die Identifikation sind sie mit dem GSM-Netz verbunden. Das brachte eine weitere Neuerung mit sich: Man konnte mit dem Standard GSM das Handy behalten und trotzdem den Mobilfunkanbieter wechseln, denn es wurde einfach die SIM-Karte ausgetauscht. Wichtig war allerdings, dass das Handy nicht über einen Net-Lock oder SIM-Lock verfügte.

In Deutschland werden für GSM Frequenzen von um die 900 MHz und 1.800 MHz genutzt. Das ist nur in den EU-Staaten so, in anderen Ländern liegen die GSM Frequenzen bei etwa 850 MHz und 1.900 MHz. GSM wird beständig weiterentwickelt. Es handelt sich also nicht um einen statischen Standard, sondern um einen Standardisierungsprozess.

Wie ist GSM aufgebaut?

GSM Netze sind grundsätzlich in vier Teilsysteme gegliedert. Da ist einmal das Mobiltelefon beziehungsweise eine mobile Station. Dazu gehört ein System aus einer Antenne mit angeschlossener Einheit zum Senden und Empfangen sowie Lautsprecher und Mikrofon. Eine Stromversorgung muss ebenfalls bestehen sowie die Möglichkeit, über Tastatur oder Spracheingabe andere Teilnehmer oder Teilnehmerinnen des Netzwerks auszuwählen. So eine mobile Station (oder ein GSM Handy) verfügt zusätzlich über ein Display, das Telefonnummern und SMS anzeigen kann. Die SIM-Karte ist ebenfalls Bestandteil des Systems.

Das Base Station Subsystem oder Mobilfunksendesystem ist der zweite Teil der GSM Netze. Hierbei handelt es sich um eine oder verschiedene Basisstationen. An diese Stationen ist jeweils eine Antenne angeschlossen. Sie erlauben die Bedienung von einer oder mehreren Funkzellen. Mit der Basisstation muss eine zentrale Steuerungseinheit verbunden sein. Die überwacht die Funkverbindungen. Wenn nötig, leitet sie auch Zellwechsel ein. Eine Umwandlungseinheit sorgt dafür, dass die Sprachkanäle und ISDN-Audiokanäle in einen Audiocodec umgewandelt werden können.

Das Vermittlungssystem ist der dritte Baustein des GSM Netzes. ES wird auch als Network Switching Subsystem oder als Core Network Subsystem bezeichnet. Hierbei handelt es sich um die eigentliche Schnittstelle und Ermittlungsstelle, die Telefon- und Funknetz verbindet. Dazu gehört das Visitor Location Register. Es speichert Informationen über die mobilen Teilnehmer und Teilnehmerinnen innerhalb des Funknetzes. Und das Home Location Register enthält Informationen der Teilnehmer und Teilnehmerinnen, die die Kunden und Kundinnen des Funknetzeigentümers darstellen.

Das vierte und letzte Teilsystem des GSM-Netzes ist das Operation and Maintenance Center. Auch als Network Management Center bezeichnet, wird durch dieses System das Mobilfunknetz überwacht. Die zentrale Steuerungseinheit im Mobilfunkssendesystem und die Basisstation werden von hier aus kontrolliert. Und alle Teilnehmer und Teilnehmerinnen des Mobilfunknetzes werden von hier mit verschiedenen Nummern adressiert. Dazu gehört einmal die Mobile Subskribier ISDN Number. Innerhalb des Funknetzes werden die einzelnen Teilnehmer und Teilnehmerinnen durch die International Mobile Subscriber Identity identifiziert. Diese Identität ist auf der SIM-Karte gespeichert.

Was sind Nachteile?

GSM ist erst einmal nicht für die Datenübertragung geeignet. Allerdings wird die Datenübertragung im Bereich des Mobilfunks immer wichtiger: Sie stellt inzwischen die Hauptfunktion von Smartphones und Tablet-PCs dar. GSM erlaubt aber nur die leitungsvermittelte Datenübertragung. Die verläuft über die CSD-TEchnik (CSD = Circuit Switched Data). Das Maximum an Datenübertragungsrate, das hier erreicht werden kann, liegt bei 14,4 kbit/s. Heute reicht das natürlich nicht mehr aus. Die Übertragungsverfahren des GSM-Netzes waren in erster Linie auf die Sprachübertragung ausgelegt, an so eine schnelle Datenübertragung wie heute erforderlich dachte man damals noch nicht. Allerdings kann die Datenübertragung über Verfahren wie das Verbindungsprotokoll X.75 und andere verbessert werden.

Erweiterungen und Weiterentwicklungen

Die heute gängigen Mobilfunkstandard UMTS und GPRS sowie LTE bauen auf GSM auf und können als Weiterentwicklungen von GSM verstanden werden. GSM ist also nicht nur 2G, sondern tatsächlich 1G bis 4G. Dabei ist LTE die am weitesten entwickelte Technologie, die auf GSM basiert. LTE erlaubt Datenübertragungsraten von bis zu 200 Mbit/s.

HSPA, UMTS und GPRS entsprechen den Techniken der dritten Generation oder 3G. Die Datenübertragungsraten sind bei den Weiterentwicklungen GPRS und EDGE erheblich besser, denn die paketvermittelte Übertragung erreicht hier Geschwindigkeiten von 56 kbit/s beziehungsweise 150 bis 200 kbit/s. Noch besser sieht es bei LTE aus: LTE ist die heute am weitesten entwickelte GSM Technologie und erreicht Datenübertragungsraten von bis zu 200 Mbit/s. LTE ist daher eine echte Alternative.

Welche Probleme gibt es?

Die Reichweite des GSM Netzes schwankt stark. Sie hängt vom Geländeprofil und von der Bebauung ab. Größere Entfernungen können allerdings auch die Kommunikation zwischen Basisstation und Mobilstation stören. Die Sicherheit des GSM Netzes wird bisweilen als problematisch eingestuft.

Da inzwischen mit 5G der nächste Mobilfunkstandard in den Startlöchern steht, ist das Ende von GSM so gut wie beschlossen. Die 3G-Netze sind bereits in einigen Regionen Deutschlands abgeschaltet und werden in absehbarer Zeit gar nicht mehr zur Verfügung stehen. Auch andere Länder haben beschlossen, das GSM Netz nicht mehr länger zu unterstützen. Daher wird Mobilfunkteilnehmern und -teilnehmerinnen geraten, auf neuere Standards umzusteigen und sicherzustellen, dass die Hardware damit umgehen kann. Bei GSM wird nur symmetrische Kryptographie eingesetzt. Das gilt als ein Defizit in Sachen Sicherheit: Eine hybride Verschlüsselung könnte das Problem lösen. Außerdem wird häufig kritisiert, dass die Krypta-Algorithmen nicht öffentlich überprüfbar oder auch nur zugänglich sind. Gegen Angreifer aus dem Mobilfunknetz besteht kein Schutz, Ortung und Nachrichtendienste sind nicht gesichert. Außerdem ist das Protokoll von GSM nicht gegen Man-In-The-Middle-Angriffe (kurz MITM) gewappnet. Ein Gerät wie beispielsweise ein IMSI-Catcher könnte die Ausschaltung der Verschlüsselung erzwingen. Ein großes Problem war in dieser Hinsicht, dass im Oktober 2013 in den Medien vom Abhören des Parteihandys von Angela Merkel durch die NSA berichtet wurde. Der Vertrag von Frau Merkel bestand mit Vodafone. Vermutlich wurde das GSM-basierte Funknetz von Vodafone durch die NSA angezapft.

Fazit: GSM von den Anfängen bis heute konsistente Entwicklung

GSM als Mobilfunkstandard und Technologie für moderne Kommunikation war ein nötiger Schritt zwischen der analogen Telefonie und der modernen, digitalen Welt. Allerdings reichen die technischen Möglichkeiten der Mobilfunkstandard 1G bis 3G nicht mehr aus, und sogar 4G scheint langsam ausgedient zu haben. Kommunikation benötigt heute eine hohe Datenübertragungsrate, die von GSM einfach nicht geleistet werden kann. Allerdings wird GSM in der Weiterentwicklung LTE noch eine ganze Weile bestehen bleiben - die älteren Mobilfunkstandard werden nach und nach abgeschaltet.

Sicherheitsdefizite von GSM werden zunehmend adressiert und sollten bei künftigen Mobilfunkstandard keine Rolle mehr spielen - allerdings gilt auch das nur teilweise, denn beispielsweise die Ortung ist einerseits erwünscht, andererseits unerwünscht. Es wird also auch in Zukunft eine Gradwanderung bleiben: Was ist ein Sicherheitsdefizit, und wo dient die (mögliche) Kontrolle der höheren Sicherheit?

vgwort

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