Lo standard GSM

Novembre 2016
La rete GSM (Global System for Mobile communications) rappresenta all'inizio del 21esimo secolo lo standard di telefonia mobile più utilizzato in Europa.


Introduzione allo standard GSM

La rete GSM è uno standard di telefonia detta «di seconda generazione» (2G) visto che, contrariamente alla prima generazione di telefoni cellulari, le comunicazioni funzionano ad una modalità completamente digitale.

Battezzata Gruppo Speciale Mobile, all'origine della sua normalizzazione nel 1982, è diventata una norma internazionale chiamata Global System for Mobile communications nel 1991. In Europa lo standard GSM utilizza le bande di frequenza a 900 MHz e 1800 MHz. Negli Stati Uniti invece, la banda di frequenza utilizzata è a 1900 MHz. Così, si qualificano tri-banda i cellulari che possono funzionare in Europa e negli USA e come bi-banda quelli che funzionano solamente in Europa.

La norma GSM autorizza una capacità di banda massima di 9,6 kbps, che permette di trasmettere la voce nonché dei dati numerici di volume ridotto, ad esempio dei messaggi di testo (SMS, per Short Message Service) o dei messaggi multimediali (MMS, per Multimedia Message Service).

Nozione di rete cellulare

Le reti di telefonia mobile sono basate sulla nozione di cellule, cioè delle zone circolari che si sovrappongono per coprire una zona geografica:

Rete cellulare


Le reti cellulari riposano sull'utilizzo di un'emittente-ricevitore centrale a livello di ogni cellula, detta stazione di base (in inglese Base Transceiver Station, siglata BTS). Più il raggio di una cellula è piccolo, maggiore sarà la banda disponibile. Così, nelle zone urbane fortemente popolate, saranno presenti delle cellule di una taglia tale da poter raggiungere qualche centinaio di metri, mentre per le zone rurali saranno previste delle cellule di una trentina di chilometri.

In una rete cellulare, ogni cellula è circondata da 6 cellule vicine (ragione per cui si rappresenta solitamente ogni cellula con un esagono). Per evitare le interferenze, la stessa frequenza non può essere utilizzata da cellule vicine. In pratica, due cellule con la stessa gamma di frequenze devono essere distanti l'una dall'altra di almeno due o tre volte il diametro della cellula.

Architettura della rete GSM

In una rete GSM, il terminale dell'utente è detto stazione mobile. Una stazione mobile è composta da una scheda SIM (Subscriber Identity Module), che permette di identificare l'utente in modo univoco e di un terminale mobile, cioè l'apparecchio dell'utente (la maggior parte delle volte un telefono cellulare).

I terminali (apparecchi) sono identificati da un numero unico di 15 cifre detto IMEI (International Mobile Equipment Identity). Ogni scheda SIM ha anche un numero di identificazione unico (e segreto) detto IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Questo codice può essere protetto da una chiave a 4 cifre detta codice PIN.

La scheda SIM permette così di identificare ogni utente, indipendentemente dal terminale utilizzato durante la comunicazione con una stazione di base. La comunicazione tra una stazione mobile e la stazione di base avviene attraverso un collegamento radio, generalmente detto interfaccia air (o più raramente interfaccia Um):

Rete cellulare


L'insieme delle stazioni di base di una rete cellulare è collegata ad un controllore di stazioni (in inglese Base Station Controller, siglato BSC), incaricato di gestire la ripartizione delle fonti. L'insieme costituito dal controllore di stazioni e dalle stazioni di base connesse costituisce il sottosistema radio (in inglese BSS per Base Station Subsystem).

Infine, i controllori di stazioni sono essi stessi collegati fisicamente al centro di commutazione del servizio mobile (in inglese MSC per Mobile Switching Center), gestito dall'operatore telefonico, che li collega alla rete telefonica pubblica e a internet. MSC appartiene ad un gruppo detto sottosistema di rete (in inglese NSS per Network Station Subsystem), incaricato di gestire le identità degli utenti, la loro localizzazione e di stabilire la comunicazione con gli altri abbonati.

MSC è generalmente collegato a dei database che assicurano delle funzioni complementari:

Il registro degli abbonati locali (sigla HLR per Home Location Register), si tratta di un database che contiene delle informazioni (posizione geografica, informazioni amministrative, ecc.) sugli abbonati iscritti nella zona del commutatore (MSC);

Il registro degli abbonati visitatori (sigla VLR per Visitor Location Register), si tratta di un database che contiene delle informazioni sugli utenti non abbonati. Il VLR raggruppa i dati sui nuovi utenti partendo dall'HLR corrispondente alla propria zona di abbonamento. I dati sono conservati per tutto il tempo in cui il visitatore è presente nella zona e sono eliminati quando la lascia o dopo un lungo periodo di inattività (terminale spento);

Il registro dei terminali (sigla EIR per Equipement Identity Register), si tratta di un database che repertoria i terminali mobili;

Il Centro di autenticazione (sigla AUC per Autentication Center), si tratta di un elemento incaricato di verificare l'identità degli utenti.

La rete cellulare così formata è prevista per supportare la mobilità grazie alla gestione di handover, cioè il passaggio da una cellula all'altra. Infine, le reti GSM supportano anche la nozione di roaming, cioè il passaggio dalla rete di un operatore a quella di un altro.

Scheda SIM

Una scheda SIM contiene le informazioni seguenti:

Numero di telefono dell'abbonato (MSISDN);

Numero dell'abbonato internazionale (IMSI, international mobile subscriber identity);

Stato della scheda SIM;

Codice di servizio (operatore);

Chiave di autenticazione;

Codice PIN (Personal Identification Code);

Codice PUK (Personal Unlock Code).

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