GSM

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**GSM**(, 과거 명칭: )은 휴대 전화 및 모바일 브로드밴드 모뎀과 같은 모바일 장치에서 사용하는 2세대(2세대 이동 통신) 디지털 셀룰러 네트워크용 프로토콜을 설명하는 표준 규격군이다. GSM은 또한 GSM 협회가 소유한 상표이기도 하다. "GSM"은 처음에 GSM에서 사용된 음성 코덱을 의미하기도 한다.

2세대 이동 통신망은 1세대(1세대 이동 통신) 아날로그 셀룰러 네트워크의 대체 기술로 개발되었다. 유럽 전기 통신 표준 협회(ETSI)에서 개발한 원래의 GSM 표준은 원래 기지국 간 전이중 음성 텔레포니에 최적화되고 시분할다중접속(TDMA)을 사용하는 디지털 회선 교환망을 기술했다. 이는 시간이 지남에 따라 데이터 전송을 포함하도록 확장되었으며, 처음에는 회선 교환 데이터 전송을 사용하다가 이후 업그레이드된 표준인 GPRS 및 EDGE를 통한 패킷 데이터 전송으로 발전했다. GSM은 사용되는 주파수 대역에 따라 다양한 버전이 존재한다.

GSM은 1991년 12월 핀란드에서 처음 구현되었다. GSM은 2006년 전 세계적으로 20억 명 이상의 가입자를 확보하며 경쟁 표준인 CDMA를 훨씬 앞지르는 글로벌 모바일 셀룰러 통신 표준이 되었다. 2010년대 중반까지 시장 점유율 90% 이상을 기록했으며, 219개 이상의 국가와 지역에서 운영되었다. GSM의 사양 및 유지 관리 업무는 2000년에 3GPP 기구로 이관되었으며, 3GPP는 당시 3세대(3세대 이동 통신) UMTS 표준을 개발 중이었고, 이후 GSM 표준의 일부가 아닌 4세대(4세대 이동 통신) LTE 어드밴스트 및 5세대 5세대 이동 통신 표준을 개발했다. 2010년대 후반부터 전 세계의 다양한 통신사들이 GSM 네트워크를 중단하기 시작했으나, 이 네트워크의 광범위한 사용 결과로 "GSM"이라는 약어는 여전히 이 기술에서 진화한 수많은 G 휴대 전화 기술이나 휴대 전화 자체를 일컫는 일반적인 용어로 사용되고 있다.

## 역사
### 초기 유럽의 개발
섬네일|1992년 4월 벨기에 GSM 회의 중인 토마스 하우그(초대 GSM 의장)와 필리프 뒤피(2대 GSM 의장)
섬네일|초기 GSM 900 셀룰러 전화기인 Bosch CarTel T. 모토로라 International 1000의 리브랜딩 변형 모델이다.
1983년, 유럽우편전기통신주관청회의(CEPT)가 Groupe Spécial Mobile (GSM) 위원회를 설립하고 나중에 파리에 상설 기술 지원 그룹을 마련하면서 디지털 셀룰러 음성 통신을 위한 유럽 표준 개발 작업이 시작되었다. 5년 후인 1987년, 유럽 13개국의 대표 15명이 코펜하겐에서 유럽 전역에 공통 셀룰러 전화 시스템을 개발하고 배치하기 위한 양해각서에 서명했으며, GSM을 의무 표준으로 만드는 EU 규정이 통과되었다. 대륙 표준을 개발하기로 한 결정은 결국 미국의 시스템보다 더 큰 규모의 통합되고 개방된 표준 기반 네트워크를 탄생시켰다.

1987년 2월, 유럽은 최초의 합의된 GSM 기술 사양을 내놓았다. 서유럽 빅 4(프랑스, 서독, 영국, 이탈리아) 장관들은 5월에 '글로벌 정보 네트워크에 관한 본 선언'을 통해 GSM에 대한 정치적 지지를 굳혔고, 9월에는 GSM 양해각서(MoU)가 서명을 위해 제출되었다. 이 양해각서는 유럽 전역의 이동 통신 사업자들이 야심 찬 공동의 기일 내에 새로운 GSM 네트워크에 투자할 것을 약속하도록 끌어들였다.

이 38주의 짧은 기간 동안 아르민 질버호른(독일), 스티븐 템플(영국), 필리프 뒤피(프랑스), 렌초 파일리(이탈리아)라는 네 명의 공직자의 지도 하에 전 유럽(국가 및 산업)이 GSM 뒤로 결집했다. 1989년, Groupe Spécial Mobile 위원회는 CEPT에서 유럽 전기 통신 표준 협회(ETSI)로 이관되었다.
IEEE/RSE는 토마스 하우그와 필리프 뒤피에게 "최초의 국제 이동 통신 표준 개발을 주도하고 이후 전 세계적인 스마트폰 데이터 통신으로 진화시킨 공로"로 2018년 제임스 클러크 맥스웰 메달을 수여했다. GSM(2G)은 3G, 4G, 5G로 진화했다.

### 최초의 네트워크
섬네일|alt=1991년의 프로토타입 GSM 휴대 전화|프로토타입 GSM 휴대 전화
이와 병행하여 프랑스와 독일은 1984년에 공동 개발 계약을 체결했으며, 1986년에 이탈리아와 영국이 합류했다. 1986년, 유럽 연합 집행위원회는 GSM을 위해 900 MHz 주파수 대역을 예약할 것을 제안했다. 오랫동안 전 핀란드 총리 하리 홀케리가 1991년 7월 1일, 노키아와 지멘스가 구축하고 라디올린야가 운영한 네트워크를 사용하여 탐페레시의 부시장 카리나 수오니오에게 전화를 건 것이 세계 최초의 GSM 통화로 믿어져 왔다. 2021년, 전 노키아 엔지니어 페카 론카는 《헬싱긴 사노마트》를 통해 그보다 몇 시간 앞서 테스트 통화를 했다고 밝혔다. 론카는 "실제 세계 최초의 GSM 통화는 내가 한 것이다. 살로에 있는 마료 요우시넨에게 전화를 걸었다"고 알렸다. 이듬해에는 최초의 단문 메시지 서비스(SMS) 메시지가 전송되었으며, 보다폰 영국과 텔레콤 핀란드가 최초의 국제 로밍 계약을 체결했다.

### 성능 향상
1991년에 GSM 표준을 1800 MHz 주파수 대역으로 확장하는 작업이 시작되었으며, 1993년 영국에서 DCS 1800으로 불리는 최초의 1800 MHz 네트워크(Mercury One2One)가 가동되었다. 또한 그해, 텔스트라가 유럽 이외의 지역에서 GSM 네트워크를 배치한 최초의 통신 사업자가 되었고, 최초의 실용적인 휴대용 GSM 휴대 전화가 출시되었다.

1995년에는 팩스, 데이터 및 SMS 메시징 서비스가 상업적으로 출시되었고, 미국에서 최초의 1900 MHz GSM 네트워크가 가동되었으며, 전 세계 GSM 가입자가 1,000만 명을 넘어섰다. 같은 해 GSM 협회가 설립되었다. 1996년 선불 GSM SIM 카드가 출시되었으며, 1998년 전 세계 GSM 가입자가 1억 명을 돌파했다.

2000년에는 최초의 상용 GPRS(General Packet Radio Service) 서비스가 시작되었고 최초의 GPRS 호환 단말기가 판매되기 시작했다. 2001년에는 GSM의 일부가 아닌 3G 기술인 첫 UMTS(W-CDMA) 네트워크가 출시되었다. 전 세계 GSM 가입자는 5억 명을 넘어섰다. 2002년에는 최초의 멀티미디어 메시지 서비스(MMS)가 도입되었고 800 MHz 대역의 첫 GSM 네트워크가 가동되었다. EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution) 서비스는 2003년에 처음 운영되었으며, 전 세계 GSM 가입자 수는 2004년에 10억 명을 넘어섰다.

2005년까지 GSM 네트워크는 전 세계 셀룰러 네트워크 시장의 75% 이상을 차지하며 15억 명의 가입자에게 서비스를 제공했다. 2005년에는 최초의 HSDPA 지원 네트워크도 가동되었다. 2007년에는 최초의 HSUPA 네트워크가 출시되었다. (HSPA와 그 상향 및 하향 링크 버전은 3G 기술이며 GSM의 일부가 아니다.) 전 세계 GSM 가입자는 2008년에 30억 명을 넘어섰다.

### 채택
섬네일|1996년형 지멘스 GSM 휴대 전화 전면에 표시된 GSM 로고 아이콘
GSM 협회는 2011년에 GSM 표준에 정의된 기술이 모바일 시장의 80%를 점유하고 있으며, 212개 이상의 국가 및 지역에서 50억 명 이상의 사람들에게 서비스를 제공하고 있어 GSM이 많은 셀룰러 네트워크 표준 중 가장 도처에 존재한다고 추정했다.

GSM은 유럽 전기 통신 표준 협회(ETSI)에서 발행한 시분할다중접속(TDMA) 스펙트럼 공유 방식을 사용하는 2세대(2G) 표준이다. GSM 표준에는 3GPP에서 발행한 3G 광대역 부호 다중 분할 접속(W-CDMA) 기술이나 4G LTE 직교 주파수 분할 다중 접속(OFDMA) 기술 표준은 포함되지 않는다.

GSM은 처음으로 유럽 전역의 무선 네트워크를 위한 공통 표준을 세웠다. 또한 유럽 이외의 많은 국가에서도 채택되었다. 이를 통해 가입자들은 서로 로밍 계약을 맺은 다른 GSM 네트워크를 사용할 수 있게 되었다. 하드웨어와 소프트웨어를 현지 시장에 맞게 약간만 조정하여 판매할 수 있었기 때문에 공통 표준은 연구 개발 비용을 절감시켰다.

### 네트워크 중단

오스트레일리아의 텔스트라는 2016년 12월 1일에 2G GSM 네트워크를 종료하여 GSM 네트워크를 퇴역시킨 첫 번째 이동 통신 사업자가 되었다. GSM 네트워크를 중단한 두 번째 모바일 제공업체는 미국의 AT&T 모빌리티(2017년 1월 1일)였다.
오스트레일리아의 옵터스는 2017년 8월 1일에 2G GSM 네트워크 종료를 완료했으며, 웨스턴오스트레일리아주와 노던 준주를 커버하는 옵터스 GSM 네트워크 일부는 앞서 2017년 4월에 종료되었다.
싱가포르는 2017년 4월에 2G 서비스를 완전히 중단했다.

## 기술적 세부 사항

섬네일|upright=1.6|GSM 네트워크의 구조

### 네트워크 구조
네트워크는 몇 가지 개별 섹션으로 구성된다.
* 기지국 하위 시스템 – 기지국과 그 제어 장치
* 네트워크 및 교환 하위 시스템 – 고정 네트워크와 가장 유사한 네트워크 부분으로, 때로는 단순히 "코어 네트워크"라고 불림
* GPRS 코어 네트워크 – 패킷 기반 인터넷 연결을 가능하게 하는 선택적 부분
* 운용 지원 시스템(OSS) – 네트워크 유지 관리

### 기지국 하위 시스템

[섬네일|150px|[독일 뮌헨 독일 박물관에 있는 GSM 기지국 안테나]]

GSM은 셀룰러 네트워크를 활용한다. 즉, 휴대 전화가 인근의 셀을 검색하여 연결한다. GSM 네트워크에는 다섯 가지의 셀 크기가 있다.

* 매크로셀(Macro)
* 마이크로셀(Micro)
* 피코셀(Pico)
* 펨토셀(Femto)
* 엄브렐러(Umbrella) 셀

각 셀의 서비스 범위는 구현 환경에 따라 다르다. 매크로셀은 기지국 안테나가 기둥이나 건물의 평균 지붕 높이보다 높은 곳에 설치된 셀로 간주할 수 있다. 마이크로셀은 안테나 높이가 평균 지붕 높이 미만인 셀로, 주로 도시 지역에 배치된다. 피코셀은 커버리지 직경이 수십 미터인 작은 셀로, 주로 실내에서 사용된다. 펨토셀은 주택이나 소상공인 환경에서 사용하기 위해 설계된 셀로, 광대역 인터넷 연결을 통해 이동 통신망 사업자의 네트워크에 연결된다. 엄브렐러 셀은 작은 셀들의 음영 지역을 커버하거나 그 셀들 사이의 커버리지 간극을 메우는 데 사용된다.

셀의 수평 반경은 안테나 높이, 안테나 이득 및 전파 조건에 따라 수백 미터에서 수십 킬로미터까지 다양하다. GSM 사양이 실제 사용에서 지원하는 최장 거리는 이다. 확장 셀(extended cell) 개념의 구현도 여러 개 있으며, 안테나 시스템, 지형 유형 및 타이밍 어드밴스(timing advance)에 따라 셀 반경이 두 배 이상이 될 수도 있다.

GSM은 실내 피코셀 기지국이나 전력 분배기를 통해 공급되는 분산 실내 안테나가 있는 실내 중계기를 사용하여 실내 커버리지를 지원하며, 실외 안테나로부터 무선 신호를 별도의 실내 분산 안테나 시스템으로 전달한다. 피코셀은 일반적으로 쇼핑 센터나 공항과 같이 실내에서 상당한 통화 용량이 필요할 때 배치된다. 그러나 인근 셀로부터의 무선 신호가 건물 내부로 침투하여 실내 커버리지를 제공하기도 하므로 이것이 필수 전제 조건은 아니다.

#### GSM 반송파 주파수

GSM 네트워크는 다양한 반송파 주파수 범위(2G용 GSM 주파수 대역과 3G용 UMTS 주파수 대역으로 구분됨)에서 작동하며, 대부분의 2G GSM 네트워크는 900 MHz 또는 1800 MHz 대역에서 작동한다. 이러한 대역이 이미 할당된 곳에서는 대신 850 MHz 및 1900 MHz 대역이 사용되었다(예: 캐나다 및 미국). 드문 경우지만 1세대 시스템에서 이전에 사용되었던 400 MHz 및 450 MHz 주파수 대역이 일부 국가에서 할당되기도 한다.

비교를 위해 유럽의 대부분 3G 네트워크는 2100 MHz 주파수 대역에서 작동한다. 전 세계 GSM 주파수 사용에 대한 자세한 내용은 GSM 주파수 대역을 참조하라.

사업자가 선택한 주파수와 관계없이, 그것은 개별 전화기를 위해 시분할 다중화된 시간 슬롯으로 나뉜다. 이를 통해 하나의 무선주파수당 8개의 풀 레이트 또는 16개의 하프 레이트 음성 채널을 사용할 수 있다. 이 8개의 무선 시간 슬롯(또는 버스트 기간)은 하나의 TDMA 프레임으로 그룹화된다. 하프 레이트 채널은 동일한 시간 슬롯에서 교대 프레임을 사용한다.  모두에 대한 채널 데이터 속도는 이며, 프레임 지속 시간은 이다. TDMA 노이즈는 TDMA를 사용하는 GSM 전화기 근처의 스피커에서 들릴 수 있는 간섭으로, 윙윙거리는 소리로 들린다.

단말기의 송신 출력은 에서 최대 2와트, 에서 로 제한된다.

#### 음성 코덱
GSM은 3.1 kHz 오디오를 7~13 kbit/s 사이로 압축하기 위해 다양한 음성 코덱을 사용해 왔다. 원래는 할당된 데이터 채널의 유형에 따라 이름 붙여진 하프 레이트(6.5 kbit/s)와 풀 레이트(13 kbit/s)라는 두 가지 코덱이 사용되었다. 이들은 선형 예측 부호화(LPC) 기반 시스템을 사용했다. 이 코덱들은 비트레이트 효율성 외에도 오디오의 더 중요한 부분을 식별하기 쉽게 하여 공중 인터페이스 계층이 신호의 이러한 부분들을 우선시하고 더 잘 보호할 수 있게 했다. GSM은 1997년에 풀 레이트 채널을 사용하는 12.2 kbit/s 코덱인 향상된 풀 레이트(EFR) 코덱으로 더욱 개선되었다.
최종적으로 UMTS 개발과 함께 EFR은 AMR-Narrowband라는 가변 비트레이트 코덱으로 재구성되었는데, 이는 풀 레이트 채널에서 사용 시 고품질이며 간섭에 강하고, 하프 레이트 채널에서 양호한 무선 환경일 때 품질이 상대적으로 높으면서도 견고함은 다소 떨어진다.

### 가입자 식별 모듈 (SIM)
섬네일|휴대 전화에 사용되는 나노 SIM
GSM의 핵심 기능 중 하나는 흔히 **SIM 카드**로 알려진 가입자 식별 모듈이다. SIM은 사용자의 가입 정보와 전화번호부를 포함하는 탈착식 스마트카드이다. 이를 통해 사용자는 단말기를 바꾼 후에도 정보를 유지할 수 있다. 또는 사용자는 단말기를 바꾸지 않고 SIM만 교체함으로써 네트워크나 네트워크 식별 정보를 변경할 수 있다.

### 단말기 잠금
때때로 이동 통신망 사업자들은 자신들이 판매하는 단말기를 자사 네트워크에서만 사용하도록 제한한다. 이를 SIM 락이라고 하며 전화기의 소프트웨어 기능으로 구현된다. 가입자는 일반적으로 수수료를 내고 잠금 해제를 위해 사업자에게 연락하거나, 사설 서비스를 이용하거나, 소프트웨어 및 웹사이트를 사용하여 직접 단말기를 잠금 해제할 수 있다. 통신사가 잠근 전화기를 해킹하여 우회하는 것도 가능하다.

일부 국가 및 지역(예: 브라질, 독일)에서는 듀얼 SIM 단말기와 사업자가 풍부하여 모든 전화기가 잠금 해제된 상태로 판매된다.

## GSM 보안
GSM은 보안 무선 시스템으로 설계되었다. 챌린지-응답 방식의 사전 공유 키를 사용한 사용자 인증과 무선 구간 암호화를 고려했다. 그러나 GSM은 네트워크의 각기 다른 부분을 겨냥한 다양한 유형의 공격에 취약하다.

연구 결과에 따르면 GSM은 스크립트 키디(쉽게 구할 수 있는 하드웨어와 소프트웨어를 사용하는 미숙련자)에 의한 해킹에 취약하다. 이러한 취약성은 DVB-T TV 튜너와 같은 도구의 접근성에서 발생하며 모바일 사용자 및 네트워크 사용자 모두에게 위협이 된다. "스크립트 키디"라는 용어가 정교한 기술의 부족을 암시함에도 불구하고, GSM에 대한 이들의 공격 결과는 셀룰러 네트워크의 기능에 영향을 미쳐 심각할 수 있다. GSM이 여전히 수많은 국가에서 셀룰러 기술의 주요 원천이라는 점을 고려할 때, 악의적인 공격으로부터의 잠재적 위협에 대한 취약성은 해결되어야 할 문제이다.

UMTS의 개발과 함께 더 긴 인증 키를 사용하여 더 높은 보안을 제공하고 네트워크와 사용자를 상호 인증하는 선택적인 USIM이 도입되었는데, 반면 GSM은 사용자만 네트워크에 인증한다(반대의 경우는 아님). 따라서 보안 모델은 기밀성과 인증을 제공하지만, 권한 부여 기능은 제한적이며 부인봉쇄 기능은 없다.

GSM은 보안을 위해 여러 암호화 알고리즘을 사용한다. A5/1, A5/2, A5/3 스트림 암호가 무선 구간의 음성 프라이버시를 보장하는 데 사용된다. A5/1이 먼저 개발되었으며 유럽과 미국 내에서 사용되는 더 강력한 알고리즘이고, A5/2는 더 약하며 다른 국가에서 사용된다. 두 알고리즘 모두에서 심각한 약점이 발견되었다. 암호문 단독 공격으로 실시간으로 A5/2를 깨는 것이 가능하며, 2007년 1월 The Hacker's Choice는 레인보 테이블 공격으로 A5/1을 깰 수 있게 해주는 FPGA 사용 계획과 함께 A5/1 크래킹 프로젝트를 시작했다. 시스템은 다중 알고리즘을 지원하므로 사업자는 해당 암호를 더 강력한 것으로 교체할 수 있다.

2000년 이후 A5 암호화 알고리즘을 깨기 위한 다양한 노력이 있어 왔다. A5/1과 A5/2 알고리즘은 모두 깨졌으며 그 암호 해독 방법이 문헌에 공개되었다. 예를 들어 카르스텐 놀은 다수의 레인보 테이블(공격 수행 시간을 단축하는 정적 값)을 개발하고 기지 평문 공격을 위한 새로운 소스를 찾아냈다. 그는 "오픈 소스 구성 요소로... 완전한 GSM 감청기...를 구축하는 것"이 가능하지만 법적 문제 때문에 그렇게 하지는 않았다고 말했다. 놀은 7년 된 모토로라 휴대 전화와 온라인에서 무료로 사용 가능한 복호화 소프트웨어를 사용하여 다른 사용자를 사칭해 음성 사서함을 듣거나, 전화를 걸거나, 문자 메시지를 보냄으로써 음성 및 문자 대화를 가로챌 수 있었다고 주장했다.

GSM은 웹 브라우징과 같은 데이터 전송에 GPRS를 사용한다. 가장 흔히 배치된 GPRS 암호는 2011년에 공개적으로 깨졌다.

연구원들은 흔히 사용되는 GEA/1 및 GEA/2(GPRS Encryption Algorithms 1 및 2) 암호의 결함을 밝혀냈고 GPRS 네트워크를 스니핑하기 위한 오픈 소스 "gprsdecode" 소프트웨어를 발표했다. 그들은 또한 일부 통신사가 자신들이 좋아하지 않는 트래픽이나 프로토콜(예: 스카이프)의 사용을 감지하기 위해 데이터를 암호화하지 않아(즉, GEA/0 사용) 고객을 보호하지 않은 채로 둔다는 점을 언급했다. GEA/3는 상대적으로 깨기 어려운 것으로 보이며 일부 최신 네트워크에서 사용 중인 것으로 알려졌다. 가짜 기지국 연결 및 다운그레이드 공격을 방지하기 위해 USIM과 함께 사용한다면 사용자는 중기적으로 보호받을 것이나, 여전히 128비트 GEA/4로의 마이그레이션이 권장된다.

GEA/1 및 GEA/2에 대한 최초의 공개 암호 해독은 2021년에 이루어졌다. 64비트 키를 사용함에도 불구하고 GEA-1 알고리즘은 알고리즘의 두 부분 사이의 관계 때문에 실제로는 40비트의 보안만 제공한다는 결론이 내려졌다. 연구원들은 이 관계가 의도적인 것이 아니라면 발생했을 가능성이 매우 낮다는 점을 발견했다. 이는 암호화 프로그램의 수출에 대한 유럽의 통제를 충족하기 위해 행해졌을 수 있다.

## 표준 정보
GSM 시스템 및 서비스는 ETSI에서 관리하는 일련의 표준에 기술되어 있으며, 전체 목록이 유지 관리되고 있다.

## 특허 및 오픈 소스 구현
OpenBTS에 의한 기지국 트랜시버나 다양한 부분을 제공하는 Osmocom 스택과 같이 특정 GSM 기능을 제공하는 여러 오픈 소스 소프트웨어 프로젝트가 존재한다.

특허는 모든 오픈 소스 GSM 구현에 문제가 되는데, GNU나 다른 자유 소프트웨어 배포자가 사용자에 대한 특허권자의 모든 소송으로부터 면책을 보장하는 것이 불가능하기 때문이다. 게다가 표준에 새로운 기능이 계속 추가되고 있으며 이는 수년 동안 특허 보호를 받는다는 것을 의미한다.

1991년의 원래 GSM 구현은 이제 특허 부담에서 완전히 벗어났을 수 있지만, 2012년까지 시행되었던 미국의 "선발명(first to invent)" 시스템 때문에 특허 자유가 확실하지는 않다. "선발명" 시스템은 "특허 기간 조정"과 결합되어 미국 특허의 수명을 우선권일로부터 20년을 훨씬 넘겨 연장할 수 있다. 현재 OpenBTS가 초기 사양의 기능을 제한 없이 구현할 수 있을지는 불분명하다. 그러나 특허가 순차적으로 만료됨에 따라 이러한 기능들은 오픈 소스 버전에 추가될 수 있다. 년 기준, GSM 사용과 관련하여 OpenBTS 사용자들을 상대로 제기된 소송은 없었다.

## 같이 보기
* 셀 (이동 통신)
* GSM 주파수 대역
* GSM-R
* 고속 하향 패킷 접속
* LTE (전기통신)
* MSISDN
* 노르딕 모바일 텔레폰
* 개인 휴대 통신망

## 각주

## 외부 링크

*  GSM Association—Official industry trade group representing GSM network operators worldwide
*  3GPP—3G GSM standards development group

분류:이동 통신 표준
분류:GSM 표준