Introduction to GSM Network and OpenBTS

-----[ Pengantar

Tulisan ini hanya akan membahas tentang GSM network secara umum, sedikit
menyinggung project Open Source GSM network, dan bagaimana OpenSource GSM
Network itu bekerja. 

-----[ Pendahuluan

GSM ( Global System for Mobile Communication ) adalah standar yang di
kembangkan oleh ETSI ( European Telecomunication Standards Instute ) yang
mendeskripsikan tehnologi 2G digital cellular network. Jaringan GSM
dikembangkan untuk menggantikan tehnologi 1G analog celluler network. Jaringan
GSM pada umumnya beroperasi pada frekuensi 900MHz atau 1800MHz, sedangkan
frekuesi Uplink dan Downlink yang digunakan berbeda. Misalnya untuk GSM-900
mengunakan frekuensi 890-915Mhz untuk mengirimkan informasi dari MS ke BTS
(uplink), sedangkan frekuensi 935-960Mhz digunakan untuk donwnlink. 

Jaringan GSM didesain dengan menerapkan sistem otentifikasi dan enkripsi pada
saat mobile station berhubungan dengan jaringan GSM. Algoritma enkripsi yang
digunakan untuk otentifikasi adalah A3 dan A8. Sedangkan Algoritma yang
digunakan untuk melakukan enkripsi voice dan sms adalah A5/1,A5/2,A5/3.
Algoritma A5/1 adalah algoritma yang paling umum digunakan di jaringan GSM,
A5/3 atau disebut juga dengan nama kasumi adalah algoritma yang biasanya
digunakan di jaringan UMTS. Sedangkan A5/2 dianggap lemah dan tidak layak untuk
digunakan lagi pada jaringan GSM, karena pada tahun 1999 Ian Goldberg dan David
Wagner mempublish kelemahan pada A5/2.

-----[ Struktur Jaringan GSM
 
         PSTN
         /
-------------------------------------------/-------------------------------------
| ||   ||   /         |
| ||   ||  /     |
| MT----||---BTS---       --||--MSC/VLR--------------------HLR/AUC  |
|  | ||    \      / ||          (EIR)  |
|  | ||          ---BSC--- ||           |
|  | ||    /       ||          |
|  | ||   /  ||         |
|  TE ||   BTS--           ||        |
| ||          ||      |
| ||   ||          |
| ||   ||      |
|   ||   ||      |
| MS || BSS  ||    NSS  |
---------------------------------------------------------------------------------
 * Voice & SMS     
           

Istilah-istilah :
 - MS (Mobile Station) adalah semua peralatan & software yang dibutuhkan oleh
   user untuk melakukan komunikasi pada jaringan telepon. MS terdiri atas ME (
   mobile equipment ) dan SIM ( Subscriber Identity Module ).
 - ME adalah perangkat yang digunakan oleh user untuk melakukan komunikasi
   telepon, sedangkan kartu SIM berisikan informasi yang digunakan untuk
   authentikasi dan identifikasi subsriber pada jaringan telepon.
 - BTS (Base Transceiver Station) adalah radio transceiver yang menghubungkan
   dengan MS.
 - Interface udara yang menghubungkan antara MS dengan BTS disebut Um.
 - BSC ( Base Station Controller ) bertugas melakukan kontrol terhadap BTS yang
   ada.
 - Interface yang menghubungkan antara BSC dungan MSC disebut A interface.
 - MSC ( Mobile Switching Center ) bertugas melakukan kontrol terhadap
   panggilan di jaringan telepon. Melakukan identifikasi sumber dan tujuan
   panggilan telepon.
 - HLR ( Home Location Register ) adalah database yang digunakan untuk
   menempatkan dan melakukan managemen terhadap subscriber. HLR menyimpan IMSI,
   ISDN number, VLR address, dan subsriber data.
 - VLR ( Visitor Location Register ) adalah database yang menyimpan informasi
   tentang subsriber seperti HLR address subscriber, 
 - EIR ( Equipment Identity Register ) bertugas melakukan check terhadap
   validasi IMEI ME.
 - AuC ( Authentication Center ) bertugas melakukan authentifikasi setiap kartu
   SIM yang mencoba terhubung ke dalam GSM Core Network. AuC juga menyimpan Ki
   setiap IMSI terdaftar di HLR.

Beberapa informasi yang dikirimkan oleh MS kepada jaringan GSM
- IMSI ( International mobile subsriber identity ) adalah angka yang unik dan
  berada didalam setiap SIM telepon. IMSI membawa beberapa informasi penting di
  dalamnya seperti MCC (Mobile Country Code), MNC (Mobile Network Code), MSIN
  (Mobile Subscriber Identification Number), dan MNSI (Mobile National
  Subsriber Identify).
- IMEI ( International Mobile Equipment Identify ) adalah angka yang unik
  sebagai identitas ME yang diberikan oleh perusahaan manufakturnya.
- Ki ( Authentification Key ) adalah key yang terdapat di dalam SIM dan AuC. Ki
  di gunakan dalam proses enkripsi A3 dan A8.

-----[ Open Source Jaringan GSM based OpenBTS 

OpenBTS adalah aplikasi yang menggunakan software radio (Gnuradio) untuk
mengatur perangkat openbts mentransmisikan radio interface UM berdasarkan
standar 2G GSM dan menggunakan SIP / PBX sebagai sarana penghubung antar
panggilan telepon.

             -----------         ----------------
            |           |       |                |
 ----       | Perangkat |       |    Komputer    |
| MS |<---->|  OpenBTS  |<----->|   Pengontrol   |
 ----       |           |       |                |
            |           |       |                |
             -----------         ----------------

OpenBTS terdiri atas beberapa applikasi yang saling terkait satu dengan lainnya : 
- OpenBTS bertugas menjalankan GSM stack.
- Transceiver bertugas sebagai software radio modem dan hardware control interface.
- Asterisk bertugas sebagai pengontrol panggilan telepon.
- Smqueue bertugas menyimpan dan melakukan forwarding sms.
- SubsriberRegistry bertugas menampung informasi data subsriber.

System Diagram :


 ------------------   -------------------------------------------------------------------------
|     | |                |
| OpenBTS.db     | |  SIP REGISTER             |
|    <--> OpenBTS--|-|------------------------------> sipauthserve <--------> sipauthserve.db  |
|    ^  ^    | |     ^    ^           |
 ----------|--|----  |    SIP MESSAGE   |    ----------------------------      |
    |  |------|--------------------> smqueue ------------- <----> smqueue.db     |      |
    |      |         v      |
    ----------|----> PBX <----------------------------------------------> sqlite3.db    |
       |                |
        -------------------------------------------------------------------------


-----[ Cara Kerja OpenBTS

MS mengirimkan request kepada OpenBTS agar dapat berkomunikasi dengan jaringan
telepon berbasis openbts. Request yang dikirimkan oleh MS disertai dengan
informasi data identitas MS.  Data-data tersebut meliputi IMSI, LAC, dll.
OpenBTS akan melakukan check terhadap data yang dikirimkan oleh MS berdasarkan
konfigurasi yang berada di dalam OpenBTS.db . Jika data yang di kirimkan oleh
MS ternyata ditolak, openbts akan menghubungi smqueue berdasarkan data yang
didapatkan openbts agar smqueue mengirimkan sms kepada MS "your handset is not
provisioned for this network". Jika MS diterima, OpenBTS akan menyimpan data
user di dalam OpenBTS.db dan memberitahukan smqueue untuk mengirimkan pesan
kepada MS "Welcome to the GSM Network".
 
Ketika MS ingin melakukan panggilan telepon, sipauthserve akan mencatat tujuan
nomor telepon yang dituju ke dalam sqlite3.db . SIP berperan melakukan
switching terhadap panggilan telepon berdasarkan data yang ada di dalam
sqlite3.db dan nomor telepon yang ada di dalam konfigurasi SIP.

Tentu saja fitur yang disebutkan di atas, adalah fitur bawaan dari OpenBTS.
Kita dapat melakukan kreasi lainnya, misalnya dengan menggunakan jabber sebagai
SMS Center pengganti smqueue, menggunakan google voice sebagai gateway untuk
panggilan telepon ke PSTN. Kabarnya para developer OpenBTS untuk sekarang
ini,sedang mempersiapkan untuk network UMTS dan telah berhasil menampilkan
"Hello World" pada valid 3G beacon.

-----[ Penutup

Project Open Source OpenBTS diharapkan dapat memberikan manfaat bagi khalayak
banyak dengan akses komunikasi telepon yang murah, akses telekomunikasi darurat
untuk daerah yang terkena bencana alam, selain itu bagi para security entusiast
project seperti ini adalah jalan untuk belajar lebih lanjut tentang GSM stack.
Akhir kata, semoga tulisan ini dapat bermanfaat kita semua.


"  ingin bebas menentukan sendiri apa   yang kami butuhkan dan kami percayai;
   ingin bebas berkomunikasi,menjelajah dan menikmati ini dengan bebas  tanpa 
   ada perbedaan; " echo's manifesto


Referensi :
- http://en.wikipedia.org/wiki/GSM
- http://en.wikipedia.org/wiki/Base_transceiver_station
- http://en.wikipedia.org/wiki/Subscriber_identity_module
- http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/OpenBTS?version=91
- https://wush.net/trac/rangepublic/wiki
- http://www6.conestogac.on.ca/~mkabir/TCOM1010_ConEd_Cellular/Day-02_GSM%20Network%20Architecture.pdf
- http://wush.net/trac/rangepublic/attachment/wiki/WikiStart/SoftwareP2.8Manual.pdf

Greetz to :
- Special thanks to: sum witwicky, dru *thx for trolling meh :))
- lirva32, y3dips, k159, echo|staff, sakitjiwa, poniman_cell
- gitulaw, echoer, ab71, MadFGuy, anak-anak RNDC
- and YOU!