Ce este o tehnologie GSM: arhitectură și aplicațiile sale

Tehnologia digitală celulară, cum ar fi GSM (Global System for Mobile Communication), este utilizată pentru a transmite date mobile, precum și servicii de voce. Acest concept a fost implementat la Laboratoarele Bell folosind un sistem de radio mobil în 1970. După cum sugerează și numele, numele grupului de standardizare a fost stabilit în anul 1982 pentru a face un standard general european de telefonie mobilă. Această tehnologie deține peste 70% din cota de piață a abonatului celular digital din întreaga lume. Această tehnologie a fost dezvoltată prin utilizarea tehnologiei digitale. În prezent, tehnologia GSM acceptă peste 1 miliard de abonați la telefonie mobilă din întreaga lume în cele 210 țări de mai sus. Această tehnologie oferă servicii de voce și date de la fundamental la complex. Acest articol discută o prezentare generală a tehnologiei GSM.

Ce este tehnologia GSM?

GSM este un modem de comunicații mobile, înseamnă sistem global de comunicații mobile (GSM). Ideea GSM a fost dezvoltată la Laboratoarele Bell în 1970. Este un sistem de comunicații mobile larg utilizat în lume. GSM este o tehnologie celulară deschisă și digitală utilizată pentru transmiterea serviciilor de voce și date mobile care operează la benzile de frecvență de 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz și 1900 MHz.

Tehnologia GSM a fost dezvoltată ca un sistem digital care utilizează tehnica de acces multiplu prin diviziune în timp (TDMA) în scopuri de comunicare. Un GSM digitalizează și reduce datele, apoi le trimite printr-un canal cu două fluxuri diferite de date ale clienților, fiecare în intervalul său de timp particular. Sistemul digital are capacitatea de a transporta viteze de date de la 64 kbps la 120 Mbps.

Modem GSM

Există diferite dimensiuni de celule într-un sistem GSM, cum ar fi celulele macro, micro, pico și umbrelă. Fiecare celulă variază în funcție de domeniul de implementare. Există cinci dimensiuni de celule diferite într-o celulă macro, micro, pico și umbrelă de rețea GSM. Zona de acoperire a fiecărei celule variază în funcție de mediul de implementare.

Tehnica accesului multiplu de diviziune a timpului (TDMA) se bazează pe atribuirea unor intervale de timp diferite fiecărui utilizator pe aceeași frecvență. Se poate adapta cu ușurință la transmisia de date și la comunicarea vocală și poate transporta viteza de date de 64 kbps la 120 Mbps.

Arhitectura tehnologică GSM

Principalele elemente din arhitectura GSM includ următoarele.

Arhitectura tehnologiei GSM

• Subsistem de rețea și comutare (NSS)
• Subsistemul stației de bază (BSS)
• Stația mobilă (MS)
• Subsistemul de funcționare și suport (OSS)

Subsistem de comutare în rețea (NSS)

În arhitectura sistemului GSM, include diferite elemente, care sunt frecvent cunoscute sub numele de sistem / rețea de bază. Aici, este practic o rețea de date care include o varietate de unități pentru a asigura controlul major, precum și interfața întregului sistem de rețea mobilă. Rețeaua de bază include elementele majore care sunt discutate mai jos.

Centru de comutare mobilă (MSC)

Centrul de comutare mobilă sau MSC este elementul cheie în regiunea de bază a rețelei arhitecturii rețelei GSM. Acest centru de comutare a serviciilor mobile funcționează ca un nod de comutare standard într-un ISDN altfel PSTN, cu toate acestea, oferă și o funcționalitate suplimentară pentru a permite necesităților utilizatorului mobil să fie acceptate, cum ar fi autentificarea, înregistrarea, transferul inter-MSC locația apelului și direcționarea apelului către un abonat la telefonul mobil.

Și oferă, de asemenea, un avantaj către rețeaua publică de telefonie cu comutare, astfel încât apelurile telefonice să poată fi conectate din rețeaua mobilă la un telefon la un telefon fix. Sunt furnizate interfețe cu alte servere de centru de comutare mobilă pentru a permite efectuarea de apeluri mobile către telefoane mobile prin rețele diferite.

Home Location Register (HLR)

Această bază de date HLR include informații referitoare la administrativ, precum fiecare abonat cu locația identificată anterior. Astfel, rețeaua GSM este capabilă să conecteze apelurile la stația de bază aferentă pentru comutatorul mobil. Odată ce un operator își pornește telefonul, apoi telefonul se înregistrează prin rețea, astfel încât este probabil să decidă ce stație de emisie-recepție de bază comunică, astfel încât apelurile primite să poată fi conectate corect.

Chiar și după ce mobilul este pornit, dar nu este activ, acesta se înregistrează din nou pentru a se asigura că rețeaua HLR răspunde la cea mai recentă locație. Există un HLR pentru fiecare rețea, chiar dacă poate fi dispersat într-o varietate de sub-centre din cauze operaționale.

Registrul locației vizitatorilor (VLR)

VLR include informații preferate care sunt primite de la rețeaua HLR pentru a permite serviciile preferate pentru abonatul separat. Registrul de localizare a vizitatorilor poate fi executat ca o unitate separată, totuși, este de obicei realizat ca un element esențial al MSC, înainte de o unitate individuală. Astfel, accesul este terminat mai rapid și mai convenabil.

Registrul de identitate a echipamentului (EIR)

EIR (Equipment Identity Register) este unitatea care ia o decizie dacă echipamentul mobil specificat poate fi permis în rețea. Fiecare echipament mobil include un număr identificat precum IMEI sau International Mobile Equipment Identity.

Deci, acest număr IMEI este fixat în echipamentul mobil și este verificat prin rețea în timpul înregistrării. Depinde în principal de informațiile care sunt păstrate în EIR, iar dispozitivului mobil i se poate atribui una dintre cele 3 condiții care permit accesul prin rețea, restricționat, altfel urmărit în caz de probleme.

Centrul de autentificare (AuC)

AuC (centrul de autentificare) este un fișier protejat care include cheia secretă pe cartela SIM a utilizatorului. AuC este utilizat în principal pentru verificare și codificare pe canalul radio.

Gateway Mobile Switching Center (GMSC)

GMSC / Gateway Mobile Switching Center este capătul la care este conectat în primul rând un apel de terminare ME fără nicio informație despre locul MS. GMSC obține numărul stației mobile în roaming (MSRN) de la MSISDN pe baza HLR și conectarea apelului la MSC-ul vizitat exact. Diviziunea „MSC” a numelui GMSC este confuză, deoarece procesul de gateway nu are nevoie de nicio legătură către un MSC.

SMS Gateway (SMS-G)

Gateway-ul SMS sau SMS-G este utilizat în comun pentru a explica două gateway-uri SMS în standardele GSM. Aceste gateway-uri controlează mesajele care sunt direcționate în moduri diferite.

Centrul de comutare mobilă Gateway Service Short Message Service (SMS-GMSC) este utilizat pentru mesajele scurte care sunt transmise către un ME. Centrul de comutare mobil inter-serviciu al serviciului de mesaje scurte (SMS-IWMSC) este utilizat pentru mesajele scurte create printr-o rețea mobilă. Rolul principal al SMS-GMSC este legat de GMSC, dar SMS-IWMSC oferă un acces permanent la centrul SMS.

Aceste unități au fost cele mai importante utilizate în rețeaua de tehnologie GSM. În mod normal, acestea erau co-localizate, deși frecvent rețeaua centrală generală era transmisă în toată țara oriunde se afla rețeaua. În caz de defecțiune, aceasta va oferi o oarecare flexibilitate.

Subsistemul stației de bază (BSS)

Acționează ca o interfață între stația mobilă și subsistemul de rețea. Se compune din stația de bază a transceiverului care conține transmițătoare radio și gestionează protocoalele de comunicare cu telefoanele mobile. De asemenea, constă din controlerul stației de bază care controlează stația de emisie-recepție de bază și acționează ca o interfață între stația mobilă și centrul de comutare mobil.

Subsistemul de rețea asigură conexiunea de bază la rețea la stațiile mobile. Partea de bază a subsistemului de rețea este Centrul de comutare a serviciului mobil, care oferă acces la diferite rețele, cum ar fi ISDN, PSTN, etc. Acesta constă, de asemenea, din Registrul de localizare a domiciliului și Registrul de localizare a vizitatorilor, care oferă capacitatea de rutare a apelurilor și de roaming ale GSM.

De asemenea, conține Registrul de identitate a echipamentelor, care păstrează un cont al tuturor echipamentelor mobile în care fiecare telefon mobil este identificat prin propriul număr IMEI. IMEI înseamnă International Mobile Equipment Identity.

Secțiunea BSS sau subsistemul stației de bază a arhitecturii de rețea GSM a doua generație este în principiu conectată cu telefoanele mobile din rețea. Acest subsistem include două elemente care sunt discutate mai jos.

Stație de emisie-recepție de bază (BTS)

BTS (stația de emisie-recepție de bază) care este utilizată într-o rețea GSM include radioul Tx, Rx și antenele aferente acestora pentru a transmite, primi și conversa direct prin intermediul telefoanelor mobile. Această stație este elementul important pentru fiecare celulă și conversează cu telefoanele mobile și interfața dintre cele două este identificată ca interfața Um cu protocoale conexe.

Controler stație de bază (BSC)

BSC (controlerul stației de bază) este utilizat pentru a forma următoarea fază inversă în tehnologia GSM. Acest controler este utilizat pentru a controla o colecție de stații de emisie-recepție de bază și este frecvent co-localizat printr-una dintre stațiile de emisie-recepție din cadrul grupului. Acest controler gestionează resursele radio pentru a controla diferite elemente, cum ar fi transferul în colecția de BTS, atribuie canale. Conversează cu stațiile de emisie-recepție de bază prin interfața Abis.

Elementul subsistemului din stația de bază a rețelei GSM utilizează tehnologia radio admisibilă pentru a permite unui număr de operatori să aibă dreptul de a utiliza sistemul simultan. Fiecare canal acceptă până la 8 operatori, permițând unei stații de bază să includă canale diferite, un număr mare de operatori putând fi găzduit prin fiecare stație de bază.

Acestea sunt localizate cu grijă prin furnizorul rețelei pentru a permite acoperirea întregii zone. Această zonă poate fi închisă cu o stație de bază care este adesea numită celulă. Deoarece nu se poate realiza oprirea semnalelor de la suprapunerea în celulele din apropiere și canalele utilizate în celulă unică nu sunt utilizate în următoarea.

Stație mobilă

Este telefonul mobil care constă din transceiver, afișaj și procesor și este controlat de o cartelă SIM care funcționează prin rețea.

MS (stațiile mobile) sau ME (echipamentele mobile) sunt identificate, în general, prin intermediul telefoanelor mobile, altfel, care fac parte dintr-o comunicație mobilă GSM n / w pe care operatorul o observă și operează. În prezent, dimensiunea lor s-a redus radical, în timp ce nivelul de funcționalitate a crescut foarte mult. Și încă un beneficiu este că timpul dintre acuzații s-a mărit drastic. Există diferite elemente pe telefonul mobil, deși cele două elemente esențiale sunt hardware-ul și SIM-ul.

Hardware-ul include elementele majore ale telefonului mobil, cum ar fi carcasa, afișajul, bateria și componentele electronice utilizate pentru a produce semnalul și a procesa receptorul de date care urmează să fie difuzat.
Stația mobilă include un număr numit IMEI. Acest lucru poate fi configurat pe telefonul mobil în timpul fabricării și nu poate fi modificat.

Este accesat de rețea în timpul înregistrării pentru a verifica dacă echipamentul a fost raportat ca fiind furat.

Cardul SIM (modul de identitate a abonatului) include datele care oferă identitatea utilizatorului către rețea. Și, de asemenea, include informații diferite, cum ar fi un număr numit IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Atunci când acest IMSI este utilizat pe cartela SIM, utilizatorul de telefonie mobilă poate schimba pur și simplu telefoanele mobile mutând cartela SIM de la un telefon mobil la altul.

Deci, schimbarea mobilă este ușoară fără a schimba același număr de mobil înseamnă că oamenii s-ar îmbunătăți frecvent, făcând astfel un flux de venituri suplimentar pentru furnizorii de rețea și servind pentru a spori victoria financiară totală a GSM.

Subsistemul de funcționare și suport (OSS)

Subsistemul de asistență operațională (OSS) face parte din arhitectura completă a rețelei GSM. Aceasta este conectată la componentele NSS și BSC. Acest OSS este utilizat în principal pentru a controla rețeaua GSM și încărcarea traficului BSS. Trebuie remarcat faptul că, atunci când numărul de BS crește prin scalarea populației de abonați, unele dintre sarcinile de conservare sunt mutate la stațiile de bază ale transceiver-ului, astfel încât costul de proprietate al sistemului poate fi redus.

Arhitectura de rețea GSM a 2G urmează în principal o tehnică logică de funcționare. Acest lucru este foarte simplu în comparație cu arhitecturile actuale ale rețelei de telefonie mobilă care utilizează unități definite de software pentru a permite o operare extrem de suplă. Dar arhitectura 2G GSM va demonstra vocea și funcțiile fundamentale operaționale care sunt necesare și modul în care s-au aranjat împreună. Când sistemul GSM este digital, atunci rețeaua este o rețea de date.

Caracteristici ale modulului GSM

Caracteristicile modulului GSM includ următoarele.

• Eficiență îmbunătățită a spectrului
• Roaming internațional
• Compatibilitate cu rețeaua digitală de servicii integrate (ISDN)
• Suport pentru noi servicii.
• Gestionarea agendei SIM
• Număr de apelare fixă ​​(FDN)
• Ceas în timp real cu gestionarea alarmelor
• Discurs de înaltă calitate
• Folosește criptarea pentru a face apelurile telefonice mai sigure
• Serviciu de mesaje scurte (SMS)

Strategiile de securitate standardizate pentru sistemul GSM îl fac cel mai sigur standard de telecomunicații accesibil în prezent. Deși confidențialitatea unui apel și secretul abonatului GSM sunt doar asigurate pe canalul radio, acesta este un pas major în realizarea securității end-to-end.

Modem GSM

Un modem GSM este un dispozitiv care poate fi fie un telefon mobil, fie un dispozitiv modem care poate fi utilizat pentru a face ca un computer sau orice alt procesor să comunice printr-o rețea. Un modem GSM necesită utilizarea unei cartele SIM și funcționează pe o gamă de rețea abonată de operatorul de rețea. Poate fi conectat la un computer prin conexiune serială, USB sau Bluetooth.

Un modem GSM poate fi, de asemenea, un telefon mobil GSM standard cu cablul și driverul software adecvat pentru conectarea la un port serial sau la un port USB de pe computer. Modemul GSM este de obicei preferabil unui telefon mobil GSM. Modemul GSM are o gamă largă de aplicații în terminalele de tranzacții, gestionarea lanțului de aprovizionare, aplicații de securitate, stații meteorologice și înregistrarea de date la distanță în modul GPRS.

Funcționarea modulului GSM

Din circuitul de mai jos, un modem GSM interfațat corespunzător la MC prin schimbătorul de nivel IC Max232. Modemul GSM montat pe cartela SIM la primirea comenzii cifrei prin SMS de la orice telefon mobil trimite aceste date către MC prin comunicare serială. În timp ce programul este executat, modemul GSM primește comanda „STOP” pentru a dezvolta o ieșire la MC, al cărui punct de contact este utilizat pentru a dezactiva comutatorul de contact.

Comanda trimisă de utilizator se bazează pe o intimație primită de acesta prin intermediul modemului GSM „ALERT” un mesaj programat numai dacă intrarea este redusă. Operațiunea completă este afișată pe un ecran LCD de 16 × 2.

Circuit modem GMS

Aplicații tehnologice GSM

Aplicațiile tehnologiei GSM includ următoarele.

Tehnologie inteligentă GSM pentru automatizare și securitate

În aceste zile, terminalul mobil GSM a devenit unul dintre elementele care sunt în permanență alături de noi. La fel ca portofelul / poșeta, cheile sau ceasul nostru, terminalul mobil GSM ne oferă un canal de comunicare care ne permite să comunicăm cu lumea. Cerința ca o persoană să poată fi accesată sau să apeleze oricine în orice moment este foarte atrăgătoare.

Acest proiect, așa cum spune numele, proiectul se bazează pe tehnologia de rețea GSM pentru transmiterea SMS-urilor de la expeditor la receptor. Trimiterea și primirea de SMS-uri sunt utilizate pentru accesul omniprezent la aparate și pentru a permite controlul încălcărilor la domiciliu. Sistemul propune două subsisteme. Subsistemul de control al aparatului permite utilizatorului să controleze aparatele electrocasnice de la distanță, iar subsistemul de alertă de securitate asigură monitorizarea automată a securității.

Sistemul este suficient de capabil să instruiască utilizatorii prin SMS de la un anumit număr de celulă să schimbe starea aparatului casnic în funcție de nevoile și cerințele utilizatorului. Al doilea aspect este cel al alertei de securitate, care se realizează într-un mod în care, la detectarea intruziunii, sistemul permite generarea automată de SMS, alertând astfel utilizatorul împotriva riscului de securitate.

Tehnologia GSM va permite comunicarea oriunde, oricând și cu oricine. Arhitectura funcțională a GSM care folosește principiile de rețea inteligente și ideologia sa, care oferă dezvoltarea GSM este primul pas către un adevărat sistem de comunicare personală care are suficientă standardizare pentru a asigura compatibilitatea.

Aplicații GSM în servicii medicale

Luați în considerare două situații precum următoarea

• O persoană este rănită grav sau s-a îmbolnăvit și trebuie îngrijită imediat. Tot ce are el sau persoana care îl însoțește este un telefon mobil.
• Un pacient este externat din spital și se gândește să se odihnească acasă, dar totuși trebuie să meargă la spital pentru controale regulate. El poate avea un telefon mobil și, de asemenea, unele dispozitive cu senzori medicali, cum ar fi dispozitive de monitorizare a sănătății.

În ambele situații, singura modalitate care poate oferi o soluție este prin utilizarea sistemului de comunicații mobile. Cu alte cuvinte, folosind tehnologii de comunicații, orice situație precum cea de mai sus poate fi gestionată doar prin transmiterea detaliilor pacientului prin rețeaua de comunicații și primirea acestora și prelucrarea acestora la secțiunea receptorului - fie la un centru de asistență medicală, fie la domiciliul medicului.

Medicul pur și simplu monitorizează detaliile pacientului și dă instrucțiunile persoanei (în 1^Sfcaz) astfel încât să poată lua cel puțin unele măsuri de precauție înainte de a ajunge definitiv la spital și în 2^ndcazul monitorizează rezultatele testelor pacientului și, în cazul unor anomalii, face următorul pas pentru tratamentul suplimentar.

Întreaga situație este serviciile de telemedicină. Sistemul de telemedicină poate fi utilizat în oricare dintre cele trei moduri.

• Folosind videoconferința, în care pacienții care stau la un loc pot avea interacțiuni directe cu furnizorii de servicii medicale și, prin urmare, pot continua procesul de vindecare.
• Prin utilizarea unor senzori de monitorizare a stării de sănătate care continuă să actualizeze starea de sănătate a pacientului și, în consecință, să îndrume furnizorii de servicii medicale să continue tratamentul.
• Prin transmiterea datelor medicale dobândite și transmiterea datelor achiziționate pentru consultare și prelucrare.

Pentru cele trei moduri de mai sus, se utilizează o tehnică de comunicație fără fir. Serviciile medicale necesită multe modalități de acces la resursele stocate. Acestea pot fi baze de date medicale sau gazde online cu dispozitive care pot ajuta la recuperarea și monitorizarea stării de sănătate a pacientului. Diferite opțiuni de acces sunt rețeaua în bandă largă, prin media cu debit mediu și banda îngustă prin GSM.

Avantajele tehnologiei GSM în sistemul de telemedicină includ următoarele.

• Este mai rentabil.
• Receptoarele GSM sunt disponibile pe scară largă - telefoane mobile și modemuri GSM
• Are o viteză mare de transfer de date.

Sistem de bază de telemedicină

Un sistem de telemedicină de bază constă din 4 module:

• Unitatea pacientului : Colectează informații de la pacient, le trimite ca semnal analogic sau le convertește în semnal digital, controlează fluxul de date și transmite datele. Practic, constă din diferiți senzori medicali, cum ar fi senzorul de bătăi ale inimii, monitorul tensiunii arteriale, monitorul temperaturii pielii, senzorul spirometriei, etc. semnale și apoi transmite rezultatele printr-o rețea de comunicații fără fir.
• Rețea de comunicare : Este utilizat pentru securitatea și transmiterea datelor. Se utilizează tehnologia GSM care utilizează stații mobile, stații de bază și sisteme de rețea. Stația mobilă constă din punctul de acces mobil de bază sau telefonul mobil și conectează telefoanele mobile la rețeaua GSM pentru comunicare.
• Unitatea receptorului / partea serverului : Este practic un sistem de sănătate în care este instalat un modem GSM care primește și decodează semnalele și le trimite către unitatea de prezentare.
• Unitatea de prezentare : Practic este procesorul care transformă datele primite într-un format bine definit și le stochează astfel încât medicii să le poată monitoriza în mod regulat și orice feedback către partea clientului poate fi trimis prin SMS de la modemul GSM.

Un sistem simplu de telemedicină

Un sistem de telemedicină de bază poate fi prezentat într-un mod simplificat. Se compune din două unități - Unitatea emițător și unitatea receptor. Unitatea emițătoare transmite intrarea senzorului și unitatea receptoare primește această intrare pentru a continua procesarea ulterioară.

Mai jos este prezentat un exemplu de sistem simplu de telemedicină pentru a monitoriza ritmul cardiac al pacientului și pentru a prelucra datele în consecință.

Transmițător de sistem de telemedicină folosind tehnologia GSM

La unitatea emițătoare, senzorul bătăilor inimii (care constă dintr-o sursă emitentă de lumină a cărei lumină emisă este modulată pe măsură ce trece prin sângele uman) convertește datele obținute din corpul uman și le convertește în impulsuri electrice. Microcontrolerul primește aceste impulsuri și le procesează pentru a calcula ritmul bătăilor inimii și trimite aceste date calculate către unitatea medicală printr-un modem GSM. Modemul GSM este interfațat cu microcontrolerul utilizând un IC Max 232.

Receptor de sistem de telemedicină folosind tehnologia GSM

La unitatea de recepție, modemul GSM primește datele și le transmite către microcontroler. Microcontrolerul analizează în consecință datele primite cu datele de pe computer și arată rezultatul pe ecranul LCD. Monitorizarea pacientului se poate face pe baza rezultatului afișat pe afișaj de către personalul medical, astfel încât să poată începe procedura de tratament necesară.

Exemple practice de tehnologie GSM în domeniul medical

În practică, tehnologia GSM este utilizată în următoarele domenii.

AT&T Vitality GlowCaps

Acestea sunt sticle de pastile care oferă pur și simplu un memento unui pacient să-și ia medicamentele. Acesta constă dintr-un cronometru care este setat pentru timpul de administrare a pilulelor pacientului și, la acel moment, setează capacul să se aprindă și pornește soneria și apoi apelează telefonul mobil al pacientului utilizând tehnologia GSM. Se face o înregistrare pentru fiecare deschidere a sticlei.

Sistem de ultrasunete Mobisante Mobius SP1

Acesta constă dintr-o sondă mobilă cu ultrasunete conectată la un smartphone și transmite imaginea cu ultrasunete portabilă în orice loc îndepărtat prin GSM.

Sistemul de monitorizare continuă a glucozei (CGM) Dexcom Seven Plus

Acesta este utilizat pentru monitorizarea nivelului de glucoză din sânge al pacienților și transmiterea acestora către medic. Acesta constă dintr-un senzor plasat sub piele care monitorizează continuu nivelurile de glucoză din sânge și le transmite receptorului (un telefon mobil) la intervale frecvente.

Domeniul viitor al GSM în serviciile medicale

În conformitate cu un sondaj recent realizat de PricewaterhouseCoopers pentru Asociația GSM, un organism industrial care reprezintă aproape 800 dintre operatorii mondiali de telefonie mobilă din 219 de țări, serviciile GSM vor deveni parte a sistemului de sănătate până în 2017, creând o piață globală de 23 miliarde de dolari.

Acum, printre toate acestea, GSM tehnologia este cea mai utilizată opțiune datorită popularității sale imense, eficienței sporite a spectrului și costului redus de implementare.