Какво е GSM технология: Архитектура и нейните приложения

Цифровата клетъчна технология като GSM (Глобална система за мобилна комуникация) се използва за предаване на мобилни данни, както и гласови услуги. Тази концепция е внедрена в Bell Laboratories с помощта на мобилна радиосистема през 1970 г. Както подсказва името, името на групата за стандартизация е създадено през 1982 г., за да се направи общ европейски стандарт за мобилен телефон. Тази технология притежава над 70% от пазарния дял на цифровия клетъчен абонат по целия свят. Тази технология е разработена с помощта на цифрова технология. В момента GSM технологията поддържа над 1 милиард мобилни абонати по целия свят в горепосочените 210 държави. Тази технология предоставя услуги за глас и данни от основни до сложни. Тази статия разглежда общ преглед на GSM технологията.

Какво представлява GSM технологията?

GSM е модем за мобилна комуникация, което означава глобална система за мобилна комуникация (GSM). Идеята за GSM е разработена в Bell Laboratories през 1970 г. Това е широко използвана система за мобилна комуникация в света. GSM е отворена и цифрова клетъчна технология, използвана за предаване на мобилни гласови услуги и услуги за данни, работещи в честотни ленти 850MHz, 900MHz, 1800MHz и 1900MHz.

GSM технологията е разработена като цифрова система, използваща техниката за множествен достъп с времево разделяне (TDMA) за комуникационни цели. GSM дигитализира и намалява данните, след което ги изпраща надолу по канал с два различни потока от клиентски данни, всеки в свой собствен времеви интервал. Цифровата система има способността да пренася 64 kbps до 120 Mbps скорост на предаване на данни.

GSM модем

В GSM система има различни размери на клетки като макро, микро, пико и чадърни клетки. Всяка клетка варира според домейна на внедряване. Има пет различни размера на клетките в GSM макро, микро, пико и чадър клетки. Зоната на покритие на всяка клетка варира в зависимост от средата на изпълнение.

Техниката за множествен достъп с времево разделяне (TDMA) разчита на присвояване на различни времеви интервали на всеки потребител на една и съща честота. Той може лесно да се адаптира към предаване на данни и гласова комуникация и може да носи 64kbps до 120Mbps скорост на данни.

Архитектура на GSM технологията

Основните елементи в архитектурата на GSM включват следното.

Архитектурата на GSM технологията

• Подсистема за мрежи и комутации (NSS)
• Подсистема на базовите станции (BSS)
• Мобилната станция (MS)
• Подсистема за експлоатация и поддръжка (OSS)

Подсистема за мрежово превключване (NSS)

В архитектурата на GSM системата тя включва различни елементи, които често са известни като основна система / мрежа. Тук това е основно мрежа за данни, включваща разнообразни единици, които осигуряват основен контрол, както и взаимодействие на цялата система на мобилната мрежа. Основната мрежа включва основните елементи, които са разгледани по-долу.

Мобилен комутационен център (MSC)

Мобилният комутационен център или MSC е ключовият елемент в основната мрежова област на мрежовата архитектура на GSM. Този център за превключване на мобилни услуги работи като стандартен превключващ възел в ISDN, в противен случай PSTN, но също така дава допълнителна функционалност, за да позволи на потребителите на мобилни услуги да бъдат поддържани като удостоверяване, регистрация, местоположение на обажданията и пренасочване на повикването към абонат на мобилен телефон.

Той също така осигурява предимство към обществената комутирана телефонна мрежа, така че телефонните обаждания могат да бъдат свързани от мрежата на мобилния телефон към стационарен телефон. Предоставени са интерфейси към други сървъри за комутационни центрове за мобилни устройства, за да могат да се извършват мобилни повиквания към мобилни телефони през различни мрежи.

Регистър на домашното местоположение (HLR)

Тази база данни HLR включва информацията относно административните, както всеки абонат с предишното му идентифицирано местоположение. По този начин, GSM мрежата е в състояние да свърже повикванията към съответната базова станция за мобилния комутатор. След като операторът ВКЛЮЧИ своя телефон и след това телефонът се регистрира през мрежата, така че е вероятно да реши коя базова приемо-предавателна станция комуникира, за да могат входящите повиквания да бъдат правилно свързани.

Дори след като мобилният телефон е включен, но не е активен, той отново се регистрира, за да се увери, че HLR мрежата реагира на най-новото си местоположение. Има една HLR за всяка мрежа, въпреки че тя може да бъде разпределена в различни подцентри за оперативни причини.

Регистър на местоположението на посетителите (VLR)

VLR включва предпочитана информация, която се получава от HLR мрежата, за да позволи предпочитаните услуги за отделния абонат. Регистърът на местоположенията на посетителите може да се изпълни като отделна единица, но обикновено се реализира като съществен елемент на MSC, преди отделна единица. По този начин достъпът завършва по-бързо и по-удобно.

Регистър за идентичност на оборудването (EIR)

EIR (Регистър за идентичност на оборудването) е единицата, която взема решение дали определена мобилна екипировка може да бъде разрешена по мрежата. Всяко мобилно съоръжение включва номер, идентифициран като IMEI или International Mobile Equipment Identity.

И така, този IMEI номер е фиксиран в мобилното оборудване и се проверява чрез мрежата при регистрация. Това зависи главно от информацията, която се съхранява в рамките на EIR, и на мобилното устройство може да бъде възложено едно от 3-те условия, които позволяват по мрежата, забранен достъп, иначе гледани в случай на проблеми.

Център за удостоверяване (AuC)

AuC (удостоверителният център) е защитен файл, който включва секретния ключ в SIM картата на потребителя. AuC се използва главно за проверка и за кодиране по радиоканала.

Gateway Mobile Switching Center (GMSC)

Мобилният комутационен център GMSC / Gateway е краят, към който се свързва основно завършващо повикване без никаква информация за мястото на MS. GMSC получава номера на роуминг мобилна станция (MSRN) от MSISDN на базата на HLR и свързва повикването към точно посетения MSC. Разделът „MSC“ на името GMSC е объркващ, тъй като процесът на шлюза не се нуждае от никаква връзка към MSC.

SMS шлюз (SMS-G)

SMS шлюзът или SMS-G се използват съвместно, за да обяснят два SMS-шлюза в GSM стандартите. Тези шлюзове контролират съобщения, които са насочени по различни начини.

Мобилният комутационен център на шлюза за услуги за кратки съобщения (SMS-GMSC) се използва за кратки съобщения, които се предават на ME. Взаимодействащият мобилен комутационен център на услугата за кратки съобщения (SMS-IWMSC) се използва за кратки съобщения, създадени чрез мобилна мрежа. Основната роля на SMS-GMSC е свързана с GMSC, но SMS-IWMSC предлага постоянен край за достъп до SMS центъра.

Тези устройства бяха основните, които се използват в мрежата на GSM технологията. Обикновено те се намираха съвместно, но често общата средна мрежа се предаваше из страната, където и да се намираше мрежата. В случай на неизправност, това ще даде известна гъвкавост.

Подсистема на базовата станция (BSS)

Той действа като интерфейс между мобилната станция и мрежовата подсистема. Състои се от Базовата приемо-предавателна станция, която съдържа радиопредавателите и обработва протоколите за комуникация с мобилни телефони. Състои се също от контролера на базовата станция, който контролира базовата станция на приемо-предавателя и действа като интерфейс между мобилната станция и мобилния комутационен център.

Мрежовата подсистема осигурява основната мрежова връзка към мобилните станции. Основната част на Мрежовата подсистема е Мобилният център за превключване на услуги, който осигурява достъп до различни мрежи като ISDN, PSTN и др. Той също така се състои от Регистър за местоположение на дома и Регистър за местоположение на посетители, който предоставя възможностите за маршрутизиране на разговорите и роуминг на GSM.

Той също така съдържа Регистър за идентичност на оборудването, който поддържа отчет за цялото мобилно оборудване, при което всеки мобилен телефон се идентифицира със собствения си IMEI номер. IMEI означава международна идентичност на мобилното оборудване.

Разделът BSS или Базова станция на подсистемата на второто поколение GSM мрежова архитектура е основно свързан с мобилните телефони по мрежата. Тази подсистема включва два елемента, които са разгледани по-долу.

Базова приемо-предавателна станция (BTS)

BTS (Базовата приемо-предавателна станция), която се използва в рамките на GSM мрежа, включва радио Tx, Rx и свързаните с тях антени за предаване, приемане и директно общуване през мобилните телефони. Тази станция е важният елемент за всяка клетка и тя разговаря с мобилните телефони и интерфейсът между двете се идентифицира като интерфейс Um със свързани протоколи.

Контролер на базова станция (BSC)

BSC (контролер на базова станция) се използва за формиране на следващата фаза, обратна в GSM технологията. Този контролер се използва за управление на колекция от базови приемо-предавателни станции и често се намира съвместно през една от приемо-предавателните станции в групата. Този контролер управлява ресурсите на радиото за управление на различни елементи като предаване в колекцията от BTS, задава канали. Той разговаря с базовите приемо-предавателни станции през интерфейса Abis.

Елементът на подсистемата в базовата станция на GSM мрежата използва радиодопустимата технология, за да позволи на редица оператори да имат право да използват системата едновременно. Всеки канал поддържа до 8 оператора, като позволява на базова станция да включва различни канали, като през всяка базова станция могат да бъдат настанени огромен брой оператори.

Те се намират внимателно чрез доставчика на мрежата, за да се позволи покритие на цялата зона. Тази зона може да бъде затворена с базова станция, която често се нарича клетка. Тъй като не е постижимо да се спре припокриването на сигналите в близките клетки и каналите, които се използват в едноклетъчни, не се използват в следващата.

Мобилна станция

Мобилният телефон се състои от приемо-предавателя, дисплея и процесора и се управлява от SIM карта, работеща в мрежата.

MS (мобилни станции) или ME (мобилно оборудване) най-често се идентифицират чрез мобилни телефони, които иначе са част от GSM мобилни комуникации н / т, която операторът наблюдава и експлоатира. Понастоящем тяхното измерение се е понижило радикално, докато нивото на функционалност се е увеличило много. И още една полза е, че времето между таксите се е увеличило драстично. В мобилния телефон има различни елементи, въпреки че двата основни елемента са хардуерът и SIM картата.

Хардуерът включва основните елементи на мобилния телефон като корпуса, дисплея, батерията и електрониката, използвана за производство на сигнал и обработка на излъчвания приемник на данни.
Мобилната станция включва номер, наречен IMEI. Това може да се настрои на мобилния телефон по време на производството и не може да се променя.

Достъпът до мрежата е по време на регистрацията, за да се провери дали оборудването е отчетено като откраднато.

SIM картата (Subscriber Identity Module) включва данните, които придават идентичност на потребителя към мрежата. Освен това включва различна информация като номер, наречен IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Когато този IMSI се използва в SIM картата, мобилният потребител може просто да сменя мобилни телефони, като премества SIM от един мобилен телефон на друг.

Така че промяната на мобилните устройства е лесна, без да се променя един и същ мобилен номер, означава, че хората често биха се подобрили, като по този начин създават допълнителен поток от приходи за доставчиците на мрежи и услуги, за да подобрят общата финансова победа на GSM.

Подсистема за експлоатация и поддръжка (OSS)

Подсистемата за оперативна поддръжка (OSS) е част от цялостната архитектура на GSM мрежата. Това е свързано с компонентите NSS и BSC. Тази OSS се използва главно за контрол на GSM мрежата и натоварването на трафика на BSS. Трябва да се отбележи, че когато броят на BS се увеличава чрез мащабиране на популацията на абонатите, тогава някои от задачите за запазване се преместват в базовите станции на приемо-предавателя, така че разходите за собственост на системата могат да бъдат намалени.

Архитектурата на GSM мрежата на 2G основно следва логична техника на работа. Това е много просто в сравнение с настоящите архитектури на мобилната телефонна мрежа, които използват софтуерно дефинирани единици, за да позволят изключително еластична работа. Но архитектурата на 2G GSM ще демонстрира гласовите и оперативни основни функции, които са необходими, и как са подредени заедно. Когато GSM системата е цифрова, тогава мрежата е мрежа за данни.

Характеристики на GSM модула

Характеристиките на GSM модула включват следното.

• Подобрена ефективност на спектъра
• Международен роуминг
• Съвместимост с интегрирана услуга цифрова мрежа (ISDN)
• Поддръжка за нови услуги.
• Управление на телефонния указател на SIM
• Номер за фиксирано набиране (FDN)
• Часовник в реално време с управление на алармата
• Висококачествена реч
• Използва криптиране, за да направи телефонните обаждания по-сигурни
• Услуга за кратки съобщения (SMS)

Стратегиите за сигурност, стандартизирани за системата GSM, я правят най-сигурният телекомуникационен стандарт, достъпен в момента. Въпреки че поверителността на обаждането и тайната на абоната на GSM е просто гарантирана по радиоканала, това е основна стъпка за постигане на цялостна сигурност.

GSM модем

GSM модемът е устройство, което може да бъде или мобилен телефон, или модемно устройство, което може да се използва за комуникация на компютър или друг процесор през мрежа. GSM модемът изисква SIM карта да работи и работи в мрежов диапазон, абониран от мрежовия оператор. Той може да бъде свързан към компютър чрез серийна, USB или Bluetooth връзка.

GSM модемът също може да бъде стандартен GSM мобилен телефон със съответния кабел и софтуерен драйвер за свързване към сериен порт или USB порт на вашия компютър. GSM модемът обикновено е за предпочитане пред GSM мобилния телефон. GSM модемът има широк спектър от приложения в транзакционни терминали, управление на веригата за доставки, приложения за сигурност, метеорологични станции и дистанционно регистриране на данни в режим GPRS.

Работа на GSM модул

От веригата по-долу GSM модем, надлежно свързан към MC чрез нивелиращия IC Max232. GSM-модемът, монтиран на SIM картата, при получаване на цифрова команда чрез SMS от всеки мобилен телефон изпраща тези данни към MC чрез серийна комуникация. Докато програмата се изпълнява, GSM модемът получава командата ‘STOP’ за разработване на изход на MC, контактната точка на която се използва за деактивиране на ключа за запалване.

Така изпратената от потребителя команда се основава на намек, получен от него чрез GSM модема ‘ALERT’, програмирано съобщение, само ако входът е занижен. Цялостната операция се показва на 16 × 2 LCD дисплей.

GMS модемна схема

Приложения за GSM технология

Приложенията на GSM технологията включват следното.

Интелигентна GSM технология за автоматизация и сигурност

В наши дни мобилният терминал GSM се превърна в един от елементите, които са постоянно с нас. Подобно на портфейла / портмонето, ключовете или часовника, мобилният терминал GSM ни предоставя комуникационен канал, който ни позволява да комуникираме със света. Изискването човек да бъде достъпен или да се обади на някого по всяко време е много привлекателно.

Този проект, както се казва в името на проекта, се основава на GSM мрежова технология за предаване на SMS от подател до получател. Изпращането и получаването на SMS се използва за повсеместен достъп до уреди и позволява контрол на нарушенията у дома. Системата предлага две подсистеми. Подсистемата за управление на уреда позволява на потребителя да управлява дистанционно домакинските уреди, а подсистемата за предупреждение за сигурност осигурява автоматично наблюдение на сигурността.

Системата е достатъчно способна да инструктира потребителите чрез SMS от определен номер на клетка да променят състоянието на домашния уред според нуждите и изискванията на потребителя. Вторият аспект е този за предупреждение за сигурност, което се постига по начин, който при откриване на проникване, системата позволява автоматично генериране на SMS, като по този начин предупреждава потребителя за риск от сигурност.

GSM технологията ще позволи комуникация навсякъде, по всяко време и с всеки. Функционалната архитектура на GSM, използваща интелигентни мрежови принципи, и нейната идеология, която осигурява развитието на GSM, е първата стъпка към истинска система за лична комуникация, която има достатъчно стандартизация, за да осигури съвместимост.

GSM приложения в медицинските услуги

Помислете за две ситуации като следната

• Човек е тежко ранен или се е разболял и трябва незабавно да се погрижи. Всичко, което той или придружаващият го има, е мобилен телефон.
• Пациентът е изписан от болницата и мисли да почива в дома си, но все пак трябва да ходи в болницата за редовни прегледи. Той може да има мобилен телефон, а също и някои медицински сензорни устройства като устройства за наблюдение на здравето.

И в двете ситуации единственият начин, който може да осигури решение, е използването на системата за мобилна комуникация. С други думи, използвайки комуникационни технологии, всяка ситуация като горепосочената може да се справи само чрез предаване на данните за пациента чрез комуникационната мрежа и получаването им и обработката им в приемната секция - или в здравния център, или в дома на лекаря.

Лекарят просто следи данните за пациента и връща инструкциите на лицето (в 1^улслучай), за да може поне да вземе някои предпазни мерки, преди най-накрая да стигне до болницата и в 2^ndcase наблюдава резултатите от теста на пациента и в случай на аномалии предприема следващата стъпка за по-нататъшно лечение.

Цялата тази ситуация са телемедицинските услуги. Системата за телемедицина може да се използва по един от трите начина.

• Използване на видеоконферентна връзка, при която пациентите, седящи на едно място, могат да имат пряко взаимодействие с доставчиците на здравни услуги и съответно да продължат процеса на лечение.
• Чрез използване на сензори за мониторинг на здравето, които непрекъснато се актуализират за здравето на пациента и съответно насочват доставчиците на здравни услуги да продължат лечението.
• Чрез предаване на придобитите медицински данни и предаване на придобитите данни за консултация и обработка.

За горните три начина се използва техника за безжична комуникация. Медицинските услуги изискват много начини за получаване на достъп до съхраняваните ресурси. Това могат да бъдат медицински бази данни или онлайн хостове с устройства, които могат да помогнат за възстановяване и наблюдение на здравето на пациента. Различни опции за достъп са широколентовата мрежа, чрез средно пропускателна среда и теснолентовата чрез GSM.

Предимствата на GSM технологията в телемедицинската система включват следното.

• Това е по-рентабилно.
• GSM приемниците са широко достъпни - мобилни телефони и GSM модеми
• Той има висока скорост на трансфер на данни.

Основна система за телемедицина

Основна система за телемедицина се състои от 4 модула:

• Пациентското звено : Той събира информация от пациента, изпраща я като аналогов сигнал или я преобразува в цифров сигнал, контролира потока от данни и предава данните. По принцип се състои от различни медицински сензори като сензор за сърдечен ритъм, монитор за кръвно налягане, монитор за температура на кожата, сензор за спирометрия и др., Който извежда електрически сигнал и изпраща тези сигнали към процесора или контролера (микроконтролер или компютър) за по-нататъшна обработка на сигнали и след това предава резултатите чрез безжична комуникационна мрежа.
• Комуникационна мрежа : Използва се за сигурност на данните и предаване на данни. Използва се GSM технологията, която използва мобилни станции, базови подстанции и мрежови системи. Мобилната станция се състои от основната мобилна точка за достъп или мобилния телефон и свързва мобилните телефони с GSM мрежата за комуникация.
• Приемник / страна на сървъра : Това е основно здравна система, в която е инсталиран GSM модем, който приема и декодира сигналите и ги изпраща към презентационното устройство.
• Презентационна единица : По принцип процесорът преобразува получените данни в добре дефиниран формат и ги съхранява, така че лекарите да могат редовно да ги наблюдават и всяка обратна връзка до клиентската страна да може да се изпраща чрез SMS от GSM модема.

Проста система за телемедицина

Основна система за телемедицина може да бъде показана по опростен начин. Състои се от две единици - предавателната единица и приемната единица. Предавателният блок предава входа на сензора и приемният блок получава този вход, за да продължи по-нататъшната обработка.

По-долу е даден пример за проста телемедицинска система за наблюдение на сърдечната честота на пациента и съответно обработване на данните.

Системен предавател за телемедицина, използващ GSM технология

В предавателния блок сензорът за сърдечен ритъм (който се състои от източник на излъчване на светлина, чиято излъчвана светлина се модулира при преминаване през човешката кръв) преобразува получените данни от човешкото тяло и ги преобразува в електрически импулси. Микроконтролерът получава тези импулси и ги обработва, за да изчисли сърдечната честота и изпраща тези изчислени данни на здравното звено чрез GSM модем. GSM модемът е свързан с микроконтролера с помощта на Max 232 IC.

Приемник за телемедицинска система, използващ GSM технология

В приемащия блок GSM модемът получава данните и ги подава към микроконтролера. Микроконтролерът съответно анализира получените данни с данните от компютъра и показва резултата на LCD дисплея. Мониторингът на пациента може да се извърши въз основа на резултата, показан на дисплея от медицинския персонал, за да може да се започне необходимата процедура за лечение.

Практически примери за GSM технология в медицината

На практика GSM технологията се използва в следните области.

AT&T Vitality GlowCaps

Това са бутилки с хапчета, които просто напомнят на пациента да вземе своите лекарства. Състои се от таймер, който е настроен за времето на приемане на хапчето на пациента и по това време настройва капачката да свети и стартира зумера и след това се обажда на мобилния телефон на пациента с помощта на GSM технологията. За всяко отваряне на бутилката се прави запис.

Ултразвукова система Mobisante Mobius SP1

Състои се от мобилна ултразвукова сонда, включена в смартфон и предава ръчния ултразвуков образ на всяко отдалечено място чрез GSM.

Система за непрекъснато наблюдение на глюкозата (CGM) на Dexcom Seven Plus

Това се използва за проследяване на нивата на кръвната глюкоза на пациентите и предаването им на лекаря. Състои се от сензор, поставен под кожата, който непрекъснато следи нивата на кръвната захар и ги предава на приемника (мобилен телефон) на чести интервали.

Бъдещ обхват на GSM в медицинските услуги

В съответствие с неотдавнашно проучване на PricewaterhouseCoopers за GSM Association, индустриален орган, който представлява близо 800 от световните мобилни оператори в 219 държави, услугите, поддържащи GSM, ще станат част от здравната система до 2017 г., създавайки глобален пазар от 23 милиарда долара.

Сега сред всички тези, GSM технологията е най-широко използваната опция благодарение на огромната си популярност, подобрена ефективност на спектъра и ниска цена на внедряване.