Què és una tecnologia GSM: arquitectura i les seves aplicacions

La tecnologia cel·lular digital, com el GSM (Global System for Mobile Communication), s’utilitza per transmetre dades mòbils i serveis de veu. Aquest concepte es va implementar a Bell Laboratories mitjançant un sistema de ràdio mòbil el 1970. Com el seu nom indica, és el nom del grup d’estandardització que es va establir l’any 1982 per fer un estàndard general de telefonia mòbil europea. Aquesta tecnologia té més del 70% de la quota de mercat dels subscriptors de telefonia mòbil digital a tot el món. Aquesta tecnologia es va desenvolupar mitjançant l'ús de tecnologia digital. Actualment, la tecnologia GSM admet més de 1.000 milions de subscriptors de telefonia mòbil a tot el món als 210 països anteriors. Aquesta tecnologia proporciona serveis de veu i dades de fonamental a complex. En aquest article es descriu una visió general de la tecnologia GSM.

Què és la tecnologia GSM?

GSM és un mòdem de comunicació mòbil que significa sistema global de comunicació mòbil (GSM). La idea de GSM es va desenvolupar als Laboratoris Bell el 1970. És un sistema de comunicació mòbil àmpliament utilitzat al món. GSM és una tecnologia cel·lular oberta i digital que s’utilitza per transmetre serveis de veu i dades mòbils que funcionen a les bandes de freqüència de 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz i 1900 MHz.

La tecnologia GSM es va desenvolupar com un sistema digital que utilitza la tècnica d'accés múltiple per divisió de temps (TDMA) amb finalitats comunicatives. Un GSM digitalitza i redueix les dades i, a continuació, les envia a través d’un canal amb dos fluxos diferents de dades de client, cadascun en la seva franja horària particular. El sistema digital té la capacitat de transportar velocitats de dades de 64 kbps a 120 Mbps.

Mòdem GSM

Hi ha diverses mides de cel·les en un sistema GSM, com ara les cel·les macro, micro, pico i paraigua. Cada cel·la varia segons el domini de la implementació. Hi ha cinc mides de cel·les diferents en una cel·la macro, micro, pico i paraigua de xarxa GSM. L'àrea de cobertura de cada cel·la varia segons l'entorn d'implementació.

La tècnica d’accés múltiple per divisió de temps (TDMA) es basa en assignar diferents franges horàries a cada usuari amb la mateixa freqüència. Es pot adaptar fàcilment a la transmissió de dades i la comunicació de veu i pot transportar de 64 kbps a 120 Mbps de velocitat de dades.

Arquitectura de tecnologia GSM

Els elements principals de l’arquitectura GSM inclouen els següents.

L’arquitectura de la tecnologia GSM

• Subsistema de xarxa i commutació (NSS)
• Subsistema de l'estació base (BSS)
• L'estació mòbil (MS)
• Subsistema d’operació i suport (OSS)

Subsistema de commutació de xarxa (NSS)

A l'arquitectura de sistemes GSM, inclou diferents elements, que sovint es coneixen com a sistema / xarxa bàsica. Aquí, bàsicament, es tracta d’una xarxa de dades que inclou diverses unitats per proporcionar el control principal i la interfície de tot el sistema de xarxa mòbil. La xarxa principal inclou els principals elements que es comenten a continuació.

Centre de commutació mòbil (MSC)

El Mobile Switching Center o MSC és l'element clau en la regió de xarxa principal de l'arquitectura de xarxa GSM. Aquest centre de commutació de serveis mòbils funciona com un node de commutació estàndard en una XDSI altrament PSTN, però, també proporciona una funcionalitat addicional per permetre suportar les necessitats dels usuaris mòbils, com ara autenticació, registre, trasllats inter-MSC, ubicació de la trucada i encaminament de la trucada a un subscriptor de telefonia mòbil.

I també proporciona una avantatge cap a la xarxa telefònica pública commutada perquè les trucades es puguin connectar des de la xarxa del mòbil a un telèfon a un telèfon fix. Es proporcionen interfícies amb un altre servidor de centre de commutació mòbil per permetre fer trucades mòbils a mòbils a través de xarxes diferents.

Inici Registre d'ubicacions (HLR)

Aquesta base de dades HLR inclou la informació relativa a l'administrador, com cada subscriptor amb la seva ubicació prèvia identificada. Així, la xarxa GSM és capaç de connectar les trucades a l'estació base relacionada per al commutador mòbil. Una vegada que un operador engega el seu telèfon i, a continuació, el telèfon es registra a través de la xarxa de manera que és probable que decideixi quina estació base de transceptor es comunica per tal que les trucades entrants es puguin connectar correctament.

Fins i tot un cop el mòbil està encès, però no està actiu, es torna a registrar per assegurar-se que la xarxa HLR respon a la seva ubicació més recent. Hi ha un HLR per a cada xarxa, tot i que es pot dispersar per diversos subcentres per causes operatives.

Registre de la ubicació dels visitants (VLR)

El VLR inclou informació preferida que es rep de la xarxa HLR per permetre els serveis preferits per al subscriptor separat. El registre d'ubicació del visitant es pot executar com una unitat separada, però, normalment es realitza com un element essencial del MSC, abans que una unitat individual. Per tant, l'accés s'acaba més ràpidament i és més còmode.

Registre d’identitat d’equips (EIR)

El Registre d’identitat d’equips (EIR) és la unitat que decideix si es pot permetre l’engranatge mòbil especificat a la xarxa. Tots els equips mòbils inclouen un número identificat com l'IMEI o International Mobile Equipment Identity.

Per tant, aquest número IMEI es fixa a l’equip mòbil i es verifica a través de la xarxa durant el registre. Depèn principalment de la informació que es manté dins de l’EIR i al dispositiu mòbil se li pot assignar una de les 3 condicions que permeten accedir a la xarxa a través de la xarxa, en cas contrari, en cas de tenir problemes.

Centre d'autenticació (AuC)

L'AuC (centre d'autenticació) és un fitxer protegit que inclou la clau secreta a la targeta SIM de l'usuari. L'AuC s'utilitza principalment per a la verificació i la codificació al canal de ràdio.

Centre de commutació mòbil de passarel·la (GMSC)

El GMSC / Gateway Mobile Switching Center és el final al qual es connecta principalment una trucada d’acabament d’EM sense informació sobre el lloc de l’MS. El GMSC obté el número d'itinerància mòbil de l'estació (MSRN) del MSISDN basat en HLR i connecta la trucada al MSC visitat exactament. La divisió 'MSC' del nom GMSC és confusa, ja que el procés de passarel·la no necessita cap enllaç cap a un MSC.

SMS Gateway (SMS-G)

La passarel·la SMS o SMS-G s'utilitza conjuntament per explicar dues passarel·les SMS als estàndards GSM. Aquestes passarel·les controlen els missatges dirigits de maneres diferents.

El Centre de commutació mòbil de passarel·la de serveis de missatges curts (SMS-GMSC) s’utilitza per als missatges curts que s’estan transmetent a un ME. El Centre de commutació mòbil inter-treball del servei de missatges curts (SMS-IWMSC) s’utilitza per als missatges curts creats a través d’una xarxa mòbil. El paper principal de SMS-GMSC està relacionat amb GMSC, però el SMS-IWMSC ofereix un accés permanent al centre de SMS.

Aquestes unitats van ser les principals que s’utilitzen a la xarxa de tecnologia GSM. Normalment estaven co-ubicats, tot i que sovint la xarxa mitjana general es transmetia per tot el país allà on es trobava la xarxa. En cas de mal funcionament, donarà certa flexibilitat.

Subsistema de l'estació base (BSS)

Actua com una interfície entre l'estació mòbil i el subsistema de xarxa. Consisteix en l'estació de transceptors de base que conté els transceptors de ràdio i gestiona els protocols de comunicació amb els mòbils. També consta del controlador de l'estació base que controla l'estació de transceptor base i actua com una interfície entre l'estació mòbil i el centre de commutació mòbil.

El subsistema de xarxa proporciona la connexió de xarxa bàsica a les estacions mòbils. La part bàsica del subsistema de xarxa és el centre de commutació de serveis mòbils que proporciona accés a diferents xarxes com RDSI, PSTN, etc. També consta del registre de localització de casa i del registre de localització de visitants que proporciona les capacitats d’enrutament i itinerància de trucades de GSM.

També conté el registre d'identitat d'equips que manté un compte de tots els equips mòbils en què cada mòbil s'identifica amb el seu propi número IMEI. IMEI significa International Mobile Equipment Identity.

La secció BSS o subsistema de l'estació base de l'arquitectura de xarxa GSM de segona generació està bàsicament connectada amb els mòbils a través de la xarxa. Aquest subsistema inclou dos elements que es descriuen a continuació.

Estació de transceptor base (BTS)

La BTS (Base Transceiver Station) que s’utilitza dins d’una xarxa GSM inclou la ràdio Tx, Rx i les seves antenes relacionades per transmetre, rebre i conversar directament a través dels mòbils. Aquesta estació és l'element important per a cada cel·la i conversa amb els mòbils i la interfície entre els dos s'identifica com la interfície Um amb protocols relacionats.

Controlador de l'estació base (BSC)

El BSC (controlador de l'estació base) s'utilitza per formar la següent fase inversa a la tecnologia GSM. Aquest controlador s’utilitza per controlar una col·lecció d’estacions de transceptors bàsics i sovint es troba ubicat a través d’una de les estacions de transceptor del grup. Aquest controlador gestiona els recursos de la ràdio per controlar diferents elements, com ara la transferència a la col·lecció de BTS, assigna canals. Conversa amb les estacions de transceptor base a través de la interfície Abis.

L'element del subsistema a l'estació base de la xarxa GSM utilitza la tecnologia permesa per ràdio per permetre que diversos operadors tinguin dret a utilitzar el sistema simultàniament. Tots els canals admeten fins a vuit operadors, ja que permeten que una estació base inclogui canals diferents i es pot allotjar un gran nombre d'operadors a través de cada estació base.

Aquests es troben acuradament a través del proveïdor de la xarxa per permetre la cobertura de tota la zona. Aquesta zona es pot tancar amb una estació base que sovint s’anomena cel·la. Com que no és possible evitar que els senyals es superposin a les cel·les properes i els canals que s’utilitzen en una sola cel·la no s’utilitzen a la següent.

Estació mòbil

És el telèfon mòbil que consisteix en el transceptor, la pantalla i el processador i que està controlat per una targeta SIM que funciona a la xarxa.

Generalment, les MS (estacions mòbils) o ME (equips mòbils) s’identifiquen a través de telèfons mòbils que formen part d’una comunicació mòbil GSM n / n que l’operador observa i opera. Actualment, la seva dimensió s'ha reduït radicalment, mentre que el nivell de funcionalitat ha augmentat molt. I un avantatge més és que el temps entre càrrecs s’ha augmentat dràsticament. Hi ha diferents elements al telèfon mòbil, tot i que els dos elements essencials són el maquinari i la SIM.

El maquinari inclou els elements principals del telèfon mòbil com la funda, la pantalla, la bateria i l'electrònica que s'utilitza per produir el senyal i processar el receptor de dades que s'emetrà.
L'estació mòbil inclou un número anomenat IMEI. Es pot configurar al telèfon mòbil mentre es fabrica i no es pot modificar.

La xarxa accedeix a ell durant el registre per comprovar si s’ha informat que l’equip ha estat robat.

La targeta SIM (mòdul d'identitat de subscriptor) inclou les dades que proporcionen la identitat de l'usuari cap a la xarxa. A més, inclou informació diferent com un número anomenat IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Quan s’utilitza aquest IMSI a la targeta SIM, l’usuari mòbil simplement pot canviar de mòbil movent la SIM d’un mòbil a un altre.

Per tant, canviar de mòbil és fàcil sense canviar el mateix número de mòbil, cosa que significa que la gent milloraria amb freqüència, generant així un flux d’ingressos addicional per als proveïdors de xarxa i millorant la victòria financera total de GSM.

Subsistema d’operació i suport (OSS)

El subsistema de suport a l'operació (OSS) és una part de l'arquitectura de xarxa GSM completa. Això està connectat als components NSS i BSC. Aquest OSS s'utilitza principalment per controlar la xarxa GSM i la càrrega de trànsit BSS. Cal assenyalar que quan el nombre de BS augmenta a través de l’escalat de la població de subscriptors, algunes de les tasques de preservació es traslladen a les estacions base de transceptors, de manera que es pot reduir el cost de propietat del sistema.

L'arquitectura de xarxa GSM de 2G segueix principalment una tècnica lògica de funcionament. Això és molt senzill en comparació amb les arquitectures actuals de la xarxa de telefonia mòbil que utilitzen unitats definides per programari per permetre un funcionament extremadament flexible. Però l’arquitectura de 2G GSM demostrarà la veu i les funcions fonamentals operatives que es requereixen i com s’organitzen conjuntament. Quan el sistema GSM és digital, la xarxa és una xarxa de dades.

Característiques del mòdul GSM

Les funcions del mòdul GSM inclouen les següents.

• Millora de l'eficiència de l'espectre
• Itinerància internacional
• Compatibilitat amb la xarxa digital de serveis integrats (XDSI)
• Suport per a nous serveis.
• Gestió de l'agenda SIM
• Número de marcatge fix (FDN)
• Rellotge en temps real amb gestió d'alarmes
• Discurs d’alta qualitat
• Utilitza el xifratge per fer més segures les trucades telefòniques
• Servei de missatges curts (SMS)

Les estratègies de seguretat normalitzades per al sistema GSM el converteixen en l’estàndard de telecomunicacions més segur accessible actualment. Tot i que la confidencialitat d’una trucada i el secret del subscriptor GSM només s’asseguren al canal de ràdio, aquest és un pas important per assolir la seguretat de punta a punta.

Mòdem GSM

Un mòdem GSM és un dispositiu que pot ser un telèfon mòbil o un dispositiu de mòdem que es pot utilitzar per fer que un ordinador o qualsevol altre processador es comuniqui a través d’una xarxa. Un mòdem GSM requereix una targeta SIM per funcionar i funciona en un interval de xarxa subscrit per l'operador de xarxa. Es pot connectar a un ordinador mitjançant connexions sèrie, USB o Bluetooth.

Un mòdem GSM també pot ser un telèfon mòbil GSM estàndard amb el cable i el controlador de programari adequats per connectar-se a un port sèrie o port USB de l’ordinador. El mòdem GSM sol ser preferible a un telèfon mòbil GSM. El mòdem GSM té una àmplia gamma d’aplicacions en terminals de transaccions, gestió de la cadena de subministrament, aplicacions de seguretat, estacions meteorològiques i registre de dades remot en mode GPRS.

Funcionament del mòdul GSM

Des del circuit inferior, un mòdem GSM degudament interfaçat amb l’MC mitjançant el canvi de nivell IC Max232. El mòdem GSM muntat a la targeta SIM en rebre comandes de dígits per SMS des de qualsevol telèfon mòbil envia aquestes dades al MC mitjançant una comunicació serial. Mentre s’executa el programa, el mòdem GSM rep l’ordre ‘STOP’ per desenvolupar una sortida al MC, el punt de contacte del qual s’utilitza per desactivar l’interruptor d’encesa.

L'ordre enviada per l'usuari es basa en una intimació que ha rebut a través del mòdem GSM 'ALERT' un missatge programat només si l'entrada és baixa. L'operació completa es mostra en una pantalla LCD de 16 × 2.

Circuit de mòdem GMS

Aplicacions de tecnologia GSM

Les aplicacions de la tecnologia GSM inclouen el següent.

Tecnologia GSM intel·ligent per a automatització i seguretat

Actualment, el terminal mòbil GSM s’ha convertit en un dels elements que sempre estem amb nosaltres. Igual que la nostra cartera / cartera, claus o rellotge, el terminal mòbil GSM ens proporciona un canal de comunicació que ens permet comunicar-nos amb el món. El requisit perquè una persona sigui accessible o truqui a qualsevol persona en qualsevol moment és molt atractiu.

Aquest projecte, com el seu nom diu, es basa en la tecnologia de xarxa GSM per a la transmissió d’SMS des del remitent fins al receptor. L’enviament i la recepció d’SMS s’utilitzen per accedir a tots els electrodomèstics i permetre el control d’incompliments a casa. El sistema proposa dos subsistemes. El subsistema de control d’aparells permet a l’usuari controlar electrodomèstics de forma remota i el subsistema d’alerta de seguretat proporciona un control automàtic de seguretat.

El sistema és prou capaç d’instruir els usuaris mitjançant SMS des d’un número de cel·la específic per canviar l’estat de l’aparell domèstic segons les necessitats i els requisits de l’usuari. El segon aspecte és el de l’alerta de seguretat que s’aconsegueix de manera que en la detecció d’intrusos, el sistema permet la generació automàtica d’SMS alertant així l’usuari contra el risc de seguretat.

La tecnologia GSM permetrà la comunicació en qualsevol lloc, en qualsevol moment i amb qualsevol persona. L'arquitectura funcional de GSM que utilitza principis de xarxes intel·ligents i la seva ideologia, que proporciona el desenvolupament de GSM, és el primer pas cap a un veritable sistema de comunicació personal que tingui prou estandardització per garantir la compatibilitat.

Aplicacions GSM en serveis mèdics

Penseu en dues situacions com la següent

• Una persona està greument ferida o ha caigut malalta i ha de ser atesa immediatament. Tot el que té ell o la persona que l’acompanya és un telèfon mòbil.
• Un pacient és donat d’alta de l’hospital i pensa descansar a casa seva, però encara ha d’anar a l’hospital per fer revisions periòdiques. És possible que tingui un telèfon mòbil i també alguns dispositius mèdics amb sensors, com ara dispositius de vigilància de la salut.

En ambdues situacions, l’única manera de proporcionar una solució és mitjançant el sistema de comunicació mòbil. Dit d’una altra manera, mitjançant les tecnologies de la comunicació es pot gestionar qualsevol situació com l’anterior només transmetent les dades del pacient a través de la xarxa de comunicació i rebent-les i processant-les a la secció de receptors, ja sigui al centre sanitari o a casa del metge.

El metge simplement supervisa les dades del pacient i li retorna les instruccions (a l’1^ccas) de manera que almenys pugui prendre algunes precaucions abans d’arribar finalment a l’hospital i al 2^ndel cas controla els resultats de les proves del pacient i, en cas d’alteracions, fa el següent pas per a un tractament posterior.

Tota aquesta situació són els serveis de telemedicina. El sistema de telemedicina es pot utilitzar de qualsevol de les tres maneres.

• Mitjançant la videoconferència, on els pacients asseguts en un lloc poden tenir una interacció directa amb els proveïdors d’atenció mèdica i, en conseqüència, continuar el procés de curació.
• Mitjançant l’ús de sensors de vigilància de la salut que continuen actualitzant la salut del pacient i, en conseqüència, guien els proveïdors d’assistència sanitària per continuar el tractament.
• En transmetre les dades mèdiques adquirides i transmetre les dades adquirides per a la seva consulta i tractament.

Per a les tres maneres anteriors, s'utilitza una tècnica de comunicació sense fils. Els serveis mèdics requereixen moltes maneres d’accedir als recursos emmagatzemats. Es tracta de bases de dades mèdiques o d’amfitrions en línia amb dispositius que poden ajudar a recuperar i controlar la salut del pacient. Les diferents opcions d’accés són la xarxa de banda ampla, mitjançant mitjans de rendiment mitjà i la banda estreta mitjançant GSM.

Els avantatges de la tecnologia GSM en el sistema de telemedicina són els següents.

• És més rendible.
• Els receptors GSM són àmpliament disponibles: els telèfons mòbils i els mòdems GSM
• Té una alta velocitat de transferència de dades.

Sistema bàsic de telemedicina

Un sistema bàsic de telemedicina consta de 4 mòduls:

• La Unitat de Pacients : Recull informació del pacient, l'envia com a senyal analògic o la converteix en senyal digital, controla el flux de dades i transmet les dades. Bàsicament consisteix en diversos sensors mèdics com el sensor de batec del cor, el monitor de pressió arterial, el monitor de temperatura de la pell, el sensor d’espirometria, etc. que emet un senyal elèctric i envia aquests senyals al processador o a un controlador (un microcontrolador o un PC) per a un processament posterior del i transmet els resultats a través d’una xarxa de comunicació sense fils.
• Xarxa de Comunicacions : S'utilitza per a la seguretat i transmissió de dades. S'utilitza la tecnologia GSM que utilitza estacions mòbils, subestacions base i sistemes de xarxa. L'estació mòbil consisteix en el punt d'accés mòbil bàsic o el telèfon mòbil i enllaça els telèfons mòbils amb la xarxa GSM per a la comunicació.
• Unitat de receptor / costat del servidor : Es tracta bàsicament d’un sistema sanitari on s’instal·la un mòdem GSM que rep i descodifica els senyals i els envia a la unitat de presentació.
• Unitat de presentació : Bàsicament, és el processador que converteix les dades rebudes en un format ben definit i les emmagatzema perquè els metges la puguin supervisar regularment i qualsevol resposta al client es pugui enviar per SMS des del mòdem GSM.

Un sistema de telemedicina simple

Es pot mostrar un sistema bàsic de telemedicina d’una manera simplificada. Consta de dues unitats: la unitat transmissora i la unitat receptora. La unitat transmissora transmet l’entrada del sensor i la unitat receptora rep aquesta entrada per continuar el processament.

A continuació es mostra un exemple d’un sistema de telemedicina simple per controlar la freqüència cardíaca del pacient i processar les dades en conseqüència.

Transmissor de sistemes de telemedicina mitjançant tecnologia GSM

A la unitat transmissora, el sensor de batec del cor (que consisteix en una font emissora de llum la llum emesa de la qual es modula quan passa per la sang humana) converteix les dades obtingudes del cos humà i les converteix en impulsos elèctrics. El microcontrolador rep aquests impulsos i els processa per calcular la freqüència de batec cardíac i envia aquestes dades calculades a la unitat sanitària mitjançant un mòdem GSM. El mòdem GSM s’interfaça amb el microcontrolador mitjançant un IC Max 232.

Receptor de sistemes de telemedicina mitjançant tecnologia GSM

A la unitat receptora, el mòdem GSM rep les dades i les envia al microcontrolador. En conseqüència, el microcontrolador analitza les dades rebudes amb les dades del PC i mostra el resultat a la pantalla LCD. El seguiment del pacient es pot fer basant-se en el resultat mostrat a la pantalla pel personal mèdic perquè es pugui iniciar el procediment de tractament requerit.

Exemples pràctics de tecnologia GSM en medicina

A la pràctica, la tecnologia GSM s’utilitza en els camps següents.

AT&T Vitality GlowCaps

Són ampolles de pastilles que simplement recorden al pacient perquè prengui els seus medicaments. Consisteix en un temporitzador que s’estableix per al temps de presa de pastilles del pacient i que en aquest moment estableix el tap per il·luminar i engega el brunzidor i després truca al telèfon mòbil del pacient mitjançant la tecnologia GSM. Es fa un registre de cada obertura de l'ampolla.

Sistema d'ultrasons Mobisante Mobius SP1

Consisteix en una sonda d’ultrasò mòbil connectada a un telèfon intel·ligent que transmet la imatge d’ultrasò de mà a qualsevol lloc remot mitjançant GSM.

Sistema de control continu de glucosa (CGM) Dexcom Seven Plus

S’utilitza per controlar els nivells de glucosa en sang dels pacients i transmetre’ls al metge. Consisteix en un sensor situat sota la pell que controla contínuament els nivells de glucosa en sang i els transmet al receptor (un telèfon mòbil) a intervals freqüents.

Abast futur del GSM en serveis mèdics

D'acord amb una enquesta recent de PricewaterhouseCoopers per a l'Associació GSM, un organisme de la indústria que representa gairebé 800 dels operadors mundials de telefonia mòbil de 219 països, els serveis habilitats per GSM passaran a formar part del sistema sanitari el 2017, creant un mercat global de 23 mil milions de dòlars.

Ara, entre tots aquests, GSM la tecnologia és l’opció més utilitzada a causa de la seva immensa popularitat, la millora de l’eficiència de l’espectre i el baix cost d’implementació.