Что такое технология GSM: архитектура и ее применение

Цифровая сотовая технология, такая как GSM (глобальная система мобильной связи), используется для передачи мобильных данных, а также голосовых услуг. Эта концепция была реализована в Bell Laboratories с использованием системы мобильной радиосвязи в 1970 году. Как следует из названия, это название группы стандартизации, которая была создана в 1982 году для создания общего европейского стандарта мобильной связи. На эту технологию приходится более 70% рынка абонентов цифровой сотовой связи во всем мире. Эта технология была разработана с использованием цифровых технологий. В настоящее время технология GSM поддерживает более 1 миллиарда абонентов мобильной связи по всему миру в более чем 210 странах. Эта технология предоставляет услуги передачи голоса и данных от базовых до сложных. В этой статье обсуждается обзор технологии GSM.

Что такое технология GSM?

GSM - это модем мобильной связи, он обозначает глобальную систему мобильной связи (GSM). Идея GSM была разработана в Bell Laboratories в 1970 году. Это широко используемая система мобильной связи в мире. GSM - это открытая цифровая сотовая технология, используемая для передачи мобильного голоса и данных. Услуги работают в диапазонах частот 850 МГц, 900 МГц, 1800 МГц и 1900 МГц.

Технология GSM была разработана как цифровая система с использованием технологии множественного доступа с временным разделением (TDMA) для целей связи. GSM оцифровывает и сокращает данные, а затем отправляет их по каналу с двумя разными потоками клиентских данных, каждый в своем конкретном временном интервале. Цифровая система способна передавать данные со скоростью от 64 до 120 Мбит / с.

GSM модем

В системе GSM существуют соты различных размеров, такие как макро-, микро-, пико- и зонтичные соты. Каждая ячейка различается в зависимости от области реализации. В макро-, микро-, пико- и зонтичных ячейках сети GSM есть пять различных размеров соты. Зона покрытия каждой соты зависит от среды реализации.

Метод множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) основан на назначении разных временных интервалов каждому пользователю на одной и той же частоте. Он может легко адаптироваться к передаче данных и голосовой связи и может передавать данные со скоростью от 64 кбит / с до 120 Мбит / с.

Архитектура технологии GSM

Основные элементы архитектуры GSM включают следующее.

Архитектура технологии GSM

• Подсистема сети и коммутации (NSS)
• Подсистема базовой станции (BSS)
• Мобильная станция (МС)
• Подсистема эксплуатации и поддержки (OSS)

Подсистема сетевой коммутации (NSS)

В архитектуре системы GSM он включает в себя различные элементы, которые часто называют базовой системой / сетью. В данном случае это, по сути, сеть передачи данных, включающая множество устройств, обеспечивающих основной контроль, а также взаимодействие всей системы мобильной сети. Базовая сеть включает в себя основные элементы, которые обсуждаются ниже.

Центр коммутации мобильной связи (MSC)

Центр коммутации мобильной связи или MSC - ключевой элемент в базовой сети архитектуры сети GSM. Этот центр коммутации мобильных услуг работает как стандартный узел коммутации в ISDN, в противном случае PSTN, однако он также предоставляет дополнительные функции, позволяющие поддерживать потребности мобильного пользователя, такие как аутентификация, регистрация, передача обслуживания между MSC, определение местоположения вызова и маршрутизация вызова на абонент сотового телефона.

Кроме того, он обеспечивает преимущество перед коммутируемой телефонной сетью общего пользования, так что телефонные звонки могут быть соединены с мобильной сети на телефон и на стационарный телефон. Предусмотрены интерфейсы к другому серверу центра коммутации мобильной связи, позволяющие совершать мобильные вызовы на мобильные устройства по разным сетям.

Регистр домашнего местоположения (HLR)

Эта база данных HLR включает информацию об администраторе, как и о каждом подписчике с их предыдущим идентифицированным местоположением. Таким образом, сеть GSM способна соединять вызовы с соответствующей базовой станцией для мобильного коммутатора. После того, как оператор включает свой телефон, телефон регистрируется в сети, чтобы можно было решить, какая базовая приемопередающая станция осуществляет связь, чтобы входящие вызовы могли быть подключены должным образом.

Даже когда мобильный телефон включен, но не активен, он снова регистрируется, чтобы убедиться, что сеть HLR реагирует на свое последнее местоположение. Для каждой сети существует один HLR, даже если он может быть рассредоточен по множеству подцентров по оперативным причинам.

Регистр местоположения посетителей (VLR)

VLR включает предпочтительную информацию, полученную из сети HLR, чтобы предоставить предпочтительные услуги для отдельного подписчика. Регистр местоположения посетителей может быть выполнен как отдельный блок, однако он обычно реализуется как существенный элемент MSC перед отдельным блоком. Таким образом, доступ осуществляется быстрее и удобнее.

Регистр идентификации оборудования (EIR)

EIR (регистр идентификации оборудования) - это блок, который принимает решение, разрешено ли использование определенного мобильного оборудования в сети. Каждое мобильное устройство имеет номер, идентифицируемый как IMEI или международный идентификатор мобильного оборудования.

Таким образом, этот номер IMEI фиксируется в мобильном оборудовании и проверяется через сеть при регистрации. Это в основном зависит от информации, которая хранится в EIR, и мобильному устройству может быть назначено одно из 3 условий: разрешено по сети, запрещен доступ, и в противном случае отслеживается в случае возникновения проблем.

Центр аутентификации (AuC)

AuC (центр аутентификации) - это защищенный файл, который содержит секретный ключ на SIM-карте пользователя. AuC в основном используется для проверки и кодирования на радиоканале.

Центр коммутации мобильной связи (GMSC)

Центр коммутации мобильной связи GMSC / шлюза - это конец, к которому в первую очередь подключается завершающий вызов ME без какой-либо информации о месте MS. GMSC получает номер роуминга мобильной станции (MSRN) из MSISDN на основе HLR и подключения вызова к точному посещенному MSC. Разделение «MSC» в имени GMSC сбивает с толку, так как процесс шлюза не требует связи с MSC.

SMS-шлюз (SMS-G)

SMS-шлюз или SMS-G используется совместно для объяснения двух SMS-шлюзов в стандартах GSM. Эти шлюзы управляют сообщениями, которые направляются разными способами.

Центр коммутации мобильной связи шлюза службы коротких сообщений (SMS-GMSC) используется для коротких сообщений, которые передаются на ME. Центр коммутации мобильной связи службы коротких сообщений (SMS-IWMSC) используется для коротких сообщений, создаваемых через сеть мобильной связи. Основная роль SMS-GMSC связана с GMSC, но SMS-IWMSC предлагает постоянный доступ к центру SMS.

Эти устройства были основными, которые используются в сети по технологии GSM. Обычно они располагались в одном месте, однако часто вся средняя сеть передавалась по стране, где бы сеть ни находилась. В случае неисправности это даст некоторую гибкость.

Подсистема базовой станции (BSS)

Он действует как интерфейс между мобильной станцией и сетевой подсистемой. Он состоит из базовой приемопередающей станции, которая содержит радиоприемопередатчики и обрабатывает протоколы для связи с мобильными телефонами. Он также состоит из контроллера базовой станции, который управляет базовой приемопередающей станцией и действует как интерфейс между мобильной станцией и центром коммутации мобильной связи.

Сетевая подсистема обеспечивает базовое сетевое подключение к мобильным станциям. Базовой частью сетевой подсистемы является центр коммутации мобильных услуг, который обеспечивает доступ к различным сетям, таким как ISDN, PSTN и т. Д. Он также состоит из реестра домашнего местоположения и реестра местоположения посетителей, который обеспечивает возможности маршрутизации вызовов и роуминга GSM.

Он также содержит реестр идентификаторов оборудования, в котором ведется учет всего мобильного оборудования, в котором каждый мобильный телефон идентифицируется своим собственным номером IMEI. IMEI расшифровывается как International Mobile Equipment Identity.

Раздел BSS или подсистемы базовой станции архитектуры сети GSM второго поколения в основном связан с мобильными устройствами по сети. Эта подсистема включает два элемента, которые обсуждаются ниже.

Базовая приемопередающая станция (BTS)

BTS (базовая приемопередающая станция), которая используется в сети GSM, включает в себя радио Tx, Rx и их соответствующие антенны для передачи, приема и прямого обмена данными через мобильные телефоны. Эта станция является важным элементом для каждой ячейки, и она взаимодействует с мобильными устройствами, и интерфейс между ними идентифицируется как интерфейс Um со связанными протоколами.

Контроллер базовой станции (BSC)

BSC (контроллер базовой станции) используется для формирования следующей фазы, обращенной к технологии GSM. Этот контроллер используется для управления набором базовых приемопередающих станций, и он часто совмещается с одной из приемопередающих станций в группе. Этот контроллер управляет ресурсами радио для управления различными элементами, такими как передача обслуживания в коллекции BTS, назначает каналы. Он взаимодействует с базовыми приемопередающими станциями через интерфейс Abis.

Элемент подсистемы в базовой станции сети GSM использует технологию радиосвязи, позволяющую нескольким операторам использовать систему одновременно. Каждый канал поддерживает до 8 операторов, позволяя базовой станции включать в себя разные каналы, огромное количество операторов может быть подключено к каждой базовой станции.

Они тщательно размещаются у провайдера сети, чтобы обеспечить покрытие всей территории. Эта область может быть окружена базовой станцией, которую часто называют сотой. Поскольку невозможно остановить перекрытие сигналов в соседних сотах, и каналы, которые используются в одной соте, не используются в следующих.

Мобильная станция

Это мобильный телефон, который состоит из трансивера, дисплея и процессора и управляется SIM-картой, работающей по сети.

MS (мобильные станции) или ME (мобильное оборудование) чаще всего идентифицируются через сотовые или мобильные телефоны, которые являются частью мобильной связи GSM, которую оператор наблюдает и использует. В настоящее время их размер радикально уменьшился, а уровень функциональности сильно увеличился. И еще одно преимущество - время между обвинениями резко увеличилось. В мобильном телефоне есть разные элементы, но двумя основными элементами являются аппаратное обеспечение и SIM-карта.

Аппаратное обеспечение включает в себя основные элементы мобильного телефона, такие как корпус, дисплей, аккумулятор и электронику, используемую для генерации сигнала и обработки данных приемника для передачи.
Мобильная станция имеет номер, называемый IMEI. Его можно настроить на мобильном телефоне во время производства, и его нельзя изменить.

Сеть получает к нему доступ во время регистрации, чтобы проверить, не было ли оборудование заявлено как украденное.

SIM-карта (модуль идентификации абонента) содержит данные, которые идентифицируют пользователя в сети. Кроме того, он включает в себя различную информацию, например номер, называемый IMSI (международный идентификатор мобильного абонента). Когда этот IMSI используется в SIM-карте, мобильный пользователь может просто сменить мобильный телефон, переместив SIM-карту с одного мобильного телефона на другой.

Таким образом, замена мобильного телефона происходит легко без изменения одного и того же мобильного номера. Это означает, что люди часто будут совершенствоваться, таким образом создавая дополнительный поток доходов для поставщиков сети и способствуя общей финансовой победе GSM.

Подсистема эксплуатации и поддержки (OSS)

Подсистема поддержки эксплуатации (OSS) является частью полной архитектуры сети GSM. Это связано с компонентами NSS и BSC. Этот OSS в основном используется для управления сетью GSM и нагрузкой трафика BSS. Следует отметить, что, когда количество BS увеличивается за счет увеличения количества абонентов, некоторые задачи сохранения переносятся на базовые приемопередающие станции, так что стоимость владения системой может быть снижена.

Архитектура сети GSM 2G в основном следует логическому принципу работы. Это очень просто по сравнению с существующими архитектурами сети мобильных телефонов, в которых используются программно определяемые блоки, что обеспечивает чрезвычайно гибкую работу. Но архитектура 2G GSM продемонстрирует необходимые голосовые и операционные основные функции и то, как они организованы вместе. Когда система GSM цифровая, тогда сеть представляет собой сеть передачи данных.

Особенности модуля GSM

К особенностям модуля GSM можно отнести следующее.

• Повышенная эффективность использования спектра
• Международный роуминг
• Совместимость с цифровой сетью с интегрированными услугами (ISDN)
• Поддержка новых сервисов.
• Управление телефонной книгой на SIM-карте
• Номер фиксированного набора (FDN)
• Часы реального времени с будильником
• Качественная речь
• Использует шифрование, чтобы сделать телефонные звонки более безопасными
• Служба коротких сообщений (SMS)

Стратегии безопасности, стандартизированные для системы GSM, делают ее наиболее безопасным стандартом связи, доступным в настоящее время. Хотя конфиденциальность разговора и секретность абонента GSM гарантируется только на радиоканале, это важный шаг в достижении сквозной безопасности.

GSM модем

Модем GSM - это устройство, которое может быть мобильным телефоном или модемом, которое может использоваться для обмена данными между компьютером или любым другим процессором по сети. Для работы GSM-модема требуется SIM-карта, и он работает в диапазоне сети, на которую подписан оператор сети. Его можно подключить к компьютеру через последовательный порт, USB или Bluetooth.

Модем GSM также может быть стандартным мобильным телефоном GSM с соответствующим кабелем и программным драйвером для подключения к последовательному порту или порту USB на вашем компьютере. GSM-модем обычно предпочтительнее мобильного телефона GSM. GSM-модем находит широкое применение в терминалах транзакций, управлении цепочкой поставок, приложениях безопасности, метеостанциях и удаленной регистрации данных в режиме GPRS.

Работа GSM модуля

Из приведенной ниже схемы показан GSM-модем, должным образом подключенный к MC через переключатель уровня IC Max232. GSM-модем, установленный на SIM-карте, после получения цифровой команды по SMS от любого сотового телефона отправляет эти данные на MC через последовательную связь. Пока программа выполняется, модем GSM получает команду «СТОП», чтобы сформировать выходной сигнал на MC, точки контакта которого используются для отключения ключа зажигания.

Команда, отправленная таким образом пользователем, основана на сообщении, полученном им через модем GSM «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» о запрограммированном сообщении, только если на входе установлен низкий уровень. Вся операция отображается на ЖК-дисплее 16 × 2.

Цепь модема GMS

Приложения технологии GSM

Применения технологии GSM включают следующее.

Интеллектуальная технология GSM для автоматизации и безопасности

В наши дни мобильный терминал GSM стал одной из вещей, которые постоянно находятся с нами. Подобно кошельку / кошельку, ключам или часам, мобильный терминал GSM предоставляет нам канал связи, который позволяет нам общаться с миром. Требование к человеку быть доступным или звонить кому-либо в любое время очень привлекательно.

Этот проект, как следует из названия, основан на сетевой технологии GSM для передачи SMS от отправителя к получателю. Отправка и получение SMS-сообщений используются для повсеместного доступа к устройствам и обеспечения контроля над взломом дома. Система предлагает две подсистемы. Подсистема управления бытовой техникой позволяет пользователю удаленно управлять бытовой техникой, а подсистема оповещения о безопасности обеспечивает автоматический мониторинг безопасности.

Система достаточно способна проинструктировать пользователей с помощью SMS с определенного сотового номера, чтобы изменить состояние бытовой техники в соответствии с потребностями и требованиями пользователя. Второй аспект - это предупреждение системы безопасности, которое достигается таким образом, что при обнаружении вторжения система позволяет автоматически генерировать SMS, таким образом предупреждая пользователя об угрозе безопасности.

Технология GSM позволит общаться где угодно, когда угодно и с кем угодно. Функциональная архитектура GSM, использующая принципы интеллектуальных сетей, и ее идеология, которая обеспечивает развитие GSM, является первым шагом на пути к истинной системе персональной связи, которая требует достаточной стандартизации для обеспечения совместимости.

Приложения GSM в медицинских услугах

Рассмотрим две ситуации, подобные следующей

• Человек тяжело ранен или заболел, и о нем необходимо немедленно позаботиться. Все, что есть у него или сопровождающего его человека, - это мобильный телефон.
• Пациента выписывают из больницы и он думает отдохнуть дома, но ему все равно нужно ехать в больницу для регулярных осмотров. У него может быть мобильный телефон, а также некоторые медицинские сенсорные устройства, например устройства для наблюдения за состоянием здоровья.

В обеих ситуациях единственный способ найти решение - использовать систему мобильной связи. Другими словами, используя коммуникационные технологии, любую ситуацию, подобную описанной выше, можно разрешить, просто передав данные пациента через сеть связи, получая и обрабатывая их в приемной секции - либо в медицинском центре, либо на дому у врача.

Врач просто наблюдает за данными пациента и возвращает ему инструкции (в 1^улслучае), чтобы он мог по крайней мере принять некоторые меры предосторожности, прежде чем наконец добраться до больницы и в^ndcase отслеживает результаты анализов пациента и в случае каких-либо отклонений делает следующий шаг для дальнейшего лечения.

Вся эта ситуация - услуги телемедицины. Телемедицинскую систему можно использовать одним из трех способов.

• Использование видеоконференцсвязи, когда пациенты, сидящие на одном месте, могут напрямую взаимодействовать с поставщиками медицинских услуг и, соответственно, продолжать процесс лечения.
• Используя датчики мониторинга здоровья, которые постоянно обновляют информацию о состоянии здоровья пациента и, соответственно, направляют поставщиков медицинских услуг для продолжения лечения.
• Путем передачи полученных медицинских данных и передачи полученных данных для консультации и обработки.

Для указанных выше трех способов используется метод беспроводной связи. Медицинские услуги требуют множества способов доступа к хранимым ресурсам. Это могут быть медицинские базы данных или онлайн-хосты с устройствами, которые могут помочь восстановить и контролировать здоровье пациентов. Различные варианты доступа: широкополосная сеть через среду со средней пропускной способностью и узкополосная сеть через GSM.

К преимуществам технологии GSM в системе телемедицины можно отнести следующее.

• Это более рентабельно.
• Приемники GSM широко доступны - мобильные телефоны и модемы GSM.
• Имеет высокую скорость передачи данных.

Базовая система телемедицины

Базовая телемедицинская система состоит из 4 модулей:

• Отделение для пациентов : Он собирает информацию от пациента, отправляет ее как аналоговый сигнал или преобразует в цифровой сигнал, контролирует поток данных и передает данные. Он в основном состоит из различных медицинских датчиков, таких как датчик сердцебиения, монитор артериального давления, монитор температуры кожи, датчик спирометрии и т. Д., Который выдает электрический сигнал и отправляет эти сигналы в процессор или контроллер (микроконтроллер или ПК) для дальнейшей обработки сигналы, а затем передает результаты через сеть беспроводной связи.
• Сеть связи : Он используется для защиты данных и передачи данных. Используется технология GSM, в которой используются мобильные станции, базовые подстанции и сетевые системы. Мобильная станция состоит из базовой мобильной точки доступа или мобильного телефона и связывает мобильные телефоны с сетью GSM для связи.
• Приемник / сторона сервера : По сути, это медицинская система, в которой установлен GSM-модем, который принимает, декодирует сигналы и отправляет их на презентационное устройство.
• Презентационный блок : По сути, это процессор, который преобразует полученные данные в четко определенный формат и сохраняет их, чтобы врачи могли их регулярно отслеживать, а любые отзывы на сторону клиента могут быть отправлены через SMS-сообщение с GSM-модема.

Простая система телемедицины

Базовая система телемедицины может быть представлена ​​в упрощенном виде. Он состоит из двух блоков - блока передатчика и блока приемника. Блок передатчика передает входной сигнал датчика, а блок приемника принимает этот вход для продолжения дальнейшей обработки.

Ниже приведен пример простой телемедицинской системы для отслеживания частоты сердечных сокращений пациента и соответствующей обработки данных.

Передатчик системы телемедицины с использованием технологии GSM

В блоке передатчика датчик сердцебиения (который состоит из источника света, излучаемый свет которого модулируется при прохождении через кровь человека) преобразует полученные данные от человеческого тела и преобразует их в электрические импульсы. Микроконтроллер принимает эти импульсы и обрабатывает их для расчета частоты сердечных сокращений и отправляет эти рассчитанные данные в медицинское учреждение через модем GSM. GSM-модем соединяется с микроконтроллером с помощью микросхемы Max 232 IC.

Приемник системы телемедицины с использованием технологии GSM

В принимающем блоке модем GSM принимает данные и передает их микроконтроллеру. Соответственно, микроконтроллер анализирует полученные данные с данными с ПК и отображает результат на ЖК-дисплее. Наблюдение за пациентом может осуществляться на основе результата, отображаемого на дисплее медицинским персоналом, чтобы можно было начать необходимую процедуру лечения.

Практические примеры использования GSM-технологий в медицине

На практике технология GSM используется в следующих областях.

Светящиеся колпачки AT&T Vitality

Это флаконы с таблетками, которые просто напоминают пациенту о необходимости принимать лекарства. Он состоит из таймера, который устанавливается на время приема таблеток пациентом, в это время устанавливает загорание колпачка и запускает зуммер, а затем звонит на мобильный телефон пациента по технологии GSM. Регистрируется каждое открывание бутылки.

Ультразвуковая система Mobisante Mobius SP1

Он состоит из мобильного ультразвукового датчика, подключенного к смартфону, и передает портативное ультразвуковое изображение в любое удаленное место через GSM.

Система непрерывного мониторинга уровня глюкозы (CGM) Dexcom Seven Plus

Он используется для контроля уровня глюкозы в крови пациентов и передачи его врачу. Он состоит из датчика, размещенного под кожей, который непрерывно контролирует уровень глюкозы в крови и через определенные промежутки времени передает его на приемник (сотовый телефон).

Будущие возможности GSM в медицинских услугах

Согласно недавнему опросу, проведенному PricewaterhouseCoopers для Ассоциации GSM, отраслевой организации, которая представляет почти 800 мировых операторов мобильной связи в 219 странах, к 2017 году услуги с поддержкой GSM станут частью системы здравоохранения, создавая глобальный рынок с 23 миллиард долларов.

Теперь среди всего этого GSM технология является наиболее широко используемым вариантом из-за ее огромной популярности, повышенной эффективности использования спектра и низкой стоимости внедрения.