O que é uma tecnologia GSM: arquitetura e suas aplicações

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A tecnologia celular digital como o GSM (Sistema Global para Comunicação Móvel) é usada para transmitir dados móveis, bem como serviços de voz. Este conceito foi implementado nos Laboratórios Bell usando um sistema de rádio móvel em 1970. Como o nome sugere, é o nome do grupo de padronização que foi estabelecido em 1982 para fazer um padrão geral de telefone móvel europeu. Essa tecnologia detém mais de 70% da participação de mercado do assinante de celular digital em todo o mundo. Esta tecnologia foi desenvolvida utilizando tecnologia digital. Atualmente, a tecnologia GSM oferece suporte a mais de 1 bilhão de assinantes móveis em todo o mundo, nos mais de 210 países. Essa tecnologia fornece serviços de voz e dados básicos a complexos. Este artigo discute uma visão geral da tecnologia GSM.

O que é tecnologia GSM?

GSM é um modem de comunicação móvel que significa sistema global para comunicação móvel (GSM). A ideia do GSM foi desenvolvida na Bell Laboratories em 1970. É um sistema de comunicação móvel amplamente utilizado no mundo. GSM é uma tecnologia de celular aberta e digital usada para transmissão de voz móvel e serviços de dados operando nas bandas de frequência de 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz e 1900 MHz.




A tecnologia GSM foi desenvolvida como um sistema digital usando a técnica de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) para fins de comunicação. Um GSM digitaliza e reduz os dados e, em seguida, os envia por meio de um canal com dois fluxos diferentes de dados do cliente, cada um em seu próprio intervalo de tempo específico. O sistema digital tem a capacidade de transportar taxas de dados de 64 kbps a 120 Mbps.

Modem GMS

Modem GSM



Existem vários tamanhos de células em um sistema GSM, como células macro, micro, pico e guarda-chuva. Cada célula varia de acordo com o domínio de implementação. Existem cinco tamanhos de células diferentes em células macro, micro, pico e guarda-chuva de rede GSM. A área de cobertura de cada célula varia de acordo com o ambiente de implementação.

A técnica de acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA) depende da atribuição de slots de tempo diferentes para cada usuário na mesma frequência. Ele pode se adaptar facilmente à transmissão de dados e comunicação de voz e pode transportar 64kbps a 120Mbps de taxa de dados.

Arquitetura de Tecnologia GSM

Os principais elementos da arquitetura GSM incluem o seguinte.


Arquitetura da Tecnologia GSM

A Arquitetura da Tecnologia GSM

  • Rede e subsistema de comutação (NSS)
  • Subsistema de Estação Base (BSS)
  • A estação móvel (MS)
  • Subsistema de operação e suporte (OSS)

Subsistema de comutação de rede (NSS)

Na arquitetura do sistema GSM, ele inclui diferentes elementos, que são freqüentemente conhecidos como sistema / rede central. Aqui, é basicamente uma rede de dados incluindo uma variedade de unidades para fornecer o controle principal, bem como a interface de todo o sistema de rede móvel. A rede principal inclui os principais elementos que são discutidos abaixo.

Centro de comutação móvel (MSC)

O Mobile Switching Center ou MSC é o elemento chave na região da rede central da arquitetura de rede GSM. Este centro de comutação de serviços móveis funciona como um nó de comutação padrão em um ISDN, caso contrário, PSTN, no entanto, também oferece funcionalidade extra para permitir que as necessidades do usuário móvel sejam suportadas, como autenticação, registro, localização de chamadas de transferência entre MSC e roteamento da chamada para um assinante de telefone celular.

E, também fornece uma vantagem em relação à rede de telefonia pública comutada, de modo que as chamadas podem ser conectadas da rede do celular para um telefone fixo. Interfaces para outro servidor de centro de comutação móvel são fornecidas para permitir que chamadas móveis sejam feitas para celulares em redes diferentes.

Registro de localização de casa (HLR)

Este banco de dados HLR inclui as informações sobre o administrativo, como cada assinante com sua localização identificada anteriormente. Assim, a rede GSM é capaz de conectar as chamadas para a estação base relacionada para o switch móvel. Uma vez que uma operadora LIGA seu telefone, o telefone se registra na rede para que seja provável decidir qual estação base transceptora está se comunicando, para que as chamadas recebidas possam ser conectadas corretamente.

Mesmo quando o celular é ligado, mas não está ativo, ele se registra novamente para garantir que a rede HLR está respondendo à sua localização mais recente. Há um HLR para cada rede, embora possa estar disperso em uma variedade de subcentros por causas operacionais.

Registro de localização do visitante (VLR)

O VLR inclui informações preferenciais que são recebidas da rede HLR para permitir os serviços preferenciais para o assinante separado. O registro de localização de visitantes pode ser executado como uma unidade separada, porém, normalmente é realizado como um elemento essencial do MSC, antes de uma unidade individual. Assim, o acesso é concluído de forma mais rápida e conveniente.

Registro de Identidade de Equipamento (EIR)

O EIR (Equipment Identity Register) é a unidade que decide se o equipamento móvel especificado pode ser permitido na rede. Cada equipamento móvel inclui um número identificado como IMEI ou International Mobile Equipment Identity.

Assim, este número IMEI é fixado dentro do equipamento móvel e é verificado através da rede durante o registro. Depende principalmente da informação que é mantida dentro do EIR, e ao dispositivo móvel pode ser atribuída uma das 3 condições que permitiam através da rede, acesso barrado, caso contrário vigiado no caso de seus problemas.

Centro de autenticação (AuC)

O AuC (centro de autenticação) é um arquivo protegido que inclui a chave secreta no cartão SIM do usuário. O AuC é usado principalmente para verificação e codificação no canal de rádio.

Gateway Mobile Switching Center (GMSC)

O GMSC / Gateway Mobile Switching Center é o fim ao qual uma chamada de finalização de ME é conectada principalmente sem qualquer informação sobre o local do MS. O GMSC obtém o número de roaming da estação móvel (MSRN) do MSISDN com base no HLR e conectando a chamada ao MSC exato visitado. A divisão “MSC” do nome GMSC é confusa, pois o processo de gateway não precisa de nenhum link para um MSC.

Gateway SMS (SMS-G)

O gateway SMS ou SMS-G é usado em conjunto para explicar dois Gateways SMS nos padrões GSM. Esses gateways controlam mensagens que são direcionadas de maneiras diferentes.

O Centro de Comutação Móvel do Gateway do Serviço de Mensagens Curtas (SMS-GMSC) é usado para mensagens curtas que estão sendo transmitidas para um ME. O Centro de Comutação Móvel Inter-Working Service de Mensagens Curtas (SMS-IWMSC) é usado para mensagens curtas criadas através de uma rede móvel. O principal papel do SMS-GMSC está relacionado ao GMSC, mas o SMS-IWMSC oferece um acesso permanente ao Centro de SMS.

Essas unidades foram as principais que são utilizadas na rede da tecnologia GSM. Eles eram normalmente co-localizados, porém freqüentemente a rede intermediária geral era transmitida em todo o país onde quer que a rede estivesse situada. Em caso de mau funcionamento, dará alguma flexibilidade.

Subsistema de Estação Base (BSS)

Ele atua como uma interface entre a estação móvel e o subsistema de rede. Ele consiste na Estação Transceptora Base que contém os transceptores de rádio e gerencia os protocolos de comunicação com celulares. Ele também consiste no Controlador da Estação Base que controla a estação Transceptor Base e atua como uma interface entre a estação móvel e a central de comutação móvel.

O subsistema de rede fornece a conexão de rede básica para as estações móveis. A parte básica do Subsistema de Rede é o Centro de Comutação de Serviço Móvel que fornece acesso a diferentes redes como ISDN, PSTN, etc. Ele também consiste no Registro de Localização de Casa e no Registro de Localização de Visitante que fornece o roteamento de chamadas e recursos de roaming do GSM.

Ele também contém o Registro de Identidade de Equipamento, que mantém uma conta de todos os equipamentos móveis em que cada móvel é identificado por seu próprio número IMEI. IMEI significa International Mobile Equipment Identity.

A seção BSS ou subsistema de estação base da arquitetura de rede GSM de segunda geração é basicamente conectada aos celulares na rede. Este subsistema inclui dois elementos que são discutidos a seguir.

Estação Transceptora Base (BTS)

O BTS (Base Transceiver Station) que é utilizado em uma rede GSM inclui o rádio Tx, Rx e suas antenas relacionadas para transmitir, receber e conversar diretamente por meio de celulares. Esta estação é o elemento importante para cada célula e ela conversa com os celulares e a interface entre os dois é identificada como a interface Um com protocolos relacionados.

Controlador de estação base (BSC)

O BSC (controlador de estação base) é usado para formar a próxima fase reversa na tecnologia GSM. Este controlador é usado para controlar uma coleção de estações transceptoras de base e é frequentemente co-localizado através de uma das estações transceptoras dentro do grupo. Este controlador gerencia os recursos de rádio para controlar diferentes itens como handover na coleção de BTSs, atribuições de canais. Ele conversa com as Estações Transceptoras Base pela interface Abis.

O elemento do subsistema na estação base da rede GSM usa a tecnologia permitida por rádio para permitir que várias operadoras tenham o direito de usar o sistema simultaneamente. Cada canal suporta até 8 operadoras, permitindo que uma estação base inclua canais diferentes, um grande número de operadoras pode ser acomodado em cada estação base.

Eles são localizados cuidadosamente através do provedor da rede para permitir a cobertura de toda a área. Essa área pode ser delimitada por uma estação base, que geralmente é chamada de célula. Porque não é possível impedir que os sinais se sobreponham nas células próximas e os canais que são usados ​​em uma única célula não são utilizados na próxima.

Estação Móvel

É o telefone móvel, que consiste no transceptor, no visor e no processador, e é controlado por um cartão SIM operando na rede.

O MS (estações móveis) ou ME (equipamento móvel) são geralmente identificados por meio de telefones celulares, caso contrário, que são parte de uma comunicação móvel GSM n / w que a operadora observa e opera. Atualmente, sua dimensão foi reduzida radicalmente, enquanto o nível de funcionalidade aumentou muito. E mais um benefício é que o tempo entre as cargas aumentou drasticamente. Existem diferentes elementos no telefone móvel, embora os dois elementos essenciais sejam o hardware e o SIM.

O hardware inclui os principais elementos do telefone móvel, como a caixa, o display, a bateria e os componentes eletrônicos utilizados para produzir o sinal e processar o receptor de dados a ser transmitido.
A estação móvel inclui um número chamado IMEI. Isso pode ser configurado no telefone móvel durante a fabricação e não pode ser modificado.

Ele é acessado pela rede durante o registro para verificar se o equipamento foi reportado como furtado.

O cartão SIM (Módulo de Identidade do Assinante) inclui os dados que fornecem a identidade do usuário para a rede. Além disso, inclui diferentes informações, como um número chamado IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Quando este IMSI é usado no cartão SIM, o usuário móvel pode simplesmente trocar de celular movendo o SIM de um celular para outro.

Portanto, a mudança de celular é fácil sem mudar o mesmo número de celular, o que significa que as pessoas melhorariam com frequência, gerando mais um fluxo de receita para os provedores de rede e servindo para aumentar a vitória financeira total do GSM.

Subsistema de operação e suporte (OSS)

O subsistema de suporte à operação (OSS) é uma parte da arquitetura de rede GSM completa. Ele está conectado aos componentes NSS e BSC. Este OSS é usado principalmente para controlar a rede GSM e a carga de tráfego BSS. Deve-se notar que quando o número de BS aumenta através do dimensionamento da população de assinantes, algumas das tarefas de preservação são movidas para as estações transceptoras de base para que o custo de propriedade do sistema possa ser reduzido.

A arquitetura de rede GSM de 2G segue principalmente uma técnica de operação lógica. Isso é muito simples em comparação com as arquiteturas atuais de rede de telefonia móvel, que utilizam unidades definidas por software para permitir uma operação extremamente flexível. Mas a arquitetura do 2G GSM demonstrará as funções fundamentais de voz e operacionais que são necessárias e como elas são organizadas juntas. Quando o sistema GSM é digital, a rede é uma rede de dados.

Características do Módulo GSM

Os recursos do módulo GSM incluem o seguinte.

  • Eficiência de espectro aprimorada
  • Roaming internacional
  • Compatibilidade com rede digital de serviços integrados (ISDN)
  • Suporte para novos serviços.
  • Gerenciamento de agenda SIM
  • Número de discagem fixa (FDN)
  • Relógio em tempo real com gerenciamento de alarme
  • Discurso de alta qualidade
  • Usa criptografia para tornar as chamadas telefônicas mais seguras
  • Serviço de mensagens curtas (SMS)

As estratégias de segurança padronizadas para o sistema GSM tornam-no o padrão de telecomunicações mais seguro atualmente acessível. Embora a confidencialidade de uma chamada e o sigilo do assinante GSM sejam garantidos apenas no canal de rádio, este é um passo importante para alcançar a segurança ponta a ponta.

Modem GSM

Um modem GSM é um dispositivo que pode ser um telefone móvel ou um dispositivo de modem que pode ser usado para fazer um computador ou qualquer outro processador se comunicar em uma rede. Um modem GSM requer um cartão SIM para ser operado e opera em uma faixa de rede assinada pela operadora de rede. Ele pode ser conectado a um computador por meio de conexão serial, USB ou Bluetooth.

Um modem GSM também pode ser um telefone celular GSM padrão com o cabo e driver de software apropriados para conectar a uma porta serial ou porta USB em seu computador. O modem GSM é geralmente preferível a um telefone celular GSM. O modem GSM possui uma ampla gama de aplicativos em terminais de transação, gerenciamento de cadeia de suprimentos, aplicativos de segurança, estações meteorológicas e registro remoto de dados no modo GPRS.

Funcionando do Módulo GSM

Do circuito abaixo, um modem GSM devidamente conectado ao MC através do deslocador de nível IC Max232. O modem GSM montado no cartão SIM ao receber um comando de dígitos por SMS de qualquer telefone celular envia esses dados para o MC por meio de comunicação serial. Enquanto o programa é executado, o modem GSM recebe o comando ‘STOP’ para desenvolver uma saída no MC, cujo ponto de contato é usado para desativar a chave de ignição.

O comando enviado pelo usuário é baseado em uma sugestão recebida por ele através do modem GSM ‘ALERTA’ uma mensagem programada apenas se a entrada for reduzida. A operação completa é exibida em um display LCD de 16 × 2.

Circuito de Modem GMS

Circuito de Modem GMS

Aplicações de tecnologia GSM

As aplicações da tecnologia GSM incluem o seguinte.

Tecnologia GSM inteligente para automação e segurança

Hoje em dia, o terminal móvel GSM se tornou um dos itens que estão constantemente conosco. Tal como a nossa carteira / carteira, chaves ou relógio, o terminal móvel GSM fornece-nos um canal de comunicação que nos permite comunicar com o mundo. A exigência de uma pessoa estar acessível ou ligar para qualquer pessoa a qualquer momento é muito atraente.

Este projeto, como o próprio nome diz o projeto é baseado na tecnologia de rede GSM para transmissão de SMS do emissor ao receptor. O envio e o recebimento de SMS são usados ​​para acesso onipresente aos aparelhos e para permitir o controle de violações em casa. O sistema propõe dois subsistemas. O subsistema de controle de dispositivo permite que o usuário controle eletrodomésticos remotamente e o subsistema de alerta de segurança fornece monitoramento automático de segurança.

O sistema é capaz de instruir os usuários via SMS a partir de um número de celular específico para alterar a condição do eletrodoméstico de acordo com as necessidades e requisitos do usuário. O segundo aspecto é o do alerta de segurança, que se realiza de forma que, ao detectar uma intrusão, o sistema permita a geração automática de SMS alertando o utilizador para o risco de segurança.

A tecnologia GSM permitirá a comunicação em qualquer lugar, a qualquer hora e com qualquer pessoa. A arquitetura funcional do GSM que emprega princípios de rede inteligente, e sua ideologia, que proporciona o desenvolvimento do GSM, é o primeiro passo em direção a um verdadeiro sistema de comunicação pessoal com padronização suficiente para garantir a compatibilidade.

Aplicações GSM em serviços médicos

Considere duas situações como a seguinte

  • Uma pessoa está gravemente ferida ou adoeceu e precisa de cuidados imediatos. Tudo o que ele ou seu acompanhante possui é um telefone celular.
  • Um paciente tem alta do hospital e pensa em descansar em sua casa, mas ainda precisa ir ao hospital para exames regulares. Ele pode ter um telefone celular e também alguns dispositivos sensores médicos, como dispositivos de monitoramento de saúde.

Em ambas as situações, a única forma de solucionar o problema é através do sistema de comunicação móvel. Em outras palavras, usando tecnologias de comunicação, qualquer situação como a acima pode ser tratada apenas transmitindo os detalhes do paciente através da rede de comunicação e recebendo-os e processando-os na seção receptora - seja no centro de saúde ou na casa do médico.

O médico simplesmente monitora os detalhes do paciente e devolve as instruções à pessoa (no 1stcaso) para que ele possa pelo menos tomar alguns cuidados antes de finalmente chegar ao hospital e nos 2ndO case monitora os resultados dos exames do paciente e, em caso de alguma anormalidade, dá o próximo passo para o tratamento posterior.

Toda essa situação são os serviços de telemedicina. O sistema de telemedicina pode ser usado de uma das três maneiras.

  • Usando videoconferência, onde os pacientes sentados em um lugar podem ter interação direta com os prestadores de cuidados de saúde e, consequentemente, continuar o processo de cura.
  • Utilizando sensores de monitoramento de saúde que se atualizam continuamente sobre a saúde do paciente e, consequentemente, orientam os profissionais de saúde para a continuidade do tratamento.
  • Ao transmitir os dados médicos adquiridos e transmitir os dados adquiridos para consulta e processamento.

Para as três formas acima, uma técnica de comunicação sem fio é usada. Os serviços médicos requerem muitas maneiras de obter acesso aos recursos armazenados. Podem ser bancos de dados médicos ou hosts online com dispositivos que podem ajudar a recuperar e monitorar a saúde do paciente. As diferentes opções de acesso são a rede de banda larga, por meio de mídia de throughput médio e banda estreita, por meio de GSM.

As vantagens da tecnologia GSM no sistema de telemedicina incluem o seguinte.

  • É mais econômico.
  • Os receptores GSM estão amplamente disponíveis - telefones celulares e modems GSM
  • Possui alta velocidade de transferência de dados.

Sistema Básico de Telemedicina

Um sistema básico de telemedicina consiste em 4 módulos:

  • A Unidade do Paciente : Ele coleta informações do paciente, as envia como um sinal analógico ou as converte em sinal digital, controla o fluxo de dados e transmite os dados. Basicamente, consiste em vários sensores médicos, como sensor de batimentos cardíacos, monitor de pressão arterial, monitor de temperatura da pele, sensor de espirometria, etc., que emite um sinal elétrico e envia esses sinais para o processador ou controlador (um microcontrolador ou PC) para processamento posterior do sinaliza e transmite os resultados por meio de uma rede de comunicação sem fio.
  • Rede de comunicação : É usado para segurança e transmissão de dados. A tecnologia GSM é usada e usa estações móveis, subestações de base e sistemas de rede. A estação móvel consiste no ponto de acesso móvel básico ou telefone móvel e liga os telefones móveis à rede GSM para comunicação.
  • Unidade receptora / lado do servidor : É basicamente um sistema de saúde onde está instalado um modem GSM que recebe e decodifica os sinais e os envia para a unidade de apresentação.
  • Unidade de Apresentação : Basicamente, é o processador que converte os dados recebidos em um formato bem definido e os armazena para que os médicos possam monitorá-los regularmente e qualquer feedback do lado do cliente possa ser enviado via SMS a partir do modem GSM.

Um sistema simples de telemedicina

Um sistema de telemedicina básica pode ser mostrado de forma simplificada. Consiste em duas unidades - a unidade transmissora e a unidade receptora. A unidade transmissora transmite a entrada do sensor e a unidade receptora recebe essa entrada para continuar o processamento.

Dada a seguir é um exemplo de um sistema de telemedicina simples para monitorar a frequência cardíaca do paciente e, consequentemente, processar os dados.

Transmissor de sistema de telemedicina usando tecnologia GSM

Transmissor de sistema de telemedicina usando tecnologia GSM

Na unidade transmissora, o sensor de batimentos cardíacos (que consiste em uma fonte emissora de luz cuja luz emitida é modulada conforme passa pelo sangue humano) converte os dados obtidos do corpo humano e os converte em pulsos elétricos. O microcontrolador recebe esses pulsos e os processa para calcular a taxa de batimentos cardíacos e envia esses dados calculados para a unidade de saúde por meio de um modem GSM. O modem GSM faz interface com o microcontrolador usando um Max 232 IC.

Receptor de sistema de telemedicina usando tecnologia GSM

Receptor de sistema de telemedicina usando tecnologia GSM

Na unidade receptora, o modem GSM recebe os dados e os alimenta para o microcontrolador. O microcontrolador analisa os dados recebidos com os dados do PC e mostra o resultado no LCD. O monitoramento do paciente pode ser feito com base no resultado exibido no display pela equipe médica para que o procedimento de tratamento necessário seja iniciado.

Exemplos práticos de tecnologia GSM na área médica

Na prática, a tecnologia GSM é usada nas seguintes áreas.

AT&T Vitality GlowCaps

São frascos de comprimidos que simplesmente lembram o paciente de tomar seus remédios. Consiste em um cronômetro que é definido para o tempo de ingestão do comprimido do paciente e, nesse momento, define a tampa para iluminar e inicia a campainha e, em seguida, liga para o telefone celular do paciente usando a tecnologia GSM. A cada abertura da garrafa é feito um registro.

Sistema de ultrassom Mobisante Mobius SP1

Ele consiste em uma sonda de ultrassom móvel conectada a um smartphone e transmite a imagem de ultrassom portátil para qualquer lugar remoto por meio do GSM.

Sistema de monitoramento contínuo de glicose (CGM) Dexcom Seven Plus

Isso é usado para monitorar os níveis de glicose no sangue dos pacientes e transmiti-los ao médico. Consiste em um sensor colocado sob a pele que monitora continuamente os níveis de glicose no sangue e os transmite ao receptor (um telefone celular) em intervalos frequentes.

Escopo futuro do GSM em serviços médicos

De acordo com uma pesquisa recente da PricewaterhouseCoopers para a GSM Association, um órgão da indústria que representa cerca de 800 das operadoras móveis do mundo em 219 países, os serviços habilitados para GSM se tornarão parte do sistema de saúde em 2017, criando um mercado global de 23 bilhões de dólares.

Agora, entre todos estes, GSM a tecnologia é a opção mais amplamente usada devido à sua imensa popularidade, maior eficiência de espectro e baixo custo de implementação.