Qu'est-ce qu'une technologie GSM: architecture et ses applications

La technologie cellulaire numérique comme le GSM (Global System for Mobile Communication) est utilisée pour transmettre des données mobiles ainsi que des services vocaux. Ce concept a été mis en œuvre aux Laboratoires Bell en utilisant un système de radio mobile en 1970. Comme son nom l'indique, c'est le nom du groupe de normalisation qui a été créé en 1982 pour faire une norme européenne générale de téléphonie mobile. Cette technologie détient plus de 70% de la part de marché de l'abonné cellulaire numérique dans le monde. Cette technologie a été développée en utilisant la technologie numérique. À l'heure actuelle, la technologie GSM prend en charge plus d'un milliard d'abonnés mobiles dans le monde dans les 210 pays ci-dessus. Cette technologie fournit des services vocaux et de données de base à complexe. Cet article présente un aperçu de la technologie GSM.

Qu'est-ce que la technologie GSM?

GSM est un modem de communication mobile, c'est-à-dire système mondial de communication mobile (GSM). L'idée du GSM a été développée aux laboratoires Bell en 1970. C'est un système de communication mobile largement utilisé dans le monde. Le GSM est une technologie cellulaire ouverte et numérique utilisée pour transmettre la voix et les services de données mobiles fonctionnant sur les bandes de fréquences 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz et 1900 MHz.

La technologie GSM a été développée en tant que système numérique utilisant la technique d'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) à des fins de communication. Un GSM numérise et réduit les données, puis les envoie via un canal avec deux flux différents de données client, chacun dans sa propre tranche horaire. Le système numérique a la capacité de transporter 64 kbps à 120 Mbps de débits de données.

Modem GSM

Il existe différentes tailles de cellules dans un système GSM telles que les cellules macro, micro, pico et parapluie. Chaque cellule varie selon le domaine de mise en œuvre. Il existe cinq tailles de cellules différentes dans un réseau GSM de cellules macro, micro, pico et parapluie. La zone de couverture de chaque cellule varie en fonction de l'environnement de mise en œuvre.

La technique d'accès multiple par répartition dans le temps (TDMA) repose sur l'attribution de différentes tranches de temps à chaque utilisateur sur la même fréquence. Il peut facilement s'adapter à la transmission de données et à la communication vocale et peut transporter de 64 kbps à 120 Mbps de débit de données.

Architecture de la technologie GSM

Les principaux éléments de l'architecture GSM sont les suivants.

L'architecture de la technologie GSM

• Réseau et sous-système de commutation (NSS)
• Sous-système de station de base (BSS)
• La station mobile (MS)
• Sous-système d'exploitation et de support (OSS)

Sous-système de commutation réseau (NSS)

Dans l'architecture du système GSM, il comprend différents éléments, qui sont souvent appelés système / réseau central. Ici, il s'agit essentiellement d'un réseau de données comprenant une variété d'unités pour fournir le contrôle principal ainsi que l'interfaçage de l'ensemble du système de réseau mobile. Le réseau central comprend les principaux éléments décrits ci-dessous.

Centre de commutation mobile (MSC)

Le centre de commutation mobile ou MSC est l'élément clé dans la région du réseau central de l'architecture du réseau GSM. Ce centre de commutation de services mobiles fonctionne comme un nœud de commutation standard dans un RNIS sinon PSTN, cependant, il offre également des fonctionnalités supplémentaires pour permettre aux utilisateurs mobiles d'être pris en charge comme l'authentification, l'enregistrement, la localisation des appels inter-MSC et le routage de l'appel vers un abonné de téléphone portable.

Et, il fournit également un avantage vers le réseau téléphonique public commuté afin que les appels téléphoniques puissent être connectés du réseau du mobile à un téléphone à une ligne fixe. Des interfaces vers un autre serveur de centre de commutation mobile sont fournies pour permettre des appels mobiles vers des mobiles sur des réseaux différents.

Registre de localisation du domicile (HLR)

Cette base de données HLR comprend les informations relatives à l'administration comme chaque abonné avec son emplacement identifié précédemment. De cette manière, le réseau GSM est capable de connecter les appels à la station de base associée pour le commutateur mobile. Une fois qu'un opérateur a allumé son téléphone, puis le téléphone s'enregistre via le réseau afin qu'il soit probable de décider quelle station d'émetteur-récepteur de base communique afin que les appels entrants puissent être connectés correctement.

Même une fois que le mobile est allumé, mais pas actif, il s'enregistre à nouveau pour s'assurer que le réseau HLR répond à son emplacement le plus récent. Il existe un HLR pour chaque réseau, même s'il peut être dispersé dans divers sous-centres pour des raisons opérationnelles.

Registre de localisation des visiteurs (VLR)

Le VLR comprend des informations préférées qui sont reçues du réseau HLR pour permettre les services préférés pour l'abonné séparé. Le registre de localisation des visiteurs peut être exécuté comme une unité séparée, cependant, il est généralement réalisé comme un élément essentiel du MSC, avant une unité individuelle. Ainsi, l'accès est terminé plus rapidement et plus pratique.

Registre d'identité de l'équipement (EIR)

L'EIR (Equipment Identity Register) est l'unité qui décide si l'équipement mobile spécifié peut être autorisé sur le réseau. Chaque équipement mobile comprend un numéro identifié comme l'IMEI ou l'identité internationale d'équipement mobile.

Ainsi, ce numéro IMEI est fixé dans l'équipement mobile et est vérifié via le réseau lors de l'enregistrement. Cela dépend principalement des informations contenues dans l'EIR, et l'appareil mobile peut se voir attribuer l'une des 3 conditions autorisées sur le réseau, accès interdit, sinon surveillé en cas de problèmes.

Centre d'authentification (AuC)

L'Auc (centre d'authentification) est un fichier protégé qui inclut la clé secrète dans la carte SIM de l'utilisateur. L'AuC est principalement utilisé pour la vérification et pour le codage sur le canal radio.

Centre de commutation mobile de passerelle (GMSC)

Le centre de commutation mobile GMSC / Gateway est la fin à laquelle un appel final ME est principalement connecté sans aucune information sur le lieu du MS. Le GMSC obtient le numéro d'itinérance de la station mobile (MSRN) du MSISDN basé sur HLR et connecte l'appel vers le MSC visité exact. La division «MSC» du nom GMSC est déroutante car le processus de passerelle n'a pas besoin de liaison vers un MSC.

Passerelle SMS (SMS-G)

La passerelle SMS ou SMS-G est utilisée conjointement pour expliquer deux passerelles SMS dans les normes GSM. Ces passerelles contrôlent les messages qui sont dirigés de manière différente.

Le centre de commutation mobile (SMS-GMSC) de la passerelle de service de messages courts est utilisé pour les messages courts qui sont transmis à un ME. Le centre de commutation mobile Inter-Working Message Service (SMS-IWMSC) est utilisé pour les messages courts créés via un réseau mobile. Le rôle principal de SMS-GMSC est lié à GMSC, mais le SMS-IWMSC offre un accès permanent au Centre SMS.

Ces unités étaient les principales qui sont utilisées dans le réseau de la technologie GSM. Ils étaient normalement colocalisés, mais le réseau intermédiaire global était fréquemment transmis à travers le pays, où que le réseau soit situé. En cas de dysfonctionnement, cela donnera une certaine flexibilité.

Sous-système de station de base (BSS)

Il agit comme une interface entre la station mobile et le sous-système réseau. Il se compose de la station d'émetteur-récepteur de base qui contient les émetteurs-récepteurs radio et gère les protocoles de communication avec les mobiles. Il se compose également du contrôleur de station de base qui contrôle la station d'émetteur-récepteur de base et agit comme une interface entre la station mobile et le centre de commutation mobile.

Le sous-système réseau fournit la connexion réseau de base aux stations mobiles. La partie de base du sous-système réseau est le centre de commutation de service mobile qui donne accès à différents réseaux comme le RNIS, le RTPC, etc. Il se compose également du registre de localisation d'origine et du registre de localisation des visiteurs qui fournit les capacités d'acheminement des appels et d'itinérance du GSM.

Il contient également le registre d'identité de l'équipement qui tient un compte de tous les équipements mobiles, chaque mobile étant identifié par son propre numéro IMEI. IMEI signifie International Mobile Equipment Identity.

La section BSS ou sous-système de station de base de l'architecture de réseau GSM de deuxième génération est essentiellement connectée aux mobiles sur le réseau. Ce sous-système comprend deux éléments qui sont décrits ci-dessous.

Station émetteur-récepteur de base (BTS)

Le BTS (Base Transceiver Station) qui est utilisé dans un réseau GSM comprend la radio Tx, Rx et leurs antennes associées pour transmettre, recevoir et converser directement à travers les mobiles. Cette station est l'élément important pour chaque cellule et elle converse avec les mobiles et l'interface entre les deux est identifiée comme l'interface Um avec les protocoles associés.

Contrôleur de station de base (BSC)

Le BSC (contrôleur de station de base) est utilisé pour former l'inversion de phase suivante dans la technologie GSM. Ce contrôleur est utilisé pour contrôler une collection de stations d'émetteur-récepteur de base et il est fréquemment colocalisé via l'une des stations d'émetteur-récepteur au sein du groupe. Ce contrôleur gère les ressources de la radio pour contrôler différents éléments comme le transfert dans la collection de BTS, attribue des canaux. Il converse avec les stations d'émetteur-récepteur de base sur l'interface Abis.

L'élément de sous-système dans la station de base du réseau GSM utilise la technologie radio autorisée pour permettre à un certain nombre d'opérateurs d'utiliser le système simultanément. Chaque canal prend en charge jusqu'à 8 opérateurs en permettant à une station de base d'inclure différents canaux, un grand nombre d'opérateurs pourraient être hébergés via chaque station de base.

Ceux-ci sont localisés avec soin par le fournisseur du réseau pour permettre une couverture complète de la zone. Cette zone peut être entourée d'une station de base qui est souvent appelée cellule. Parce qu'il n'est pas possible d'empêcher les signaux de se chevaucher dans les cellules voisines et les canaux qui sont utilisés dans une seule cellule ne sont pas utilisés dans la suivante.

Station mobile

C'est le téléphone mobile qui se compose de l'émetteur-récepteur, de l'écran et du processeur et est contrôlé par une carte SIM fonctionnant sur le réseau.

Les MS (stations mobiles) ou ME (équipements mobiles) sont le plus généralement identifiés par des téléphones cellulaires ou mobiles qui font partie des communications mobiles GSM n / w que l'opérateur observe et exploite. A l'heure actuelle, leur dimension s'est radicalement réduite alors que le niveau de fonctionnalité a beaucoup augmenté. Et un autre avantage est que le temps entre les charges a considérablement augmenté. Le téléphone mobile comporte différents éléments, bien que les deux éléments essentiels soient le matériel et la carte SIM.

Le matériel comprend les principaux éléments du téléphone portable comme le boîtier, l'écran, la batterie et l'électronique utilisée pour produire le signal et traiter le récepteur de données à diffuser.
La station mobile comprend un numéro appelé IMEI. Cela peut être configuré sur le téléphone portable pendant la fabrication et il ne peut pas être modifié.

Il est accessible par le réseau lors de l'enregistrement pour vérifier si l'équipement a été signalé comme volé.

La carte SIM (Subscriber Identity Module) comprend les données qui donnent l'identité de l'utilisateur vers le réseau. Et aussi, il comprend différentes informations comme un numéro appelé IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Lorsque cet IMSI est utilisé dans la carte SIM, l'utilisateur mobile pourrait simplement changer de mobile en déplaçant la carte SIM d'un mobile à un autre.

Ainsi, le changement de mobile est facile sans changer le même numéro de mobile signifie que les gens s'amélioreraient fréquemment, créant ainsi un flux de revenus supplémentaire pour les fournisseurs de réseau et servant à améliorer la victoire financière totale du GSM.

Sous-système d'exploitation et de support (OSS)

Le sous-système de support d'exploitation (OSS) fait partie de l'architecture complète du réseau GSM. Ceci est connecté aux composants NSS et BSC. Cet OSS est principalement utilisé pour contrôler le réseau GSM et la charge du trafic BSS. Il convient de noter que lorsque le nombre de BS augmente grâce à la mise à l'échelle de la population d'abonnés, alors certaines des tâches de préservation sont déplacées vers les stations d'émetteur-récepteur de base de sorte que le coût de propriété du système peut être réduit.

L'architecture du réseau GSM de la 2G suit principalement une technique de fonctionnement logique. Ceci est très simple par rapport aux architectures actuelles de réseau de téléphonie mobile qui utilisent des unités définies par logiciel pour permettre un fonctionnement extrêmement souple. Mais l'architecture du GSM 2G démontrera les fonctions fondamentales vocales et opérationnelles qui sont requises et comment elles se sont arrangées ensemble. Lorsque le système GSM est numérique, le réseau est un réseau de données.

Caractéristiques du module GSM

Les caractéristiques du module GSM sont les suivantes.

• Efficacité spectrale améliorée
• L'itinérance internationale
• Compatibilité avec le réseau numérique à intégration de services (RNIS)
• Prise en charge de nouveaux services.
• Gestion du répertoire SIM
• Numéro fixe (FDN)
• Horloge en temps réel avec gestion des alarmes
• Discours de haute qualité
• Utilise le cryptage pour sécuriser les appels téléphoniques
• Service de messages courts (SMS)

Les stratégies de sécurité standardisées pour le système GSM en font le standard de télécommunications le plus sécurisé actuellement accessible. Bien que la confidentialité d'un appel et le secret de l'abonné GSM ne soient garantis que sur le canal radio, il s'agit d'une étape majeure dans la réalisation de la sécurité de bout en bout.

Modem GSM

Un modem GSM est un appareil qui peut être soit un téléphone mobile, soit un modem qui peut être utilisé pour faire communiquer un ordinateur ou tout autre processeur sur un réseau. Un modem GSM nécessite une carte SIM pour fonctionner et fonctionne sur une plage de réseau souscrite par l'opérateur du réseau. Il peut être connecté à un ordinateur via une connexion série, USB ou Bluetooth.

Un modem GSM peut également être un téléphone mobile GSM standard avec le câble et le pilote logiciel appropriés pour se connecter à un port série ou à un port USB de votre ordinateur. Un modem GSM est généralement préférable à un téléphone mobile GSM. Le modem GSM a une large gamme d'applications dans les terminaux de transaction, la gestion de la chaîne d'approvisionnement, les applications de sécurité, les stations météorologiques et l'enregistrement de données à distance en mode GPRS.

Fonctionnement du module GSM

À partir du circuit ci-dessous, un modem GSM est dûment connecté au MC via le décaleur de niveau IC Max232. Le modem GSM monté sur la carte SIM lors de la réception de la commande numérique par SMS de n'importe quel téléphone portable envoie ces données au MC via une communication série. Pendant l'exécution du programme, le modem GSM reçoit la commande «STOP» pour développer une sortie au MC, dont les points de contact sont utilisés pour désactiver le contacteur d'allumage.

La commande ainsi envoyée par l’utilisateur est basée sur une indication reçue par lui via le modem GSM «ALERTE» un message programmé uniquement si l’entrée est mise au niveau bas. L'opération complète est affichée sur un écran LCD 16 × 2.

Circuit de modem GMS

Applications de la technologie GSM

Les applications de la technologie GSM sont les suivantes.

Technologie GSM intelligente pour l'automatisation et la sécurité

Ces jours-ci, le terminal mobile GSM est devenu l'un des éléments qui nous accompagnent constamment. Tout comme notre portefeuille / sac à main, nos clés ou notre montre, le terminal mobile GSM nous fournit un canal de communication qui nous permet de communiquer avec le monde. L'obligation pour une personne d'être joignable ou d'appeler n'importe qui à tout moment est très attrayante.

Ce projet, comme son nom l'indique, est basé sur la technologie du réseau GSM pour la transmission de SMS de l'expéditeur au destinataire. L'envoi et la réception de SMS sont utilisés pour un accès omniprésent aux appareils et permettant le contrôle des violations à la maison. Le système propose deux sous-systèmes. Le sous-système de contrôle des appareils permet à l'utilisateur de contrôler les appareils ménagers à distance et le sous-système d'alerte de sécurité permet une surveillance automatique de la sécurité.

Le système est suffisamment capable de demander aux utilisateurs via SMS à partir d'un numéro de cellule spécifique de modifier l'état de l'appareil ménager en fonction des besoins et des exigences de l'utilisateur. Le deuxième aspect est celui de l'alerte de sécurité qui est réalisée de telle sorte que lors de la détection d'intrusion, le système permet la génération automatique de SMS alertant ainsi l'utilisateur contre un risque de sécurité.

La technologie GSM permettra la communication partout, à tout moment et avec n'importe qui. L'architecture fonctionnelle du GSM employant des principes de réseautage intelligent, et son idéologie, qui prévoit le développement du GSM, est le premier pas vers un véritable système de communication personnel qui suffit à une standardisation pour assurer la compatibilité.

Applications GSM dans les services médicaux

Considérez deux situations comme celle-ci

• Une personne est gravement blessée ou est tombée malade et doit être immédiatement soignée. Tout ce que lui ou la personne qui l'accompagne a, c'est un téléphone portable.
• Un patient sort de l'hôpital et pense se reposer à son domicile, mais doit encore se rendre à l'hôpital pour des examens réguliers. Il peut avoir un téléphone portable et également des capteurs médicaux tels que des dispositifs de surveillance de la santé.

Dans les deux situations, le seul moyen de fournir une solution est d'utiliser le système de communication mobile. En d'autres termes, en utilisant les technologies de communication, toute situation comme celle ci-dessus peut être gérée simplement en transmettant les détails du patient via le réseau de communication et en les recevant et en les traitant au niveau du récepteur, soit au centre de santé, soit au domicile du médecin.

Le médecin surveille simplement les détails du patient et redonne les instructions à la personne (dans le 1^stcas) afin qu'il puisse au moins prendre quelques précautions avant d'arriver enfin à l'hôpital et dans le 2^ndcase surveille les résultats des tests du patient et en cas d'anomalies, passe à l'étape suivante pour un traitement ultérieur.

Toute cette situation, ce sont les services de télémédecine. Le système de télémédecine peut être utilisé de l'une des trois manières.

• En utilisant la vidéoconférence, où les patients assis à un même endroit peuvent avoir une interaction directe avec les prestataires de soins de santé et poursuivre en conséquence le processus de guérison.
• En utilisant des capteurs de surveillance de la santé qui se tiennent au courant de l'état de santé du patient et guident en conséquence les prestataires de soins de santé à poursuivre le traitement.
• En transmettant les données médicales acquises et en transmettant les données acquises pour consultation et traitement.

Pour les trois manières ci-dessus, une technique de communication sans fil est utilisée. Les services médicaux nécessitent de nombreux moyens d'accéder aux ressources stockées. Il peut s'agir de bases de données médicales ou d'hôtes en ligne avec des appareils qui peuvent aider à récupérer et à surveiller la santé des patients. Les différentes options d'accès sont le réseau à large bande, via des médias à débit moyen et à bande étroite via le GSM.

Les avantages de la technologie GSM dans le système de télémédecine sont les suivants.

• C'est plus rentable.
• Les récepteurs GSM sont largement disponibles - téléphones mobiles et modems GSM
• Il a une vitesse de transfert de données élevée.

Système de télémédecine de base

Un système de télémédecine de base se compose de 4 modules:

• L'unité des patients : Il collecte les informations du patient, les envoie sous forme de signal analogique ou les convertit en signal numérique, contrôle le flux de données et transmet les données. Il se compose essentiellement de divers capteurs médicaux tels que le capteur de rythme cardiaque, le tensiomètre, le moniteur de température de la peau, le capteur de spirométrie, etc. qui émet un signal électrique et envoie ces signaux au processeur ou à un contrôleur (un microcontrôleur ou un PC) pour un traitement ultérieur du signaux et transmet ensuite les résultats via un réseau de communication sans fil.
• Réseau de communication : Il est utilisé pour la sécurité des données et la transmission de données. La technologie GSM est utilisée qui utilise des stations mobiles, des sous-stations de base et des systèmes de réseau. La station mobile se compose du point d'accès mobile de base ou du téléphone mobile et relie les téléphones mobiles au réseau GSM pour la communication.
• Récepteur / côté serveur : Il s'agit essentiellement d'un système de santé où est installé un modem GSM qui reçoit et décode les signaux et les envoie à l'unité de présentation.
• Unité de présentation : C'est essentiellement le processeur qui convertit les données reçues dans un format bien défini et les stocke afin que les médecins puissent les surveiller régulièrement et que tout retour d'information côté client puisse être envoyé par SMS à partir du modem GSM.

Un système de télémédecine simple

Un système de télémédecine de base peut être présenté de manière simplifiée. Il se compose de deux unités - l'unité émettrice et l'unité réceptrice. L'unité émettrice transmet l'entrée de capteur et l'unité réceptrice reçoit cette entrée pour poursuivre le traitement.

Vous trouverez ci-dessous un exemple de système de télémédecine simple pour surveiller la fréquence cardiaque du patient et traiter en conséquence les données.

Émetteur du système de télémédecine utilisant la technologie GSM

Au niveau de l'unité émettrice, le capteur de rythme cardiaque (qui consiste en une source émettrice de lumière dont la lumière émise est modulée lorsqu'elle traverse le sang humain) convertit les données obtenues du corps humain et les convertit en impulsions électriques. Le microcontrôleur reçoit ces impulsions et les traite pour calculer la fréquence cardiaque et envoie ces données calculées à l'unité de soins de santé via un modem GSM. Le modem GSM est interfacé avec le microcontrôleur à l'aide d'un CI Max 232.

Récepteur du système de télémédecine utilisant la technologie GSM

Au niveau de l'unité de réception, le modem GSM reçoit les données et les transmet au microcontrôleur. Le microcontrôleur analyse en conséquence les données reçues avec les données du PC et affiche le résultat sur l'écran LCD. La surveillance du patient peut être effectuée sur la base du résultat affiché sur l'écran par le personnel médical afin que la procédure de traitement requise puisse être lancée.

Exemples pratiques de la technologie GSM dans le domaine médical

En pratique, la technologie GSM est utilisée dans les domaines suivants.

AT&T Vitality GlowCaps

Ce sont des flacons de pilules qui rappellent simplement au patient de prendre ses médicaments. Il consiste en une minuterie qui est réglée pour le temps de prise de la pilule du patient et à ce moment, règle le capuchon pour qu’il s’allume et déclenche la sonnerie, puis appelle le téléphone portable du patient à l’aide de la technologie GSM. Un enregistrement est fait pour chaque ouverture de la bouteille.

Échographe Mobisante Mobius SP1

Il se compose d'une sonde à ultrasons mobile branchée sur un smartphone et transmet l'imagerie par ultrasons portable à n'importe quel endroit éloigné via GSM.

Système de surveillance continue du glucose (CGM) Dexcom Seven Plus

Ceci est utilisé pour surveiller les taux de glucose sanguin des patients et les transmettre au médecin. Il consiste en un capteur placé sous la peau qui surveille en permanence les taux de glycémie et les transmet au récepteur (un téléphone portable) à intervalles fréquents.

Portée future du GSM dans les services médicaux

Selon une récente enquête de PricewaterhouseCoopers pour la GSM Association, un organisme industriel qui représente près de 800 des opérateurs mobiles mondiaux dans 219 pays, les services compatibles GSM feront partie du système de santé d'ici 2017, créant un marché mondial de 23 Milliards de dollars.

Maintenant parmi tous ceux-ci, GSM la technologie est l'option la plus utilisée en raison de son immense popularité, de son efficacité spectrale améliorée et de son faible coût de mise en œuvre.