Qué es una tecnología GSM: arquitectura y sus aplicaciones

La tecnología celular digital como GSM (Global System for Mobile Communication) se utiliza para transmitir datos móviles y servicios de voz. Este concepto se implementó en Bell Laboratories usando un sistema de radio móvil en 1970. Como sugiere el nombre, este es el nombre del grupo de estandarización que se formó en 1982 para crear un estándar europeo general para telefonía móvil. Esta tecnología posee más del 70% de la cuota de mercado de suscriptores celulares digitales en todo el mundo. Esta tecnología fue desarrollada usando tecnología digital. En la actualidad, la tecnología GSM admite más de mil millones de suscriptores móviles en todo el mundo en los 210 países mencionados anteriormente. Esta tecnología brinda servicios de voz y datos desde los más básicos hasta los más complejos. Este artículo proporciona una descripción general de la tecnología GSM.

¿Qué es la tecnología GSM?

GSM es un módem de comunicación móvil; significa Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM). La idea de GSM fue desarrollada en Bell Laboratories en 1970. Es un sistema de comunicación móvil ampliamente utilizado en todo el mundo. GSM es una tecnología celular digital abierta que se utiliza para transmitir servicios móviles de voz y datos que operan en las bandas de frecuencia de 850 MHz, 900 MHz, 1800 MHz y 1900 MHz.

La tecnología GSM se desarrolló como un sistema digital utilizando la técnica de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para fines de comunicación. Un GSM digitaliza y reduce los datos, luego los envía a través de un canal con dos flujos diferentes de datos de clientes, cada uno en su propio intervalo de tiempo particular. El sistema digital tiene la capacidad de transportar velocidades de datos de 64 kbps a 120 Mbps.

Hay diferentes tamaños de celdas en un sistema GSM, como celdas macro, micro, pico y paraguas. Cada celda varía según el dominio de implementación. Hay cinco tamaños de celda diferentes en una red GSM macro, micro, pico y paraguas. El área de cobertura de cada celda varía según el entorno de implementación.

La técnica de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) se basa en la asignación de diferentes intervalos de tiempo a cada usuario en la misma frecuencia. Puede adaptarse fácilmente a la transmisión de datos y la comunicación de voz y puede transmitir una velocidad de datos de 64 kbps a 120 Mbps.

Arquitectura de la tecnología GSM

Los elementos principales de la arquitectura GSM son los siguientes.

• Subsistema de red y conmutación (NSS)
• Subsistema de estación base (BSS)
• La estación móvil (MS)
• Subsistema de Operación y Soporte (OSS)

Subsistema de conmutación de red (NSS)

En la arquitectura del sistema GSM, comprende diferentes elementos, que a menudo se conocen como sistema/red central. Aquí se trata básicamente de una red de datos que comprende una variedad de unidades para proporcionar el control principal, así como la interfaz de todo el sistema de red móvil. La red central comprende los elementos principales que se analizan a continuación.

Centro de conmutación móvil (MSC)

El Mobile Switching Center o MSC es el elemento clave de la región de la red central de la arquitectura de la red GSM. Este centro de conmutación de servicios móviles funciona como un nodo de conmutación estándar en una RDSI, si no en una RTPC; sin embargo, también proporciona funciones adicionales para permitir que se admitan las necesidades de los usuarios móviles, como autenticación, registro, transferencias entre MSC, ubicación de llamadas y enrutamiento de llamadas a un suscriptor de telefonía móvil.

Y, también brinda un beneficio a la Red Telefónica Pública Conmutada para que se puedan conectar llamadas telefónicas desde la red móvil a un teléfono a una línea fija. Se proporcionan interfaces a otro servidor de centro de conmutación móvil para permitir llamadas móviles a móviles en redes diferentes.

Registro de ubicación de inicio (HLR)

Esta base de datos de HLR incluye información de administración, como cada suscriptor con su ubicación previamente identificada. Así, la red GSM puede conectar las llamadas a la estación base asociada para el conmutador móvil. Una vez que un operador enciende su teléfono, el teléfono se registra en la red, por lo que es probable que decida qué estación transceptora base se está comunicando para que las llamadas entrantes puedan conectarse correctamente.

Incluso después de que el móvil está encendido, pero no activo, se registra nuevamente para garantizar que la red HLR responda a su ubicación más reciente. Hay un HLR para cada red, aunque puede estar disperso en una variedad de subcentros por razones operativas.

Registro de ubicación de visitantes (VLR)

El VLR incluye información preferida que se recibe de la red HLR para habilitar los servicios preferidos para el suscriptor separado. El registro de ubicación de visitantes se puede ejecutar como una unidad separada; sin embargo, suele realizarse como un elemento esencial del MSC, antes que una unidad individual. Así, el acceso es más rápido y cómodo.

Registro de identidad del equipo (EIR)

El EIR (Registro de Identidad de Equipo) es la unidad que decide si se pueden permitir dispositivos móviles específicos en la red. Cada dispositivo móvil incluye un número identificado como IMEI o Identidad Internacional de Equipo Móvil.

Así, este número de IMEI queda fijo en el equipo móvil y se comprueba a través de la red durante el registro. Depende principalmente de la información contenida en el EIR, y al dispositivo móvil se le puede asignar una de las 3 condiciones que autorizan en la red, el acceso prohibido, si no monitoreado en caso de problemas.

Centro de autenticación (AuC)

El AuC (centro de autenticación) es un archivo protegido que incluye la clave secreta en la tarjeta SIM del usuario. El AuC se utiliza principalmente para verificación y codificación en el canal de radio.

Centro de conmutación móvil Gateway (GMSC)

El centro de conmutación móvil GMSC/Gateway es el extremo al que se conecta principalmente una llamada final ME sin ninguna información sobre la ubicación de la estación móvil. El GMSC obtiene el número de itinerancia de la estación móvil (MSRN) del MSISDN en función del HLR y conecta la llamada al MSC visitado exacto. La división "MSC" del nombre GMSC es confusa porque el proceso de la puerta de enlace no necesita ningún vínculo con un MSC.

Puerta de enlace SMS (SMS-G)

La puerta de enlace SMS o SMS-G se usa en conjunto para explicar dos puertas de enlace SMS en los estándares GSM. Estas puertas de enlace controlan los mensajes que se dirigen de diferentes maneras.

El Centro de Conmutación Móvil de Pasarela de Servicio de Mensajes Cortos (SMS-GMSC) se utiliza para mensajes cortos que se transmiten a un ME. El Centro de Conmutación Móvil del Servicio Interoperable de Mensajes Cortos (SMS-IWMSC) se utiliza para mensajes cortos creados a través de una red móvil. La función principal del SMS-GMSC está vinculada al GMSC, pero el SMS-IWMSC proporciona acceso permanente al centro de SMS.

Estas unidades fueron las principales que se utilizan en la red de tecnología GSM. Normalmente estaban ubicados en el mismo lugar, pero con frecuencia la red intermedia global se transmitía por todo el país, dondequiera que se ubicara la red. En caso de mal funcionamiento, esto proporcionará cierta flexibilidad.

Subsistema de estación base (BSS)

Actúa como una interfaz entre la estación móvil y el subsistema de red. Consiste en la Estación Transceptora Base que contiene los transceptores de radio y gestiona los protocolos de comunicación con los móviles. También consta del controlador de estación base que controla la estación transceptora base y actúa como interfaz entre la estación móvil y el centro de conmutación móvil.

El subsistema de red proporciona la conexión de red básica a las estaciones móviles. La parte básica del subsistema de red es el centro de conmutación de servicios móviles que brinda acceso a diferentes redes como ISDN, PSTN, etc. También incluye el registro de ubicación de origen y registro de ubicación de visitante que proporciona enrutamiento de llamadas y capacidades de roaming de GSM.

También contiene el registro de identidad de equipos que lleva un conteo de todos los equipos móviles en el que cada móvil es identificado por su propio número IMEI. IMEI significa Identidad Internacional de Equipos Móviles.

La sección del Subsistema de Estación Base o BSS de la arquitectura de red GSM de segunda generación está básicamente conectada a los móviles en la red. Este subsistema comprende dos elementos que se describen a continuación.

Transceptor de estación base (BTS)

La BTS (Base Transceiver Station) que se utiliza en una red GSM incluye la radio Tx, Rx y sus antenas asociadas para transmitir, recibir y conversar directamente a través de los móviles. Esta estación es el elemento importante para cada celda y dialoga con los móviles y la interfaz entre ambos se identifica como la interfaz Um con los protocolos asociados.

Controlador de estación base (BSC)

El BSC (controlador de estación base) se utiliza para formar la siguiente fase inversa en la tecnología GSM. Este controlador se utiliza para controlar un conjunto de estaciones transceptoras base y, con frecuencia, se coloca junto a una de las estaciones transceptoras dentro del grupo. Este controlador gestiona los recursos de la radio para controlar diferentes elementos como la transferencia en la colección de BTS, asigna canales. Conversa con las estaciones base del transceptor en la interfaz Abis.

El elemento del subsistema en la estación base de la red GSM usa tecnología de radio elegible para permitir que varios operadores usen el sistema simultáneamente. Cada canal admite hasta 8 portadoras al permitir que una estación base incluya diferentes canales; cada estación base podría acomodar un gran número de operadores.

Estos son cuidadosamente ubicados por el proveedor de la red para permitir la cobertura de toda el área. Esta área puede estar rodeada por una estación base a menudo llamada celda. Porque no es posible evitar que las señales se superpongan en celdas vecinas, y los canales que se usan en una celda no se usan en la siguiente.

estación móvil

Es el teléfono móvil que consta del transceptor, la pantalla y el procesador y está controlado por una tarjeta SIM que se ejecuta en la red.

MS (Estaciones móviles) o ME (Equipo móvil) se identifican con mayor frecuencia por teléfonos portátiles o móviles que forman parte de las comunicaciones móviles GSM n/w que el operador observa y opera. En la actualidad, su tamaño se ha reducido drásticamente mientras que el nivel de funcionalidad ha aumentado considerablemente. Y otra ventaja es que el tiempo entre cargas ha aumentado significativamente. El teléfono móvil tiene diferentes elementos, aunque los dos elementos esenciales son el hardware y la tarjeta SIM.

El hardware incluye los elementos principales del teléfono móvil, como la carcasa, la pantalla, la batería y la electrónica utilizada para producir la señal y procesar los datos del receptor para transmitir.
La estación móvil incluye un número llamado IMEI. Esto se puede configurar en el teléfono móvil durante la fabricación y no se puede cambiar.

Es accesible a través de la red durante el registro para verificar si el equipo ha sido reportado como robado.

La tarjeta SIM (Subscriber Identity Module) contiene los datos que dan la identidad del usuario frente a la red. Y además, incluye diferente información como un número llamado IMSI (International Mobile Subscriber Identity). Cuando se usa este IMSI en la tarjeta SIM, el usuario del móvil puede simplemente cambiar de móvil moviendo la tarjeta SIM de un móvil a otro.

Por lo tanto, cambiar de móvil es fácil sin cambiar el mismo número de móvil, lo que significa que la gente actualizaría con frecuencia, creando así una fuente adicional de ingresos para los proveedores de red y sirviendo para mejorar la victoria financiera total de GSM.

Subsistema de Operación y Soporte (OSS)

El Subsistema de Soporte de Operaciones (OSS) es parte de la arquitectura completa de la red GSM. Esto está conectado a los componentes NSS y BSC. Este OSS se utiliza principalmente para controlar la red GSM y la carga de tráfico BSS. Cabe señalar que a medida que aumenta el número de BS a través de la escala de la población de suscriptores, algunas de las tareas de conservación se transfieren a las estaciones transceptoras base para que se pueda reducir el costo de propiedad del sistema.

La arquitectura de red GSM de 2G sigue principalmente una técnica de operación lógica. Esto es muy simple en comparación con las arquitecturas de red de telefonía móvil actuales que utilizan unidades definidas por software para permitir un funcionamiento extremadamente flexible. Pero la arquitectura GSM 2G demostrará las funciones operativas y de voz fundamentales requeridas y cómo encajan entre sí. Cuando el sistema GSM es digital, la red es una red de datos.

Características del módulo GSM

Las características del módulo GSM son las siguientes.

• Eficiencia de espectro mejorada
• Roaming Internacional
• Compatibilidad con Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)
• Soporte para nuevos servicios.
• Gestión del directorio SIM
• Número de teléfono fijo (FDN)
• Reloj en tiempo real con gestión de alarmas
• Discurso de alta calidad
• Utiliza cifrado para proteger las llamadas telefónicas
• Servicio de mensajes cortos (SMS)

Las estrategias de seguridad estandarizadas para el sistema GSM lo convierten en el estándar de telecomunicaciones más seguro actualmente disponible. Aunque la privacidad de las llamadas y el secreto del suscriptor GSM solo se garantizan a través del canal de radio, este es un paso importante para lograr la seguridad de extremo a extremo.

módem GSM

Un módem GSM es un dispositivo que puede ser un teléfono móvil o un módem que se puede usar para comunicar una computadora o cualquier otro procesador en una red. Un módem GSM requiere una tarjeta SIM para funcionar y opera en un rango de red suscrito por el operador de red. Se puede conectar a una computadora a través de una conexión serial, USB o Bluetooth.

Un módem GSM también puede ser un teléfono móvil GSM estándar con el cable y el controlador de software apropiados para conectarse a un puerto serial o puerto USB en su computadora. Por lo general, es preferible un módem GSM a un teléfono móvil GSM. El módem GSM tiene una amplia gama de aplicaciones en terminales de transacciones, gestión de la cadena de suministro, aplicaciones de seguridad, estaciones meteorológicas y registro remoto de datos en modo GPRS.

Funcionamiento del módulo GSM

Desde el circuito a continuación, un módem GSM debidamente interconectado con el MC a través del cambiador de nivel IC Max232. El módem GSM montado en la tarjeta SIM al recibir un comando digital por SMS desde cualquier teléfono móvil envía estos datos al MC a través de una comunicación serie. Mientras se ejecuta el programa, el módem GSM recibe el comando "PARAR" para desarrollar una salida en el MC, cuyos puntos de contacto se utilizan para apagar el interruptor de encendido.

El comando así enviado por el usuario se basa en una indicación recibida por él a través del módem GSM 'ALERTA', un mensaje programado solo si la entrada es baja. La operación completa se muestra en una pantalla LCD de 16×2.

Aplicaciones de la tecnología GSM

Las aplicaciones de la tecnología GSM incluyen las siguientes.

Tecnología GSM inteligente para automatización y seguridad

En la actualidad, el terminal móvil GSM se ha convertido en uno de los objetos que nos acompañan constantemente. Al igual que nuestra cartera/monedero, nuestras llaves o nuestro reloj, el terminal móvil GSM nos ofrece un canal de comunicación que nos permite comunicarnos con el mundo. El requisito de que una persona esté localizable o pueda llamar a cualquier persona en cualquier momento es muy atractivo.

Este proyecto, como su nombre indica, se basa en la tecnología de red GSM para la transmisión de SMS desde el remitente al destinatario. El envío y el la recepción de mensajes de texto se utiliza para el acceso ubicuo a los dispositivos y permite el monitoreo de infracciones en el hogar. El sistema ofrece dos subsistemas. El subsistema de control de electrodomésticos permite al usuario controlar de forma remota los electrodomésticos, y el subsistema de alerta de seguridad proporciona monitoreo de seguridad automático.

El sistema tiene la capacidad suficiente para solicitar a los usuarios a través de SMS desde un número de celular específico para cambiar el estado del electrodoméstico de acuerdo con las necesidades y requisitos del usuario. El segundo aspecto es el de la alerta de seguridad que se realiza de forma que cuando se detecta una intrusión, el sistema permite la generación automática de SMS alertando así al usuario de riesgos de seguridad.

La tecnología GSM permitirá la comunicación en cualquier lugar, en cualquier momento y con cualquier persona. La arquitectura funcional de GSM que emplea los principios de la red inteligente y su ideología, que asegura el desarrollo de GSM, es el primer paso hacia un verdadero sistema de comunicación personal suficientemente estandarizado para garantizar la compatibilidad.

Aplicaciones GSM en servicios médicos

Considere dos situaciones como las siguientes

• Una persona está gravemente herida o enferma y debe ser atendida de inmediato. Él o la persona que lo acompaña solo tiene un teléfono celular.
• Un paciente es dado de alta del hospital y piensa descansar en casa, pero todavía tiene que ir al hospital para chequeos regulares. Puede tener un teléfono celular y también dispositivos de detección médica como dispositivos de monitoreo de salud.

En ambas situaciones, la única forma que puede proporcionar una solución es utilizar el sistema de comunicación móvil. Es decir, utilizando las tecnologías de la comunicación, cualquier situación como la anterior puede ser manejada simplemente transmitiendo los datos del paciente a través de la red de comunicación y recibiéndolos y procesándolos en la sección de recepción ya sea en el centro de salud o en el domicilio del médico.

El médico simplemente monitorea los detalles del paciente y le da las instrucciones a la persona (dentro del 1^{S t} casos) para que al menos pueda tomar algunas precauciones antes de llegar finalmente al hospital y en los 2^{n / A} cas monitorea los resultados de la prueba del paciente y, si hay alguna anomalía, continúa con el siguiente paso para su posterior procesamiento.

Toda esta situación son los servicios de telemedicina. El sistema de telemedicina se puede utilizar de tres maneras.

• Usando videoconferencias, donde los pacientes sentados en un lugar pueden tener una interacción directa con los proveedores de atención médica y buscar la curación en consecuencia.
• Usar sensores de monitoreo de salud que se mantienen actualizados sobre la salud del paciente y, en consecuencia, guían a los proveedores de atención médica para continuar con el tratamiento.
• Mediante la transmisión de los datos médicos adquiridos y la transmisión de los datos adquiridos para consulta y tratamiento.

Para las tres formas anteriores, se utiliza una técnica de comunicación inalámbrica. Los servicios médicos requieren muchas formas de acceder a los recursos almacenados. Estos pueden ser bases de datos médicas o servidores en línea con dispositivos que pueden ayudar a recuperar y monitorear la salud del paciente. Las diferentes opciones de acceso son banda ancha, a través de portadoras de velocidad media, y banda estrecha a través de GSM.

Las ventajas de la tecnología GSM en el sistema de telemedicina son las siguientes.

• Es más rentable.
• Los receptores GSM están ampliamente disponibles: teléfonos móviles y módems GSM.
• Tiene alta velocidad de transferencia de datos.

Sistema básico de telemedicina

Un sistema básico de telemedicina consta de 4 módulos:

• la unidad de pacientes: Recopila información del paciente, la envía como una señal analógica o la convierte en una señal digital, controla el flujo de datos y transmite los datos. Básicamente consta de varios sensores médicos, como un sensor de frecuencia cardíaca, un monitor de presión arterial, un monitor de temperatura de la piel, un sensor de espirometría, etc. que emite una señal eléctrica y envía estas señales al procesador o a un controlador (un microcontrolador o una PC) para su posterior procesamiento de la señal y luego transmite los resultados a través de una red de comunicación inalámbrica.
• red de comunicaciones: Se utiliza para la seguridad de los datos y la transmisión de datos. Se utiliza la tecnología GSM y utiliza estaciones móviles, subestaciones base y sistemas de red. La estación móvil consiste en el punto de acceso móvil básico o el teléfono móvil y conecta los teléfonos móviles a la red GSM para la comunicación.
• Lado del receptor/servidor: Básicamente es un sistema de salud donde se instala un módem GSM que recibe y decodifica las señales y las envía a la unidad de presentación.
• Unidad de presentación: Es básicamente el procesador que convierte los datos recibidos en un formato bien definido y los almacena para que los médicos puedan monitorearlos regularmente y cualquier comentario del lado del cliente pueda enviarse a través de SMS desde el módem GSM.

Un sencillo sistema de telemedicina

Un sistema básico de telemedicina se puede representar de forma simplificada. Consta de dos unidades: la unidad transmisora ​​y la unidad receptora. La unidad emisora ​​transmite la entrada del sensor y la unidad receptora recibe esta entrada para su posterior procesamiento.

A continuación se muestra un ejemplo de un sistema de telemedicina simple para controlar la frecuencia cardíaca del paciente y procesar los datos en consecuencia.

En la unidad transmisora, el sensor de latidos del corazón (que consta de una fuente emisora ​​de luz cuya luz emitida se modula a medida que pasa a través de la sangre humana) convierte los datos obtenidos del cuerpo humano y los convierte en impulsos eléctricos. El microcontrolador recibe estos pulsos y los procesa para calcular la frecuencia cardíaca y envía estos datos calculados a la unidad de atención médica a través de un módem GSM. El módem GSM está interconectado con el microcontrolador mediante un Max 232 IC.

En la unidad receptora, el módem GSM recibe los datos y los transmite al microcontrolador. En consecuencia, el microcontrolador analiza los datos recibidos con los datos de la PC y muestra el resultado en la pantalla LCD. La monitorización del paciente se puede realizar en función del resultado que muestra el personal médico en la pantalla para que se pueda iniciar el procedimiento de tratamiento requerido.

Ejemplos prácticos de tecnología GSM en el campo médico

En la práctica, la tecnología GSM se utiliza en las siguientes áreas.

AT&T Vitality GlowCaps

Estos son frascos de pastillas que simplemente le recuerdan al paciente que debe tomar su medicamento. Consiste en un cronómetro el cual se programa en el tiempo de toma de la pastilla del paciente y en ese momento se enciende la tapa y enciende el zumbador y luego llama al celular del paciente usando la tecnología GSM. Se hace un registro por cada apertura de la botella.

Sistema de ultrasonido Mobisante Mobius SP1

Consiste en una sonda de ultrasonido portátil conectada a un teléfono inteligente y transmite imágenes de ultrasonido portátiles a cualquier ubicación remota a través de GSM.

Sistema de monitorización continua de glucosa (MCG) Dexcom Seven Plus

Esto se utiliza para monitorear los niveles de glucosa en sangre de los pacientes e informarlos al médico. Consiste en un sensor colocado debajo de la piel que monitorea continuamente los niveles de glucosa en sangre y los transmite al receptor (un teléfono celular) a intervalos frecuentes.

Alcance futuro de GSM en servicios médicos

Según una encuesta reciente realizada por PricewaterhouseCoopers Para la Asociación GSM, un organismo de la industria que representa a casi 800 de los operadores móviles del mundo en 219 países, los servicios habilitados por GSM serán parte del sistema de salud para 2017, creando un mercado global de $23 mil millones.

Ahora, entre todo esto, G/M La tecnología es la opción más utilizada debido a su inmensa popularidad, eficiencia espectral mejorada y bajo costo de implementación.