UNIVERZITET U NIŠU

ELEKTRONSKI FAKULTET

SEMINARSKI RAD IZ PREDMETA

SISTEMI ZA AKVIZICIJU PODATAKA

TEMA

MERNI SISTEMI SA GSM BAZIRANIM PRENOSOM PODATAKA

PROFESOR STUDENT

Branislav Petrović Dušan Mladenović 12995

Merni sistemi sa GSM baziranim prenosom podataka

GSM Mobilna mreža

Prenos glasa kod prvih mobilnih sistema, koji obično nazivamo prvom generacijom (1G) sistema, je bio (i još uvek jeste) analogan. Ovi sistemi rade na kanalima 450 ili 900 MHz. Primeri 1G mobilnih sistema su Advanced Mobile Phone System (AMPS), koji još uvek radi u Americi, i Nordic Mobile Telephone (NMT), koji se koristi u Skandinaviji i u drugim zemljama.

Trenutno, glavni sistem za mobilnu telefoniju je Global System od Mobile Communications (GSM), koji je u potpunosti digitalni 2G sistem druge generacije koji radi na kanalima 900 ili 1800 MHz.Uprkos reci „global“ koju sadrži u imenu, GSM se koristi samo u Evropi. Njegovi ekvivalenti drugde su Digital AMPS u Americi, i Japanese Digital Cellular (JDC) sistem u Japanu i Aziji, koji se malo razlikuje od GSM-a, ali koristi u potpunosti istu tehnologiju. Severnoamerička digitalna mreža mobilne telefonije se takođe naziva TDMA (IS-136 standard), po Time Division Multiple Access (TDMA) tehnike koja se koristi kod ove mreže. Američki mobilni sistem mnogo više koristi kanal na 1900MHz, nego onaj na 1800MHz. Kod GSM sistema, digitalni prenos podataka(uključujući prenos merenja protoka) je samo još jedna od nekoliko funkcija mobilnog telefona, pored glavne, a to je prenos glasa.

Korak napred u evoluciji mobilnih telekomunikacija je bila implementacija General PAcket Radio Service (GPRS) sistema u GSM. Suštinski upgrade osnovnih GSM mreža bio je potreban kako bi se pokrenuo novi servis za prenos podataka. Takođe, morali su da se projektuju novi modeli telefona koji podržavaju GPRS. GSM mreže sa GPRS-om su označene kao 2.5G mobilni komunikacioni sistemi.

Implementacija sistema treće generacije (3G) koji se još nazivaju Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), i koji rade na 1950MHz i 2150MHz, bio je važan korak u bežičnom prenosu podataka. Ovo je zbog visokih brzina koje ova generacija pruža(do 2Mbps), globalnog pristupa/dostupnosti (pored mobilne mreže, sistem može da komunicira preko satelita), i mogućnosti rada sa Public Switched Telephone Networks (PTSN), uključujući širokopojasne Integrated Services Digital Network (B-ISDN).

Iako se GSM može koristiti za prenos podataka, maksimalna brzina prenosa, ograničena parametrima radio interfejsa, obično ne prelazi 9,6 kbps, kada se koristi jedan kanal. Struktura GSM-a, i prenosa podataka u sistemu su prikazani na slici 1. Sistem se sastoji od mobilnih stanica (mobilnih telefona), baznih stanica sa kontrolerima, prekidačkog sistema, sistema za rad i podršku, i sistema za interfejs ka drugim telekomunikacionim sistemima.

Mobilne Stanice (MS) - koje su svima poznate kao mobilni telefoni, su u radio vezi sa baznim stanicama. Glavna funkcija radio stanice je ista kao i funkcija klasičnog telefona sa slušalicom, digitalni ključevi, predajnik niske snage, i prijemnik visoke osetljivosti. Ipak, kako dobija sve više i više funkcija, mobilni telefon je sada sposoban da obradi i šifrirane i one prenesene preko telefonske mreže.

Mobilna stanica se sastoji od dve osnovne komponente: Mobile Terminal (MT) i Subscriber Identity Module (SIM). Svaki mobilni terminal ima jedinstveni broj, koji se naziva International Mobile Equipment Identity (IMEI), koji omogućava identifikaciju mobilnog telefona u globalnoj mreži. SIM je zamenjiva smart kartica.

Base Station System (BSS) – obuhvata izvestan broj baznih stanica, koje su postavljene na uzvišenjima ili stubovima/visokim zgradama, i od kontrolera bazne stanice. Ove bazne stanice rade na kanalima 900, 1800 ili 1900 MHz.Svaka bazna stanica je opremljena antenom, prijemnikom radio talasa, predajnikom istih, i jedinicama za obradu radio signala. Svaki kontroler bazne stanice je povezan na nekoliko baznih stanica (obično kroz električni kabl, ili optičko vlaknom iako se takođe može koristiti i radio veza). Kontroler menja kanale za svaku stanicu, kontroliše napajanje mobilne stanice, i predaje signale u oba smera između baznih stanica, i centra mobilne telefonije.

Prekidački Switching System obuhvata Mobile Switching Center (MSC) i bazu podataka, kao i hardver i softver neophodan za komunikaciju sa mrežama fiksne telefonije (PTSN, ISDN i mreže

Slika 1 - Struktura GSM sistema

za prenos podataka), i drugim sistemima mobilne telefonije. Baza podataka sadrži informacije o trenutnom položaju mobilnih stanica, kao i sve podatke neophodne za identifikaciju i autorizaciju.

Prenos u GSM sistemu se vrši kroz duplex režim, koji obuhvata korišćenje duplog prenosnog kanala. Kod GSM 900 (GSM koji koristi kanal na 900 MHz) odvajaju se posebni kanali za prenos mobilna stanica – bazna stanica, i bazna stanica – mobilna stanica, i oni se nazivaju uplink i downlink kanali, respektivno. Uplink kanal se ide od 890 do 915 MHz, a downlink kanal od 935 do 960 MHz. Broj uplink kanala je 124, a isto toliko ima i downlink kanala. Širina svakog kanala je 200 KHz. Slobodni opsezi od 100 KHz su rezervisani na ivicama uplink i downlink kanala. Osim frekvencije, vremenski slotovi moraju se dodeliti u pravilnom redosledu, kako bi se kreirao prenosni kanal. Koristi se TDMA tehnika, omogućavajući prenos, i multipleksiranje kanala. Vremenski interval TDMA frejma, periode 4,615 milisekunde, podeljen je na 8 vremenskih slotova gde svaki koristi 577 mikrosekundi. Sa 124 frekventnih kanala i 8 vremenskih slotova, jednom baznom stanicom mogu se istovremeno ostvariti 992 duplex prenosa, bez uzimanja u obzir mogućnosti multipleksiranja kanala kroz half-rate kodiranje glasa. Stoga je prenos glasa kod GSM 900 impulsan, sa impulsnom modulacijom trajanja (PDM), jednom osminom od 124 duplex frekventnih kanala. U paru kanala, frekvencija downlink kanala je 45 MHz, iznad frekvencije uplink kanala. Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) - binarno kodiranje radio signala, koristi se za modulaciju signala nosioca. Kod GSM 1800 (GSM sistem koji radi na 1800 MHz), postoji 374 duplex kanala i 8 vremenskih slotova, što daje mogućnost kreiranja 2992 prenosna kanala, sa samo jednom baznom stanicom! Parametri za GSM 900, GSM 1800 i GSM 1900 su predstavljeni u Tabeli1.

Tabela 1 - Prenosni kanali u GSM mrežama

Prenos podataka baziran na GSM-u

GSM sistem takođe može da se koristi za digitalni prenos. Ovaj sistem koji je u potpunosti sistem druge generacije , projektovan je i za prenos glasa, i za prenos podataka.

Mobilne stanice

Kako bi prenos digitalnog signala kod GSM sistema bio izvodljiv, komponente sistema, uključujući mobilne stanice(mobilni telefoni) moraju biti sposobne da vrše prenos digitalnih podataka. Slika 2 prijazuje blok šemu tipičnog mobilnog telefona.

Električno kolo telefona uključuje prenosnu liniju za obradu glasa, od mikrofona do antene, i prijemnu liniju od antene do zvučnika.Pored funkcionalnih jedinica unutar ovih linija, kolo telefona mora da obuhvata kontrolni sistem, memoriju, displej, tastere, i interfejs sistem za komunikaciju sa eksternim digitalnim napravama, uključujući računare. Blok šema prikazana na slici 2 ne uključuje pomoćna električna kola koja telefonu pružaju dodatne funkcionalnosti, kao što je kamera, GPS prijemnik, radio prijemnik, MP3 plejer, merač buke, termometar, baterijska lapma (Nokia 5210), ili druge dodatne mogućnosti. Funkcionalnost baterijske lampe na telefonu je posebno zanimljivo, pošto predstavlja kombinaciju dve naprave veoma različite prirode. Prva naprava je veoma prosta, i troši dosta energije, a druga je visoko-tehnološka naprava koja troši malo energije(telefon).

Kod predajne funkcije telefona, glasovni signal (ili audio signal, uopšteno), konvertuje se u električni signal od strane predajnika.Analogni električni signal iz predajnika se sempluje frekvencijom od 8KHz i konvertuje u digitalni oblik u 13-bitnom AD konvertoru. AD konvertori koji se tipično instaliraju na mobilnim telefonima i sukcesivni aproksimacioni registri (SAR) ili

Slika 2 - Funkcionalna šema mobilnog telefona

polu-flash tipovi registara. Izlazni serijski stream bitova napušta konvertor brzinom 104 kbps (13 bita * 8000 1/s), gde dalje prolazi koz kodiranje glasa u kome se radi visoka kompresija i kodiranje kanala (na kraju se uvek dodaju redindantni bitovi kako bi se kontrolisale greške). Izlazna brzina kodera je 22,8 kbps. U narednoj procesnoj jedinici, podaci se organizuju u pakete, i pripremaju za TDMA prenos (na primer prenos unutar jednog vremenskog slota). Frekvencija nosioca se kodira digitalnim signalom podataka u GMSK modulatoru. Pojačani signal sa data rejtom 270,833 se usmerava ka filteru za grananje, i dalje emituje korišćenjem antene. Trajanje jednog bita je 3,692 mikrosekunde, što u proseku odgovara 3300 perioda signala nosioca koji je na 900 MHz.

Kod funkcije prijema, dolazeći signal se pojačava u pojačivaču, onda demoduliše i raspakuje iz TDMA paketa. Raspakovani glasovni signal se dalje dekodira, i digitalni podaci se prosleđuju interfejs sistemu. Dekodirani digitalni glasovni signal (ili audio signal, uopšteno) se konvertuje u DA konvertoru u analogni signal, i reprodukuje na zvučniku.

Klasifikovani u odnosu na eksternu predaju podataka, mobilni telefoni se mogu podeliti u 3 grupe (Slika 3): MT0, MT1 i MT2. Da naglasimo da su podaci koji su ovde u pitanju eksterni digitalni podaci. Svaki GSM mobilni telefon predaje glasovni signal konvertovan u interni digitalni signal.

MT0 (Mobile Terminal 0) je mobilni telefon bez eksternog data interfejsa. U najosnovnijoj formi MT0 telefon emituje glas, i kodirane kratke poruke (SMS). Ne može da predaje bilo kakve podatke koji dolaze od neke druge digitalne naprave. Ipak, MT0 telefoni mogu tehnološki da budu veoma napredni. Primer takvog MT0 telefona je mobilni telefon koji je integrisan u palmtop računaru. Time što je izvor digitalnih podataka sam po sebi, nije mu potreban interfejs sa eksternim napravama.

MT1 telefoni mogu da emituju digitalne podatke. MT1 komunicira sa ISDN mrežom kroz S interfejs, ali zahteva odvojenu napravu, koja se obično naziva terminalni adapter (TA), za komunikaciju sa računarom. Uloga TA je da adaptira dvosmerne RS-232C signale sa računara na ISDN, ili mobilni telefon. Adaptacione funkcije terminala (TAF) su podeljene između mobilnog telefona i TA. TA može biti PCMCIA kartica, koja se ponaša kao GSM modem. Primer takve PCMCIA kartice je Cellular Data Card za Nokia 2110 MT1 telefon.

MT2 telefoni mogu da emituju digitalne podatke iz računara preko RS-232 kabla, preko IrDA linka (Nokia 6210 ili Ericsson T39m modeli), ili preko Bluetooth radio veze. Sve TAF funkcije se vrše u MT2 električnim kolima.

Slika 3 - Različite grupe mobilnih telefona klasifikovane po mogućnosti prenosa digitalnih podataka

Ipak, ova klasifikacija ne pokriva dva tipa naprava koje su veoma korisne u digitalnom prenosu podataka od računara, do GSM sistema. Jedna od njih je PCMCIA kartica, koja sama po sebi funkcioniše kao mobilni telefon. Primer takve PCMCIA kartice je Nokia Card Phone 2,0, sa ugrađenom antenom. KAda se ubaci u laptop, i poveže na slušalicu, kartica funkcioniše kao dvopojasni (dual-band) mobilni telefon, koji može da radi na kanalima GSM 900, ili GSM 1800, kako je prikazano na slici 4. Novi proizvodi kao što je PCMCIA Sony Ericsson Card Phone GC 19E ili Nokia Card Phone D211, mogu koristiti i HSCSD i GPRS prenos (predaju). Imaju dodatni radio interfejs IEEE 802,11b, i mog raditi na više PC operativnih sistema kao što je Windows 98, Windows ME, i Windows XP. Nokia Card Phone 2,0 ima klasične dimenzije kartice tipa II 124x54x10 mm, i veoma malu masu (58g). Omogućava prenos SMS poruka i digitalnih podataka asimetričnom maksimalnom brzinom: 43,2 kbps za prijem i 28,8 za predaju.

Drugi tip nije pokriven gornjom klasifikacijom obuhvata naprave kao što je GENERIC GPRS laptop sa modulom mobilnog telefona, ili Motorola palmtop (Accompli 09 palmtop). Njihov razvoj je korak napred u integraciji predajnih naprava baziranih na GSM-u. GSM sistem nudi različite servise digitalnog prenosa, uključujući:

Short Message Service (SMS), koji predstavlja prenos alfanumeričkih poruka do 160 karaktera

Multimedia MessagingService (MMS), koji je snimi–za–prosleđivanje prenos teksta, grafike, zvuka i video fajlova

Circuit Switched Data (CSD) prenos, koji predstavlja prekidački prenos digitalnih podataka sa brzinama do 9,6 kbps preko saobraćajnog kanala. OVaj tip prenosa se još označava kao Switched Data Transfer (SDT).

Slika 4 - Mobilni telefoni u ulozi PCMCIA kartice za računar

High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) prenos, u kome se podaci šalju kroz nekoliko dodeljenih saobraćajnih kanala

General Packet Radio Service (GPRS), modul za prenos paketa Enhanced Data rates for GSM Evolution (EDGE), osveženi mod za prenos podataka

projektovan da radi rame uz rame sa postojećim GSM implementacijama. U narednoj tabeli prikazani su tipovi prenosa podataka u mobilnim telekomunikacijama

SMS servis

SMS omogućava prenos kratkih alfanumeričkih poruka do 160 karaktera, ka GSM ili e-mail korisnicima. Poruke takođe mogu da se šalju bez preklapanja tokom telefonskog poziva. SMS je person to person(osoba ka osobi) servis, što znači da korisnik dobija poruku direktno na mobilnu stanicu bez proveravanja kutije za poruke.

Predstavljajući veoma malo opterećenje za kanal, SMS predstavlja najjeftiniji način komunikacije. Opcionalno, može se slati izveštaj o dostavi od primaoca ka pošiljaocu, kako bi se potvrdilo da je poruka primljena/dostavljena. U slučaju nedostatka veze sa primaocem poruke u trenutku slanja, poruka se čuva u SMS centru, i prosleđuje čim se ciljni korisnik uključi. Tipično vreme dostave poruke je nekoliko sekundi od trenutka slanja, osim ukoliko je komunikacija ometena. Ipak, vreme dostave ume da bude i znatno duže. Poruka se može dostaviti posle nekoliko sati ili dana, i u pojedinim slučajevima može ostati neisporučena (što jei bio razlog da se napravi izveštaj o dostavi). Sve SMS poruke se šalju preko SMS centra koji je deo GSM prekidačkog sistema. Pošto funkcije SMS centra nisu standardizovane, različiti operatori mogu ponuditi različite SMS servise. Za potrebe merenja, SMS servis se može koristiti kao tehnika nadgledanja objekata putem specijalnim instrumentima, gde se podaci o merenjima šalju putem SMS poruka. Maksimalni broj karaktera u SMS poruci zapravo može biti 6 puta veći nego niminalni broj od 160, i stoga jednak 6* 160 = 960, ali poruke duže od 160 se od strane sistema dele na kraće poruke

Slika 5 Prenos figitalnih podataka u mobilnim telekomunikacionim mrežama

(do 160 karaktera), i one se šalju i naplaćuju posebno. Ipak, vreme isporuke podataka o nekom merenju, koje je veće od 10s, za neke sisteme nadgledanja kao što su alarmni sistemi može biti predugo.

MMS servis

MMS je prenos od korisnika do korisnika, isto kao SMS, s tim što se prenose multimedijalni fajlovi preko GSM mreže. Fajlovi se mogu tako prenositi između korisnika ili između naprava. MMS omogućava prenos:

Teksta (običnog teksta, neformatiranog, ili obogaćenog teksta sa instrukcijama za formatiranje) Grafike, kao što je JPEG, GIF i PNG Zvuka (Osnovni fajlovi, MP3 ili WAV) Video (MPEG fajlova)

Veoma značajna funkcija MMS-a je mogućnost prebacivanja fajlova sa interneta. Svaka MMS poruka, kao internet paket, sastoji se od omotnice (instrukcija potrebnih da za isporuku i interpretiranje poruke), i sadržaja poruke.MMS standard koristi bežični Wireless Application Protocol (WAP) kao protokol prenosa. Stoga, MMS ima pogodnosti poboljšanih modova prenosa (HSCSD, GPRS, EDGE ) gde se WAP takođe koristi. MMS se još uvek ne koristi kod mernih sistema. Ipak, može se koristiti kod nadgledanja saobraćaja, ili nadgledanja nivoa vode, kao i kod nadglledanja alarmnih sigurnosnih sistema u industriji. Sve ove primene obuhvataju prenos slike, ili video fajlova. Ne postoje zajednički MMS standardi, koji standardni protok MMS fajlova, a koje su trenutni GSM mrežni operateri usvojili. Trenutno, veličina MMS poruka varira od 10 do 100 kilo-okteta.

Circuit Switched Data – CSD

CSD prenos preko telefonskog radio kanala bio je moguć skoro od samog nastajanja GSM-a. Ipak, njegova upotreba u mernim sitemima je ograničena, zbog malih brzina prenosa podataka(do 9,6 kbps). Isplativost CSD-a je određena činjenicom da ovaj tip prenosa zauzima ceo prenosni kanal, gde se konekcija naplaćuje kao klasičan telefonski poziv. Trenutno se ulažu napori da se naprave tehnike koje omogućavaju veće brzine, i rešenje je u HSCSD modu prenosa.

Povećane brzine kod HSCSD modase postižu korišćenjem dva metoda: kroz kompresiju podataka, koja povećava kapacitet jednog komunikacionog kanala od 9,6 na 14,4 kbps, i kroz kombinaciju nekoliko (do četiri) komunikacionih kanala unutar jednog fizičkog kanala (pogledaj sliku 6).

Broj kanala koji se koristi uvećava se rezervisanjem većeg broja vremenskih slotova. Sa četiri kanala, brzine mogu da idu do 57,6 kbps. Ipak, ovo zahteva da se uvedu neke modifikaciju u GSM bazne stanice,

Slika 6 - CSD prenos u GSM sistemu

kao I da korisnici imaju odgovarajuće mobilne telefone. Isprva troškovi HSCSD prenosa su bili proporcionalni brziniprenosa, ili broju kanala koji se koriste. Trenutno, troškovi konekcije su nezavisni od korišćenog broja kanala, alimrežni operateri ne garantuju konstantne brzine kroz konekciju.

Kod oba, CSD i HSCSD prenosna moda, podaci se prenose ili između dva GSM mrežna korisnika, ili između GSM mrežnih korisnika, i korisnika stacionarne telekomunikacione mreže (PTSN). Podaci o merenjima se takođe mogu slati na internet adresu. Brzine prenosa koje su dostupne kod HSCSD su 14.4, 19.2, 28.8, 38.4, 43.2 ili 56.0 kbps.

GPRS – General Packet Radio Service

GPRS omogućava prenos paketa preko interneta bez menjanja prenosnog kanala.Dok se prenosni modovi koje smo dosad razmatrali zasnivaju na komutaciji kanala, GPRS koristi komutaciju paketa. GPRS sesija se može aktivirati u „uvek konektovan“ modu, i podaci se mogu prebacivati i tokom telefonskog poziva, bez interferencije. Svaki paket, ili set podataka koji se prebacuje, je integrisana celina, i može se prebacivati nezavisno u odnosu na druge pakete, gde se u zaglavlju paketa definiše odredišna IP adresa, kao na slici 7. Kopije istog paketa mogu se istovremeno slati na više internet adresa.

Osim stalnog pristupa Webu, velika prednost GPRS-a su velike brzine prenosa. Ovo je zbog korišćenja 8 vremenskih slotova koji su rezervisani pri podešavanju kanala. Kapacitet jednog vremenskog slota je 14.4 kbps, pomnožen brojem alociranih vremenskih slotova, što daje maksimalnu brzinu prenosa u GPRS-u kao 8 * 14.4 = 115.2 kbps. Teoretski, moguće je dostići čak i veće brzine prenosa do 170 kbps korišćenjem različitih metoda kodiranja. Implementacija GPRS-a zahteva od mrežnih operatera veće modifikacije baznih stanica nego u slučaju HSCSD moda. Ipak, ove modifikacije su dovoljno ograničene da kvalifikuju GPRS i HSCSD modove kao add-on servise GSM sistema (na primer, hardver i softver koji se

Slika 7 - HSCSD prenos u GSM sistemu

Slika 8 - GPRS prenos u GSM sistemu

dodaje na jezgro GSM mreže). GPRS se smatra kao prva posrednička tehnilogija prenosa između GSM i UMTS. Druga posrednička tehnologija ovog tipa je EDGE. Maksimalna brzina GPRS-a zavisi od kvaliteta GSM mreže, kao i od parametara mobilnog telefona, koji bi trebao da ispunjava GPRS standarde. Iz razloga isplativosti, GPRS se preporučuje za sledeće namene:

Neperiodičan prenos podataka Česte transfere male količine podataka, ispod 500 bajtova, koje se obavljaju nekoliko puta u

minuti Prenose veće količine podataka koji se odvijaju nekoliko puta na sat.

Veliki broj modela mobilnih telefona koji su trenutno dostupni na tržištu podržava GPRS prenos. Maksimalne brzine specificirane za različite primene mogu da se razlikuju od onih koje su garantovane od strane mrežnih operatera. Kao prenosni mod baziran na internetu, GPRS koristi IP protokol čije procedure redukuju maksimalnu brzinu prenosa na jednom kanalu sa 14.4 na 13.4 kbps. Na osnovu standardizovanih GPRS protokola, operater GSM mreže može da pruži neke dodatne usluge, kao što je čitanje internet sadržaja, daljinsko očitavanje senzora, autentifikacija kreditne kartice, i mnoge druge. Ovi servisi obuhvataju, ipak, dodatnu opremu u mobilnim stanicama.

Motorola Timeport 260 i Ericsson R520 su bili prvi modeli koji su imali funkcionalnost GPRS-a. Motorola Timeport 260 omogućava GPRS prenos sa asimetričnim brzinama prenosa od 13.4 kbps(jedan kanal) za prenos, i 40.2 kbps (tri kanala) za prijem. Lansiran po najnovijim standardima, Ericsson R520 (sa GPRS i HSCSD funkcionalnostima, i IrDA i Bluetooth wireless interfejsima) se pokazao kao neispravan, i povučen je iz proizvodnje za nekoliko meseci u 2001. Telefone koji podržavaju GPRS proizvode Nokia, Siemens, i Samsung. Paketni prenos podataka može se iskoristiti kod mernih sistema, sa ograničenjem da se podaci šalju na internet adresu, a ne na telefonski broj.

Sledeći računari mogu se koristiti kod mernih sistema sa GSM baziranim prenosom podataka:

GERICOM GPRS laptop Motorola Accompli 009 palmtop

Opremljen modulom mobilnog telefona koji podržava GPRS prenos, svaki od ovih mobilnih računara može se iskoristiti u bežičnom komunikacionom sistemu kao kontrolor sistema, i primopredajna stanica u isto vreme. GERICOM laptop ima ugrađeni Siemens-ov mobilni modul koji podržava GPRS, koji omogućava asimetrične brzine prenosa, zato što koristi 4 kanala za prijem, i samo jedan kanal za predaju.

Paketni prenos podataka može se koristiti u distribuiranim mernim sistemima, posebno u onim u kojima sistemski centar prikuplja podatke sa nekolikom ernih stanica. Podaci se šalju na e-mail adresu sistemskog centra. Sa korisnokove tačke gledišta, glavna prednost GPRS-a je niska cena, koja zavisi samo od veličine paketa koji se prenosi. U svojoj trenutnoj formi, GPRS omogućava prenos između mobilnog telefona, i interneta (uključujući WAP).

Na primer, tehnički podaci telefona Ericsson T39 (slika 8), koji podržava GPRS i koristi se na Poznan Univerzitetu ima sledeće karakteristike:

Frekventne kanale: 900 MHz, 1.8 GHz, i 1.9 GHz Maksimalna brzina prenosa u HSCSD modu : 28.8 kbps Maksimalna brzina prenosa u GPRS modu : 53.6 kbps Komunikacija sa računarom kroz RS-232C port: 230.4 kbps Komunikacija sa računarom kroz IrDA port: 1 Mbps unutar radijusa od 1m Komunikacija sa računarom kroz Bluetooth port: 108.8 kbps unutar radijusa 100m

Prenos podataka između GSM i drugih telekomunikacionih sistema zahteva od modema konverziju binarnih GSM signala u analogne signale. Modem je ugrađen na tački spajanja dve mreže, u Internetworking Functions (IWF) modulima u Gateway Mobile Switching Center(GMSC). Sledeći standardi modema su kompatibilni sa GSM standardom: V.21, V.22, V.22bits, V.32, V90, i ISDN standardi V.110 i V.120.

EDGE prenos

Projektovan za prenos podataka u podnovljenim GSM mrežama, i pružajući brzine od 384 kbps, EDGE je međukorak između GSM i UMTS bežičnih digitalnih tehnologija prenosa. EDGE je takođe dostupan u TDMA. Mogućnosti ovog moda obuhvataju prenos pokretne slike.GSM frekventni opsezi, i radio kanali sa rastojanjem od 200 KHz su namenjeni za EDGE prenos. Ovo rešenje olakšava međuumrežavanje između klasičnog GSM-a i EDGE/GSM sistema, i omogućava značajnu redukciju troškova EDGE sistema. Velike brzine prenosa koje obećava EDGE se ostvaruju kroz kombinovanje dva metoda modulacije: 8 – Phase Shift Keying, oktalnog modulacionog moda, i Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK), binarnog modulacionog sablona, koji se koristi za kodiranje digitalnog signala u svim ostalim prenosnim modovima zasnovanim na GSM-u, kako je prikazano na slici 10. Minimum Shift Keying (MSK) je specijalan slučaj FSK modulacije, kako je razmatrano u odeljku 6.4, sa frekventnim impulsom koji modulaciju čini efektivnijom.GMSK modulacija je verzija MSK modulacije sa filtriranjem signala korišćenjem Gaussian filtera.

Slika 9 - Ericsson T39m telefon koji podržava GPRS prenos

Kvalitet 8-PSK oktalnog modulatora mora biti značajno bolji nego GMSK binarno modulisani signal. Stoga, 8- PSK se može koristiti kada je rastojanje između mobilne stanice i bazne stanice malo, i brzina mobilne stanice nije prevelika, jer oba faktora utiču na kvalitet signala. Izbor modulacione šeme i tipa koji se koriste u EDGE modu je prilagodljiv i njega radi sistem. GMSK (MCS-1 na MCS-4 tip) ili 8-PSK (MCS-5 na MCS-9) se koristi, zavisno od kvaliteta signala. Odovarajuće brzine prenosa idu od 8,4 kbps (GMSK, MCS-1) do 59.2 kbps (8-PSK, MCS-9), ukoliko se koristi jedan vremenski slot. Sa korišćenjem osam vremenskih slotova, teoretski maksimum brzine sa EDGE je od 8*8.4 = 67.2 kbps, do 8*59.2= 473.6kbps. Preporučena brzina prenosa za pokretnu sliku je 384 kbps, daleko ispod gornje granice za EDGE ( po ITU preporuci za pokretne slike).

Ključne mogućnosti EDGE prenosa su :

Mogućnost da radi u mobilnim mrežama koje koriste kanale 800, 900, 1800, 1900, ili 2150 MHz. Standardna maksimalna brzina prenosa od 384 kbps Simetrični i asimetrični prenosni kanali Funkcija prenosa paketa Roming između GSM (Evropski), i TDMA (Američkih) Telekomunikacionih mreža

Implementacija EDGE moda zahteva značajne modfikacije i GSM mreže, i arhitekrute mobilnog telefona. EDGE prenos je pokrenut 2002. godine. Mobilni telefoni koji podržavaju EDGE lansirani su na svetsko tržište 2003. godine. Primeri takcih mobilnih telefona su Nokia 6220 i Nokia 6820. Nokia 6220 omogućava maksimalne brzine prenosa od 118 kbps u EDGE prenosnom modu, i opremljen je digitalnom kamerom, vidoe zapisom, WAP, MMS i JAva funkcionalnostima.

AT Komande

Razvijene u 1970 – tima u Hayes kompaniji za komunikacije između računarai modema, AT komande su značajno usvojene kao standard od strane internacionalnih telekomunikacionih organizacija. Ime dolazi od prva dva slova reči „attention“, što znači pažnja.Ta reč se kodira u ASCII i na početku je svake

Slika 10 - GMSK binarna modulacija u ravnoj GSM mreži, i 8-PSK oktalna modulaciona šema u GSM sa EDGE prenosom

komande.Alfanumerički karakteri i drugi tipovi karaktera koji se koriste u AT komandama su izlistani u International Reference alphabet (IRA). Karekteri AT komande bi trebali da se pišu kao 8-mo bitne reči. Ako se sedmobitni karakteri (na primer ASCII ili ISO – 7 karakteri) generišu terminalnom opremom (TE), osmi bit se dodaje prilagođavajućom TE jedinicom kako bi se formirala ispravna komanda. Funkcionalna šema sistema za prenos zaynovanog na GSM sistemu, u skladu sa standardom, kao i sa protokom informacija, prikazana je na slici 10. Prikazane su sledeće jedinice: Terminal Equipment (Terminalna oprema) - TE, Mobile Equipment (mobilna oprema) - ME, i Terminalni Adapter – TA.

ETSI preporuke se oslanjaju isključivo na instrukcije koje se prenose između TE i TA ( na primer AT komande i odgovori). Obično, TE je računar a ME je mobilni telefon. analogno RS-323 standardu, TE i ME se mogu smatratii GSM ekvivalentima DTE i DCE (modem), respektivno, i RS-232. Fizička veza između TE i TA nije definisana. Može da bude električni kabl, radio veza, ili optička veza.

Sledeće 4 varijante arhitekture sistema, prikazanog na slici 11 se prihvataju kao standard:

TA, ME i TE mogu bti odvojene naprave. I ovoj varijanti, MT1 telefon se koristi kao ME. Ta i ME se mogu spojiti, gde je TE odvojena naprava (najčešća varijanta sistema za digitalni

prenos podataka, gde je MT2 telefon koristi kao ME) TA i TE se mogu integrisati, gde je ME odvojena naprava. TA,ME i TE se mogu integrisati ( na primer Motorola accompli 009 palmtop, koji takođe radi i kao

mobilni telefon)

Lista AT komanti je veoma velika, sadrži stotine stavki.Možemo razlikovati dva tipa AT komandi – osnovne komande, i proširene komande. Po drugoj klasifikaciji, AT komande se mogu podeliti na izvršne, i set komande.

Slede neki primeri AT komandi i njihova značenja.“ATDxxxx“ znači stanica broj xxxx dual-up,“ AT&FO“ zapoveda uobičajeno podešavanje modema, i „ATH“ naređuje okončanje konekcije. Set komande nose instrukcije, smatrajući da je prenosni parametar podešen, i definišući željene vrednosti parametara.

Osnovne AT komande su univerzalne prirode, i koriste se i u žičanim i bežičnim mrežama, za kontrolisanje različitih naprava, kao što su telefoni, faksovi, ili radiomodemi. Osnovna komanda sadrži

Slika 11 - Organizacija toka komanti između terminalne opreme(na primer računara), Terminalnog adaptera, i mobilne opreme(mobilnog telefona) u GSM mreži

string alfanumeričkih karaktera pre kojih se uvek stavlja AT prefiks. Proširene komande definišu tip odabrane mreže (PTSN ili GSM) ili moda prenosa (glas, podaci, fax, SMS, CSD, HSCSD, GPRS ili EDGE). U proširenoj komandi, inicijali AT su praćeni znakom „+“ posle koga idu neki drugi karakteri

AT komande koje se koriste za kontrolu GSM naprava su podeljene na sledeće grupe ( po ETSI dokumentima)

Kontrola i identifikacija Kontrola poziva Kontrola glasovnih poziva Kompresija podataka Upravljanje modovima Audio kontrola Pristupni meniji Pristupna autentifikacija Pristupna identifikacija Interfejs komande GSM DTE-DCE Interfejs komande GSM kontrola poziva GSM podaci GSM High Speed Circuit Switched Data GSM Network Servisi GSM USSD GSM Facility Lock GSM Mobilna Oprema, Kontrola i Status GSM Kontrola greske mobilne opreme GSM SMS i GSM PDU Mod GSM GPRS GSM imenik GSM Sat, Datum i Podržavanje alarma GSM identifikacija pretplatnika WAP Pretraživač AT Specifične komande( Na primer AT specifične komande za GSM)

AT komande za naprave koje rade u GSM mrežama imaju prefiks +C ( na primer takve komande počinju sa „AT+C...“). Zavisno od tipa prenosa,koristi se podskup specifičnih AT komandi (na primer SMS, CSD ili HSCSD skupovi).Skup komandi sadrži znak jednakosti „=“ praćen brojevima koji predstavljaju kodirane vrednosti parametara. Na primer, komanda „select Bearer Service Type“ ima sledeću strukturu:

„AT+CBST=[<speed>[, <name> [, <ce>]]],” kako je već ranije preporučeno

Parametri podešavanja su:

<speed>: maksimalna brzina prenosa signala za različite standarde modulacije. Vrednost brzine se kodira brojevima od 0 do 116.

<name>: tip prenosa po sinhronizacionom kriterijumu: asinhoni ili sinhroni, paketni ili stream prenos podataka.Kodira se brojevima od 0 do 7.

<ce>: tip prenosa po drugom kriterijumu: transparentan (za stream podataka), ili netransparentan prenos, bilokoji tip prenosa, ili poželjno netransparentni, kodiran brojevima od 0 do 3.

Transparentni prenos je prenos streama podataka bez preklapanja sadržaja streama podataka. Tip prenosa se koristi kada je za korisnika brzina prenosa prioritet. Netransparentan prenos obuhvata procedure za proveru greške, i adaptaciju brzine slanja podataka na prijemne kapacitete. Specifično, netransparentni prenosni protokol uključuje ARQ proceduru koja uređuje paket podataka ili retransmisiju frejma kada se detektuje greška.Netransparenni prenos se koristi kada kvalitet prenosa ima prioritet nad brzinom. Primer „AT+CBST=[<speed>[, <name> [, <ce>]]],” komande je “AT+CBST=43,4,0”(kod pravih komandi ove zagrade se izostavljaju), što znači: 43 – brzina prenosa podataka podešena na 14.400 bps u V.120 standard modulaciji; 4 – asinhroni prenos data stream-a (krug podataka); i 0 – transparentan prenos.

Poseban skup komandi su komande za upite, query komande. Na primer, “AT+CBST” komanda znači: “ Koje su vrednosti prenosnih parametara?”. Poruka koja se šalje kao odgovor na ovu komandu je strukture skupovnih naredbi. Na primer “AT+CBST=43,4,0.”. Hajde da proucimo neke primere AT komandi za DSCSD i GPRS prenosne modove, i značenje simbola koje oni uključuju. Ovde su 3 primera HSCSD prenosnih AT komandi, i njihova značenja.

1. “AT+CHS...” je početak svake AT komande koja se odnosi na HSCSD prenos u GSM mreži2. “AT+CHSN=4,2,2,8” je skupovna komanda.”AT+CHSN=...” je netransparentno HSCSD

podešavanje prenosnih parametara. 4 Znači da brzina prenosa ide do 28,000 bps. 2 znači dva prijemna vremenska slota u vremenskom frejmu. i poslednja 4tvorka označava TCH/F14,4 tip kodiranja kanala

3. “AT+CHSR=1” je izvršna komanda koja zahteva da se šalje izveštaj o prenosnim parametrima (nakon što se uspostavi veza).”AT+CHSR=0” zapoveda da se izveštaj ne šalje

Sada, hajde da pokušamo da dešifrujemo neke primere GPRS prenosnih AT komandi:

1. “AT+CG...” je početak svake AT komande koja se odnosi na GPRS prenos2. “AT+CGATT=1” je izvršna komanda koja naređuje da se osposobi GPRS mod u ME (mobilni uređaj)

(na primer selektuje GPRS mod za prenos podataka). “AT+CGATT=0” zahteva onesposobljavanje GPRS moda.

3. “AT+CGAUTO=[<n>]“ podešava automatski pozitivan odgovor na zahtev za aktivaciju Packet Data Protocol-a (PDP). Vrednosti parametra n variraju od 0 do 3, i znače sledeće: 0 – onesposobljen automatski odgovor(samo za GPRS), 1 – omogućen automatski odgovor (samo za GPRS), 2 – radni

mod kompatibilan sa modemom (samo za GPRS), i 3 – Radni mod kompatibilan sa modemom za GPRS ili prekidačke modove (CSD ili HSCSD).

Slično komandama koja se šalju od TE na TA, odgovori mogu da budu ili osnovni, ili prošireni. Evo dva primera osnovnih odgovora:

1. “<CR><LF>OK<CR><LF>” koji prijavljuje uspešno izvršenje komande, ili liste komandi2. “<CR><LF>ERROR<CR><LF>” koji prijavljuje prepreke i neuspešno izvršenje komande. <CR> je

štampajući Carriage Return simbol a <LF> je Linefeed Character simbol.

Distribuirani merni sistemi zasnovani na GSM-u

Mogućnost prenosa podataka preko GSM mreže može se koristiti u distribuiranim mernim sistemima. Naredna slika pokazuje opštu blok šemu takvog sistema zasnovanog na GSM-u, koji se sastoji od izvesnog broja mernih stanica i sistemskog centra. Svaka merna stanica je opremljena digitalnim instrumentima ( ili sa više njih), računarom, i mobilnim telefonom. Digitalni instrumenti su povezani na mobilni telefon preko računara.MT1 ili MT2 telefoni bi trebali da koriste mobilne stanice kod mernih sistema ovog tipa.PCMICIA Card Phone (na primer Nokia Card Phone 2.0) može se iskoristiti umesto mobilnog telefona.Digitalni instrumenti mogu se povezati direktno na mobilni telefon, bez prolaska kroz računar, ali ovo zahteva poseban hardverski interfejs.Trenutno, ne postoji nijedan standardni interfejs ovog tipa, iako razmatrajući tendencije da se interfejsi standardizuju, možemo očekivati da se interfejsi za ovo pojave na tržištu u narednih nekoliko godina. Obično, ipak, sistemski instrumenti se povezuju na računar kroz standardne interfejse, kao što je RS-232 serijski interfejs za digitalni voltmetar, ili IEEE-488 paralelni interfejs za digitalni osciloskop. Prednost posredne uloge računara u digitalnom prenosu sa instrumenta na mobilni telefon je mogućnost obrade imerenih podataka pre njihovog prosleđivanja sistemskom centru.

Digitalni podaci se šalju računaru u mernom sistemskom centru, ili preko standardne telefonske mreže, ili preko interneta. U kasnijim slučajevima, podaci se mogu primati preko mobilnog telefona koji ima pristup internet preko WAP protokola.

Slika 12 - Blok šema distribuiranog mernog sistema sa prenosom podataka preko GSM mreže

Odvojeni problem je prenos podataka iymeđu računara i mobilnog telefona unutar merne stanice. Može se koristiti električni kabl, infrared link, ili Bluetooth radio link kao fizički medijum za ovakav tip prenosa. Prenos podataka bi trebao da se kontroliše AT komandama.

LITERATURA

Measurement Systems and Sensors Waldemar Nawrocki

7.2 Measurement systems with GSM-Based data transmission

7.2.1 GSM mobile phone network

7.2.2 GSM-Based data transmission

7.2.3 AT commands

7.2.4 GSM-Based distributed measurement systems