陳光洪

摘要：物聯(lián)網(wǎng)是通過網(wǎng)絡將事物聯(lián)系起來，目前發(fā)達和成熟的無線接入網(wǎng)絡具有大容量和靈活性的特點，可以提供較快數(shù)據(jù)傳輸速率，支持種類繁多的應用程序。目前可以通過GSM模塊與物聯(lián)網(wǎng)技術結(jié)合，構(gòu)建GSM網(wǎng)絡部署的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。在物聯(lián)網(wǎng)的支持技術中，基于通信網(wǎng)絡的蜂窩網(wǎng)絡是較為具有前景的解決方案。

關鍵詞：GSM;物聯(lián)網(wǎng);蜂窩網(wǎng)絡

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0113-01

1 通信系統(tǒng)組成

通信系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（NMS）、基站系統(tǒng)（BSS）、網(wǎng)絡交換系統(tǒng)（NSS）組成。網(wǎng)絡管理系統(tǒng)主要對網(wǎng)絡進行控制，基站系統(tǒng)主要是完成無線收發(fā)與資源管理，網(wǎng)絡交換主要完成數(shù)據(jù)交換。

2 GSM網(wǎng)絡的組成

可以說GSM曾經(jīng)是技術領先的通信技術，虜獲了全球許多用戶的芳心，曾經(jīng)是全球用戶數(shù)量最多的通信技術。但是對于技術日新月日的二十一世紀來說，也只能說是曾經(jīng)。目前我們的第四代移動通信具有諸多優(yōu)點，具有極快的數(shù)據(jù)通信速率，以及未來的5G通信，更是具有大容量、高速率、低延遲等優(yōu)點，可以說是最受期待也是最受歡迎的技術之一。但是作為我國最先引入的通信技術，GSM目前還是具有一個十分重要的優(yōu)點，即基站數(shù)量多，我們知道，在2G時代，國家花費巨資建設基站，后續(xù)許多3G、4G基站都是再次升級改造，未來5G對基站也提出新的要求，因此可以將GSM應用到通信速率要求低的物聯(lián)網(wǎng)中。

3 GSM-IoT方案

由于缺乏現(xiàn)有的基礎設施和設備，假如新建整個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要的成本十分巨大。出于這個原因，我們要充分利用現(xiàn)有資源，考慮使用常規(guī)保留的蜂窩基礎設施的蜂窩IoT（CIoT）系統(tǒng)。目前主流的兩種方案：基于GSM/GPRS平臺架構(gòu)和LTE/LTE-Advanced平臺的改進架構(gòu)。窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）被定義為LTE規(guī)范改進技術。由于全球移動通信系統(tǒng)（GSM）具有覆蓋范圍廣的巨大優(yōu)勢。本文主要介紹基于GSM網(wǎng)絡的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)覆蓋的時分隨機接入方案。

對于持久連接的CIoT設備因其有限功率導致的即時連接偏好。因此，當成功傳輸小尺寸數(shù)據(jù)后立即釋放連接，但是這樣的連接形式具有大延遲的缺點。當有大量的連接請求集中在CIoT系統(tǒng)上，這種并發(fā)訪問使得少量隨機接入信道（RACH）就會面臨巨大壓力。RACH上的激烈競爭可能導致隨機接入請求的沖突甚至無效，因此，減輕隨機接入過程中的即時擁塞以有效地容納所有CIoT設備是最為關鍵的。

目前已有許多研究嘗試在隨機接入過程中減輕RACH的過載問題。例如，禁止接入類（ACB）方案，將一個接入類（AC）分配給CIoT設備，并周期性地向所有AC報告其接入概率。然后，每個設備基于所分配的AC和接入概率信息來限制其隨機接入嘗試。因此，對于不同CL，可以使用接入概率信息來調(diào)整RACH上的瞬時隨機接入的負載?；陔S機接入觸發(fā)方案通過觸發(fā)來嚴格控制并發(fā)接入設備的數(shù)量。接入許可時間間隔（AGTI）方案通過確定性地將RACH上的周期性資源分配給每個設備來避免隨機接入沖突。

通過利用分配的多個RACH，具有比現(xiàn)有前導碼更多的標識符的虛擬前導碼可以更好地識別擁擠的RACH中的設備。傳統(tǒng)的CIoT系統(tǒng)通常使用窄帶控制信道操作，該信道具有有限的容量和冗長的周期。當CIoT設備的數(shù)量在網(wǎng)絡中非常大時，這嚴重阻礙了控制信息的交換。因此，傳統(tǒng)的CIoT系統(tǒng)的效率在實際的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡中將受到限制。

通?？蓪IoT設備視為傳感器。CIoT系統(tǒng)僅分配200 kHz帶寬用于上行鏈路和下行鏈路?？紤]到所使用的系統(tǒng)帶寬比傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡窄，可以通過使用包括天線，放大器，濾波器和收發(fā)器的簡單和低性能硬件結(jié)構(gòu)來制造CIoT設備。

4 一種可行的GSM網(wǎng)絡的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應用實例

隨著技術的進步，提出基于GSM的萬物互聯(lián)已成為可能。一個物聯(lián)網(wǎng)實例實現(xiàn)流程（圖1）：

（1）設計合適的基礎電路，將物聯(lián)網(wǎng)應用模塊與GSM連接。

（2）測試，實現(xiàn)和建立微控制器，傳感器和GSM之間的通信。

（3）開發(fā)外部傳感器使GSM可以準確監(jiān)控收發(fā)指令。

（4）開發(fā)一個能夠在緊急情況下發(fā)送SMS警報消息的系統(tǒng)。

（5）開發(fā)一個可以在線監(jiān)控并在云上存儲數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

可以在基于GSM的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用GSM網(wǎng)絡和超大規(guī)模集成（VLSI）技術的方法。得到快捷高效的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。使用GSM模塊啟動計算機和GSM模塊之間的通信。GSM模塊需要應用SIM的調(diào)制解調(diào)器，類似于移動電話。系統(tǒng)設計一個獨特的IMEI用于識別，當輸入?yún)?shù)超出設定的條件時，GSM模塊將向接收方發(fā)送消息。由于通過電纜傳輸數(shù)據(jù)很麻煩，將ZigBee引入系統(tǒng)，因為它比藍牙更節(jié)能。它還提供更多的節(jié)點和更好的網(wǎng)絡靈活性。該系統(tǒng)可以通過GPS的集成來增強。這些數(shù)據(jù)從各自的傳感器中提取，并使ZigBee發(fā)送到本地服務器。

任何異常的情況下，微控制器向GSM模塊發(fā)送警報命令。輸入TCP IP命令以便能夠與云服務進行握手。然后使用API密鑰啟動“GET”命令，將通過TCP IP協(xié)議與AT命令一起發(fā)送。數(shù)據(jù)的長度將與之前檢測到的值一起發(fā)送。如果數(shù)據(jù)的傳輸尚未成功傳輸，則由于引入的循環(huán)，它將再次執(zhí)行此步驟。

5 結(jié)語

GSM是第二代移動電話系統(tǒng)，雖然目前第4代移動通信系統(tǒng)、第五代移動通信系統(tǒng)飛速發(fā)展，不斷創(chuàng)新，GSM的應用還有許多可以探索，以GSM網(wǎng)絡架構(gòu)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)具有其獨特的優(yōu)勢。覆蓋范圍廣，可以大范圍接入，同時可以通過設計低功耗設備進行偏遠地區(qū)長時間待機。

Research on GSM Network Deployment of Cellular Internet of Things

CHEN Guang-hong

（Guangdong Southern Telecom Planning Consulting Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen? Guangdong? 518038）

Abstract：The Internet of Things connects things through the network. At present， the developed and mature wireless access network has the characteristics of large capacity and flexibility. It can provide fast data transmission rate and support a wide range of applications. At present， the cellular Internet of Things system deployed in the GSM network can be constructed by combining the GSM module with the Internet of Things technology. In the support technology of Internet of Things， cellular network based on communication network is a promising solution.

Key words：GSM; Internet of Things; cellular network