Hur intelligenta maskiner kan ta över GSM-nätverket

Redan 1991 ringde Finlands dåvarande premiärminister Harri Holkeri ett telefonsamtal som skulle gå till historien, åtminstone när det gäller triviafans. Detta var det första samtalet som gjordes med GSM-telefonprotokollet som sedan dess har dominerat mobila telekommunikationsnät runt om i världen. Under 2008 var mer än tre miljarder människor anslutna till detta nätverk.

GSM är en så kallad andra generationens teknik och sedan dess har den ersatts av 3G- och 4G-nät. Nu överväger telekommunikationspolitiker runt om i världen att stänga av GSM-nätet och hitta andra användningsområden för de radiofrekvenser som tilldelats det. Den kinesiska staden Macau kommer att bli den första, efter att ha planerat att fasa ut sina GSM-nät från juni nästa år.

Det kan vara ett kortsiktigt beslut. I dag säger tyska Corrales Madueňo och några kompisar vid Aalborg Universitet i Danmark att GSM-systemet borde bli ett dedikerat nätverk för intelligenta maskiner att kommunicera med varandra. De har beräknat kapaciteten för ett sådant nätverk och hur det skulle kunna bli kommunikationsryggraden i en ny generation smarta mätare.

Våra resultat visar att, med en lämplig omkonstruktion, kan GSM-nätverk stödja en förvånansvärt massiv M2M (maskin-till-maskin) enheter på ens en enda frekvenskanal, säger Madueňo och co.

En av de största utmaningarna för nätverksingenjörer är att hitta sätt att öka hastigheten med vilken individer kan skicka och ta emot data. De senaste 4G-nätverken kan ladda ner data med hastigheter på upp till en gigabit per sekund. Däremot klarar GSM mindre än 300 kilobits per sekund. Det är därför GSM blir allt mer föråldrad för användare av smarttelefoner.

Utmaningen för maskin-till-maskin-kommunikation är dock en annan. Här är målet inte att öka den totala datahastigheten utan distribuera den effektivt till många terminaler. Så den globala täckningen av GSM gör det till ett idealiskt fordon för denna typ av kommunikation.

För att ta reda på om nätverket skulle kunna hantera en framtida generation av smarta mätare, beräknade Madueňo och co de siffror som sannolikt kommer att visas i en standardförortsmiljö tillsammans med hur ofta de sannolikt kommer att skicka data och hur mycket.

De antar att det inom 1 000 meters radie från en standardbasstation, med ungefär tre smarta mätare per hem, sannolikt kommer att finnas över 20 000 enheter som tävlar om att kommunicera över nätverket. Dessa sträcker sig från smarta gas- och elmätare som skickar data med några minuters mellanrum, till kreditkortsmaskiner i lokala butiker och till och med trafiksensorer och filmuthyrningsmaskiner. De flesta kommer sannolikt inte att skicka mer än några hundra byte åt gången och ofta mycket sällan.

Madueňo och co säger att nätverket kan göras mer effektivt genom att anta att många av enheterna kommer att ha mycket liknande krav som kan tillgodoses mycket med några enkla tekniska förändringar.

Dessa förändringar bör göra nätverket mer effektivt. De fortsätter med att beräkna att en GSM-cell som arbetar på en enda frekvens kan stödja upp till 70 meddelanden per sekund. Detta innebär att cirka 13 000 smarta mätare rapporterar var femte minut. Det är 133 procent mer än vad som är möjligt med nuvarande GSM-nätsstandarder.

Det är en intressant idé. Om ett globalt nätverk måste startas från början för att tillgodose kommunikationskraven för smarta mätare, skulle det vara en stor utmaning. Så det är vettigt att använda en befintlig resurs för detta ändamål.

Även om de tekniska utmaningarna verkar enkla, kommer ett svårare hinder att få en global överenskommelse om att använda GSM på detta sätt. Radiofrekvensfastigheter är en värdefull vara, så bli inte förvånad om det finns en hård kamp framför dem som stödjer denna idé.

Ref: arxiv.org/abs/1410.6627 : Omarbetar GSM/GPRS mot ett dedikerat nätverk för massiv smart mätning

Dölj