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Open GSM/3G - Iniciação Científica: mudanças entre as edições

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= Versão Oficial =
= Versão Oficial =


== Objetivos ==
== Título ==
* Proposta de implementação de uma rede móvel baseada em solução open-source
* Criação de uma rede GSM acadêmica
* Implementação de uma rede GSM open-source para fins acadêmicos
* Estudo, aperfeiçoamento e implementação de uma rede GSM open-source
* PRoposta para criação de uma rede de telefonia móvel baseada em colaboração
* Implementação de uma rede GSM/GPRS acadêmica baseada em tecnologia open-source
* '''Proposta de implementação de uma rede móvel com funcionalidades básicas do serviço de telefonia GSM/GPRS baseada em tecnologia Open-Source'''
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O objetivo deste projeto é implementar uma estrutura de rede móvel composto por uma controladora de estações radio-base (BSC) que desempenhe as funções de gerenciamento ...
== Palavras-chave ==
* BSC, GPRS, GSM, OpenBSC, rede móvel, telefonia celular


== Justificativa ==
== Key Words ==
* BSC, Cellular telephony, GPRS, GSM, mobile network, OpenBSC


= Versão Rascunho =
== Resumo ==


== Objetivos ==
O objetivo deste artigo é propor a implementação de uma estrutura de rede móvel composta por uma controladora de estações radio-base (BSC) que desempenhe as funções de controle, gerenciamento, sinalização e transporte de chamadas de voz e de dados.


O objetivo deste projeto é desenvolver a solução Gateway RNC que desempenha as funções de controle de rádio de um serviço 3G e posteriormente para a tecnologia LTE. A finalidade principal é fornecer um serviço de transmissão de dados, excluindo-se neste caso, o serviço de voz, que permita executar tarefas como navegação na internet, acesso a email, transferência de dados, etc.  
Adicionalmente, permitir que se evolua para a implementação dos elementos de uma rede móvel de terceira geração, porém provendo serviços apenas de dados e dessa forma facilitar o aprendizado dos alunos e gerar novas aplicações sem a necessidade de ter uma infraestrutura de software adquirida junto aos fabricantes tradicionais.


Na prática, um usuário com um dispositivo móvel conectado a um modem poderá acessar um serviço de dados numa rede particular com as seguintes funcionalidades básicas: registro na rede, aquisição de um endereço IP (Internet Protocol) e transferência de dados dados para a rede mundial de computadores. Todo o desenvolvimento deste projeto será baseado em soluções open-source integradas a equipamentos comerciais como rádios e aparelhos móveis. Ainda será necessária a conexão com centrais telefônicas tradicionais.


Efetivamente, um cliente com um dispositivo móvel conectado a um modem poderá acessar um serviço de dados numa rede particular com as seguintes funcionalidades básicas: registro na rede, aquisição de um endereço IP (Internet Protocol) e transferência de dados dados para a rede mundial de computadores.
== Objetivos ==
As soluções deste projeto serão baseadas em soluções open-source utilizando de estruturas reais como rádios, aparelhos móveis e conexão com centrais telefônicas comerciais.
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== Justificativa ==
O objetivo deste projeto é implementar uma estrutura de rede móvel composto por uma controladora de estações radio-base (BSC) que desempenhe as funções de controle, gerenciamento, sinalização e transporte de chamadas de voz e de dados.


A tecnologia de telefonia móvel 3G está presente na maioria dos países provendo serviços de comunicação que envolve chamadas de voz, chamadas de dados e outras tantas funcionalidades. A abrangência deste serviço pode ser verificada com a migração cada vez maior de usuários de telefonia fixa para móvel e também pela utilização maciça de aparelhos celulares, de crianças aos mais idosos, de usuários mais favorecidos até as camadas mais pobres da população mundial.
Adicionalmente, permitir que se evolua para a implementação dos elementos de uma rede móvel de terceira geração, porém provendo serviços apenas de dados e dessa forma facilitar o aprendizado dos alunos e gerar novas aplicações sem a necessidade de ter uma infraestrutura de software adquirida junto aos fabricantes tradicionais.


Para oferecer o serviço de telefonia celular, a RNC (Radio Network Controller) é essencial pois intermedia toda a comunicação entre as estações radio-base e a central de comutação celular. Acontece que este elemento de rede é um conjunto de hardware e software que  gera elevados gastos para as empresas fornecedoras do serviço, pois as mesmas precisam comprar licenças dos fabricantes, para que possam utilizá-las e este custo aumenta à medida que mais usuários solicitam acesso à rede móvel.
Efetivamente, a proposta é desenvolver uma solução que desempenha as funções de controle de rádio de um serviço 3G. A finalidade principal é fornecer um serviço de transmissão de dados, excluindo-se neste caso, o serviço de voz, que permita executar tarefas como navegação na internet, acesso a email, transferência de dados, etc.


Essa solução já vem sendo comercializada por algumas empresas fornecedoras no mundo, como Nokia, Ericsson, Huawei e outras poucas. Já a algum tempo e as operadoras se veem "amarradas" a este pequeno círculo de fabricantes. Desenvolver uma solução que possa ser utilizada pelas operadoras que permita reduzir o custo é algo até pouco tempo impensável, já que os fabricantes utilizam-se de dezenas de profissionais dedicados às pesquisas e criações destas soluções poré, com o passar do tempo, com pesquisadores no mundo todo colaborando para a inovação tecnológica isso passou a ser possível. O desafio de criar uma solução que possa substituir as soluções atuais com o desenvolvimento de um grupo de pesquisadores é arrojado e ainda permitirá evoluir para as próximas gerações de rede como por exemplo, o LTE (Long Term Evolution).


Nesse contexto, o projeto de desenvolvimento de uma RNC se mostra bastante interessante, uma vez que, seu desenvolvimento ocorrerá por código aberto, ou seja, com a colaboração de estudantes, pesquisadores, engenheiros e demais interessados, e utilizando-se de software open source. Consequentemente, as companhias que hoje, dispendem elevadas quantias para a compra de licenças, poderão utilizar a solução construída através desse projeto, poupando gastos e tendo autonomia para evolução tecnológica. Uma vez reduzidos os custos para as empresas, as mesmas podem repassar essa economia ao consumidor final facilitando o acesso às camadas menos favorecidas.
Na prática, um usuário com um dispositivo móvel conectado a um modem poderá acessar um serviço de dados numa rede particular com as seguintes funcionalidades básicas: registro na rede, aquisição de um endereço IP (Internet Protocol) e transferência de dados dados para a rede mundial de computadores. Todo o desenvolvimento deste projeto será baseado em soluções open-source integradas a equipamentos comerciais como rádios e aparelhos móveis. Ainda será necessária a conexão com centrais telefônicas tradicionais.


Dados preliminares fornecidos pela Agência Nacional de Telecomunicações (Anatel) mostram que ao final do mês de janeiro de 2011, haviam no Brasil 207,6 milhões de aparelhos celulares e desse total 20,1 milhões eram 3G, o que representa 9,7% dos aparelhos. No mundo, segundo a União Internacional de Telecomunicações (UIT), Wireless Intelligence e Global Mobile Suppliers Association (GSA)/Informa existiam no terceiro trimestre de 2010 5,1 bilhões de aparelhos e no mesmo ano 800 milhões, ou seja, aproximadamente 15,7% eram 3G, segundo dados da GSM Association,''' GSA e CDG - ???'''. [Bruna]
==Justificativa==


<font color="pink"><b>Global mobile Suppliers Association (GSA) - Funciona com uma associação de instituições da área de telecomunicações, tem funções como promover diálogo entre os membros, realizar estudos de casos e ações a nível mundial e regional para abertura e desenvolvimento do mercado, tudo isso para aumentar a promoção de tecnologias GSM / EDGE / WCDMA-HSPA, HSPA Evolved (HSPA +) e LTE / SA no mercado global.
A tecnologia de telefonia móvel está presente na maioria dos países provendo serviços de comunicação que envolve chamadas de voz, chamadas de dados e outras tantas funcionalidades. A abrangência deste serviço pode ser verificada com a migração crescente de usuários de telefonia fixa para móvel e também pela utilização maciça de aparelhos celulares, de crianças aos mais idosos, de usuários mais favorecidos até as camadas mais pobres da população mundial.
Site: [http://www.gsacom.com/]<br></b></font>
 
As inovações de tecnologias e serviços vem alterando o sistema de telecomunicações.Varias possibilidades de evolução do sistema, principalmente em um ambiente de competividade,  faz necessario uma etapa de planejamento.Uma destas possibilidades, o GSM,foco desde trabalho, lidera o ranking de utilização de tecnologias de comunicação móvel, segundo a Anatel, em dezembro de 2010 haviam no Brasil 178.108.707 celulares GSM e em julho de 2011 esse número é de 186.886.207 aparelhos, o que representa 85,99% do total de celulares do país. Um crescimento de 1.253.928 aparelhos por mês. Ainda segundo a associação, para cada 100 habitantes em território brasileiro, exitem 95,98 aparelhos celulares e um total de 217.345.962 aparelhos no mesmo período. Já a empresa Gartner, publicou uma pesquisa onde mostra que foram vendidos 427,8 milhões de telefones celulares no primeiro trimestre de 2011. Em comparação com o mesmo perído de 2010, este número representa um crescimento de 19%. No mundo, a participação do GSM também é expressiva, no final de 2010, haviam 5,1 bilhões de celulares, segundo a UIT, Wireless Intelligence e GSA/Informa. O Brasil está entre os principais mercados do mundo e no ranking de operadoras de 2010, a China Mobile, Vodafone, América Móvil, Telefonica e China Unicom são as cinco primeiras colocadas, de acordo com dados fornecidos pelas próprias operadoras.


<font color="pink"><b>CDMA Development Group (CDG) - trabalha também como associação de empresas da área de telecomunicações, no sentido de agilizar a evolução e a implantação de CDMA2000 e sistemas LTE. Isto inclui definição de aplicações e funcionalidades,estabelecimento de relações estratégicas com ministérios, órgãos reguladores e organizações do setor para promover a cooperação e consenso em questões enfrentadas na área, promover objetivos comerciais entre os membros associados.
Essa grande utilização do GSM, é devido a  muitas vantagens proporcionadas para os envolvidos no negócios: os usuários se beneficiam da alta qualidade de voz, da taxa de transmissão de dados e das chamadas a custo reduzido, principalmente pelas mensagens SMS; as operadoras , que conseguiram reduzir seus custos acarretado pela interoperabilidade entre os diversos equipamentos dos mais variados fabricantes, já que GSM é um padrão aberto e por esta característica facilita a proposta deste trabalho.
Site: [http://www.cdg.org/]<br></b></font>


Esses dados mostram que a tecnologia 3G é bastante empregada no Brasil e no mundo, mas existe uma parcela significativamente maior de consumidores em potencial. No Brasil, menos de 10% dos aparelhos são 3G, logo, com a redução do valor cobrado pelo serviço oferecido é possível que muitos consumidores migrem para a tecnologia da terceira geração e futuramente para o LTE. Dessa forma, estaremos contribuindo para a inclusão social baixando os custos dos serviços de telefonia e permitindo que uma base maior de pessoas tenha acesso aos serviços básicos de comunicação.
Como se tornou a tecnologia de mais ampla utilização,  incorporá-la no currículo das escolas ,parece bastente interressante,propondo a ensinar as teorias sobre as comunicações móveis. Interessante tambem seria ensinar no nível prático, as formas de transmissão, de comunicação, de modulação e outras tantas atividades desempenhadas por exemplo numa chamada entre aparelhos celulares.Porem a aquisição de uma infraestrutura, por menor que seja, é inviável para uma academia. Resta ao professor e aluno, restringir a aula a um conjunto de slides, filmes e fotos das plataformas de telecomunicações. Com muita sorte podem conseguir uma visita a uma central ou a elementos de uma rede móvel para conhecer ao vivo e a cores o funcionamento básico, porém sem cogitar em manipular alguma coisa.


Esta proposta de trabalho, exige estudo e dedicação dos envolvidos no projeto. Logo, além de gerar redução de gastos para empresas de telecomunicações, uma possível redução de custos para o usuário da tecnologia 3G, e um consequente aumento no número de usuários, o desenvolvimento de uma Radio Network Controller, contribuirá para a aprendizagem, o crescimento e instigará os participantes do projeto a pensar e colocar em prática, soluções inéditas, geradas pelo próprio grupo ou ainda, através de colaborações pelo mundo. Esse conhecimento aprofundado do grupo envolvido sobre as soluções a respeito da tecnologia 3G trará condições para que se assimile as atuais propostas de telefonia como W-CDMA e LTE (Long Term Evolution) e com a mesma visão poderá se pensar em prover soluções inovadoras e independentes dos grandes players.
Uma ansiedade da comunidade academica é disponibilizar acesso a tantas modalidades de serviço que hoje são relegadas aos ambientes proprietários das grandes operadoras que dependem dos mega fornecedores. Conseguindo implementar um ambiente próximo do real que é oferecidos pelas empresas de telecom haveria condições excelentes para que as escolas melhorassem o padrão do aluno e do professor com relação ao seu desempenho e aos resultados gerados a partir disso, como publicações, protótipos e novas aplicações e serviços.


As empresas que contarem com essa conhecimento, terão mais facilidade e autonomia no planejamento, implantação e evolução dos serviços de telecomunicações do mundo móvel e assim poderão acelerar a criação e implementação de novos serviços. Essa divisão em fases, primeiro com o 3G e depois com o LTE, é viável porque ainda é grande a expansão da tecnologia 3G no mundo, onde ainda não há número expressivo de usuários. Gradativamente, poderão ser desenvolvidas soluções para os usuários ansiosos pela quarta geração.
A implementação da proposta deste projeto é factível porque existem  iniciativas no mundo open-source que permitem que a equipe inicie seu desenvolvimento a partir de um ambiente disponibilizado por outros colaboradores. É uma tarefa árdua mas que será baseada numa solução já testada e validada por pesquisadores de outros países. A intenção aqui é dar continuidade num trabalho bastante evolúído e que depende de implementações específicas para que se torne uma solução capaz de atender aos serviços mínimos de telefonia móvel.


O escopo deste projeto é limitado à transmissão de dados, portanto o serviço de voz tradicional não seria tratado. Com este desenvolvimento atingíriamos principalmente as principais expectativas como:
Outra grande oportunidade presente neste trabalho é a possibilidade de evoluir para novas gerações das tecnologias presentes. Com a infraestrutura instalada para o GSM, poderá ser planejada uma nova fase para implantação de soluções que envolvem a terceira e/ou quarta geração da telefonia celular.
* Diminuição dos gastos com o software e conseqüentemente os gastos para o usuário final;
* Conhecimento aprimorado da tecnologia, que já uma das mais utilizadas no mundo das telecomunicações;
* Melhoria nos serviços prestados atualmente;
* Criação e construção de novos serviços para futuras demandas;
* Expansão da tecnologia 3G para futuramente atender os usuários da tecnologia LTE.
 
Seguindo a mesma linha deste trabalho, existem algumas iniciativas no mundo. Uma delas é da Juniper, empresa lider no fornecimento de equipamentos e aplicações de redes, propõe uma solução open source denominada MobileNext para redes móveis 2G, 3G e LTE que pode ser usada num roteador proprietário para implementar serviços como Inspeção de pacotes, Otimização de vídeo, Balanceamento de carga, Firewall, NAT e tráfego. Opções interessantes que permitem aprofundar em aspectos de software que poderão trazer flexibilidade e redução do TCO (Total Cost of Ownership) às operadoras móveis.
 
Esta facilidade fornecida pela Juniper para entender e aprofundar em elementos chaves do núcleo de rede móvel, disponibiliza um gateway com funções de uma GGSN, outro gateway com funções de uma SGSN e ainda uma solução de Policy Manager. Apesar destes benefícios, esta proposta está vinculada aos equipamentos da empresa fabricante. O ideal seria que não se vinculasse a um equipamento específico.
 
'''Pesquisar 3G-324M'''
 
 
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== Introdução ==
== Introdução ==


A terceira geração de telefonia móvel sucedeu a geração 1G, que facilmente permitia fazer chamadas de voz em aparelhos analógicos e a geração 2G, com aparelhos móveis digitais que adicionaram funcionalidades como fax, dados e mensagens de texto. O 3G trouxe as possibilidades de serviços multimídia e transferência de dados em alta velocidade provendo vídeo, áudio e outras aplicações sobre dispositivos móveis. Esta última geração alavançou o desenvolvimento de serviços para celular, focando prioritariamente em dados, integrando os serviços de redes físicas de telecomunicações e o mundo Internet. Esta evolução permitiu que aplicações envolvendo mídias e dados fossem bastante popularizadas. Como o desempenho da rede em termos de capacidade e qualidade de serviço (QoS), e ainda os custos de utilização se aproximaram dos fornecidos pelas redes DSL, a demanda foi e continua a ser crescente em todo o mundo.
A Telefonia Móvel é um dos serviços mais utilizados atualmente por uma série de fatores como aparelhos a preços acessíveis, mobilidade, inúmeras funções disponíveis e ainda ampla cobertura, podendo ser usado a nível global. A mobilidade, um dos fatores alavancadores da tecnologia só é possível graças à utilização da radiodifusão como meio físico de transmissão.  


O 3G é um padrão proposto pela ETSI (European Telecommunications Standards Institute) que ao se juntar com os padrões propostos no Japão passou a ser referenciada como UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) e é um dos padrões ratificados pelo ITU-U, órgão mundial para normatização e evolução das tecnologias de telecomunicação.
Nas primeiras implementações de sistemas de comunicação móvel, uma prática comum era tentar atingir grandes áreas de cobertura através de transmissores de alta potência. Essa tentativa era agravada pela limitação do número de usuários em função da alocação de uma frequência única para cada conexão. Posteriormente, surgiu o conceito de telefonia celular, que dividia em regiões denominadas células, as áreas a serem cobertas. Com a implementação do handover que permitia ao usuário se deslocar pelas células sem que o sinal caísse, essa proposta foi efetivamente adotada [1] [2].


O serviços providos pela terceira geração vêm evoluindo, gradativamente incorporam novas aplicações que encontram nos mais variados segmentos da sociedade, um uso efetivo e cada vez mais amplo. Os principais destaques são as mensagens como SMS (Short Message Services), EMS (Enhanced Message Services) e MMS (Multimedia Message Services), as técnicas de LBS, serviços baseado em localização, os codecs de vídeo 3G-324M e a possibilidade de comunicação via PTT (Push-To-Talk), todos estes convergindo para a rede Tudo-IP.
Para criar condições de montar células que cobrissem áreas específicas foi instituída a figura da Estação Radio Base (ERB) que era a ligação entre uma central de comutação e o aparelho móvel. Entre o aparelho e a estação radiobase, o acesso era por radiodifusão e entre a estação radiobase e os demais elementos até a central, normalmente por interfaces físicas. Foi possível atender à crescente demanda de usuários simplesmente aumentando os canais disponíveis numa ERB para uma determinada região, tudo isso sem exigir muito da potência de transmissão. Com a possibilidade de reutilização das frequências em células não contíguas, tornou-se ainda mais eficiente o processo de atender as chamadas em larga escala.  


A exigência cada vez maior pelos serviços de dados trouxe uma corrida de pesquisadores, engenheiros e demais profissionais de tecnologia para o aperfeiçoamento das tecnologias disponíveis e o 3G teve sua uma grande aceitação com o desenvolvimento do padrão HSPA (High Speed Packet Access), uma evolução do 3G/WCDMA, que foi gradativamente melhorando a performance das redes com custos acessíveis provendo taxas até 20 Mbit/s. Existia ainda a divisão em duas frentes: downlink com maior capacidade denominado de HSDPA e uplink com capacidade menor de transmissão de dados, definido com HSUPA.
Assim, a evolução das tecnologias de telefonia celular foi organizada em gerações com o objetivo de facilitar seu entendimento. A primeira geração, implementada a partir dos anos 80, tinha como característica marcante a transmissão analógica, atingia qualidades adequadas para chamadas de voz, porém era inviável para transmissão de dados. No início da década de 90, a segunda geração confirmou toda a expectativa da comunidade mundial num serviço eficiente de telefonia móvel, nesse momento, já utilizando o padrão digital permitia serviços confiáveis para voz e dados. Com a atuação maciça de pesquisadores, cientistas, engenheiros e demais profissionais, surgiram gerações intermediárias. Inicialmente criou-se a tecnologia Global System for Mobile (GSM), logo em seguida, aproveitando a infraestrutura do GSM surgiu a geração 2,5 também chamada General Packet Radio Service (GPRS) e 2,75 ou Enhanced Data rate for GSM Evolution (EDGE) com foco direcionado para o aumento da capacidade de transmissão de dados. A terceira geração (3G) consolidou definitivamente a aceitação global da telefonia celular como serviço adequado para os mais diversos fins, incluindo o acesso a internet. Neste momento, o mundo vive a fase de introdução da quarta geração que promete, principalmente taxas ainda maiores para as chamadas de dados.


A infraestrutura 3G consiste de rede de acesso por rádio (RAN) e uma estrutura central de rede, que se aproxima em termos de topologia das versões anteriores como o GSM. O 3G é  organizado num domínio comutado por circuitos que inclui a MSC 3G para comutação das chamadas de voz e outro domíno comutado por pacotes além de elementos que provem funções específicas.
Cada nova geração não exclui os avanços da geração anterior, e sim, aproveita-os, acrescentando novos recursos e funcionalidades. Sendo assim, a criação de redes 3G não determinou o fim da utilização de redes GSM. Ambas funcionam simultaneamente, existindo compatibilidade de tecnologia e uso conjunto do núcleo da rede, também denominado Core Network, composto por bancos de dados como VLR e HLR e pela própria controladora MSC.


A figura 1 mostra os elementos principais que fazem parte de uma topologia de uma rede de voz GSM/3G. A funcionalidade RAN é independente da funcionalidade do núcleo de rede. A rede de acesso fornece uma tecnologia de núcleo de rede independente do acesso para os terminais móveis para diferentes tipos de serviço, ou seja, é possível prover serviços de dados independentes do serviço de voz e vice-versa. A rede 3G consiste de dois novos elementos, conhecidos como NodeBs e RNCs (Radio Netork Controller). NodeBs são semelhantes às estações radio-base (BTS) da segunda geração. Já a RNC, foco principal deste trabalho, substitui as controladoras de estações radio-base (BSC). Uma RNC tem importantes funções como o gerenciamento dos recursos de rádio, suporte a conexões de chamadas comutadas a circuito e comutadas a pacote, decisões sobre handover e soft-handover, controle de potência, gerenciamento de mobilidade e criptografia de dados. Elementos como HLR, AuC e EIR atendem podem atender a várias tecnologias.
A proposta deste projeto é implementar, por software, todas as funções  que permitem a operação real de um serviço de telefonia móvel usando a tecnologia GSM. Denominado como OpenBSC [6], projeto este que é uma extensão da proposta de colaboração implementada pelo grupo Osmocom, da Alemanha, objetiva incluir funcionalidades executadas por componentes da rede GSM que serão descritos no desenvolvimento deste projeto, são eles: BSC, MSC, HLR, AuC, VLR e EIR. A parte de dados GPRS não será contemplada neste momento. Para atender a essa expectativa, espera-se evoluir a partir deste projeto para a rede 3G que demonstra ser mais interessante implantar a estrutura de chamadas de dados devido à maior capacidade de transmissão.
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[[Arquivo:3G-Voz.png|Figura 1 - Topologia de rede de voz 3G/GSM |center]]
Logo, quando implementado o projeto, os alunos poderão aprender sobre o funcionamento de uma rede de telefonia móvel e seus elementos, realizando testes na estrutura montada, primeiramente com tecnologia GSM, mas podendo extender o aprendizado adquirido para a terceira geração (3G) e suas próximas evoluções.
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Figura 1 - Topologia de rede de voz 3G/GSM
== Desenvolvimento ==
 
 
O caminho de dados dentro da rede 3G incluem as SGSNs (Serving GPRS Support Nodes), responsáveis pelo registro de usuários, tarifação das transações, criptografia e gerenciamento da mobilidade e as GGSNs (Gateway GPRS Support Node) que interfaceiam com HLRs (Home Locator Register) para recuperar o perfil dos usuários móveis e completar suas chamadas. Outros elementos complementares auxiliam na geração do serviço de comutação de pacotes do 3G. A figura 2 mostra uma visão clara das relações entre os vários elementos inclusive com a rede GSM.
 
 
[[Arquivo:3G-Topologia.png|Figura 2 - Topologia de rede de dados 3G/GSM |center]]
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Figura 2 - Topologia de Rede 3G - Dados
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A interconexão entre os vários elementos na RAN e entre a RAN e o núcleo de rede é sobre as interfaces Iub, Iur e Iu. Os protocolos que suportam a infraestrutura de rede 3G sem fio são brevemente descritos abaixo:
O projeto é baseado na solução iniciada pelos pesquisadores da Osmocom, um grupo cooperativo que disponibiliza uma base de software que pode ser utilizada para pesquisa e colaboração por universidades, empresas e demais interessados no mundo inteiro. A solução provida por este grupo permite a implementação deste ambiente e sugere alguns equipamentos que podem ser utilizados para tal fim.
* Global Mobility Management (GMM): protocolo que inclui funcionalidades de conexão, desconexão, segurança e roteamento;
* Node B Application Part (NBAP): fornece procedimentos para distribuição paging, broadcast e gerenciamento de recursos lógicos;
* Packet Data Convergence Protocol (PDCP): mapeia características de alto nível para protocolos a nível de interface de rádio;
* Radio Link Control (RLC): provê um controle de enlace lógico sobre a interface de rádio;
* Medium Access Control (MAC): controla os processos de sinalização de acesso (request e grant) para o canal de rádio;
* Radio resource Control (RRC): gerencia a alocação e manutenção das vias de comunicação de rádio;
* Radio Access Network Application Protocol (RANAP): encapsula a sinalização na camada de alto nível. Gerencia a sinalização e conexões GTP entre a RNC e 3G-SGSN e também a sinalização e conexões de comutação por circuito entre a RNC e 3G MSC;
* Radio Network Service Application Part (RNSAP): implementa a comunicação entre as RNCs;
* GPRS Tunnel Protocol (GTP): protocolo que tunela as unidades de dados através do backbone IP adicionando informações de roteamento. GTP opera no topo do TCP/UDP sobre IP;
* Mobile Application Part(MAP): suporta a sinalização entre SGSN/GGSN e HLR/AuC/EIR;
* AAL2 Signaling (Q.2630.1, Q.2150.1, Q.2150.2, AAL2 SSSAR, and AAL2 CPS): conjunto de protocolos usados para transferir voz sobre backbones aTM usando ATM adaptation layer 2;
* Sigtran (SCTP, M3UA): conjunto de protocolos usados para transferir protocolos de sinalização SCN sobre a rede IP.


Este projeto pretende focar em parte dos protocolos acima, os quais se relacionam diretamente com as funções de uma RNC. São eles: SCTP e NBAP.
Uma rede de telefonia celular GSM é construída a partir de três elementos principais: o conjunto estação radiobase e controladora, a estação móvel e a central de comutação móvel [4].  


O SCTP (Stream Control Transmission Protocol) é um protocolo da camada de transporte no modelo OSI, similar ao TCP, mas que possui alguns recursos a mais, além de algumas funcionalidades do UDP. Justifica-se a utilização desse protocolo pelas características de ''multihoming'' além do que o 3GPP recomenda-o para esse trabalho.
As estações móveis mantêm um transceptor de voz e dados que se comunica com os rádios das estações radiobase em qualquer um dos canais alocados, referenciados como link direto e link reverso. O processo exige que mensagens de controle sejam trocadas entre a estação móvel e a estação radiobase, por exemplo, pedido do móvel para acessar um canal, resposta para o móvel identificar o canal alocado e mensagens da base para o móvel, para que este sintonize outro canal, quando num momento de handoff.  


'''Explicar que o SCTP é uma evolução do TCP e detalhar algumas de suas características ou benefícios.''' [Thiago]
As estações radiobase ou Base Transceiver Station (BTS), são elementos da rede GSM responsáveis pela comunicação entre a estação ou unidade móvel e o núcleo da rede. Sendo assim, as BTSs, juntamente com a Base Station Controller (BSC), constituem a rede de acesso até a central de comutação móvel. Uma BTS é constituída por uma estrutura física de torre e antenas que abrigam um transceiver, que transmite e recebe os sinais captados dos aparelhos móveis distribuídos na sua região de cobertura. Complementa um conjunto de microprocessadores que controlam, monitoram e supervisionam as chamadas entre os dispositivos móveis. A BTS também tem a responsabilidade de avaliar os níveis de sinal para verificar a necessidade de handoff [5].
O TCP que já foi bastante utilizado para uma transferência segura de dados, com o passar do tempo e o crescente numero de aplicações exigiu uma rápida implementação para que a transferência pudesse manter-se segura, evoluindo então para o SCTP.
O TCP garante uma transferência de dados ordenados, mas algumas aplicações não exigem uma ordenação e outras necessitam apenas de uma ordenação parcial. Outra característica é o fato de necessitar de uma conexão por strem enviado.
Já o SCTP consegue uma transferência de vários streams em apenas uma mensagem.


Controlando diretamente as estações radiobase, encontra-se a BSC que se conecta à central de comutação móvel. Entre as várias funções da BSC, destacam-se o controle dos canais da BTS e da potência dos equipamentos, manipulação das conexões entre as estações móveis e supervisão dos enlaces entre as unidades móveis e a BTS.


[[Image:IubControlPlaneIp.gif|center]]
Centralizando todas as operações da rede, por possuir uma visão sobre todas as células, a Central de Comutação Móvel ou Mobile Switched Center (MSC) é a responsável pelo gerenciamento e controle das BSCs, suporte às tecnologias de acesso e às atividades de processamento de chamadas possuindo ainda a nobre missão de interoperar com a Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC).  


Figura 2 - Protocolos das camadas de transpote e aplicação do modelo OSI
A intenção é montar uma pequena rede para utilização acadêmica com os serviços comuns de telefonia móvel e num futuro, possivelmente substituir  as soluções de software proprietárias comercializadas a altíssimos preços pelos grandes fabricantes. Como exemplo podem ser citados, os drivers para os periféricos da rede GSM analógica e digital e a pilha de protocolos GSM, da camada 1 até a camada 3.


Efetivamente, usando um telefone compatível, o sistema desenvolvido permitirá fazer e receber chamadas telefônicas, enviar e receber SMS. O foco do projeto está em desenvolver uma BSC, no lado do protocolo A-bis que permite a conexão da BTS com a BSC. Foi utilizada a especificação técnica GSM 88.5x e 12.21. Ela implementa um subconjunto mínimo da BSC, MSC e HLR.


Já o NBAP (Node B Application Part), como mostra a figura 2 acima, trabalha em uma camada acima do transporte e rede. É ele que fará a comunicação entre a RNC e a Node B, já que fornece funções de gerenciamento de recursos e canais. Não focaremos outras camadas, utilizaremos a rede IP como a mesma é hoje, por exemplo. Também no NBAP está o grande esforço desse trabalho, pois ao conseguir trocar mensagens entre a Node B e a RNC, podemos considerar finalizada o trabalho da ''Gateway'' RNC.
A figura colocada na introdução deve mostrar as interfaces A-bis, A e B.


Como citado, o NBAP está na camada de aplicação do Modelo OSI. Assim, essa aplicação permite o gerenciamento e a configuração das trocas de dados entre a RNC e a Node B, o que possibilita a RNC configurar a Node B, inclusive o gerenciamento dos canais de transporte comuns presente na Node B. Consequentemente, a mesma pode receber informações da célula através da RNC, no qual as medidas devidas são tomadas e resultados são coletados para dinamizar as trocas de informações entre os equipamentos, observando os recursos comuns entre eles para que não haja perda de dados e para que não se perca o link de rádio para que possa manter recursos dedicados a Node B, assim, o NBAP administra e supervisiona esse link, até para que não haja interferências entre vários links. Também é necessário compartilhar e controlar os canais com os recursos físicos da Node B. Caso hajam erros é possível gerar relatórios, demonstrando os erros.
O projeto pretende como resultado fornecer uma base para pesquisa e experimentação da uma rede GSM permitindo desta maneira um aprendizado profundo sobre a rede GSM em baixo nível mas operando equipamentos convencionais. Dessa forma, não se pretende, num primeiro momento, construir uma estrutura confiável e estável envolvendo uma MSC e BSC, já que uma rede comercial possui um alto nível de disponibilidade. Efetivamente, não se contemplará todos os detalhes de uma especificação GSM. Em contrapartida, levará até o pesquisador da área, um ambiente acessivel para estudo, avaliação e desenvolvimento de novas funcionalidades, como por exemplo, desafios envolvendo segurança.


A RNC gerencia o agendamento do conjunto de informações que será transmitida em larga escala por várias Node B em uma célula ao mesmo tempo, devido ao NBAP. Outra função habilitada pela aplicação é o controle dos recursos de tarefas, no qual a Node B envia informações sobre os status dos recursos dela para a RNC. Além disso, o NBAP probabiliza realizar o alinhamento dos equipamentos utilizados na comunicação, em que eles devem ter as mesmas configurações das soluções de rádio.
A solução OpenBSC foi quase que completamente numa linguagem portável mas existe uma parte não-portável: o driver de entrada que exige um kernel Linux com suporte a mISDN e um cartão de interface E1 compatível com mISDN. Vinculado a isto precisaremos ter uma BTS baseada em E1. Alguns equipamentos poderão ser adquiridos para testar a rede já que ela terá interfaces para os produtos do mercado. Um exemplo de estação radiobase que já foi testada e compatibiliza com a solução é uma microBTS Siemens ou uma nanoBTS.


== Desenvolvimento ==
Existem dois modos de configuração previstos para a solução Open BSC. O primeiro deles, é uma solução unificada, onde as funcionalidades de uma BSC são concentradas num único módulo juntamente com as funções de outros elementos da rede como MSC, HLR, VLR, etc. Esta implementaçao é muito diferente de uma rede clássica GSM na qual a BSC é apenas um dentre os vários elemento da rede. Já a BTS é um elemento necessário para ser conectado à solução OpenBSC que conterá os demais elementos integrados. Dessa forma, teremos a solução OpenBSC  podendo ser conectada às BTSs utilizando a interface Abis via conexão E1 ou IP. Para implementar as funções previstas, deverá ser usado o programa osmocom-nitb, disponibilizado pelo grupo de pesquisa.
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O desenvolvimento deste projeto implica num estudo aprofundado sobre todas as funções de uma RNC. O escopo proposto pretende limitar essas funções ao mínimo admissível num sistema comercial e ainda assim apenas para transmissão de dados. As demais funções continuariam normalmente sendo executadas no fluxo atual. Isto significa dizer que a solução RNC será usada por meio de um "desvio" na estrutura atual implantada comercialmente.
O segundo modo de configuração é o chamada only BSC que requer que tenhamos os outros elementos da rede como os descritos anteriormente. Este modo está previsto para ser implementado numa parceria com uma operadora que abra sua infraestrutura para integração com essa solução. Nesse caso, utilizaremos o programa osmoBSC.
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'''Incluir figura com a proposta da nova implementação''' [Natal]
O roadmap de implantação desta solução envolve algumas atividades específicas. A primeira delas é a inicialização da BTS onde estará preparada para assumir o controle do uso e da integridade dos recursos de rádio. A partir daí, a BSC terá condições de alocar os canais e atribui-los aos dispositivos demandantes da chamada.
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Logicamente, as etapas principais do desenvolvimento serão implementadas numa estrutura de teste mas é importante salientar que esta estrutura será simplesmente uma versão reduzida de um serviço comercial como os muitos existentes no Brasil e no mundo. Faz parte do processo de desenvolvimento a instalação, configuração e testes de equipamentos adquiridos por meio de recursos da instituição acadêmica ou ainda de parceiros.
Para prover os recursos de cadastro e perfil de serviço, a solução provê uma HLR bem simples numa base de dados SQL. A partir de uma autenticação não segura, os usuários do sistema poderão ser liberados para usar o serviço de chamadas telefônicas com verificação do IMEI e do IMSI, a partir das informações recebidas do SIM card. Os critérios de autenticação envolverão chaves baseadas no algoritmo COMP128v1 usado pela maioria das concessionárias apesar de haver métodos mais complicados e que dificultam uma clonagem, isso se o SIM Card tiver uma chave Ki conhecida. Apesar de ser divulgado que alguns pesquisadores já conseguiram clonar aparelhos GSM utilizando engenharia reversa neste algoritmo, este servirá para nossas experiências acadêmicas.


A primeira fase comporta a avaliação das funções básicas de uma RNC. Esta tem a nobre tarefa de gerenciar a ações da Node B. Entre as várias responsabilidades podemos citar:
A transmissão de pacotes com o nome da operadora  e definições de zona e horário local também é contemplada no OpenBSC e ainda mantém registro de atualização da área de localização dos último local que o aparelho móvel percorreu. Já a questão do handover é possível apenas entre múltiplas células de uma mesma BSC.
* A RNC executa uma auditoria para verificar quantas e quais células a Node B possui e quantos e quais são seus identificadores (Cell-ID's)
* A RNC examina os recursos disponíveis para verificar a situação instantânea da rede antes que novos usuários a acessem
* A RNC é responsável por ligar e desligar os portadores de rádio e gerenciar seu QoS (Quality of Service)
* A RNC cuida do planejamento de códigos que a tecnologia necessita e também é responsável pelo controle de aceitação e o código de alocação para novos rádios que entrarem na célula
* A RNC realiza um loop externo de controle de potência de 10 a 100 vezes por segundo e define o SIR (Signal-to-Interference-Ratio) para o QoS recebido.
* A RNC controla a comutação de pacotes em transmissão de dados, para que não haja congestionamento.


Consideradas estas funções como premissas, o próximo passo é entender como acontece a interação entre a RNC e Node B. A maneira mais prática e correta é analisar o padrão utilizado no mundo todo. As operadoras seguem as recomendações de órgãos nacionais e internacionais. Para realizar a comunicação entre a Node-B e a RNC é necessário seguir as normas do 3GPP (3rd Generation Partnership Project).
O serviço SMS (Short Message Service) também pode ser disponbilizado na solução OpenBSC. Ele mantém um esquema de "store and forward" para o envio e recepção de mensagens curtas incluindo roteamento entre os assinantes. Será implementado a opção de enviar mensagens pela linha de comando e também por meio de aplicações externas a partir da gravação em tabelas SQL.


Essas normas foram criadas por empresas e órgãos de telecomunicação para que existissem protocolos universais de forma que não houvesse divergência entre equipamentos utilizados em todo o mundo. Assim, é possível a efetiva comunicação entre as empresas que prestam este serviço, gerando uma globalização. Esta padronização facilita o processo de configuração, interoperabilidade e expansão das redes pelo globo. Um resultado efetivo é a questão do roaming, seja ele nacional ou internacional. Se não houvesse essa regulamentação (como acontecia nos primórdios da comunicação) o deslocamento de usuários para fora da sua região forçaria estas operadoras a discutir individualmente acordos de interconexão. Esse fato aconteceu em vários continentes e foi um dos fatores que levou a criação do GSM por exemplo, na Europa.
A função de chamada de voz, ainda o serviço principal do serviço de telefonia móvel GSM será liberado para os usuários dessa solução tanto para chamadas originadas (MO - Mobile Originated) como para chamadas terminadas (MT - Mobile Terminated). Os codificadores de voz utilizados são: EFR - Enhanced Full Rate trabalhando com taxas de 12.2 Kbit/s e o FR - Full Rate nas taxas de 13 Kbit/s. Já o esquema de compressão de áudio aprovado pelo 3GPP, AMR - Adaptative Multi Rate é oferecido apenas para a segunda versão, BSC only e tem a grande vantagem de também ser  utilizado nas redes UMTS.


No projeto é usada a norma 25.433 (http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/25433.htm), que determina regras para a interface IUB de comunicação ente a Node-B e a RNC. Nesta norma é descrita o protocolo NBAP na notação ASN.1 (Abstract Syntax Notation One), descrita no ITU-T, X.209 E X.690. Essa notação descreve detalhadamente o protocolo, de forma a manter a comunicação de todos os sistemas envolvidos sob um mesmo padrão. Essa padronização é uma vantagem muito interessante na área de telecomunicações, de tal maneira que grandes organizações como a CCITT (International Telegraph and Telephone Consultative Committee), ITU (International Telecommunications Unions) e IETF (Internet Engineering Task Force) utilizam a notação ASN.1 na definição dos protocolos.
Atendendo às atuais demandas, o serviço de transmissão de dados pode ser usufruido nas tecnologias GPRS (General Packet Radio Service) e EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). A solução OpenBSC permitirá configurar uma nanoBTS para estas duas tecnologias e poderá interoperar com uma SGSN via interface Gb. O desenvolvimento deste projeto prevê cooperar na construção do versão beta do módulo OsmoSGSN.


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Todas estas funções descritas, atestam que uma rede móvel com uma boa parte do serviços disponíveis pode ser implementada a partir de uma versão básica disponibilizada pelo grupo de pesquisa Osmocom e seguindo alguns procedimentos de instalaçã, configuração, avaliação e adaptação tem-se como resultado uma aplicação que representa todo a estrutura de uma controladora de estação radiobase que estará interoperando com uma BTS e que poderá unificar ou não os outros elementos de rede.
'''Ficou faltando escrever sobre a origem do código que será alterado''' [Natal]
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A notação ASN.1 permite a descrição de protocolos em uma notação formal, alto nível e independente da linguagem utilizada na implementação. O ASN.1 dispõe de alguns tipos básicos como: inteiro, booleano, sequência de caracteres (string), sequência de bits (bitstring); e compostos como: estruturas, listas (ordenadas ou não ordenadas), enumerações, conjuntos, etc.. A maior vantagem da notação se encontra na  possibilidade de definir novos tipos a partir dos tipos básicos e ainda especificar quais valores esses tipos podem adquirir. Cada tipo de dado seja básico, composto ou definido pelo protocolo possui uma representação equivalente na linguagem de programação utilizada na implementação, o que reforça a normalização do protocolo independentemente da implementação.
Com essa solução adaptada aos elementos externos implementados pela nossa equipe de pesquisadores, poderão ser simulados, estudados e avaliados a maioria das funções utilizadas a nível comercial para a telefonia celular GSM e a partir daí permitir a criação de novos serviços ou a migração para uma rede de nova geração.


Utilizaremos nesse trabalho a ''Release'' 6 do 3GPP (última versão) como referência para o desenvolvimento, não sendo necessário ficar totalmente preso a ela. Assim sendo, quando dificuldades forem encontradas, deveremos avaliar e utilizar outras ferramentas e soluções ''Open Source'' já existentes, para pilha de protocolos, por exemplo.
== Conclusão ==


Um ponto importante na etapa de implementação é a escolha da linguagem de programação. O 3GPP fornece especificações para várias linguagens, como Java. Em um cenário de muitos celulares e modens 3G conectados à nossa rede, a velocidade é um fator impactante. Levando isso em conta, a linguagem C se destaca como uma das opções mais viáveis.
Com a ampla aceitação e expansão dos serviços de telefonia móvel, onde a tecnologia GSM conseguiu efetivamente alavancar este negócio, pesquisadores do mundo inteiro se preocuparam em melhorar cada vez mais, as técnicas e aplicações para prover o melhor serviço para a sociedade. Apesar do GSM trazer uma documentação aberta com fácil acesso, a implementação das novas pesquisas ainda dependem de facilidades junto às operadoras que mantém toda a infraestrutura da rede. O acesso a controladoras, estações radiobases e centrais era inacessível principalmente pelo caráter de segurança necessário a este negócio.


Portanto, o terceiro passo é a implementação do controlador da RNC em linguagem C utilizando o ASN.1 descrito pelas normas dos protocolos como ponto de partida. Para isso é necessário converter a notação ASN.1 em código C, tal conversão não é uma tarefa fácil, mas que acaba facilitando o desenvolvimento e assegurando que qualquer RNC utilizando o software consiga se comunicar com qualquer outra unidade que utilize o mesmo protocolo.
Implementar e disponibilizar uma rede que permita fácil manipulação e acesso a pesquisadores, estudantes e professores passou a ser uma possibilidade quase remota. Este projeto com essa proposta pode tornar realidade uma antiga necessidade que além de facilitar o aprendizado dos envolvidos nas tecnologias de comunicação móvel permita que se crie novas aplicações envolvendo os desafios atuais e ainda que se evolua para rede de nova geração como 3G e LTE.


Existem ferramentas que convertem a notação ASN.1 nas respectivas estruturas de dados em linguagem C. Tais ferramentas são largamente testadas e quase sempre produzem um código livre de erros, um exemplo é o ASN1 Compiler (http://www.obj-sys.com/asn1-compiler.shtml). Podemos tirar vantagem desse tipo de ferramenta a fim de poupar trabalho na conversão, sendo necessário apenas corrigir raros erros provenientes da conversão automática.
As escolas, com essa estrutura similar ao utilizado pelas empresas que prestam serviço de telefonia móvel poderão acelerar e ajudar na evolução da tecnologia que tem sido fundamental para o crescimento dos países em geral.


Na sequência, tão logo o protocolo for convertido da sua representação em ANS.1 para a linguagem C, poderão ser feitas as implementações, avaliando se as funções discutidas no primeiro passo estarão totalmente disponíveis. A solução gerada deverá passar inicialmente por algumas mudanças, adequando-a ao escopo do projeto.


De posse do código que poderá vir a substituir a RNC, será instalada e configurada uma rede celular com apenas um cliente: nossa solução, onde haverá o tráfego apenas dados, portanto serão desabilitadas as funções de chamadas de voz. A proposta é criar uma microcélula com uma pequena antena que irradie ao menos a poucos metros de distância e que disponibilize acesso para pelos menos um usuário. Serviços essenciais para o negócio mas dispensáveis neste momento como handoff e roaming não serão implementados neste momento. Numa segunda etapa poderão ser atendidas todas as expectativas de um serviço completo de chamadas de dados numa rede móvel.
== Metodologia ==


Outra etapa importante consiste em avaliar a melhor solução para implementação do NBAP e SCTP. O NBAP ainda não foi estudado, mas algumas soluções livres trazem código fonte em C++, então deveremos apenas ter o esforço de compilar esses códigos. A solução escolihada para o SCTP foi o LKSCTP (Linux Kernel Stream Control Transmission Protocol), uma implementação do SCTP para o kernel do sistema operacional Linux. Uma simples exemplo foi gerado, onde criamos um cliente-servidor conectando sobre transporte SCTP. Na nossa solução, a Node B e a RNC funcionarão como cliente-servidor. O esforço final dessa etapa e talvez o mais difícil será fazer a junção dos protocolos, isto é, a Node B e RNC comunicarem via NBAP sobre SCTP.
O primeiro requisito para a implementação do projeto Open GSM é o estudo detalhado dos elementos de rede GSM. Estruturas que suportam toda a comunicação como a central MSC, as controladoras de estações radiobase e a próprias estações, denominadas BTs precisam ser profundamente conhecidas para que se tenha condição de entender perfeitamente as funções utilizadas numa solução como essa.
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Finalmente, adequaremos o código da solução escolhida, com os códigos gerados em C, e as soluções usadas na pilha de protocolos. Aqui, todo o esforço será em programação. Ao terminar, deveremos ter o escopo funcionando.
Além dos elementos de rede com suas funções e características serão estudadas também as estruturas complementares como banco de dados e demais equipamentos acessórios. Os protocolos que implementam a transmissão em cada parte da cadeia da rede de transmissão também serão analisados exaustivamente. Todo esse trabalho será baseado nas RFCs, livros e documentações de fornecedores e fabricantes.
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=== Criação de uma infraestrutura de teste ===
O cronograma previsto envolve reuniões semanais de alinhamento, discussão e publicação dos conhecimentos adquiridos. Exames também serão realizados para avaliar os componentes em relação um ao outro, o que conseguirá analisar as dificuldades e as falhas no grupo.
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Os principais equipamentos a serem utilizados seriam uma Node B, um aparelho celular e computadores. Dentre varias opções para a Node B, chamou atenção a mini Node B Flexell, produzida pela Samsung, que se trata de uma estação de base micro com pequena capacidade de 2 transportadoras / Omni e conta com uma saida de alta potência, suporta HSPDA e seu resfriamento é feito por convecção. Pesando em médias 55 kg e tendo um tamanho bastante reduzido, o fabricante indica o produto para áreas rurais ou edifício de pequeno porte. Os computadores utilizados poderiam ser qualquer um com uma configuração que não deixe a desejar para que o sistema possa funcionar e o mesmo ocorre com o aparelho celular, que poderia ser um aparelho comum com a opção de acesso a internet, podendo ser qualquer modelo ou marca e podendo também ser trocado por um modem 3G.
Outro passo fundamental é a pesquisa das soluções já existente com o mesmo objetivo proposto pelo grupo, afinal de contas, são várias as frentes no mundo que desenvolvem novos estudos e aplicações e eventualmente pode-se encontrar grupos com propostas similares. O método aplicado neste caso é colaboração já que utiliza-se neste projeto, recursos open-source. O objetivo não é apenas utilizar o que está pronto, mas também de acrescentar melhorias e experiências para o existente.
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Na fase de implementação da rede GSM com uso de serviços open-source será necessário a compreensão e adaptação ao código da já existente solução OpenBSC, do grupo Osmocom. Solução essa encontrada que mais se aproxima com a ideia do projeto. Nas análises preliminares, o que foi desenvolvido até agora atende parcialmente aos requisitos do projeto e carece de adaptações, correções e extensões no código-fonte. Este já está disponível para download.
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O projeto depende da aquisição de um BTS, física e com os requisitos básicos de um serviço comercial. Projeto de implantação e instalação de um estação radiobase com seus requisitos de infraestrutura e frequência serão contempladas.
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'''Testes da solução final'''
A princípio, para o desenvolvimento do código será utilizado a solução unificada, no qual todas a funcionalidades de uma BSC são concentradas num único módulo de simulação. Então o código da Osmocom será adaptado para interfacear com a BTS adquirida e todas as funcionalidades previstas no código serão centralizados neste módulo único.
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<br>Procedimentos:
Com o código adaptado é preciso testá-lo. Para isso, será utilizado u[a BTS disponível, no qual a BSC e a MSC serão elementos virtuais na estrutura, conseguindo atingir o primeiro objetivo da solução unificada, depois de solucionar todos os erros encontrados nesta fase de teste.
''Power on'' do Gateway RNC<br>
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#Inicialização do Sistema Operacional
#Inicialização dos processos referentes ao Gateway RNC
#Configuração básica inicial do  Gateway RNC<br>


<br>''Power on'' da NodeB
Uma das últimas fases é a homologação de todas as funções. Simulações serão feitas para avaliar se a solução desenvolvida atende aos requisitos de um serviço comercial básico. Ressalte-se que não pretende-se atingir todas as funcionalidades no nível de qualidade oferecido pelas operadoras.
#Configuração inicial básica da NodeB indicando o endereço IP do Gateway RNC.  <br>
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<br>''Power on'' da ''switch'' de dados.
Por último, será acrescentado outras funções nessa rede GSM montada, como os bancos de dados, interfaces de controle e front-ends para operação e visualização. Mas esta etapa será trabalhada apenas se todas as anteriores forem concluídas sem erros e com todas dificuldades superadas. O meio de comunicação adotado pelo projeto foi de reuniões semanais para o nivelamento de informações. Além disso, tudo que é adquirido e desenvolvido é postado numa Wiki aberta para todos do grupo, no qual o acesso é feito a qualquer hora, facilitando também a centralização de todas as informações, o que evita as perdas de ideias.
#Conexão dos cabos de rede interligando a NodeB, Gateway RNC, Analisador de protocolos e o acesso Internet à ''switch'' de dados.
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#Configurar ''mirroring'' (cópia do tráfego das portas a serem monitoradas para a porta onde o analisador de protocolos está conectado) na ''switch'' de dados. <br>
 
<br>Testes
#Teste de conectividade dos elementos usando o protocolo icmp (ping).
#Teste de captura de pacotes no analisador de protocolos.
#Restart da NodeB
#Monitorar o processo de inicialização (Audit, Setup) usando as ferramentas disponíveis (Analisador de protocolos, arquivos de log, etc.)
 
===<font color="red"><b>'''Avaliação das mudanças nessa solução e aperfeiçoamento'''</b></font>===
==='''Equipamentos'''===
Temos um problema: A BTS utilizada nos testes do projeto Open BSC, não são mais comercializadas.
No próprio site do Open BSC há uma declaração de que estão esgotadas as vendas dessas micro BTS's.
Em pesquisa no site da Siemens não encontrei sobre o equipamento mas dados do GSM no mundo,[http://www.siemens.com.br/templates/coluna1.aspx?channel=5406 Siemens - A força do GSM]
 
==='''Stress test (emulador RNC)'''===
A solução desenvolvida, antes de ser validada, deve passar por um "stress test", que significa a submissão á diversos testes para comprovar quais funções o software realiza, a fim de verificar se essa solução é capaz de permitir o acesso de um UE(user equipament) á uma transmissão de dados.
O ideal é que os testes sejam feitos com a estrutura física de uma Node B e um UE. No entanto existem softwares capazes de simular a comunicação entre os elementos da rede de acesso 3G e alguns deles poderão auxiliar o desenvolvimento desse projeto. Dentre estes pode-se listar:
 
*Agilent E5162A Protocol Emulator que deve ser utilizado juntamente com o Agilent E5160B 3GTS(3G System Test) - Permite testar tráfego de dados, protocolos das interfaces Iu, Iub e Iur, inclui compilador em linguagem C.
- Agilent Scientific, Datasheet E5162A
- Agilent Scientific, Datasheet E5160B


== Cronograma e Plano de trabalho ==


===Criação de uma infraestrutura de teste===
* '''1º Semestre'''
** 1 - Visão geral da arquitetura de uma rede GSM/3G
** 2 - Estudo detalhado dos componentes e do funcionamento de uma rede GSM/3G
** 3 - Visita a uma estrutura de rede GSM/3G
** 4 - Estudo do Modelo OSI
** 5 - Estudo aprofundado da BSC
** 6 - Apresentação à GGSN e à SGSN
** 7 - Instalação de ambiente para disponibilizar o conteúdo adquirido
** 8 - Pesquisa de soluções open source que substituem as soluções pagas


Os principais equipamentos a serem utilizados seriam uma Node B, um aparelho celular e computadores.
* '''2º Semestre'''
Dentre varias opções para a Node B, chamou atenção a mini Node B Flexell, produzida pela Samsung, que se trata de uma estação de base micro com pequena capacidade de 2 transportadoras / Omni e conta com uma saida de alta potência, suporta HSPDA e seu resfriamento é feito por convecção. Pesando em médias 55 kg e tendo um tamanho bastante reduzido, o fabricante indica o produto para áreas rurais ou edifício de pequeno porte.
** 1 - Apresentação ao software Wireshark para análise de rede
Os computadores utilizados poderiam ser qualquer um com uma configuração que não deixe a desejar para que o sistema possa funcionar e o mesmo ocorre com o aparelho celular, que poderia ser um aparelho comum com a opção de acesso a internet, podendo ser qualquer modelo ou marca e podendo também ser trocado por um modem 3G.
** 2 - Avaliação do conteúdo estudado
** 3 - Estudo do Projeto OpenBSC
** 4 - Estudo dos códigos disponibilizados pelo projeto OpenBSC
** 5 - Visita ao Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Campinas (CPqD)
** 6 - Análise de BTS's disponíveis no mercado

Edição atual tal como às 15h58min de 30 de julho de 2011

Versão Oficial

Título

  • Proposta de implementação de uma rede móvel baseada em solução open-source
  • Criação de uma rede GSM acadêmica
  • Implementação de uma rede GSM open-source para fins acadêmicos
  • Estudo, aperfeiçoamento e implementação de uma rede GSM open-source
  • PRoposta para criação de uma rede de telefonia móvel baseada em colaboração
  • Implementação de uma rede GSM/GPRS acadêmica baseada em tecnologia open-source
  • Proposta de implementação de uma rede móvel com funcionalidades básicas do serviço de telefonia GSM/GPRS baseada em tecnologia Open-Source


Palavras-chave

  • BSC, GPRS, GSM, OpenBSC, rede móvel, telefonia celular

Key Words

  • BSC, Cellular telephony, GPRS, GSM, mobile network, OpenBSC

Resumo

O objetivo deste artigo é propor a implementação de uma estrutura de rede móvel composta por uma controladora de estações radio-base (BSC) que desempenhe as funções de controle, gerenciamento, sinalização e transporte de chamadas de voz e de dados.

Adicionalmente, permitir que se evolua para a implementação dos elementos de uma rede móvel de terceira geração, porém provendo serviços apenas de dados e dessa forma facilitar o aprendizado dos alunos e gerar novas aplicações sem a necessidade de ter uma infraestrutura de software adquirida junto aos fabricantes tradicionais.

Na prática, um usuário com um dispositivo móvel conectado a um modem poderá acessar um serviço de dados numa rede particular com as seguintes funcionalidades básicas: registro na rede, aquisição de um endereço IP (Internet Protocol) e transferência de dados dados para a rede mundial de computadores. Todo o desenvolvimento deste projeto será baseado em soluções open-source integradas a equipamentos comerciais como rádios e aparelhos móveis. Ainda será necessária a conexão com centrais telefônicas tradicionais.

Objetivos

O objetivo deste projeto é implementar uma estrutura de rede móvel composto por uma controladora de estações radio-base (BSC) que desempenhe as funções de controle, gerenciamento, sinalização e transporte de chamadas de voz e de dados.

Adicionalmente, permitir que se evolua para a implementação dos elementos de uma rede móvel de terceira geração, porém provendo serviços apenas de dados e dessa forma facilitar o aprendizado dos alunos e gerar novas aplicações sem a necessidade de ter uma infraestrutura de software adquirida junto aos fabricantes tradicionais.

Efetivamente, a proposta é desenvolver uma solução que desempenha as funções de controle de rádio de um serviço 3G. A finalidade principal é fornecer um serviço de transmissão de dados, excluindo-se neste caso, o serviço de voz, que permita executar tarefas como navegação na internet, acesso a email, transferência de dados, etc.


Na prática, um usuário com um dispositivo móvel conectado a um modem poderá acessar um serviço de dados numa rede particular com as seguintes funcionalidades básicas: registro na rede, aquisição de um endereço IP (Internet Protocol) e transferência de dados dados para a rede mundial de computadores. Todo o desenvolvimento deste projeto será baseado em soluções open-source integradas a equipamentos comerciais como rádios e aparelhos móveis. Ainda será necessária a conexão com centrais telefônicas tradicionais.

Justificativa

A tecnologia de telefonia móvel está presente na maioria dos países provendo serviços de comunicação que envolve chamadas de voz, chamadas de dados e outras tantas funcionalidades. A abrangência deste serviço pode ser verificada com a migração crescente de usuários de telefonia fixa para móvel e também pela utilização maciça de aparelhos celulares, de crianças aos mais idosos, de usuários mais favorecidos até as camadas mais pobres da população mundial.

As inovações de tecnologias e serviços vem alterando o sistema de telecomunicações.Varias possibilidades de evolução do sistema, principalmente em um ambiente de competividade, faz necessario uma etapa de planejamento.Uma destas possibilidades, o GSM,foco desde trabalho, lidera o ranking de utilização de tecnologias de comunicação móvel, segundo a Anatel, em dezembro de 2010 haviam no Brasil 178.108.707 celulares GSM e em julho de 2011 esse número é de 186.886.207 aparelhos, o que representa 85,99% do total de celulares do país. Um crescimento de 1.253.928 aparelhos por mês. Ainda segundo a associação, para cada 100 habitantes em território brasileiro, exitem 95,98 aparelhos celulares e um total de 217.345.962 aparelhos no mesmo período. Já a empresa Gartner, publicou uma pesquisa onde mostra que foram vendidos 427,8 milhões de telefones celulares no primeiro trimestre de 2011. Em comparação com o mesmo perído de 2010, este número representa um crescimento de 19%. No mundo, a participação do GSM também é expressiva, no final de 2010, haviam 5,1 bilhões de celulares, segundo a UIT, Wireless Intelligence e GSA/Informa. O Brasil está entre os principais mercados do mundo e no ranking de operadoras de 2010, a China Mobile, Vodafone, América Móvil, Telefonica e China Unicom são as cinco primeiras colocadas, de acordo com dados fornecidos pelas próprias operadoras.

Essa grande utilização do GSM, é devido a muitas vantagens proporcionadas para os envolvidos no negócios: os usuários se beneficiam da alta qualidade de voz, da taxa de transmissão de dados e das chamadas a custo reduzido, principalmente pelas mensagens SMS; as operadoras , que conseguiram reduzir seus custos acarretado pela interoperabilidade entre os diversos equipamentos dos mais variados fabricantes, já que GSM é um padrão aberto e por esta característica facilita a proposta deste trabalho.

Como se tornou a tecnologia de mais ampla utilização, incorporá-la no currículo das escolas ,parece bastente interressante,propondo a ensinar as teorias sobre as comunicações móveis. Interessante tambem seria ensinar no nível prático, as formas de transmissão, de comunicação, de modulação e outras tantas atividades desempenhadas por exemplo numa chamada entre aparelhos celulares.Porem a aquisição de uma infraestrutura, por menor que seja, é inviável para uma academia. Resta ao professor e aluno, restringir a aula a um conjunto de slides, filmes e fotos das plataformas de telecomunicações. Com muita sorte podem conseguir uma visita a uma central ou a elementos de uma rede móvel para conhecer ao vivo e a cores o funcionamento básico, porém sem cogitar em manipular alguma coisa.

Uma ansiedade da comunidade academica é disponibilizar acesso a tantas modalidades de serviço que hoje são relegadas aos ambientes proprietários das grandes operadoras que dependem dos mega fornecedores. Conseguindo implementar um ambiente próximo do real que é oferecidos pelas empresas de telecom haveria condições excelentes para que as escolas melhorassem o padrão do aluno e do professor com relação ao seu desempenho e aos resultados gerados a partir disso, como publicações, protótipos e novas aplicações e serviços.

A implementação da proposta deste projeto é factível porque existem iniciativas no mundo open-source que permitem que a equipe inicie seu desenvolvimento a partir de um ambiente disponibilizado por outros colaboradores. É uma tarefa árdua mas que será baseada numa solução já testada e validada por pesquisadores de outros países. A intenção aqui é dar continuidade num trabalho bastante evolúído e que depende de implementações específicas para que se torne uma solução capaz de atender aos serviços mínimos de telefonia móvel.

Outra grande oportunidade presente neste trabalho é a possibilidade de evoluir para novas gerações das tecnologias presentes. Com a infraestrutura instalada para o GSM, poderá ser planejada uma nova fase para implantação de soluções que envolvem a terceira e/ou quarta geração da telefonia celular.

Introdução

A Telefonia Móvel é um dos serviços mais utilizados atualmente por uma série de fatores como aparelhos a preços acessíveis, mobilidade, inúmeras funções disponíveis e ainda ampla cobertura, podendo ser usado a nível global. A mobilidade, um dos fatores alavancadores da tecnologia só é possível graças à utilização da radiodifusão como meio físico de transmissão.

Nas primeiras implementações de sistemas de comunicação móvel, uma prática comum era tentar atingir grandes áreas de cobertura através de transmissores de alta potência. Essa tentativa era agravada pela limitação do número de usuários em função da alocação de uma frequência única para cada conexão. Posteriormente, surgiu o conceito de telefonia celular, que dividia em regiões denominadas células, as áreas a serem cobertas. Com a implementação do handover que permitia ao usuário se deslocar pelas células sem que o sinal caísse, essa proposta foi efetivamente adotada [1] [2].

Para criar condições de montar células que cobrissem áreas específicas foi instituída a figura da Estação Radio Base (ERB) que era a ligação entre uma central de comutação e o aparelho móvel. Entre o aparelho e a estação radiobase, o acesso era por radiodifusão e entre a estação radiobase e os demais elementos até a central, normalmente por interfaces físicas. Foi possível atender à crescente demanda de usuários simplesmente aumentando os canais disponíveis numa ERB para uma determinada região, tudo isso sem exigir muito da potência de transmissão. Com a possibilidade de reutilização das frequências em células não contíguas, tornou-se ainda mais eficiente o processo de atender as chamadas em larga escala.

Assim, a evolução das tecnologias de telefonia celular foi organizada em gerações com o objetivo de facilitar seu entendimento. A primeira geração, implementada a partir dos anos 80, tinha como característica marcante a transmissão analógica, atingia qualidades adequadas para chamadas de voz, porém era inviável para transmissão de dados. No início da década de 90, a segunda geração confirmou toda a expectativa da comunidade mundial num serviço eficiente de telefonia móvel, nesse momento, já utilizando o padrão digital permitia serviços confiáveis para voz e dados. Com a atuação maciça de pesquisadores, cientistas, engenheiros e demais profissionais, surgiram gerações intermediárias. Inicialmente criou-se a tecnologia Global System for Mobile (GSM), logo em seguida, aproveitando a infraestrutura do GSM surgiu a geração 2,5 também chamada General Packet Radio Service (GPRS) e 2,75 ou Enhanced Data rate for GSM Evolution (EDGE) com foco direcionado para o aumento da capacidade de transmissão de dados. A terceira geração (3G) consolidou definitivamente a aceitação global da telefonia celular como serviço adequado para os mais diversos fins, incluindo o acesso a internet. Neste momento, o mundo vive a fase de introdução da quarta geração que promete, principalmente taxas ainda maiores para as chamadas de dados.

Cada nova geração não exclui os avanços da geração anterior, e sim, aproveita-os, acrescentando novos recursos e funcionalidades. Sendo assim, a criação de redes 3G não determinou o fim da utilização de redes GSM. Ambas funcionam simultaneamente, existindo compatibilidade de tecnologia e uso conjunto do núcleo da rede, também denominado Core Network, composto por bancos de dados como VLR e HLR e pela própria controladora MSC.

A proposta deste projeto é implementar, por software, todas as funções que permitem a operação real de um serviço de telefonia móvel usando a tecnologia GSM. Denominado como OpenBSC [6], projeto este que é uma extensão da proposta de colaboração implementada pelo grupo Osmocom, da Alemanha, objetiva incluir funcionalidades executadas por componentes da rede GSM que serão descritos no desenvolvimento deste projeto, são eles: BSC, MSC, HLR, AuC, VLR e EIR. A parte de dados GPRS não será contemplada neste momento. Para atender a essa expectativa, espera-se evoluir a partir deste projeto para a rede 3G que demonstra ser mais interessante implantar a estrutura de chamadas de dados devido à maior capacidade de transmissão.

Logo, quando implementado o projeto, os alunos poderão aprender sobre o funcionamento de uma rede de telefonia móvel e seus elementos, realizando testes na estrutura montada, primeiramente com tecnologia GSM, mas podendo extender o aprendizado adquirido para a terceira geração (3G) e suas próximas evoluções.

Desenvolvimento


O projeto é baseado na solução iniciada pelos pesquisadores da Osmocom, um grupo cooperativo que disponibiliza uma base de software que pode ser utilizada para pesquisa e colaboração por universidades, empresas e demais interessados no mundo inteiro. A solução provida por este grupo permite a implementação deste ambiente e sugere alguns equipamentos que podem ser utilizados para tal fim.

Uma rede de telefonia celular GSM é construída a partir de três elementos principais: o conjunto estação radiobase e controladora, a estação móvel e a central de comutação móvel [4].

As estações móveis mantêm um transceptor de voz e dados que se comunica com os rádios das estações radiobase em qualquer um dos canais alocados, referenciados como link direto e link reverso. O processo exige que mensagens de controle sejam trocadas entre a estação móvel e a estação radiobase, por exemplo, pedido do móvel para acessar um canal, resposta para o móvel identificar o canal alocado e mensagens da base para o móvel, para que este sintonize outro canal, quando num momento de handoff.

As estações radiobase ou Base Transceiver Station (BTS), são elementos da rede GSM responsáveis pela comunicação entre a estação ou unidade móvel e o núcleo da rede. Sendo assim, as BTSs, juntamente com a Base Station Controller (BSC), constituem a rede de acesso até a central de comutação móvel. Uma BTS é constituída por uma estrutura física de torre e antenas que abrigam um transceiver, que transmite e recebe os sinais captados dos aparelhos móveis distribuídos na sua região de cobertura. Complementa um conjunto de microprocessadores que controlam, monitoram e supervisionam as chamadas entre os dispositivos móveis. A BTS também tem a responsabilidade de avaliar os níveis de sinal para verificar a necessidade de handoff [5].

Controlando diretamente as estações radiobase, encontra-se a BSC que se conecta à central de comutação móvel. Entre as várias funções da BSC, destacam-se o controle dos canais da BTS e da potência dos equipamentos, manipulação das conexões entre as estações móveis e supervisão dos enlaces entre as unidades móveis e a BTS.

Centralizando todas as operações da rede, por possuir uma visão sobre todas as células, a Central de Comutação Móvel ou Mobile Switched Center (MSC) é a responsável pelo gerenciamento e controle das BSCs, suporte às tecnologias de acesso e às atividades de processamento de chamadas possuindo ainda a nobre missão de interoperar com a Rede de Telefonia Pública Comutada (RTPC).

A intenção é montar uma pequena rede para utilização acadêmica com os serviços comuns de telefonia móvel e num futuro, possivelmente substituir as soluções de software proprietárias comercializadas a altíssimos preços pelos grandes fabricantes. Como exemplo podem ser citados, os drivers para os periféricos da rede GSM analógica e digital e a pilha de protocolos GSM, da camada 1 até a camada 3.

Efetivamente, usando um telefone compatível, o sistema desenvolvido permitirá fazer e receber chamadas telefônicas, enviar e receber SMS. O foco do projeto está em desenvolver uma BSC, no lado do protocolo A-bis que permite a conexão da BTS com a BSC. Foi utilizada a especificação técnica GSM 88.5x e 12.21. Ela implementa um subconjunto mínimo da BSC, MSC e HLR. 

A figura colocada na introdução deve mostrar as interfaces A-bis, A e B.

O projeto pretende como resultado fornecer uma base para pesquisa e experimentação da uma rede GSM permitindo desta maneira um aprendizado profundo sobre a rede GSM em baixo nível mas operando equipamentos convencionais. Dessa forma, não se pretende, num primeiro momento, construir uma estrutura confiável e estável envolvendo uma MSC e BSC, já que uma rede comercial possui um alto nível de disponibilidade. Efetivamente, não se contemplará todos os detalhes de uma especificação GSM. Em contrapartida, levará até o pesquisador da área, um ambiente acessivel para estudo, avaliação e desenvolvimento de novas funcionalidades, como por exemplo, desafios envolvendo segurança.

A solução OpenBSC foi quase que completamente numa linguagem portável mas existe uma parte não-portável: o driver de entrada que exige um kernel Linux com suporte a mISDN e um cartão de interface E1 compatível com mISDN. Vinculado a isto precisaremos ter uma BTS baseada em E1. Alguns equipamentos poderão ser adquiridos para testar a rede já que ela terá interfaces para os produtos do mercado. Um exemplo de estação radiobase que já foi testada e compatibiliza com a solução é uma microBTS Siemens ou uma nanoBTS.

Existem dois modos de configuração previstos para a solução Open BSC. O primeiro deles, é uma solução unificada, onde as funcionalidades de uma BSC são concentradas num único módulo juntamente com as funções de outros elementos da rede como MSC, HLR, VLR, etc. Esta implementaçao é muito diferente de uma rede clássica GSM na qual a BSC é apenas um dentre os vários elemento da rede. Já a BTS é um elemento necessário para ser conectado à solução OpenBSC que conterá os demais elementos integrados. Dessa forma, teremos a solução OpenBSC podendo ser conectada às BTSs utilizando a interface Abis via conexão E1 ou IP. Para implementar as funções previstas, deverá ser usado o programa osmocom-nitb, disponibilizado pelo grupo de pesquisa.

O segundo modo de configuração é o chamada only BSC que requer que tenhamos os outros elementos da rede como os descritos anteriormente. Este modo está previsto para ser implementado numa parceria com uma operadora que abra sua infraestrutura para integração com essa solução. Nesse caso, utilizaremos o programa osmoBSC.

O roadmap de implantação desta solução envolve algumas atividades específicas. A primeira delas é a inicialização da BTS onde estará preparada para assumir o controle do uso e da integridade dos recursos de rádio. A partir daí, a BSC terá condições de alocar os canais e atribui-los aos dispositivos demandantes da chamada.

Para prover os recursos de cadastro e perfil de serviço, a solução provê uma HLR bem simples numa base de dados SQL. A partir de uma autenticação não segura, os usuários do sistema poderão ser liberados para usar o serviço de chamadas telefônicas com verificação do IMEI e do IMSI, a partir das informações recebidas do SIM card. Os critérios de autenticação envolverão chaves baseadas no algoritmo COMP128v1 usado pela maioria das concessionárias apesar de haver métodos mais complicados e que dificultam uma clonagem, isso se o SIM Card tiver uma chave Ki conhecida. Apesar de ser divulgado que alguns pesquisadores já conseguiram clonar aparelhos GSM utilizando engenharia reversa neste algoritmo, este servirá para nossas experiências acadêmicas.

A transmissão de pacotes com o nome da operadora e definições de zona e horário local também é contemplada no OpenBSC e ainda mantém registro de atualização da área de localização dos último local que o aparelho móvel percorreu. Já a questão do handover é possível apenas entre múltiplas células de uma mesma BSC.

O serviço SMS (Short Message Service) também pode ser disponbilizado na solução OpenBSC. Ele mantém um esquema de "store and forward" para o envio e recepção de mensagens curtas incluindo roteamento entre os assinantes. Será implementado a opção de enviar mensagens pela linha de comando e também por meio de aplicações externas a partir da gravação em tabelas SQL.

A função de chamada de voz, ainda o serviço principal do serviço de telefonia móvel GSM será liberado para os usuários dessa solução tanto para chamadas originadas (MO - Mobile Originated) como para chamadas terminadas (MT - Mobile Terminated). Os codificadores de voz utilizados são: EFR - Enhanced Full Rate trabalhando com taxas de 12.2 Kbit/s e o FR - Full Rate nas taxas de 13 Kbit/s. Já o esquema de compressão de áudio aprovado pelo 3GPP, AMR - Adaptative Multi Rate é oferecido apenas para a segunda versão, BSC only e tem a grande vantagem de também ser utilizado nas redes UMTS.

Atendendo às atuais demandas, o serviço de transmissão de dados pode ser usufruido nas tecnologias GPRS (General Packet Radio Service) e EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution). A solução OpenBSC permitirá configurar uma nanoBTS para estas duas tecnologias e poderá interoperar com uma SGSN via interface Gb. O desenvolvimento deste projeto prevê cooperar na construção do versão beta do módulo OsmoSGSN.

Todas estas funções descritas, atestam que uma rede móvel com uma boa parte do serviços disponíveis pode ser implementada a partir de uma versão básica disponibilizada pelo grupo de pesquisa Osmocom e seguindo alguns procedimentos de instalaçã, configuração, avaliação e adaptação tem-se como resultado uma aplicação que representa todo a estrutura de uma controladora de estação radiobase que estará interoperando com uma BTS e que poderá unificar ou não os outros elementos de rede.

Com essa solução adaptada aos elementos externos implementados pela nossa equipe de pesquisadores, poderão ser simulados, estudados e avaliados a maioria das funções utilizadas a nível comercial para a telefonia celular GSM e a partir daí permitir a criação de novos serviços ou a migração para uma rede de nova geração.

Conclusão

Com a ampla aceitação e expansão dos serviços de telefonia móvel, onde a tecnologia GSM conseguiu efetivamente alavancar este negócio, pesquisadores do mundo inteiro se preocuparam em melhorar cada vez mais, as técnicas e aplicações para prover o melhor serviço para a sociedade. Apesar do GSM trazer uma documentação aberta com fácil acesso, a implementação das novas pesquisas ainda dependem de facilidades junto às operadoras que mantém toda a infraestrutura da rede. O acesso a controladoras, estações radiobases e centrais era inacessível principalmente pelo caráter de segurança necessário a este negócio.

Implementar e disponibilizar uma rede que permita fácil manipulação e acesso a pesquisadores, estudantes e professores passou a ser uma possibilidade quase remota. Este projeto com essa proposta pode tornar realidade uma antiga necessidade que além de facilitar o aprendizado dos envolvidos nas tecnologias de comunicação móvel permita que se crie novas aplicações envolvendo os desafios atuais e ainda que se evolua para rede de nova geração como 3G e LTE.

As escolas, com essa estrutura similar ao utilizado pelas empresas que prestam serviço de telefonia móvel poderão acelerar e ajudar na evolução da tecnologia que tem sido fundamental para o crescimento dos países em geral.


Metodologia

O primeiro requisito para a implementação do projeto Open GSM é o estudo detalhado dos elementos de rede GSM. Estruturas que suportam toda a comunicação como a central MSC, as controladoras de estações radiobase e a próprias estações, denominadas BTs precisam ser profundamente conhecidas para que se tenha condição de entender perfeitamente as funções utilizadas numa solução como essa.

Além dos elementos de rede com suas funções e características serão estudadas também as estruturas complementares como banco de dados e demais equipamentos acessórios. Os protocolos que implementam a transmissão em cada parte da cadeia da rede de transmissão também serão analisados exaustivamente. Todo esse trabalho será baseado nas RFCs, livros e documentações de fornecedores e fabricantes.

O cronograma previsto envolve reuniões semanais de alinhamento, discussão e publicação dos conhecimentos adquiridos. Exames também serão realizados para avaliar os componentes em relação um ao outro, o que conseguirá analisar as dificuldades e as falhas no grupo.

Outro passo fundamental é a pesquisa das soluções já existente com o mesmo objetivo proposto pelo grupo, afinal de contas, são várias as frentes no mundo que desenvolvem novos estudos e aplicações e eventualmente pode-se encontrar grupos com propostas similares. O método aplicado neste caso é colaboração já que utiliza-se neste projeto, recursos open-source. O objetivo não é apenas utilizar o que está pronto, mas também de acrescentar melhorias e experiências para o existente.

Na fase de implementação da rede GSM com uso de serviços open-source será necessário a compreensão e adaptação ao código da já existente solução OpenBSC, do grupo Osmocom. Solução essa encontrada que mais se aproxima com a ideia do projeto. Nas análises preliminares, o que foi desenvolvido até agora atende parcialmente aos requisitos do projeto e carece de adaptações, correções e extensões no código-fonte. Este já está disponível para download.

O projeto depende da aquisição de um BTS, física e com os requisitos básicos de um serviço comercial. Projeto de implantação e instalação de um estação radiobase com seus requisitos de infraestrutura e frequência serão contempladas.

A princípio, para o desenvolvimento do código será utilizado a solução unificada, no qual todas a funcionalidades de uma BSC são concentradas num único módulo de simulação. Então o código da Osmocom será adaptado para interfacear com a BTS adquirida e todas as funcionalidades previstas no código serão centralizados neste módulo único.

Com o código adaptado é preciso testá-lo. Para isso, será utilizado u[a BTS disponível, no qual a BSC e a MSC serão elementos virtuais na estrutura, conseguindo atingir o primeiro objetivo da solução unificada, depois de solucionar todos os erros encontrados nesta fase de teste.

Uma das últimas fases é a homologação de todas as funções. Simulações serão feitas para avaliar se a solução desenvolvida atende aos requisitos de um serviço comercial básico. Ressalte-se que não pretende-se atingir todas as funcionalidades no nível de qualidade oferecido pelas operadoras.

Por último, será acrescentado outras funções nessa rede GSM montada, como os bancos de dados, interfaces de controle e front-ends para operação e visualização. Mas esta etapa será trabalhada apenas se todas as anteriores forem concluídas sem erros e com todas dificuldades superadas. O meio de comunicação adotado pelo projeto foi de reuniões semanais para o nivelamento de informações. Além disso, tudo que é adquirido e desenvolvido é postado numa Wiki aberta para todos do grupo, no qual o acesso é feito a qualquer hora, facilitando também a centralização de todas as informações, o que evita as perdas de ideias.

Cronograma e Plano de trabalho

  • 1º Semestre
    • 1 - Visão geral da arquitetura de uma rede GSM/3G
    • 2 - Estudo detalhado dos componentes e do funcionamento de uma rede GSM/3G
    • 3 - Visita a uma estrutura de rede GSM/3G
    • 4 - Estudo do Modelo OSI
    • 5 - Estudo aprofundado da BSC
    • 6 - Apresentação à GGSN e à SGSN
    • 7 - Instalação de ambiente para disponibilizar o conteúdo adquirido
    • 8 - Pesquisa de soluções open source que substituem as soluções pagas
  • 2º Semestre
    • 1 - Apresentação ao software Wireshark para análise de rede
    • 2 - Avaliação do conteúdo estudado
    • 3 - Estudo do Projeto OpenBSC
    • 4 - Estudo dos códigos disponibilizados pelo projeto OpenBSC
    • 5 - Visita ao Centro de Pesquisa e Desenvolvimento de Campinas (CPqD)
    • 6 - Análise de BTS's disponíveis no mercado
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