Prototipo de una Estación Celular Portátil para Atención de Emergencias

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1 Prototipo de una Estación Celular Portátil para Atención de Emergencias Julián D. VÁSQUEZ, Iván F. SANTA, José V. RESTREPO ; Cir. 1 #70-01, B11, Medellín, Colombia. Resumen: Este artículo presenta el prototipo de una Estación Celular Portátil con gestión de usuarios, control de llamadas, y cobertura limitada que hace uso de la tecnología de telefonía móvil para coadyuvar en la atención de desastres o emergencias donde las redes tienen una alta probabilidad de colapsar o carecen de cobertura necesaria en el lugar del suceso. El proyecto OpenBTS se utilizó como referencia con el fin de diseñar el prototipo. OpenBTS genera una interfaz de aire Um, esta es la interfaz entre la MS y la BTS que se usa para establecer la comunicación entre la MS y la BTS en una arquitectura de red GSM convencional. OpenBTS hace uso del hardware USRP y el software GNU Radio corriendo sobre un computador. Además utiliza el software Asterisk para realizar el control y conmutación de las llamadas. Copyright 2012 UPB. Abstract: This paper presents a Portable Cellular Station prototype with user management, call control and limited coverage which uses the mobile phone technology to help in the process of disaster and emergency attention where telecommunication networks present high chances of collapsing or lack an optimal coverage in the location of the event. The project OpenBTS was used as reference in order to design the prototype. OpenBTS generates a GSM air interface Um, it is the interface between the MS and the BTS which is the one used to establish communication between the MS and BTS in a conventional GSM network architecture. OpenBTS uses USRP hardware and the GNU Radio software running on a computer. It also uses the Asterisk software to control calls and perform call switching. Keywords: OpenBTS, USRP hardware, GNU Radio, Asterisk, Prototype, Portable Cellular Station, disasters.

2 1. INTRODUCCIÓN Las redes de telecomunicaciones son un elemento de gran importancia para las sociedades. Desafortunadamente en situaciones de emergencia las redes tienen una alta probabilidad de colapsar o carecen de la cobertura necesaria para ser utilizadas en el lugar del suceso. En casos de desastres como terremotos, tsunamis, inundaciones, incendios, o emergencias como apagones, fallas de la red o atentados terroristas, no se cuenta con celdas celulares móviles de respaldo para su uso inmediato. Por ejemplo, luego del terremoto de Haití, se evidenció la necesidad de disponer rápidamente de los servicios telecomunicaciones para facilitar las labores de rescate. Además, se observó que la alta disponibilidad y uso de teléfonos celulares entre la población, incluso en países subdesarrollados, los hace un instrumento fácil y práctico para la ubicación de personas atrapadas bajo estructuras colapsadas. Por otra parte, hay que tener en cuenta que los operadores de telefonía celular funcionan bajo un modelo de oferta-demanda que los imposibilita financieramente para dar cobertura en lugares con poca población o prestar servicios gratuitos en casos de emergencia, razón por la cual se considera necesario que los entes gubernamentales y de atención a desastres dispongan de una red de telefonía celular autónoma, portátil, de corto alcance y sin tarificación, que brinde servicios en lugares donde sea necesario por razones de emergencia o por inaccesibilidad a la red pública celular. En tal caso, se requiere un recurso que incorpore los teléfonos celulares, haga uso de la tecnología de telefonía celular, requiera baja inversión y tenga la posibilidad de operar sin costo para que permita la comunicación entre los afectados por una calamidad y los organismos de rescate. La solución que se formula en el presente trabajo es el desarrollo e implementación de un prototipo de estación celular portátil con gestión de usuarios, control de llamadas y cobertura limitada. No se implementa un sistema de facturación pues su único fin es el uso en algún evento donde sea requerida una comunicación gratuita por entes de prevención y atención a desastres o emergencias. Tampoco se desarrolla una interfaz que permita conectar llamadas de los usuarios de la microcelda con otros situados en redes públicas de comunicación. El número de llamadas simultáneas es limitado. Para el desarrollo e implementación de la estación celular portátil se acude al proyecto OpenBTS que genera una interfaz de aire Um del Sistema Global para las Comunicaciones Móviles (GSM por sus siglas en inglés), que es la interfaz que se usa para establecer la comunicación entre la Estación Móvil (MS pos su siglas en inglés) y la Estación Base Transceptora (BTS por sus

3 siglas en inglés) en una arquitectura de red GSM convencional. OpenBTS hace uso del hardware Periférico Universal de Radio por Software (USRP por sus siglas en inglés) y el software GNU Radio corriendo sobre un computador para construir una completa aplicación de software radio. Además utiliza el software Asterisk para realizar el control y conmutación de las llamadas. 2. CONCEPTOS GENERALES 2.1. Telecomunicaciones en desastres El manejo de cada desastre, sin importar su tamaño, requiere de la coordinación de un gran número de agencias nacionales e internacionales con muchos perfiles diferentes (culturales, políticos y religiosos) que demandan medios mejorados de información para atender un amplio rango de demandas conflictivas. Las comunicaciones deben facilitar la coordinación entre las agencias nacionales e internacionales que están en colaboración con los esfuerzos de rescate y la oportuna y relevante guía a la población afectada. La convergencia de los servicios de telefonía está basada en la separación funcional de tres componentes principales: La transmisión de información, servicio lógico y definición de contenido que puede ser provisionado por un actor único o por actores diferentes (Patricelli y Carnevale, 2009) Telefonía móvil como solución Los teléfonos móviles pueden desempeñar un papel importante en las alertas tempranas y el período inmediatamente posterior, al igual que otros medios de comunicación. Sin embargo, los móviles hacen su contribución específica y más valiosa en el socorro y recuperación. Una de las razones es la velocidad con que las redes móviles se pueden recuperar en relación con otras formas de comunicación. La otra es la capacidad única de los móviles para descentralizar la información y mejorar el proceso de obtener los recursos adecuados para las personas y los lugares donde son más necesarios después de un desastre. Los desastres naturales y otras emergencias tales como atentados terroristas traen a su paso situaciones caóticas y complicadas en las que la gente está asustada e insegura. La información precisa es importante en cada etapa para hacer frente a las consecuencias inmediatas a través de socorro y recuperación. 2.3 Marco regulatorio de comunicaciones móviles en Colombia Las regulaciones sobre comunicaciones móviles tienen su máxima directriz internacional en la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones que se reúne cada cinco años con la participación de todos los países de mundo. Allí se aprueba el Cuadro de Atribuciones de Bandas de Frecuencia Global (CABFG) que establece las bandas obligatorias para un servicio en particular y las bandas sobre las que el país tiene autonomía. A nivel nacional es el Cuadro Nacional de Atribución de Bandas

4 de Frecuencias (CNABF) quien detallada la división del espectro radioeléctrico y sus diversos usos asignando a cada servicio una o más bandas de frecuencia. El espectro radioeléctrico es un bien público inenajenable e imprescriptible, sujeto a la gestión y control del Estado de conformidad con el artículo 75 de la Constitución Política de Colombia y los artículos 101 y 102 que establecen que se trata de un bien público que pertenece a la Nación. El Ministerio de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones es la máxima autoridad de las telecomunicaciones en Colombia, encargado entre otras responsabilidades, de planear, asignar, gestionar el espectro radioeléctrico y otorgar los permisos para su uso. Mantiene actualizado el CNABF y coordina el sector de las comunicaciones ante el Sistema Nacional para la Prevención y Atención de Desastres (SNPAD). 3. DESARROLLO E IMPLEMENTACIÓN DE UNA BTS GSM 3.1. Asterisk Es una plataforma de telefonía de código abierto que se compone de un servidor de comunicaciones permitiendo realizar un procesamiento personalizado de llamadas telefónicas y que incluye una variedad de aplicaciones y servicios que pueden usarse libremente de acuerdo a la necesidad. Asterisk está construido sobre módulos haciendo que la principal característica de la arquitectura de Asterisk sea la flexibilidad, contando con la posibilidad de aplicaciones preconstruidas como el correo de voz y la respuesta de voz interactiva; u otras que pueden ser combinadas para crear aplicaciones personalizas de voz tales como la reproducción de un archivo de sonido, la lectura de dígitos y el reconocimiento de voz (Bryant, 2011). Asterisk está compuesto de recursos que usan directorios sobre Linux para almacenar y administrar funcionalidades como grabaciones de voz, música en espera, almacenamiento temporal y archivos de configuración GNU Radio Es un software de código abierto distribuido bajo la Licencia Pública General en su tercera versión (GPLv3 por sus siglas en inglés), que proporciona un conjunto de librerías de desarrollo para crear sistemas de Radio Definido por Software (SDR por sus siglas en inglés). Muchas aplicaciones realizadas con GNU Radio son simplificadas a través de framework con bloques que incluyen filtros, demoduladores, vocoders y otros elementos de manipulación de señales, permitiendo la implementación de un procesamiento digital de señales por medio de grafos (teoría de

5 grafos) (Watermeyer, 2007). El framework de GNU Radio está diseñado con una arquitectura de dos capas: La de diseño y la de procesamiento de señal. En la primera se usa el lenguaje de programación Python para construir y correr un grafo. En la segunda los bloques de Procesamiento Digital de Señales (DSP por sus siglas en inglés) son implementados en el lenguaje de programación C++. (Mešković, 2008) Al ser componente de software libre se tiene acceso al código fuente. Además cuenta con soporte disponible a través de foros y listas de correos que lo convierte en una elección ideal para trabajos de investigación dentro de aplicaciones de radio USRP Es un dispositivo de Hardware libre que en conjunto con un computador permite implementar y diseñar sistemas de radiocomunicaciones potentes, flexibles a muy bajo costo y mínimo esfuerzo. La combinación de Hardware y Software libre se convierte en la plataforma ideal para que un computador convencional funcione como un software radio de alto ancho de banda. El USRP tiene como objetivo realizar el procesamiento de señales específicas como modulación, demodulación, interpolación. Todo lo anterior en un computador sin tener que comprar ningún software o pagar una licencia (Hamza, 2008). Su flexibilidad permite satisfacer las opciones de los usuarios al punto que algunos de ellos han creado su propio ambiente SDR para correr sobre USRP, mientras otros han usado USRP integrado con software como LabVIEW o MATLAB /Simulink (ET, 2010). El USRP1 es el hardware original de la familia de productos USRP; el montaje completo del USRP1 cuenta con 2 niveles de tarjetas: el primero es la tarjeta madre (motherboard) en donde se puede identificar una Matriz de Compuertas Programables en Campo (FPGA por sus siglas en inglés), la alimentación, la conexión vía el Bus Serial Universal (USB por sus siglas en inglés) y los 4 slots para conectar el segundo nivel conformado por las tarjetas hijas (daughterboards), que proporcionan flexibilidad, integrando completamente un front end de Radio Frecuencia (RF por sus siglas en inglés) que es implementado por medio de estas tarjetas hijas añadidas a el USRP1. Aunque el USRP se utiliza con frecuencia para investigaciones, ha sido usado en gran variedad de aplicaciones como las comerciales, de defensa y seguridad nacional, redes inalámbricas y aplicaciones pedagógicas GSM GSM fue el sistema de telefonía móvil de segunda generación más exitoso, extendiéndose en gran parte del mundo. Basados en GSM han surgido otros sistemas y sus mejoras aportaron a la tercera generación de la telefonía móvil celular, cuya extensión se

6 denomina Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS por sus siglas en inglés). La arquitectura de la red GSM se divide en varios niveles jerárquicos denominados subsistemas. Empezando por la MS, que consiste en dos elementos: el Equipo Móvil (ME por sus siglas en inglés) y un Módulo de Identidad de Usuario (SIM por sus siglas en inglés) que personaliza una terminal móvil, permite que un usuario pueda acceder a la red y obtener los servicios a los que está inscrito desde cualquier equipo de usuario. El equipo móvil además cuenta con un número de Identidad Internacional de Equipo Móvil (IMEI por sus siglas en inglés). Los componentes de los diferentes subsistemas de la red GSM se interconectan por medio de interfaces como se aprecia en la Fig. 1 Las interfaces más relevantes son la interfaz Um, la interfaz A-bis y la interfaz A (Gorricho y Gorricho 2002). Entre la MS y la BTS está la interfaz Um. La interfaz A-bis se encuentra entre la BTS y el Controlador de Estación Base (BSC por sus siglas en inglés). La interfaz A está entre el BSC y el Centro de Conmutación Móvil (MSC por sus siglas en inglés). Estás interfaces establecen la comunicación entre los elementos de la red GSM. Figura 1. Arquitectura básica de la red GSM. MUÑOZ, David. Sistemas inalámbricos de comunicación personal. México: Alfaomega, 2002 GSM, para coordinar las funcionalidades distribuidas, requiere de protocolos de señalización que son especificados usando el concepto del modelo de Sistema Abierto de interconexión (OSI por sus siglas en inglés), por capas. GSM está estructurado en tres capas generales que conforman la pila de protocolos GSM dependiendo de la interfaz (Hamdi, 2006). GSM utiliza la técnica de acceso FDD/FDMA/TDMA lo que significa que se hace en Dúplex por División en Frecuencia (FDD por sus siglas en inglés), el multiplexado de las comunicaciones

7 es una combinación de Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA por sus siglas en inglés) y Acceso Múltiple por División en el Tiempo (TDMA por sus siglas en inglés), combinado con Saltos de Frecuencia (Frecuency Hopping) (ET 2010). El uso de FDD divide la banda de operación de GSM en dos, definiendo una banda de frecuencia usada para la trasmisión de la MS a la BTS, conocida como uplink (enlace de subida) y otra banda de frecuencia usada para la trasmisión de la BTS a la MS, conocida como downlink (enlace de bajada). Al usar la técnica FDMA las bandas de uplink y downlink son separadas en canales de radio con un ancho de banda de 200 KHz cada uno. Los canales de uplink y downlink son identificados por el Número de Canal de Radio Frecuencia Absoluto (ARFCN por sus siglas en inglés) que determina los canales de trasmisión y recepción que se van a usar. En la red GSM se define también un sistema específico de numeración que identifica a una estación móvil. La Identidad Internacional del Suscriptor Móvil (IMSI por sus siglas en inglés) es un número único que permite la identificación única de una MS dentro de la red GSM. El IMSI está compuesto de tres partes, el Código Móvil del País (MCC por sus siglas en inglés), el Código de la Red Móvil (MNC por sus siglas en inglés) y el Número de Identificación del Suscriptor (MSIN por sus siglas en inglés). El MCC identifica en qué país está la MS, el MNC identifica en qué operador de telefonía móvil está registrada la MS y el MSIN es un número único que identifica a la MS dentro de la red GSM OpenBTS OpenBTS es una aplicación Unix que usa un software radio para generar una interfaz de aire GSM Um que permite operar con cualquier teléfono celular GSM estándar. Para conectar las llamadas usa un software de Ramal privado de conmutación de Voz sobre Protocolo de Internet (VoIP-PBX por sus siglas en inglés) llamado Asterisk (Burgess y Samra, 2008). El proyecto OpenBTS permite que los celulares vean una completa red GSM a través de su interfaz de aire Um y donde ellos a su vez son vistos como terminales VoIP utilizando el Protocolo de Inicio de Sesión (SIP por sus siglas en inglés). Es decir, como un cliente SIP dentro de Asterisk, permitiendo de esta forma hacer llamadas telefónicas sin usar las redes de los operadores convencionales. El proyecto OpenBTS forma la base de un nuevo tipo de red celular que puede ser desarrollada y operada a un costo más bajo que las tecnologías existentes en muchas aplicaciones, incluyendo zonas rurales y redes privadas de celular en áreas remotas (GRP, 2011a). OpenBTS está basado en hardware y software libre y está distribuido en dos formas: release público ("P"); distribuido bajo Licencia Pública General de Affero en su tercera versión (AGPLv3 por sus siglas en inglés) con los copyrights asignados a la Fundación para el software libre (FSF por sus siglas en inglés). Este release es para propósitos de experimentación, educación, evaluación y prueba de conceptos para proyectos de investigación.

8 Y release comercial ("C") instalado en los productos de Range Networks bajo una mezcla de licencias de GPL y otras que no son GPL. El código fuente de los componentes de instalación de OpenBTS tiene licencia GPL disponible para los clientes comerciales. El release comercial "C" proporciona características adicionales de seguridad, escalabilidad y la operación de redes multi-bts (RN, 2011a). La arquitectura de OpenBTS es diferente de la arquitectura jerárquica GSM convencional, donde la BTS GSM es manejada externamente por la BSC y la conexión de las llamadas se realiza en un remoto MSC. Debido a la diferencia en la arquitectura se hace referencia al producto final del proyecto OpenBTS con el nombre de Punto de Acceso GSM (Burgess y Samra, 2008; Steil, 2010 ). OpenBTS hace uso del hardware USRP y el software GNU Radio corriendo sobre un computador para construir una completa aplicación de software radio, además utiliza el software Asterisk para realizar el control y conmutación de las llamadas. La Fig. 2 muestra la arquitectura de OpenBTS en la que se observa un servidor Asterisk conectado a través de una red IP privada, sin embargo, Asterisk puede ser instalado en el mismo computador corriendo localmente junto a GNU Radio y OpenBTS. Figura 2. Arquitectura de OpenBTS. Autores Los datos enviados por la MS a la BTS (uplink) son capturados por la antena receptora conectada a la tarjeta hija de recepción, la cual traslada la señal a una frecuencia intermedia para poder digitalizar los datos por medio de los Conversores Análogo- Digitales (ADC por sus siglas en inglés) y que los Conversores Digitales de Bajada (DDC por sus siglas en inglés) realicen el diezmado para enviarlos por medio de la interfaz USB 2.0 al computador. Al llegar los datos al computador se entra al mundo del software, donde la implementación de OpenBTS está estructurada al igual

9 que la pila de protocolos GSM, por capas, siguiendo el modelo de referencia OSI. La estructura general está compuesta por tres capas que son: L1, Capa física. El radiomodem, TDM, codificación y corrección de errores. GSM y GSM 05.xx series. L2, Capa de enlace. Direccionamiento, segmentación y retransmisión (LAPDm), GSM y 04.06, ITU-T Q.921. L3, "Layer 3". Administración de la conexión y señalización, GSM 04.07, 04.08, 04.10, 04.11, y ITU-T Q.931 (Burgess y Samra, 2008). 4. ANÁLISIS Y DISEÑO DE LA SOLUCIÓN Para la solución se trabajó en la implementación de un prototipo de microcelda celular GSM con la cual la comunicación al momento de un desastre pueda ser brindada a cada persona utilizando su celular registrado en la microcelda. El punto de partida fue utilizar la integración del software y hardware libre para facilitar las comunicaciones de las personas, incluyendo los organismos de socorro, en un escenario donde las redes de telecomunicaciones colapsen e incluso se presente una deficiencia en la red de energía eléctrica. Siguiendo la recomendación de Flores (Flores, 2011), se utilizó Ubuntu LTS Desktop. Se realizó la instalación del software GNU Radio en su versión 3.4.2, que cuenta con el soporte para el USRP1. Posteriormente se procedió a instalar el software OpenBTS, versión P2.6 Mamou, que brinda la implementación de la pila de protocoles GSM. Por último, se instaló el software Asterisk, en la versión Se inició el estudio de la configuración para el funcionamiento de Asterisk. Básicamente los archivos de configuración extensions.conf y sip.conf, como también, las funciones y aplicaciones del plan de marcado (dialplan) Requerimientos de software Se utilizó el sistema operativo Ubuntu LTS (Lucid Lynx) debido a que estas distribuciones poseen el mejor soporte de dependencias para poder posteriormente configurar, compilar e instalar GNU radio, OpenBTS y Asterisk (Flores, 2011). Para construir e instalar OpenBTS se necesita tener instaladas las siguientes dependencias: el controlador para el USRP1 libusrp, la librería SIP osip2 y la librería ortp (GRP, 2001b). Libusrp está disponible una vez se instale GNU Radio, osip2 y ortp están disponibles a través del sistema de gestión de paquetes (apt-get) en Ubuntu LTS.

10 Se recomienda utilizar GNU Radio, versión estable 3.4.2, porque las actuales versiones no tienen soporte para el controlador libusrp (GRP, 2011c). Se trabajó con la versión de Asterisk Las versiones basadas en Asterisk 1.8 presentan un problema a nivel de SIP trabajando con OpenBTS, el cual provoca que las llamadas se terminen a los 32 segundos (Flores, 2011). Finalmente, se usó la versión OpenBTS P2.6 Mamou Requerimientos de hardware Computador portátil con procesador Intel Atom de 1.5 GHz, 2GB de memoria RAM y puerto USB-2.0.Es probable que en máquinas virtuales no funcione. El paquete USRP-PKG que incluye la tarjeta madre (motherboard), la carcasa, 2 cables RF con conectores SMA, cable USB, fuente de poder y componentes para el ensamble. Dos tarjetas hijas (daughterboards) RFX900 con figura de ruido de 8dB, que pueden cubrir las bandas GSM 850/900. Es recomendable usar dos tarjetas hijas para minimizar la diafonía entre la trasmisión y la recepción. Dos antenas VERT900 (una por cada tarjeta hija) con las siguientes características: Antena vertical omnidireccional, 3dBi de ganancia. 824 a 960 MHz, 1710 a 1990 MHz, cuatribanda Cellular/PCS y banda ISM. Trabaja con las tarjetas hijas WBX, RFX900, RFX1800. Equipos celulares GSM con SIM cards. Estos deben funcionar en modo de búsqueda manual de red. Se trabajó con un reloj Fairwaves СlockTamer especialmente diseñado para usarse con el USRP1, de referencia de 52 MHz con precisión mayor a 0,05 ppm. El USRP1 tiene por defecto un reloj de 64 MHz que no es el adecuado para el buen funcionamiento de GSM. 5. PRUEBAS, AJUSTES Y RESULTADOS FINALES La operación de la microcelda inicia conectando el USRP1 a la energía y luego al puerto USB2.0 del computador. Por una terminal se inicia corriendo OpenBTS y por otra terminal se conecta remotamente al prompt de la interfaz de Línea de Comandos (CLI por sus siglas en inglés) de Asterisk. Es importante conocer cuáles son los comandos útiles desde el prompt CLI de OpenBTS y Asterisk. La Tabla 1 describe estos comandos para OpenBTS y la Tabla 2 para Asterisk.

11 Tabla 1. Comandos relevantes desde el prompt CLI de OpenBTS COMANDO DESCRIPCIÓN Tabla 2. Comandos relevantes desde el prompt CLI de Asterisk COMANDO DESCRIPCIÓN help help <cmd> exit cellid rolllac sendsms <IMSI> <SRC> tmsis tmsis clear power Lista todos los comandos disponibles. Información de un comando particular. Cierra OpenBTS. Muestra el ID de la celda. Incrementa el LAC en uno. Envía un mensaje de texto al IMSI desde el número SRC Lista el IMSI asociado y el respectivo TMSI Borra la tabla de TMSIs Inspecciona o cambia la potencia de downlink dialplan reload sip reload sip show peers exit Recarga el plan de marcado. Recarga el archivo sip.conf. Muestra los dispositivos SIP y su estado. Cierra el CLI pero no para Asterisk. Luego se conectan los celulares a la microcelda teniendo en cuenta que, por defecto, el modo de búsqueda es automático y hay que cambiarlo a modo de búsqueda manual para que los celulares inicien la búsqueda de redes disponibles. Una vez hecho esto, la pantalla del celular muestra la lista de redes disponibles, se elige la red OpenBTS; en algunos casos podría mostrar el nombre como por ejemplo que corresponde al MCC 732 y MNC 003 configurado anteriormente en el archivo OpenBTS.config. De esta forma el celular, al conectarse con la microcelda, recibe un mensaje indicando cuál es el IMSI del celular. Igualmente se puede observar en la terminal donde estaba corriendo OpenBTS un mensaje que dice: LocationUpdatingController registration FAIL: IMSI=

12 Posteriormente se cambió el plan de marcado para manejar de forma automática la asignación del número de extensión de los usuarios de la red estableciendo el parámetro autocreatepeer=yes el cual realiza una especie de autoregistro porque permite la aceptación de cualquier intento de registro de usuario SIP con Asterisk PBX. La siguiente prueba consistió en definir el usuario SIP con el IMSI proporcionado en las pruebas anteriores para cada celular. Se realizaron los ajustes registrando en el archivo sip.conf el IMSI como nombre de usuario SIP, y en el extensions.conf un pequeño plan de marcado (dialplan) que añade un número de extensión por teléfono y ejecuta la aplicación de marcado cuando se digite el número de las extensiones. Se ajustó el archivo OpenBTS para agregar el mensaje de bienvenida: Bienvenido a EmergencyBTS para registrarse marque Si se observa la terminal donde está conectado a Asterisk, se puede ver que un nuevo IMSI ha sido registrado. Al marcar 1234 se asigna el número 1001 al celular. El paso anterior se repite con los otros celulares, asignando los números 1002, 1003 y así sucesivamente hasta el número En la terminal donde está conectado Asterisk se pueden evidenciar los pasos de registro y asignación de números en el prompt CLI de Asterisk. Hay que tener en cuenta que una típica configuración para un solo ARFCN soporta 7 llamadas concurrentes (RN, 2001b). Para añadir otro cliente SIP al sistema se utilizó el softphone Zoiper. Se logró conectar el teléfono Samsung GT-E1086L, el Alcatel OT-203 y se agregó un Huawei G6620. La prueba se realizó en un sótano con la señal de los operadores nula. Es preciso aclarar que la prueba se debe realizar en una zona donde la señal de los operadores celulares sea nula, con el fin de que la señal que genera OpenBTS no sea enmascarada por la señal de los operadores. Por último, se midió como cobertura unos 10 metros. La conexión se realizó sin necesidad de quitar la batería y la SIM card, se probaron los mensajes enviados desde la terminal donde corre OpenBTS con el comando sendsms. 6. POSIBLES MEJORAS AL PROTOTIPO El rango de cobertura máximo definido en la especificación GSM de una BTS a una MS es de 35 Km. Según Pahlavan (Pahlavan y Krishnamurthy, 2002), las microceldas abarcan desde cientos de metros hasta 1 km más o menos. Con un USRP1 más dos tarjetas hijas WBX, aproximadamente se logran 25 metros, empero, la versión OpenBTS P2.6 Mamou no posee soporte para trabajar con una sola tarjeta hija RFX ni para tarjetas hijas WBX; es necesario utilizar la versión OpenBTS-UHD (GNP, 2011d). El alcance de sistemas simples basados en la familia USRP no está limitado por la potencia de trasmisión o ganancia del

13 receptor. El principal factor que limita el rendimiento de una BTS es el aislamiento entre el uplink y el downlink., No tiene ningún sentido incrementar la potencia de salida e intentar mejorar la ganancia del receptor a menos que se tenga más de 130 db de aislamiento entre el receptor y el trasmisor. Inclusive se podría mejorar el alcance disminuyendo la potencia de salida que está determinada por la tarjeta hija, en el presente trabajo con el uso de la RFX900 será de 200 mw (23 dbm), por lo que en algunos casos se incrementará el rango de cobertura disminuyendo la potencia a 10 mw (10 dbm). OpenBTS puede ajustar automáticamente su potencia de downlink (la trasmisión de la BTS a la MS) para limitar carga y prevenir congestión. Esta característica es especialmente útil en áreas donde hay gran cantidad de suscriptores (RN, 2011b). También existen aplicaciones donde se requiere limitar la potencia a trasmitir. Para esto, el archivo de configuración OpenBTS.config cuenta con los siguientes dos parámetros: GSM.PowerManager.MinAttenDB; que determina la mínima atenuación permitida dada en db, estableciendo el máximo de potencia de salida y GSM.PowerManger.MaxAttenDB; que determina la máxima atenuación permitida dada en db, estableciendo el mínimo nivel de potencia de salida. Para lograr una mayor cobertura se pueden mejorar la potencia y el alcance usando los siguientes componentes entre el USRP1 y la antena: Un duplexer, un amplificador de potencia, un Amplificador de Bajo Ruido (LNA por sus siglas en inglés), un Filtro Pasa Banda (BPF por sus siglas en inglés). La Fig. 3 muestra el diagrama de bloques de la distribución de los componentes tanto en la trayectoria de trasmisión como de recepción. Figura 3. Diagrama de bloques de la distribución de los componentes. Autores 7. CONCLUSIONES Mediante una Estación Celular Portátil se puede contribuir en la atención de desastres o emergencias donde las redes tienen una alta probabilidad de colapsar o carecen de cobertura necesaria en

14 el lugar del suceso, además se ha comprobado que por medio de las comunicaciones se han mitigado los efectos de los desastres. El prototipo de una Estación Celular Portátil se puede desarrollar apelando al proyecto OpenBTS que genera una interfaz de aire GSM Um, que es la interfaz que se usa para establecer la comunicación entre la MS y la BTS en una arquitectura de red GSM convencional. OpenBTS hace uso del hardware USRP y el software GNU Radio corriendo sobre un computador. Además utiliza el software Asterisk para realizar el control y conmutación de las llamadas. Usando dos tarjetas hijas RFX900 con un duplexer, un amplificador de potencia, un LNA, y un BPF se podría obtener un rango de 2.3 Km. Dentro de las ventajas que tiene la telefonía móvil celular es la rápida restauración de su red comparada con otro tipo de comunicación de difusión como la televisión o el radio, otra ventaja es la descentralización de la comunicación lo que permite que la información se transmita persona a persona. Para la implementación y desarrollo de la estación se usaron hardware y software libre que traen ventajas porque se tiene acceso al código fuente, además cuenta con soporte disponible a través de foros y listas de correos, igual que todos los esquemáticos y lista de materiales para el hardware. Para implementación y desarrollo de la estación celular se usó el sistema operativo Ubuntu LTS, en el cual se instalaron eficientemente los programas para el despliegue de la solución. En el software se utilizó la versión de Asterisk porque las versiones basadas en Asterisk 1.8 presentan problemas integradas con la versión de OpenBTS P2.6 Mamou que fue usada. Además se utilizó GNU Radio OpenBTS implementa la pila de protocoles GSM y permite que un celular GSM estándar sea visto como un cliente SIP dentro de Asterisk, permitiendo de esta forma hacer llamadas telefónicas sin usar las redes de los operadores convencionales. El USRP1 tiene por defecto un reloj de 64 MHz que no es el adecuado para el buen funcionamiento de GSM, por lo que es necesario utilizar uno de 52 MHz con una alta precisión mayor a 0.05 ppm. El reloj Fairwaves СlockTamer viene especialmente diseñado para usarse con el USRP1. REFERENCIAS Bryant, R. (2011). The Architecture of Open Source Applications : Elegance, Evolution, and a Few Fearless Hacks. Asterisk. En línea, consultado en ,

15 Burgess, D.A. y H.S. Samra. (2008). The Open BTS Project. En línea, consultado en , ET - Ettus Research LLC - (2010) USRP motherboard datasheet. En línea, consultado en _ds_usrp_v5b.pdf Flores, D. (2011). Manual de uso e instalación de OpenBTS. En línea, consultado en , https://wush.net/trac/rangepublic/attachment/wiki/wikistart/ Manual%20de%20instalaci%C3%B3n%20de%20OpenBTS %20Versi%C3%B3n%200.2.pdf Gorricho, M. y J.L. Gorricho. (2002). Comunicaciones móviles. UPC, Barcelona. GRP -GNU Radio Project- (2011a). The OpenBTS Wiki Subspace. En línea, consultado en S GRP -GNU Radio Project- (2011b). Building and Running OpenBTS: Dependencies. En línea, consultado en , SBuildingAndRunning GRP -GNU Radio Project- (2011c) OpenBTS: UHD Devices: USRP1. En línea, consultado en , SUHD GRP -GNU Radio Project- (2011d) OpenBTS Frequently Asked Questions En línea, consultado en SFAQ Hamdi, F. (2006). GSM/GPRS Evaluation and optimization tool. En línea, consultado en , Signalling-protocol-structure-in-GSM Hamza F. (2008). The USRP under 1.5X Magnifying Lens!," En línea, consultado en Mešković, S. (2008) Implementation of Uncoordinated Direct Sequence Spread Spectrum (U-DSSS) using Software Defined Radios. En línea, consultado en , pdf Pahlavan, K. y P. Krishnamurthy (2002). Principles of Wireless Networks. Prentice Hall PTR, New Jersey. Patricelli, F., J.E. Beakley, A. Carnevale, M. Tarabochia y D.K. von Lubitz (2009). Disaster management and mitigation: the telecommunications infrastructure. Disasters, 33:23

16 RN - Range Networks- (2011a). OpenBTS Public Release. En línea, consultado en , https://wush.net/trac/rangepublic RN -Range Networks- (2011b). OpenBTS P2.8 Users Manual. En línea, consultado en , https://wush.net/trac/rangepublic/attachment/wiki/wikistart/ SoftwareP2.8Manual.pdf Steil, A. (2010). OpenBTS. En línea, consultado en , Watermeyer, K. (2007). Design of a hardware platform for narrow-band Software Defined Radio applications. En línea, consultado en , esis.pdf, además trabaja como Ingeniero Analista de Soporte de Telefonía IP en la empresa Sapian S.A.S. Iván Fernando SANTA RAMÍREZ, nació en Andes, Antioquia el 9 de agosto de Obtuvo su título de bachiller en la modalidad de Ciencias y Matemáticas del INEM José Félix de Restrepo. Actualmente es egresado próximo a graduarse del programa de Ingeniería Electrónica de la, además trabaja como Director de Proyectos de telefonía IP en la empresa DoctorPC Systems S.A. AUTORES Julián David VÁSQUEZ GUTIERREZ, nació en Barrancabermeja, Santander el 13 de septiembre de Obtuvo su título de bachiller académico con profundización en humanismo cristiano del Seminario San Pedro Claver. Actualmente es egresado próximo a graduarse del programa de Ingeniería Electrónica de la

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