UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA ESCUELA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA PROYECTO FIN DE CARRERA INGENIERÍA INFORMÁTICA. Julio de 2.

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1 MOVICUO: COMUNICIONES MÓVILES DE ÚLTIMA GENERACIÓN PARA LA UBICUIDAD UNIVERSIDAD DE EXTREMADURA ESCUELA POLITÉCNICA DEPARTAMENTO DE INFORMÁTICA PROYECTO FIN DE CARRERA INGENIERÍA INFORMÁTICA Julio de Proyectando Javier D. Carmona Murillo Director del proyecto José Luis González Sánchez

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3 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática Derechos de Autor 2005 Javier D. Carmona Murillo. Se otorga permiso para copiar, distribuir y/o modificar este documento bajo los términos de la Licencia de Documentación Libre GNU, Versión 1.1 o cualquier otra versión posterior publicada por la Free Software Foundation; sin Secciones Invariantes y con el Texto de Portada MOVICUO: Comunicaciones móviles de última generación para la ubicuidad. Una copia de la licencia es incluida en la sección titulada Licencia de Documentación Libre GNU 3

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5 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática ÍNDICE SIMPLIFICADO: 1. Presentación del proyecto Introducción Objetivos del proyecto Metodología utilizada Relación Movicuo - AGILA Software Libre Introducción Software Libre Vs Open Source Otros métodos de distribución de software Licencias Por qué utilizar Software Libre? Cómo afectan las patentes del software al software libre El caso de GNU/LinEx Situación tecnológica actual Evolución histórica GSM GPRS UMTS GRPS en un sistema Linux Introducción Componentes de un sistema móvil Acceso a capas inferiores. Comandos AT Conexión a la red GPRS sobre GNU/LinEx Protocolo Punto a Punto (PPP) Propuesta de solución de conexión GPRS sobre LinEx. GNOME-GPRS Especificación Estudio de viabilidad Manual del programador Guía de instalación y puesta en marcha Manual del usuario Estudio práctico. Resultados Web del proyecto Conclusiones

6 Movicuo 7. Líneas de investigación futuras Bibliografía Libros Artículos Estándares Rerefencias en Internet Anexo Licencia GNU Licencia de documentación libre GNU

7 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática ÍNDICE COMPLETO: 1. Presentación del proyecto Introducción Objetivos del proyecto Metodología utilizada Relación Movicuo - AGILA Software Libre Introducción Software Libre Vs Open Source Otros métodos de distribución de software Licencias Por qué utilizar Software Libre? Cómo afectan las patentes del software al software libre El caso de GNU/LinEx Situación tecnológica actual Evolución histórica GSM Introducción Arquitectura de GSM MS (Mobile Station) BSS (Base Station Subsystem) BTS (Base Transceiver Station) BSC (Base Station Controller) TRAU (Transcoding and Rate Adaption Unit) NSS (Network Switching Subsystem) MSC (Mobile Switching Centre) HLR (Home Location Register) y VLR (Visitor Location Register) AuC (Authentication Centre) Métodos de acceso: SDMA, FDMA y TDMA

8 Movicuo SDMA FDMA TDMA Secuencia de la transmisión El problema del retardo en la transmisión sobre sistemas TDMA: Timing Advance Control del Timing Advance en el acceso a la red Control del Timing Advance durante la conexión Gestión de la Movilidad Interfaz aéreo GSM Conexión inicial Llamadas Protocolo de GSM GPRS Introducción Problemas de la conmutación de paquetes en comunicaciones móviles Multitud de accesos de poca duración Acceso mediante Aloha ranurado Consecuencias de Aloha ranurado en GPRS Ocupación inmediata y liberación de recursos Arquitectura GPRS GGSN (Gateway GPRS Support Node) SGSN (Serving GPRS Support Node) CG (Charging Gateway) LIG (Lawful Interception Gateway) DNS Interfaces de red GPRS Interfaz aéreo de GPRS Esquemas de codificación Tipos de terminales Protocolos GPRS Canales físicos y lógicos BCCH (Broadcast and Control Channel) CCCH (Common Control Channel) PCCCH (Packet Common Control Channel) SNDCP LLC Modo sin asentimiento Modo con asentimiento Formato de la trama LLC RLC/MAC Flujo de bloques temporal (TBF) Formato de la trama RLC/MAC Protocolo de radio GPRS Nivel Protocolo del interfaz Gb Nivel 1 bis Frame Relay

9 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática BSSGP GTP Gestión de la conexión Gestión de la movilidad Attach Gestión de la sesión QoS sobre una red GPRS Ventajas de GPRS Desventajas de GPRS UMTS Introducción Arquitectura UMTS Release UE (User Equipment) RAN (Radio Access Network) WBTS (WCDMA Base Station) RNC (Radio Network Controller) GMSC (3G Mobile Switching Centre) Evoluciones posteriores Métodos de acceso. FDD y TDD QoS en UMTS Canales en UMTS Protocolo del interfaz aéreo Control de potencia GRPS en un sistema Linux Introducción Componentes de un sistema móvil Acceso a capas inferiores. Comandos AT Conexión a la red GPRS sobre GNU/LinEx Módulos del sistema operativo - Nivel Físico Módulo CDC-ACM Interacción con el teléfono. Comandos AT Activar conexión PPP Protocolo Punto a Punto (PPP) Introducción Arquitectura Componentes y funcionamiento general LCP (PPP Link Control Protocol) Configuración del enlace LCP

10 Movicuo Mantenimiento del enlace LCP Procolo de control de red PPP (IPCP) Funcionamiento de NCP IPCP (Internet Protocol Control Protocol) Protocolo de autenticación de PPP (PAP) Formatos de las tramas PPP Formato general de las tramas PPP Rangos y valores del campo protocolo Formato de las tramas de control PPP y formato de las opciones Mensajes de control PPP y valores del campo Código Formato de Opciones de los mensajes de control Formato de las tramas LCP Formato de la trama PAP Propuesta de solución de conexión GPRS sobre LinEx. GNOME-GPRS Especificación Estudio de viabilidad Análisis de costes Plan de desarrollo. Etapas del proyecto Datos globales Costes y duración estimados Costes y duración reales Manual del programador Introducción Desarrollo de aplicaciones GNOME Cómo programar conexiones GPRS en Linux Especificaciones lógicas del sistema Estructuras de datos Módulos Main Ppal Conectado Configuración Detalles Deteccion_salidas Eggtrayicon Ficheros Notificación PPP_salidas Guía de instalación y puesta en marcha Posibles problemas durante la instalación Manual del usuario Introducción

11 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática Entorno de trabajo Ejecución del programa por primera vez Ventana principal Botón Salir Botón Ayuda Botón Configuración Botón Conectar Botón Analizar gráficas Estudio práctico. Resultados Caso 1. Tráfico constante sin QoS Caso 2. Tráfico constante con QoS Caso 3. Tráfico a ráfagas sin QoS Caso 4. Tráfico a ráfagas con QoS Caso 5. Estudio de los retardos en conexiones GPRS Web del proyecto Conclusiones Líneas de investigación futuras Bibliografía Libros Artículos Estándares Rerefencias en Internet Anexo Licencia GNU Licencia de documentación libre GNU

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13 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática 1. Presentación del proyecto 1.1. Introducción Según el Diccionario de la Real Academia Española, Movible significa: Que por sí puede moverse, o es capaz de recibir movimiento por ajeno impulso, mientras que por Ubicuo, se entiende: Que está presente a un mismo tiempo en todas partes. Con estas dos definiciones, queda clara la motivación del Proyecto Movicuo, combinar movimiento con ubicuidad, permitir el movimiento y estar presente en todas partes a través de la red Internet, utilizando para ello las tecnologías móviles de última generación y los sistemas Linux. Más de mil millones de personas en el mundo (uno de cada seis habitantes), utilizan teléfonos móviles GSM, en concreto, algo más de clientes. Esta cifra se ha alcanzado cuando la tecnología apareció hace apenas 13 años. Más de 200 países han adoptado GSM, que ha pasado a ser la tecnología de referencia global para la telefonía móvil, al ser la elección del 80% de los nuevos clientes, haciendo que la cantidad de teléfonos móviles superen a las líneas telefónicas fijas en todo el mundo. Clientes por tecnología GSM CDMA TDMA UMTS Otras Figura 1.1 Número de clientes de las principales tecnologías móviles Fuente: Informa Telecoms & Media. Marzo

14 Movicuo A pesar de estas cifras, ya han aparecido varias tecnologías que ofrecen otro tipo de servicios que GSM no permite por sus características de diseño. Evoluciones como GPRS, que permiten el acceso a redes de datos, en lugar de las tradicionales redes de voz, han supuesto que el acceso a redes como Internet tenga otra lanzadera con millones de usuarios potenciales, que cada vez demandan tecnologías que ofrezcan más movilidad. Esta característica, la movilidad, es una de las más demandadas en el siglo XXI. El acceso a servicios de Internet como el correo electrónico o la banca electrónica, puede hacerse desde cualquier sitio y en cualquier momento a través de estas tecnologías sin más que disponer de un teléfono móvil con servicio GPRS. El mundo del software libre no puede mantenerse al margen de estas iniciativas, y debe sumarse a la evolución permitiendo que los usuarios de Linux, tengan la posibilidad de acceder a estas tecnologías. Considerando esta situación de evolución en la que nos encontramos, Movicuo pretende ser una base en la que apoyarse para el desarrollo de sistemas de comunicaciones móviles de última generación, ya que en este proyecto se detallan todos los aspectos tecnológicos principales de las tecnologías GSM, GPRS y UMTS, además de aportar una solución libre para la implantación de GPRS en un sistema como GNU/LinEx Objetivos del proyecto El rápido crecimiento de Internet ha provocado la aparición de numerosas tecnologías y protocolos de comunicaciones capaces de ofrecer múltiples servicios a los usuarios de las redes actuales. Uno de los objetivos más importantes de este proyecto es el de usar LinEx como plataforma donde desarrollar, implantar y explotar las tecnologías de comunicaciones móviles más recientes y emergentes como GPRS (y en un futuro UMTS). GNU/LinEx, debe estar dotado de todas las posibilidades actuales de comunicación para que el acceso a Internet desde el sistema no se convierta en una barrera de entrada para que sus potenciales usuarios desistan de usarlo en favor de otros 14

15 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática sistemas propietarios que pueden invertir grandes cantidades de dinero en seguir de cerca la evolución tecnológica. Se pretende alcanzar también el objetivo de soportar sobre el sistema, las comunicaciones inalámbricas mediante la unión del ordenador portátil con el teléfono móvil, equipado con GPRS en estos momentos, y con UMTS en el futuro. Las tecnologías inalámbricas ofrecen importantes ventajas frente a las que requieren de los necesarios cableados. Si a las tecnologías de comunicaciones que no requieren hilos les unimos las ventajas de usar terminales multimedia, poco pesados y ergonómicos, como ciertos ordenadores personales, y algunos terminales telefónicos, tendremos el medio de acceso ideal a la sociedad de la información. En este proyecto se propone principalmente el estudio e implantación de tecnologías de comunicaciones inalámbricas de 2G 1/2, como GPRS (General Packet Radio Service), que servirá de base para una futura implantación de UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Para su desarrollo, se aplican técnicas propias del software libre para analizar protocolos y proponer novedades y mejoras a la vez que nuevas aplicaciones con calidad de servicio de estas modernas técnicas de comunicación Metodología utilizada La metodología utilizada para el desarrollo de este Proyecto Fin de Carrera ha seguido los pasos propios del desarrollo de proyectos informáticos: Estudio y definición del problema: En esta fase se ha realizó un estudio de la tecnología actual para comprobar la situación en la que nos encontrábamos. Se encontraron algunas carencias de la tecnología relacionadas con el software libre, en concreto con el sistema GNU/LinEx. Estudio de viabilidad: Con las carencias encontradas en el punto anterior, se realizó un estudio para analizar si existe una solución que sea factible desde varios puntos de vista (técnico, económico y operacional). 15

16 Movicuo Análisis: Una vez conocida la viabilidad del proyecto, se ha realizado un estudio con más detalle, del funcionamiento de la tecnología, en concreto, los protocolos y mecanismos utilizados en GNU/LinEx. Diseño de la solución: Tras el análisis, y conocido el problema en detalle, se ha especificado cómo debería ser la solución. Esto será un paso importante para que el desarrollo sea más rápido y eficiente. Desarrollo: Teniendo la solución diseñada, ahora queda desarrollarla de forma que responda a las especificaciones creadas. Documentación: Una parte muy importante para el conocimiento del proyecto y su posible uso futuro es la documentación. Las posibles mejoras de Movicuo, tendrán éxito, en la medida de que la documentación sea clara y descriptiva. El proyecto debe quedar totalmente documentado Relación Movicuo - AGILA Es necesario indicar, que este Proyecto Final de Carrera queda encuadrado dentro del marco del proyecto AGILA ( otro proyecto de mayor envergadura, en el que el autor colabora como investigador de apoyo. AGILA surge del II Plan regional de investigación, desarrollo tecnológico e innovación de Extremadura, patrocinado por la Conserjería de Educación, Ciencia y Tecnología de la Junta de Extremadura. Los objetivos de este proyecto, por tanto, son parte de los objetivos del proyecto AGILA. Entre ellos está la implantación de GPRS sobre el sistema GNU/LinEx. La herramienta software que acompaña al trabajo de investigación, ha sido desarrollada con la intención y el convencimiento de que pueda convertirse en parte del sistema GNU/LinEx, ya que actualmente carece de la posibilidad de permitir el acceso a Internet 16

17 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática a través de un teléfono móvil utilizando una tecnología de última generación como es GPRS. Desde esta situación, la herramienta podría ser adoptada por otros muchos sistemas que tengan las mismas características que LinEx, colocándose como la aplicación de referencia para entornos GNOME. En todo caso, la aplicación desarrollada permite el acceso a Internet en un ordenador en el que conectemos un teléfono móvil con soporte GPRS. Esto resulta muy útil para aquellas ocasiones en las que sea necesario consultar una página web, ver el correo electrónico, etc., en definitiva, cualquier operación que requiera una conexión a Internet, y no se disponga mas que de un teléfono móvil y un ordenador sin ninguna otra conexión. 17

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19 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática 2. Software Libre Este proyecto está directamente relacionado con el software libre. En este apartado, se presentan sus aspectos generales. Se hace especial hincapié en GNU/LinEx y el software libre en Extremadura Introducción La idea generalizada que existe en gran parte de la sociedad desde hace más de 30 años, es que los vendedores de un programa software imponen las condiciones bajo las que puede utilizarse, limitando las posibilidades de uso de un producto por el cual ya has pagado y que es de tu propiedad. Esta idea, como ya he dicho, generalizada, tiene la alternativa del software libre, que concede las libertades que el software propietario tradicional niega. Sobre el año 1984, Richard Stallman comenzó a trabajar en un nuevo proyecto al que llamó GNU. Su idea era construir un sistema de software, de propósito general, totalmente libre. Una de las principales preocupaciones de Stallman era que los usuarios del software pudieran tener más libertades de las que imponía su época. Así, nació la licencia GPL, que utilizan un mecanismo que Richard Stallman llamó copyleft. Stallman también fundó la Free Software Foundation (FSF) con el fin de conseguir fondos para el desarrollo y la protección del software libre y estableció fundamentos éticos del software libre, con documentos como: The GNU Manifesto y Why Software Should Not Have Owners. En estos documentos, software libre hace referencia a libertad. En concreto, Richard Stallman se refiere a cuatro libertades: 19

20 Movicuo 1. Libertad para ejecutar el programa en cualquier sitio, con cualquier propósito y para siempre. 2. Libertad para estudiarlo y adaptarlo a nuestras necesidades. Esto exige el acceso al código fuente. 3. Libertad de redistribución, de modo que se nos permita colaborar con vecinos y amigos. 4. Libertad para mejorar el programa y publicar las mejoras. También exige el código fuente. Estas libertades se garantizan con la licencia GPL, que también impone algunas restricciones como dar crédito a los autores originales si redistribuimos el software o incluso obligar a que los programas ajenos mejorados también sean libres, promoviendo así, la creación de más software libre A principios de los años 90, el proyecto GNU estaba cerca de ser un sistema completo similar a UNIX, pero faltaba algo muy importante, el núcleo (kernel). Por la misma época, la comunidad BSD estaba en camino hacia un kernel libre, que apareció a principios de 1992 cuando Bill Jolitz distribuye 386BSD, un sistema que funcionaba sobre la arquitectura i386 y que más adelante dio lugar a los proyectos NetBSD, FreeBSD y OpenBSD. En julio de 1991, Linus Torvalds pone un mensaje en Internet donde habla de su proyecto de hacer un sistema libre similar a Minix. En septiembre libera la primera versión (0.0.1), y pocas semanas después aparecen nuevas versiones. En marzo de 1994 aparece la versión 1.0. En todo ese tiempo, muchos desarrolladores se vuelcan sobre este sistema, integrando a su alrededor multitud de programas libres. A diferencia de la familia BSD, Linux (kernel) y gran parte de los componentes que se integran a su alrededor se distribuyen con la licencia GPL. 20

21 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática Desde entonces, el desarrollo del software libre y de GNU/Linux ha ido creciendo, llegando a ser, a principio de la década del 2000, un serio competidor al software propietario en varios campos de la informática. Ya en el nuevo milenio, la aparición de GNOME 2.x, KDE 3.x y OpenOffice, acercan GNU/Linux a los usuarios domésticos y a muchas empresas. Estos sistemas ya son más fáciles de instalar y la complejidad para mantenerlos y actualizarlos es comparable a la de otros sistemas propietarios. Hoy, las principales empresas de la industria del software tienen una estrategia con respecto al software libre. La mayoría de las grandes multinacionales (IBM, HP, SUN, Apple, Oracle), incorporan el software libre en mayor o menor medida. De las grandes empresas, tan sólo Microsoft se ha posicionado totalmente en contra al software libre, y en particular al software distribuido bajo licencia GPL Software Libre Vs Open Source Las dos corrientes ideológicas más importantes entre aquellas que distribuyen el código fuente son: Software Libre y Open Source. La primera trabaja hacia el objetivo de hacer todo el software libre de restricciones, cree en las mejoras técnicas y trabaja a favor de la comunidad. La segunda, Código Abierto, trabaja para conseguir la mayoría de los mismos objetivos, pero basa sus argumentos en los méritos económicos y técnicos de hacer el código fuente disponible libremente, en lugar de los principios morales y éticos que se manejan en la metodología de Software Libre. El movimiento del Software Libre está encabezado por la Free Software Foundation que organiza la recaudación de fondos para el proyecto GNU. El software libre es más que una ideología. En esencia, el software libre es un esfuerzo por garantizar ciertos derechos para usuarios y diseñadores. Estas libertades incluyen la libertad para ejecutar el programa por cualquier razón, la libertad para estudiar y modificar el código fuente, la libertad para redistribuir la fuente, y la libertad para compartir cualquier modificación. Para garantizar estas libertades, se creó la GNU General Public License 21

22 Movicuo (GPL). La licencia GPL, obliga a cualquiera que distribuya un programa compilado autorizado bajo la GPL a proporcionar el código fuente, y ser libre de hacer las modificaciones al programa con tal de que esas modificaciones estén disponibles en el código fuente. Esto garantiza que una vez el programa "se abre a la comunidad, no puede cerrarse" excepto por el consentimiento de cada autor de cada pedazo de código (incluso las modificaciones) dentro de él. La mayoría de los programas de Linux son distribuidos bajo la GPL. Es importante señalar que GPL no dice nada sobre el precio. Algo que mucha gente confunde, es que el software libre no tiene por qué ser software gratis. Esta duda surge por el significado del término free, que puede traducirse tanto por libre como por gratis. La "parte libre" está en que el usuario o cliente posee el código fuente, no en el precio que paga por el software. (Sin embargo, una vez que alguien lo ha vendido, o incluso lo ha dado, un programa compilado distribuido bajo GPL éstas obligan a que se proporcione su código fuente también). Al frente del joven movimiento del Open Source, se encuentra la OSI (Open Source Initiative) cuyo propósito es buscar apoyo para la distribución de software de código abierto. Es decir, software que tiene el código fuente disponible así como el programa listo para ejecutarse. No ofrecen una licencia específica, pero en cambio apoyan varios tipos de licencia de fuente abierta disponibles. La idea detrás de la OSI es tener más compañías usando código abierto permitiéndoles escribir sus propias licencias certificadas por la Open Source Initiative. Muchas compañías quieren liberar el código fuente, pero no quiere usar la GPL. Debido a que ellos no pueden cambiar la GPL radicalmente, ellos ofrecen la oportunidad de proporcionar sus propias licencias certificadas por esta organización. Aunque la Free Software Foundation y la Open Source Initiative trabajan para ayudar al usuario, en general, no son la misma cosa. La Free Software Foundation usa una licencia específica y proporciona el software bajo esa licencia. La Open Source Initiative busca un soporte para todas las licencias de código abierto, incluyendo la licencia de la Free Software Foundation. La forma en que cada uno defiende hacer el código fuente disponible divide a los dos movimientos, pero el hecho de que dos grupos 22

23 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática ideológicamente diversos estén trabajando hacia la misma meta, da credibilidad a los esfuerzos de cada uno. Independientemente de la corriente que provenga el Software ("Open-Source" o "GNU"), ambos ofrecen productos libres y de calidad a los usuarios finales Otros métodos de distribución de software FREEWARE: Programas gratuitos. Normalmente se ceden en binario y con derechos de redistribución. Sin embargo, a veces sólo se pueden obtener de un sitio oficial, normalmente para promocionar otros programas o servicios, como es el caso de los kits de Java gratuitos que proporciona Sun Microsystems. SHAREWARE: No es siquiera software gratis, sino un método de distribución, ya que los programas, generalmente sin fuentes, se pueden copiar libremente, pero no usar continuadamente sin pagarlos. La exigencia de pago puede estar incentivada por funcionalidad limitada o mensajes en el programa. Además, las estipulaciones legales de la licencia podrían utilizarse en contra del infractor. CHARITYWARE, CAREWARE: Generalmente shareware, pero cuyo pago se exige para una organización caritativa patrocinada. En muchos casos, el pago no se exige, pero se solicita una contribución voluntaria. Algún software libre, como vim solicita contribuciones voluntarias de este tipo. DOMINIO PÚBLICO: El autor renuncia absolutamente a todos sus derechos, a favor del común, lo cual tiene que estar declarado explícitamente en el programa, ya que si no se dice nada, el programa es propietario y no se puede hacer nada con él. En este caso, y si además se proporcionan los códigos fuentes, el programa es libre. COPYLEFT: Un caso particular de software libre cuya licencia obligada a que las modificaciones que se distribuyan sean también libres. 23

24 Movicuo PROPIETARIO, CERRADO, NO LIBRE: Términos usados para denominar al software que no es libre ni de fuente abierta Licencias Lo que diferencia al software libre del resto del software es la licencia, un contrato entre el autor (o propietario de los derechos) y los usuarios, que estipula lo que éstos pueden hacer con su obra. La legislación sobre derechos de autor, plasmadas en las leyes sobre propiedad intelectual, asegura que por defecto, no se puede hacer prácticamente nada si su autor no lo permite explícitamente. Las licencias de software libre dan ciertos permisos explícitos. Las condiciones (o restricciones) que imponen las licencias sólo pueden ser precisadas por los propios autores, que según la normativa de propiedad intelectual son los propietarios de la obra. La licencia no supone transferencia de propiedad, sino solamente derecho de uso y, en algunos casos, de distribución. A grandes rasgos, podemos distinguir dos tipos de licencias: a) Licencias minimalistas, que no obligan a casi nada para poder redistribuir el programa o trabajos derivados de él. La licencia más conocida de este tipo es la licencia BSD. Estas licencias son tan permisivas que suele ser posible, por ejemplo, que trabajos derivados del programa libre puedan redistribuirse bajo licencias propietarias. Ejemplos de este tipo son las licencias usadas para los sistemas BSD (Net BSD, OpenBSD, FreeBSD) y para el servidor web Apache. b) Licencias protectoras de la libertad, que obligan a que las redistribuciones se hagan bajo términos similares a la primera distribución. Este tipo de licencias está diseñado de forma que los usuarios que reciben el programa después de una serie de redistribuciones sigan disfrutando de las mismas restricciones que 24

25 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática garantizan que el programa nunca pueda redistribuirse como software propietario. La licencia más conocida y habitual de este tipo es la GNU GPL, que se usa por ejemplo para el kernel de Linux, la mayor parte de los programas del proyecto GNU y la mayor parte de los sistemas KDE y GNOME Por qué utilizar Software Libre? El software libre trae consigo numerosas ventajas y pocas desventajas. De ella, la que más fundamento tiene es la económica, ya que parece que no es posible obtener mucho dinero de la distribución y ésta la puede y suele hacer alguien distinto al autor. Para solventar este problema, deben utilizarse modelos de negocio diferentes a los tradicionales. Otras desventajas como la falta de soporte o la calidad escasa, están relacionadas con la financiación, pero además, incluso sin financiación, el soporte a través de foros de usuarios y desarrolladores especializados es realmente bueno, siendo normalmente los propios autores del software los que colaboran en estos foros. La calidad del software libre no es un problema, ya que tanto la colaboración como la competencia son dos mecanismos muy relacionados con el software libre y que permiten que la calidad del desarrollo sea alta. Además, el software libre aporta beneficios a todas las partes implicadas de una u otra forma en el desarrollo. a) Para el usuario final, encontrar competencia en un mercado con tendencia al monopolio, es una opción realmente interesante, en la que además, se le permite modificar el software para adaptarlo a su uso particular. b) Para la administración pública, ya que las características especiales deben hacerla independiente y neutral de las empresas, dando a los usuarios servicios accesibles, algo que el software libre ofrece. c) Para el desarrollador, que debe adaptarse a estas nuevas situaciones, ya que tendrá acceso a tecnología que de otra forma no podría utilizar. El uso del 25

26 Movicuo trabajo de otros desarrolladores, le permitirá acceder a distintas evoluciones del software, propiciado por la competencia Cómo afectan las patentes del software al software libre Una patente da monopolio temporal sobre una tecnología, y se promueven normalmente como mecanismos para mejorar el desarrollo tecnológico en un área dada, y para ayudar a los innovadores a que consigan suficiente capital para convertir sus ideas en productos. En el caso específico del software la legislación sobre derechos de autor y la propia dinámica de la industria del software han sido suficientes para conseguir una historia notable de rápida innovación tecnológica y buena consecución de fondos. La industria del software es realmente dinámica. La barrera de entrada es muy baja en campos que están tecnológicamente avanzados, y es posible convertir ideas en productos con relativamente pocos recursos comparando con otras industrias. Una barrera de entrada tan baja asegura que haya una fuerte competencia entre los innovadores. Ésa es la principal razón por la cual la velocidad de desarrollo en la industria del software es tan alta. Por otro lado, la legislación de derechos de autor asegura que los desarrollos que hace un autor, no pueden ser usados directamente por su competencia. El retraso con el que otras empresas pueden desarrollar sus propios productos es suficiente para asegurar la financiación al primer desarrollador, si es capaz de entregar un producto razonable. La introducción de patentes de software incrementaría la cantidad de recursos que necesita el desarrollador para poder hacer nuevos productos. Necesitaría nuevos fondos para hacer estudios de patentes sobre su software, para pagar licencias en caso de que su software sea alcanzado por una o más patentes (incluso si no están relacionadas con las mejoras que introduce el producto) y para hacer provisiones 26

27 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática frente a los posibles litigios con dueños de patentes (incluso si la infracción de esas patentes no está clara). Además, las patentes presentan una clara ventaja a las grandes empresas que tengan suficientes recursos, ya que comprando patentes, podrían alcanzar una situación de monopolio, y parar completamente la innovación negándose a negociar licencias de sus patentes. Por supuesto, eso reforzaría sus productos como únicas opciones. Por estas y otras razones, el impacto de las patentes de software sobre el desarrollo de software y sobre la mejora de las tecnologías del software es claramente negativo. El impacto de las patentes sobre el software libre es, por su propia naturaleza, realmente negativo, e incluso peor que en el caso de otros tipos de software (como el software propietario). Hay tres características del software libre que explican este efecto negativo específico: Disponibilidad del código fuente. El código fuente siempre está disponible para su estudio y escrutinio en el caso del software libre. Eso significa que todas las tecnologías de software que se usan están completamente expuestas a un análisis de patentes. Si una empresa tiene que considerar la posibilidad de luchar en un juicio por infracción de patente, la exposición del código fuente no es la mejor estrategia posible. Las empresas querrán dificultar lo máximo posible las querellas por infracción de patente. Eso les forzaría a no publicar el código fuente de sus aplicaciones (ya sean tanto aplicaciones producidas como usadas por esas empresas). Imposibilidad de negociar licencias. El software libre puede copiarse y redistribuirse sin restricciones. Puede ser modificado e incorporado en otros productos libres. Por lo tanto, no hay ningún punto único de distribución como ocurre en el caso del software propietario. Eso hace que sea realmente difícil encontrar un esquema para negociar licencias para el uso de patentes en programas libres y es muy poco probable que se concedan licencias de muchas patentes para su uso en programas libres. 27

28 Movicuo Impacto en pequeños desarrolladores. El software libre se desarrolla en muchos casos por empresas muy pequeñas y desarrolladores individuales. El trabajo de examinar todo el código producido y todas las contribuciones recibidas buscando posibles usos de tecnologías patentadas está completamente fuera de las posibilidades de esos desarrolladores. Por lo tanto, si hay que realizar estudios de infracción de patentes antes de distribuir software (debido al riesgo de ser acusado de infracción de patente) muchos de estos desarrolladores no podrán producir productos con software libre. Incluso si no usan ninguna tecnología patentada. Por lo tanto, la promoción del software libre es absolutamente incompatible con la introducción de las patentes de software. En resumen, las patentes de software, como cualquier tipo de patente, tienen efectos negativos para la sociedad en su conjunto. En otras industrias pueden producir suficientes beneficios que los contrapesen, pero éste no es el caso de las patentes de software. No mejoran la velocidad de desarrollo de software y pueden dañar a los pequeños (pero muy productivos) innovadores. En el caso del software libre el impacto de las patentes de software es especialmente dañino. La situación actual de las patentes de software en la Unión Europea es, que a principios de Marzo de 2005, los ministros de Industria y Energía de los Veinticinco países de la Unión Europea, ratificaron sin debate (España era el único país que votó en contra) el acuerdo político alcanzado en mayo de 2004 sobre la directiva sobre la patentabilidad de invenciones implementadas en ordenadores, que está defendida por grandes empresas como Nokia o Microsoft. En la actualidad, la directiva sobre las patentes Hace unos días (21 Junio 2005), la comisión de Asuntos Jurídicos del Parlamento Europeo, ha respaldado dicha directiva, que aún debe ser ratificada en la Eurocámara en julio. 28

29 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática 2.7. El caso de GNU/LinEx A finales de los años 90, la Junta de Extremadura comienza a desarrollar una política de implantación del conocimiento e innovación tecnológica para llegar a una igualdad y libertad por parte de todos los ciudadanos de la comunidad. Esto se debía principalmente al proceso que se estaba siguiendo en Europa de liberalización del mercado de las telecomunicaciones. En esta situación, Extremadura pasaba a encontrarse en una situación de riesgo, al resultar muy poco rentable llevar infraestructuras a las localidades pequeñas en las que habita la mayoría de la población extremeña. Para ello, en 1998, desde la Junta de Extremadura se lanzó un reto de incorporar a Extremadura a la Sociedad de la Información, con el compromiso de no dejar fuera a nadie. De esta forma comenzó un proyecto que tenía dos bases fundamentales: Conectividad total para todos los municipios de la región Alfabetización tecnológica para todos los ciudadanos Este proyecto pretendía ser un impulso para la formación y la creación de negocios en el ámbito de las tecnologías de la información en Extremadura. Las distintas actuaciones que se debían realizar, para llevar a cabo con éxito el proyecto, suponían un coste imposible de afrontar por la administración extremeña. Bajo estas condiciones, prácticamente la única solución viable desde el punto de vista económico, era la de utilizar software libre. Así, a principios de 2002, la Junta de Extremadura dio a conocer públicamente el proyecto LinEx. La idea es promover la creación de una distribución basada en GNU/Linux con el objetivo de utilizarla en los miles de ordenadores que se iban a instalar en los centros educativos públicos de toda la región. Por tanto GNU/LinEx desde su comienzo tenía fijados sus objetivos: 29

30 Movicuo Objetivo Educativo para contribuir al desarrollo de la Red Tecnológica Educativa, proporcionando un ordenador por cada dos alumnos en las aulas de centros educativos. Objetivo Social y Económico para la difusión de los programas libres en Extremadura, a través del Plan de Alfabetización Tecnológica, las Pymes y la propia Administración. La utilización del Software Libre evita las barreras económicas, como era el caso de las licencias. Algunas empresas extremeñas de nuevas tecnologías ya están obteniendo beneficios con el desarrollo de tecnología mediante este método. El uso de este sistema por la Administración Pública de Extremadura supone un ahorro bastante considerable, ya que según las estimaciones de la Consejería de Educación, Ciencia y Tecnología de la Junta de Extremadura, un ahorro de euros supondría el coste de las licencias de uso de los diferentes programas de software propietario que se instalarían en 22 ordenadores. El por qué usar este modelo es debido a los objetivos propios del Software Libre. El objetivo social de este tipo de software es evitar que los ciudadanos se vean obligados a adquirir licencias de uso de determinados productos a la hora de emplear los medios electrónicos para comunicarse con las administraciones públicas y que puedan hacerlo mediante aplicaciones estándares y gratuitas. También se busca que las administraciones públicas, no dependan de la evolución que establezca el mercado, sino de una evolución tecnológica que asegure la calidad de los productos y reduzca las inversiones improductivas, condicionadas por intereses comerciales. El modelo de software libre, en el que se basa GNU/LinEx, se sustenta en la necesidad de defender una serie de libertades en el ámbito de la tecnología digital: libertad para usar los programas informáticos, sin restricción alguna; libertad de acceder al código fuente de los programas, pudiendo adaptarlos según necesidades, libertad para distribuir copias de programas; libertad para mejorar el programa y difundir esas mejoras en 30

31 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática beneficio del interés general; y libertad de inspección del código fuente para garantizar la transparencia de los procesos. LinEx es una distribución basada en tecnología GNU/Linux a partir del desarrollo de Debian y GNOME. Sus utilidades son muy amplias, propias del software libre, que permiten un aprovechamiento máximo de la tecnología para los usuarios finales. En el proyecto Movicuo, se ha desarrollado una herramienta que puede ser incorporada a GNU/LinEx, para permitir a los usuarios conexiones a Internet a través de sus teléfonos móviles. En estos dos años de vida, el proyecto GNU/LinEx ha recibido premios por haber sido un proyecto innovador, como es el Premio de la Comisión Europea, que supone el impulso definitivo al proyecto de acceso a la Sociedad de la Información para Extremadura. A pesar de los muchos reconocimientos que ha tenido este proyecto, existen en la actualidad varios aspectos que deben ser resueltos. La Junta de Extremadura se lanzó a comprar equipos informáticos para conseguir el ratio de dos alumnos por ordenador en cada aula de los centros educativos extremeños, sin tener una base sólida que permitiese al profesorado utilizar GNU/LinEx como punto de partida pedagógica para sus clases. Esto provocó que en muchos centros de la región, los ordenadores estuvieran almacenados sin ser utilizados, o incluso que permanecieran apagados dentro de las propias aulas. Antes de que muchos profesores tuviesen la formación adecuada y de que se hubiesen desarrollado aplicaciones sobre LinEx que permitiera su uso en las distintas asignaturas impartidas, los equipos ya estaban en los colegios, sin que nadie los utilizara. En el campo de la informática, los productos se devalúan mucho en muy poco tiempo, por lo que todos estos problemas han supuesto una pérdida importante de dinero. La Administración extremeña está solventado estos errores, para empezar a cumplir los objetivos propuestos por el proyecto GNU/LinEx. 31

32 Movicuo A partir de la decisión de la Junta de Extremadura, el debate del uso de software libre por parte de las administraciones públicas se ha avivado, y ya en España hay muchas administraciones que han decidido seguir los pasos de Extremadura. Actualmente, LinEx está en su versión 2004 (liberada en Agosto de 2004), y se espera que LinEx 2005 se presente en la II Conferencia Internacional de Software Libre - Encuentro Internacional sobre Conocimiento Libre, que se celebrará en Mérida en Octubre de

33 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática 3. Situación tecnológica actual 3.1. Evolución histórica Las comunicaciones mediante dispositivos electrónicos han evolucionado de una forma considerable en los últimos años. Aunque las redes comerciales de telefonía móvil aparecieron a principio de los años 40, se consideran a las redes analógicas de finales de los 70 en Estados Unidos y en Europa a principio de los 80, como la primera generación (1G) de redes sin cables. Desde estos terminales analógicos hasta las propuestas para tercera y cuarta generación de telefonía móvil, que ya están siendo utilizados ha habido muchos cambios en las necesidades y requerimientos, las nuevas tecnologías ya no se enfocan tanto a la comunicación entre personas, el enfoque cada día está más dedicado a la comunicación entre objetos electrónicos, y a comunicaciones de datos. Los nuevos servicios requieren una conexión mucho más rápida en lo que a datos se refiere, por eso se implementaron protocolos como GPRS, que se puede implementar en sistemas de 2G y 2.5G. La telefonía móvil comenzó con los sistemas analógicos, el más importante de estos sistemas fue Advanced Mobile Phone Service (AMPS). Este sistema se conoce como de 1G. Aparece en 1983, utilizaba modulación FM. Después del sistema AMPS, apareció el sistema IS 41 o TDMA. Este sistema divide el canal en ranuras de tiempo, cada ranura equivale a un móvil transmitiendo información por lo que cada canal es compartido por tres usuarios. La modulación para este sistema es mucho más compleja que para AMPS, aquí se utilizaba π/4 DQPSK. Otro sistema que tuvo gran éxito fue el sistema IS 95, que en lugar de utilizar TDMA utiliza CDMA o acceso múltiple por división de código. Este sistema consiste en asignar códigos de pseudos ruido en la transmisión. En el receptor, el dispositivo que 33

34 Movicuo cuente con el código, recibe la información; para el resto de los usuarios, la información aparece simplemente como ruido. A principios de la década de 1980, los sistemas analógicos tuvieron un período de rápido crecimiento en Europa. Algunos países se dedicaron a desarrollar su propio sistema, incompatible con los de los demás. A finales de los 80, las comunicaciones digitales comenzaron a desplazar a las analógicas, debido a que los sistemas móviles no pueden soportar una gran capacidad de tráfico ya que el espectro es limitado; por esta razón se tuvo en los sistemas móviles una salida al problema de tráfico denso como el que se presenta en zonas urbanas. Esto supuso que CEPT (Confederación de Correos y Telégrafos Europeos) formara un grupo, llamado Groupe Speciale Mobile para estudiar y desarrollar un sistema telefónico móvil terrestre, y público para toda Europa. En 1989 fue transferida la responsabilidad de GSM al Instituto Europeo de Normas y Telecomunicación (ETSI) y en 1990 se publicó la fase I de las especificaciones GSM. Este sistema tuvo la ventaja de haberse diseñado desde cero, sin importar si era compatible con los sistemas existentes. GSM fue el estandarte de la segunda generación, pero pronto comenzarían a aparecer nuevas tecnologías como GPRS (General Packet Radio Service), que puede ser considerado de 2.5G. Este sistema utiliza TDMA y se incluyó la conmutación de paquetes, lo que proporcionaba tasas de transmisión de datos mayores. GPRS es muy importante porque es el sistema de conmutación de datos de mayor aceptación a nivel mundial. En un principio fue desarrollado para Europa, pero fue adoptado por muchos más países. El estándar de 3G propuesto por el ETSI (European Telecommunications Standards Institute) es UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). UMTS es un estándar ratificado por el ITU-T (Internacional Telecommunications Union Telecommunication Standardization Sector) bajo el amparo de IMT2000 (Internacional Mobile Telephony). Este es el estándar dominante, con el estadounidense CDMA

35 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática que va ganando terreno, especialmente con los operadores que desarrollaron CDMAONE, que es su predecesor. UMTS es especificado como una migración de GSM de 2G a UMTS, a través de GPRS y EDGE como se muestra en la figura 3.1. Figura 3.1 Evolución de GSM a UMTS Los sistemas de tercera generación, se consideran como los sistemas que obtendrán el mayor número de usuarios en la primera década de este siglo. Las estimaciones indican que para el 2010 habrá al menos 600 millones de abonados. Lo más importante y por lo que se estima este éxito es por los servicios que se podrán ofrecer. Figura 3.2 Posibilidades de evolución de 2G a 3G 35

36 Movicuo Para el caso de 4G, los servicios se mantienen e incrementan levemente, pero la velocidad de transmisión será mucho mayor, el punto más importante es que las diferentes arquitecturas de los diferentes sistemas se encontrarán completamente interconectadas, y el usuario podrá disponer de todos los servicios que ofrecen GSM Introducción El desarrollo de GSM comenzó con un grupo formado por la CEPT (European Conference of Postal and Telecommunications Administrations), para investigar el desarrollo de un estándar de comunicaciones móviles para ser usado en Europa. Este grupo era conocido como el Groupe Special Mobile, o GSM, es de ahí de donde vienen las siglas de este estándar, ahora más conocido como Global System for Mobile Communications. El deseo de un sistema unificado en Europa había sido una constante desde que muchos de los países que lo componen habían desarrollado diferentes tecnologías que eran incompatibles entre sí. Paralelamente, en Estados Unidos, las tecnologías móviles estaban avanzadas también, pero al ser un solo país, las necesidades de roaming no eran tan importantes como en Europa. GSM fue adoptado como un estándar europeo por el ETSI, para operar en tres regiones de frecuencias principales: 900 MHz 1800 MHz 36

37 Proyecto Fin de Carrera. Ingeniería Informática 1900 MHz GSM es con mucha diferencia el sistema más importante de la segunda generación, y ha sido adoptado no solo en Europa, sino en las regiones Asiáticas del Pacífico y más recientemente en América. Algunos de los operadores de redes móviles más importantes de Estados Unidos están introduciendo GSM como una migración a UMTS o simplemente para que la oferta de sus servicios sean mayores. Otros sistemas utilizados son IS-136 (basada en TDMA), IS-95 o cdmaone (basado en CDMA) y PDC. Actualmente, GSM abarca sobre el 80 % del mercado global de los sistemas móviles. Aunque las redes evolucionan a 3G, GSM no debería ser desplazada, ya que es una parte de las redes GPRS y UMTS Arquitectura de GSM La estructura de una red GSM es la que se muestra en la figura 3.3: Figura 3.3 Arquitectura de la red GSM Cada uno de los componentes de esta figura se explican en los siguientes apartados MS (Mobile Station) Está compuesto por el dispositivo móvil y una pequeña tarjeta llamada Subscriber Identify Module (SIM). Esta tarjeta ofrece movilidad, ya que el usuario puede extraer la 37