С.А. Милованов
Локальная сеть GSM на основе OpenBTS
Часть 1. Что такое OpenBTS
1. Введение
По данным «International Telecommunication Union» в период с 2002 по 2011 годы число абонентов мобильной сотовой связи выросло в 5,3 раза и составило 5,93 млрд. абонентов. А к концу 2013 г., прогнозирует «Ericsson», количество абонентов сотовой связи составит около 7,5 млрд., превысив рассчитанную ООН численность населения Земли (7 млрд.). К 2018 г. показатель достигнет 9,3 млрд. В настоящее время стандарт GSM используют около 75% абонентов сотовой связи в мире, он остается доминирующем в большинстве стран. Мобильные телефоны, поддерживающие стандарт GSM, распространены повсеместно, дешевы и общедоступны. Несмотря на это, некоторые территориально изолированные географические области по-прежнему лишены сотовой связи. Причина этому – нежелание телекоммуникационных компаний разворачивать сети в данных областях из-за малого количества потенциальных абонентов и, следовательно, экономической нецелесообразности.
Данную проблему может решить разработка сетей GSM на основе проекта OpenBTS. По словам инженеров «Range Networks» - ведущей компании в данной области - их система может служить прототипом для создания дешёвых GSM-сетей в странах третьего мира, в том числе в Африке. По оценке той же «Range Networks», полноценная базовая станция на основе OpenBTS будет стоить около $10’000, а не $50’000 - $100’000 как традиционная базовая станция. Для энергопитания базовой станции OpenBTS требуется всего 50 Вт, в отличие от стандартного коммерческого GSM-оборудования, поэтому достаточно использования даже солнечных батарей.
Проект OpenBTS (Open Base Transceiver Station) является свободно распространяемым продуктом, реализующим программным образом точку доступа стандарта GSM. OpenBTS позволяет создать на своей основе систему беспроводной мобильной связи и совершать звонки с любых мобильных телефонов, поддерживающих стандарт GSM, без использования сетей существующих коммерческих поставщиков телекоммуникационных услуг. Проект OpenBTS был запущен в 2007 году Харвиндом Самра и Давидом А. Бургессом. Целью проекта являлось снижение стоимости GSM услуг в сельских районах и развивающихся странах до уровня ниже 1 доллара в месяц на одного абонента.
В настоящее время проект OpenBTS нашел широкий отклик в мировом сообществе разработчиков и постоянно развивается. Например, фирма «Range Networks» наряду с бесплатной версией проекта выпускает коммерческие версии в комплекте с необходимым оборудованием для создания полноценной сети. По данным за 2012 год с официального сайта компании пользователями было скачано свыше 20 тыс. бесплатных копий проекта OpenBTS, а так же заказано 200 коммерческих систем.
В течение 2010 года система OpenBTS была постоянно установлена на острове Ниуэ и стала первой установкой подключённой и проверенной вместе с телекоммуникационной компанией. Ниуэ является очень малым государством с населением около 1700 человек. Себестоимость и структура OpenBTS явились для Ниуэ оптимальными, так как на острове было срочно необходимо развернуть обслуживание мобильных телефонов, но объем потенциальных клиентов был недостаточен, чтобы оправдать покупку и поддержку системы обычных ретрансляционных базовых станций стандарта GSM.
Тестовые сети на основе OpenBTS запущены в Индии, Африке, Тихом океане и некоторых других странах. Несколько инсталляций OpenBTS обслуживают частные владения — нефтяные месторождения, фермы, корабли. Ведётся работа по инсталляции OpenBTS на австралийской станции в Антарктике. Также интерес к OpenBTS проявляют военные и силовые структуры и DARPA. Системой интересуются провайдеры мобильной связи Telefonica и T-Mobile.
Высокая мобильность сети на основе OpenBTS, скорость разворачивания и настройки делают её незаменимой в зонах чрезвычайных происшествий и стихийных бедствий, когда очень нужна повсеместная беспроводная связь, а существующие коммуникации разрушены. Все необходимое для установки полноценной GSM-сети OpenBTS, включая автономный источник питания, может быть доставлено в любую точку планеты любым транспортным средством, в том числе и одним лёгким воздушным судном. Например, GSM-сеть на основе OpenBTS использовалась для обеспечения связи в главном госпитале Порт-о-Пренс (Гаити) после того, как землетрясение нарушило все существовавшие коммуникации. Ввод сети в эксплуатацию занял всего два часа.
2. Обзор версий OpenBTS
OpenBTS Commercial Release
OpenBTS Commercial («C») Release – коммерческий выпуск проекта OpenBTS, который предоставляет дополнительные возможности по безопасности, масштабируемости, расширению мощностей и использованию сетей с несколькими базовыми станциями. Коммерческий релиз предназначен для пользователей [3]:
· которые должны обеспечить сервисы сотовой связи в промышленных, государственных и коммерческих проектах;
· чья политика интеллектуальной собственности или бизнес-модели несовместимы с лицензией «AGPLv3»;
· которые требуют коммерческую поддержку, мониторинг сети и другие профессиональные услуги.
В отличие от версии с открытым исходным кодом, коммерческая версия имеет ряд дополнительных возможностей [1]:
· использование нескольких частотных каналов ARFCN;
· конфигурация сети с помощью Web-интерфейса;
· поддержка экстренных вызовов;
· база данных вызовов, работающая в режиме реального времени (Real-Time);
· усовершенствование GPRS-надстройки.
OpenBTS Public Release
OpenBTS Public («P») Release – версия проекта OpenBTS с открытым исходным кодом, используется разработчиками по всему миру. Она предназначена для проведения экспериментов, образовательных целей и проверки используемой в проекте концепции. Данная версия распространяется в соответствии с авторскими правами «AGPLv3» [1, 2].
Несмотря на то, что коммерческая версия OpenBTS «С» имеет ряд преимуществ, для реализации нашего проекта MiniBTS и использования его в некоммерческих научных и экспериментальных целях, целесообразно использовать версию проекта с открытым исходным кодом OpenBTS «P», так как это избавляет нас от дополнительных материальных расходов и решения вопросов, связанных с интеллектуальной собственностью.
Для удобства, в дальнейшем под термином «OpenBTS» будет использоваться именно версия проекта «OpenBTS Public Release».
Проект OpenBTS постоянно развивается и имеет ряд версий, последние из которых – OpenBTS 2.6 и OpenBTS 2.8.
OpenBTS 2.8 – самая последняя версия проекта - настроена и отлажена под промышленное производство и имеет ряд дополнительных возможностей по сравнению с версией 2.6 [4]:
· конфигурация OpenBTS в SQLite;
· конфигурация Asterisk в SQLite;
· ведение статистики в SQLite;
· журналирование в syslog;
· поддержка RRLP (Radio Resource Location Protocol).
Приведенные выше дополнительные возможности версии 2.8 в рамках реализации проектируемой сети не имеют особой значимости, поэтому целесообразно остановить свой выбор на версии 2.6, которая гораздо проще собирается и настраивается, а так же ориентирована именно на экспериментальное использование. Последний вариант версии 2.6 доступен под названием «OpenBTS-UHD» и имеет в своем составе ряд дополнений и драйверов для совместимости с современным оборудованием [5].
Итак, в качестве основы разрабатываемой сети GSM, целесообразнее всего использовать проект «OpenBTS-UHD».
3. Обобщенная структура проекта OpenBTS
Проект OpenBTS реализует ряд взаимодействующих между собой элементов архитектуры сети GSM, а именно связку "MS-BTS-BSC-MSC" (рис. 1).
Рисунок 1. Обобщенная структура OpenBTS
Для реализации радиоинтерфейса GSM (Um) между BTS и мобильными телефонами, в проекте используется специальное оборудование - USRP (Universal Software Radio Peripheral), которое выполняет большую часть задач классической BTS (см. среднюю часть рис. 1).
Исходный код OpenBTS реализует программное обеспечение трансивера, а так же является связующим звеном между USRP и Asterisk PBX, которое интерпретирует IMSI мобильных устройств (а точнее SIM-карт этих устройств) как SIP-клиентов, с корторыми в состоянии работать Asterisk PBX.
Asterisk PBX реализует информационную подсистему сети и исполняет роль MSC, HLR и VLR. В совокупности с программным обеспечением "Smqueue", Asterisk так же имеет возможность создания центра коротких сообщений SMSC (RFC 3428) [6].
Использованная литература:
1. Сайт компании «Rangenetworks» [Электронный ресурс]. URL: http://www.rangenetworks.com/products (дата обращения: 01.03.2013);
2. Стандартная общественная лицензия «GNU Афферо» [Электронный ресурс]. URL: http://www.gnu.org/licenses/agpl.html (дата обращения: 01.03.2013);
3. Сайт проекта OpenBTS [Электронный ресурс]. URL: https://wush.net/trac/rangepublic (дата обращения: 02.03.2013);
4. Система связи OpenBTS, Часть 2: Особенности OpenBTS, Alexander Chemeris;
5. Сайт проекта GNU Radio [Электронный ресурс]. URL: http://gnuradio.org/redmine/projects/gnuradio/wiki/OpenBTSUHD (дата обращения: 02.03.2013);
6. Axelle Apvrille, AN OPENBTS GSM REPLICATION JAIL FOR MOBILE MALWARE, VIRUS BULLETIN CONFERENCE, OCTOBER 2011.