Rete cellulare fai-da-te (progetto OpenBTS)

Rete cellulare fai-da-te (progetto OpenBTS)

OpenBTS – Introduzione

E’ possibile realizzare una propria rete cellulare con un progetto fai da te? Tecnicamente sì, come dimostra il progetto open-source OpenBTS, un’estensione del più noto e diffuso progetto GNU Radio

Il mondo delle telecomunicazioni negli ultimi anni è stato caratterizzato da una notevole crescita e diffusione, soprattutto per quanto riguarda il settore della telefonia mobile, un servizio ormai disponibile in quasi tutti i paesi del mondo.

Come molti altri settori a rapida crescita ed elevato sviluppo tecnologico, anche quello delle telecomunicazioni ha visto l’ingresso di alcuni validi progetti open-source, sfociati in qualche caso anche in altrettanto validi ed utili prodotti commerciali. Una vera e propria rivoluzione è stata portata, ad esempio, da Asterisk, un’applicazione open-source in grado di trasformare un normale computer in un PBX con elevate prestazioni ad un costo ridottissimo.

Asterisk può essere impiegato come centralino per applicazioni domestiche, aziendali, o anche come VoIP service provider, ed è anche disponibile come prodotto commerciale della Digium. Altri esempi sono forniti dal progetto GNU Radio, un progetto di tipo SDR (radio definita dal software), e dal progetto di cui ci occuperemo ora, vale a dire OpenBTS, il quale consente di eseguire delle telefonate con un normale telefono cellulare GSM senza utilizzare le reti dei fornitori di telefonia mobile. In altre parole, con OpenBTS è possibile creare una propria rete per la telefonia mobile GSM senza utilizzare le reti dei vari provider di servizi.

Il progetto nacque inizialmente grazie al lavoro e alla passione profusa da Harvind Samra e David A. Burgess, ed ha subito raggiunto l’importante risultato di essere stata la prima implementazione software open-source del protocol stack GSM. Forse non tutti sanno come funziona una classica rete GSM, per cui è utile a questo punto esporre qualche concetto introduttivo relativo a questo argomento.

OpenBTS – La rete GSM

La rete GSM è piuttosto complessa, ed è composta da diverse componenti; una normale rete GSM è simile a quanto mostrato nell’immagine seguente. I punti di ingresso nel sistema sono rappresentati dai nodi BTS (Base Transceiver Station) i quali comunicano attraverso lo scambio di segnali a radio frequenza (RF) con i dispositivi per la telefonia mobile (cellulari, PDA, modem) utilizzati dai clienti della rete. I BTS, che appartengono al cosiddetto “ultimo miglio” della rete, sono controllati dalla BSC (Base Station Controller), a sua volta connessa con la MSC/VLR (Mobile Switching Center/Visitor Location Register). Quest’ultima svolge l’importante compito di autenticare l’utente e per fare ciò accede ad una database apposito contenente queste informazioni (HLR – Home Location Register, AuC – Authentication Center).

OpenBTS – Il progetto

Il progetto OpenBTS utilizza a livello hardware l’USRP (Universal Software Radio Peripheral) ed un normale PC. L’USRP ha il compito di gestire la ricezione e trasmissione dei segnali GSM verso i dispositivi di telefonia mobile, ed è equipaggiato con il framework software GNURadio. GNURadio è un SDK (Software Development Toolkit) che fornisce i blocchi di elaborazione del segnale run-time necessari per implementare una radio definita dal software con costi accessibili. Il PC è invece equipaggiato con il software open-source Asterisk PBX, il cui compito è quello di interconnettere le chiamate GSM tra i cellulari della rete OpenBTS, appoggiandosi ai protocolli SIP e alla tecnologia VoIP. Per eseguire poi delle chiamate a lunga distanza, anche internazionali, è sufficiente disporre di una connessione Internet. Tutto ciò è sintetizzato nell’immagine seguente:

Vediamo ora maggiormente in dettaglio i componenti hardware richiesti (tutto il materiale, eccetto il cellulare e la SIM card, sono disponibili presso Ettus Research):

  • USRP (Universal Software Radio Peripheral): è l’hardware per antonomasia di GNURadio, ed è stato sviluppato da Ettus Research per dotare i normali personal computer di funzionalità radio a banda larga gestibili e programmabili dal software. Lo stesso USRP ha un’elevata flessibilità in quanto fa largo uso di FPGA per implementare molte funzioni radio di basso livello. In sostanza, USRP comprende la sezione IF e banda base di un sistema di comunicazione radio. Il pacchetto USRP-PKG è stato appositamente creato per questa applicazione, e comprende: una scheda USRP, 2 cavi RF, cavo USB, cavi di alimentazione, con un costo attuale di 700 US$
  • il sistema USRP può poi essere esteso ed ampliato tramite diversi tipi di schede daugtherboard, in grado di coprire lo spettro radio fino alle frequenze di diversi GHz. Nel caso specifico dell’OpenBTS, sono richiesti 2 moduli: l’RFX900 per coprire le bande GSM 850 e 900 MHz, e l’RFX1800 per le bande GSM 1800 e 1900 MHz. Ciascun transceiver ha un costo di 275 US$ ed è richiesta una coppia per ciascuno di essi
  • due antenne quadri-banda compatibili con i moduli precedenti, come la VERT900 (costo: 35 US$)
  • telefono cellulare non bloccato e relativa SIM card
  • un personal computer recente (es. Core 2 Duo 2.0 GHz, 2GB RAM, USB 2.0)

Per quanto riguarda invece il software, i componenti richiesti sono i seguenti: GNU/Linux Ubuntu 32 bit, OpenBTS, Asterisk, GNURadio, C++ Boost.

OpenBTS – Applicazioni

L’utilizzo combinato delle tecnologie VoIP e GSM, secondo gli sviluppatori del progetto, dovrebbe permettere la realizzazione di una piattaforma sulla quale creare un nuovo tipo di rete cellulare, con costi iniziali e di manutenzione decisamente più bassi (inferiori almeno ad 1/10) rispetto alle reti tradizionali, e costi operativi per l’utilizzatore di 1-2 dollari al mese. Inoltre, le installazioni pilota di OpenBTS (vedi link alla fine dell’articolo) utilizzano pannelli solari (al posto dei rumorosi ed inquinanti generatori diesel) per alimentare le apparecchiature elettroniche della rete, riducendo i costi operativi e salvaguardando l’ambiente. Le applicazioni potenziali di questo progetto possono essere così sintetizzate:

  • gestione di chiamate e messaggi nelle zone rurali e nei villaggi, soprattutto nei paesi in via di sviluppo, con l’obiettivo di abbattere drasticamente i costi operativi e di messa in esercizio
  • fornire una copertura GSM nelle aree remote e difficilmente raggiungibili, come piattaforme petrolifere, navi, ecc.
  • gestione delle comunicazioni in aree ad elevato grado di sicurezza (aree “restricted”, dove non è consentito l’uso di cellulari connessi ai provider tradizionali)
  • sistemi per la simulazione ed il test di cellulari e reti GSM
  • sistemi di comunicazione per emergenze/catastrofi ambientali

The OpenBTS project

7 Comments

  1. Wales8686 1 febbraio 2011
  2. atriventi 8 febbraio 2011
  3. Rossella De Marchi 7 gennaio 2011
  4. Antonio B.C. 9 gennaio 2011
  5. slovati slovati 10 gennaio 2011
  6. sokettone 15 febbraio 2011
  7. Roberto Ruggiero 11 dicembre 2014

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