Implementación de una red celular GSM-GPRS basado en OpenBTS
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Este documento describe la implementación de una red celular GSM usando OpenBTS. Los objetivos incluyen implementar una red GSM abierta usando hardware y software de código abierto, analizar los canales GSM disponibles, configurar parámetros de la red como llamadas, mensajes y datos GPRS, y medir el ancho de banda de los canales uplink y downlink. La red se implementó con éxito usando OpenBTS, SDRs, Asterisk y otros software en Ubuntu, permitiendo servicios como llamadas, mensajes y acceso a datos GPRS entre usuarios mó
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Electrónica y Telecomunicaciones
Práctica: Implementación de una red celular GSM-GPRS basado en OpenBTS
Número: 2.
Profesor: Ing. Manuel Quiñones Cuenca.
Fecha: 21/12/2018
Integrantes:
1) Ángel Leonardo Torres
2) Walter Seraquive
3) Juan Pablo Condoy
4) Víctor Eras
1. OBJETIVO PRINCIPAL
Analizar e implementar una red celular GSM usando OpenBTS y SDRs
2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Implementar una red celular GSM (Global System for Mobile Communications)
de acceso libre basado en OpenBTS utilizando hardware y software de libre
distribución.
• Analizar y configurar los canales disponibles en GSM mediante la utilización de
la Kalibrator.
• Configurar y establecer parámetros, mediante la interface de línea de
comandos (CLI) la red de telefonía móvil, brindando los servicios de llamadas
telefónicas, mensajería y datos móviles.
• Analizar los servicios brindados por la red de telefonía móvil usando OpenBTS.
• Medir la anchura de canal de uplinky downlink, mediante la utilización de un
analizador de espectros a partir del ARFCN empleado en la implementación
de OpenBTS.
3. HARDWARE Y SOFTWARE
• Sistema Operativo (OS) Ubuntu 14.04.
• USRP N210.
• OpenBTS.
• Asterisk.
• Smqueue.
• Sipauthserve.
• Analizador de espectros.
• Adaptador USB 3.0 a Gigabit.
PROCESO DE INSTALACIÓN
- Instalación de kalibrate [1].
- Instalación de OpenBTS en Ubuntu [1]
- Instalación de OpenBTS y servicios adicionales (Asterisk, sipauthserve,
smqueue) [1][2][4]
Actividad 1.](https://image.slidesharecdn.com/leo-191009200547/85/Implementacion-de-una-red-celular-GSM-GPRS-basado-en-OpenBTS-1-320.jpg)
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Actividad 2:
En base al número establecido de ARFCN medir la anchura de banda de los
canales de subida y bajada en el analizador de espectros. Evidencie con
capturas e ilustraciones de las mediciones.
ARFCN Frequency (850 MHz)
Downlink Uplink
128 869.2 824.2
Tabla 1: GSM ARFCN - Wireless frequency bands. [3]](https://image.slidesharecdn.com/leo-191009200547/85/Implementacion-de-una-red-celular-GSM-GPRS-basado-en-OpenBTS-6-320.jpg)
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Figura 12: Establecimiento – Respuesta de la llamada, a un usuario de la red OpenBTS RedLab.
ACCESO A SERVICIO DE DATOS MÓVILES
Configuración [1]:
config GPRS
config GPRS.Enable 1
Figura 13: gprs list](https://image.slidesharecdn.com/leo-191009200547/85/Implementacion-de-una-red-celular-GSM-GPRS-basado-en-OpenBTS-9-320.jpg)
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- Datos aplicando GPRS
Con el comando list gprs en la línea de comandos de OpenBTS, nos permite
verificar que teléfonos registrados se encuentran con el servicio de datos
móviles, visualizamos en el panel de OpenBTS la IMSI de los móviles que tienen
acceso al servicio de datos. [Ver figura 14] y [Ver figura 16]
Figura 14: Lista de usuarios activos con acceso a servicio de datos móviles GPRS en la RedLab.](https://image.slidesharecdn.com/leo-191009200547/85/Implementacion-de-una-red-celular-GSM-GPRS-basado-en-OpenBTS-10-320.jpg)
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Figura 15: Prueba de datos móviles GPRS – [Utilizando WhatsApp] [Autores]
Figura 16: Lista de usuarios activos con acceso a servicio de datos
móviles. [ Autores]](https://image.slidesharecdn.com/leo-191009200547/85/Implementacion-de-una-red-celular-GSM-GPRS-basado-en-OpenBTS-11-320.jpg)
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1. Bibliografía
[1] Sánchez, A., Velasco, M., Yaruquí, K., León, D. (2018). Red de Telefonía Móvil 2.5G
GSM-GPRS basado en OpenBTS. (Guía de práctica de la Titulación de Ingeniero en
Electrónica y Telecomunicaciones). UTPL, Loja.
[2] Getting Started with OpenBTS. [Online]. Disponible en: http://openbts.org/site/wp-
content/uploads/ebook/Getting_Started_with_OpenBTS_Range_Networks.pdf
[3] GSM ARFCN frequency. [Online]. Disponible en: http://niviuk.free.fr/gsm_arfcn.php
[4] Sistema de conmutación y control de llamadas basado en OpenBTS y Asterisk.
[Online]. Disponible en:
https://publicaciones.ucuenca.edu.ec/ojs/index.php/maskana/article/view/740/
675](https://image.slidesharecdn.com/leo-191009200547/85/Implementacion-de-una-red-celular-GSM-GPRS-basado-en-OpenBTS-13-320.jpg)
Implementación de una red celular GSM-GPRS basado en OpenBTS
- 1. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Electrónica y Telecomunicaciones Práctica: Implementación de una red celular GSM-GPRS basado en OpenBTS Número: 2. Profesor: Ing. Manuel Quiñones Cuenca. Fecha: 21/12/2018 Integrantes: 1) Ángel Leonardo Torres 2) Walter Seraquive 3) Juan Pablo Condoy 4) Víctor Eras 1. OBJETIVO PRINCIPAL Analizar e implementar una red celular GSM usando OpenBTS y SDRs 2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS • Implementar una red celular GSM (Global System for Mobile Communications) de acceso libre basado en OpenBTS utilizando hardware y software de libre distribución. • Analizar y configurar los canales disponibles en GSM mediante la utilización de la Kalibrator. • Configurar y establecer parámetros, mediante la interface de línea de comandos (CLI) la red de telefonía móvil, brindando los servicios de llamadas telefónicas, mensajería y datos móviles. • Analizar los servicios brindados por la red de telefonía móvil usando OpenBTS. • Medir la anchura de canal de uplinky downlink, mediante la utilización de un analizador de espectros a partir del ARFCN empleado en la implementación de OpenBTS. 3. HARDWARE Y SOFTWARE • Sistema Operativo (OS) Ubuntu 14.04. • USRP N210. • OpenBTS. • Asterisk. • Smqueue. • Sipauthserve. • Analizador de espectros. • Adaptador USB 3.0 a Gigabit. PROCESO DE INSTALACIÓN - Instalación de kalibrate [1]. - Instalación de OpenBTS en Ubuntu [1] - Instalación de OpenBTS y servicios adicionales (Asterisk, sipauthserve, smqueue) [1][2][4] Actividad 1.
- 2. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Analizar el estado de todas las bandas GSM y los canales disponibles del servicio Móvil Avanzado con la herramienta Kalibrate. Muestre capturas e ilustraciones. Se analizó el estado de la banda de 850 MHz y los canales con kalibrate la cual nos muestra que canales se encuentra ocupados (ver Figura 1), realizado esto para nuestra practica usamos el canal ARFCN 128 de la banda de 850 MHz, la cual se encuentra disponible, evitando interferencia con las demás operadoras. Figura 1: Canal GSM850 mostrado en Kalibrate
- 3. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec INICIALIZACIÓN DE LOS SERVICIOS Desde la terminal ejecute las siguientes instrucciones. (Lo hacemos en una terminal diferente para cada servicio) $ sudo start openbts $ sudo start smqueue $ sudo start sipauthserve $ sudo start asterisk CONFIGURACIÓN BÁSICA OPENBTS Configuráramos la frecuencia de operación, la ganancia, el nivel de potencia, el canal en el cual se está trabajando, el mensaje de bienvenida, el nombre de nuestra red, GPRS. • OpenBTS> config GSM.Radio • OpenBTS> config GSM.Radio.Band 850 • OpenBTS> config GSM.Radio.c0 128 • OpenBTS> devconfig GSM.Radio.RxGain 10 • OpenBTS> config GSM.Identity.ShortName REDLAB • OpenBTS> config Registration.Message Figura 2: Inicialización de los servicios, Asterisk, sipauthserve, smqueue y OpeBTS.
- 4. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Buscamos la red (RedLab), seleccionamos la Red, nos registramos Mensaje de bienvenida a OpenBTS. Asignación número celular. Figura 3: Configuración de Banda de Frecuencia de 850 MHz, el Canal ARFCN 128. Figura 4: Búsqueda de La Red Móvil (RedLab) y registro.
- 5. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec • OpenBTS> tmsis Figura 5: Mensaje de Bienvenida a la RedLab y asignación de un número. Figura 6: Lista TMSIS
- 6. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Actividad 2: En base al número establecido de ARFCN medir la anchura de banda de los canales de subida y bajada en el analizador de espectros. Evidencie con capturas e ilustraciones de las mediciones. ARFCN Frequency (850 MHz) Downlink Uplink 128 869.2 824.2 Tabla 1: GSM ARFCN - Wireless frequency bands. [3]
- 7. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Figura 7: ARFCN 128 - Uplink 824.06 MHz Se realiza una llamada en nuestra red celular GSM (Ver figura 3) Figura 8: ARFCN 128 - Uplink 824.06 MHz
- 8. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Actividad 3 Muestre evidencia del servicio de mensajería, servicio de llamadas y de datos aplicando GPRS, usando OpenBTS - Servicio de mensajería - Servicio de llamadas Figura 8: Mensaje de prueba entre usuario 12345678 y usuario 87654321 y un usuario 0911 Figura 10: Ejecución de llamada entre usuario dos usuarios Figura 11: Llamada entre dos teléfonos del sistema OpenBTS implementado
- 9. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Figura 12: Establecimiento – Respuesta de la llamada, a un usuario de la red OpenBTS RedLab. ACCESO A SERVICIO DE DATOS MÓVILES Configuración [1]: config GPRS config GPRS.Enable 1 Figura 13: gprs list
- 10. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec - Datos aplicando GPRS Con el comando list gprs en la línea de comandos de OpenBTS, nos permite verificar que teléfonos registrados se encuentran con el servicio de datos móviles, visualizamos en el panel de OpenBTS la IMSI de los móviles que tienen acceso al servicio de datos. [Ver figura 14] y [Ver figura 16] Figura 14: Lista de usuarios activos con acceso a servicio de datos móviles GPRS en la RedLab.
- 11. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Figura 15: Prueba de datos móviles GPRS – [Utilizando WhatsApp] [Autores] Figura 16: Lista de usuarios activos con acceso a servicio de datos móviles. [ Autores]
- 12. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec Actividad 4 ¿Cuántas llamadas simultaneas permite el sistema OpenBTS? Argumente su respuesta y experimente. El sistema OpenBTS ejecuta un máximo de cinco llamadas simultáneas sin congestionar la red. Asterisk que vendría hacer en nuestra PBX nos permite hacer llamadas dentro de nuestra misma red. Al ser una prueba de laboratorio se ha realizado hasta 7 llamadas simultaneas, produciéndose un congestionamiento teniendo que detener los servicios y volverlos a levantar ya que estos colapsan. El tiempo máximo de duración es de cinco minutos, según varios documentos pasado este tiempo la llamada será finalizada. En nuestro caso hemos podido observar de la duración de hasta 13 minutos entre dos usuarios, para los cinco el tiempo disminuyo de hasta 6 minutos y para los 7 usuarios no se ha establecido las llamadas. CONCLUSIONES • En la presente practica se pudo realizar una completa implementación de una red telefónica móvil GSM usando componentes de software libre y hardware de bajo costo, con el establecimiento de llamadas de voz mensajería SMS, y Conexión de datos a Internet por medio de GPRS (2.5G). • Se logro la integración de la tecnología GSM, SDR, con la finalidad de despertar el interés en la utilización de las redes abiertas de telefonía celular como solución a la necesidad de comunicación en sectores rurales y escenarios de emergencia. • Kalibrate es una herramienta que nos permito escanear las bandas de frecuencia GSM activas junto con los identificadores ARFCN usados por las redes móviles que operen dentro del área, evitándonos asi utilizar canales que se encuentra ocupados por otras operadoras • Las tarjetas SIM que han sido usadas en el sistema son propiedad de las operadoras ecuatorianas “Claro”, razón por la cual cada tarjeta posee un valor de autenticación Ki ya establecido por estas operadoras, esto representa un impedimento al tratar de registrar completamente el teléfono con la red implementada. • El analizador de espectros nos permitió medir la anchura de banda de los canales de subida y bajada.
- 13. San Cayetano Alto s/n Loja-Ecuador Telf.: (593-7) 370 1444 informacion@utpl.edu.ec Apartado Postal: 11-01-608 www.utpl.edu.ec 1. Bibliografía [1] Sánchez, A., Velasco, M., Yaruquí, K., León, D. (2018). Red de Telefonía Móvil 2.5G GSM-GPRS basado en OpenBTS. (Guía de práctica de la Titulación de Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones). UTPL, Loja. [2] Getting Started with OpenBTS. [Online]. Disponible en: http://openbts.org/site/wp- content/uploads/ebook/Getting_Started_with_OpenBTS_Range_Networks.pdf [3] GSM ARFCN frequency. [Online]. Disponible en: http://niviuk.free.fr/gsm_arfcn.php [4] Sistema de conmutación y control de llamadas basado en OpenBTS y Asterisk. [Online]. Disponible en: https://publicaciones.ucuenca.edu.ec/ojs/index.php/maskana/article/view/740/ 675