Implementação de uma Estação Rádio Base para Situações de Emergência

Melissa Moura Getirana, Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET-RJ)

"A tecnologia móvel tem desempenhado um papel importante na mudança de vidas, facilitando a interoperabilidade entre a resposta de emergência e o governo local, auxiliando com informações de avaliação de danos e facilitando o acesso a áreas onde o sistema de telecomunicações local não está operacional."

- Melissa Moura Getirana, Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET-RJ)

O desafio:

Desenvolver um sistema de comunicação para situações de emergênciaque incorpore comoprincipais requisitos a flexibilidade, a confiabilidade e a mobilidade. A rede deve incluir interoperabilidade com a infraestrutura da rede existente e comunicação em tempo real, predominantemente, por voz.

A solução:

Implementação de um protótipo de rede celular de 2ª geração GSM, Global System for Mobile Communications, utilizando hardware e software da NationalInstruments. Este artigo enfatiza conceitos e metodologia de implementação do OpenBTS de baixo custo.

Nós aqui no Departamento de Engenharia Elétrica do Instituto Militar de Engenharia (IME), em parceria com a Imbel e com o CEFET (Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca), formamos um grupo de pesquisa preocupado em como manter as comunicações em uma região assolada por catástrofes climáticas ou causadas por negligência humana, tais como inundações por chuvas ou deslizamentos de terra. Desta forma, temos desenvolvido uma solução baseada na USRP (Universal Software Radio Peripheral) B210, em conjunto com o software OpenBTS, que implementa uma Estação RádioBase (ERB) GSM, para estabelecer uma rede de comunicação entre as equipes de socorro e a população na região onde a situação de emergência ocorreu, aproveitando seus próprios aparelhos celulares. Esta solução também pode ser aproveitada em situações de Defesa, para a coordenação entre os membros da operação, possibilitando o estabelecimento de uma rede de comunicação tática.

 

O projeto iniciou-se há cerca de três anos, quando verificamos que há uma grande necessidade de padronização e criação de sistemas de comunicações emergenciais no Brasil e no mundo. Estes sistemas devem ser de rápida implantação, uma vez que, em caso de catástrofes, tornam-se necessárias conectividade e comunicação para respostas de emergência, esforços de ajuda e sobreviventes.
Sabe-se que uma rede de telecomunicações é essencial para o desenvolvimento econômico, social e cultural da sociedade. O mundo está cada vez mais dependente desse tipo de tecnologia. Portanto, situações críticas associadas a falhas de comunicação continuam sendo uma séria complicação, especialmente quando envolvem ações coordenadas pelas agências públicas.

 

Atualmente, cada agência usa um sistema de comunicação, sem necessariamente ter interoperabilidade com as outras. Para resolver esse problema, a Anatel definiu o Plano de Gestão de Riscos (PGRiscos) que trata do uso de redes e serviços de telecomunicações já disponíveis em caso de emergência, como o uso e compartilhamento de serviços de rede móvel de operadoras. No entanto, catástrofes em larga escala podem destruir parcial ou completamente a infraestrutura de telecomunicações existente, fazendo com que os agentes de emergência, como organizações de defesa, bombeiros, policiais e serviços médicos, tenham dificuldade de responder aos incidentes.


As redes móveis baseadas em Rádio Definido por Software (RDS) e software livre são o escopo do presente estudo. Um RDS é usado como uma ERB operando um sistema móvel 2G GSM, permitindo a transmissão de voz e dados GPRS (General Packet Radio Service).


Conforme mencionado, a rede de telecomunicações tornou-se essencial para a sociedade em geral e, agora no século XXI, o uso de celular aumentou tornando-se indispensável, especialmente para ajuda humanitária.

 

Em síntese, a tecnologia móvel tem desempenhado um papel importante na mudança de vidas, facilitando a interoperabilidade entre a resposta de emergência e o governo local, auxiliando com informações de avaliação de danos e facilitando o acesso a áreas onde o sistema de telecomunicações local não está operacional.

 

Portanto, esse é o grande diferencial desta tecnologia: está amplamente disponível, o que reduz consideravelmente o custo da implantação. A única despesa que temos neste caso é a montagem do RDS.

 

 

O sistema GSM implementado funciona com um RDS. Este funciona como um ERB da rede móvel e um computador pessoal, responsável por hospedar o roteamento de chamadas, mensagens SMS e servidores de registro de usuários. A Figura 1 mostra os componentes da célula GSM baseada em RDS implementado. Figura 1. Célula GSM baseada em RDS.

 

O sistema operacional escolhido para o computador pessoal foi a última versão do Ubuntu 16.04 devido à configuração fácil dos programas e ao baixo custo de implementação. Com essa finalidade, os programas seguintes foram instalados:

 

USRP Hardware Driver (UHD) – Driver compatível com todos os rádios definidos pelo software USRP (Universal Software Radio Peripheral) da EttusResearch. Ele tem a função de realizar comunicação por computador com RDS. Além disso, o UHD fornece uma interface de programação de aplicativos (API) que viabiliza acesso a várias funções do USRP, incluindo sincronização, transmissão de amostra e configuração.

 

  • Asterisk - Realiza o controle e roteamento de chamadas telefônicas, trabalhando como um PABX (Private AutomaticBranch Exchange) ao relacionar números de telefone com o IMSI (International Mobile SubscriberIdentity) de cada SIM (SubscriberIdentity Module).
  • Smqueue - É o servidor de rede de roteamento de armazenamento e SMS.
  • Sipauthserve - Software responsável pelo registro e autenticação do usuário. Ele conecta os bancos de dados Asterisk e Smqueue e funciona como o HLR (Home LocationRegister) de uma rede GSM convencional.

 

O principal software é o OpenBTS (Open Base TransceiverStation) que irá converter a interface de rádio sem fio em uma arquitetura baseada em protocolos IP, permitindo qualquer pessoa com conectividade IP implemente uma rede móvel.

 

O OpenBTS é uma aplicação Linux que usa um rádio definido pelo software para apresentar uma interface de ar 3GPP padrão para dispositivos de usuário. O OpenBTS permite que os telefones celulares compatíveis com GSM padrão sejam usados como pontos finais SIP nas redes VoIP (VoIP).

 

A operação de uma rede móvel com OpenBTS é mostrada na Figura 2:

 

 

O Rádio Definido por Software (RDS) é o avanço chave que torna o OpenBTS possível de uma perspectiva de hardware.

A família de Rádios Definidos por Software da EttusResearch USRP são dispositivos versáteis que permitem aos usuários transmitir e receber muitas formas de onda diferentes e personalizadas em várias frequências e configurações em uma plataforma de hardware comum. O USRP vem em muitos fatores de forma e configurações.A configuração utilizada neste projeto foi a Série B210 - conectada a um computador host através de uma conexão USB.

 

A célula GSM foi instalada e configurada para que o registro na rede possa ocorrer manualmente. Isso significa que o sistema solicita o IMSI do celular que deseja registrar na rede e, com este número, o registro do cartão SIM é feito no banco de dados.

 

Através da solução mencionada, é possível estabelecer conectividade de chamada de ponta a ponta bem-sucedida e entrega de mensagens de texto. Verificou-se a possibilidade real de emprego desta tecnologia em situações de emergência, especialmente nos casos em que a infraestrutura de telecomunicações foi comprometida.

 

A rede é de rápida implementação e facilita a integração entre agências e vítimas, uma vez que qualquer celular pode ser cadastrado.

 

Uma rede GSM completa foi implementada neste projeto. A utilização da placa USRP-B210, um Rádio de Software Definido relativamente barato e acessível e softwares livres, foi de suma importância considerando a necessidade de esse projeto ser de baixo custo e facilmente implementado.

 

Informações sobre o autor:

Melissa Moura Getirana
Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca (CEFET-RJ)
melissagetirana@gmail.com

Figura 1. Célula GSM baseada em RDS.
Figura2. Diagrama de operação de uma rede móvel com OpenBTS.
Figura 3. Estação de Radio Base,OpenBTS, em funcionamento.
Figura 4. Rede de teste na lista de operadoras disponíveis no dispositivo.