Redes GSM/GPRS de baixo custo baseadas em software livre e hardware aberto para comunidades carentes Jeferson B. N. Leite 1, Edgleyson Dias 2, Willian Rocha 2, Francisco C. F. B. Müller 1, Aldebaro Klautau Jr 1 1 Laboratório de Processamento de Sinais (LaPS) Universidade Federal do Pará (UFPA) Caixa Postal 479 Belém Pará Brazil 2 Faculdade de Engenharia de Computação Instituto de Tecnologia (ITEC) Universidade Federal do Pará (UFPA) Caixa Postal 479 Belém PA Brazil {jbnl,fmuller,aldebaro}@ufpa.br {edgleyson.dias,willian.rocha}@.itec.ufpa.br Abstract. This paper presents a project of a communitary cellular mobile telephony service that will serve isolated and poor communities with low income. It is a pilot project and a case study of the implementation of this system in rural communities in the country. Resumo. Este artigo apresenta um projeto de telefonia celular comunitária que irá atender comunidades carentes e isoladas com baixo poder aquisitivo. É um projeto piloto e um estudo de caso de implementação desse sistema em comunidades rurais no país. 1. Introdução O uso da tecnologia como meio de desenvolvimento e inclusão social é um assunto em destaque nos dias atuais [Rubicondo e Kyewalyanga 2010], [Nungu et al 2011], mas existem notícias de projetos com mais de 10 anos atendendo pessoas pobres em países em desenvolvimento [Cecchini 2002]. O Brasil é o maior país da América do Sul e está dividido em cinco regiões com características muito particulares e bastante diversificadas. Especialmente na região Norte, comunicar-se, tecnologicamente falando, se torna um grande desafio, devido à baixa densidade demográfica, dispersão populacional elevada, grandes áreas de florestas e dimensões geográficas enormes. Nas áreas urbanas isto não é um grande problema, pois na maioria das cidades da região existem de duas a quatro operadoras de telefonia móvel celular e pelo menos duas operadoras de telefonia fixa, comercializando seus
serviços (incluindo serviços de dados). Mas nas regiões rurais é comum haver municípios onde existem comunidades isoladas da sede municipal, muitas vezes há vários quilômetros de distância desta, onde geralmente vivem poucas famílias cujas principais atividades econômicas são a pesca artesanal e a agricultura de subsistência, no geral são famílias pobres, com baixo poder aquisitivo. Somado a isso, não há interesse comercial ou subsídio do Governo para que as operadoras instalem uma estrutura de telecomunicações nestas localidades, pois não há expectativa de retorno de investimento. Embora a agência reguladora de telecomunicações do país estipule às operadoras algumas obrigações legais de expansão do serviço de telefonia fixa e móvel (expansão da cobertura) [ANATEL 2007], isso não é o suficiente para promover a inclusão digital e social dessas comunidades. Na Universidade Federal do Pará (UFPA) existe um grupo desenvolvendo um projeto de telefonia GSM de baixo custo baseada em software livre e hardware aberto cujo principal objetivo é servir comunidades pobres e isoladas em regiões rurais sem custo para esses usuários. Este projeto utiliza o equipamento GSM open source conhecido como OpenBTS [Range Networks 2012]. O que diferencia o projeto aqui proposto de outros projetos similares desenvolvidos em outros países (com finalidades apenas científicas ou comerciais), tais como o descrito em [David 2011] ou para utilização como redes de telefonia celular para situações de emergência (catástrofes naturais), como os descritos em [Range Networks 2012], é que essa rede GSM será instalada em comunidades rurais cujo serviço não terá custo para o usuário, porém haverá limitação do número de acessos e do plano de minutos mensal. O Projeto GSM OpenBTS é baseado em uma plataforma de software livre chamada GNU Radio [Fähnle 2010] e em um hardware aberto conhecido como USRP (Universal Software Radio Peripheral) [Firas 2008]. Juntando-se esses software e hardware com um servidor VOIP chamado Asterisk [Digium 2011], onde este último funciona com o núcleo da rede GSM e interface com redes de telecomunicações externas, é possível ter uma rede GSM (sistema OpenBTS 2.8) com um custo bastante inferior ao de uma rede GSM convencional, o que permite que a implantação e operação do sistema possam ser subsidiadas pelo Governo, por ONGs ou empresas interessadas em financiar projetos de cunho social. O restante deste artigo está dividido da seguinte forma: na Seção 2 é feita uma descrição sucinta de uma rede GSM (Global System for Mobile Communications) baseada em software livre e hardware aberto e seus componentes, além da inclusão de uma estimativa simplificada de custo de implementação e de custo de operação do sistema. Na Seção 3 será apresentada a conclusão com os resultados, etapas em andamento e benefícios que se espera alcançar com o projeto.
2. GSM Open Source Recentes esforços na comunidade mundial de software livre permitiram maior exposição dos problemas e melhorias na implementação da tecnologia, sendo os projetos OpenBTS e OpenBSC os pioneiros na definição de um sistema híbrido GSM comunicado à Internet. Os envolvidos nesse projeto foram abordados por empresas operando em locais remotos, para verificar a viabilidade do sistema nesse tipo de cenário. A estrutura definida pelo GSM baseado em software livre e hardware aberto do OpenBTS é a substituição do núcleo convencional de rede SS7/MAP com seus vários componentes (MSC, BSC, TRAU, SGSN, etc.) por uma moderna rede SIP, mas sem nenhuma mudança nos handsets (aparelhos GSM), que apresenta-os como terminais SIP virtuais, sem a necessidade de nenhum software especial no telefone [Range Networks 2012]. Essa abordagem oferece como principais vantagens: custos de implantação (CAPEX) e custos de operação (OPEX) reduzidos além de compatibilidade com núcleos de redes SIP existentes. A Figura 1 mostra a estrutura completa de uma rede GSM baseada no OpenBTS. Estima-se que o custo de instalação de uma OpenBTS gire em torno de R$ 20.000 (incluindo a aquisição do equipamento), cerca de um décimo do custo de uma BTS convencional. O custo operacional envolve o aluguel de um enlace E1 (ou outra tecnologia de interconexão) mais o custo de manutenção do sistema (no total não deve ultrapassar R$ 1.600,00 mensais). Figura 1 Estrutura de rede GSM baseada no OpenBTS (fonte: [Range Networks 2012]).
É importante frisar que o projeto OpenBTS possui uma versão comercial avançada (3.0), onde esta última suporta GPRS (General Packet Radio Service). Assim, após os testes do projeto piloto na versão 2.8 é possível prover, além do serviço de telefonia gratuita, um serviço de dados também gratuito a essas comunidades. Entretanto, a utilização de GPRS no sistema implica em um custo adicional (aumento do CAPEX). 3. Conclusão O piloto do projeto de telefonia GSM comunitária tem como objetivo final implementar, programar, testar, avaliar e verificar a viabilidade técnico-econômica um sistema de comunicação de baixo custo baseado em projetos abertos e livres na Amazônia, cujas dimensões geográficas e a dispersão populacional são barreiras naturais ao desenvolvimento de tecnologias de comunicação. Os primeiros testes do sistema já foram realizados em ambiente indoor (chamadas GSM realizadas dentro do laboratório), porém as etapas seguintes (licenciamento da estação junto à ANATEL, instalação da BTS, interconexão com VOIP, definição de um plano de minutos, definição de número de acessos, etc.) fazem parte do cronograma de execução do projeto que deverá se estender até o final de 2013. As possibilidades de serviços de telecomunicações dessa rede GSM/GPRS são inúmeras, o que irá promover de fato a inclusão social e digital dessas comunidades. Referências Rubicondo, Kseniya Khovanova e Kyewalyanga, Wahabu. (2010) Kasambya Computer Center from Community Initiative to Self-Sustainable Enterprise. IST-Africa 2010 Conference Proceedings. Uganda. Nungu, Amos, Olsson, Robert e Pehrson, Björn. (2010). On Powering Communication Networks in Developing Regions. 1st International Conference on e-technologies and Networks for Development (ICeND 2011), Tanzânia. Cecchini, Simone. (2002). Information and Communication Technology for Poverty Reduction. Lessons from Rural India. Poverty Reduction Group, The World Bank. IEEE Technology and Society Magazine, pp. 20-28. Edital nº 002/2007 de Licitação do SMP. (2007) ANATEL Agência Nacional de
Telecomunicações, Brasil. Range Networks, white paper. (2012). OpenBTS and the Future of Cellular Networks. http://www.rangenetworks.com (acessado em 06/01/13). Burgess, David. (2010) Fakalofa Lahi Atu, The OpenBTS Chronicles, Março 2010. openbts.blogspot.com.br/2010/03/fakalofa-lahi-atu.html (acessado em 06/01/2013). Fähnle, Matthias. (2010) Software-Defined Radio with GNU Radio and USRP/2 Hardware Frontend: Setup and FM/GSM Applications. Bachelor Thesis. Hochschule Ulm University of Applied Sciences, Institute of Communication Technology, Ulm, Alemanha. Firas, Abbas H. (2008) The USRP under 1.5X Magnifying Lens. http://www.scribd.com/doc/9688095/usrp-documentation (acessado em 06/01/13). Digium, The Asterisk Company. http://www1.digium.com/en/products/asterisk (acessado em 06/01/2013).