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主题：【原创】移动网络山寨版(OpenBTS)的意义或者无意义 -- 邓侃
家园 【原创】移动网络山寨版(OpenBTS)的意义或者无意义 【1】民间移动网络
在美国内华达州北部，靠近加州的峡谷中，有一片平坦的沙漠，名叫黑岩沙漠（Black Rock Desert）。自从1986年以来，每年夏天，在这片沙漠中，都会举办一个为期八天的狂欢节。这个狂欢节的名字叫“火人（Burning Man）”，节日的高潮是点燃一个木制的人偶，寓意烈火涅磐。
2009年火人狂欢节吸引了4万多人，木制的人偶高达20米。在为期8天的节日期间，全部参与者自发组成一个短暂的城市，成为这个城市的居民，他们通过各式各样的雕塑和其它艺术品，声光和机械装置，前卫服饰甚至裸体，以及形形色色的行为艺术，来表达自己。
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 1. Burning Man Festival
Courtesy http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/8/82/BurningMan-picture.jpg
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 2. Black Rock City, a 8-day self-organized city in desert for the Burning Man Festival.
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2762/4244354080_393e873d78_o.png
很多人认为，火人狂欢节是民间力量的一次盛会，城市的管理由志愿者承担，唯一的公共设施是厕所，唯一使用货币的商业活动是售卖冰和饮料，其它生活用品和食物由参与者自理。这里没有政府，没有警察，甚至没有移动运行商。由于没有赢利前景，没有哪一家移动运行商愿意在这片沙漠地区架设基站。
但是民间力量自己动手解决了移动通讯的问题。2008年火人节，OpenBTS做了初步试验，一年后，2009年的火人节，OpenBTS正式亮相。 OpenBTS利用开源软件，自行搭建了一个移动网络。这个民间移动网络，不仅解决了4万多名火人节的参与者之间的本地移动通讯，而且可以还可以连接到区域外的商用移动网络 [1]。
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 3. OpenBTS 70-feet tower with 3 antennas [1]
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2799/4244434122_8f48013c08_o.png
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 4. OpenBTS facilities [2]
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2688/4244354084_858475c9f2_o.png
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 5. OpenBTS hardware integration [3]
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2800/4244591932_c56e48f30b_o.png
Figure 3, 4, 5分别显示了OpenBTS使用的天线，部分硬件设备，尤其是射频部分的硬件设备，以及系统结构。整个射频系统的关键部件是USRP，USRP代表通用软件无线电外设（Universal Software Radio Peripheral）。
传统上无线电处理基本上由硬件设备完成。 USRP的设计理念是把智能化程度比较高的信号处理，交给PC上的软件执行，包括调制和解调。而其余的按部就班的简单操作，包括数字上下变频，抽样和内插等等，交给USRP板上的FPGA完成。USRP板与PC之间，通过USB端口连接。
把按部就班的简单操作，与智能化程度比较高的工作分开，分别交给硬件和软件合作完成，即保证了无线电信号处理的速度，又有利于创造新型无线设备，尤其是降低创新所面临的开发难度。
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 6. OpenBTS system and its integration with PLMN and PSTN [2]
Courtesy http://farm5.static.flickr.com/4046/4244754580_604a2b3d23_o.png
射频部分的硬件设备，只是整个OpenBTS系统的一部分。Figure 6显示的是OpenBTS系统的全貌。
把70英尺高天线，加上射频硬件包括USRP，通过USB端口，连接到一台PC上，就完成了一个完整的民间移动网络的硬件构建。火人节居民之间的本地移动通讯，由OpenBTS系统独立完成，不需要外界商用移动网络的协助。
OpenBTS的软件系统包括三部分，
1. OpenBTS，充当传统移动网络中手机基站（BTS）和基站控制器（BSC）的角色，它的基本功能是调制和解调，给每一路通讯分配一个信道，监测信号强弱等等。
2. Asterisk，充当传统移动网络中程控交换机（PBX）和移动交换中心（MSC）的角色。如果两个火人节手机用户想通话，Asterisk负责建立本地的点对点的通讯。如果一个火人节手机用户想给区域外的手机用户通话，那么Asterisk通过Link2Voip公司提供的VOIP Gateway，建立与区域外移动网络和固话网络的联系。
3. MySQL数据库，负责手机用户帐号管理，同时也负责传统移动网络中HLR（Home Location Register）和VLR（Visitor Location Register）的职能。
如果说目前商业的移动网络，离不开手机，基站（BTS），基站控制器（BSC），移动控制中心（MSC），以及（HLR/VLR）五大要素，那么 OpenBTS系统，事实上除了手机外，不需要其它四个要素，就可以组建一个实用的移动网络。是否就此可以做出结论，OpenBTS一旦成熟，将成为现有移动运行商的掘墓人呢？
Reference，
[1] Phone at burning man. Can you hear me now? (http://news.cnet.com/8301-27080_3-10348913-245.html)
[2] OpenBTS and its demo in the Burning Man's festival, by David Burgess 2009. (http://www.slideshare.net/eCommConf/david-a-burgesss-presentation-at-ecomm-2009)
[3] Burning Man 2009 OpenBTS RF Chain. (http://gnuradio.org/trac/wiki/OpenBTS/BM2009RF)
家园 OpenBTS属于3GPP吗？ 今天想起来的，femtocell好像和这个openBTS很像啊，邓老大能不能介绍一下区别啊
家园 这东西还是有些市场价值的 我过去看走眼了。
我只知道，有信号的地方不需要。但没想到的是，随着3G用户的增多，很多地方的基站很快就拥堵了。因为现在3G不靠谱，设计时一个基站能带动的用户数就不多，大规模应用时，很多公司好不容易骗来用户，上网的一多就麻爪。于是，用户在家或办公室，可以装一个这个，缓解一下运营商网络上网拥堵。
尤其是网络本来覆盖就不太好的运营商，就更指望这个喘口气了。
http://www.technologyreview.com/communications/25007/?a=f
我可能对运营商的3G网之烂估计不足。。。
家园 这不就靠这个拉动内需呢嘛。
家园 【原创】【2】频段的故事 【2】频段的故事
OpenBTS系统有两个看点。一个是无线收发，尤其是频段的处理，另一个是网络系统，尤其是替代传统的基站（BTS），基站控制器（BSC），移动控制中心（MSC），以及（HLR/VLR）的另类方案。
先说频段，故事要从1894年说起。这一年，德国物理学家Heinrich Hertz去世。Hertz一生成就颇丰，其中最重要的莫过于发现了电磁波。Hertz去世以后，生前没有发表的笔记被整理出版。这一年，年仅20岁的意大利小伙子Guglielmo Marconi去阿尔卑斯山休假，行李里揣着一本Hertz笔记。在寂静而空气清新的山里，Marconi潜心阅读这些笔记。读着读着，灵感突现，他想到或许可以利用发射和接收电磁波的办法，来实现信息传递。越想越兴奋，于是他放弃了休假，连忙下山，回到实验室里奋战了十多天，历史上第一台无线电报机就这样问世了。
接下去找风险投资，但是找遍意大利，没人理会。无奈之下，两年后Marconi决定去闲钱比较多的英国碰碰运气。果然伦敦是Marconi转运之地，无线电报这个发明，得到了英国邮电部总工的青睐。有了强大的资金做后援，无线电报的发展一帆风顺。无线电台的发射半径从6公里，到16公里，急剧扩大到3000公里。很快，越洋电报实现了，Marconi的事业扩张到了北美。
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 7. Marconi's antenna for cross-ocean telegraph, Poldhu, England, 1901. [1]
http://farm5.static.flickr.com/4044/4264557223_14c6f664f6_o.jpg
Figure 7是Marconi在1901年，于英国东南角的一个乡村Poldhu，架设的越洋电报天线。电报机十分庞大，安置在图中左下角的小屋里。电报机运转时，几千米以外能听到轰鸣声，夜里还能看到小屋里闪烁着的断断续续的刺眼的蓝色电弧光，情景十分恐怖[1]。
不仅恐怖，而且还有尴尬。当Marconi的事业扩张到了美国的时候，遇到了强劲的对手，美国发明家Lee De Forest。De Forest是Illinois的一位大学教授，三极电子管就是他的发明，一直到了1948年，William Shockley等人发明了晶体管以后，三极管才逐渐淡出历史舞台。De Forest也搞了一套无线电报系统。尴尬的事情发生了，两套系统不能同时用。无奈之下，双方只好协商，以五分钟为一段落，双方轮流使用。
为什么同一时段不能有多个无线电报系统同时工作？因为Marconi和De Forest的无线电报机的工作原理相似，都是使用放电（Spark Gap）的方式，产生电磁波，通过控制放电的节奏，使电磁波传递摩斯码（Morse Code），而摩斯码承载的是需要传递的信息。Spark Gap方式产生的电磁波，占据了全部电磁波频段，所以一山不容二虎，唯一可能的合作方式是大家轮流坐庄。
这一困境，终于在1906年，被加拿大神童Reginald Fessenden突破。Fessenden只有14岁的时候，就已经展现出了突出的数学天才，被校方指派代课数学，给其他小朋友上课。此后，他投身无线电研究，并且在40岁的时候，发明了大家现在耳熟能详的调幅（Amplitude Modulation）载波技术（Radio Carrier Wave）。Fessenden的办法，比Marconi和De Forest的办法有两个优势，一个是突破了摩斯码的限制，提高了信息传递的效率，另一个是允许多个无线电台同时工作。
1. 所谓调幅，就是通过调整电磁波的振幅，来传递信息。如果振幅只有高低两种状态，那么载波传递的就是摩斯码。如果把振幅设定为多种状态，那么载波传递的信息就远比摩斯码丰富。
2. 当多个无线电台同时工作时，每部电台占用一个频率，这样就避免了相互干扰。
如果说Marconi开拓了无线通讯这个新领域，那么这个领域走向成熟，离不开Reginald Fessenden的贡献。调幅载波这个发明的意义很大，它不仅解决了一两个技术难题，而且发现了一个新的思路。这个思路就是载波，不仅调幅可以载波，而且调整频率或者调整相位也可以载波。所以，调频（Frequency Modulation）技术的出现是顺理成章的后续发展。1933年，调频技术专利由美国人Edwin Armstrong获得[2]。
在无线电技术突飞猛进的同时，世界经历了一战，而且二战的威胁也越来越强烈。美国军方认为，无线电技术被英资背景的Marconi公司把持，对美国国家安全不利。在美国海军的操纵下，通用电气买下了Marconi美国分公司的资产，并联手其它美国公司，包括AT&T，西屋电气等等，成立了美国无线电公司（Radio Corporation of America），垄断美国无线电业务。
外链图片需谨慎，可能会被源头改Figure 8. RCA chief David Sarnoff jumps for joy on Dec 17, 1953 upon being informed the FCC has approved the RCA/NBC color TV standard [4].
Courtesy http://farm3.static.flickr.com/2510/4268366328_3606afd573_o.jpg
提到RCA，不能不说David Sarnoff。Sarnoff出身在一个贫穷的俄国犹太移民家庭，幼年时沿街卖报补贴家用。15岁时，进Marconi美国分公司做学徒。虽然没有扎实的教育基础，但是凭着他的勤奋和天份，Sarnoff步步高升，13年后出任公司商务经理。
1919年，通用电气购买了Marconi美国分公司，并成立RCA公司，Sarnoff也随即成为RCA雇员。次年，Sarnoff开始掌舵RCA，在位时间长达半个世纪。在他的推动之下，广播和电视成为新兴产业，NBC和ABC成长为覆盖全美的媒体寡头，同时带动了从通讯设备到个人电子消费品的整个产业链的繁荣。1970年，79岁高龄的 Sarnoff退休，并把如日中天的RCA交给自己的儿子。可惜儿子没有继承父亲的衣钵。RCA从此江河日下，苟延残喘到了1986年，终于寿终正寝。
历代都有商业巨子，但是像David Sarnoff这样，能够洞悉新技术的潜力，正确地预见一个新兴产业的前景，并且大刀阔斧地迅速做大做强，在人类历史上并不多见。
1906年，Sarnoff进Marconi美国分公司做学徒，十年后，他对无线电这个新技术的理解已经非常透彻。当时学者专家们对于电磁波应用的设想，停留在电报和电话这些点到点的通讯领域，而Sarnoff另辟蹊径，他认为可以把无线电技术移花接木，应用在其它领域。
1916年，他提出“音乐匣子”的设想，也就是收音机和广播电台的雏形。但是因为第一次世界大战，收音机的设想直到1921年才实现。这一年，Sarnoff成功地组织了一场拳击比赛的实况广播，吸引了30万听众。一旦证实了广播市场大有可为，Sarnoff孤注一掷般疯狂推进，在不到两年的时间，就确定了RCA在新兴的广播市场的霸主地位。
广播业务高歌猛进，1926年，Sarnoff把广播业务从RCA公司中独立出来，成立NBC广播公司。很快，NBC成为全美媒体的巨无霸公司。1943年，迫于反垄断压力，NBC被一拆为二，成为NBC和ABC两家公司。二战结束后，电视业务也突飞猛进。NBC和ABC成为广播和电视双栖巨头。
广播电视业的繁荣，加上电报等等通讯事业，导致无线电频段的占用日益拥挤。1934年，美国成立了联邦通讯委员会（Federal Communications Commission, FCC），负责协调频道的分配等等事项。
Reference,
[1] The Marconi section of the broadcast archive. (http://www.oldradio.com/archives/jurassic/marconi.htm)
[2] The father of FM. (http://inventorspot.com/father_of_fm?page=0%2C2)
[3] RCA History. (http://en.wikipedia.org/wiki/RCA)
[4] David Sarnoff's jumps for joy. (http://www.cedmagic.com/featured/war-worlds/sarnoff-jumps.html)
通宝推：响马,家园 兄台是做移动开发的吗? 是做主设备的吗?
家园 OPENBTS这个 虽说可以使用公共频段，但是就一定不能用GSM制式的（公共频段，此制式抗干扰性太差），另外很多优化参数都要改。如果不用GSM频段，那么各类CDMA芯片的来源是不是还是回事呀。我不是厂家的，有此一问。
家园 其实在今天，Marconi和Lee的争夺依然在进行 只不过是发生在不同的领域。Marconi和Lee争夺的最终协议,实际上是在共享介质上面（真空），对共享的载波频段（长波频段）的时分复用。当然还有发射功率和调制（编码）方式。
如今我们想要继续挖掘频段资源，基本上也要从这几个角度去考虑了：究竟是用新的介质，还是新的载波，或者大家定义一个时分复用协议，还是做成微微蜂窝？或者干脆都是一堆彼此垂直的编码？
注：谢师兄指出，电磁波的介质不是空气，是真空。
家园 moved - 复 moved
家园 【讨论】感觉不靠谱 Sora系统同时采用硬件和软件技术来解决这些挑战。首先，我们重新开发了一块新的PC输入输出板卡，称为无线控制板。无线控制板采用了最新的PCIe标准，可以实现10Gbps以上的传输速率，因此，可以满足大部分无线技术的需要。无线控制板连接的无线收发天线和PC，并在它们之间高速地传输数据。
最后，Sora采用了一项非常简单但有效的方式来实现对实时性的支持。Sora可以将多核系统的几个核从操作系统中分割出来。这些CPU核仅用来进行软件无线电的操作，而操作系统无法再对这些核进行调度，因此软件无线电的实时性得到了保障。
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感觉不靠谱。尤其是《Sora可以将多核系统的几个核从操作系统中分割出来。这些CPU核仅用来进行软件无线电的操作，而操作系统无法再对这些核进行调度》
这样做比重新编译一下烧进FPGA没有任何优势可言。
而说到软件的可改进性，无线手持设备都是快速更新的，过两年更新一次
很正常。谁会为将两年前的旧手持设备更新网络而费劲呢？再说你要是
能不断更新firmware而适应新网络协议，那硬件厂商还怎么赚钱？
家园 频段是预先申请的 Burning Man 2009 RF ChainsWe have legal clearance for operation in 870-880 MHz downlink, 825-835 MHz uplink.
如果在中国搞这个，无委是否会批准？
家园 烧人现场是18+滴 
外链图片需谨慎，可能会被源头改家园 估计是荒无人烟的地方，反正也没有运营商愿意去建基站 所以占用了哪个频段也没人管。
至于SIM卡问题，按我对open bts的理解，用原来的就行，不需要分发SIM，这东西可以不要鉴权。
出口是VOIP，成本低廉，基站区域内的通话本身就是免费的。