IMPLEMENTASI OPEN BTS DENGAN RASPERRY

Abstrak - Sebagai alat utama komponen pertahanan, Tentara Nasional Indonesia Angkatan Darat (TNI AD) memiliki tugas pokok menjaga kedaulatan Negara Kesatuan Republik Indonesia. Salah satu tanggung jawab yang dimiliki yaitu menjaga wilayah perbatasan yang umumnya merupakan wilayah yang jauh dari pemukiman warga serta minim akses terhadap jaringan komunikasi GSM.

Indonesia sebagai negara kepulauan memiliki tantangan besar untuk membangun konektivitas hingga menjangkau semua wilayah. Berdasarkan data Badan Pusat Statistik pada laporan Statistik Telekomunikasi Indonesia pada tahun 2014 yakni 9% wilayah di Indonesia tidak tercakup dalam Sinyal GSM.

Open BTS merupakan salah satu teknologi yang memanfaatkan perangkat lunak open source untuk menciptakan akses komunikasi jaringan GSM.

Pada penelitian ini kami melakukan studi pada Open BTS menggunakan Raspberry Pi yang diintegrasikan dengan Nuand bladeRF x40 untuk menciptakan akses jaringan GSM sebagai media komunikasi portabel yang dapat mendukung serta meningkatkan kinerja personil TNI AD dalam menjalankan tugas mengamankan wilayah perbatasan Indonesia.

I. PENDAHULUAN

Tentara Nasional Indonesia Angkatan Darat sebagai komponen utama pertahanan, memiliki tugas pokok menjaga kedaulatan Negara Kesatuan Republik Indonesia. Salah satu tanggung jawab yang dimiliki yakni mengamankan wilayah perbatasan.

Dan dalam melaksanakan tugas operasi tersebut, dibutuhkan sebuah perangkat

komunikasi yang bersifat portabel guna memudahkan mobilisasi personil dalam melakukan patroli kewilayahan.

Komunikasi radio merupakan teknologi yang umumnya digunakan dalam setiap menjalankan misi operasi militer di daerah perbatasan. Komunikasi radi umumnya digunakan untuk menciptakan komunikasi satu arah (one-way communication).

Open BTS merupakan BTS GSM berbasis open source yang memungkinkan telepon selular untuk melakukan panggilan telepon atau berkirim pesan dan data tanpa menggunakan jaringan operator selular.

Pada penelitian ini, kami bermaksud melaksanakan studi pemanfaatan Open BTS sebagai akses komunikasi pada operasi militer di wilayah perbatasan dengan menggunakan perangkat Software Defined Radio (SDR) Nuand BladeRF x40 yang diintegrasikan dengan Raspberry Pi.

Diharapkan dengan penelitian ini akan memberikan gambaran tentang manfaat teknologi Open BTS pada operasi militer di wilayah perbatasan guna pengoptimalan teknologi komunikasi untuk mendukung tugas pokok Tentara Nasional Indonesia dalam menjaga kedaulatan Negara Kesatuan Indonesia.

II. STUDI LITERATUR

A. Arsitektur GSM dan OpenBTS

Arsitektur GSM adalah arsitektur terbuka, yang terdiri dari beberapa elemen jaringan seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Setiap sel jaringan berisi Base Transceiver Station (BTS), yang menyediakan antarmuka radio Um dengan beberapa Mobile Stations (MS).

IMPLEMENTASI OPEN BTS DENGAN

RASPERRY PI PADA OPERASI MILITER DI

WILAYAH PERBATASAN

Ichsan Yudha Pratama Dosen : DR. Ir. Iwan Krisnadi,MBA

Sekelompok BTS dikendalikan oleh satu BSC, melalui antarmuka Abis. BSC adalah switch berkapasitas tinggi yang menyediakan semua fungsi kontrol dan hubungan fisik antara MSC dan BTS. Network Subsystem (NSS) mencakup fungsi switching utama GSM, database yang dibutuhkan untuk fungsi terkait pelanggan dan manajemen mobilitas. MSC melakukan fungsi peralihan yang diperlukan untuk MS yang berada di area MSC & untuk melakukan fungsi serah terima. MSC juga terlibat dalam fungsi internetworking untuk berkomunikasi dengan jaringan lain seperti PSTN dan ISDN[1].

Gambar 1. Arsitektur GSM[1]

Transmisi GSM dilakukan pada pita frekuensi berlisensi dan oleh karena itu kekurangan teknologi ini adalah biaya koneksi yang harus dibayarkan kepada Operator Jaringan Mobile (MNO) yang memiliki lisensi transmisi dan keseluruhan arsitektur jaringan yang diimplementasikan dengan komponen hardware yang sangat mahal[2]. Namun, karena perkembangan terakhir di Software Defined Radio (SDR), solusi alternatif biaya rendah untuk GSM direalisasikan dengan menggunakan OpenBTS, yang mengandalkan perangkat keras SDR seperti Ettus USRP (Universal Software Radio Peripheral) dan perangkat lunak open source GNU Radio[1].

OpenBTS Project adalah aplikasi UNIX open source yang menggunakan Software Defined Radio (SDR) untuk menghadirkan antarmuka udara GSM ("Um") ke handset GSM standar dan menggunakan switch lunak Session Initiation Protocol (SIP) untuk menghubungkan panggilan .

Arsitektur perangkat lunak Open BTS adalah emulasi GSM 04.03 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. Dalam arah uplink, data yang datang dari handset ke USRP diproses dengan Analog to Digital Converter (ADC). Data kemudian dikemas dengan header TCP / IP dengan stempel waktu dan ditransfer ke host CPU menggunakan antarmuka Gigabit Ethernet[3].

Gambar 2. Arsitektur Open BTS[3].

B. Komponen Perangkat Keras

Berdasarkan informasi arsitektur Open BTS, ada beberapa perangkat keras untuk mendukung implementasi teknologi Open BTS. Pada bagian ini, peneliti akan menunjukkan item untuk membangun Open BTS.

1. Antarmuka GSM Um

Sebuah penelitian oleh E. Hatorangan dkk.[4], [5] menggunakan USRP B100 sebagai antarmuka GSM Um yang akan memfasilitasi komunikasi antara stasiun pangkalan dan telepon genggam.

V. Nambiar dkk [7] melakukan pengujian Open BTS menggunakan kedua versi Ettus, USRP N210 dan USRP E310. Dibangun pada perangkat RFC AD9361 dari perangkat Analog, dukungan 2x2 MIMO yang mencakup pita frekuensi 70 MHz sampai 6 GHz hingga 56 MHz. Karena perangkat ini dirancang untuk mobilitas, ia memiliki IC Zynq 7020 yang menggabungkan rangkaian Xilinx 7 series yang dapat dikonfigurasi ulang dan prosesor dual-core ARM A9 terintegrasi yang menjalankan sistem operasi Linux.

Namun penelitian oleh N. Prasannan dkk.[8], M. Cabral dkk.[9], P. Pace dkk[2], J. Mpala dkk.[10], A. Dubey dkk.[11], J. Mambu dkk. [12] dan S. Yuva Kumar dkk. [13] tidak menyebutkan secara spesifik versi USRP yang mereka gunakan.

2. Workstation

Hampir seluruh peneliti [4] [5], [8] menggunakan PC / Notebook berbasis sistem operasi Linux untuk menjalankan Open BTS karena sistem Open BTS dirancang menggunakan sistem operasi Linux. Mulai dengan komputer 32/64 bit dengan RAM minimal 1 GB dapat mendukung pengujian ini untuk menginstal perangkat lunak open source apapun yang akan dijelaskan di bagian komponen perangkat lunak.

3. Antena

Jika kita melihat arsitektur Open BTS pada bagian sebelumnya, kita juga bisa mengidentifikasi komponen lain untuk mendukung koneksi dalam membangun Open BTS. Itulah Antena. M. Cabral dkk [9] secara rinci menyebutkan tentang Proyek Loccus (Komunikasi dengan Biaya Rendah di UFPA), yang menggambarkan spesifikasi perangkat keras yang mereka gunakan dengan beberapa antena seperti antena penguat, menara antena dan antena omni. Penelitian tersebut juga memberikan item yang mereka gunakan dalam proyek tersebut termasuk biaya total jika membangun sistem BTS Terbuka. Peneliti lain K. Sankhe dkk [1] menjelaskan kebutuhan pemasangan antena VERT900 yang mereka gunakan untuk

mendukung USRP N210 yang beroperasi pada pita frekuensi 824-960 MHz dan 1710-1990 MHz.

C. Komponen Perangkat Lunak

Software juga merupakan bagian dari Open BTS. Untuk membangun sistem Open BTS, Server / Linux PC harus dapat menjalankan perangkat lunak open source lain yang didukung. Ada beberapa perangkat lunak yang harus dipasang di server / pc, dan hampir peneliti akademis yang kami temukan menggunakan perangkat lunak OpenBTS, GNU Radio dan Asterisk sebagai program utama teknologi Open BTS. Dan untuk topologi jaringan yang mendukung jaringan LTE, mereka juga menginstal OpenIMSCore dan MySQL [6] dan J.Hunag dkk. [14] hanya menggunakan OpenBTS dan AirProbe GSM-Receiver sebagai platform utama pengujian mereka.

D. Studi Kasus

Bencana atau dalam situasi darurat, merupakan studi kasus utama dari banyak peneliti yang fokus. Mulailah dengan E.Hatorangan dkk [4], [5] mengembangkan sistem BTS Terbuka untuk menyelamatkan korban dengan lokasi skenario logging dan registrasi otomatis, K.Sankhe dkk.[1] menyediakan sistem telepon seluler berbiaya rendah untuk pemulihan dengan cepat konektivitas nirkabel di daerah yang terkena bencana, dan J. Mambu dkk. [12] melaporkan rencana integrasi yang diusulkan dari sistem yang mereka usulkan dalam prosedur operasi penanggulangan bencana saat ini di Indonesia.

menerapkan metode ini di Amazon Region. Dan J. Mpala dkk. [10] menyediakan percobaan GSM berdasarkan sistem BTS Terbuka di Zambia pedesaan. J.Hunag dkk. [14] memiliki studi lain mengenai masalah sistem dan biaya rendah, penulis memberikan studi sistem pelacakan ponsel murah dengan sistem Open BTS.

E. Ruang Lingkup

Ruang lingkup penelitian ini untuk mengimplementasikan Open BTS menggunakan Raspberry Pi sebagai workstation dan Nuand BladeRF x40 dan melakukan pengujian arsitektur Open BTS melalui keberhasilan pengirimkan data baik pesan singkat maupun panggilan telepon.

F. Permasalahan

Dalam menjalankan tugas operasi militer pengamanan wilayah perbatasan, personil TNI AD pada umumnya masih menggunakan teknologi Radio. Open BTS dapat dimanfaatkan sebagai sarana berkomunikasi dimana dapat juga dimanfaatkan sebagai server salah satunya jika diintegrasikan dengan server SMS Gateway.

G. Batasan Masalah

Penelitian ini dibatasi dengan melakukan pengujian konektivitas terhadap perangkat handphone yang terhubung dalam jaringan untuk saling berkirim data baik pesan singkat maupun panggilan telepon.

H. Peluang Penelitian

Berdasarkan studi literatur diatas, kami telah melihat beberapa kesempatan penelitian yaitu antara lain belum adanya penelitian pemanfaatan Open BTS pada bidang militer, khususnya pembahasan mengenai menciptakan akses GSM pada wilayah perbatasan dan untuk mendukung tugas operasi militer di daerah perbatasan. Dan workstation yang umumnya digunakan adalah notebook atau personal computer dan belum memanfaatkan Raspberry Pi yang memiliki keunggulan dalam konsep mobile portable devices.

No Research Hardware Software Studi WorkStation

1 Tabel 1. Studi Literatur

I. Hipotesis

Open BTS menggunakan Raspberry Pi dapat menjadi medium komunikasi yang dapat dimanfaatkan dalam menjalankan misi operasi pengamanan daerah perbatasan dimana kedepan sistem dapat dikembangkan dengan mengintegrasikan dengan sistem lain seperti SMS Gateway dan lain sebagainya.

III. METODE PENELITIAN

A. Metode Pengumpulan Data

Metode ini dilakukan untuk mempelajari hasil penelitian sebelumnya berdasarkan studi literatur dari jurnal-jurnal.

Data yang diamati adalah :

 Jumlah user yang diujikan pada implementasi Open BTS.

 Kualiatas transfer data pada sistem Open BTS.

B. Tahapan Perancangan Sistem

Pada tahap ini peneliti melakukan perancangan arsitektur Open BTS untuk implementasi sistem Menganalisa QoS sistem menggunakan software Wireshark.

C. Skenario Open BTS

mengetahui kemampuan perangkat dalam menanggung beban komunikasi perangkat.

D. Metode Analisa

Setelah dilakukan implementasi, skenario beban jaringan akan diterapkan pada server tersebut untuk beberapa waktu tertentu. Komponen-komponen yang diamati merupakan parameter-parameter skalabilitas server Open BTS meliputi overhead, latency, dan factor-faktor yang mempengaruhi kinerja jaringan yaitu memory, processor dan trafik jaringan Open BTS.

Hasil pengamatan yang diperoleh selanjutnya dianalisa. Dan metode analisis yang didapatkan dari aplikasi Wireshark selanjutnya dilaporkan dalam bentuk lampiran/tabel hasil.

IV. DESAIN PENELITIAN

A. Implementasi Sistem

Implementasi sistem dengan melakukan pembangunan infrasturktur Open BTS menggunakan Raspberry Pi yang dihubungkan dengan kabel data kepada radio transceiver Nuand bladeRF x40. Selanjutnya pada Raspberry Pi diinstal YateBTS sebagai Software GSM. Setelah berhasil dilakukan konfigurasi maka dilakukan pengujian dan pengukuran. Dan jika konfigurasi gagal peneliti harus melakukan konfigurasi ulang.

Gambar 3. Langkah-langkah implementasi Open BTS

B. Konfigurasi

Langkah pertama dalam implementasi Open BTS adalah menyiapkan perangkat pendukung baik perangkat lunak maupun perangkat keras. Setelah memastikan berbagai komponen telah siap, maka selanjutnya melakukan konfigurasi perangkat lunak yang harus terinstal pada perangkat keras.

Gambar 4. Konfigurasi Raspberry Pi

C. Instalasi Package

Siapkan package pendukung pada sistem operasi linux

admin@eightsun.info:/home/blog/$ ssh pi@192.168.1.10 pi@raspberry:~$ sudo su

root@raspberry:/home/rpi# apt-get update

root@raspberry:/home/rpi# apt-get -y install git telnet apache2 php5 libusb-1.0-0 libusb-1.0-0-dbg libusb-1.0-0-dev libgsm1 libgsm1-dev cmake automake

Sambungkan Nuand BladeRF x40 dengan Raspberry Pi

root@raspberry:/home/pi# dmesg

[ 2092.437659] usb 1-1.2: New USB device found, idVendor=1d50, idProduct=6066

[ 2092.437679] usb 1-1.2: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=3

[ 2092.437692] usb 1-1.2: Product: bladeRF [ 2092.437704] usb 1-1.2: Manufacturer: Nuand [ 2092.437716] usb 1-1.2: SerialNumber: 4c132c8ba43e0c4d922418a29a1ce207

Download dan Install Nuand BladeRF source code.

root@raspberry:/home/rpi# cd /tmp root@raspberry:/tmp# wget -c

https://github.com/Nuand/bladeRF/archive/master.zip root@raspberry:/tmp# unzip master.zip

root@raspberry:/tmp# cd bladeRF-master root@raspberry:/tmp/bladeRF-master# cd host

root@raspberry:/tmp/bladeRF-master/host# mkdir build root@raspberry:/tmp/bladeRF-master/host# cd build root@raspberry:/tmp/bladeRFmaster/host/build# cmake DCMAKE_BUILD_TYPE=Release

DCMAKE_INSTALL_PREFIX=/usr/local -DINSTALL_UDEV_RULES=ON ../

root@raspberry:/tmp/bladeRF-master/host/build# make -j4 root@raspberry:/tmp/bladeRF-master/host/build# make install > install.log

D. YateBTS

Untuk membuat jaringan GSM BTS dibutuhkan untuk mendownload dan menginstall YateBTS pada workstation.

Gambar 5. Interface YateBTS

E. Pengujian

Setelah diasumsikan seluruh proses instalasi perangkat lunak dan perangkat keras telah berhasil termasuk didalamnya konfigurasi workstation YateBTS pada Raspberry Pi yang di koneksikan ke Nuand BladeRF maka dilakukan pengujian perangkat Open BTS dimulai dengan mencari sinyal Open BTS dari perangkat selular dan mencoba melakukan pengiriman pesan singkat dan panggilan telepon.

Gambar 6. Pengujian Pengiriman SMS

Gambar 6 menunjukkan bahwa Open BTS berhasil melakukan pengiriman pesan singkat SMS kepada perangkat yang terdaftar dalam sistem.

Gambar 7. Pengujian koneksi GSM BTS menggunakan koneksi data melalui GPRS

(Internet)

V. KESIMPULAN

Open BTS merupakan teknologi komunikasi yang dapat dimanfaatkan guna mendukung tugas operasi militer di wilayah perbatasan guna menciptakan akses komunikasi yang lebih baik dari pada teknologi Radio (one-way communication). Implementasi Open BTS sebagai backbone jaringan komunikasi dapat diintegrasikan dengan sistem lain seperti SMS Gateway untuk meningkatkan kinerja TNI AD dalam menjaga kedaulatan Negara Kesatuan Republik Indonesia.

VI. REFERENSI

[1] K. Sankhe, C. Pradhan, S. Kumar, and G. R. Murthy, “Cost effective restoration of wireless connectivity in disaster hit areas using OpenBTS,” in 11th IEEE India Conference: Emerging Trends and Innovation in Technology, INDICON 2014, 2015.

[2] P. Pace and V. Loscri, “OpenBTS: A

step forward in the cognitive

direction,” in 2012 21st International

Conference on Computer Communications and Networks, ICCCN 2012 - Proceedings, 2012.

[3] A. Azad, “Open BTS Implementation

[4] E. Hatorangan and T. Juhana, “Mobile Phone Location Logging into OpenBTS-based Cellular Network in

Disaster Situation,” Int. Conf.

Telecommun. Syst. Serv. Appl., vol. 8, no. IEEE Conference Publications, pp. 1–3, 2014.

[5] E. Hatorangan and T. Juhana, “Mobile

Phone Auto Registration to OpenBTS-based Cellular Network in Disaster

Situation,” Int. Conf. Telecommun.

Syst. Serv. Appl., vol. 8, no. IEEE Conference Publications, pp. 1–3, 2014.

[6] R. A. Ali, A. N. Khan, S. Arshad, and U. Younis, “Towards the development of LTE networks: Implementation of OpenIMSCore in asterisk/OpenBTS

GSM network,” in ICOSST 2013 -

2013 International Conference on Open Source Systems and Technologies, Proceedings, 2013.

[7] V. Nambiar, E. Vattapparamban, A. I. Yurekli, I. Güvenç, M. Mozaffari, and W. Saad, “SDR Based Indoor Localization Using Ambient WiFi and

GSM Signals,” 2017 Int. Conf.

Comput. Netw. Commun. Work., 2017.

[8] N. Prasannan, G. Xavier, A. Manikkoth, R. Gandhiraj, R. Peter, and K. P. Soman, “OpenBTS based microtelecom model: A socio-economic boon to rural communities,” in Proceedings - 2013 IEEE International Multi Conference on Automation, Computing, Control, Communication and Compressed Sensing, iMac4s 2013, 2013.

[9] M. Cabral, I. Almeida, C. Melo, and A.

Klautau, “Low-cost GSM telephony in

the Amazon region based on open-source / open-hardware projects,” in 2009 IEEE Latin-American Conference

on Communications, LATINCOM ’09 - Conference Proceedings, 2009.

[10] J. Mpala and G. Van Stam, “Open BTS, a GSM experiment in rural Zambia.”

[11] A. Dubey, D. Vohra, K. Vachhani, and

A. Rao, “Demonstration of

Vulnerabilities in GSM Security with USRP B200 and Open-Source Penetration Tools.”

[12] J. Y. Mambu and J. Gutierrez, “Emergency Broadcast System: A Reverse 911 Tsunami Information Dissemination System Prototype,” 2016 26th Int. Telecommun. Networks Appl. Conf. Emerg., 2016.

[13] S. Yuva Kumar, M. S. Saitwal, M. Z.

A. Khan, and U. B. Desai, “Cognitive

GSM OpenBTS,” in Proceedings -

11th IEEE International Conference on Mobile Ad Hoc and Sensor Systems, MASS 2014, 2015.

[14] J.-S. Hunag, R. Harwahyu, and R.-G. Cheng, “Study of Low Cost Mobile

Phone Tracking System,” 2015 Int.