UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA (UNESP) FACULDADE DE ENGENHARIA CAMPUS DE ILHA SOLTEIRA PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

Monitoramento de Dados via Internet baseado em Telefonia Celular

Autor: Orientador:

Getlio Teruo Tateoki Jozu Vieira Filho

Dissertao submetida Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira UNESP, como parte dos requisitos para obteno do ttulo de mestre em engenharia eltrica.

ILHA SOLTEIRA Janeiro/2007

FICHA CATALOGRFICA Elaborada pela Seo Tcnica de Aquisio e Tratamento da Informao/Servio Tcnico de Biblioteca e Documentao da UNESP-Ilha Solteira

T217m

Tateoki, Getlio Teruo. Monitoramento de dados via internet baseado em telefonia celular / Getlio Teruo Tateoki. -- Ilha Solteira : [s.n.], 2007 123 p. : il., fotos (algumas color.) Dissertao (mestradoo) - Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, 2007 Orientador: Jozu Vieira Filho Bibliografia: p.86-90 1. Aquisio de dados. 2. Telefonia celular. 3. Sistemas de comunicao sem fio. 4. Internet sem fio.

AGRADECIMENTOS

Deus por ter me dado fora e a oportunidade de cumprir mais uma etapa na minha vida.

minha esposa Julia Lieko Tutumi e ao meu filho Victor Augusto Tateoki que sempre estiveram ao meu lado, apoiando e incentivando a realizao deste trabalho.

minha me Maria Tateoki, que sempre deu apoio incondicional em todas as atividades da minha vida.

Ao professor Dr. Jozu Vieira Filho pela competncia, estmulo e a amizade que me foram fundamentais para o desenvolvimento deste trabalho.

Aos professores Pe. Luis Fvero e Andr Luis Ornellas, Diretor e Vice-Diretor do Unisalesiano de Araatuba/SP, que deram todo o apoio necessrio para a concretizao deste trabalho.

Aos professores Dr. Marco Antonio Fernandes e Dr. Mrio Jefferson Quirino Louzada que deram apoio fundamental para o incio deste trabalho.

Ao Sr. Luis Henrique Corra Bernardes e sua Equipe de Suporte Tcnico da Duodigit que sempre nos atenderam com ateno e presteza.

SUMRIO

LISTA DE FIGURAS LISTA DE TABELAS LISTA DE SMBOLOS LISTA DE ABREVIATURAS RESUMO ABSTRACT CAPTULO 1

8 10 11 12 14 15

INTRODUO...................................................................................................................16 CAPTULO 2 ASPECTOS BSICOS DE COMUNICAO SEM FIO E INTERNET 2.1 Histrico..........................................................................................................................20 2.2 Sistema CDMA...............................................................................................................21 2.2.1 Forma de transmisso do CDMA.........................................................................22 2.3 Sistema 3G......................................................................................................................23 2.4 Sistema GSM Global System for Mobile.23 2.4.1 Freqncias de Operao do GSM (MHz).............................................................24 2.4.2 Descrio do sistema GSM....................................................................................24 2.4.3 A Estao Mvel....................................................................................................25 2.4.4 Subsistema Rdio Base..........................................................................................25 2.4.5 O Subsistema Rede................................................................................................26

2.4.6 Codificao de canal e voz.....................................................................................27 2.5 GPRS - General Packet Radio Service27 2.5.1 Arquitetura de Redes GPRS..................................................................................28 2.5.2 Elementos Internos de uma Rede GPRS...............................................................30 2.5.3 Forma de Transmisso de uma Rede GPRS.........................................................31 2.5.4 Conexo de dados entre um terminal mvel e um servidor de uma rede IP externo...................................................................................................................33 2.5.5. Forma de Identificao de assinante em uma Rede GPRS/GSM........................33 2.5.6 Autenticao de um assinante em Redes GPRS/GSM..........................................35 2.5.7. Terminais GPRS Conexo.................................................................................35 2.5.8. Classes de Terminais GPRS.................................................................................36 2.5.9 Interface R.....................................................................................................36 2.5.10 APN (Access Point Name)..37 2.6 Internet - A Rede mundial de Computadores..................................................................37 2.6.1 Histrico.................................................................................................................37 2.6.2 Servios de Internet................................................................................................38 2.6.3 Endereamento na Rede Internet...........................................................................39 2.6.4 DNS Domain Name Server....40

CAPTULO 3 ARQUITETURA PROPOSTA PARA O SISTEMA DE MONITORAMENTO DE DADOS VIA INTERNET USANDO TELEFONIA CELULAR 3.1 Contexto Tecnolgico.....................................................................................................43 3.2 Interface GPRS INTERNET........................................................................................45 3.3 Interface de AQUISIO DE DADOS GPRS............................................................48 3.4 Arquitetura final do sistema............................................................................................50 3.4.1 Sub-Sistema 1: aquisio e controle dos dados......................................................51

3.4.2 Sub-Sistema 2: comunicao via GPRS.................................................................52 3.4.3 Sub-Sistema 3: armazenamento e monitoramento dos dados via WEB................52 CAPTULO 4 IMPLEMENTAO DO SISTEMA PROPOSTO 4.1 O Modem GSM TC45.....................................................................................................54 4.1.1 Modos de Operao................................................................................................55 4.1.2 Controle Liga/Desliga............................................................................................56 4.1.3 Utilizao do RTC para Ligar o Modo Alarme.....................................................57 4.1.4 Ativando o Terminal (wake up).............................................................................58 4.1.5 Interface SIM (Subscriber Identification Module)................................................59 4.1.6 Leds de monitoramento........................................................................................60 4.1.7 Programao do Modem TC45..............................................................................60 4.1.8 Teste do Modem TC45 JAVA...............................................................................61 4.1.9 Implementao do Programa no Terminal TC45 JAVA para o Sistema Proposto.................................................................................................................64 4.2 O hardware para aquisio de dados...............................................................................65 4.2.1 Sensor de Temperatura LM35................................................................................66 4.2.2 Programao do PIC..............................................................................................68 4.3 O Monitoramento via Internet.........................................................................................71 4.4 Aspectos tcnicos e consideraes do projeto................................................................76 CAPTULO 5 TESTES E RESULTADOS OBTIDOS 5.1 O monitoramento da Temperatura via Internet...............................................................78 5.2 A comunicao via modem GSM...................................................................................80 5.3 Custos do Projeto............................................................................................................81 5.3.1 Implementao.......................................................................................................81 5.3.2 Servio...................................................................................................................82 5.4 O Sistema Obtido............................................................................................................83

CAPTULO 6 COMENTRIOS FINAIS..................................................................................................84 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS..............................................................................86 ANEXOS Anexo 1 - Software Aplicativo do PIC.................................................................................91 Anexo 2 - bcscan Software do Terminal Java TC45 JAVA............................................105 Anexo 2.1 bcscan.jar...........................................................................................105 Anexo 2.2 main...............................................................................106 Anexo 2.3 Serial ConnectionListener.................................................108 Anexo 2.4 Serial Connection Thread..................................................118 Anexo 2.5 HTTPUloadThread................112 Anexo 3 - Procedimento para configurao de Auto-Start do Terminal TC45 JAVA.........................................................................................117 Anexo 4 - Script de captura da informao na Web e seu armazenamento em um banco de dados MySQL.........................................................................120 Anexo 5 - Pgina em PHP que efetua Consulta ao Banco de Dados..................................122

LISTA DE FIGURAS2.0 - Forma de Transmisso de um Canal de RF no sistema CDMA...................................22 2.1 - Estrutura de uma rede GSM..........................................................................................25 2.2 - Arquitetura bsica do Sistema GPRS...........................................................................29 2.3 - Elementos Internos de uma Rede GPRS.......................................................................31 2.4 - Plano de Transmisso para TCP/IP..............................................................................32 2.5 - Esquema de troca do TMSI no momento de atualizao da localizao geogrfica feita pelo aparelho......................................................................................34 2.6 - Uma Rede baseada no Protocolo TCP/IP.....................................................................40 2.7 - Estrutura hierrquica do DNS......................................................................................41 3.0 - Comparao entre Modem com e sem programao JAVA........................................46 3.1 - Diagrama de blocos do sistema....................................................................................51 4.0 - Terminal Java TC45 observado externamente..............................................................55 4.1 - Vista Frontal e Posterior do Terminal TC45-JAVA.....................................................55 4.2 - Posio do Conector Interno do Terminal TC45 JAVA...............................................55 4.3 - Modos de implementao de chave Liga/Desliga externa............................................57 4.4 - Disponibilizao de acesso do Terminal TC45 efetuado por SMTK indicado como Module............................................................................................................................62 4.5 - Indicao da quantidade de memria Flash do Terminal TC45 JAVA........................62 4.6 - Programa rs232demo carregado no Terminal TC45 JAVA.........................................63 4.7 - Conexo habilitada para realizar comunicao com a porta ASC0 e ASC1................63 4.8 - Fluxograma de operao do TC 45...............................................................................65 4.9 - Circuito para o monitoramento de temperatura e comunicao com TC45.................66 4.10 - Esquema Eltrico do Sensor de Temperatura.............................................................67 4.11 - Circuito Eltrico do Medidor de Temperatura............................................................67 4.12 - Fluxograma do Programa SensorTemp VS21............................................................69 4.13 - Gravador PIC de porta paralela..................................................................................70 4.14 - Pgina web de visualizao de dados de monitorao de temperatura......................76 5.0 - Foto mostrando os valores Temperatura no Multmetro e Tenso do Sistema de

Monitorao..................................................................................................................79 5.1 - Visualizao dos dados via pgina WEB.....................................................................80 5.2 - Foto do Sistema de Telemetria montado e acondicionado em uma mochila para transporte......................................................................................................................83

LISTA DE TABELAS2.0 - Freqncia de Operao do GSM.................................................................................24 2.1 - Domnios de Nveis Mais Elevados..............................................................................42 3.0 - Custo Operacional.........................................................................................................48 4.0 - Modos de Operao do Terminal TC45 JAVA............................................................56 4.1- Comandos ATs executado no Modo Alarme...............................................................58 4.2 - Descrio dos estados de transio...............................................................................59 4.3 - Indicao do Led de Status de Operao......................................................................60 5.0 - Custos de Implementao.............................................................................................82 5.1 - Custo de Servios..........................................................................................................82

LISTA DE SMBOLOS

Bit byte GHz C KHz kwords MHz mV V

Binary Digit, em ingls, a menor unidade de informao usada na Computao e na Teoria da Informao Conjunto de 8 bits Giga Hertz - 1.000.000.000 Hz, Medida de freqncia Graus Celcius - Medida de Temperatura Kilo Hertz - 1.000 Hz, Medida de freqncia 1024 endereamentos de memrias diferentes Mega Hertz - 1.000.000 Hz, Medida de freqncia mili Volt - milsima parte de um Volt Volts - Medida de Tenso Eltrica

LISTA DE ABREVIATURAS

APN ASCII BG CR MSC CGF CDMA CLP DNS EAGLE EEPROM BSC GGSN GPRS GSM GSN HTTP HLR PHP IMEI IP J2ME JVM LIG LCD LR

Access Point Name American Standard Code II Border Gateway Carriage Return Centro de Comutao Mvel Charging Gateway Functionality Code Division Multiple Access Controlador Lgico Programvel Domain Name Server Easily Applicable Graphical Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory Estao de Radio Base de Controle Gateway GPRS Support Node General Packet Radio Service Global System for Mobile GPRS Support Node Hiper Text Transfer Protocol Home Location Registrer Hypertext Preprocessor International Mobile Equipment Identity Internet Protocol Java 2 Micro Edition Java Virtual Machine Lawful Interception Gateway Liquid Crystal Display Location Register

PDP PIC PAN PDA PIN PWM RAM RISC SMC SGSN SMS SMS-GMSC BTS TTL URL VPN VLR WAP WLAN

Packet Data Protocol Perifrico Integrado de Controle Personal rea Network Personal Digital Assistants Personal Identification Number Pulse Width Modulation Random Access Memory Reduced Instruction Set Computing Servio Mvel Celular Serving GPRS Support Node Short Message Service Short Message Service Gate Mobile Services Switching Center Sistema de Transmisso de Rdio Base Transistor-Transistor-Logic Universal Resource Locator Virtual Privative Network Visitior Locantion Registrer Wireless Aplication Protocol Wireless Local Area Network

RESUMO

A aquisio de dados tem evoludo de forma significativa nos ltimos anos e passa a ser indispensvel em vrias aplicaes nas reas de engenharia, agricultura, medicina, aeronutica, etc. O estado da arte nessa rea envolve o uso de sistemas de comunicao sem fio e da internet. Neste trabalho apresentado um sistema moderno de aquisio de dados, que baseado em uma comunicao sem fio via rede GSM (Global Mobile for System), com conexo via Internet atravs de um sistema de telefonia celular GPRS (General Packet Radio Service), monitoramento de dados via pgina Web (World Web Browser) e interface de aplicao com base em um microcontrolador. O sistema bastante flexvel e foi testado em operaes reais no monitoramento de temperatura ambiente. Os resultados obtidos so altamente satisfatrios e mostra que o sistema pode servir de base para aplicaes em diferentes reas onde a telemetria seja indispensvel.

ABSTRACT

Data acquisition has significantly been developed in the last years and became indispensable in many application area of engineering such as agriculture, medicine, aeronautic, etc. The state of art in this area is basead on wireless communication system and Internet. In this work it is presented a modern data acquisition based on wireless communication through the Internet, which includes a Celular Mobile GPRS (General Packet Radio Service) in a GSM (Global Mobile System) network, and remote data monitoring via WEB (World Web Browser) that can be used in a Telemetry Network construction. The system was tested in real conditions as a temperature monitoring system based on a microcontroller and it has presented good results. The high flexibility model proposed allows to use it in many distinct applications that require remote data acquisition.

CAPTULO 1

INTRODUOMonitoramento de dados e aquisio de dados so palavras que se confundem e trazem juntas uma idia bsica: digitalizao de sinais analgicos. Nesse sentido, os primeiros sistemas de aquisio de dados (DAQ) eram basicamente sistemas de converso analgico/digital (A/D) desenvolvidos em placas e acoplados a um microcomputador [1]. Esses sistemas evoluram de simples placas de aquisio de dados para modernos sistemas independentes e controlados por microprocessador [2]. Com a evoluo das telecomunicaes, novos sistemas de aquisio de dados foram desenvolvidos e incorporaram novas tecnologias, como a transmisso de dados via rdio [3]. Nos sistemas de aquisio de dados modernos, portabilidade e mobilidade so fundamentais na maioria das aplicaes, que so as mais variadas e incluem, dentre outras reas: agricultura, medicina, geologia, oceanografia, aeronutica, engenharia, etc. [4]. Nesse sentido, tornou-se indispensvel agregar a rede mundial de computadores, ou internet, aos novos e modernos sistemas de aquisio de dados [5]. Atendendo a essa nova perspectiva, prope-se neste trabalho um sistema de aquisio de dados baseado em tecnologia de ponta, que inclui a captao de dados usando microcontrolador, a transmisso dos dados via telefonia celular, mais especificamente usando a tecnologia GPRS /Internet. O desenvolvimento de um sistema eficiente passa, necessariamente, por um estudo detalhado das diferentes tecnologias envolvidas. Considerando que o propsito do trabalho obter um sistema que garanta flexibilidade e eficincia, optou-se de incio pelo uso de uma comunicao via telefonia celular, descartando a aplicao de sistemas dedicados de comunicao via rdio. Essa deciso foi baseada nas tendncias atuais na rea de aquisio de dados, mas mantendo a flexibilidade que se busca no sistema [6]. Existem muitos estudos e alguns padres para aplicao de sistemas de comunicao sem fio no monitoramento remoto de dados [7]. Porm, a maneira mais direta que se tem para uma 16

transmisso de dados usando comunicao sem fio a tecnologia da telefonia celular. No Brasil, existem trs padres de tecnologia digital de comunicao sem fio que so CDMA (Code Division Multiple-Access), TDMA (Time Division Multiple-Access) e GSM (Global System Mobile). Com base em aspectos tcnicos, acessibilidade ao sistema e disponibilidade de equipamentos no mercado brasileiro, optou-se pelo padro GSM. Dentro do GSM pode-se pensar, inicialmente, em transmisso de dados via SMS (Short Message Service). O limitante, neste caso, a baixa taxa de comunicao, que pode inviabilizar algumas aplicaes. Uma outra possibilidade o uso de uma conexo ponto a ponto via CSD (Circuit Switched Data). Neste caso, o sistema teria que ser planejado de acordo com a aplicao, para viabiliz-lo em termos de custos, alm de oferecer tambm restries em termos de taxa de transmisso. Assim, a opo foi o desenvolvimento de um sistema usando GPRS, que uma tecnologia consolidada, possibilita uma taxa de transmisso bem superior ao que se consegue com SMS ou CSD e pode ser explorado em qualquer aplicao, mantendo-se um mesmo padro de conectividade. Outra grande vantagem do GPRS o seu baixo custo operacional em comparao com as alternativas de transmisso de dados usando SMS [8]. A integrao do sistema de aquisio de dados com a Internet permite, sem dvida, um monitoramento de dados mais eficiente e de fcil acesso porque utiliza o padro Word Wide Web (WWW) - qualquer dispositivo conectado rede Internet poder servir como interface de monitoramento. A simples incorporao da tecnologia celular para a aquisio de dados para diversas aplicaes seria por si s, um trabalho interessante para o uso desta tecnologia, visto tratar-se de uma soluo inovadora e til ainda que se constitua o uso mais simples e direto das caractersticas e recursos oferecidos pela tecnologia do SMC - Servio Mvel Celular e Internet. O cenrio de aplicao deste estudo inclui um ambiente complexo, pois se considera a busca de soluo de uma ou vrias aplicaes de telemetria utilizando rede de comunicao de dados wireless de grande abrangncia geogrfica, alta capilaridade e de baixo custo. Isto exige uma explorao mais ampla e profunda da tecnologia celular, particularmente da rede GSM/GPRS, que vivel graas integrao de diferentes tecnologias em alguns equipamentos modernos. A implementao prtica deste projeto envolve dispositivos e sistemas modernos, que vo desde a captao dos dados, que feita 17

atravs de um microcontrolador, tambm usado na conexo sem fio, at a visualizao dos dados em uma pgina WEB ( [6] e [9] ). A metodologia de trabalho utilizada para alcanar os objetivos estabelecidos considerou as atividades orientadas por dois eixos principais. O primeiro deles estava orientado para o desenvolvimento de atividades de estudo terico e pesquisa baseada principalmente na literatura disponvel sobre Redes de Telefonia Celulares em geral ( [10] e [11] ), Plataformas de Aplicao Web [12] e Dispositivos Microcontroladores [13]. O segundo eixo estava voltado para atividades de aplicao da tecnologia e conhecimento disponvel para a soluo de um problema especfico, mas relevante no contexto atual do mundo em que vivemos [14]. A combinao destes dois focos, em que o conhecimento terico alimenta as possveis alternativas de soluo de um problema, e, de outro lado, os problemas especficos de um caso concreto, fomenta e orienta a busca de mais conhecimento terico, num processo contnuo de sinergia entre a prtica e teoria, resultando numa dinmica de trabalho de maior eficcia [15]. Para alcanar o objetivo proposto, foram estabelecidas e cumpridas as seguintes metas: Estudar os diversos sistemas de comunicao sem fio (telefonia celular) e identificar o mais adequado ao projeto proposto; Estudar os princpios de comunicao de dados via GPRS e Bluethooth [16], dois sistemas aparentemente semelhantes, mas que guardam muitas peculiaridades diferentes [9]; Definir os contornos, requisitos bsicos e funcionalidade de um sistema automatizado de monitoramento remoto de temperatura, pesquisando e estudando a operao de diversas placas/mdulos GSM/GPRS existente no mercado; Desenvolver uma alternativa moderna para o projeto, estudando e pesquisando os microcontroladores PIC [17] e suas aplicaes, com o objetivo de obter uma interface eficiente entre a aplicao e o ambiente WEB de monitoramento;

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Estudar os diversos tipos de dispositivos medidores de temperatura existentes no mercado e suas aplicaes;

Estudar tecnologias de plataformas WEB para captura e armazenamento de dados, bem como os mecanismos de disponibilizao dos dados atravs de uma paginao de Internet [5];

Considerar a possibilidade de aplicar os resultados obtidos em outros cenrios similares que envolvam necessidades de comunicao com dispositivos dispersos em grandes reas geogrficas.

Para viabilizar o projeto proposto, o trabalho foi desenvolvido de acordo com as metas apresentadas. A estrutura da dissertao, aps a apresentao deste captulo, est organizada como segue: No captulo 2 discutem-se as tecnologias de comunicao sem fio usados em telefonia celular e os aspectos bsicos que regem a rede mundial de computadores; No captulo 3 apresentada a proposta completa do sistema desenvolvido, discutindo-se a visualizao via internet e os aspectos bsicos da tecnologia GPRS usada no projeto; No captulo 4 so apresentados os detalhes da implementao, com destaque para o sistema que faz a interface entre a rede GSM e a aplicao, que baseado em microcontrolador; No captulo 5 so apresentados os resultados obtidos e no captulo 6 so apresentadas as concluses.

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CAPTULO 2 ASPECTOS BSICOS DE COMUNICAO SEM FIO E INTERNET

A transmisso de dados via telefonia celular se tornou uma soluo inovadora de incorporao de novos valores em tecnologia, que permite somar a qualidade de servios at ento existente em operadoras de servio de telefonia fixa com o fator mobilidade, o principal diferencial da telefonia celular. Aliado a isto tem-se hoje uma total integrao entre a telefonia celular e a rede Web, o que forma um potencial tecnolgico de vasta aplicao. Em termos de comunicao sem fio, diversas tecnologias despontam no mercado apresentando solues para Sistemas de Servio Mvel Celular (SMC) [18]. Dentre vrias existentes, podem ser citadas as tecnologias CDMA, GSM e 3G. Neste trabalho dado um enfoque maior ao Sistema GSM - Global System for Mobile, que apresenta muitas vantagens em relao aos outros, que sero apresentadas ao longo do texto.

2.1 HistricoOs Servios Mveis Celulares (SMC) surgiram na dcada de 80 para atender uma necessidade latente de comunicao para uso pessoal. A primeira gerao foi baseada em tecnologia analgica os telefones eram, inicialmente, simples transmissores e receptores de rdio associados a um nmero de telefone. Tal sistema era bastante limitado, pois no garantia segurana nas comunicaes e, principalmente, no atendia a demanda de usurios, que crescia vertiginosamente.

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A limitao do sistema analgico fez com novas tecnologias fossem desenvolvidas, surgindo, ento, os sistemas celulares de segunda gerao, conhecidos como digitais, que permitem uma comunicao mais segura e, principalmente, que permitiram o desenvolvimento de terminais telefnicos compactos e de baixo consumo. As aplicaes iniciais envolviam apenas sinais de voz, mas j era possvel prever aplicaes envolvendo a transmisso e recepo de dados, que veio logo em seguida. Porm, as conexes eram baseadas em alocao fixa de canal, tornando o sistema inadequado para aplicaes em comunicao de dados de trfego por demanda, como o caso da Internet. CDMA-(Code Division Multiple Access) [19] baseou-se nesta tecnologia. Visando atender ao aumento da demanda por trfego de dados, principalmente na rede de internet, foi elaborado um projeto de terceira gerao de telefonia mvel. Porm, antes foi criada uma famlia intermediria a gerao 2.5, agregando comunicao mvel de dados aos tradicionais servios de voz. Com a evoluo, o aspecto de segurana passou a ser um ponto importante, pois a comunicao de dados em sistemas mveis envolve troca de informao confidencial entre grandes blocos corporativos, alm da privacidade exigida para as comunicaes pessoais. As redes mveis agora tm como base uma tecnologia digital com transmisso por comutao de pacotes. Estes sistemas aceitam servios clssicos de telefonia e comunicaes de dados e so mais eficientes do que os sistemas de segunda gerao, pois permitem que vrios usurios e servios utilizem simultaneamente os canais. Este sistema conhecido como GSM - Global System for Mbile [20] e baseado numa tecnologia TDMA (Time Divsion Multiple Access) [21]. A terceira gerao dos SMC, conhecida como 3G, j implementada em vrios pases e em fase de implementao no Brasil, possibilita o acesso internet em Banda Larga, o que ir viabilizar muitas aplicaes especficas. O sistema

2.2 Sistema CDMAO CDMA (Code Division Multiple Access) um padro digital de segunda gerao da telefonia celular desenvolvido nos Estados Unidos [19]. Sua tecnologia utiliza espalhamento espectral (spread spectrum) de sinais como meio de acesso para permitir que vrios usurios compartilhem uma mesma banda de freqncias. Nessa tecnologia, os bits 21

provenientes da converso da fala (converso analgico-digital), em conjunto com outros bits de controle, so literalmente espalhados por todo o espectro de uma maneira "aleatria". As aspas so necessrias porque o aleatrio do CDMA no to aleatrio assim. O lado transmissor espalha os bits e o lado receptor reordena os bits. O CDMA permite uma melhor utilizao do espectro possibilitando um aumento de capacidade dos sistemas celulares. A famlia de normas da TIA (Telecommunications Industry Association) padronizou os sistemas celulares digitais de segunda gerao conhecidos popularmente como CDMA, ou cdmaOne, que so baseados no padro IS-95 [22]. Esta tecnologia foi, em grande, parte desenvolvida pela empresa americana Qualcomm [23].

2.2.1 Forma de transmisso do CDMA A figura 2.0 mostra como transmitido um canal de RF no sistema CDMA.

Figura 2.0 - Forma de Transmisso de um Canal de RF no sistema CDMA

Quanto maior o nmero de usurios, maior ser o rudo e as interferncias. Assim, existe um nmero mximo de canais por banda de freqncia que permite um uso com qualidade aceitvel. O problema se torna mais grave quando as potncias de transmisso individuais aumentam.

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2.3 Sistema 3GA evoluo do GSM para servios de terceira gerao, que permitem taxas de dados de at 2 Mbit/s, vem sendo padronizada pelo 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Esta evoluo exigiu a definio de um novo padro para a interface entre Estao Mvel e ERB com canais de RF de 5 MHz nos sistemas utilizados em CDMA. Este novo padro WCDMA WideBand CDMA [24] implica em mudanas na estrutura de canalizao do GSM e exige uma banda adicional de freqncias para implementao do servio por parte das operadoras, mantendo, no entanto, a compatibilidade e demais interfaces da arquitetura GSM.

2.4 Sistema GSM Global System for MobileDevido aos diversos sistemas que foram desenvolvidos com diferentes formas de envio de dados, protocolos e freqncias de comunicao, em 1982 foi realizada a Conference of European Posts and Telegraphs (CEPT) onde se formou um grupo denominado Group Special Mobile (GSM), com o objetivo de estudar e desenvolver um sistema mvel baseado nas seguintes diretrizes bsicas:

Boa qualidade de voz; Eficincia espectral; Terminais pequenos e baixos custos; Suporte para "roaming" internacional; Capacidade para suportar "handheld" terminais; Suportar uma larga rea de novos servios e utilidades; Compatibilidade RDSI Rede Digital de Servios Integrados. Em 1989 a responsabilidade passou para o European Telecomunication Standards

Institute (ETSI) e em 1990 foram publicadas as especificaes do GSM. Tal padro generalizou-se ento pelo resto do mundo. A sigla GSM passou a denominar ento Global System for Mobile Communication e atualmente considerado um padro digital de 23

segunda gerao do celular adotado na maior parte do mundo. Desenvolvido inicialmente para a faixa de 900 MHz, o GSM teve posteriormente uma verso adaptada para as faixas de 1800 e 1900 MHz [56]. 2.4.1 Freqncias de Operao do GSM (MHz) Em um sistema de comunicao sem fio, existe as estaes mveis (assinantes) e a estao fixa, conhecida como estao de Rdio Base (ERB). Como qualquer sistema de comunicao bi-direcional, os canais so pr-definidos por uma faixa de freqncia. A tabela 2.0 ilustra a faixa de freqncia de operao destes canais.Tabela 2.0 Freqncia de Operao do GSM GSM 900 (MHz) Estao Mvel -> ERB ERB -> Estao Mvel Espaamento entre Freqncias de Transmisso e Recepo 880 - 915 925 - 960 45 DCS 1800 (MHz) 1710 - 1785 1805 - 1880 95 PCS 1900 (MHz) 1850 - 1910 1930 - 1990 80

O GSM foi padronizado para operar nas faixas de freqncias conforme apresentadas na Tabela 2.0, sendo o GSM 900 e o DCS 1800 adotados na Europa e o PCS 1900 nos Estados Unidos. No Brasil, as Bandas C, D e E esto na faixa de freqncias do DCS 1800, tendo sido licitados inicialmente 15 MHz por operadora em cada direo.

2.4.2 Descrio do sistema GSM Uma rede GSM composta por vrias entidades com funes e interfaces especficas. A rede GSM pode ser dividida em trs partes: a estao mvel, a estao de subsistema base, e o subsistema de rede, como apresentado na figura 2.1.

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Figura 2.1. Estrutura de uma rede GSM.

2.4.3 A Estao Mvel A estao mvel nada mais do que o aparelho celular (terminal) controlado por um carto inteligente designado de SIM (Subscriber Identity Module). O carto providencia mobilidade pessoal, de tal forma que o assinante consegue ter acesso aos servios subscritos independentemente do terminal utilizado, isto , ao inserir o carto SIM num terminal diferente, o assinante pode usufruir os servios a partir desse terminal. O carto SIM tem uma identificao nica mundial denominada de IMSI (International Mobile Subscriber Identity), o que garante maior mobilidade e segurana pessoal (uso no autorizado). 2.4.4 Subsistema Rdio Base Este subsistema encarrega-se do controle de ligao rdio com a estao mvel. dividido em duas partes: a estao rdio base de transmisso (BTS) e a estao rdio base de controle (BSC). A comunicao entre estas duas estaes realizada atravs da interface ABIS (Air Base Inteface Station), permitindo (como no resto do sistema) a operao entre componentes realizada por diferentes fornecedores. A BTS composta de receptores e transmissores de rdio, que definem a clula e suportam os protocolos de comunicao com

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a estao mvel. O nmero de BTSs depende da rea de cobertura do sistema. A BSC gerncia os recursos para uma ou mais BTS's, tais como, configurao dos canais de rdio, mudanas de freqncia e transio entre clulas (hand-off). A BSC realiza a conexo entre as estaes mveis celulares e o Centro de Comutao Mvel (MSC).

2.4.5 O Subsistema Rede Este subsistema composto basicamente pela MSC e responsvel pela comutao de chamadas entre estaes mveis ou entre uma estao mvel e um terminal fixo. Comporta-se como um n de comutao da PSTN (Public Switched Telephone Network) ou da ISDN (Integrated Services Digital Network) e, adicionalmente, providencia toda a funcionalidade necessria para o tratamento de um assinante mvel, tais como: registro, autenticao, atualizao da localizao, transio entre clulas (Hand-off), roaming, etc. Estes servios so providenciados em conjunto com vrias entidades funcionais e formam o subsistema rede, composto por MSC (Mobile Services Switching Center), HLR (Home Location Register), VLR (Visitor Location Register), EIR (Equipment Identity Register), AuC (Autentication Center). O HLR, o VLR e o MSC, em conjunto, providenciam as capacidades de roaming do GSM. O HLR (Home Location Registrer) contm toda a informao administrativa de todos os assinantes registrados na correspondente rede GSM, juntamente com a localizao da estao mvel. A localizao da estao mvel est geralmente na forma do endereamento do VLR (Visitior Location Registrer). As informaes fornecidas pelo VLR so necessrias para controlar a chamada e providenciar os servios de cada assinante, situada dentro de uma determinada rea de controle. Outros dois registros so usados para segurana e autenticao. O EIR (Equipment Identity Register) uma base de dados que contm listagens de todos os equipamentos mveis vlidos na rede, com todas as estaes mveis sendo identificadas pelo IMEI (International Mobile Equipment Identity). Um IMEI considerado como invlido se declarado como roubado ou incompatvel com a rede. O AuC (Autentication Center) uma base de dados protegida que guarda uma cpia do

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cdigo de cada SIM (Subscriber Identity Module), que usado para autenticar e criptografar dados do assinante atravs do canal de rdio.

2.4.6 Codificao de canal e voz A voz em GSM codificada digitalmente a uma taxa de 13Kbps (bits por segundo) e organizados em blocos de 260 bits a cada 20 ms. Com a adio posterior de cdigo para a correo de erros, a taxa foi elevada para 22.8 Kbps e os dados agrupados em blocos de 456 bits a cada 20 ms. Os dados obtidos de 456 bits so organizados em 8 blocos de 57 bits e transmitidos em 8 slots de tempo sucessivos, o que protege contra erros de transmisso. Essa transmisso tem 156 bits e contm 2 blocos de 57 bits, alm de uma seqncia de treinamento de 26 bits usada para equalizao. Cada transmisso leva 0.577 ms para uma taxa total de 270.8 Kbps e modulada usando GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) numa portadora de 200 kHz. O controle de erro e equalizao contribuem para a robustez do sinal de rdio contra interferncia e atenuao na transmisso. A natureza digital do sinal TDMA permite melhorar a qualidade de transmisso, aumentar o tempo de vida til da bateria e a eficincia espectral. O sistema GSM e os sistemas nele baseados, DCS1800 (operando a 1.8 GHz) e PCS1900 (operando a 1.9 GHz), so uma primeira aproximao para um sistema de comunicao verdadeiramente pessoal. O carto SIM trouxe mobilidade pessoal e mobilidade para o terminal. Junto com o roaming internacional e o suporte a uma grande variedade de servios tais como voz, transferncia de dados, fax, SMS, e outros, o GSM chega prximo de uma satisfao total das necessidades de comunicao pessoal. Dessa forma, ele poder ser baseado projeto UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), que uma das tecnologias que ser utilizada da Terceira Gerao 3G. Deve-se salientar ainda que o GSM compatvel com a rede digital ISDN [57].

2.5 GPRS - General Packet Radio ServiceComo j apresentado anteriormente, as redes GSM surgiram da tentativa do ETSI de padronizar os sistemas celulares privados que os pases europeus vinham desenvolvendo

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na dcada de 1980. Esses sistemas eram incompatveis e permitiam apenas comunicao roaming nacional, limitando fortemente o mercado de celulares na Europa. O Sistema GSM foi desenvolvido para garantir boa qualidade de voz, baixo custo, compatibilidade com a rede ISDN e roaming por toda a Europa. No entanto, GSM cresceu muito mais do que o esperado e hoje usado por mais de 200 pases em todo o mundo [20]. Com a popularizao do uso da Internet e de outros servios de dados em meados da dcada de 1990, previu-se que as redes GSM no seriam capazes de comportar grandes quantidade de dados nos diferentes estgios do sistema. Para garantir os servios futuros, em 1997 o ETSI publicou o modo de funcionamento do GPRS (General Packet Radio Service) na especificao da FASE 2+ do GSM. As redes GPRS foram desenvolvidas para aceitar servios de dados, pois foram criadas com base em transmisso por comutao de pacotes, diferentemente do GSM. Comutao de pacotes utiliza mais eficientemente a fonte de rdio para trfego em rajadas, que uma caracterstica da maioria dos servios de dados. Para que as operadoras possam utilizar seus servios GSM e os servios de dados GPRS a partir de uma nica base dinmica e flexvel, os dois sistemas compartilham vrias caractersticas entre si, como bandas de freqncia, estrutura de frames e tcnicas de modulao. No entanto, a cobrana pelo uso do GPRS feita por quantidade de dados transmitidos, enquanto que no GSM feita por tempo de conexo. A rede GPRS pode ser considerada como um revestimento rede GSM, acrescentando trfego orientado a pacotes mediante leves modificaes da arquitetura. A rede GPRS pode ser analisada como sendo GSM + dados. Sua integrao com a rede Internet permite o envio e o recebimento de dados de uma forma bem simples por qualquer aparelho que utiliza esta tecnologia.

2.5.1 Arquitetura de Redes GPRS Para a adio de trfego orientado a pacotes, alguns elementos foram substitudos e alguns adicionados arquitetura GSM, viabilizando, assim, a rede GPRS. A principal diferena entre as arquiteturas a substituio do MSC (Mobile Services Switching Center) 28

pelo SGSN (Serving GPRS Support Node) e a do GMSC (Gate Mobile Services Switching Center) pelo GGSN (Gateway GPRS Support Node). Entre os elementos que se diferenciam na rede GPRS esto: o BG (Border Gateway), o HLR (Home Location Register), o MSC/VLR (Mobile Service Center/Visitor Location Register), o SMS-GMSC (Short Message Service Gate Mobile Services Switching Center) e o prprio Backbone GPRS. A figura 2.2 apresenta a arquitetura bsica do sistema GPRS.

Figura 2.2 - Arquitetura bsica do Sistema GPRS

O SMSC (Short Message Service Center) responsvel pelo trfego de pacotes que tem as unidades mveis (MS) como origem ou destino e por funes como autenticao, roteamento, gerenciamento de mobilidade, controle de acesso e contabilidade de uso da rede de rdio. J o GGSN gerencia o roteamento entre a rede GPRS e outras redes de dados (Internet, X.25, etc). Tambm responsvel por controlar a alocao de endereos IP por

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parte dos MSs e por traduzir os formatos de pacotes de endereos externos para o formato de endereamento GPRS e vice-versa. Nesta arquitetura, tanto o SMSC quanto o GGSN possuem um LR (Location Register). O LR armazena a localizao atual e as informaes permanentes de todos os usurios que esto na rea de servio. possvel recuperar, a partir destas unidades, a clula e o endereo SMSC em que o MS est localizado, basicamente substituindo a funcionalidade do VLR nas redes GSM. O Backbone (Suporte Principal) GPRS essencialmente uma rede IP que interconecta os componentes internos s redes GPRS. O roaming entre diferentes redes feito pelo BG. Algumas modificaes foram feitas no HLR para comportar as informaes GPRS pertinentes aos usurios. Este agora tambm armazena o endereo PDP (Packet Data Protocol) de cada usurio. 2.5.2 Elementos Internos de uma Rede GPRS O GSN (GPRS Support Node) composto pelos elementos que compem a rede GPRS, os quais so interconectados pelo backbone. Os principais elementos so apresentados pela Figura 2.3.

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Figura 2.3 Elementos Internos de uma Rede GPRS

O CGF (Charging Gateway Functionality) responsvel pela coleta e direcionamento ao sistema de bilhetagem dos dados de contabilidade; o LIG (Lawful Interception Gateway) permite interceptar e armazenar o trfego de um determinado MS por questes legislativas; o DNS (Domain Name Server) um servidor de nomes convencional que traduz nomes lgicos em endereos IP.

2.5.3 Forma de Transmisso de uma Rede GPRS A transmisso de dados a partir do usurio feita na forma de protocolos em camadas. Esta estrutura de protocolos denominada pelas especificaes do GPRS de Plano de Transmisso. As especificaes do GPRS padronizaram o plano de transmisso para permitir servios de dados IP e X.25. A figura 2.4 apresenta o plano de transmisso para o TCP/IP [18].

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Figura 2.4 Plano de Transmisso para TCP/IP

SNDCP (Subnetwork Dependent Convergence Protocol): esta camada faz o mapeamento de caractersticas ao nvel de rede em caractersticas das camadas inferiores da rede entre a Estao Mvel e o SGSN. Ela est especificada em GSM 04.65.

LLC (Logical Link Control): esta camada prove um link lgico altamente confivel e criptografado. Ele especificado em GSM 04.64.

BSSGP (Base Station System GPRS Protocol): esta camada responsvel pelo roteamento e informao relativa a QoS entre o BSS e o SGSN. Ela no faz correo de erro. BSSGP esta especificada em GSM 08.18.

NS (Network Service): esta camada transporta pacotes de dados do BSSGP. Ela baseada no protocolo Frame Relay e especificada em GSM 08.16.

RLC/MAC (Radio Link Control/Media Access Control):esta camada tem duas funes: O Radio Link Control fornece um radio-solution-dependent relible link. A funo de controle de acesso ao meio (MAC) controla a sinalizao de acesso ao canal de radio, e o mapeamento dos frames LLC nos canais fsicos RF gsm. RLC/MAC definido em GSM 4.60

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GTP (GPRS Tunnelling Protocol): este protocolo prov um tnel para dados do usurio e sinalizao entre os Ns de suporte do GPRS no backnone GPRS. GTP especificado em GSM 09.60.

L2: Camada 2 do modelo OSI (Open Systems Interconnection). L1: Camada1 do Modelo OSI.

2.5.4 Conexo de dados entre um terminal mvel e um servidor de uma rede IP externo. Este tipo de conexo necessrio em servios de e-mail, acesso internet ou a um servidor WAP (Wireless Application Protocol). Na operao, um pacote de dados TCP/IP mapeado na camada LLC pelo SNDCP. A camada LLC garante um servio confivel no enlace entre a estao mvel e o SGCN. Para chegar ao SGCN este pacote utiliza camadas de protocolo especficas das interfaces Um (composto de RLC/MAC e interface rdio) e Gb (BSSGP e NS baseado em Frame Relay) [25]. O chaveamento entre as camadas RLC e BSSGP no BSS feito na camada LLC. No SGSN, os pacotes so chaveados para o backbone GPRS (interface GN) onde so transportados atravs de um protocolo de tunelamento de dados (GTP) em uma rede IP utilizando TCP ou UDP como camada de transporte. Os dados trafegados no backbone GPRS acabam tendo o IP em dois nveis. Este procedimento no o mais eficiente, mas torna a soluo segura e fcil de implementar[18]. Finalmente, no Gateway, o pacote de dados roteado atravs de uma rede IP externa at o servidor de aplicao De modo anlogo, as especificaes do GPRS/GSM definem planos de sinalizao para conexes entre os vrios ns envolvidos na prestao do servio GPRS. Estes protocolos so baseados no protocolo de sinalizao SS7 [26].

2.5.5 Forma de Identificao de assinante em uma Rede GPRS/GSM Cada usurio tem sua IMSI (International Mobile Subscriber Identity), nica em todas as redes GSM ao redor do mundo, que no varia em funo do tempo (a no ser em caso de perda ou troca do SIM-Card pelo assinante, por exemplo) [59]. O IMSI tem, nas 33

redes GSM, funo anloga ao do ESN (Eletronic Serial Number) que constitudo por 11 nmeros que indicam a combinao entre o nmero do telefone celular e o seu nmero serial existente nos celulares analgicos. Como esta identificao nica, se fizer trafegar abertamente, ir permitir que o telefone possa ser clonado ou que o assinante do servio possa ter sua localizao traada. Para evitar que o IMSI seja interceptado, a rede GSM utiliza o recurso do TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity). Em geral, no momento em que o aparelho mvel ligado, o IMSI transmitido e a rede, no VLR, estabelece uma relao entre o IMSI e um TMSI gerado. A partir deste momento, somente o TMSI trafega. O IMSI s reutilizado em caso de perda do TMSI por pane da MS ou da rede. A substituio do TMSI ocorre a cada troca de VLR (havendo possvel troca de operadora) e, eventualmente, mediante requisio de uma das partes. O esquema da figura 2.5 exemplifica a troca do TMSI no momento de atualizao da localizao geogrfica feita pelo aparelho.

Figura 2.5 Esquema de troca do TMSI no momento de atualizao da localizao geogrfica feita pelo aparelho

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2.5.6 Autenticao de um assinante em Redes GPRS/GSM Autenticar a identidade do assinante (ou simplesmente identific-lo) assegurar que ele realmente a entidade que diz ser. No caso dos telefones mveis, d-se entidade mvel, a partir de sua identificao, os direitos (de recepo e transmisso de informaes) que o assinante teria sobre a rede. Se um usurio L inapropriadamente se identificar como outro usurio (impersonation), por exemplo A, ento L poder utilizar recursos como utilizar o sistema e fazer com que a cobrana decaia em A, se ident ificar como A para receber mensagens de caixa postal, SMS, e-mail ou ainda utilizar o nome de A para atividades ilegais (vide, por exemplo, episdio da utilizao de telefones mveis em penitencirias brasileiras). As redes GSM-GPRS autenticam a identidade do assinante atravs de um mecanismo de desafio e resposta (challenge-response mechanism). A BTS envia para a MS um nmero aleatrio de 128 bits (RAND). O SIM-Card ento recebe o nmero RAND e computa, fornecendo RAND e uma chave Ki (compartilhada entre o SIM-card e a AUC) como parmetro do algoritmo A3 uma funo de Hash dependente de chave um nmero (SRES) de 32 bits. O nmero SRES verificado pela AUC, que tambm conhece A3, Ki e RAND. O SRES calculado pelo SIM s ser igual, portanto, caso ele tenha a mesmo Ki. Uma das questes polmicas quanto a este procedimento que a baixa capacidade de processamento do SIM-Card impede que Ki seja uma chave grande, o que torna o sistema relativamente frgil (vide item 6 sobre possibilidades de ataques). Como A3 um algoritmo somente utilizando dentro do SIM-Card e da AUC, ele no especificado pelos padres GSM ou GPRS cada operadora livre para adotar seu prprio A3 [27].

2.5.7 Terminais GPRS Conexo A conexo de um terminal a uma rede GPRS feita atravs dos seguintes passos: 1. Um terminal GPRS, ao ser energizado, ser reconhecido pela rede de forma semelhante ao que ocorre com um terminal GSM para Voz. ento criado um enlace lgico entre o terminal e o SGSN. O Terminal dito attach, o que significa que ele est registrado e autenticado na rede.

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2. O prximo passo conseguir um endereo IP estabelecendo uma conexo em GPRS, atravs da ativao do contexto do Packet Data Protocol. Este endereo IP normalmente dinmico sendo fornecido pela operadora mvel ou outro operador dependendo de como est configurada a rede. 3. O Terminal GPRS est ento pronto para enviar e receber pacotes. Ele pode ento assumir os seguintes estados de forma a economizar energia: Idle (ocioso), Ready (pronto) em que ele pode enviar e receber pacotes instantaneamente ou stand-by (Espera).

2.5.8 Classes de Terminais GPRS As especificaes GPRS definem trs classes de terminais: Classe A: Terminais que podem tratar voz e dados ao mesmo tempo. Classe B: Terminais que podem tratar voz e dados, mas no ao mesmo tempo. Classe C: Terminais que podem tratar apenas dados, como cartes GPRS PCM/CIA para computadores portteis. Devido ao alto custo dos terminais Classe A, a maior parte dos terminais lanados comercialmente de classe B.

2.5.9 Interface R O terminal GPRS pode ser utilizado diretamente para acesso de dados ou internet utilizando o WAP ou pode ser conectado a um outro equipamento, como por exemplo, um microcomputador. Um exemplo de conexo que pode ser utilizada neste caso o Bluetooth[5]. As especificaes do GSM definem uma interface de referncia denominada de Interface R entre o terminal mvel e o equipamento terminal, quando estes esto fisicamente separados. Foram definidos comandos de ateno (AT), de acordo com a recomendao ITU V.25 ter (Serial Asynchronous Dialing and Control). A especificao GSM 07.07 descreve o conjunto de comandos AT para terminais GSM [28]. 36

2.5.10 APN (Access Point Name) A conexo entre o operador e uma rede IP externa feita atravs de um APN (Access Point Name). O operador estabelece APNs para as vrias redes, sendo um tipicamente definido para a rede pblica WAP. O nmero de APNs de um terminal varia com o modelo e fabricante.

2.6 Internet - A Rede mundial de ComputadoresUma das inovaes importantes deste trabalho o uso da internet para monitorar os dados distncia. Como se sabe, essa rede est monopolizando todos os meios de comunicao. Atualmente, at pode-se utilizar na prtica, servios de comunicao de voz, processo inimaginvel at pouco tempo atrs quando surgiu a Grande Rede ou a Rede das Redes. E os limites a serem alcanados simplesmente no se resumem somente a isso. J se discutem meios para a transmisso digital de imagem em tempo real com alta qualidade, alm da esperada convergncia tecnolgica, que prev que todos os equipamentos eletrnicos podero, no futuro, estarem conectados Grande Rede. 2.6.1 Histrico A Internet foi idealizada e criada em meados do ano de 1962 pelo governo norte americano com objetivos militares. O objetivo era manter o comando de msseis e bombardeios depois de ataque nuclear, ou seja, uma rede de pesquisa nuclear que sobrevivesse a uma catstrofe nuclear de maneira que se qualquer cidade dos EUA fosse atacada, os militares teriam o controle de suas armas nucleares para um possvel contraataque. Posteriormente, outros projetos surgiram como, por exemplo, a ARPANET, que colocou em rede os computadores do Departamento de Defesa dos EUA. Porm, a Internet tal qual se conhece, com uma interface grfica denominada de WWW (World Wide Web) foi efetivamente implementada em 1993, poca em que deixou de ser uma rede meramente acadmica e passou a ser explorada comercialmente, passando a ter um backbone base para acesso rede internet. Atualmente, ela agrega diversas modalidades de servios que permitem atender desde um simples usurio domstico at grandes empresas e corporaes, oferecendo

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servios complexos como a rede VPN (Virtual Privative Network). Para cada tipo de servio utilizado existe um protocolo padro da camada de Aplicao do Modelo OSI (Open Systems Interconnection) que a linguagem de comunicao entre dois computadores. Alm disso, toda conexo s e efetuada a partir da abertura de uma porta de comunicao.

2.6.2 Servios de Internet Entre vrias modalidades de servios existente na Grande Rede podem ser destacados: Hospedagem de Pginas e Banco de Dados em um Servidor de Rede O servio de Hospedagem de Pginas, sem dvida o mais utilizado, permite que qualquer usurio armazene e disponibilize informaes para qualquer pessoa em qualquer parte do mundo em um provedor de uma forma simples e de fcil visualizao. As informaes podem estar em formato de texto, imagem, som e, atualmente, at em vdeo. Sua interface grfica amigvel, cujo arranjo e disposio foram previsto para a tela de um computador, permite atualmente a disponibilizao em qualquer dispositivo que aceite o protocolo padro HTTP (Hiper Text Transfer Protocol). Essas pginas podem possuir um carter dinmico, ou seja, interagir com quem estiver momentaneamente visualizando e trocar informaes com o servidor em que estiver hospedado. Caso este servidor possua um Banco de Dados integrado com a interface Web, o mesmo pode oferecer as informaes nele contidas. Transferncia de Arquivos Para a Transferncia de Arquivos de um servidor para outro se utiliza, na Internet, o protocolo FTP (File Transfer Protocol), que permite atravs de uma conexo virtual uma transferncia rpida e segura. E-mail O servio de entrega de mensagem eletrnica E-mail foi um dos primeiros a ser utilizados na Internet e, at hoje, ainda um dos mais utilizados.Ele utiliza o protocolo POP3 (Post Office Protocol), que serve para o acesso remoto a uma caixa de correio eletrnico, e

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tambm o SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), que permite o envio e a postagem de uma mensagem eletrnica.

2.6.3 Endereamento na Rede Internet A Rede Internet utiliza o endereamento IP (Internet Protocol) [55] para identificar uma mquina conectada a sua rede TCP/IP, que normalmente um computador ou um roteador. Tal endereo um nmero composto por quatro Bytes ou Octetos, normalmente representados por pontos que tem os formatos x.y.z.w. Na Rede, no podem existir duas mquinas com o mesmo nmero IP. Se for configurada uma nova mquina com o mesmo endereo IP de um outro j existente, ser gerado um conflito de Nmero IP para o segundo equipamento. O valor mximo para cada um dos nmeros (x, y, z ou w) 255 (28-1). Uma parte do Nmero IP (1, 2 ou 3 dos 4 nmeros) a identificao da rede e a outra parte a identificao da mquina dentro da rede. A definio dos nmeros de identificao da rede e dos nmeros de identificao da mquina feita atravs de uma mscara de sub-rede (subnet mask). Na Figura 2.6 mostra-se uma rede com endereamento baseado no protocolo TCP/IP. Se for tomado como exemplo de endereo do IP da mquina o nmero 10.200.150.1 e da sua Mscara de Sub-Rede o nmero 255.255.255.0, verificado que as trs primeiras partes da mscara de sub-rede (subnet) iguais a 255 indicam que os trs primeiros nmeros do endereo de rede representam a identificao da rede e o ltimo nmero a identificao do equipamento dentro da rede. Neste caso, a rede tem o endereo: 10.200.150 e, portanto, o endereo IP de todos os equipamentos desta rede comeam com este nmero. Neste caso, tem-se um limite de 254 equipamentos que podem ser ligados nesta rede. O primeiro nmero(10.200.150.0) e o ltimo nmero (10.200.250.255) no podem ser utilizados como nmeros IP de equipamentos de rede. O primeiro o prprio nmero da rede e o ltimo o endereo de Broadcast. Ao enviar uma mensagem para o endereo de Broadcast, todas as mquinas da rede recebero a mensagem.

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Figura 2.6 - Uma Rede baseada no Protocolo TCP/IP

2.6.4 DNS Domain Name Server O DNS um servio de resoluo de nomes anlogo a uma lista telefnica, que armazena todos os nomes e endereos, com os respectivos nmeros de telefones, que tem como objetivo facilitar a consulta de um site atravs do navegador de Internet. Assim, um usurio da rede envia a busca atravs do nome do servidor ao invs do seu nmero IP, pois, para o usurio, muito mais fcil decorar um nome do que consultar uma tabela de nmeros IP. Por exemplo, pode-se digitar http://www.microsoft.com/brasil para acessar o site da Microsoft no Brasil, sem ter que se preocupar e nem saber qual o nmero IP do servidor onde est hospedado o site da Microsoft Brasil, pois o protocolo TCP/IP descobre (o termo tcnico resolver o nome) qual o nmero IP est associado a este endereo. O DNS pesquisa na sua base de dados ou envia a pesquisa para outros servidores DNS. Uma vez encontrado o nmero IP, o DNS retorna o nmero IP para a mquina que efetuou a consulta.

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O DNS baseado em conceitos de espao de nomes e rvore de domnios. O espao de nomes da Internet hierrquico, baseado no DNS. Na figura 2.7 representado este conceito.

Figura 2.7 - Estrutura hierrquica do DNS

O principal domnio, o domnio root, o de mais alto nvel. No exemplo da figura 2.7, o mesmo est nomeado como sendo abc e separado por um ponto (.). No segundo nvel esto definidos os domnios de nveis mais elevados (Top-level-domains). Estes domnios so bastante conhecidos, sendo os principais descritos na Tabela 11 [29].

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Tabela 2.1 - Domnios de Nveis Mais Elevados Domnios de Nveis Mais Elevados Com Gov Edu Org Net Mil

Descrio Organizaes comerciais Organizaes governamentais Instituies educacionais Organizaes no comerciais Diversos Instituies militares

Na seqncia da definio do endereo, a estrutura hierrquica continua aumentando, sendo ento criados os subdomnios para cada pas Por exemplo: br para o Brasil (.com.br), fr para a Frana (.com.fr), uk para a Inglaterra (.com.uk) e assim por diante. Pode-se observar que o nome completo de um domnio o nome do prprio domnio e mais os nomes dos domnios acima dele, no caminho at chegar ao domnio root. Neste exemplo, todos os equipamentos da rede da empresa abc.com.br, fazem parte do domnio.

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CAPTULO 3 ARQUITETURA PROPOSTA PARA O SISTEMA DE MONITORAMENTO DE DADOS VIA INTERNET USANDO TELEFONIA CELULAR

A tecnologia do Sistema de Rede Celular bastante promissora como soluo de comunicao pessoal longa distncia. Alm disso, j existe a possibilidade de se aplicar esta tecnologia tambm nas redes de comunicao de dados de cobertura geogrfica mundial, que podem dar suporte s redes de telemetria das mais variadas aplicaes, como, por exemplo, o monitoramento de sistemas transmisso e distribuio de energia eltrica, de redes de telecomunicaes, etc. Neste captulo so discutidas e propostas solues para um Sistema de Monitoramento de Dados via Internet usando Telefonia Celular atravs de uma arquitetura simples e custo bastante reduzido, tanto na implementao como tambm na utilizao do servio.

3.1 Contexto TecnolgicoA comunicao sem fio, ou simplesmente wireless [7] , sem sombra de dvida, um dos temas mais atuais na rea de telecomunicaes e de informtica. Isto devido, em grande parte, ao crescimento vertiginoso de celulares, PDAs (Personal digital assistants) e outros dispositivos mveis. No ano de 2005, foram vendidos mais 800 milhes de celulares no mundo[30], apenas para citar um exemplo. Alm disso, aumentou-se a disponibilidade de servios de Internet mvel, atravs de WAP, I-Mode (Japo) ou de redes locais sem fio do tipo Wi-Fi (IEEE802.11). A tendncia de demanda cada vez maior por equipamentos e servios que possam ser usados em qualquer hora e em qualquer lugar parece no ter limites. Os exemplos so muitos, como por exemplo: servios de mensagens de texto, telefonia, controle de

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equipamentos distncia, monitoramento remoto de pacientes, servios de transmisso de udio e vdeo, etc [18]. Para atender essas expectativas, a indstria vem investindo pesado em diversas tecnologias, abrangendo desde solues de redes de longa distncia, como, por exemplo, a tecnologia celular de terceira gerao (3G), passando por solues de redes locais wireless (WLAN), onde o padro IEEE802.11x ainda o destaque, ou solues wireless para redes de curta distncia (PAN de Personal rea Network), onde diversas solues brigam por espao de mercado (por exemplo IrDA-Infrared Data Association, HomeRF e Bluetooth). Neste contexto de comunicao sem fio, a Tecnologia GSM/GPRS, embora no seja a mais recente, a que oferece melhor desempenho em termos de confiabilidade e qualidade de comunicao a um custo relativamente baixo. As aplicaes com GSM/GPRS so convencionalmente denominadas de WPAN (Wireless PAN ou Rede Pessoal Sem Fio), mas com recursos para trabalhar com outros tipos de redes, tanto na faixa local como na faixa com alcance global. Trata-se de uma tecnologia bastante poderosa e verstil devido a sua eficcia na atuao de envio de informao, pois utiliza o formato de texto. A tecnologia GSM/GPRS uma integrao das redes GSM (Global Service for Mobile) e GPRS (General Packet Radio Service), ou seja, a incorporao de uma rede GPRS em cima da outra rede celular GSM, que possui abrangncia global. A rede GPRS uma rede de pacote de dados muito semelhante rede de pacotes de dados X.25, ainda muito utilizada em redes de telefonia fixa. Diferentemente de outras modalidades de servios de dados tais como acesso Internet e Rede Virtual Privativa, que so tarifados de acordo com o tempo de utilizao ou taxa fixa mensal, o servio GSM/GPRS oferecido e tarifado pelas operadoras de telefonia celular por quantidade de bytes de dados trafegados, o que reduz custos e o torna atrativa em muitas aplicaes, como no caso do sistema proposto neste trabalho. A tecnologia GSM/GPRS explora as redes de celulares e Internet j disponveis, o que isenta o usurio de construir e manter a sua prpria rede. A grande vantagem a integrao com a Internet, que permite conexo com qualquer ponto do mundo em diferentes equipamentos. Essa versatilidade algo importante em qualquer sistema de monitoramento remoto de dados.

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A tecnologia GSM/GPRS possui tambm alguns recursos de segurana, que podem ser usados para controlar e proteger conexes entre dispositivos. Estes recursos incluem chaves de autenticao, de criptografia, cdigo de identificao pessoal (PIN, Personal Identification Number) e o uso de esquemas de segurana dos protocolos transportados nas camadas superiores.

3.2 Interface GPRS INTERNETA Interface GPRS-Internet um dispositivo que permite realizar a conexo do equipamento do usurio com uma Rede GPRS-Internet. De modo anlogo a um telefone celular, ele realiza basicamente, ao invs de voz, transferncia de dados. Essa interface nada mais do que um Modem (Modulao/Demodulao), que ficou bastante conhecido no incio das comunicaes de dados, j que era o dispositivo que permitia a conexo entre microcomputadores e a internet, ou mesmo efetuar uma conexo discada um servidor dial-up (Computador que atende a uma ligao telefnica). Para isto, havia a necessidade inicial de executar todo um ritual ou procedimento que ficava a cargo do PC (Personal Computer). As aplicaes do usurio ou informaes a serem enviadas eram geradas por este mesmo PC ou agregadas atravs dele em uma das portas serial ou paralela. Atualmente j existem interfaces microprocessadas que agregam todas estas funes, tanto de conexo como tambm de atividades antes executadas pelo PC, o que simplifica e facilita o desenvolvimento de projetos. Estes equipamentos so configurados atravs de programas muito compactos como por exemplo o javaME ou J2ME (Java Micro Edition) [31] que possibilita o desenvolvimento de software para sistemas e aplicaes embarcadas. O esquema da figura 3.0 mostra as comparaes entre uma interface (Modem) tradicional e outra com programao JAVA embarcada.

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Figura 3.0 Comparao entre Modem com e sem programao JAVA

Nesta figura comparativa, observa-se que, na aplicao com o Modem sem programao, necessrio um sistema de processamento externo como PC, CLP (Controlador Lgico Programvel) ou um outro sistema dedicado para gerenciar a comunicao. J no sistema embarcado este gerenciamento feito internamente, tornandose mais eficiente ainda em sistemas que necessitam de comunicao via GPRS, pois o gerenciamento da conexo GPRS e da Pilha TCP/IP realizado internamente. Ele permite tambm efetuar conexes como CSD (Circuit Switched Data) ou SMS (Short Message Service). Alm disso, alguns equipamentos permitem realizar a atualizao do software JAVA remotamente atravs da funo OTAP (Over The Air Provisioning of Java Applications)[32]. Atualmente, existem vrias solues no mercado. Dentre elas podem ser destacadas os Mdulos da Motorola g18, c18, g18 Data Modem [33], bem como o Terminal Java TC45 da DuoDigit [34]. Estes equipamentos possuem caractersticas funcionais muito semelhantes entre si, porm as informaes prestadas pelo fabricante para seu estudo, bem 46

como para sua configurao, so bastante restritos para a linha Motorola. J o Terminal Java TC45 da DuoDigit possui um suporte tcnico eficiente e um ferramental que facilita os desenvolvimento de projetos autnomos. Outros pontos que influenciaram a adoo de uma de Interface GPRS-Internet neste projeto so: Facilidade de Conexo com a Rede Internet

Ao contrrio de uma conexo discada CSD (Circuit Switched Data), que precisa estabelecer uma conexo fsica com a Rede Internet atravs de um provedor de acesso Internet, quando um terminal GPRS ligado numa rede GSM, o mesmo reconhecido de forma semelhante aos terminais de voz. A partir desse instante estabelecido um enlace lgico. Na seqncia, a rede gera um endereo IP (Internet Protocol) e estabelece a conexo via PDP (Packet Data Protocol). O endereo IP gerado normalmente dinmico e baseado na configurao estabelecida pela operadora ou pelo fornecedor do servio. Portanto, como a Interface GPRS-Internet, uma vez ativada, fica todo o tempo em compasso de espera para o envio de dados, ao receber estes dados na sua entrada serial ele estabelece automaticamente uma conexo virtual GPRS com a Internet. Baixo custo operacional em comparao com as alternativas de transmisso de dados usando SMS Foi feita uma anlise comparativa dos valores mdios de mercado, para uma mdia de quatro transmisses por hora ou 2880 transmisses mensais. Estes pacotes tm poucos dados a serem transmitidos. Em CSD a tarifao mnima de trinta segundos por ligao e em SMS o custo por mensagem transmitida, podendo-se enviar at 160 caracteres na mesma mensagem. J em GPRS deve-se contabilizar os headers (Cabealho) TCP ou UDP mais os bytes de conexes e retransmisses. Nesta avaliao considerou-se uma mdia de 50 bytes para transmitir a mensagem em UDP e 150 bytes para transmitir em TCP. A tabela 3.0 resume o resultado da comparao entre SMS e GPRS. Verifica-se que o GPRS mais vantajoso nesse tipo de aplicao. J numa comparao entre GPRS e CSD, a aplicao deve ser considerada para se chegar a uma melhor opo de custo. 47

Tabela 3.0 Custo OperacionalSistema Assinatura Custo Unitrio Total Mensal SMS GPRS UDP GPRS TCP R$20,00 R$10,00 R$10,00 R$0,14/ mens R$6,00 / Mbytes R$6,00 / Mbytes R$423,20 R$15,00 R$15,00

No desenvolvimento deste trabalho, o objetivo bsico foi propor um sistema que integrasse todas as fases da aquisio de dados, mantendo a converso A/D como algo secundrio que depende da aplicao. Para avaliao dos resultados, simulou-se uma aplicao com baixa taxa de transmisso. A eficincia e viabilidade do sistema foram testadas e apresentam excelentes resultados. Estrutura do sistema reduzido

Como o Modem efetua todo o procedimento de conexo e envio de dados, sem necessidade de outros equipamentos, o sistema fica bastante compacto, ganhando mobilidade e portabilidade. Existncia da prestadora de servio de telefonia celular na regio em estudo; Facilidade na implementao A colocao do sistema em operao exige apenas alguns conhecimentos na configurao de Equipamentos e em programao JAVA (J2ME); Facilidade na aquisio do equipamento

3.3 Interface de AQUISIO DE DADOS GPRSA Interface entre a AQUISIO DE DADOS e o mdulo GPRS tem por finalidade colher as informaes, process-las enviar Rede GPRS, ou seja, as informaes so devidamente mensuradas e tratadas em forma de valores discretos (nmeros) e enviados para a Interface GPRS-INTERNET (Modem). Existem no mercado diversas solues que podem ser utilizadas para esta finalidade. Algumas delas podem ser destacadas:

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Interface GPS -Sistema de Posicionamento Global A Interface GPS [35] monitora a localizao de pessoas ou veculo por satlite

atravs do Mtodo de Triangulao [36]. Uma vez obtidos estes valores, os mesmos so processados e enviados atravs da porta serial para o Modem. Interface de Leitura de Cdigo de Barras Esta interface permite efetuar a leitura de Cdigo de Barras [37] e o envio dos dados para uma porta serial. Praticamente, qualquer leitor de Cdigo de Barras que possua este tipo de interface com porta serial permite realizar este processo. Interface com microcontrolador As solues existentes no mercado normalmente so direcionadas para atender uma determinada finalidade especfica. Quando se deseja mensurar uma informao, como por exemplo, um nvel de sinal eltrico proveniente de um sensor, necessrio que haja um sistema para fazer a converso do valor Analgico para Digital (Converso A/D) e transmitir o valor obtido para a interface GPRS-Internet em intervalos de tempos pr-determinado, de acordo com as necessidades do projeto. Existem vrias formas de implement-la, sendo que uma delas seria utilizar um microcomputador para desempenhar todas ou partes desta funo. Porm, o uso da mesma tornaria o sistema no portvel, inviabilizando assim um dos objetivos do projeto. Uma outra alternativa seria o uso de um microcontrolador que agregasse todas estas funes, o que tornaria o equipamento bastante compacto tambm. Alm disso, o uso de um microcontrolador torna o sistema bastante verstil para ser utilizado em outras aplicaes semelhantes, bastando apenas algumas alteraes na configurao que pode ser efetuado via software (programao) ou mesmo no hardware (componentes fsicos do projeto) quando assim se fizer necessrio. A tecnologia dos microcontroladores surgiu no incio de 1988, quando os primeiros equipamentos dotados de CPU e comunicao serial foram comercializados. Sua evoluo se tornou exponencialmente crescente de tal forma que hoje existe no mercado uma vasta gama de modelos e de diferentes fabricantes que utilizam diversas tecnologias, tanto na confeco como tambm na sua programao [13].

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Pode-se facilmente constatar que os equipamentos modernos que so utilizados para atuao e controle esto cada vez mais eficientes, possuindo at processamento que permitem atuar de forma automtica e independente, ou seja, recebem e armazenam instrues pr-programadas e as executam sem a necessidade de ingerncia manual durante os processos. Estas instrues podem ser alteradas ou re-configuradas de acordo com as necessidades da aplicao, o que permite uma grande versatilidade na implementao de um projeto. Somado a isto, tem-se toda uma estrutura de um microcomputador em um nico componente (chip) que permite executar tarefas especficas pr-programadas. Desta forma, os microcontroladores podem atuar em um nmero infindvel de aplicaes de processos autmatos. Existem muitos tipos no mercado, como o 8051 da INTEL [22], o AVR da ATMEL [38] e o COP8 da NATIONAL [39], sendo os da famlia PIC (Perifrico Integrado de Controle) do fabricante Microchip atualmente um dos mais populares, com publicaes para pesquisa encontradas com maior facilidade o que foi um dos agentes motivadores para utilizao deste projeto. Os micro-controladores da Microchip so todos baseados na tecnologia RISC (Reduced Instruction Set Computing), projetados para aplicaes que exigem alto desempenho e baixo custo. A Microchip possui mais de 140 tipos de microcontroladores, com uma enorme variedade de configuraes de memrias e variedade de perifricos internos. A escolha de um microcontrolador para uma aplicao determinada e especfica depende das caractersticas do projeto. Neste trabalho os requisitos bsicos so: possuir memria flash, conversor A/D (Analgico/Digital) e comunicao Serial RS-232. Como base nestes requisitos decidiu-se usar o PIC16f877A que preencheu estes requisitos bsicos.

3.4 Arquitetura final do sistemaA figura 3.1 apresenta, em diagrama de blocos, a arquitetura bsica do sistema proposto, dividido em trs subsistemas bsico que so: aquisio e controle de dados 50

(APLICAO), comunicao via GPRS (MODEM GPRS) e armazenamento e monitoramento via WEB (SERVIDOR e CLIENTE).

Figura 3.1 Diagrama de blocos do sistema

3.4.1 Sub-Sistema 1: Aquisio e controle dos dados Este subsistema responsvel pela amostragem do sinal a ser monitorado, aquisio dos dados e comunicao com o modem GPRS. Seu ncleo bsico o microcontrolador PIC16F877A da Microchip, que incorpora caractersticas consideradas importantes para um sistema desse porte, tais como: converso A/D de 10 bits, taxa de amostragem de at 50 kHz e comunicao serial padro USART (Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter). O microcontrolador necessrio para estabelecer a comunicao entre a aplicao propriamente dita, que basicamente a converso A/D, e o modem GPRS. Porm, seu uso permite a elaborao de procedimentos sofisticados de aquisio de dados, tais como o monitoramento de vrios pontos usando uma multiplexao adequada.

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3.4.2 Sub-Sistema 2: Comunicao via GPRS Para a transmitir dados para a Internet usando uma comunicao via GPRS utilizado o modem TC45 JAVA desenvolvido pela Siemens (Siemens; Duodigit). A opo pelo TC45 foi baseada no uso da tecnologia GSM e na disponibilidade comercial do produto. O TC45 incorpora um sistema que permite sua programao em linguagem Java, uma configurao flexvel dos parmetros de operao e o gerenciamento de toda a tarefa de recepo e transmisso de informao via porta serial e protocolo HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). Dentro da configurao adotada neste trabalho, o formato para a comunicao via internet : http://endereo_site/get.php?IMEI=351277001542918&value=1,52 onde: endereo_site o endereo ou nome do site na internet onde se quer enviar os dados. get.php a pgina em php que efetua a captura dos dados via conexo http e grava a informao no banco de dados. IMEI (International Mobile Equipment Identity) a identificao do aparelho celular que est enviando os dados. No caso, o modem TC-45. 3.4.3 Sub-Sistema 3: Armazenamento e Monitoramento dos Dados via WEB As informaes recebidas na porta do Servidor de WEB so armazenadas em um banco de dados. A definio do banco de dados no uma tarefa das mais difceis, mas importante que se pense na flexibilidade e facilidade. Nesse sentido, o banco de dados usado neste trabalho foi o MySQL, que possui as caractersticas desejadas e, alm disso, de uso aberto. Esta plataforma de banco de dados hoje uma das mais populares na utilizao em servios de Internet, pois possui integrao total com o sistema operacional linux, que tambm de uso aberto, e o custo para sua implementao praticamente nulo, sem considerar que ela no perde em nada em termos de qualidade tcnica com outros sistemas comerciais. No banco de dados, ao se receber um determinado dado do sistema, armazenam-se, alm do prprio dado, a data e hora da aquisio. Atravs de um aplicativo

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simples, pode-se disponibilizar blocos de dados atravs de tabelas e grficos. A visualizao e/ou acesso por um determinado usurio feita disponibilizando-se uma pgina WEB no servidor. Dependendo da taxa de aquisio de dados (ou taxa de amostragem) e da velocidade de conexo na internet, possvel obter um acompanhamento dos dados praticamente em tempo real. A plataforma do Sistema Operacional do servidor pode ser Windows ou Linux. Na prtica, este servidor dever ficar o tempo todo disponibilizado e conectado internet.

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CAPTULO 4 IMPLEMENTAO DO SISTEMA PROPOSTO

A definio da arquitetura do sistema proposto foi discutida detalhadamente no captulo anterior. Neste captulo so apresentados os detalhes de implementao, com destaque para os vrios subsistemas necessrios para a viabilidade do projeto. O primeiro mdulo a ser definido o modem. Como discutido, o sistema GPRS/GSM foi a melhor opo para o projeto e sua viabilidade neste trabalho se deu atravs do modem TC 45 [40]. O segundo mdulo destinado a gerar o dado e envi-lo ao modem. Esse mdulo foi desenvolvido com base em um microcontrolador da famlia PIC [41], sendo que a gerao dos dados foi feita a partir de um sensor de temperatura. Por ltimo, foi implementado o mdulo de visualizao dos dados monitorados em uma pgina WEB.

4.1 O Modem GSM TC45O Modem GSM TC45 da DuoDigit ( [34] e [55] ) (tambm denominado Terminal TC45 JAVA) uma interface GSM/GPRS compacta que apresenta as seguintes caractersticas bsicas: baixo consumo; incorpora um JVM (Java Virtual Machine); possui 300 Kbytes de memria Flash e 100 Kbytes de Memria RAM; alimentado por 12 VDC; possui duas sadas seriais (ASC1 e ASC0); possui um conector de antena GSM; possui conectores para carto SIM. Devido a sua facilidade de programao em JAVA J2ME, que uma verso compacta do JAVA feita especialmente para sistemas embarcados, este modem substitui um PC. Internamente, tem incorporado o Mdulo TC45 da Siemens [42] e utiliza todas as ferramentas e ambientes de programao desse mdulo. Trabalha com banda dual GSM (Dual Band) de 900/1800MHz e GPRS classe 8. O TC 45 permite a aquisio de dados via porta serial e o envio destes atravs do Sistema GSM/GPRS, com integrao Internet via protocolo TCP/IP. utilizado em algumas aplicaes comercias como: Telemetria, Pagamento Eletrnico e Telemedicina. A 54

figuras 4.0 mostra o mdulo externamente e a figura 4.1 so mostrados os conectores de interfaceamento como o Conector da Antena, DB15 e da Fonte de Alimentao, bem como os LEDs da Fonte de Alimentao e Status e ainda a chave Liga/Desliga. Na figura 4.2 podem ser observados alguns detalhes internos como a localizao do Mdulo da Siemens TC45 e o SIM Card com o seu devido conector de encaixe.

Figura 4.0 Terminal Java TC45 observado externamente

Figura 4.1- Vista Frontal e Posterior do Terminal TC45-JAVA

Figura 4.2- Posio do Conector Interno do Terminal TC45 JAVA

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4.1.1 Modos de Operao Na tabela 4.0 so apresentados os diferentes modos de operao do terminal TC 45, acompanhados de uma descrio sucinta.

Tabela 4.0 Modos de Operao do Terminal TC45 JAVA

ModoPower Down

FunoO Terminal est desligado e o software do TC45 no est ativo. A tenso de entrada est conectada. Somente o regulador de tenso est ligado fornecendo energia ao RTC. A interface RS232 no est disponvel. Permite a configurao de diferentes modos de economia de energia GSM/GPRS Sleep GSM Idle (Inativo) GSM Talk atravs de comandos do tipo AT+CFUN. O Terminal est com o mnimo de atividade. O Software est ativo, registrado em uma rede GSM. O Terminal est pronto para enviar e receber dados. Conexo entre dois assinantes ativa. O consumo de energia depende da rea de cobertura da rede, ajustes individuais, como DTX On/Off, FR/EFR/HR, ganho da antena, etc. O Terminal est pronto para transferir dados em GPRS, mas nenhum GPRS Idle dado est sendo transmitido ou recebido. O consumo de energia depende dos ajustes de rede e da configurao do GPRS (ex. Ajustes de Multslots). Uma transferncia de dados em GPRS est em progresso. O consumo de GPRS Data energia depende dos ajustes de rede de configurao do GPRS (ex. Ajustes de Multslots). Operaes restritas s execues das funes de alerta do RTC quando o terminal est no modo

Operao Normal

Modo Alarme

Power Down. O Terminal no poder ser registrado na rede GSM. Um nmero limitado de comandos ATs est disponvel.

4.1.2 Controle Liga/Desliga Quando a tenso de alimentao aplicada por um perodo mnimo de 1 segundo o Terminal JAVA ligado e um processo de Power On ativado. Uma vez inicializado, se a fonte de alimentao falhar por mais de 1ms o Terminal ir desligar. Se essa falha se prolongar por mais 6ms (num total de 7ms), o RTC (Real Time Clock) ser reinicializado. 56

Para desligar o Terminal, deve-se utilizar o comando AT^SMSO, antes de desligar a fonte de alimentao, para garantir que todos os dados sejam devidamente armazenados. Quando o Terminal desligado via comando AT^SMSO, todas as linhas da interface serial RS-232 (ASC0 e ASC1) podem ficar ativadas por um perodo que varia de 50 ms a 3,5 segundos, o que pode gerar um envio de caracteres invlidos atravs dos portas ASC0 e ASC1. Uma vez desligado via comando AT^SMSO, o terminal pode novamente ser ligado acionando-se a chave de liga/desliga ou ativando-se a linha DTR (Data Terminal Ready) de 0 para 1 (-15V/-5V para +5V/+5V), com uma durao de 2 ms ou mais. Com o terminal desligado, mas com uma fonte conectada, pode-se tambm relig-lo usando-se a interrupo do RTC. No painel do Terminal JAVA existe uma chave tipo Push Button, que tem a funo de Ligar e Desligar o Terminal JAVA (funo Emergency Power OFF) que aplicvel somente se a comunicao falhar, ou seja, quando os comandos ATs na serial ASC0 so rejeitados. Cada vez que o mdulo desligado, os dados so gravados na memria Flash. O nmero mximo garantido de ciclos Liga/Desliga de 100.000 ciclos. O Terminal JAVA pode ser ligado e desligado tambm atravs da uma chave externa, conforme o circuito da Figura 4.3:

Figura 4.3- Modos de implementao de chave Liga/Desliga externa

4.1.3 Utilizao do RTC para Ligar o Modo Alarme Uma maneira de ligar o Terminal utilizar a interrupo do RTC, que produz uma funo de alerta que ir desligar o Terminal. Para prevenir que o terminal se registre em 57

rede GSM, esse procedimento restrito a um nmero pequeno de comandos, em um conjunto denominado de Modo Alarme. O tempo do alarme ajustado atravs de um comando especfico AT+CALA. O RTC mantm o tempo do alarme se o Terminal for desligado pelo comando AT^SMSO. Uma vez que o alarme foi temporizado e executado, o Terminal entra no modo Alarme que indicada pelo URC: No Modo Alarme (^SYSSTART ALARM MODE), o Terminal executa um pequeno nmero de comandos ATs, como os apresentados na Tabela 4.1.Tabela 4.1- Comandos ATs executado no Modo Alarme Comando AT AT+CALA AT+CCLK AT+CFUN=0,1 AT^SBC AT^SCTM AT^SMSO Uso Ajusta o tempo de alarme Ajusta data e hora do RTC Muda para Modo de Operao Normal Verifica a tenso interna Verifica temperatura, habilita/desabilita URCs para reportar faixas de temperaturas crticas. Desliga o Terminal

Para assegurar a perfeita operao do Terminal nas mais variadas condies de temperatura e tenso, so efetuadas desligamentos automticos, equivalentes ao comando de Power-Down AT^SMSO, exceto para o caso de sobre-tenso no mdulo TC45 interno. As URCs so enviadas como mensagens de alerta e podem ser ativadas/desativadas atravs de comandos ATs. Para se ter economia de energia utilizado o comando sleep, que reduz as funcionalidades do Terminal ao mnimo. A definio da funcionalidade feita atravs do comando AT+CFUN, onde = 0, 1, 5, 6, 7 ou 8. Para o nvel de funcionalidade = 1, ativa-se apenas de economia default, que o modo ativado quando o terminal ligado. 4.1.4 Ativando o Terminal (wake up) Qualquer evento que desliga o Modo Sleep coloca o Terminal no Modo de operao normal como se estivesse configurado para AT+CFUN=1. Na Tabela 4.2, onde so

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apresentados os estados de transio , pode-se perceber que o SIM significa que o Terminal sai do modo Sleep e o NO significa que o Terminal no sai do Modo Sleep.

Tabela 4.2 - Descrio dos estados de transio Do Modo Sleep Evento Power On /RTS0 ou /RTS1 (borda de descida) URC Qualquer comando AT (incluindo sada de voz,dados ou SMS) Recepo de SMS AT+CMNI=0,0 (Padro) AT+CMNI=1,1 (Mostra URC) Transferncia de dados GPRS Fim do programa JAVA Alarme RTC AT+CFUN=1 SIM No JAVA: SIM Fora do JAVA: NO SIM SIM No JAVA: SIM Fora do JAVA: NO SIM NO NO SIM SIM NO NO NO NO SIM NO NO NO AT+CFUN=0 para AT+CFUN=1 Sem efeito Sim SIM No JAVA: SIM Fora do JAVA: NO Do Modo Sleep AT+CFUN=5 ou 6 para AT+CFUN=1 Sem efeito Sem efeito SIM NO Do Modo Sleep AT+CFUN=7 ou 8 para AT+CFUN=1 Sem efeito Sem efeito NO NO

4.1.5 Interface SIM (Subscriber Identification Module) A interface SIM foi desenvolvida para cartes SIM de 3V que seguem a norma GSM 11.12 Phase 2. Para a sua retirada ou colocao, o Terminal deve estar com a fonte de alimentao desconectada. Como ele fica situado na parte interna do Terminal, necessrio abrir a parte superior do Terminal desparafusando os 4 parafusos Philips.

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4.1.6 Leds de monitoramento So encontrados no painel de vista frontal, como apresentados na figura 4.2. Os dois Leds indicativos so: Led de Fonte Ligada: o led vermelho do Terminal que, quando ligado, indica que o Terminal est com a Fonte de Alimentao ligada. Led de Status: o led verde do Terminal, que ativado de acordo com a opo do comando AT^SSYNC=1, apresentada na Tabela 4.3.Tabela 4.3 - Indicao do Led de Status de Operao Modo do Led Desligado 600ms Ligado / 600ms Desligado 75ms Ligado / 3s Desligado 75ms Ligado / 75ms Desligado / 75ms Ligado / 3s Desligado Indica transferncia de dados em GPRS. Quando a Piscando transferncia est em processo, o Led fica aceso at 1 segundo aps os pacotes de dados ter sido enviado/recebido. Depende do tipo da ligao: Ligado Chamada de Voz -> Conectado com sistema remoto Chamada de Dados -> Conectado com o sistema remoto ou durante a troca de parmetros na conexo ou desconexo da chamada. Status da Operao Terminal desligado ou em Modo Sleep No tem SIM Card ou o PIN no foi ativado, ou em procura de rede, ou em processo de login na rede. Registrado na Rede (monitorando os canais de controle e interaes do usurio). No tem chamada em processo. Um ou mais GPRS contexts esto ativados

4.1.7 Programao do Modem TC45 O Terminal TC45 JAVA permite uma programao direta em linguagem JAVA. Internamente, so reservados 300 kbytes de memria Flash para o armazenamento de aplicativos. Para auxiliar no desenvolvimento de aplicativos existem trs softwares bsicos, fornecidos juntos com o equipamento, que so: -RS232Demo, que um software de testes do Terminal;

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-TC45 Software Developtment Kit, que contm um conjunto de ferramentas para explorao do terminal e baseado no SMTK (Siemens Mobile Tools Kit); -SUNONE, que a plataforma de desenvolvimento de aplicativos em J2ME.

4.1.8 Teste do Modem TC45 JAVA Para o teste do Modem TC45 JAVA foi instalado um conjunto de softwares em um Microcomputador PC com Sistema Operacional WindowsXP, quais sejam: J2SDK - aplicativo que cria um ambiente JAVA em um microcomputador tipo PC; SUNONE aplicativo para o ambiente de estaes SUN [60]. SMTK (Siemens Mobile Tools Kit) - conjunto de ferramentas para desenvolvimento de software de aparelhos mveis, desenvolvido pela SUN MICROSYSTEMS, que acompanha o software TC45 SOFTWARE DEVELOPMENT KIT. Aps a instalao destes softwares foi observado que, automaticamente criado um driver no Windows, que identificado no Meu Computador como Module conforme a Figura 4.4

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Figura 4.4 Disponibilizao de acesso do Terminal TC45 efetuado por SMTK indicado como Module

Quando o Module ativado, ob serva-se que existe em seu interior 300KBytes de memria Flash indicado como Module Disk (A:), conforme a Figura 4.5.

Figura 4.5 Indicao da quantidade de memria Flash do Terminal TC45 JAVA

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Ainda nesta Figura 4.5, observa-se que o espao livre efetivo de 292Kbytes, j que foi carregado o programa o software RS232Demo, como indicado na Figura 4.6.

Figura 4.6 Programa rs232demo carregado no Terminal TC45 JAVA

Na seqncia, efetuado na tela do HyperTerminal o comando direcionado para ASC0, que : AT^SJRA=A:/rs232demo.jar Automaticamente o Terminal fica habilitado a receber informaes na sua porta ASC1 conforme ilustra a figura 4.7.

Figura 4.7