Engenheiro de Telecomunicações pelo Centro Universitário de Belo Horizonte (2008).

Transcrição

1 Localização em Redes GSM II: Uso da Técnica de Trilateração de Potência Esta série de tutoriais apresenta um estudo de formas alternativas para estimar uma localização através do sistema celular. Técnicas apropriadas para este fim, tais como a Trilateração de Potência, Triangulação, entre outras, serão abordadas. Será avaliada uma implementação prática, cujo objetivo é determinar as coordenadas geográficas de uma posição desconhecida, adotando a técnica da Trilateração, com o objetivo de verificar os resultados obtidos e compará-los com os dados de um GPS (Global Position System). Serão feitas também análises das diferenças encontradas e uma inferência sobre os fatores que contribuíram negativamente na precisão da técnica adotada. Os tutoriais foram baseados no Trabalho Final de Curso intitulado Localização por Trilateração de Potência no Sistema GSM, de autoria do Orlando Augusto, apresentado como requisito parcial para a obtenção do grau de Bacharel do Curso de Engenharia de Telecomunicações do Centro Universitário de Belo Horizonte UNI-BH. Este tutorial parte II apresenta os principais métodos de localização usados em redes GSM, os detalhes da implementação prática de uma aplicação usando a técnica de trilateração de potência e um teste prático para comprovar os seus resultados. Orlando Augusto Moreira De Paoli Engenheiro de Telecomunicações pelo Centro Universitário de Belo Horizonte (2008). Atuou na Ativo Cobrança, realizando trabalhos de análise de crédito e perícia contábil, e na TIM Maxitel, realizando atividades de operação e manutenção de centrais AXE Ericsson, HLR, MGW. Atualmente trabalha na TIM Maxitel, realizando atividades de planejamento de rede de transporte, incluindo projetos e cálculos de enlaces-rádio para redes SDH e PDH, de cálculo de interferências nos enlaces e possíveis soluções, de gerência e dimensionamento da interface Abis, e de análise de solicitação de compartilhamento de sites. orlando_paoli@yahoo.com.br Categoria: Telefonia Celular 1

2 Nível: Introdutório Enfoque: Técnico Duração: 20 minutos Publicado em: 26/01/2009 2

3 Localização em Redes GSM II: Introdução Importância do Trabalho Na era da tecnologia, em especial nos sistemas celulares, o conceito de serviço de valor agregado tem fundamental importância. Por exemplo, saber as coordenadas geográficas de uma determinada posição sem o uso de um GPS é possível graças às técnicas utilizadas na estimação de uma posição. Unindo-as com o avanço tecnológico do sistema móvel, criou-se o serviço de localização pelo celular, já adotado como VAS (Value-Added Services) por algumas operadoras em todo o mundo. No âmbito nacional, a operadora Vivo oferece este serviço batizado de Vivo Localiza. Sendo assim, este trabalho tem o intuito de discutir as técnicas adotadas na localização de receptores no sistema celular, mais especificamente no sistema GSM (Global System for Mobile Communications). Objetivo O principal objetivo é apresentar e implementar a técnica da Trilateração, utilizada para estimar a localização de um usuário através da rede celular, sem o uso do GPS. Conceitos sobre modelos de propagação e sistema irradiante também serão abordados para facilitar o entendimento da implementação prática realizada. Através dos resultados obtidos nas medições e nos cálculos, as coordenadas encontradas pela Trilateração serão comparadas com as coordenadas extraídas de um GPS. Então, com base nas divergências encontradas, será proposta uma abordagem e uma discussão sobre os fatores que contribuíram para o surgimento das mesmas. Motivação e Justificativa O tema foi escolhido por apresentar diversas aplicabilidades, além de proporcionar implementações interessantes, que englobarão conceitos de RF (radiofreqüência), propagação e sistemas móveis. O tema se mostra útil no rastreamento de veículos e caminhões que portarem um chip GSM, além de possibilitar qualquer usuário de estimar sua localização, mesmo que não estiver portando um GPS. Neste tutorial parte II serão apresentados os principais métodos de localização usados em redes GSM, os detalhes da implementação prática de uma aplicação usando a técnica de trilateração de potência e um teste prático para comprovar os seus resultados. 3

4 Localização em Redes GSM II: Métodos de Localização Para estimar a posição de um móvel em qualquer sistema, na maioria das vezes, toma-se como base um ponto fixo. No caso do GSM, os pontos fixos utilizados foram as estações rádio base. Existem diversas técnicas para localizar um móvel. Cada técnica tem suas vantagens e desvantagens. A escolha de uma delas dependerá da aplicação [11]. Nas seções a seguir serão descritas algumas dessas técnicas como o TDOA, Trilateração, Multilateração, Triangulação e Bouding Box. Daremos ênfase à Trilateração por ter sido a técnica adotada na implementação prática. TDOA (Time Difference of Arrival) Também chamada de ETA, do inglês Estimated Time of Arrival, esta técnica se baseia na diferença do tempo de chegada de sinais. Ou seja, a BTS envia um sinal para o móvel num determinado tempo. O móvel, ao receber o sinal, envia de volta à BTS a confirmação de recebimento. Baseado na diferença entre os tempos de envio e chegada do sinal é possível estimar a distância que o terminal de acesso está da BTS. Como desvantagem, este método necessita de relógios sincronizados e não prevê qualquer tipo de evento (obstáculos, reflexões, atrasos por múltiplos percursos) inesperado que possa interferir diretamente no resultado. Trilateração O método da Trilateração tem como premissa conhecer três posições fixas e a distância que cada uma está com relação a um mesmo ponto, cuja posição é desconhecida. Teoricamente, o que acontece é a formação de três círculos com raios de tamanho variável, cada um tendo como centro um ponto conhecido, por exemplo, um nó de uma rede, como ilustrado na figura 1. Figura 1: Método da Trilateração [16 - adaptada]. Como demonstra a figura, é possível perceber as três posições fixas (P1, P2 e P3), seus respectivos raios de tamanho variável (r1, r2 e r3) e a formação de uma região candidata à posição desconhecida, delimitada pelos pontos A, B e C. 4

5 Devido a esta região de incerteza, o método da Trilateração não se mostrou tão eficaz [11]. Multilateração Para suprir a imprecisão da técnica anterior, criou-se o método da Multilateração que não é nada mais que, a inserção de um ou mais pontos fixos. Ou seja, o acréscimo de um ou mais círculos de raio r que, satisfatoriamente, diminuirão a região de incerteza, melhorando assim a precisão na estimação da localização [11]. Triangulação Diferentemente da Trilateração e da Multilateração que lidam com distâncias, este método utiliza informações de ângulos. Baseado nos ângulos formados entre cada uma das três posições fixas pré-determinadas com o ponto desconhecido, é possível estimar a posição do ponto utilizando técnicas e relações trigonométricas [11]. Bouding Box Traduzindo para o português, o método da caixa limitada é muito parecido com a técnica da Multilateração. A principal diferença é a troca dos círculos por quadrados. Tal troca, embora não apresente boa precisão nos resultados obtidos, reduz drasticamente os cálculos necessários, pelo seguinte motivo: a intersecção dos quadrados resulta numa área de formato semelhante a um quadrado ou a um retângulo. Ambas as figuras têm suas áreas facilmente calculadas e são maleáveis na hora de trabalhar com relações trigonométricas conhecidas. De maneira oposta, a área originada pela intersecção dos círculos possui um formato não muito comum, dificultando os cálculos e utilização de relações trigonométricas [11]. A figura 2 ilustra esta técnica: Figura 2: Método Bouding Box [11]. 5

6 Localização em Redes GSM II: Implementação Prática Para começar a descrever a implementação, faz-se necessário separar quais são os dados pré-determinados e quais são os dados que precisam ser calculados. A figura 3 auxilia no entendimento da situação: Figura 3: Visão da Implementação Prática. Como variáveis pré-determinadas, serão adotadas somente as coordenadas geográficas das estações 1, 2 e 3. Como dados que serão calculados, encontram-se as variáveis dist1, dist2 e dist3. Elas correspondem às distâncias que cada estação se encontra do ponto Candidato 1. Elas serão calculadas por dois métodos: via Log-Distância e via TA (Timing Advance). Então, após encontrar as respectivas distâncias, já é possível realizar o objetivo desta implementação estimar as coordenadas do Candidato 1. Tais coordenadas serão calculadas com base em equações formadas pelas variáveis pré-determinadas e pelas distâncias levantadas. Situado o problema, dar-se-á continuidade a descrição da implementação em etapas, obedecendo a seguinte seqüência: Dados dos pontos fixos as estações rádio base; Escolha dos pontos desconhecidos; Equipamentos utilizados; Cálculo das distâncias às estações; Determinação das coordenadas geográficas do ponto Candidato 1. Dados dos Pontos Fixos As Estações Rádio Base Foram utilizadas três estações rádio base para esta implementação. A seguir, a Tabela 1 com os principais dados das BTSs. 6

7 Estação BTS 1 (BHOE12) BTS 2 (BHOE13) BTS 3 (BHOE17) Coordenadas Reais 19º 57' 55'' S 43º 57' 35,7'' O 19º 58' 28,7'' S 43º 57' 58'' O 19º 57' 59,3'' S 43º 58' 6,8'' O Tabela 1: Dados das Estações Rádio Base. Dados das BTSs Setor CGI Endereço B A A Av. Barão Homem de Melo, Lote 09, Estoril. R. José Hemetério Andrade, Estoril. R. Ernani Agrícola, Estrela Dalva. A tabela 1 fornece o nome, endereço e coordenadas reais de cada BTS. Além disso, mais especificamente, ela mostra qual setor (A, B ou C) do sistema irradiante que estava apontado para o móvel no local de medição e o seu respectivo CGI (Cell Group Identify). Dando uma rápida pincelada no seu conceito, o CGI é um endereço global da célula. Seus primeiros três dígitos correspondem ao país em que a célula está situada, os próximos dois dígitos correspondem à operadora detentora da célula, os próximos cinco à área local em que ela opera, e os cinco últimos dizem a respeito do setor da célula. Escolha dos Pontos Desconhecidos Os pontos de teste foram escolhidos aleatoriamente, ou seja, são três pontos não muito próximo um dos outros, de modo a verificar o comportamento dos resultados obtidos em diferentes regiões do bairro Buritis. Os pontos escolhidos foram batizados de Zico, GVT e Vidigal, pelo motivo de se localizarem muito próximos à escolinha de futebol Zico, à empresa de telecomunicações GVT e à escola infantil Efigênia Vidigal, respectivamente. A figura 4 mostra a localização real dos pontos escolhidos e das estações que foram adotadas: 7

8 Figura 4: Distribuição dos Pontos Escolhidos no Bairro Buritis [10]. Visto os pontos, segue agora a tabela 2 com os dados extraídos nos pontos de teste, como potência recebida pelas três estações: Pontos Tabela 2: Potência Recebida nos Pontos de Teste. Dados Coletados Potência Recebida (dbm) BHOE12 BHOE13 BHOE17 Zico GVT Vidigal Os esclarecimentos acerca da coleta dos valores de potência nos pontos desconhecidos são apresentados a seguir. Equipamentos Utilizados Para as medições realizadas, foram utilizados os equipamentos apresentados a seguir: Celular Nokia modelo 6510 O celular conta com um software chamado Field Test, responsável pelas medições dos níveis de sinal que chegam à antena do aparelho. Além disso, ele fornece outra série de informações relevantes como: dados das estações base, BTSs candidatas a handover, canal de controle das estações, entre outras. Para detalhes sobre as configurações desse equipamento, consultar a bibliografia [13]. 8

9 GPS do Fabricante Garmin com 12 canais Figura 5: Celular Nokia modelo 6510 [12]. Para extração de coordenadas foi utilizado o GPS ilustrado na figura 6. Para detalhes sobre as configurações desse equipamento, consultar a bibliografia [13]. Cálculo das Distâncias às Estações Figura 6: GPS Garmin 12 [13]. Realizadas as medições, resta agora determinar às distâncias das estações 1, 2 e 3 com relação a cada um dos pontos desconhecidos. Na demonstração dos cálculos, será adotado como exemplo o ponto Zico, ficando os outros dois pontos ( GVT e Vidigal ) com seus cálculos implícitos e subentendidos. Ambas as variáveis serão calculadas através de dois métodos: via modelo de propagação Log-Distância e TA (Timing Advance). Cálculo por Log-Distância Conforme mencionado anteriormente, foi adotado para este projeto o modelo de propagação Log-Distância. Sabe-se que o Log-Distância necessita de uma distância de referência d0. O d0 geralmente é um ponto referência do meio, que irá influenciar nos cálculos dos outros pontos de sua vizinhança. Em outras palavras, o ponto d0 é responsável por adaptar a equação (1) para o meio em que ele se encontra, atendendo os cálculos dos outros pontos vizinhos que utilizarem a equação. 9

10 Para o ponto d0, foi adotado o endereço Rua Líbero Leone, nº Buritis, próximo à portaria do bloco C3 do Centro Universitário de Belo Horizonte, Uni-BH. A tabela 3 complementa os dados de d0. Ponto d0 Tabela 3: Dados Complementares do Ponto d0. Coordenadas (Graus, min, seg.) Lat: 19º 58' 22,08'' S Long: 43º 57' 51,54'' O Dados Complementares de d0 Potência Recebida [dbm] Distância Real [m] BHOE12 BHOE13 BHOE , , ,46 Com base na equação (1), já se sabe os valores das seguintes variáveis: Pr(d)» Potência recebida no ponto Zico ; Pr(d0)» Potência recebida no ponto d0 ; d0» Distância real do ponto d0 até cada uma das estações. Resta então, determinar a variável d e o coeficiente de propagação n. Aí sim, o modelo de Log-Distância poderá ser aplicado. Foi adotado o n = 3,5 com base nos estudos realizados na região do bairro Buritis, demonstrados pela bibliografia referenciada [15]. Substituindo os dados das tabelas 2 e 3 na equação (1), têm-se as equações (2), (3) e (4) a seguir, com suas respectivas soluções: Equação base do Log-Distância: [1] Para BHOE12: 10

11 [2] Para BHOE13: [3] Para BHOE17: [4] Assim sendo, foram encontradas as respectivas distâncias entre o Zico e cada uma das estações, pelo modelo Log-Distância. Segue a tabela 4 consolidada, com os valores calculados acima. Tabela 4: Distâncias Calculadas pelo Log-Distância no Ponto "Zico". PONTO ZICO DIST. CALC [m] BHOE12 494,38 BHOE13 134,56 BHOE17 639,08 A seguir serão determinadas as mesmas distâncias usando os dados de saída fornecidos pelo TA. Cálculo por TA Neste segundo método, a distância entre o Zico e cada uma das estações será calculada com base em um parâmetro extraído do Field Test,denominado TA. 11

12 A função deste parâmetro é fornecer qual a distância entre uma estação rádio base e o móvel conectado a ela. A distância é calculada seguindo os fundamentos do método TDOA, descrito anteriormente. O resultado é mostrado pelo TA na tela do celular via números naturais, estes podendo variar de zero a 63. Cada unidade, das 64 possíveis, é um fator multiplicador de 550 metros. Isto é, se em um determinado local for extraído do Field Test que o TA é igual a 1, pode-se afirmar que a distância que separa a BTS do local de medição está entre 0 e 550 metros [14]. Para coletar os valores, foi realizada uma chamada com o móvel fixado no canal de controle de cada uma das estações, de modo a não permitir o handover. A tabela a seguir apresenta os valores encontrados pelo TA e o intervalo de distância correspondente: Tabela 5: Distâncias Calculadas pelo TA no Ponto Zico. PONTO ZICO Valor TA Dist. Corresp. (m) BHOE a 550 BHOE a BHOE a Como o intervalo entre a maior e a menor distância é considerável, serão adotados os pontos médios da variação da distância propiciada pelo TA para a realização dos cálculos das coordenadas geográficas do Zico, conforme fórmula abaixo: [5] Sendo: PM: Ponto Médio; d1: A menor distância do intervalo fornecido pelo TA; d2: A maior distância do intervalo fornecido pelo TA. Logo, tem-se: Para BHOE12: Para BHOE13: 12

13 Para BHOE17: A seguir, a Tabela 6 mostra o comparativo entre as distâncias do ponto Zico a cada uma das BTS s, encontradas pelos dois métodos e suas medidas: PONTO ZICO Tabela 6: Demonstrativo Consolidado de Resultados para Zico". DIST. LOG-DIST [m] DIST. TA [m] DIST. REAL [m] BHOE12 494,38 275,00 280,00 BHOE13 134,56 825,00 950,00 BHOE17 639,08 825,00 760,00 Nota-se que, as distâncias encontradas pelos dois métodos apresentam discrepâncias com relação às distâncias reais. Conseqüentemente, estas diferenças irão influenciar negativamente na precisão do cálculo das coordenadas geográficas do ponto Zico, como será visto no item a seguir. Para os outros dois pontos, o comportamento foi análogo, apresentando também diferenças entre as distâncias medidas e reais, conforme as tabelas 7 e 8. PONTO GVT Tabela 7: Demonstrativo Consolidado de Resultados para GVT. DIST. LOG-DIST [m] DIST. TA [m] DIST. REAL [m] BHOE ,00 275,00 490,00 BHOE13 259, , ,00 BHOE17 728, , ,00 PONTO VIDIGAL Tabela 8: Demonstrativo Consolidado de Resultados para Vidigal. DIST. LOG-DIST [m] DIST. TA [m] DIST. REAL [m] 13

14 BHOE12 893,73 825,00 860,00 BHOE13 110,46 825,00 590,00 BHOE17 888,00 275,00 370,00 Determinação das Coordenadas do Ponto Candidato 1 Este tópico tem como objetivo determinar as coordenadas do ponto Zico, com base nas variáveis pré-determinadas (coordenadas das estações) e calculadas (dist1, dist2 e dist3), encontradas anteriormente. A Geometria Analítica fundamenta como calcular a distância entre dois pontos, dada as suas coordenadas no sistema cartesiano. Ou seja, para calcular a distância entre um ponto A, de coordenadas (Xa, Ya), e um ponto B, de coordenadas (Xb, Yb), utiliza-se a seguinte fórmula: Sendo: dab: Distância entre os pontos A e B; Xa: Abscissa do ponto A; Ya: Ordenada do ponto A; Xb: Abscissa do ponto B; Yb: Ordenada do ponto B; No caso desta implementação, dab seria, por exemplo, a distância entre o ponto Zico e uma das BTS s; Xa e Ya seriam respectivamente, a latitude e a longitude do ponto Zico ; Xb e Yb a latitude e a longitude de uma das BTS s. Mantendo a mesma linha de raciocínio conclui-se que, um sistema de três equações, sendo uma equação para cada estação, será obtido. Relacionando todas as três equações, chega-se a formulação do seguinte sistema: [6] [7] O sistema (7) é composto de três equações com duas incógnitas: Xcand e Ycand. As demais variáveis foram determinadas nos itens anteriores. Antes de substituir os valores no sistema encontrado, observa-se que as variáveis que o compõe estão em unidades diferentes: dist1, dist2 e dist3 estão em metros e as coordenadas geográficas das estações estão em graus, minutos e segundos. Para que o sistema tenha a solução correta, faz-se necessário trabalhar com variáveis nas mesmas unidades. Para isso, as coordenadas geográficas serão transformadas em metros, passo que será explicado a seguir. 14

15 Convertendo Coordenadas em Distâncias Equivalentes Para começar o processo de conversão, é necessário adotar o raio da Terra como sendo: Raio da Terra = 6371 km [11]. Sendo assim, a circunferência da Terra será: [8] Sendo assim, torna-se possível saber o comprimento, em quilômetros, correspondente a 1 grau, da seguinte forma: [9] Sendo: R: Raio da Terra; CGRAU: Comprimento correspondente a 1º. Substituindo os valores, temos que: Cada grau de uma determinada latitude ou longitude corresponde a, aproximadamente, 111,11 km. Na mesma linha de raciocínio, sabe-se que um grau corresponde a 60 minutos ou a 3600 segundos. Logo, é possível saber também a distância correspondente a um minuto e a um segundo: [10] [11] Sendo: CMINUTO: Comprimento correspondente a 1 minuto; CSEGUNDO: Comprimento correspondente a 1 segundo. Substituindo os valores, chega-se aos seguintes resultados: 15

16 1 minuto corresponde, aproximadamente, a 1,85184 km; 1 segundo corresponde, aproximadamente, a 0, km. Após estes passos, já é possível transformar as coordenadas geográficas na mesma unidade das distâncias. Começando pela primeira estação, BHOE12, de latitude 19º57 55 e longitude 43º57 35,7. Será adotada a variável Y para os valores de latitude e X para os valores de longitude. Substituindo os valores, temos: [12] [13] Assim, as coordenadas de BHOE12 que antes estavam em graus, minutos e segundos, agora foram transformadas para valores em quilômetros. É necessário fazer o mesmo para as outras duas BTSs, bastando substituir nas fórmulas (12) e (13) os valores correspondentes às respectivas coordenadas, que podem ser encontrados na Tabela 2. Resolvendo o Sistema com os Valores do Log-Distância Primeiramente, as variáveis do sistema (7) serão substituídas com os valores das distâncias (em km) encontradas pelo Log-Distância: Resolvendo o sistema, chega-se ao seguinte resultado: Realizando o mesmo processo, só que desta vez de maneira inversa, a distância em quilômetros pode ser convertida em coordenadas no formato graus, minutos e segundos. Desta forma, foram obtidos os valores finais de coordenadas 19º S e 43º O. 16

17 Resolvendo o Sistema com os Valores do TA Agora, o mesmo sistema será resolvido com os valores de distâncias encontrados usando o parâmetro TA: Já com o parâmetro TA, os valores de X e Y encontrados são: Da mesma forma, convertendo-os para a unidade de coordenadas, tem-se 19º S e 43º O. As coordenadas geográficas reais extraídas de um GPS no ponto Zico são: 19º58 02,70 S e 43º57 40,80 O. A seguir, a Figura 7 com os pontos encontrados pelos dois métodos e o ponto Zico. Calculando as Coordenadas dos Outros Pontos Figura 7: Visualização dos Pontos Encontrados [10]. Realizando exatamente os mesmos passos para os outros pontos, mais especificamente, GVT e Vidigal foram encontrados os seguintes valores: 17

18 Ponto GVT : Por Log-Distância: 19º58 31,31 S e 43º57 38,35 O. Por TA: 19º58 01,30 S e 43º57 20,02 O. Ponto Vidigal : Por Log-Distância: 19º58 16,53 S e 43º57 55,72 O. Por TA: 19º58 02,67 S e 43º58 00,67 O. A seguir será feita uma análise dos resultados obtidos e uma inferência sobre os possíveis fatores que contribuíram negativamente na precisão dos cálculos. 18

19 Localização em Redes GSM II: Análise dos Resultados Conforme demonstrado, foi possível perceber que, no caso do ponto Zico, ambos os pontos encontrados pela Trilateração utilizando os valores das distâncias calculadas por Log-Distância e por Timing Advance, apresentaram um erro considerável em relação às coordenadas reais do ponto. Para os outros dois pontos testados, o resultado também foi análogo. Para ajudar na análise dos resultados obtidos, segue a Tabela 9 com as coordenadas encontradas, as coordenadas reais e a dimensão dos erros: Tabela 9: Comparativo dos Resultados Obtidos nos Pontos Testados. COMPARATIVO DOS RESULTADOS OBTIDOS Pontos Método Coordenadas Reais Erro [m] Zico GVT Vidigal Coordenadas Reais Coordenadas Log-Distância Coordenadas Timing Advance Coordenadas Reais Coordenadas Log-Distância Coordenadas Timing Advance Coordenadas Reais Coordenadas Log-Distância Coordenadas Timing Advance 19º58'02,70'' S 43º57'40,80'' O 19º58'16,00'' S 43º57'45,85'' O 19º58'07,17'' S 43º57'39,63'' O 19º 57' 56,58'' S 43º 57' 18,78'' O 19º 58' 31,31'' S 43º 57' 38,35'' O 19º 58' 01,30'' S 43º 57' 20,02'' O 19º58'09,94'' S 43º58'00,90'' O 19º58'16,53'' S 43º57'55,72'' O 19º58'02,67'' S 43º58'00,67'' O Fazendo a média aritmética do erro, o erro médio obtido será de: Não aplicável Não aplicável Não aplicável

20 Para verificar a eficiência dos métodos do Log-Distância e TA separadamente, o erro médio individual foi calculado conforme abaixo: Para Log-Distância: Para TA: Logo, nota-se que o erro médio dos resultados obtidos com base nas distâncias encontradas por TA foi consideravelmente inferior se comparado com o erro médio obtido com as distâncias encontradas pelo Log-Distância. Visando esclarecer a imprecisão resultante da Trilateração de Potência, serão abordados e discutidos a seguir, os principais fatores os principais fatores que colaboraram com a discrepância encontrada entre os resultados obtidos e a localização real. Imprecisão do GPS: as coordenadas das estações extraídas do GPS podem apresentar alguma imprecisão, uma vez que o próprio GPS apresenta uma margem de erro que pode variar até 50 metros, dependendo do número de satélites que o equipamento estiver conectado. Imprecisão das distâncias encontradas pelo Log-Distância: o modelo de propagação adotado apresenta uma particularidade no cálculo da distância. Em caso de obstáculos se posicionarem entre a BTS e o local de medição, o sinal sofrerá uma atenuação. Então, a fórmula interpreta erroneamente que o móvel está distante da BTS, e não consegue identificar a presença do obstáculo. Este e outros motivos como o efeito multipercurso, reflexões e desvanecimentos, colaboraram para que as distâncias encontradas não coincidissem com as distâncias reais. Imprecisão do Timing Advance: no 2º método de cálculo das distâncias mencionado anteriormente, as distâncias encontradas também não coincidiram com as reais. Tal diferença se deve a imprecisão do TA. Como já foi dito, o TA é medido em uma escala que varia de zero a 63, sendo que uma unidade pode variar 550 metros. Ou seja, a margem de erro, mesmo que adotando o ponto médio da variação, ainda é grande, o que faz com que o resultado final não seja tão preciso como era o esperado. 20

21 Localização em Redes GSM II: Considerações Finais Esta série de tutoriais teve por objetivo apresentar a técnica de localização de Trilateração De Potência aplicada em redes GSM, ilustrando também um teste prático de determinação da localização de uma posição desconhecida. O tutorial parte I apresentou o embasamento teórico das redes GSM, e os aspectos importantes de propagação da interface aérea, que foram importantes para o entendimento da implementação prática. Este tutorial parte II procurou apresentar os principais métodos de localização usados em redes GSM, e os detalhes da implementação prática de uma aplicação usando a técnica de trilateração de potência e um teste prático para comprovar os seus resultados. Após tudo que foi abordado e discutido, resta saber a confiabilidade do método implementado, custos envolvidos, suas limitações e sua aplicabilidade. Conforme foi visto, o método não apresentou a precisão de um GPS, mas apresentou resultados razoáveis. A Trilateração pode não ser eficaz para localizações refinadas, como por exemplo, determinar a posição num determinado bairro. Porém, para regiões com dimensões mais extensas como uma cidade, o método se mostra eficiente e consegue identificar, com alguma precisão, a região aproximada que o móvel está localizado. Em se tratando de custos para o consumidor, o GPS é oneroso devido ao gasto com o equipamento. Já o método abordado apresenta a vantagem de não ter custos, uma vez que o software field test pode ser habilitado em alguns celulares por meio de digitação de códigos específicos. As informações referentes às estações rádio base, como as coordenadas geográficas, podem ser extraídas do site da ANATEL, Agência Nacional de Telecomunicações. Com relação às suas limitações, a Trilateração funciona somente em regiões com cobertura celular. Em áreas onde o sinal recebido tem baixa potência, regiões de sombra ou mesmo muito obstruídas, não é sugerida tal aplicação, pois o erro de precisão pode aumentar consideravelmente. Uma limitação particular desta prática é no cálculo das distâncias utilizando o Log-Distância. Isto é, o coeficiente de atenuação foi adotado como conseqüência da densidade urbanística do bairro Buritis. Em outras áreas de perfis diferentes, é incorreto usar o mesmo valor de n. Sendo assim, para funcionalidades em outras regiões caberia estudar novas formas de determinação dos valores correspondentes ao coeficiente de atenuação, n. Nos dias atuais, sua aplicabilidade vem se tornando cada vez mais comum. Algumas empresas estão colocando em veículos e caminhões chip s GSM, estes podendo ser monitorados pela operadora detentora do chip através da Trilateração, ou outros métodos citados no Capítulo 2. Apesar da precisão não se equiparar a de um GPS, a relação custo-benefício é excelente, já que o único gasto que as empresas ou os usuários terão é com a compra de um chip GSM. Até o momento da elaboração deste tutorial, a operadora Vivo era a única que oferecia este tipo de serviço no âmbito nacional. 21

22 Referências [1] O Sistema GSM. Acesso em: 05/05/08. [2] A Arquitetura do Sistema GSM. Acesso em: 21/05/08. [3] VIEIRA, P. Conceitos de Antenas. Acesso em: 05/05/08. [4] Diagrama de Irradiação de uma Antena Diretiva. Acesso em: 05/05/08. [5] BALANIS, C. A., Antenna theory: Analysis and design, Nova York, [6] A Onda Eletromagnética. Acesso em: 21/05/08. [7] Antenas.Acesso em: 05/05/08. [8] Parsons, J. D., The Mobile Radio Propagation Channel, 2ndEdition, [9] Rappaport, T. S, Wireless Communications: Principles and Practice, 2ndEdition, Prentice Hall, New York, [10] Google Maps. Acesso em: 10/10/08. [11] REGHELIN, R. Um Algoritmo Descentralizado de Localização para Rede de Sensores sem Fio usando Calibragem Cooperativa e Heurísticas. Acesso em: 06/08/08. [12] Celular Nokia Acesso em: 12/08/08. [13] GPS Garmin 12. Acesso em: 12/08/08. [14] Timing Advance. Acesso em: 18/08/2008. [15] MARTINS, A. B., Predição de Cobertura Celular e Análise de Níveis de Irradiação Regulamentares, [16] Trilateração. Acesso em: 08/08/08. 22

23 Localização em Redes GSM II: Teste seu Entendimento 1. No contexto deste tutorial, quais são os métodos de localização mais usuais? TDOA (Time Difference of Arrival), Trilateração, Multilateração, Triangulação e Modelo Hata. TDOA (Time Difference of Arrival), Trilateração, Multilateração, Triangulação e Bouding Box. Log-Distância, Trilateração, Multilateração, Triangulação e Bouding Box. TDOA (Time Difference of Arrival), Bilateração, Multilateração, Triangulação e Bouding Box. 2. Qual é a diferença entre a Triangulação e a Trilateração / Multilateração? A triangulação utiliza a informação de ângulos para definir uma localização e tanto a Trilateração como a Multilateração utilizam distâncias. A triangulação utiliza a informação de distância para definir uma localização e tanto a Trilateração como a Multilateração utilizam informação de ângulos. Não há diferença entre esses métodos. Nenhuma das anteriores. 3. Quais são os fatores que influenciaram na imprecisão dos resultados apresentados? Imprecisão do GPS, que pode varia até 50 metros. Imprecisão das distâncias encontradas pelo Log-Distância, que não considera a existência de eventuais obstáculos. Imprecisão do Time Advance (TA), que possui uma escala de unidades que podem variar até 550 metros. Todas as alternativas anteriores. 23