Computação Móvel: Serviços Baseados na Localização de Unidades Móveis (LBS) Mauro Nacif Rocha DPI/UFV

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1 Computação Móvel: Serviços Baseados na Localização de Unidades Móveis (LBS) Mauro Nacif Rocha DPI/UFV 1

2 Conteúdo Introdução O que é um Serviço baseado na Localização (LBS Location-Based Service)? Requisitos que permitem LBS? Tecnologias de localização? Padronização Aplicações de LBS? Direções futuras? 2

3 Introdução Evolução das redes de comunicação sem fio Comunicação mais flexível Acesso às redes de serviço Aumento da mobilidade Necessidade de novas aplicações 3

4 Introdução Convergência de múltiplas tecnologias Sistemas de informação geográfico Internet Comunicação sem fio Dispositivos portáteis 4

5 O que é um LBS? Serviços de localização móvel, Serviços de localização sem fio, Serviços de localização. São serviços que permitem aos usuários móveis utilizarem serviços baseados na sua posição ou localização geográfica. Exemplo: Onde está o posto de gasolina mais próximo? 5

6 Requisitos Que Permitem LBS Dispositivo Móvel Hardware e software Provedor Entidade responsável por prover o serviço para o usuário Protocolo da rede sem fio Especificam como os dispositivos portáteis podem acessar os serviços. Ex: WAP, I-Mode, HTTP, SOAP etc. Infraestrutura de rede sem fio HSDPA (3G), (Wi-Fi) etc. 6

7 Requisitos Que Permitem LBS Método de localização da unidade móvel Baseado no dispositivo (handset-based) Baseado na rede (network-based) 7

8 Tecnologias de Localização Baseado no Dispositivo GPS A-GPS (Assisted GPS) E-OTD (Enhanced Observed Time Difference) Baseado na Rede Cell ID (Cell Identification) ou COO (Cell of Origin) AOA (Angle Of Arrival) TDOA ou TOA (Time Diff. Of Arrival) ou UTDOA (Uplink Time Difference of Arrival) Multipath Fingerprinting (ou Ray Tracing) 8

9 Tecnologias de Localização: GPS USA DoD (Departament of Defense) Sinais de pelo menos 4 satélites em órbita são recebidos pelo dispositivo móvel Baseado na diferença de tempo entre o sinal recebido do satélite e um sinal gerado localmente distância do satélite é medida 9

10 Tecnologias de Localização: GPS Uma vez que a distância é medida de pelo menos 3 satélites nós devemos ser capazes de conhecer nossa posição Vantagem Tecnologia muito precisa Receptores menores Desvantagem Precisão ruim em ambientes internos (indoor) 10

11 Tecnologias de Localização: A-GPS Funcionalidades do GPS distribuída entre um receptor de referência GPS, servidor de localização e cliente GPS. Posicionamento GPS parcialmente feito no cliente. O cliente envia a informação parcial para o servidor de localização o qual executa os cálculos restantes pela interação com o receptor de referência GPS. 11

12 Tecnologias de Localização: GPS Satélites: potência de 27W a km GHz (L1) e GHz (L2), CDMA Sinal recebido: -155 a -160 dbw (outdoors) Sinal recebido indoors: -180 a -190 dbw Melhoramentos: Differential GPS Enhanced GPS High Sensitivity GPS TV GPS 12

13 Tecnologias de Localização: Cell Identification Cell Global Identity (CGI) A localização da ERB determina a localização do dispositivo móvel Depende do tamanho da célula (pode ser 150m em uma micro-célula ou 20km para uma macro-célula ) Muito rápido Disponível facilmente Pouco preciso E-CID (Enhanced Cell ID) 13

14 Tecnologias de Localização: AOA Através das antenas na célula é possível calcular a localização do dispositivo pela direção que o sinal chega. Precisão é degradada se existe interferência Alto custo devido ao tipo de antena requerido 14

15 Tecnologias de Localização: TDOA / TOA / UTDOA. 3 estações base monitoram o sinal do dispositivo móvel A posição do dispositivo móvel é calculado pela medição das diferenças em tempo do sinal recebido em cada estação base Exige temporizadores precisos em cada estação base 15

16 Tecnologias de Localização: TDOA / TOA / UTDOA Base Station 1 Mobile T=distance 1 1 Base Station 2 Base Station 3 T 2 =distance 2 T 3 =distance 3 16

17 Tecnologias de Localização: E-OTD Similar ao TOA, só que o cálculo da diferença dos tempos é feito pela UM Requer que a posição da estação base seja conhecida Dispositivo móvel recebe pelo menos três time stamps das estações bases A diferença entre os time stamps são então combinados para produzir a interseção de linhas hiperbólicas 17

18 Tecnologias de Localização: E-OTD Difference 1-3 Base Station 1 Difference 1-2 Clock time 1 Mobile Clock time 3 Clock time 2 Base Station 3 Base Station 2 Difference

19 Tecnologias de Localização: Multipath Fingerprinting (ou Ray Tracing) Quando um dispositivo móvel transmite sinais de rádio, eles batem em diversos obstáculos (prédios, montanhas, etc) até chegar aos receptores das células. Esse raios que fazem muitos caminhos são então coletados pelo sistema formando uma única impressão digital de localização. A estação base compara este padrão com os padrões armazenados numa base de dados dos padrões de todas as freqüências em várias localizações até conseguir bater os padrões. O resultado de comparação terá capacidade em ajudar a localizar o handset baseado na localização do match. 19

20 Localização indoor Ray Tracing Em geral exige equipamento extra custo mais alto Received Signal Strength Indicator (RSSI), Received Channel Power Indicator (RCPI, k) Radio Frequency Identification (RFID) 20

21 Comparações Fonte: 21

22 Padronização Out / 2000 LIF Location Interoperability Forum Motorola, Ericsson e Nokia Cell-ID, TOA, E-OTD Dez / 2000 WLIA Wireless Location Industry Association Cell-Loc, SignalSoft, GoAmerica Communications, Cambridge Positioning Systems,... 22

23 Padronização - Exemplo Regulamentação FCC (Federal Communication Commission) E911 Enhanced services/enhanced911/welcome.html Public Safety Answering Points (PSAPs) Phase I: Cell ID Abr/1998 Phase II: 01/10/2001 a 31/12/ m, pelo menos 67% das chamadas network-based: 100m, em mín. 67% das chamadas 300m, em mín. 95% das chamadas handset-based: 50m, em mín. 67% das chamadas 150m, em mín. 95% das chamadas 23

24 Padronização - Exemplo E-911 Situação em Novembro/2012: 95.5% of Counties have some Phase I 93.5% of Counties have some Phase II 96.2% of Population have some Phase I 95.7% of Population have some Phase II VoIP Enhanced 911 Next Generation 911 (NG 9-1-1) 24

25 United States E9-1-1 Deployment 25

26 E911 - EEUU 26

27 Aplicações de LBS? Serviços Baseados na Localização Trigger Service Serviços de informação Baseados na Localização Serviços de Rastreamento Serviços de Assistência Faturamento Sensintivo a Localização Onde eu estou / onde fica Serviços Gerenciamento de Frota Notificação de Serviços de Emergência Serviços de Propaganda Automatizado Serviços de Navegação e Tráfego de Veículo Encontrando Pessoas Assistência Roadset Outras Informações Rastreamento de Bens 27

28 Tecnologias Network-based Time Difference of Arrival (TDOA) Cell-Loc Inc. CELLTRAX E911 location system Angle of Arrival (AOA) KSI ( subsidiária da TruePosition) Combinação das duas tecnologias Grayson - Allen Telecom Radix Technologies SigmaOne TruePosition Multipath Fingerprinting - impressão digital por vários caminhos U.S Wireless Corp. 28

29 Tecnologias handset-based GPS Tendler Cellular A-GPS CellPoint Idc (Integrated Data Communications) SiRF Technology SnapTrack TruePosition Solução Híbrida: Enhanced-Observed Time Difference (E-OTD) Cambridge Positioning Systems. 29

30 Aplicações no Brasil Pioneira: Telemig Celular procura por estabelecimentos comerciais utilizando a tecnologia de triangulação de ERBs. Retorno fora do esperado. Claro Campinas Cell ID. O serviço foi suspenso por não ter atendido às expectativas da companhia. 30

31 Desenvolvimento Google Gears: (Geolocation API, HTML5) Forum Nokia: 35

32 Direções Futuras? 36