Определение местоположения в сотовых сетях, часть 1: технологии (На пальцах, выпуск 10)

[pervert_tanuki]

В настоящий момент существует несколько технологий определения местоположения в сотовых сетях,  которые были изобретены и реализованы последовательно, увеличивая точность определения местоположения. В настоящий момент эти технологии развиваются и используются параллельно,  в зависимости от требования к точности,  которое  предъявляет реализуемый на базе технологии сервис.

Определение местоположения по Cell ID
Определение местоположения по Cell ID  является исторически первым  и самым грубым способом определения местоположения абонента. Зная Cell ID, полученное из абонентского терминала или из сети, можно определить «пятно» местоположения абонента как некую геометрическую фигуру с заранее известным положением на карте.  Фактически «пятно» местоположения абонента представляет собой «пятно» в виде окружности, если базовая станция имеет одну всенаправленную антенну или сегмента окружности,  если базовая станция имеет несколько секторных антенн. Радиус пятна зависит от дальности действия соты,  и может составлять от 150 м до 35 км.

Определение местоположения по Cell ID + TA
Этот метод является развитием метода описанного выше,  в нем для определения местоположения используется не только Cell ID, но и параметр  TA (Time Аdvance). Этот параметр используется сетью GSM для синхронизации БС и абонентского устройства  при инициации вызова,  и по нему можно грубо ( дискретно с точностью около 550 м)  оценить расстояние от БС до абонентского устройства. Такое решение не увеличивает радикально точность позиционирования,  но снижает площадь «пятна» местоположения:  в случае использования этой технологии  оно имеет форму «бублика»  или его сектора ( в зависимости от того,  имеет ли  базовая станция один или несколько TRX.

Определение местоположения по  методу UL-TOA
Определение местоположения по методу UL-TOA (UpLink Time Of Arrival),  который еще называют методом триангуляции, основано на измерении времени прибытия сигнала от мобильной станции до нескольких БС и расчета местоположения абонента на основе этих данных.
Для этого каждая БС должна быть оборудована LMU (Location measurement unit), которое фиксирует информацию об удалении от БС и передает ее в центр измерений. Для того,  чтобы система работала корректно,  необходима синхронизация системного времени всех БС ( обычно это делается либо по атомным часам,  либо через систему GPS).
Точность определения местоположения таким методом составляет 50-150 метров.
В идеале более точные координаты можно получить при измерении времени прохождения сигнала до четырех-пяти базовых станций,  но это требует умощнения подсистемы расчетов и значительно увеличивает нагрузку на служебные каналы сети.

Определение местоположения по E-OTD
Определение местоположения по методу E-OTD (Enhanced Observed Time Difference) близко методу UL-TOA, однако при этом в процессе определения местоположения участвует абонентский терминал.
Метод основан на измерении времени прохождения сигнала от БС до двух точек, первая из которых - сам мобильный аппарат, а вторая - LMU, координаты которой известны. Абонентский аппарат и станция измерения синхронизируются (вычисляется смещение во времени), параллельно определяются координаты МС.
Точность определения координат в E-OTD варьируется от 50 до 125 метров в зависимости от ландшафта.
Необходимые вычисления могут производиться как в мобильном терминале, так и аппаратурой сотовой сети, но в любом случае требуется доработка программного обеспечения сотового телефона (для этого может использоваться SIM toolkit).
Преимущество этого метода над UL-TOA заключается в меньшем количестве установленных на сети LMU,   а следовательно -  в меньшей стоимости внедрения.
При использовании E-OTD пользователь контролирует процесс определения своих координат и при желании может отключить эту функцию.
E-OTD стандартизована в рамках набора стандартов GSM,  и является стандартной технологией  определения местоположения в сетях третьего поколения.

Определение местоположения методом A-GPS
Метод A-GPS (Assisted GPS) радикально отличается от описанных выше методов в двух аспектах.
Во-первых,  определение местоположения этим методом требует наличия в телефоне абонента GPS приемника.
Во-вторых, для определения местоположения  не используются ресурсы сети GSM -  сеть выступает только транспортом для передачи в телефон дополнительных данных для расчета координат между абонентским терминалом и платформой SUPL (Secure User Plane for Location),  снабжающей терминал необходимыми данными.
По сравнению с другими методами определения местоположения A-GPS дает точность определения местоположения не менее, чем  у классического GPS, зато по сравнению с ним дает более высокую скорость определения координат и возможность определения местоположения даже в том случае,  если GPS приемник не видит необходимое для определения координат количество спутников.
Метод A-GPS может комбинироваться с описанными выше методами,  что дает увеличение точности и возможность определения местоположения в случаях,  когда GPS приемник не может определить координаты.  Развитием комбинированного метода является разработанная  компанией CSR технология eGPS,  которая использует ресурс сотовой сети GSM/WCDMA для получения грубого местоположения и системного времени,  что значительно снижает время определения координат приемника. 

Сравнительный анализ технологий определения местоположения  может быть проведен по нескольким параметрам:

• Точность определения местоположения
• Стоимость внедрения – помимо стоимости самой платформы и ее интеграции с сетью учитывается необходимость в умощнении отдельных элементов сетевой инфраструктуры
• Нагрузка на сеть -  дополнительная нагрузка на отдельные подсистемы сети (HLR, коммутаторы и т.п.)
• Возможный режим работы платформы
  • Пассивный – платформа накапливает в себе информацию о местоположении абонентов и при запросе выдает ее
  • Активный – при запросе на определение местоположения платформа извлекает информацию о местоположении абонента или данные, необходимые для его расчета
• Поддержка со стороны телефона – необходимо ли наличие в мобильном терминале и/или СИМ-карте аппаратного/программного блока,  необходимого для работы системы определения местоположения

Вот результат такого анализа

	Cell ID	Cell ID+TA	UL-TOA	E-OTD	AGPS
Точность определения местоположения	низкая	низкая	высокая	высокая	высокая
Стоимость внедрения	низкая	низкая	высокая	средняя	низкая
Нагрузка на сеть	низкая	низкая	высокая	средняя	низкая
Режим работы платформы -активный, пассивный	а,п	а,п	а,п	а,п	а
Требует поддержки со стороны телефон	нет	нет	нет	да	да

Во второй части я расскажу об основных услугах,  предоставляемых с помощью этих технологий. Третья часть будет сформирована по вашим пожеланиям - можно посмотреть структуру LBS-платформы, типовой алгоритм работы при оказании услуги,  наверняка появятся вопросы по предыдущим двум частям,  на которые я отвечу.

Продолжение следует.