Para esta tarea se nos encargó buscar una de las soluciones utilizadas para la localización en interiores o exteriores, en mi caso encontré esta investigación de localización en interiores llamado: Accurate GSM Indoor Localization.
Algunos de los beneficios de la localización basada en GSM son:
- La cobertura GSM es casi omnipresente, esto es, que esta casi en todas partes.
- Los celulares son aceptados por casi todas las personas, por lo que realizar un sistemas basado en señales de celulares aprovecha el hardware del celular y no hay necesidad de contruir interfaces de radio.
- Las torres de celulares se encuentran dispersas por todo el área cubierta, por lo que funcionaría en situaciones cuando la infraestructura eléctrica de un edificio o casa falle.
- GSM no sufre interferencia de dispositivos cercanos que transmiten en la misma frecuencia.
- Aunque las estaciones de señales de celulares conllevan un gasto significativo y son complejas de realizar y se reconfiguran con poca frecuencia, esto da lugar a un entorno estable que permite al sistema de localización para funcionar durante un largo período antes de que tenga que ser configurado de nuevo.
GSM es un estándar de telefonía celular muy utilizado en el mundo, En América del Norte, GSM opera en una banda de 850 y 1900 MHz bandas de frecuencia. Cada una de estas bandas se subdivide en canales físicos de 200 KHz de ancho basados en el estándar de Accesoo Múltiple por División de Frecuencia (FDMA). Cada uno de estos canales físicos se subdivide en 8 canales lógicos basados en el Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA). Hay 299 que no interfieren canales físicos disponibles en la banda de 1900 MHz, y 124 en la banda de 850 MHz, un total de 423 canales físicos en Norteamérica.
Una estación base GSM está típicamente equipado con una serie de antenas direccionales que definen los sectores de cobertura o células. Cada celda se le asigna un número de canales físicos basado en la carga de tráfico esperado y requisitos del operador. Normalmente, los canales son asignados de una manera que tanto la cobertura aumenta y reduce la interferencia entre células. Así, por ejemplo, dos células vecinas nunca se le asignará el mismo canal. Los canales son reutilizados en células que se encuentran lo suficientemente lejos el uno del otro de modo que la interferencia entre celdas se minimiza mientras se maximiza la reutilización de canal.
El canal de distribución celular es un proceso complejo y costoso que requiere una planificación cuidadosa e implica mediciones de campo y extensas simulaciones por computadora. Por lo cual, una vez que las células y las frecuencias se ha establecido, raramente cambian. Cada célula GSM tiene una especial transmisión de canal de control (BCCH) utilizado para transmitir, entre otras cosas, la identidad de las celdas vecinas a ser monitoreadas por las estaciones móviles. Mientras que GSM emplea un control de potencia de transmisión tanto en la estación base como en el dispositivo móvil, los datos sobre el BCCH se transmite a una potencia constante completa. Esto permite a las estaciones móviles comparar intensidad de señal de las células vecinas de manera significativa y escoger la mejor opción para una futura comunicación. Son estos canales BCCH que se utilizan para la localización.
Hay dos factores que conducen a la buena actuación de las huellas de radio en la banda inalámbrica utilizada por las redes GSM. La primera es que una fuente de radio dada puede ser oído más fuerte o no en todos los pocos metros de distancia. El segundo factor es que la intensidad de la señal es consistentes en el tiempo, la intensidad de la señal de una fuente dada en una localización dada es probable que sea similar mañana al igual que la siguiente semana. Por lo que GSM toma estas huellas para consultarlas después.
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| Establidad de señal en el tiempo de WLAN y GSM |
Para tomar las huellas de radiose utiliza una "fase de entrenamiento" en el que se mueve un dispositivo móvil a través del entorno de grabación de la fuerza de las señales que emanan de un grupo de fuentes de radio. La posición física en la que se realiza la medición es una localización. Una vez la fase de entrenamiento se ha completado, un cliente puede calcular su ubicación mediante la realización de una exploración de radio y alimentarla a un algoritmo de localización, que estima la localización del cliente basada en la similitud de las firmas de intensidad de señal entre la prueba y los puntos de formación.
La técnica más sencilla para la estimar la localización es elegir la ubicación del punto de formación con la mayor distancia euclídea en un espacio de señal. Para una mejor precisión se puede utilizar un promedio de la ubicación de los k vecinos más cercanos en el mapa de radio, donde K es una constante pequeña. También para lograr una mejor precisión se puede usar la media ponderada, de modo que los vecinos más cercanos en el espacio de la señal tienen un mayor peso.
Para realizar la investigación realizaron mediciones en dos edificios (Laboratorio de investigación de Seattle y Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Toronto) y en una casa.
Para tomar las huellas digitales GSM utilizaron un Sony / Ericsson GM28 módem GSM, que funciona como un teléfono celular común GSM, pero las exportaciones de un interfaz más completa programación.
El módem GSM proporciona dos interfaces para acceder a la información de intensidad de señal: de celdas y canales. La interfaz de las celdas informa el ID de celda, fuerza de la señal, y el canal asociado para las células más fuertes. La interfaz de los canales proporciona la intensidad de la señal para un máximo de 35 canales, 13 de los cuales pueden ser especificados por el programador, con hasta 22 canales adicionales recogidos por el propio módem. En la práctica, 6 de los 35 canales corresponde generalmente a las 6 celdas más fuertes. La interfaz de los canales informa intensidad de la señal pero no de los ID de las celdas.
La falta de ID's en las celdas puede provocar un solapamiento. Debido a que los canales son reutilizados en todo el mundo, las huellas digitales tomadas en dos lugares lejanos puede producir huellas digitales similares. Para aliviar el problema de solapamiento, se combinó la información devuelta por las interfaces en una sola huella digital. Se restringió el conjunto de huellas dactilares comparando un punto de prueba a las huellas digitales que tienen al menos un ID de celda en común con el punto de prueba.
Utilizaron cuatro algoritmos de localización dependiendo de la estructura de las huellas digitales: WLAN utiliza lecturas de los puntos de acceso, Onecell hace lectura de la celda más fuerte de GSM, Celda utiliza lecturas de las 6 celdas más fuertes de GSM, Chann usa lecturas de hasta 35 canales de GSM. Todos los algoritmos de localización que utilizaron tomaron como base el algoritmo de los K vecinos más cercanos y se utilizaron distintas cantidades de vecinos más cercanos para comprobar cual daba mejores resultados.
Esta investigación fue uno de los primeros sistemas de localización en interiores basado en GSM, el cual alcanzó una precisión medianamente comparable a una implementación basada en WLAN. LA localización es posible gracias a la utilización de un ancho de intensidad de señal utilizando huellas digitales que incluyen lecturas de hasta 29 canales GSM más las 6 celdas más fuertes.
La falta de un ID de celda representaba la posibilidad de un solapamiento de canales en todo el mundo, pero se pudo eliminar este problema mediante un filtrado huellas digitales basado en los subconjuntos de los IDs utilizando las 6 celdas más fuerte, el cual fue sufienciente par diferenciar entre lugares que se encontraban en los tres edificios de prueba.
Su desempeño compite con una aplicación basada en WiFi y tiene un rango de alcance más amplio que una aplicación basada en bluetooth.
Su configuración es algo pesada pero esta configuración no cambiará durante un largo tiempo. Además de todo esto, GSM al estar presente en todos lados la aplicación se puede extender también a exteriores.
El módem GSM proporciona dos interfaces para acceder a la información de intensidad de señal: de celdas y canales. La interfaz de las celdas informa el ID de celda, fuerza de la señal, y el canal asociado para las células más fuertes. La interfaz de los canales proporciona la intensidad de la señal para un máximo de 35 canales, 13 de los cuales pueden ser especificados por el programador, con hasta 22 canales adicionales recogidos por el propio módem. En la práctica, 6 de los 35 canales corresponde generalmente a las 6 celdas más fuertes. La interfaz de los canales informa intensidad de la señal pero no de los ID de las celdas.
La falta de ID's en las celdas puede provocar un solapamiento. Debido a que los canales son reutilizados en todo el mundo, las huellas digitales tomadas en dos lugares lejanos puede producir huellas digitales similares. Para aliviar el problema de solapamiento, se combinó la información devuelta por las interfaces en una sola huella digital. Se restringió el conjunto de huellas dactilares comparando un punto de prueba a las huellas digitales que tienen al menos un ID de celda en común con el punto de prueba.
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| Mediciones |
Utilizaron cuatro algoritmos de localización dependiendo de la estructura de las huellas digitales: WLAN utiliza lecturas de los puntos de acceso, Onecell hace lectura de la celda más fuerte de GSM, Celda utiliza lecturas de las 6 celdas más fuertes de GSM, Chann usa lecturas de hasta 35 canales de GSM. Todos los algoritmos de localización que utilizaron tomaron como base el algoritmo de los K vecinos más cercanos y se utilizaron distintas cantidades de vecinos más cercanos para comprobar cual daba mejores resultados.
Esta investigación fue uno de los primeros sistemas de localización en interiores basado en GSM, el cual alcanzó una precisión medianamente comparable a una implementación basada en WLAN. LA localización es posible gracias a la utilización de un ancho de intensidad de señal utilizando huellas digitales que incluyen lecturas de hasta 29 canales GSM más las 6 celdas más fuertes.
La falta de un ID de celda representaba la posibilidad de un solapamiento de canales en todo el mundo, pero se pudo eliminar este problema mediante un filtrado huellas digitales basado en los subconjuntos de los IDs utilizando las 6 celdas más fuerte, el cual fue sufienciente par diferenciar entre lugares que se encontraban en los tres edificios de prueba.
Conclusiones
Los beneficios de utilizar una aplicación basada en GSM son amplios como por ejemplo que está presente siempre, en caso de exista una fallo con la electricidad esta aplicación seguiría funcionando, además de que no requiere reconfigurarla continuamente.Su desempeño compite con una aplicación basada en WiFi y tiene un rango de alcance más amplio que una aplicación basada en bluetooth.
Su configuración es algo pesada pero esta configuración no cambiará durante un largo tiempo. Además de todo esto, GSM al estar presente en todos lados la aplicación se puede extender también a exteriores.
Al inicio hay que identificar los autores del trabajo original. 7 pts.
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