Мобильное позиционирование

Способов применения систем позиционирования - великое множество, и не перечислишь, но основные варианты сразу же приходят на ум - помощь в экстренных случаях, навигация, различные информационные службы.

В четвертом номере «Компьютерры» за этот год была опубликована статья Сергея Леонова «Сусанин-онлайн», в которой автор делился с читателями опытом использования различных сервисов из пакета услуг «Блиц-GSM» компании «БиЛайн». Большая часть материала посвящена тестированию услуги «Адрес», основанной на использовании технологий мобильного позиционирования, то есть предназначенных для определения координат абонента с помощью сотовой сети. Несомненно, читателю будет интересно узнать об этих технологиях подробнее.

Способов применения систем позиционирования - великое множество, и не перечислишь, но основные варианты сразу же приходят на ум - помощь в экстренных случаях, навигация, различные информационные службы. Операторов сотовой связи наверняка заинтересует расширение возможностей биллинговой системы, планирование распределения ресурсов и, как следствие, повышение качества предоставляемых услуг. Да мало ли где может пригодиться определение координат абонента - рынок сервисов, основанных на позиционировании, поистине безграничен.

Радует, что технологии позиционирования не останутся замкнутыми на операторе - некоторые компании уже распространяют SDK для работы с системами мобильного позиционирования (СМП), предназначенные для независимых разработчиков. Комбинируя возможности WAP и СМП, можно обеспечить мобильным подписчикам высочайший уровень сервиса и предоставить новые услуги. По разным оценкам, рынок служб, основанных на применении технологий мобильного позиционирования, к 2004 году может достичь объема 20-40 млрд. долларов. Несомненно, внедрение СМП даст новый толчок развитию всех видов мобильного бизнеса.

Так какие же системы мобильного позиционирования существуют? Сразу замечу, что наш рассказ пойдет только о тех технологиях, которые имеют шанс на дальнейшее существование или уже внедрены. Согласно принятой классификации, СМП делятся на два основных типа: системы, для функционирования которых необходима доработка или замена абонентских устройств, и системы, работающие с обычными мобильными терминалами. В первом случае потребуется либо новая SIM-карта, либо новый аппарат (а возможно, и то и другое). Самые перспективные варианты таких систем - Assisted GPS и E-OTD. В Assisted GPS задача определения координат мобильной станции (МС) возлагается на спутниковую систему GPS, а сотовая сеть играет роль помощника: предоставляет дополнительную информацию и выполняет различные вычисления, что позволяет повысить точность (декларируется от 15 до 50 метров) даже при неблагоприятных условиях. Для работы с системой ваш мобильный телефон должен быть не только клиентом сотовой сети, но еще и GPS-клиентом. Таким образом, по разным оценкам, стоимость мобильного терминала увеличится как минимум на 40%. Говорить о внедрении подобной системы пока преждевременно (по крайней мере, в России). Кроме сравнительно высокой стоимости ее развертывания необходимо отметить несоответствие GPS-терминалов требованиям массового потребителя: проблемы с эргономичностью, сложность.

Вторая система подобного типа - E-OTD (Enhanced Observed Time Difference - расширенная система измерения времени). Метод основан на измерении времени прохождения сигнала от базовой станции (БС) до двух точек, первая из которых - сам мобильный аппарат, а вторая - специальная станция измерения (LMU - Location Measurement Unit), координаты которой известны. Абонентский аппарат и станция измерения синхронизируются (вычисляется смещение во времени), параллельно определяются координаты МС. Для правильного решения задачи необходимо задействовать как минимум три БС (см. врезку). 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 подойти набор инструментов SIM). В E-OTD и A-GPS пользователь контролирует процесс определения своих координат и при желании может отключить эту функцию. Стоимость внедрения E-OTD для оператора можно оценить как среднюю, клиенту же иногда достаточно просто поменять SIM-карту. Все вышеперечисленные аспекты делают E-OTD самой привлекательной системой мобильного позиционирования для операторов GSM-сетей в данный момент. Кроме того, E-OTD выбрана как «родная» система определения координат абонента в сетях третьего поколения.

Среди систем, не требующих доработки абонентских устройств, выделяются Cell Of Origin (Cell ID, CGI - Cell Global Identity), основанные на идентификации по активной соте (именно так и работает сервис «Адрес»), и UL-TOA (UpLink Time Of Arrival, или Time Difference Of Arrival). В первом случае местоположение абонента определяется по соте, размер которой варьируется от 150 метров в городских зонах до 35 километров в сельской местности. Конечно, такая точность слишком мала. Плюсом является то, что внедрение подобных механизмов требует минимальных затрат. Для повышения точности определения координат используют дополнительные данные. Изначально можно узнать расстояние до активной БС по параметру TA (Timing Advance) с точностью 550 метров, и в итоге средняя погрешность составляет около 200 метров (см. врезку).

UL-TOA - метод, основанный на измерении времени прибытия сигнала от мобильной станции до нескольких базовых. Измеряя разницу во времени поступления сигнала на каждую из БС, можно определить координаты мобильного терминала (см. врезку). Для работы системы необходимо синхронизировать время всех БС с помощью атомных часов или GPS (замечу, что в сетях CDMA синхронизация заложена изначально). Внедрение UL-TOA требует значительных доработок оборудования сети, и стоимость внедрения оценивается как очень высокая. К тому же мало кому понравится, что за ним следят - контролировать работу системы с мобильного аппарата невозможно.

В системе работают мобильная и три базовые станции. Координаты БС известны. На каждой БС стоит специальное оборудование, измеряющее время получения сигнала от мобильной станции, часы на всех БС синхронизированы. Как только все три БС получают сигнал от мобильной станции (это может быть любое «телодвижение» МС - попытка позвонить или запрос на доступ к БС), данные о времени получения сигнала всеми БС поступают в центр измерений, где и рассчитываются координаты абонента. Для их вычисления необходимо решить систему:

R₁=v*t

R₂=v(t+t₁)

R₃=v(t+t₂),

где R_x - расстояние от БС до мобильной станции; t - время прохождения сигнала до «первой» БС; t₁ и t₂ - разница во времени поступления сигнала на первую БС и на остальные БС; v - скорость распространения радиоволн. Снова три неизвестные величины (R_x выражается через x, y): t, x, y. Иногда для повышения точности задействуют четыре БС, а не три.

Одиночная сота, радиус от 150 метров (пикосота) до 35 километров. Сота-сектор, сота в сочетании с Timing Advance, сота-сектор в сочетании с Timing Advance.

В системе работают: мобильная станция, три базовые и станция измерения. Координаты станции измерения и БС известны. Часы мобильной станции и станции измерения не синхронизированы - на каждых свое время. Первая БС посылает импульс на мобильную станцию и на станцию измерения. На телефоне абонента и на станции измерения отмечается время прибытия сигнала; значение времени, отмеченное на телефоне, отправляется на станцию измерения (возможен вариант, когда расчеты ведутся на самом мобильном терминале). Эта операция совершается минимум три раза c участием разных БС. Конечно, все нужно проделывать быстро, чтобы абонент не успел переместиться на значительное расстояние. После того, как данные о времени поступления сигналов собраны, можно начинать расчеты. Для вычисления координат абонента необходимо решить простую систему уравнений:

R₁-r₁=v(T₁-t₁+dt)

R₂-r₂=v(T₂-t₂+dt)

R₃-r₃=v(T₃-t₃+dt),

где R_x - расстояние от БС до мобильной станции, r_x - расстояние от БС до станции измерения, T_x - время поступления сигнала на МС, t_x - время поступления сигнала на станцию измерения, v - скорость распространения радиоволн, dt - смещение во времени между МС и станцией измерения. Как мы видим, в системе три неизвестные величины (R_x можно выразить через x, y) - координаты МС (х, y) и dt, так что вычисление координат становится тривиальной задачей.