VISITAS:

martes, 7 de febrero de 2012

Tecnologías de localización y posicionamiento en móviles

Veamos primero un ejemplo. Hemos desarrollado una aplicación para móvil que utiliza localización por GPS y muestra continuamente la posición actual, por ejemplo en un mapa.
Un usuario descarga e instala la aplicación en su móvil, la activa y se olvida de ella durante 30 minutos. Después de ese tiempo, el usuario se da cuenta de que el teléfono le está avisando que la batería está a punto de acabarse. No es una experiencia agradable...
Una solución rápida a este problema es utilizar el Cell ID como mecanismo de posicionamiento, cambiando puntualmente a GPS si se requiere. Esto permitiría alargar considerablemente la duración de la batería.
Existen varias tecnologías para conseguir la localización:
  • triangulación de celdas
  • satélites (GPS)
  • identificador de celda (Cell ID)
  • Wi-Fi (WPS)
  • Posicionamiento híbrido
El desarrollador de aplicaciones debe decidir qué método o combinación de métodos es el más adecuado para cada aplicación, haciendo un balance entre exactitud de la localización y otros factores como consumo de batería y velocidad de localización.

¿Qué son las tecnologías de localización?
Las tecnologías de localización en los móviles permiten conocer dónde se encuentra el dispositivo en un momento dado (con diferentes grados de exactitud). Estas tecnologías son una combinación de hardware (antenas GPS por ejemplo) y software (cálculo de triangulaciones en función de la señal recibida de distintas antenas GSM). Cada una de estas tecnologías tienen unas ventajas y unos inconvenientes, en términos de exactitud, velocidad de localización y consumo de batería, entre otros.

Triangulación de Celdas
Esta tecnología se basa en los niveles de señal recibidos por el móvil de las torres o celdas cercanas, calculando en función de esto la distancia aproximada a cada una de las torres desde las que se recibe señal.
Por geometría teórica, si se conoce la distancia a tres puntos distintos (de posición conocida), es posible conocer la localización del punto actual. Si se tienen cuatro puntos distintos, la localización mejora. La precisión mejora aún más cuando además de la distancia se conoce la dirección de donde proviene la señal.
En zonas urbanas, donde hay una mayor densidad de torres cercanas, la precisión es de alrededor de 200 metros.
En zonas rurales, donde a veces sólo disponemos de la señal de una torre, la precisión empeora considerablemente, llegando a ser del orden de kilómetros.
El principal problema de esta tecnología, además de la precisión en zonas rurales, es que la legislación en muchos países no obliga a las operadoras a informar del nivel de señal de las torres, con lo cual no se puede calcular la distancia a la torre.
Por este motivo, se utilizan más frecuentemente las demás tecnologías.

Navegación GPS
Esta tecnología es actualmente la más precisa de todas, con valores de 4 metros (como mucho).
Además, esta tecnología es gratuita para el usuario final.
Existen dos variantes de esta tecnología:
  • GPS estándar
  • A-GPS (GPS asistido)
El GPS estándar utiliza 31 satélites que están orbitando alrededor de la Tierra. La localización del dispositivo se determina calculando las diferencias de las señales de tiempo (reloj) provenientes de diferentes satélites.
Los receptores GPS reciben y analizan continuamente la señal recibida de los satélites GPS, calculando la distancia a cada uno de los satélites visibles. La distancia se calcula teniendo en cuenta la velocidad del satélite orbitando y el tiempo que tarda su señal en llegar a la Tierra.
Teniendo en cuenta sólo la señal de un satélite, se puede restringir la posición del dispositivo a un área relativamente grande de la superficie terrestre (círculo). Si añadimos la señal proveniente de un segundo satélite, tenemos otro círculo, y podemos reducir el área efectiva a la intersección de los dos círculos. Con un tercer satélite se puede conseguir una posición bastante precisa. Añadiendo la señal de un cuarto satélite se puede conseguir incluso la información de la altura.
Actualmente, los dispositivos reciben señal de 7 o más satélites continuamente.
Si el receptor no es capaz de recibir la señal de un número mínimo de satélites, entonces no podrá localizar la posición del dispositivo.
La principal ventaja del GPS estándar es su precisión: unos 4 metros, con una visión clara del cielo, hasta 40 metros en lugares con poca visibilidad.
Pero tiene una serie de desventajas muy a tener en cuenta: el consumo de batería es muy alto y necesita un tiempo considerable para conseguir la primera localización (aunque una vez localizado, las siguientes localizaciones son rápidas). También tiene el problema en las zonas urbanas de zonas de poca o nula visibilidad del cielo (por ejemplo en túneles).
El tiempo para fijar la primera localización se denomina Time To First Fix (TTFF) o también llamado "arranque en frío". En receptores como el último SiRF III lleva entre 30 segundos y dos minutos.

El GPS asistido (A-GPS) es una solución que mejora la "fiabilidad" del GPS estándar.
No existe una definición precisa de A-GPS, ya que depende del fabricante del receptor, el operador, e incluso de la legislación en cada país. Pero básicamente, A-GPS intenta resolver el problema del GPS estándar donde no es posible localizar en lugares difíciles (con poca visibilidad del cielo). El objetivo es ayudar al GPS estándar a conseguir una localización más rápida y/o más precisa en entornos complicados (tales como señal débil del GPS o visibilidad de sólo dos satélites).
En un dispositivo con A-GPS el TTFF es mucho más rápido que con GPS estándar.
Las torres de la red móvil tienen un receptor GPS que está continuamente "visualizando" satélites en el cielo. Esta información sobre los satélites visibles en la zona se envía al dispositivo móvil y evita tener que sondear a todos los posibles satélites, centrándose sólo en los que le indica la torre, permitiendo así un arranque o TTFF mucho más rápido (y un ahorro considerable de batería).
La desventaja de A-GPS es que depende de que el operador envíe o no estos datos al dispositivo, y además se incurre en una transferencia de datos, con los posibles costes para el usuario. Además, como se puede intuir de estas explicaciones, para que funcione el A-GPS debemos tener activada la red de datos.

Cell ID
Cell ID es la tecnología que precisa de un menor consumo de energía. Se basa en la información sobre la celda o torre a la cual está conectada el dispositivo móvil. La posición de esta torre es conocida. Además, cada celda en el mundo tiene un identificador único e irrepetible (Cell ID). La ITU asigna a cada operador un rango de identificadores que luego éste asigna individualmente a cada celda.
Evidentemente, la precisión de este método depende del tamaño de la celda a la que estamos conectados, es decir, en zonas urbanas donde hay muchas antenas el tamaño de la celda es pequeño y por tanto, la precisión es mejor. Hay que tener en cuenta que el tamaño de una celda GSM puede llegar a los 18 kilómetros de radio, aunque lo normal es entre 1 y 2 kilómetros.

WPS
El posicionamiento por Wi-Fi (WPS) es relativamente nuevo y novedoso. La principal ventaja de WPS es que funciona en lugares cubiertos, donde el GPS no puede funcionar.
Esta tecnología se basa en que los routers Wi-Fi emiten una señal con su posición. El dispositivo escanea las redes Wi-Fi cercanas (no es necesario conectarse a ellas, y por tanto, no es necesario conocer la password de acceso a estas redes). Entonces calcula la posición del dispositivo utilizando un mecanismo similar a la triangulación por celdas explicado anteriormente. Con la diferencia de que ahora no dependemos de la emisión de los datos de posición de la celda, ya que los routers Wi-Fi emiten estos datos "gratuitamente".
Y ahora la gran pregunta: ¿Cómo sabe un router Wi-Fi su posición? Un router Wi-Fi no tiene receptor GPS y aunque lo tuviera, es difícil que pudiera localizarse por encontrarse habitualmente en lugares cerrados.
La respuesta a esta pregunta no es obvia. La empresa norteamericana Skyhook Wireless desarrolla una base de datos de routers Wi-Fi con el id de cada router y su posición. Pero ¿cómo? ¿Cómo conoce esta empresa la posición de, por ejemplo, el router de mi casa? Pues simplemente recorriendo las ciudades del mundo con vehículos que van escaneando las redes Wi-Fi y anotando la posición y el id del router. De esta forma van construyendo una base de datos con todos los routers (actualmente con más de 100 millones de routers).
A partir de estos datos, el dispositivo sólo tiene que escanear las redes Wi-Fi cercanas y a partir de los id de los routers buscar la posición de los mismos en la base de datos de Skyhook y triangular.

Posicionamiento Híbrido
El posicionamiento híbrido es una tecnología que combina todas o alguna de las tecnologías descritas anteriormente para localizar el dispositivo intentando una buena precisión, bajo consumo de batería y bajo TTFF. Este mecanismo se utiliza habitualmente en los dispositivos Android e iPhone.












No hay comentarios:

Publicar un comentario