domingo, 14 de abril de 2013

Lab Obed - Resumen: ¿Son los teléfonos GSM la solución para la localización?

Are GSM phones the solution for localization?.
por Alex Varshavsky, Mike Y. Chen, Eyal de Lara, Jon Froehlich, Dirk Haehnel,
Jeffrey Hightower, Anthony LaMarca, Fred Potter, Timothy Sohn, Karen Tang and Ian Smith.


En este artículo, sostiene que la solución de localización basada en la tecnología de telefonía celular, específicamente los teléfonos GSM, es una opción suficiente y atractivo en términos de cobertura y precisión para una amplia gama de interiores, exteriores. Se presentan, los resultados que indican que los sistemas de localización basados ​​en GSM tienen el potencial de detectar los lugares que la gente visita en su vida cotidiana, y puede conseguir la localización mediana con
una precisión de 5 y 75 metros para entornos interiores y exteriores, respectivamente.



Introducción.
El desarrollo de aplicaciones de localización y sistemas, especialmente en los ámbitos de atención social y de salud móviles, ha impulsado la necesidad de tecnologías de localización más precisos y penetrantes. En la localización de las aplicaciones, se pueden clasificar en tres tipos en función de sus necesidades: localización en interiores, localización al aire libre y detección de lugar
En este trabajo se demuestra que la localización GSM logra una precisión que son apropiados para muchas aplicaciones. En entornos de interior, es posible llevar a cabo la localización a nivel habitación con GSM y alcanzar precisiones de localización mediana de 2 a 5 metros. También les informamos nuestro preliminar resultados de área amplia al aire libre localización GSM, el logro de hasta 75m error mediana. Finalmente, se muestra cómo el tener sólo huellas GSM reportados por un teléfono celular permite detectar los lugares que visita la gente.

Porque GSM?.
La tecnología de localización más comúnmente disponibles en la actualidad es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS). Un estudio reciente mostró que la cobertura de GPS está disponible sólo el 4,5% del tiempo de un dispositivo llevados en los bolsillos de los usuarios o en el bolso durante un día normal, aunque estas cifras son sin duda el peor de los casos.

Ultrasonido de infrarrojos, Bluetooth y el trabajo de localización de sistemas bien en interiores, pero el despliegue de estas tecnologías a la zona ancha es bien un costo no posible, de ejemplo, debido a la interferencia de infrarrojos del sol.
El proyecto RADAR fue pionero en la ubicacion de WiFi, logrando 2-3 metros de precisión mediana e inspirando numerosos esfuerzos de seguimiento. Place Lab's introdujo un amplia zona de ubicación WiFi, mostrando una precisión promedio que oscilan entre 15 y 60 metros y una alta cobertura. 

Ahora hay dispositivos que llevamos la mayor parte del tiempo que tiene conectividad de red continua: los teléfonos móviles. Los teléfonos móviles tienen un bajo poder de consumo, conectividad ubicua, la interfaz establecido con metáforas, la adopción de ancho, y, lo más importante para este trabajo, pueden ofrecer cubiertas capacidades de detección al aire libre y lugar. 

GSM.
Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) es la estándar de telefonía celular más extendida en el mundo, con implementaciones en más de 210 países, con más de 676 operadores de red.

Una estación base GSM está típicamente equipado con una serie de antenas direccionales que definen los sectores de cobertura o células. Típicamente, los canales se asignan en un manera para que tanto la cobertura aumente y se reduzca la interferencia entre las células. Así, por ejemplo, dos células vecinas nunca se le asignará el mismo canal.

Cada célula GSM tiene un canal de programas de control especial (BCCH) utilizado para transmitir, entre otras cosas, la identidad de las celdas vecinas a ser monitoreadas por las estaciones móviles para propósitos de traspaso. Mientras que GSM emplea transmisión control de potencia tanto en la estación base y el dispositivo móvil, los datos sobre el BCCH se transmite a una potencia total y  constante. Esto permite a las estaciones móviles para comparar la señal resistencia de las células vecinas de manera significativa y escoger la mejor opción para la comunicación adicional. 

Se recogieron huellas GSM utilizando un Sony Ericsson GM28 Módem GSM y un teléfono Audiovox SMT 5600.




La localización en interiores y al aire libre.
GSM y WIFI son comparables y suficientes para el mismo tipo de aplicaciones con capacidad de localización. Dos enfoques de la localización GSM y WiFi son las huellas digitales y centro de gravedad, los cuales requieren un formación fase en la que se le asignen con marca de GPS, WiFi o GSM siguiendo el algoritmo que construye un modelo de un entorno, que luego se usa para predecir la ubicación del dispositivo.
 

Dadas las trazas de entrenamiento, el algoritmo de centroide aprende las posiciones de las radiobalizas en el ambiente (es decir, WiFi AP's o torres celulares GSM) mediante la colocación de la baliza de radio en un lugar donde la intensidad de la señal de baliza es más fuerte que era observado. Por desgracia, las paredes, puertas y otros obstáculos atenuan las señales de radio de una manera impredecible, por lo que el algoritmo de centroide es inexacta en ambientes interiores. Por lo tanto, se presentan los resultados centroides sólo para los experimentos al aire libre.

En la fase de prueba la huella dactilar coincide con cada medición con el conjunto de pruebas a una o más mediciones observadas durante la fase de entrenamiento. La ponderación por la fuerza de la señal de las mejores mediciones coincidentes, da mejores resultados. El error de localización, o la distancia entre la posición real y la hipotesis, de azar depende del tamaño del área cubierta por el conjunto de entrenamiento.



Localización en interiores.
El primer sistema GSM para localización exacta en interiores alcanza una precisión media que va desde 2.48m hasta 5.44m en los grandes edificios de varios pisos.


Coordinar la precisión de nivel. 

Para probar el sistema, se recogieron las mediciones de GSM en las Plantas 5 y 6 del edificio Intel Research Lab Seattle, las plantas 5 y 7 de Bahen Center (sede del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de
Toronto) y en el sótano, primera y segunda plantas de un privado casa ubicada en un área suburbana de Seattle, las mediciones que se recogieron fueron de aproximadamente 1,5 metros. Se pusó a prueba la precisión con la que los sistemas GSM y Wi-Fi de localización basado sobre huellas digitales son capaces de diferenciar plantas de los edificios y para localizar dispositivos móviles dentro de la planas. El sistema GSM eficazmente diferencia plantas, tanto en madera y acero reforzado con estructuras de hormigón, consiguiendo clasificaciones piso correcto entre 89% y 97% del tiempo.


Sala de precisión de nivel.
Para poner a prueba el nivel de precisión de localización en habitación, lo primero que se recogió fue un rastro de formación, caminando por ahí con un Audiovox 5600 teléfono celular SMT en 8 habitaciones en la planta 6 de Intel Research Seattle edificio. Una hora más tarde, se reunio una huella adicional similar usando el mismo teléfono. A continuación de acuerdo con las mediciones tomadas dentro de un hora y vio precisión del 70% (87 de 126). Un examen mas detallado reveló que en la mayoría de clasificaciones incorrectas la habitación estaba prevista más cercana.
Aunque se van realizar pruebas más elaboradas en el futuro, estos resultados sugieren que la localización nivel de la sala mediante rastreos teléfonos GSM es factible y GSM podría apoyar aplicaciones como navegación en la capacidad y la coordinación inbuilding entre pares.


Localización al aire libre.


Aqui se presentan los resultados preliminares de localización GSM al aire libre. Se recogieron restos de un permiso de conducción de vehículos en dos barrios de la zona metropolitana de Seattle: (a) Belltown, una mezcla de comercial y residencial urbano rascacielos y (b) Redmond, un barrio de media densidad residencial. Se recogieron GPS-estampadas huellas GSM utilizando una computadora portátil conectada a un dispositivo de GPS y el módem Sony Ericsson GSM.
La mediana y los resultados de exactitud del 95% para la toma de huellas dactilares centroide, y algoritmos aleatorios se resumen en la Figura 5. Como era de esperar, las huellas digitales alcanza la máxima precisión, con un error promedio por debajo de 75 m en ambas áreas analizadas.


Lugar de Detección.
Se a logrado detectar eficazmente los lugares a visitar en la vida cotidiana de una persona. Se a desarrollado un algoritmo que, dada una secuencia de lecturas GSM, envía los momentos en que una persona estaba en un "lugar". En este sentido, se considera que un lugar a de ser un intervalo de tiempo durante el cual el algoritmo predice que el usuario estaba parado durante más de 3 minutos.
El algoritmo de detección de lugar
Estos resultados son comparables a lo que se ha demostrado previamente para WiFiaplica un principio muy simple: cuando alguien está en un lugar de la corriente de las lecturas de sus capturas GSM en ese momento, se mide la estabilidad mediante el seguimiento de la distancia euclídea en el espacio entre la intensidad de las lecturas consecutivas de la señal GSM estan "estable.". Cuanto menor sea la distancia de la señal entre dos lecturas, más similares son estas lecturas. Cuando el teléfono está parado, la distancia entre mediciones consecutivas de GSM tiende a ser pequeña, mientras que cuando el teléfono celular se está llevando a su alrededor, la distancia euclídea entre mediciones consecutivas de GSM oscilará ampliamente. 

Conclusión.
En este trabajo se argumenta que para las nuevas aplicaciones de localizacion, basado en el cliente de localización GSM puede proporcionar una solución adecuada, tanto en términos de cobertura y precisión. Para disipar la idea de que los sistemas de localización utilizando los teléfonos GSM son inherentemente menos precisos que los sistemas construidos para dispositivos WiFi, se presentan los resultados preliminares que muestran que el uso de GSM es factible alcanzar 2-5 metros mediana de error a nivel de localización interior (casas), 70-200 metros error mediana al aire libre, y para detectar los lugares a los que la gente va.

En este artículo, se discuten soluciones de localización basadas en red celular GSM. Sin embargo, se cree que la localización en telefonos basados en redes celulares no es específico de GSM. De hecho, cualquier tecnologia celular que transmite balizas estables de las torres de celulares (por ejemplo, de la necesidad de los  propósitos de la mano) hará que la localización de los teléfonos sea posible.

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