Características da Qualidade de Serviço

Um importante parâmetro para se aferir como uma tecnologia de posicionamento para ambientes externos trabalha é sua Qualidade de Serviço (Quality of Service – QoS). Esse é um tópico que também é relacionado para os ambientes internos, porém o foco desse trabalho está voltado para as tecnologias de posicionamento associadas aos ambientes externos. Trata-se de um meio de avaliar o quanto o emprego da tecnologia é eficaz. É possível quantificar valores estatísticos de operação do sistema. Alguns fatores da qualidade de serviço de uma tecnologia de posicionamento são: (i.) precisão; (ii.) latência; (iii.) taxa de sucesso; e (iv.) disponibilidade.

i. Precisão

Um dos fatores cruciais dos sistemas de localização é a precisão. Essa característica reflete o grau de proximidade que esses sistemas informam a posição do dispositivo rastreado em relação à localização real do mesmo. Essa precisão está ligada diretamente às características da tecnologia de posicionamento incorporada a esses sistemas, no que se refere ao ambiente de aplicação.

A Figura 4-12 apresenta um gráfico comparativo entre tecnologias de posicionamento, em termos da precisão e do ambiente de uso. De acordo com a figura, a melhor precisão pode ser obtida com a tecnologia A-GPS, em áreas mais abertas (ambientes menos urbanos). Além disso, com E-OTD e TOA podem ser obtidos valores aproximadamente uniformes, em torno de 100 metros, nos mais variados ambientes.

Figura 4-12: Precisão versus Ambiente de Uso das tecnologias de posicionamento (traduzido de [38])

Como pode ser esperado, devido à alta dependência de muitas variáveis, mais particularmente das condições ambientais e da infra-estrutura da rede, a característica de cada tecnologia pode ser bastante variável. Na figura, pode-se observar que não se tem apenas um simples valor para cada tipo de tecnologia, mas uma faixa de valores que podem ser conseguidos, o que justifica a ilustração de uma “forma” irregular desenhada no plano do gráfico [38].

Para conseguir atender aos vários ambientes com boa precisão nas informações de localização, muitos sistemas procuram utilizar aquelas tecnologias de posicionamento que proporcionem resultados mais abrangentes (por exemplo, TOA ou E-OTD, que apresentam resultados uniformes). Outra alternativa empregada é a utilização de soluções híbridas, isto é, combinar mais de uma tecnologia para tirar proveito das suas melhores características. Essa solução busca fornecer resultados mais precisos e também uniformes, nos mais variados ambientes de aplicação.

ii. Latência

Todos os métodos de precisão na informação da posição de dispositivos móveis são baseados na coleta de sinais de rádio de vários tipos e de diferentes fontes (por exemplo, de muitas estações rádio-base ou vários satélites). Esses sinais são processados e os resultados são comparados para

Precisão Cell-ID Internos Área Rural Área Urbana Ambiente de Utilização

determinar as diferenças de tempo de chegada no dispositivo (para soluções baseadas em dispositivo) ou nos componentes da rede (para soluções baseadas em rede). Assim, a latência corresponde ao tempo de resposta que o sistema é capaz de utilizar para processar a informação desejada.

O passo inicial do processamento consiste em amostrar uma porção do sinal analógico – por exemplo, a cada 100 milisegundos – e convertê-la no formato digital para a subseqüente comparação com os demais sinais. Dos princípios básicos da física e da estatística, quanto maior for a amostragem, mais precisa é a estimativa da posição final. Para conseguir a leitura mais precisa possível, a tecnologia de posicionamento indica uma determinada quantidade de amostras necessárias. Essa estratégia aumenta o tempo requerido para o cálculo da posição. Esse tempo também é conhecido como tempo de integração e está diretamente associado à latência do sistema em disponibilizar a localização do dispositivo.

Se os sinais que estão sendo amostrados são bloqueados por algum motivo, seja por edificações, tempo nublado (para os sistemas com satélites) ou por outros obstáculos, maiores tempos de integração serão necessários para alcançar o nível de precisão desejado.

Assim, a precisão e a latência de localização de dispositivos móveis são inversamente proporcionais.

iii. Taxa de Sucesso

Também chamada de Yield, essa característica pode ser definida como a razão, ou a percentagem, entre os sucessos de localização e as tentativas executadas. Em projetos de sistemas de localização de emergência, por exemplo, devem ser consideradas as falhas de um sistema para prover a posição do dispositivo. Obviamente, para esse tipo de aplicação, a falha, que pode ocasionar perda de vidas, deve ser anulada, isto é, o Yield deve ser o maior possível.

Excetuando falhas do sistema devido à panes de seus componentes (geralmente anuladas por redundâncias no sistema), a causa mais comum de falha de localização é o fenômeno de bloqueio do sinal do dispositivo. Alguns sistemas de localização são mais sensíveis a esses tipos de falhas que outros. Por exemplo, o mais bem conhecido e extremamente preciso sistema GPS, que já é empregado

há muitos anos, é afetado bruscamente em ambientes urbanos (devido ao bloqueio por edificações, dos sinais dos quatro satélites necessários para o dispositivo identificar sua localização) e tem seu funcionamento totalmente anulado em ambientes internos.

Para determinadas aplicações de localização, o Yield pode limitar o uso de sistemas que sofrem com fenômenos de bloqueio. Isso se deve porque a grande concentração de dispositivos móveis se encontra nos centros urbanos. Testes de campo demonstraram que dispositivos que suportam a tecnologia A-GPS podem falhar na informação da localização em 20% das tentativas [42].

iv. Disponibilidade

Essa característica poderia se incluir no subconjunto “taxa de sucesso”, mas sua definição aborda, especificamente, a questão: “A tecnologia empregada é capaz de localizar todos os tipos de telefones móveis?” Essa é a principal consideração no emprego de sistemas de localização baseados em dispositivos, tal como o A-GPS.

Sistemas baseados em dispositivos não podem, por exemplo, prover funcionalidades de localização de dispositivos móveis em situações de emergência para todos os dispositivos de sua rede. Apenas aqueles usuários que possuem aparelhos que suportam esta tecnologia serão atendidos. Isto é, os aparelhos possuem o conjunto hardware/software necessário para possibilitar a localização. O crescente avanço tecnológico dos dispositivos, nos dias atuais, resulta em um aumento em seus valores para o consumidor. Isso significa que dispositivos dotados de recursos especiais de hardware e software também possuem um alto preço. Com o tempo, a tendência é que esse custo diminua, entretanto essa regressão costuma ser lenta, de modo a atrasar o emprego universal do sistema em alguns anos.

Os sistemas de localização baseados em rede não requerem modificações nos equipamentos móveis, independentes de fabricante, modelo ou tipo. Isso significa que a base de clientes das operadoras é totalmente atendida por esses serviços, de modo a possibilitar um acesso universal à tecnologia.

Outros fatores de qualidade de serviço que também devem ser mencionados, referentes aos sistemas de localização, são: a flexibilidade; a versatilidade; e a cobertura.

• flexibilidade – uma plataforma de LBS é flexível se suportar mudanças sem alterar suas

características de funcionamento, operando da mesma maneira. Alterações nas características da rede, como troca da freqüência de transmissão ou tecnologia de acesso à rede, assim como a ampliação da mesma e o aumento do número de clientes da operadora, não devem influir na operação da plataforma de LBS;

• versatilidade – os serviços baseados em localização têm como principal característica a

precisão de suas respostas. Uma plataforma de LBS é versátil se for possível agregar a seu funcionamento, as melhores características de várias tecnologias de posicionamento, de modo a melhorar sua performance. Isso é conhecido como operação em modo híbrido; e

• cobertura – uma tecnologia de posicionamento deve responder às solicitações de localização

de forma satisfatória e consistente em todos os ambientes, internos e externos. Se essa tecnologia atender às solicitações em um determinado ambiente, é dito que ela possui cobertura para àquele ambiente;

Além dessas características da qualidade de serviço, existem alguns fatores que são determinados pela física, isto é, fatores que levam em consideração as condições físicas e/ou geométricas do cenário. Esses fatores, também conhecidos como diretivas de performance, ditam o comportamento e a capacidade dos sistemas de localização, são eles:

• relação sinal-ruído – esse parâmetro é uma medida da quantidade de interferência presente no

meio. Quanto maior for essa relação, maior será a precisão que o sistema pode conseguir; • largura de banda – trata-se da quantidade de informação que pode ser transmitida em um

determinado meio de comunicação durante uma unidade de tempo. Uma maior largura de banda do sinal proporciona uma melhor precisão, pois permite a captura de uma parcela maior da energia do sinal;

• super-resolução – trata-se da combinação de pequenas porções de sinal para recompor o sinal

sinal se torna mais pobre e distorcido depois de desviar em construções e outros obstáculos, atingindo o receptor com fases e/ou amplitudes distintas. Vários processos matemáticos, conhecidos como super-resolução, podem ser empregados para atenuar os efeitos desse fenômeno e recompor o sinal a partir das parcelas recebidas;

• geometria transmissor-receptor – é uma avaliação da geometria em que a situação se encontra.

Também referida como Diluição Geométrica da Precisão, a distribuição das antenas ao redor do dispositivo móvel irá afetar a precisão medida. Uma distribuição mais uniforme aumenta a precisão; e

• número de medidas – baseado em simples princípios estatísticos, mais antenas, ou cópias do

sinal original, irão melhorar a precisão calculada.

O desenvolvimento do simulador não empregou diretamente as tecnologias apresentadas nesse capítulo. Porém, seu estudo é importante para compreender o funcionamento da plataforma de LBS à qual este simulador está instanciado.

Das qualidades de serviço apresentadas, duas delas enquadram-se diretamente ao simulador: a precisão e a latência. As demais estão mais relacionadas com a rede da operadora, não sendo objeto deste trabalho.

A referida plataforma de localização apresenta uma solução híbrida, podendo empregar mais de uma tecnologia. Assim, o comportamento do simulador deverá estar relacionado com uma delas, no que diz respeito à precisão em que a informação de localização é disponibilizada. A precisão estará simulando qual tecnologia estaria sendo utilizada pela plataforma para informar a localização do dispositivo. Já a latência estaria associada com o esforço matemático e computacional envolvidos nos processos de obtenção e disponibilização dessa informação.

Tudo isso será detalhado nos dois próximos capítulos, juntamente com a definição e a implementação do projeto propriamente dito.