Serviços Móveis Baseados em Localização
Este tutorial apresenta uma visão geral sobre Serviços Móveis Baseados em Localização, discorrendo sobre os diversos métodos de localização existentes, seus reflexos na rede e terminais, suas vantagens e desvantagens, bem como exemplos de alguns serviços que podem ser oferecidos.
Eduardo Nascimento Lima
Consultor de Estratégias Tecnológicas da área de Comunicações Móveis da Siemens para a região Mersocul. Graduado em Engenharia Eletrônica pela Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ), em 1989, e pós-graduado em Administração de Empresas na Fundação Getúlio Vargas (FGV/EAESP), em 2003.
Atua há mais de 10 anos na área de telecomunicações, tendo exercido atividades na Splice do Brasil e Standard Eletrônica/Alcatel ligadas à implantação de projetos Turn Key para a ampliação da planta telefônica em várias operadoras do Sistema Telebrás, sistemas WLL, sistemas XDSL e centrais de comutação pública digitais entre outros.
Representa a Siemens na Comissão Brasileira de Comunicações 8 da Anatel e na Comissão Interamericana de Telecomunicações (CITEL) em assuntos referentes a comunicações móveis terrestres.
Categoria: Telefonia Celular
Nível: Introdutório Enfoque: Técnico
Métodos de Localização: Identificação da Célula
Na incessante busca por novos serviços que possam agregar valor ao dia a dia das pessoas e aumentar a receita das operadoras móveis, a mais recente aposta são os serviços baseados em localização (LBS-Location Based Services ). Através de uma série de desenvolvimentos tecnológicos, uma rede móvel pode localizar um terminal celular e por extensão o próprio usuário. Abre-se, a partir daí, o horizonte para a oferta de novos serviços, muitos dos quais estarão agregando melhorias aos atuais serviços e outros serão totalmente novos.
Métodos de Localização
Quanto maior for a precisão do método de localização, maior será o valor agregado ao serviço oferecido e, conseqüentemente, maior o valor percebido pelo cliente e sua disposição de utilizá-lo e pagar por ele. Podemos dividir os métodos de localização em três grupos básicos: Cell Id (Cell Identification), TOA (Time of Arrival) e GPS (Global Positioning System) que descreveremos a seguir.
Cell Id (Identificação da Célula)
O método mais simples de localização e também o de menor precisão é o Cell Id , através do qual se identifica a célula onde o usuário se encontra. Esta informação é inerente a qualquer sistema móvel uma vez que a rede sempre possui a informação da célula em que o terminal móvel está alocado, para poder fazer o encaminhamento de chamadas.
Sua precisão está associada ao tamanho da célula, podendo variar de cerca de 500m a mais de 10 Km de raio, dependendo do ambiente coberto (rural, suburbano e urbano).
Algumas melhorias podem ser obtidas com a implementação de algumas técnicas representadas na figura a seguir.
A int rodução da setorização das células, usualmente com 120º, delimita a área (o setor) onde o terminal móvel (usuário) pode ser encontrado.
O GSM possui o método de "Timing Advance", através do qual é medido o tempo de percurso de um sinal entre a BTS/terminal móvel/BTS (Base Transmission Station). Esse parâmetro, originalmente utilizado para sincronização durante o envio de " bursts " de dados, pode ser utilizado para se calcular a distância aproximada que um terminal móvel se encontra da BTS. Dessa forma, ganha-se mais um nível de precisão na localização ao se reduzir a área (a faixa) onde o terminal pode ser encontrado.
Outro recurso que pode ser desenvolvido é o E-CGI (Enhanced - Cell Global Identity). Em todos os sistemas móveis os terminais celulares realizam medições na int erface aérea, que visam o controle automático de potência e, através da troca dessa informação com a rede, permitem que a rede decida sobre a realização de " hand-over " (mudança de célula).
Para melhor entender este recurso, há que se considerar como se dá a propagação de sinais de rádio. Com esse int uito, é apresentado um diagrama de radiação genérico de uma antena utilizada em sistemas móveis. Nota-se a existência de um lóbulo principal e de lóbulos secundários.
Considerando-se agora, o diagrama de radiação estilizado na fig. abaixo, podemos inferir que para uma dada potência de sinal (recepção) medida no celular, pode ser associado um ganho da antena, que indica o ângulo do móvel em relação ao eixo central da antena.
Dessa forma, à informação anterior de distância da BTS (obtida com o time advance), acrescenta-se então o ângulo, restringindo-se a probabilidade de localização do móvel. Como o ângulo fornecido em um diagrama de radiação ("Carta de Smith") é aproximadamente simétrico, pode-se verificar, com o auxílio da figura, que na realidade o móvel pode estar em dois pontos dist int os e simétricos (Y 1 /Y 2) em relação ao eixo central, exceto quando o móvel encontra-se no próprio lóbulo principal (Z - ângulo 0º).
A única forma de se solucionar o problema de duplicidade de informação exposto acima (dois pontos dist int os e simetricamente opostos), seria que as medições fossem realizadas por mais de uma BTS, para que, através da int ersecção das informações, se chegasse a um único ponto.
De maneira geral, pode-se afirmar que todas as soluções baseadas em Cell Id são extremamente dependentes da densidade de células, configuração de rede e ambiente.
Métodos de Localização: Tempo de Chegada
Os métodos de localização baseados no tempo de chegada TOA (Time of Arrival) são baseados no cálculo do tempo de propagação do sinal pela rede móvel. Destacamos dois métodos principais:
TDOA (Time Difference of Arrival)
Este método baseia-se no tempo de propagação do sinal rádio transmitido pelo celular até equipamentos chamados de LMU's (Location Measurement Units) usualmente instalados junto às BTS's.
Quando o usuário solicita um serviço LBS, a rede "força" o terminal a fazer um pedido de handover. O tempo que esse sinal leva até as LMU's é processado pela SMLU (Serving Mobile Location Center), sendo encontrada a posição do terminal.
A vantagem do TDOA é suportar a base de terminais existentes, porém as LMU's são caras e é necessário uma por BTS. A performance do sistema depende da carga de tráfego na rede.
E-OTD (Enhanced Observed Time Difference)
O E-OTD também se baseia no cálculo do tempo de propagação do sinal rádio. Neste método, porém, o terminal móvel calcula o tempo de propagação do sinal transmitido por pelo menos 3 BTS's localizadas em células vizinhas até o próprio terminal, requerendo uma funcionalidade extra nos terminais.
A LMU, localizada em ponto fixo conhecido, mede o tempo de propagação destes sinais, enviados pelas BTS's, até ela própria. Com as informações enviadas pelos terminais e pela LMU, a SMLU calcula a posição do móvel. O número de SMLU's depende da quantidade de LMU's existente na rede.
Este método apresenta boa precisão em áreas com grande concentração (densidade) de BTS's, inclusive indoor , utilizando uma LMU para até cinco BTS's, tendo carga de processamento bem menor que o método anterior, uma vez que boa parte dos cálculos é realizada pelos terminais.
Em compensação, necessita de adaptações nos terminais e apresenta baixa precisão em áreas com poucas BTS's. A adoção de algoritmos mais avançados nos terminais, simulando a funcionalidade das LMU's, permitirá reduzir, se não eliminar totalmente, as LMU's na rede.
Métodos de Localização: GPS
Apesar do GPS, também se basear no cálculo do tempo de propagação do sinal rádio transmitido, preferimos tratá-lo a parte, por envolver um sistema satelital, independente da rede móvel da operadora. Apresentaremos o GPS convencional e o assistido.
GPS convencional (Global Positioning System)
Num sistema de localização convencional baseado em GPS, tem-se um receptor GPS int egrado no terminal móvel, que recebe os sinais provenientes da constelação de satélites do sistema GPS e, baseado nos tempos de propagação dos sinais transmitidos por um mínimo de três satélites, calcula a posição do terminal.
Apesar da excelente precisão em ambientes outdoor (externos), principalmente rurais e suburbanos, onde não há obstáculos (prédios), este método não oferece cobertura indoor , não sendo portanto adequado à utilização em grandes centros urbanos.
Além disso, sua operação fica muito prejudicada quando o céu está parcialmente encoberto; oferece grande consumo de bateria, reduzindo o tempo de utilização do celular e apresenta excessivo tempo de espera no instante inicial de ativação da função de localização, necessário à varredura dos sinais transmitidos por um satélite.
A-GPS (Assisted GPS)
No A-GPS, as informações transmitidas pelos satélites e decodificadas pelo receptor GPS, são transmitidas ao terminal móvel pela rede móvel, reduzindo a quantidade de processamento do terminal, o consumo de bateria e o tempo para iniciar as funções de cálculo de localização.
A liberação do terminal da execução das funções de decodificação dos sinais dos satélites, permite a implementação de funções de cálculo do tempo de propagação do sinal entre a BTS e o celular, de forma semelhante aos métodos anteriores, possibilitando melhorar os cálculos de localização dentro de veículos, sob neblina, em quase todos os ambientes externos e em muitos ambientes indoor , o que é impossível com sistemas de GPS convencionais.
Tendo em vista os diversos métodos de localização apresentados, podemos resumir suas principais características na tabela 1. Nesta tabela comparativa, pode-se observar em cada ambiente a performance dos vários sistemas, a necessidade de utilização de terminais especiais, os custos de implementação e sua precisão.
Tabela 1: Comparação entre os diferentes métodos de Localização. Cell Id ( Cell
identification )
TOA (Time of arrival) GPS ( Global Positioning System )
TDOA E-OTD GPS A-GPS
Precisão média em ambiente urbano * 50 ~ 500m (microcélulas) 500m ~ 5Km (macrocélulas) 250m 75m 55m (urbano) 20m(suburbano) 10m (rural) 55m (urbano) 20m(suburbano) 10m (rural) Performance em ambiente:
indoor Razoável Boa Boa Não Razoável
urbano Razoável Boa Boa Boa Boa
suburbano Razoável Boa Boa Excelente Excelente
rural Fraca Fraca Fraca Excelente Excelente
Necessidade de terminais especiais
Não Não Sim Sim Sim
Custo Menor custo de implementação Necessidade de pesados investimentos na rede e em servidores Necessidade de investimentos na rede, servidores e terminais Necessidade de investimentos em terminais e processamento na rede Necessidade de investimentos em terminais e processamento na rede Obs. Precisão dependente do tamanho da célula Precisão vulnerável à carga de tráfego da rede Dependente de grande densidade de BTS's
Não tem cobertura indoor e sofre severas limitações com multipercursos e obstáculos (prédios) Restrições à cobertura indoor
* A precisão varia muito dependendo da densidade das células, ambiente de cobertura e configuração da rede.
Diante dos vários métodos de localização apresentados, verificamos que todos possuem suas vantagens e desvantagens. Sua adequação/aplicação é também dependente do cenário que a operadora dispõe, da demanda de seus clientes e, é claro, da projeção de retorno sobre o investimento realizado em sua infra-estrutura.
Métodos de Localização: Serviços
Os métodos apresentados anteriormente apenas fazem a localização do terminal, ou seja, do usuário. Essa informação pode ser utilizada de diversas formas, em diferentes aplicações e serviços a serem desenvolvidos, como exemplificado a seguir:
Serviços de Informação e Conveniência
Baseado na informação de localização do usuário e até de sua direção de deslocamento, pode-se fornecer informações de restaurantes, hotéis, farmácias e outros pontos de conveniência próximos a ele, além de condições do trânsito ou mesmo implementar um serviço de direcionamento " on line " para um usuário perdido.
Serviços de emergência
Com informação de localização, um chamado de emergência pode ser prontamente atendido, dando condições para uma atendente rapidamente encaminhar o socorro necessário.
Num segundo nível de sofisticação, um veículo com módulo wireless instalado, pode gerar uma chamada automática informando a falha e a localização do veículo para uma rede de concessionários, que se deslocarão com as peças necessárias para sanar a falha no local.
Jogos
Pode-se implementar jogos baseados na posição e deslocamento dos usuários.
Pode-se contratar um serviço para informar a localização de um filho periodicamente, ou mesmo receber a informação de que ele ultrapassou determinada área. Esta aplicação pode ser útil também para a segurança de pessoas com "Mal de Alzheimer".
Colocando-se um módulo wireless em um automóvel, pode-se ainda localizar um carro roubado ou mesmo utilizado em um seqüestro.
Aplicações Corporativas
Sempre buscando a melhoria da produtividade e do controle de processos, surge a possibilidade do gerenciamento de força móvel de trabalho, onde baseado em sua localização, pode-se melhor destinar clientes a serem atendidos; ou fazer a monitoração de frotas de entrega ou de cargas, por exemplo.
Métodos de Localização: Considerações Finais
Um requisito fundamental para os serviços ofertados em redes móveis, é reconhecermos sua característica básica: a mobilidade. Um usuário móvel sente-se livre, independente de hora ou lugar. Portanto ao se desenvolver um serviço, além de se praticar um preço que seja aceito pelo mercado, deve-se assegurar que o usuário possa utilizar os serviços contratados em sua operadora de origem, em qualquer lugar onde esteja. A característica básica para que isto ocorra é a adoção de serviços padronizados.
Desta forma, para o sucesso na implementação de serviços baseados em métodos de localização mais sofisticados que o Cell Id , é necessário que o assunto seja tratado nos órgãos de padronização, ou as próprias operadoras definam um método comum, a fim de assegurar o sucesso de serviços de localização globais.
Muitas discussões envolvendo órgãos do Poder Judiciário, organizações de direitos humanos, trabalhistas e o próprio órgão regulador de telecomunicações, podem ser originadas por questões relacionadas à ética no controle de funcionários, privacidade e segurança das informações referentes à localização dos usuários, bem como sua autorização para monitoramento. Apesar dos enormes benefícios e previsões de demanda, este assunto tem que ser tratado com o devido cuidado e responsabilidade pelas operadoras e pela sociedade. Quando se fala em LBS há que se considerar a precisão do sistema de localização, bem como os impactos na rede e terminais, além dos custos envolvidos em sua implementação.
Uma forma de minimizar os investimentos na implementação de uma plataforma de LBS é iniciar com serviços apoiados em Cell Id , que apesar da menor precisão, permitem, de forma econômica, testar vários serviços baseados em localização, incentivando desenvolvedores locais de aplicativos e medindo a aceitação e necessidades do mercado.
Com o amadurecimento do mercado, o avanço da padronização e a demanda por maior precisão, pode-se, num segundo momento, implementar um método de localização mais sofisticado. Afinal, quanto maior a precisão do método de localização, maior será o valor agregado ao serviço oferecido e, conseqüentemente, maior o valor percebido pelo cliente e sua disposição de utilizá-lo e pagar por ele.
Referências
Cambridge Positioning Systems ; 1.
GSM Association (www.gsmworld.com) ; Permanent Reference Document: SE.23 ; 2.
Ludden, Brendan ; Location Technology ; Vodafone ; 3.
True Position, Inc. 4.
Métodos de Localização: Teste seu Entendimento
1. Qual o método de localização que implica em menores custos de implementação? Cell Id;
TDOA; E_OTD; GPS; A-GPS.
2. Que objetivo deve ser perseguido para o sucesso na implantação de LBS em redes móveis? Precisão;
Maior granularidade da rede; Padronização;
Cobertura.
3. Que método de localização não permite a oferta de serviços LBS em ambientes indoor? A-GPS;
TDOA; E-OTD; Cell Id; GPS.
