Post on 01-Jul-2015
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Hacia la personalización de los servicios móviles:
localización y context-awarenessAna M. Bernardos
abernardos@grpss.ssr.upm.es
Los sistemas de información en la sociedad del siglo XXI:
La información en función del contexto
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL MENÉNDEZ PELAYO
Santander, 30 de junio de 2008
¿Dónde estás?
• Asistencia en emergencias: ¿Dónde están?
• Publicidad basada en posición: ¡Estoy aquí!
• Guiado y seguimiento: ¿Dónde vas?
• Recorridos: Estoy cerca de…
• Descubrimiento de servicios: ¿Qué hay aquí?
• Servicios en red: ¿Hay alguien ahí?
Contenidos
Introducción a los servicios basados en localización.
Evolución y mercado.
Métodos genéricos de posicionamiento.
Revisión de sistemas de posicionamiento.
Aspectos de desarrollo, servicio y negocio.
AntecedentesEEUU: E-911
‐ Fase I: no. teléfono, id, antena. ‐ Fase II: finalizó 31 diciembrede 2005.
Antes de su fusión con Sprint, Nextel, 350.000 usuarios/15millones. Servicios de $10‐$60 mensuales.
‐ Fase II Compliance Status: finaliza 11 de septiembre de 2011.
50 metros150 metrosSoluciones basadas en terminal
100 metros300 metrosSoluciones basadas en red
67% llamadas95% llamadas
AntecedentesAsia-Pacífico: mercado
• 55% suscriptores del mundo.
• KDDI
– EZ Navi Walk ($3/mes).
– 17 millones de abonados con GPS.
– 6 millones de usuarios en 130 servicios.
• EZ Josyu‐Seki –sistema de navegación de ayuda al conductor, pensado para copilotos.
• EZ Osagashi Navi – permite localizar móviles perdidos y visualizar su posición en terminal o en PC; asimismo, permite la localización de amigos y el envío de mensajes.
• GPSMap –sistema de gestión de flotas.
• Juegos basados en posición: búsqueda de tesoro (Treasure Hunting o Takara Sagashi) y otros como
Onigokko (en el que se puede trazar a los jugadores).
• Anshin Navi – permite que los padres localicen a sus hijos o que sean alertados si entran o abandonan una
determinada zona.
• SK Telecom: 12‐15 mill. de teléfonos GPS con 150 servicios (p.e. i‐Kids).
Antecedentes Europa: ¿?
• Legislación E‐112.
• Caso de éxito: Botfighters
• Previsiones:
– 2005 – 144 M€ (40% empresarial)
– 2010 – 622 M€ (1,8% de la facturación por servicios de
datos)
– 2010, 60% de los terminales estarán equipados con
GPS/Galileo.
En España…
Fuente: XVIII Oleada. Oct-Dic 2007. Observatorio Red.es.
Fuente: Red.es
Contenidos
Introducción a los servicios basados en localización.
Evolución y mercado.
Métodos genéricos de posicionamiento.
Revisión de sistemas de posicionamiento.
Aspectos de desarrollo, servicio y negocio.
El proceso de localización
– Observables (señal)
– Método de posicionamiento
– Sistema de referencia
– Infraestructura
– Protocolos para coordinar el proceso
Tipos de localización
Física vs. Simbólica:‐ Longitud, latitud, altura vs.‐ Comprensible por las personas.
Absoluta vs. Relativa‐ Un sistema de referencia únicovs.‐ Soporte a redes ad hoc.
Soportado por red o por terminal‐ Privacidad.
CondicionantesA tener en cuenta:
– Precisión: proximidad a la posición real,– Disponibilidad: posibilidad de localizar en diferentes
entornos, – Consistencia: estabilidad de la localización en diferentes
entornos,– Overheads: en señalización o computación,– Consumo de potencia, – Escalabilidad (áreas, usuarios, carga computacional),– Latencia: tiempo hasta obtener un resultado, – Costes de operación: instalación y mantenimiento de la
infraestructura de localización…– Limitaciones: dónde / cuándo, interior / exterior.
Elección del sistema de posicionamiento
Servicio
Entorno
Usuario
Física / Simbólica
Absoluta / Relativa
Precisión
Escalabilidad
Limitaciones
Privacidad
Coste
Centralizada / Distribuida
Terminal
…
Elec
ción
del
SI
STEM
A D
E PO
SICI
ON
AM
IEN
TO
?
Fuentes de datos• Sensores físicos
– Identificadores de celda– Medidas de potencia de señal– Medidas de tiempo de vuelo
• Sensores lógicos– Colaboración del usuario: códigos postales,
direcciones…• Traductores: urbanmapping, metacarta
– Sensores lógicos (direcciones IP)• Traductores: ip2location, maxmind, quova
• Sensores virtuales
Métodos de posicionamiento
– Dead reckoning
– Proximidad
– Multilateración
• circular o hiperbólica
– Triangulación
– Reconocimiento de patrones
– Técnicas híbridas
Dead reckoning
• Se estima la posición a partir de:– Posiciones anteriores
– Velocidad y aceleración
– Dirección de movimiento
– Tiempo
– Ruta
Proximidad
• Posición = posición del punto de referencia más cercano.
• Se puede conseguir:– Detectando contacto físico.
– Por identificación de celda.• Precisión depende de coberturas
• Posibilidad de construir una “huella” de balizas visibles.
• Aplicable a todos los sistemas de comunicaciones celulares.
Multilateración• Circular o hiperbólica
• Distancia medible a través de:
– Tiempos de vuelo de la señal
• TOA (time of arrival)
• TDOA (time difference)
– Potencia de la señal recibida• Proporcional a la distancia
• Modelo de propagación
BS1
BS2
BS3
MS
),0()/log(10 0][][ ση NddAPP dBmtxdBmrx +−+=
Triangulación• Requisito:
– conocer la distancia entre los dos puntos de referencia o sus coordenadas.
– Para medir el ángulo es necesario utilizar múltiples antenas.
• 2D – 2 ángulos, 2 medidas
βα senb
sena
=
Distancia conocida
Reconocimiento de patrones• Se basa en observar la “escena” de posicionamiento y extraer
conclusiones acerca de la posición del blanco.
• Procedimiento…
– Estaciones base,
– Descriptores que conforman la huella:• Potencia
• Id. de celda visibles…
– Fase on‐line y fase off‐line.
– Definición de una distancia.
– Común en sistemas de posicionamiento WiFi.
Shyhook Wireless
Contenidos
Introducción a los servicios basados en localización.
Evolución y mercado.
Métodos genéricos de posicionamiento.
Revisión de sistemas de posicionamiento.
Aspectos de desarrollo, servicio y negocio.
Fuente: MIT’s Technology Review
RFID, Bluetooth, UWB, Wi-Fi, GPS, GSM/UMTS, ZigBee…Fusión de sensores
Tecnologías de posicionamiento
Tecnologías de posicionamientoEXTERIORES• GPS y sus derivados• Posicionamiento en redes celulares GSM y UMTS.
INTERIORES o ESPACIOS ACOTADOS• Infrarrojos (Active Badge)• Ultrasonidos (Cricket y Active Bat)• Posicionamiento Bluetooth.• Posicionamiento WiFi (RADAR y Ekahau).• Ultrawideband (Ubisense)• Otros… (indoor GPS)
Sistema de Posicionamiento Global• Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS)
operado por el Departamento de Defensa (DoD) de los EEUU.• Tres segmentos de operación:
– Espacio: • 32 satélites a 20.200 km en seis planos orbitales .
– Control: • 5 estaciones de monitorización (Hawaii, Kwajalein, Ascension Island,
Diego Garcia, Colorado Springs),
• 3 antenas de suelo (Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein),
• una estación controladora central (MCS) en Colorado.
– y usuario: • receptores que proveen datos de posición y velocidad.
• El sistema más extendido y uno de los grandes habilitadores de los LBS.
GPS, ¿cómo funciona?• Lo que se conoce:
– Posición de los satélites (almanaque)– Tiempo de vuelo de la señal desde el satélite al receptor (TOA).
• Cómo se calcula la posición:– Lateración basada en TOA.– Al menos 4 satélites.
• Fuentes de error:– Ionosfera, efemérides, reloj satelital, Satélites visibles, multirruta, etc.
• Precisión: – Depende del número de satélites visibles, con ocho satélites a la vista
puede ser de 6 a 15 metros.
Métodos de localización en redes celulares
• Posicionamiento GSM– Identidad de celda y timing advance– Uplink time of arrival (TOA)– Enhanced Time Difference of Arrival (E‐OTD)– GPS asistido (A‐GPS)
• Posicionamiento UMTS– Identidad de celda con RTT (round trip time)– Observed Time Difference of Arrival (OTDOA)– GPS asistido
Métodos de localización en redes móvilesCell-ID
– Técnica basada en red.
– Barata y rápida de implementar.
– Soporta todo tipo de terminales, idle y busy.
– Precisión dependiente del tamaño de la celda.
– E‐Cell ID: • con TA (timing advance) o RTT (round trip time).
• TA sólo para terminales en “busy mode”.
– Posibilidad de combinarlo con RXLEV o RBSP
Servicios de traducción Cell-ID
• Open Cell ID (http://www.opencellid.org)
• ZoneTag (http://developer.yahoo.com/yrb/zonetag/locatecell.html)
• CellDB (http://celldb.org) http://celldb.org/api/?method=celldb.getcell&username=celldb&hash=123456789&mcc=1&mnc=1&lac=1&cellid=1&format=xml<?xml version="1.0" encoding="utf‐8"?> <result>
<cell> <mcc>1</mcc> <mnc>1</mnc> <lac>1</lac> <cellid>1</cellid> <latitude>5.1</latitude> <longitude>50</longitude> <timestamp>1204903095</timestamp> <type>received</type> <signalstrength>47</signalstrength>
</cell> </result>
mcc=Mobile Country Code mnc= Mobile Network CodeLac= Location Area Code
Métodos de localización en redes móviles Downlink observed time differences
• MS observa las diferencias de señal entrevarias BS. Normalmente, señales de control.
• Técnicas asistidas por terminal o basadasen él.
• Más barato y simple que sincronizar BS.
• Problemas relacionados con:
– “hearability” (si MS demasiado cercade BTS)
– Falta de sincronización entre BTSs
– Geometría
– Pérdida de capacidad
• E‐OTD en GSM, OTDOA en UMTS
Hipérbola BTS1-BTS2
Hipérbola BTS1-BTS3
BTS 2
BTS 1
BTS 3
Métodos de localización en redes móviles Diferencia de tiempo mejorada E-OTD
– OTD (Observed Time Difference). MS
– RTD (Real Time Difference). LMUs (1:3 – 1:5).
– GTD (Geometric‐Time Difference).
GTD=OTD‐RTD → hipérbola
Métodos de localización en redes móviles Uplink time (difference) of arrival
• Medida sobre el enlace ascendente.• Al contrario que E‐OTD, basada en red.• Utiliza lateración hiperbólica.• Se considera en la Release 6 de GSM/GPRS.• Medidas efectuadas por una BTS/LMU y dos
LMUs.• Necesidad de:
– Tener suficientes LMUs visibles.– Terminal en “busy mode” (o provocarlo si idle)
Métodos de localización en redes móviles Localización mediante GPS
GPS:• Conseguir un fijo lleva un tiempo al principio.• Los receptores necesitan LOS• Son necesarias modificaciones en terminal y red.
A‐GPS:• Normalmente, asistido por red.• Reduce el tiempo de búsqueda
de GPS (se suele combinar con Cell‐ID).
• Permite el uso de señales de • menor potencia.
TA TB
Tiempo de referencia X X
Lista de satélites visibles X X
Datos de asistencia a la adquisición
X
Localización de referencia X
Efemérides y correcciones de reloj
X
Almanaque X
Correcciones D-GPS X
basado en
Una cada 200km es suficiente
Comparación del funcionamiento de A-GPS y GPS
Métodos de localización en redes móviles Otros métodos
Métodos híbridos:
– No estandarizados.
– Requerimientos de procesado altos y coste de red
elevado.
a) AOA + RTT
b) OTDOA + AOA
c) RSS+TA
d) A‐GPS + Cell‐ID
Resumen
Precisión Consis-tencia
TTFF Termi-nal
Overhead
CosteRural Subur-
banaUrbana
Cell-ID >10km 2-10km 50-1000m
Pobre 1seg. No Muy bajo
Muy bajo
E-OTD & OTDoA
50-150 m
50-250 m
50-300 m
Media 5-10 seg.
SW dedicado
Medio/alto
Alto
U-TDoA
50-120 m
40-50 m
40-50 m
Media 5-10 seg.
No Medio Medio
A-GPS 10-40 m
20 –100 m
30 –150 m
Buena 5-10 seg.
SW y HW
Medio/alto
Medio
Infrarrojos. Active Badge.• 1990, Olivetti Research Labs
• Basado en infrarrojos:
– Cada etiqueta emite un
identificador único cada
10s o bajo demanda.
– Una red de sensores infrarrojos recoge las señales,
– Que son procesadas por un servidor central.
• Características:
– Localización por proximidad, absoluta y simbólica.
– Badges de bajo coste, alto coste de instalación y mantenimiento.
– Precisión por habitación, mala escalabilidad.
– Necesidad de LOS.
Ultrasonidos. Active Bat.• AT&T 1999• Ultrasonidos:
– Cada etiqueta emite un identificador únicoa un servidor central.
– 433 MHz– Señal RF para “despertar”
• Características:– TOA, localización física, absoluta, – Bajo coste, – Precisión 3cm, despliegue muy denso
(1 base por cada 10m2).– Requiere despliegue adherido al techo.
Ultrasonidos. Cricket.• MIT, comercializado
por Crossbow.
• Características:– RF y ultrasonidos.– Con TOA y proximidad
– Sistema descentralizado
– Privacidad.– Escalable.
– Precisión de aprox. 1,5m.– No necesita gestión centralizada.
Posicionamiento con Bluetooth• Bajo coste
• Posición simbólica, absoluta, distribuida.
• Dispositivos Bluetooth instalados en los puntos de interés.
• Se selección el POI del que se recibe mayor RSSI.
• Proceso:1) POIs transmiten su dirección MAC.
2) Los dispositivos escuchan a los POIs.
3) Los dispositivos eligen POI visible y se conectan.4) El dispositivo solicita RSSI.
5) Y calcula su posición.
Posicionamiento con WiFi. RADAR.• Microsoft Research.
• 3‐4 m 50%.
• Medidas en estación base de RSS
y SNR de dispositivos móviles.
– 2 fases: off‐line y en tiempo real.
– Fase off‐line: recogida empírica de datos.
• Requiere sincronización de los relojes de clientes y APs.
• El cliente transmite periódicamente paquetes UDP y graba posiciones y
orientación.
• Los APs recogen y graban la RSSI de los paquetes UDP y sus
correspondientes timestamps.
• Un servidor combina los datos.
Posicionamiento con WiFi. RADAR.– Fase on‐line:
• El cliente transmite periódicamente paquetes UDP.• El servidor central calcula la posición:
– A través de Nearest Neighbor en el espacio de señal utilizando distancia euclídea.
– Algoritmo basado en historia.• Para mejorar precisión: multiple nearest neighbors, varias
muestras.
– Fase off‐line alternativa:• Configuración de un modelo de propagación.
• No es necesario recoger datos.• Uso del modelo de atenuación de paredes.
• Requiere un gran conocimiento del entorno.
Posicionamiento con WiFi. Ekahau.• Empresa finlandesa fundada en el 2000.
• Ofrecen solución WiFi que exige
mapeado de potencia.• Otros: WhereNet, Aeroscout, etc.
Características
• Posicionamiento físico + simbólico,
absoluto, ¿bajo coste?, ¿privacidad?.• Requiere calibración del modelo.
• Se basa en el conocimiento del entorno:– Los dispositivos móviles recogen datos de RSSI y los envían a un
servidor central.
– La posición futura estará probablemente cercana a la actual.– Los usuarios sólo siguen caminos posibles.
Ultrawideband. Ubisense.
• AOA y TDOA
• Precisión <30 cm en 3D.
• Latencia: 6.25ms
• Alcance > 50 m (espacio abierto)
Posicionamiento híbrido
• WiFi + Bluetooth
• WiFi + RFID pasiva…
AP WiFi1
M3
M4
AP BT2 AP BT3
AP WiFi2
AP WiFi3
M1
AP BT4
M2
AP BT1AP WiFi1
RFID 7
RFID1AP WiFi2
AP WiFi3
M1
RFID 8
M2
RFID 9
RFID 4
RFID 6
RFID 5
RFID 3
APIs de localización• J2ME JSR‐179
– GPS
• Symbian S60 Location API– GPS, A‐GPS, E‐OTD
• iPhone Core Location API– WiFi, id celda, GPS
• Android Location API– GPS
• Operadores… Open Movilforum (API Localízame)
Yahoo! Fire Eagle
Contenidos
Introducción a los servicios basados en localización.
Evolución y mercado.
Métodos genéricos de posicionamiento.
Revisión de sistemas de posicionamiento.
Aspectos de desarrollo, servicio y negocio.
Servicios y aplicaciones• Servicio viable: alta demanda, tecnología suficiente, modelo de
negocio.• Tipos:
– De información.– Navegación y guiado.– Localización y seguimiento.– Gestión de flotas.– Marketing móvil.– Juegos móviles.– De comunidad.– Servicios de valor añadido.
La cadena de valorStakeholders Role
Location data providers GPS data providers. E.g. US DoD, future EU Galileo.
Cellular infrastructure and middleware providers
Providers of mobile operator point to point solutions that include infrastructure (SMLC, GMLC), positioning techniques implementation and locationmanagement software. E.g. Openwave, Trueposition, NEC or Ericsson.
User device middleware platforms suppliers
Providers of software to develop applications without coding for the system interface. E.g. Qualcomm BREW for CDMA.
Suppliers of platforms for developers
Platforms with simulators, white brand basic location services and interfaces, service creation environments or particular APIs. E.g. Autodesk.
A-GPS chips makers Eg. Texas Instruments, SiRF, Global Locate, etc.
Handsets suppliers Manufacturers that integrates A-GPS chips in their user devices. Eg. Kyocera, NEC, Samsung, etc.
Content providers Content owners and makers. Eg. Google Maps, Yellow Pages.
GIS and maps providers Eg. NavTeq, TeleAtlas, etc.
Applications providers Markets observers that design applications and acts as integrators to deliver a final application. Eg. Bimactive, Google Maps.
Mobile operatorsWhile acting as carriers and interface with customer, they can negotiate the
terms of profit share with applications providers while maintaining customer control.
Proveedores de sistemaTrueposition, Autodesk, Genasys, Openwave, Webrasla.
Ericsson, Alcatel-Lucent, Nokia, Kivera, Huawei, LocatioNET, ULocate, Redknee, Mobiliaris…
Seguimiento y localizaciónFuente: Northstream
Fuentes:http://www.teenarrivealive.comhttp://www.wavemarket.com
Navizon
Loki
• De Skyhook Wireless
• ¡Sólo huella WiFi!
• Algunas combinaciones…
Dash Express
Entrenamiento monitorizadoBimActive Nokia Sports TrackerNicho de mercado: deportistas no profesionales
Tecnología de pos.: A-GPS proporcionado por operador celular.
Principal proveedor del servicio: Operador de telefonía.
Cadena de valor: -proveedor de datos de posicionamiento GPS, -proveedor de terminales compatibles (Samsung, LG, Sanyo, Nokia, Motorola),-proveedor GIS, -proveedores de aplicaciones (Bones in Motion, Wireless Run Tracker), -operador móvil (Sprint Nextel and Verizon)
Tecnología de pos.: GPS embebido o externo.
Principal proveedor del servicio: Proveedor de aplicaciones.
Logística de hospitales• RTLS.
• Permite localización de:– sillas de ruedas, bombas de
infusión y camas.
– Enfermos especiales.
• Personal sanitario.– Optimización de servicio.
– Seguridad.
• Diversas compañías: Ekahau, Pango, Aeroscout, InnerWireless etc.
Sofware Social Móvil‐ Loopt (A‐GPS), Bliin y Gypsii (GPS)‐ Dodgeball (celular),
‐ Pantopic and Mobiluck (Bluetooth),
‐ Meetro , Plazes (localización manual)‐ Jambo (WiFi) B2B!!
… para: mantenerse en contacto con amigos, conocer a amigos de amigos, ligar, encontrar lugares recomendados, difundir mensajes en unadeterminada zona, etc.
Machine to machine
El servicio requiere:-Un operador móvil (p.e. NTT DoCoMo),-Un proveedor de servicio (JAL/ANA),-Proveedores de terminales (variasmarcas para NTT DoCoMo) -Fabricantes de chips NFC (Sony)-Proveedores de infraestructura (p.e. de lectores ViVO). -Entidades de autenticación y confianza.
LBS ofrecidos por los operadores en España• Información sobre servicios cercanos:
– A tu alrededor (en emocion de Movistar), Cerca de mí (en Vodafonelive!) o Servicios Cercanos (Orange) el usuario puede averiguar las empresas y servicios más cercanos a su posición (permiten acceso mediante voz, navegación WAP, mensajes cortos o MMS, que a veces incluyen el mapa y el trayecto sugerido).
– Alertas cercanas es un servicio Orange que envía información sobre estado del tráfico, niveles de polen, ocio y cultura y turismo.
• Alertas cercanas inteligentes: basado en perfiles habituales.• m‐marketing.
– Orange ofrece Ofertas Cerca (antiguo Infoárea). • Servicios de localización de viajeros/excursionistas.
– Localízame de Movistar.– Excursión: alertas periódicas de la posición del excursionista a quien
éste haya designado.• Servicios de guiado.
– Ruta Movistar que a través del sistema GPS conectado vía Bluetooth al móvil, ofrece al usuario mapas actualizados en tiempo real y guiado mediante voz.
Reality mining
• Recogida de datos de entorno para analizar el comportamiento social.
0
50
100
150
2 ‐ 3pm 3 ‐ 4pm 4 ‐ 5pm5 ‐ 6pm
6 ‐ 7pm7 ‐ 8pm
8 ‐ 9pm
Num
ber o
f del
egat
es o
bser
ved
Where were Where 2.0 delegates on
Monday afternoon
Grand Ballroom
Registration area & hallway
Grand Ballroom Foyer
Nuevas interfaces
Retos para la generalización de los LBS• Aplicaciones atractivas, experiencia de usuario
– Con propuestas de valor para particulares y empresas
– Fáciles e intuitivas
– Rentables
• Disponibilidad de terminales
• Modelo de negocio: segmentación de clientes, participación de terceros, el papel de los
operadores
• Precisión, “performance”. Inteoperabilidad de redes y continuidad de la localización.
• Privacidad. Big Brother.
– Directiva 95/46/EC (de protección de datos), Directiva 2002/58/EC (privacidad en las comunicaciones
electrónicas).
– Seudónimos, métodos de camuflaje (cloacking temporal, espacial), etc..
• Estandarización:
– 3GPP/3GPP, Open Mobile Alliance (MLP), y Open Geospatial Forum (OpenLS),
– Parlay/OSA: plataforma basada en estándares abiertos.
– GeoPriv de IETF
TIEMPO POSICIÓN IDENTIDAD ACTIVIDAD
CONTEXTO PERSONAL
CONTEXTO TÉCNICO
CONTEXTO ESPACIAL
CONTEXTO SOCIAL
CONTEXTO FÍSICO
SERVICIOS CONTEXTUALES
SERVICIOS BASADOS EN LOCALIZACIÓN
El futuro: los servicios contextuales centrados en el usuario
Realidad aumentadaMackay, 1993
Interfaces tangiblesIshii, 1997
Edificios cooperativosStreitz, 1998
Computación llevableBass, 1997
WhereWare, EveryWare, Location Aware Computing,
Location FindingTechnologies
Computación ubicua/pervasiva
Weiser, 1991
Inteligencia ambientalISTAG, 2001
Servicios contextualesSchilit and Theimer, 1994
El contexto, las interfaces, los servicios