Sistema electr onico de seguimiento y posicionamiento de...

Sistema electronico de seguimiento y posicionamiento de una

flota de vehıculos en tiempo real

Jorge Eduardo Grana

[email protected]

Director:

Dr Ing en Telecomunicaciones Juan Antonio Del Giorgio

21 de agosto de 2009

Resumen

Objetivo: Monitorear una flota de vehıculos en tiempo real, dentro de un area geografica definida. Conel objetivo de evitar demoras y optimizar el rendimiento de la flota .Los requerimientos del sistema son:

Area de cobertura: Capital Federal y Gran Buenos Aires.

Tiempo de actualizacion: Aprox. 60 vehıculos / min. .

Error de posicion: 10 metros , para ello se debera utilizar GPS.

Monitoreo del sistema vıa Internet.

Mantenimiento de la informacion obtenida, para estadısticas.

Conclusiones: La mayor dificultad se encontro debido a lo interdiciplinario del trabajo y al requeri-miento de Tiempo Real.Con el fin de lograr tanto la precision como disponibilidad requerida, resulta necesario la sinergia demultiples sistemas de seguimiento. Se requieren sistemas de comunicaciones que no sean best effort y quegaranticen QoS.La busqueda, analisis y utilizacion de estandares en cada caso que sea posible, para garantizar la estabi-lidad, integridad, interconexion, intercambio y mejoramiento del sistema.Sistemas de control para el transporte y los servicios de seguridad publica estan proliferando en todo elmundo debido a su importancia estrategica para los paıses.

Resumen

Purpose: Real-time ground fleet monitoring, within a given geographical area, aimed to minimize delaysand optimize the fleet’s overall efficiency.

The system requirements:

Area coverage: Capital Federal and greater Buenos Aires, Argentina.

Update rate : Approx. 60 vehicles / min. .

Error position : 10 meters, GPS use is mandatory.

Data available on the Internet.

Data retention for statistical uses.

Conclusions: The main challenges faced were the interdisciplinary nature of the development, and thereal-time goal.

In order to achieve both the desired accuracy and availability, the synergy from a combination of multipletracking systems was required.Best-effort communications systems must be avoided in favor of those capable of Service Level Agree-ments.Gathering, analysis and utilisation of appropriate standards tend to leverage the system’s stability, inte-grity, connectivity, sharing and improvement.

Control systems for transportation and public safety services are currently proliferating across the Globedue to their strategic significance for every country.

Agradecimientos

Quiero agradecer a las personas que han hecho posible la realizacion de este trabajo, que me apoyarony ayudaron en toda mi carrera.

Mis padres y hermana que me soportaron tanto tiempo.

Mi tutor el Doc Ing Del Giorgio que me tuvo paciencia y supo orientarme.

Mi amigo Antonio Rzepa.

Mi amigo Ricardo Iuzzolino.

Mi amigo Raul Matabotana.

Mi amigo Leandro Batlle.

Mi amiga Veronica Estrada.

Mi amiga Eugenia Corso.

Todos mis amigos

Doc Ing Kirchoren.

Ing Pablo Lombardo, Telecom.

Ing Ana Villanueva, Huawei.

Ing Marcelo Tapia, DataWaves.

Ing Carmilo, Dept Telemetria CITEFA.

Phd Livio Gratton, Illinois Institute Technology Chicago.

Carmen Cagliari, Dept Informacion Aeronautica de FAA.

Jorge Pardo, Dept Geodesia FIUBA.

Lic. Olga Haydee Fernandez Chavez, Licenciada en Criminalistica.

3

Indice general

1. Objetivos y aporte de la tesis 17

1.1. Descripcion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.2. Aporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.3. Cualidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.3.1. Alta disponibilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.3.2. Confiabilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.3.3. Tiempo real . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

1.4. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2. Estudio de trafico 23

2.1. Integridad de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.2. Comportamiento fısico de los vehıculos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2.1. Reglamento de transito . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

2.2.2. Descripcion fısica de los moviles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.3. Vida util de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4. Variables a monitorear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

2.5. Estimacion de la densidad de moviles por superficie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.6. Conclusiones del capıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

3. Representacion geografica 41

3.1. La Georeferenciacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

3.1.1. Elipsoide de revolucion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

3.1.2. Las Coordenadas Geodesicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

7

INDICE GENERAL

3.1.3. Datum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

3.1.4. Redes de Control Geodesicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

3.1.5. Conversion y Transformaciones de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

3.2. Proyecciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2.1. Tipos de proyecciones segun la distorsion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

3.2.2. Tipos de proyecciones segun la superficie auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.2.3. Tipos de proyecciones segun la posicion de la superficie auxiliar . . . . . . . . . . . 54

3.2.4. Cilındricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

3.3. Las cartas geograficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.3.1. Factor de escala . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.3.2. Nomenclaturas de las cartas IGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

3.4. Sistema de informacion geografica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.4.1. Imagenes Raster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.4.2. Que es un CAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.4.3. Que es GIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.5. Grado de detalles del mapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.6. Area de cobertura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.6.1. lımites geograficos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64

3.6.2. Aproximacion del sistema de coordenadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64


4. Localizacion 71

4.1. Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.1.1. Desempeno de un sistema de localizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

4.2. Calculo posicion basado en la Inferencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

4.3. Principios fısicos basicos de las ondas Electromagneticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.3.1. Definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

4.3.2. Ubicacion mediante antenas direccionales o AOA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

4.3.3. Por comparacion de la potencia con la que se reciben las senales . . . . . . . . . . 84

4.3.4. Por comparacion de la demora con la que arriban las senales . . . . . . . . . . . . 88

Jorge Eduardo Grana 8

INDICE GENERAL

4.3.5. Minimizacion del ruido en las mediciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

4.4. Determinacion de la localizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.4.1. Triangulacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.4.2. Correlacion contra DB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

4.5. Evolucion de los sistemas de posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

4.6. Requerimientos de localizacion del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.6.1. Ensayos realizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110

4.6.2. Pros y contras de distintos sistemas de localizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

4.6.3. Incertezas requeridas al sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113


5. Prestaciones del sistema 127

5.1. Prestaciones del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.1.1. Servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

5.1.2. Estandares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

5.2. Requisitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

5.2.1. Demora en el arribo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

5.2.2. Seguridad de la informacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

5.2.3. Contenido del reporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

5.2.4. Errores y retransmisiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134

5.3. Estructura del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

5.3.1. Costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

5.3.2. Infraestructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

5.3.3. Escenarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

5.4. Otros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

5.4.1. Etica y Privacidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

5.4.2. M-Commerce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150


6. Comunicaciones 155

9 FIUBA

INDICE GENERAL

6.1. Algunas definiciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

6.2. Standares Existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

6.2.1. Project25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

6.2.2. Tetra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

6.2.3. DMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

6.2.4. iDEN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

6.2.5. OpenSky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

6.2.6. MPT1327 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

6.2.7. MESA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

6.2.8. 911 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

6.3. Analisis de opciones existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

6.4. Enlace MS-BTS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167

6.4.1. Project25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

6.4.2. Tetra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170

6.4.3. Wimax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

6.4.4. Wifi 802.11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

6.4.5. GPRS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

6.4.6. Short Message Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

6.4.7. Inmarsat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

6.4.8. Globalstar / Iridium / Orbcomm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

6.5. Enlace BTS-Cluster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

6.5.1. X25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

6.5.2. ATM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

6.5.3. Frame Relay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

6.5.4. IP / Metro Ethernet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

6.6. Enlace Cluster-CLiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

6.6.1. Radio enlace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

6.6.2. PPPoE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

6.6.3. xDSL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184


INDICE GENERAL

6.6.4. Cable modem / DOCSIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

6.6.5. Wimax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

6.7. Calculo de los enlaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

6.7.1. Caudal de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

6.7.2. Latencia de los datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186


7. Informatica 195

7.1. Standares Existentes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

7.1.1. E911 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

7.1.2. Shapefile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

7.1.3. MLP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

7.1.4. WAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

7.1.5. INCITS 371.3:2003 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

7.1.6. RINEX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

7.1.7. RTCM SC-104 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

7.1.8. NMEA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

7.1.9. Cartucho geografico para DB . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

7.2. Aplicacion en el MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

7.2.1. Implementacion en MS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

7.2.2. Criptografıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

7.3. Aplicaciones en Servidores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

7.3.1. Estructura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

7.3.2. Calculo de posicion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

7.3.3. Seguridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

7.3.4. Base de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

7.4. Aplicacion en el Cliente del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229


8. Conclusiones Finales 239

11 FIUBA

INDICE GENERAL

8.1. Personalizacion del sistema para los distintos servicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

8.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

8.2.1. Objetivos logrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

8.2.2. Objetivos no logrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

8.2.3. Objetivos adicionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

8.3. Integracion de contenidos en un sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

8.3.1. Equipamiento del movil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

8.3.2. Infraestructura del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

8.3.3. Informatica del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

8.3.4. Sistemas similares instalados en el paıs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

8.4. Complejidad del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

8.4.1. Interdiciplinario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

8.4.2. Real Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249

8.4.3. Costos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

8.5. Impacto presente y futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

A. Modelo Predictivo de Posicion 251

A.1. Desplazamiento lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

A.2. Desplazamiento radial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251

A.2.1. Derrape en curva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253

A.2.2. Desviacion de la trayectoria esperada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254

A.3. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258

B. Sistemas de Localizacion 261

B.1. Evolucion de los sistemas de posicionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261

B.2. Sistemas de posicionamiento Terrestres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

B.2.1. Sistema Omega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264

B.2.2. Sistema Loran-C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 265

B.2.3. Sistema Decca . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266

B.2.4. Sistema Chayka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267


INDICE GENERAL

B.2.5. Radiobeacons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267

B.2.6. Emisoras de FM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

B.2.7. Telefonıa Movil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

B.2.8. Wireless LAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291

B.3. Sistemas de posicionamiento trafico Aereo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

B.3.1. GEE o AMES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

B.3.2. Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

B.3.3. ILS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

B.3.4. MLS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

B.3.5. VOR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

B.3.6. DME . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

B.3.7. TACAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304

B.3.8. INS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

B.3.9. Doppler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305

B.4. Sistemas de posicionamiento Satelital GNSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

B.4.1. Transit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

B.4.2. Globalstar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309

B.4.3. Argos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309

B.4.4. Navstar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313

B.4.5. Glonass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

B.4.6. Tsikada/Nadezhda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

B.4.7. Cospas/Sarsat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

B.4.8. Starfix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327

B.4.9. Geostar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328

B.4.10. Navsat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329

B.4.11. Compass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

B.4.12. Beidou . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

B.4.13. DORIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

B.4.14. IRNSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330

13 FIUBA

INDICE GENERAL

B.4.15. QZSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

B.4.16. Galileo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 331

B.5. Sistemas de posicionamiento Submarino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

B.5.1. ASW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335

B.6. Sistemas de Orientacion complementarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336

B.6.1. Brujula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

B.6.2. Giroscopo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

B.6.3. Odometro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337

B.6.4. DGPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 338

B.6.5. RTK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 340

C. Sistemas de telefonıa movil 345

C.1. Sistemas telefonıa movil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

C.1.1. Evolucion de los sistemas celulares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345

D. Espectro Ensanchado 361

D.1. Virtudes de SS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361

D.2. Generador de codigo seudo aleatorio para SS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

D.3. Fading multipath . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364

D.4. Frequency Hopping o Salto de frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 365

D.5. Direct secuence o secuencia directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 366

D.6. Medicion de distancia con Espectro Ensanchado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373

E. Informatica 377

E.1. Criptografia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377

E.1.1. Convencional o simetrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 379

E.1.2. Cifrado por clave publica o asimetrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 380

E.1.3. Consumo de recursos en criptografıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383

E.2. Lenguajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384

E.2.1. SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

E.2.2. HTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385


INDICE GENERAL

E.2.3. CSS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

E.2.4. XML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

E.2.5. XHTML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385

E.2.6. UML . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

E.3. Servidores web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

E.3.1. Apache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386

E.3.2. IIS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

E.4. Gestores de bases de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387

E.4.1. MySQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

E.4.2. MS SQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

E.4.3. Oracle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

E.4.4. PosgresSQL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390

E.5. Lenguajes de programacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

E.5.1. ASP.NET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

E.5.2. Python . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 391

E.5.3. Ajax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

E.5.4. PHP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

E.5.5. Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 392

E.5.6. Javascript . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393

E.5.7. Perl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

E.5.8. Ruby . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394

F. Actas de acuerdo 397

F.1. Actas de acuerdo de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397

15 FIUBA

Capıtulo 1

Objetivos y aporte de la tesis

1.1. Descripcion

En este trabajo, se plantea el diseno de un sistema de control y seguimiento vehicular, utilizando unreceptor de GPS en cada vehıculo, los datos de posicion que estos entregan, son transmitidos al controlcentral mediante equipos de comunicaciones(figura 1.1).

La pregunta que se debe hacer es :

Que tan complicado puede ser esto ?

Casi siempre hay cosas que no se tienen en cuenta, siendo luego mas difıcil corregirlas sobre lamarcha.

Se puede cumplir con todos los requerimientos?

1.2. Aporte

El aporte principal de esta Tesis, es la creacion de una serie de herramientas de calculo destinadas aimplementar sistemas de seguimiento de flotas vehiculares en tiempo real, en funcion del area de cober-tura, de la cantidad de unidades moviles involucradas y de la velocidad con la que se actualizan los datossuministrados por los vehıculos.

Estos sistemas especıficos de seguimiento vehicular, se utilizarıan para garantizar el cumplimento dehorarios, con la consiguiente optimizacion del funcionamiento del parque automotor de las empresas y engeneral para optimizar el tiempo de respuesta de vehıculos crıticos, tales como ambulancias, patrullaspoliciales, camiones de bomberos etc.

17

1.2. Aporte

Figura 1.1: Diagrama del sistema


1. Objetivos y aporte de la tesis

1.3. Cualidades

Un sistema vital o de seguridad critica, es un sistema cuya falla o mal funcionamiento puede resultar en:

Muerte o lesiones graves a las personas,

Perdida o graves danos a equipos,

Danos ambientales.

Los riesgos de este tipo suelen ser gestionados con metodos y herramientas de ingenierıa de seguridad.Un Sistema crıtico esta disenado para tener por lo menos una vida util de mil millones horas de fun-cionamiento. Metodos de diseno tıpico incluyen la evaluacion del riesgo probabilıstico, un metodo quecombina los modos de falla y los efectos de analisis de arbol de fallas.

Se intenta mostrar que recolectar los datos de simples receptores del sistema GPS y trasnmitirlos a unnodo central, no alcanza para garantizar que el sistema cumpla con los requerimientos de:

Cobertura.

Alta disponibilidad.

Confiabilidad.

Tiempo real.

Efectividad en el uso.

1.3.1. Alta disponibilidad

Asegura un cierto grado absoluto de continuidad operacional durante un perıodo de medicion dado.Esto es debido a que sistemas complejos tienen inherentemente mas puntos de fallos potenciales y sonmas difıciles de implementar correctamente. La mayorıa de los sistemas altamente disponibles poseen unpatron de diseno simple, un sistema fısico multiproposito simple de alta calidad con redundancia internacomprensible ejecutando todas las funciones interdependientes emparejadas con un segundo sistema enuna localizacion fisıca separada.

1.3.2. Confiabilidad

Es otra caracterıstica clave. El sistema no debe de ser solamente libre de fallas, mas aun, la calidad delservicio que presta no debe de degradarse mas alla de un lımite determinado.

1.3.3. Tiempo real

Cabe hacer una aclaracion sobre que significa Tiempo Real:

19 FIUBA

1.4. Objetivos

Tiempo real, no es sinonimo de rapidez; esto significa que no es la latencia o la rapidez de larespuesta lo que nos enfoca en un sistema de tiempo real. No es la velocidad de la respuesta delsistema la que lo convierte en un sistema de tiempo real. El objetivo de los sistemas de tiemporeal es asegurarse de que la latencia es la adecuada para resolver el problema al cual el sistemaesta dedicado, y esto pueden ser dıas, horas, segundos o microsegundos dependiendo de la aplicacion.

La definicion canonica de un sistema de tiempo real (de Donald Gillies ) es la siguiente: Un sistemade tiempo real es aquel en el que para que las operaciones computacionales esten correctas nodepende solo de que la logica e implementacion de los programas computacionales sea correcto,sino tambien en el tiempo en el que dicha operacion entrego su resultado. Si las restricciones detiempo no son respetadas el sistema se dice que ha fallado.

Garantizar el comportamiento en el tiempo requerido necesita que el sistema sea predecible.

El determinismo es una cualidad clave en los sistemas de tiempo real. Es la capacidad de determinarcon una alta probabilidad, cuanto es el tiempo que se toma una tarea en iniciarse.

1.4. Objetivos

Este documento no trata un tema especifico puntual, sobre el cual se va a profundizar, sino todo locontrario, abarca un abanico de temas disjuntos, algunos de ellos no tienen que ver con la IngenierıaElectronica (por ejemplo cartografıa), pero se requiere en ellos un conocimiento mınimo, para llegar aobtener el resultado deseado.

Existen infinidad de trabajos que tratan alguno de los temas que se desarrollaran a continuacion, inclusocon mas profundidad, pero debido a esa vision parcial del problema, en ninguno se logra ver la grandimension de este.

El objetivo fundamental de esta Tesis de Ingenierıa Electronica es analizar en forma integral cada unode estos temas:

Modelar y especificar los moviles a monitorear, para cumplir los requerimientos solicitados.

Introducir la geodesia y cartografıa necesaria para interpretar correctamente los datos de posicio-namiento.

Estudiar los sistemas de localizacion y sus principios de funcionamiento.

Analizar las prestaciones que se le podrıan solicitar al sistema.

Seleccionar los sistemas de transmision de datos, en cada etapa del proceso, desde su origen hastallegar al usuario final.

Elegir los sistemas de manejo, almacenamiento de los datos, presentacion de los mismos y toma dedesiciones con ellos.

Debido a que se atacaran todos los niveles del sistema, la profundidad de algunos de ellos va a ser solola necesaria para los fines de esta tesis. En el diagrama 1.2 se ilustra la estructura de este documento


1. Objetivos y aporte de la tesis

para ayudar a visualizar la conformacion del mismo.

Vehículo

EspecificacionesPeso + Velocidad

=> modelo dedesplazamiento.

CAPÍTULO II

Informática

Motor DB , GIS ,Interfases

Estándar existentes

Comunicaciones

Móvil < > Celda Celdal < > NOCsistema

NOCsistema < > NOCclienteEstándar existentes

CAPÍTULO VII

CAPÍTULO VI

Conclusiones

CAPÍTULO VIII

Prestaciones delsistema

Tipos de Servicios

CAPÍTULO V

Georeferenciación

Sistemas de referencia(WGS84, Campo Inchauspe)

CAPÍTULO III

Sistemas delocalización

Principios básicossistemas existentes

CAPÍTULO IV

Figura 1.2: Organigrama de este documento

En los ultimos anos por distintos motivos:

Seguridad de las unidades.

Maximizar el rendimiento de las flotas de vehıculos.

Se a observado una explosion de sistemas y tecnologıas sobre este tema. Apareciendo terminologıas como:

AVL

VTS

ITS

LBS

MLP

GNSS

PLRS

RTLS

GIS

M-Commerce

Esto muestra que un sistema que estaba en desarrollo, esta empezando a tomar su forma, con standardsque lo respaldan y tecnologıas desarrolladas exclusivamente para este fin.

21 FIUBA

BIBLIOGRAFIA


Capıtulo 8

Conclusiones Finales

Al final de cada capıtulo, se realizo un comentario final sobre el tema especıfico que cada uno de ellosencaraba, justificando decisiones y elecciones realizadas en los mismos.Los siguientes parrafos solamente se intenta brindar unos comentarios finales y generales para cerrar estedocumento. La figura 8.1 nos guıa para saber donde estamos .

Vehículo

EspecificacionesPeso + Velocidad

=> modelo dedesplazamiento.

CAPÍTULO II

Informática

Motor DB , GIS ,Interfases

Estándares existentes

Comunicaciones

Móvil < > Celda Celdal < > NOCsistema

NOCsistema < > NOCclienteEstándares existentes

CAPÍTULO VII

CAPÍTULO VI

Conclusiones

CAPÍTULO VIII

Prestaciones delsistema

Tipos de Servicios

CAPÍTULO V

Georeferenciación

Sistemas de referencia(WGS84, Campo Inchauspe)

CAPÍTULO III

Sistemas delocalización

Principios basicossistemas existentes

CAPÍTULO IV

Figura 8.1: Organizacion del capıtulo

8.1. Personalizacion del sistema para los distintos servicios

La infraestructura del sistema al ser utilizada por distinto grupos de usuarios con distintas necesidadesparticulares, permite amortizar mas rapidamente los elevados costos del mismo.

Ambulancias.

Bomberos.

Policıa y seguridad.

Transporte de caudales.

Lıneas de transporte publico.

Empresas privadas.

La afinacion del sistema va a ser un proceso lento, debido a la gran cantidad de tecnologıas distintas que

239

8.2. Objetivos

integran el sistema.

No resulta rentable una unica empresa, implementar un sistema independiente para cada cliente, sinoun unico sistema adaptable y flexible a las necesidades de cada una. Como lo hacen algunas empresasactualmente.

8.2. Objetivos

Durante el avance de la tesis, se observo que alguno de los objetivos planteados a priori, fueron de facilcumplimiento, otros no tanto y otros no eran necesarios para los fines de la misma.

8.2.1. Objetivos logrados

Se ha logrado integrar las tecnologıas necesarias para poder implementar sistemas de este tipo cumpliendolas especificaciones inicialmente planteadas.A lo largo de los capıtulos anteriores se analizaron los problemas que se iban suscitando, analizando lasopciones posibles y generando las mejores soluciones a cada uno ellos.

8.2.2. Objetivos no logrados

Cumplir simultaneamente con :

Error menor a ±10metros.

Tiempo real.

En todo momento.

En toda la zona de cobertura.

Resulta practicamente, imposible o por lo menos dificultoso, cumplir absolutamente con los cuatro itemen forma simultanea a un precio razonable.Pero tambien luego de muchos analisis, se considera que los objetivos, plantados originalmente resultaroninnecesarios o excesivos para el funcionamiento del sistema. Por ejemplo, comparando con los requeri-mientos que le fueron especificados al sistema E911 en B.2.7 de ±50metros, una incerteza de ±10metrospara la localizacion de un vehıculo puede ser excesiva. El mismo deberıa extenderse a 20, 30 metros omas.

8.2.3. Objetivos adicionales

Estos objetivos no pertenecen a los requerimientos originales, surgieron durante el diseno del sistema.Por ejemplo M-Commerce como se vio en la seccion 5.4.2 del capıtulo 5.O posibles problemas que podrıan suscitarse debido al uso indebido del sistema. Por ejemplo la amenazaa la privacidad. Como se analizo en la seccion 5.4.1 del mismo capıtulo.


8. Conclusiones Finales

8.3. Integracion de contenidos en un sistema

El objetivo de este documento no fue el diseno de un sistema, sino brindar las herramientas y cuidadosnecesarios a tener en cuenta durante la ingenierıa de estos.A continuacion a modo de ejemplo se desarrollara la implementacion de un sistema. Para ello, se espe-cificaran las siguientes partes:

Equipamiento del movil.

Infraestructura del sistema.

Informatica del sistema.

8.3.1. Equipamiento del movil

Cada vehıculo de la flota para poder ser monitoreado por el sistema en forma remota, debera tenerinstalado:

1. Un transceptor de comunicaciones TETRA, en la imagen 8.2 puede verse una foto del modeloMDT400.

2. Un modem GSM. Puede encontrarse como una placa separada, o como un modulo fijo o insertableen los transceptores TETRA.Para ser utilizado como sistema secundario de comunicaciones y como sistema secundario de loca-lizacion a traves de cell-id, AOA , RSS, TDOA, etc.

3. Un receptor satelital GNSS : Navstar y/o Galileo. Apto para DGPS en RTK o A-GPS para llegara la precision requerida. Pueden encontrarse como:

Un modulo OEM.

Como un modulo fijo o insertable en el transceptor de comunicaciones.

Como un chip dentro de un modem GSM.

4. Sensores adicionales que complementan la localizacion:

Acelerometros Giroscopo Odometro Brujula

5. Sensores internos del vehıculo:

Antipanico/hombre muerto

Apertura de puertas

Nivel de combustible

Estado y bloqueo del motor

6. El firmware del equipo:Puede instalarse en alguno de los modulos comentados arriba, si alguno de ellos lo permite. Encaso contrario. Sera necesario agregar un modulo adicional, un sistema embebido, que realice lassiguientes tareas:

241 FIUBA


Recolectar los datos de todos los sensores.

Procesar, filtrar matematicamente los datos para eliminar el ruido, por ejemplo usando Filtrode Kalman.

Armar los reportes de posicion para transmitirlos a la BTS.

Recibir y mostrar; escribir y transmitir mensajes informativos a traves de una interfase ami-gable al usuario.

Seguridad de la informacion. La misma se brindarıa por medio de la encriptacion, en lossiguientes casos :

• TETRA tiene la capacidad de encriptar la informacion que transporta, soporta E2EE.

• La red GSM brinda una privacidad mınima; la firma y encriptacion debera ser realizadaa nivel aplicacion. Para lo cual se requiere un CPU, con los MIPS necesarios para que laduracion de este proceso sea mınima. Ver E.1.3

Las principales arquitecturas de “sistema embebido”, disponible en el mercado, con la capa-cidad de calculo requerida son:

• Arquitectura ARM9 o superior.

• Arquitectura x86 compatible.

Corriendo sobre esta arquitectura, algun sistema operativo “RTOS”, la aplicacion podra rea-lizarse en “C” o java.

Figura 8.2: Tranceptor TETRA modelo MDT400

8.3.2. Infraestructura del sistema

La infraestructura elegida, sera celular y distribuıda geograficamente. Para describirla se la dividira porfunciones que realiza cada una, mostrando estas en los siguientes diagramas:

1. En el diagrama 8.3 se puede observar la utilizacion de un sistema GNSS como metodo primario dedeterminacion de posicion del MS:

Utilizando sistema RTK, podrıa ser A-GPS o RTCM. Para mejorar la precision y disminuirel TTFF y el intervalo de tiempo luego de una perdida se senal debido a un obstaculo quehace sombra a la senal del SV.



En el centro geografico de cada cluster, se encuentra una BTS TETRA, que recibe los repor-tes de cada MS. El area de cobertura de una radio base TETRA, es superior a las BTS detelefonica movil, incluyendo a varias de las segundas, dentro de la primera.

Dentro de cada cluster, se calcula la ubicacion geografica de los MS dentro del mismo.

El motor de la DB, indexara los datos de posicion, gracias al tamano reducido del cluster, esteproceso, se espera que se realice en una fraccion de segundo.

El NOC del sistema lista los MS que se encuentran en cada cluster, y deriva las query de losusuarios del sistema al cluster que corresponda al MS buscado. Para facilitar la integraciondel sistema se utilizara MLP para estas.

Los clientes del sistema accederan al sistema, a traves de un navegador web. El cual accedera almotor del GIS para realizar las consultas sobre los MS. Ejemplos de este tipo de aplicacion semuestran en las siguientes figuras 8.4 y 8.5.

2. Los sistemas GNSS, brindan la precision requerida por el sistema, pero su disponibilidad no es laadecuada. Para solucionar este inconveniente, se utilizara la red celular como sistema de localizacionsecundario. Esto puede verse en la figura 8.6:

La incerteza de este sistema, varıa con la densidad poblacional.Las zonas densamente pobladas, donde existen edificios altos que degradan a los sistemasGNSS, requieren gran cantidad de celdas de celular, disminuyendo el radio de cobertura deestas y mejorando las cualidades del sistema de telefonıa celular de determinar la ubicacionde un MS.Ambos sistemas forman una simbiosis perfecta.

El receptor del GPS, conociendo su ubicacion grosera, entregada a el por la red celular,permitirıa que este disminuya su TTFF.

Un sistema preciso presenta baja disponibilidad y viceversa.

3. Durante la perdida de senal de GNSS, para no degradar la calidad de posicionamiento, se utilizaralos que en este documento se llamaron sistemas complementarios:

Odometro, giroscopo, acelerometros y brujula. Los datos de estos deben ser transmitidos juntocon los demas al LMU para que este los utilice cuando sea necesario, como puede verse en lafigura 8.7.

La precision de los mismos es excelente a corto plazo, pero se incrementa debido a la acumu-lacion de errores.

4. Un servicio secundario del sistema es la transmision de mensajes informativos, entre el MS y elcentro de monitoreo del cliente.

8.3.3. Informatica del sistema

La informatica se encuentra en cada etapa del sistema, con diversidad de plataformas y lenguajes.

243 FIUBA


Celda

DBGIS

Usuario monitoreasus móviles ID1 ,

ID2 y ID3

Control Central Sistema

ServerServer

Router

Router

Router

GPS

Celda

GPS

GPS

Celda

DBGIS

DBGIS

Router

Router

GPS

Pse

udo

Dis

tanc

ia 1

ID1, PsDist1,PsDist2, PsDist3

ClusterCluster

ID1 ? (Primer pedido reporte)

ID1,Lat,Long

ID2,Lat,Long

Celda

ID3,Lat,Long

Usuario monitoreaotros móviles

ID1

Ps

Dis

t 2Ps D

ist 3

CalculoPosición

DGPS

ID3

ID2

ID1 ? (Forwardeado al clustercorrespondiente)

W W

WBackb

one

ID1, PsDist1,PsDist2, PsDist3

Ps Dist 4

DGPS, PsDist4

?ID1, Efemérides

Figura 8.3: Escenario-SV-PsDist-AGPS-TxPseudoRange-Cluster-DGPS-Calculo-TxLatLon-Noc-Cliente

Figura 8.4: GIS del GCBA



Figura 8.5: GIS de GoogleMaps

Celda

DBGIS


ID2 y ID3


ServerServer

Router

Router

Router

GPS

Celda

GPS

GPS

Celda

DBGIS

DBGIS

Router

Router

GPS

ID1, Sign, Pseudo Distancia 1

ClusterCluster


ID1,Lat,Long

ID2,Lat,Long

Celda

ID3,Lat,Long


ID1ID1, Sign, Ps Dist 2

ID1, Sign, Ps Dist 3

CalculoPosición

ID3

ID2


W W

WBackb

one

-

7 56

1210

8 4

1

9 3

112

-

7 56

1210

8 4

1

9 3

112

-

7 56

1210

8 4

1

9 3

112

ID1, Sign, PseudoDistancia 1



Figura 8.6: Escenario-Ms-PsDist-BTS-TxPseudoRange-Cluster-Calculo-TxLatLon-Noc-Cliente

245 FIUBA


Celda

DBGIS


ID2 y ID3


ServerServer

Router

Router

Router

GPS

Celda

GPS

GPS

Celda

DBGIS

DBGIS

Router

Router

GPS

ID1,DistRec, Acel, Direc

ClusterCluster


ID1,Lat,Long

Celda

ID3,Lat,Long


ID1

CalculoPosición

ID3

ID2


W W

WBackb

one

ID1,DistRec, Acel, Direc

ID2,Lat,Long

OdometroAcelerometro

Brujula

Figura 8.7: Escenario-Ms-OdoAcelemetroBruju-TxDistanVelocOrien-Cluster-Calculo-TxLatLon-Noc-Cliente

1. En cada etapa del sistema que sea atravesada por la informacion de los MS, la misma debera irencriptada y firmada.Esto no presenta problema para ninguna computadora, pero si puede resultar excesivo para losCPU instalados en los MS, dependiendo de la capacidad de calculo instalada y de cada caso seutilizara:

Criptografıa simetrica por ejemplo AES con 128 bits.

Criptografıa asimetrica por ejemplo RSA con 1024 bits.

2. Transporte de la informacion a traves del sistema se realizara con los siguientes protocolos MLP,RTP sobre un backbone de MetroEhernet con MPLS para brindar QoS y la ultima milla depen-dera de los servicios de que se disponga en cada caso.

3. Se requiere realizar un control de acceso a la informacion en todo momento, con loggueo de cualquierevento.

4. Dentro de cada cluster, se calcula la ubicacion de los MS dentro del mismo, aplicara las correccionesdiferenciales en tiempo real e ingresara estos datos en una pequena DB local. El calculo de laubicacion, podrıa realizarse mediante la resolucion de sistema de ecuaciones no lineales o medianteel metodo DCM.

5. Implementar un sistema de backup de la informacion, para garantizar la integridad de la informa-cion durante la cantidad de anos que se requiera dependiendo del uso del sistema.

6. En el NOC del sistema, se encontraran los servidores, que contendran el resto de las DB:

Una DB con la cartografıa del area a la que el sistema brinda cobertura.

Una DB conteniendo las password y permisos de los usuarios.

Una DB conteniendo los MS que se encuentran en cada cluster.

Una DB conteniendo la informacion necesaria de cada MS (empresa a la que pertenece, datosdel chofer, etc).



Una DB que contenga el facturacion del sistema.

En cada cluster se encuentra la DB con la ubicacion actualizada de los MS.

Como motor de las DB se utilizara PostgreSQL con paquete PostGIS y herramientas para manejode datos geograficos.

7. Sistema de referencia cartografico, deberıa usarte POSGAR2007 como Marco de Referencia Geodesi-co Nacional, en vez del WGS84. Suministrado por el IGN

Para un area de cobertura como en el caso de esta tesis, del Gran Buenos Aires, puede utilizarseuna proyeccion ortografica, sin cometer grandes errores. En el caso de que el area se extienda atodo el paıs, ya no podrıa utilizarse esta y deberıa cambiarse.

8. Un servidor en cada cluster realiza las siguientes tareas:

a) Verifica la autenticidad de la informacion recibida de cada MS.

b) Procesa matematicamente la misma para eliminar ruido y hacer las correcciones DGPS.

c) Ingresa esta ultima a una DB y la indexa usando GiST.

d) Responde las query que le delega el NOC sobre los MS que ella administra debido a que estanen su area.

8.3.4. Sistemas similares instalados en el paıs

No se tiene conocimiento de sistemas de localizacion instalados en Argentina, que cumplan todas lasespecificaciones que se han planteado en esta tesis, pero a continuacion se comentaran aplicacionesparciales de los temas vistos a lo largo de esta tesis:

Instalaciones de sistema TETRA en el paıs: Equipos con estas prestaciones ya se estan utilizandoen el paıs por distintos organismos y empresas:

• El Gobierno de Mendoza, en el marco del Pacto Social por la Seguridad. Entrego 80 equiposde comunicaciones TETRA a los cuerpos de bomberos voluntarios, la Policıa y al Servicio deEmergencias Coordinado 911 de las comunas de Lujan, Guaymallen, Las Heras y Mai.

• La firma espanola TELTRONIC, dedicada a la fabricacion de equipos de radiocomunicacio-nes moviles profesionales, junto con la firma argentina INTEMA, seran las encargadas de lainstalacion de un sistema TETRA en la nueva sede corporativa de REPSOL YPF. La nuevasede se ubica en Torre Madero de Buenos Aires.

Sistemas de informacion Geografica:

• SAGPyA: En el area de monitoreo satelital se utiliza para la representacion grafica del esta-do de situacion de los buques pesqueros que se encuentran reportando al Sistema http://www.

sagpya.mecon.gov.ar/SAGPyA/pesca/pesca_maritima/05-monitoreo_satelital/index.php.Como puede verse en la imagen 8.8.

• Gobierno de la Ciudad de Buenos Aires: La Unidad de Sistema de Informacion Geografica,brinda el servicio de mapa interactivo http://mapa.buenosaires.gov.ar.Como se puede verse en la imagen 8.4.

247 FIUBA

http://www.sagpya.mecon.gov.ar/SAGPyA/pesca/pesca_maritima/05-monitoreo_satelital/index.php

http://www.sagpya.mecon.gov.ar/SAGPyA/pesca/pesca_maritima/05-monitoreo_satelital/index.php

http://mapa.buenosaires.gov.ar

8.4. Complejidad del sistema

Las empresas de telefonıa celular Movistar y Nextel, brindan servicios de localizacion de sus equipos.Estos pueden encontrarse visitando la pagina web de estas.

Diversas empresas brindan servicios de recuperacion de vehıculos y algunas de localizacion, a travesde GPS y GPRS. Como ejemplo podrıa nombrarse TESACOM, STOPCAR, etc.

Figura 8.8: Representacion grafica del estado de situacion de los buques pesqueros que se encuentran reportandoal Sistema

8.4. Complejidad del sistema

Proyectos de gran envergadura como este presentan complejidad. Algunos de los motivos pueden verseen la figura 8.9. Se podrıan ordenar de la siguiente manera:

Interdiciplinario.

Real Time.

Costos.

A continuacion, un breve comentario de cada uno de estos puntos.



TETRAP25

GPRS / EDGE / UMTS

CAPÍTULO VI

Conclusiones

CAPÍTULO VIIIPrestaciones del

sistema

Tipos de Servicios

CAPÍTULO V

Comunicaciones

Vehículos

Celda

Vehículos

DBGIS

Usuario monitorean susmóviles


Celda

Server Server

Server

Server

Router Router

Router

Router

NOCClusterMóvil o MS

Cliente

Java / CNMEA

SSL / RSARTOS

Embedded System

MapServer / PHPApachePostGIS

PostgresSQL

MLPHTTPS

InformáticaCAPÍTULO VII

Applets javaSSL / RSANavegador

PHPApachePostGIS

PostgresSQL

DBGIS

MLPHTTPS

F. KalmanResol Sist Ecuac

No LinSSL / RSA

DB Cartog.PKI

MetroEthernet /MPLS / QoS /

sRTP

Last Mile ? / QoS /sRTP

DGPS / AGPS+

sist. local. respaldo+

OdómetroAcelerómetro

Figura 8.9: Resumen de la tesis

8.4.1. Interdiciplinario

La mayor dificultad de encarar proyectos de este estilo, es lo gran interdiciplinarios que resultan. Serequieren profesionales de diversas areas, para llegar a buen termino:

Cartografıa.

Sistema de control.

Sistema de Comunicaciones.

Redes de computadoras.

Software.

Y en una cadena, una falla en cualquiera de los eslabones, genera la falla del sistema. Por este motivo,para realizar una implementacion, va a ser totalmente recomendable armar un grupo interdiciplinario deprofesionales.

8.4.2. Real Time

Los requerimientos ya mencionados y este Tiempo Real agrega una complicacion adicional. Para lascomunicaciones y la informatica.Ninguno de los sistemas que actualmente brindan servicios similares cumplen con este requerimiento.Por lo general por demoras en las comunicaciones, debido a que no les resulta rentable solucionarlo.

249 FIUBA

8.5. Impacto presente y futuro

8.4.3. Costos

Aunque es un tema que para muchos ingenieros, sea insignificante, este pequeno detalle puede llevar aque el desarrollo nunca llegue a implementarse.El sistema debe ser rentable, y tener un recupero de la inversion lo mas corto posible. Para ello debeevaluarse dos puntos :

Costo inicial del sistema:

• Costo de la ingenierıa del sistema.

• Costo del equipamiento.

Costo mensual:

• Amortizacion de los equipos instalados en los clientes.

• Costos de mantenimiento de equipos.

• Costos de los servicios de comunicaciones requeridos.

Debe buscarse el mınimo costo que satisfaga todas las especificaciones solicitadas. Por este motivo cuantomejor son especificadas las mismas, se podra acceder a un costo optimo.

8.5. Impacto presente y futuro

La integracion de los distintos sistemas de posicionamiento y de comunicaciones inalambricas en undispositivo, va a tener un gran impacto en los sistemas de navegacion :

Impacto directo : Mejora radical en el sistema de navegacion.

• Reducir la complejidad actual de navegacion dentro del vehıculo.

• Facilitar la inicializacion del sistema de navegacion (giroscopo, brujula, odometro)

• Facilitar la implementacion de DGPS (por ejemplo A-GPS)

• Agregarle funciones al sistemas ( transmitir informacion de trafico, sistema de eleccion de rutaoptima, comunicacion vehıculo a vehıculo )

• La integracion en un unico equipo GPS+Celular para reducir costos ( con las mismas frecuen-cias, VLSI )

Impacto indirecto : Proporcionar a los usuarios un servicio de localizacion

• Localizar informacion (bancos, hoteles, estaciones de servicio)

• M-Commerce.

• Respuesta a emergencias.

Adicionales : Extender el sistema de navegacion del vehıculo a un sistema de navegacion personal.

• Sociedad/comunidad /familia para coordinar, que los padres localicen a sus hijos.

• Rastreo de personas E911.

• Servicio de rastreo de dispositivos.


BIBLIOGRAFIA


Apendice F

Actas de acuerdo

F.1. Actas de acuerdo de la tesis

A continuacion se adjuntan las actas firmadas entre las partes involucradas:

Acta de acuerdo.

Objetivos de la tesis.

Dictamen de recomendacion de la Comision Curricular y Dept Electronica.

Nota elevada al Senor Decano.

Resolucion Decano N 2255/02.

Defensa de la tesis.

397


Figura F.1: Acta de Acuerdo



Figura F.5: Resolucion 2255-02 Decano


F. Actas de acuerdo

Figura F.6: 7-Portada de la tesis con firma y nota

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Sistema electr onico de seguimiento y posicionamiento de...

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