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Engenharia de Controle e Automação ·
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1 LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA ATRAVÉS DE APARELHO CELULAR Allan Rangel Cordeiro Curso de Engenharia Elétrica Universidade Federal do Paraná Curitiba Paraná Brasil email aleeufprbr Resumo Este artigo tem como objetivo demonstrar a viabilidade de aplicação de um sistema de localização geográfica através de aparelhos celulares utilizandose para isso do atual sistema GSM em operação nas cidades brasileiras O projeto visa estudar uma alternativa ao já difundido GPS Global Positioning System sem que para isto necessite do auxílio de satélites ou outros novos investimentos NOMENCLATURA AOA Angle of Arrival ARFCN Absolute Radio Frequency Channel Number AUC Authentication Centre BSC Base Station Controller BSS Base Station Subsystem BTS Base Transceiver Station CCH Control Channel CCITT Comitê Consultivo de Telefonia e Telegrafia Internacional Cell ID Cell identity CGI Cell Global Identity DCS Digital Cellular System DoD Department of Defense DSSS Direct Sequence Spread Spectrum EIR Equipment Identity Register ERB Estação Rádio Base FHMA Frequency Hopping Multiple Access FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum GMLC Gateway Mobile Location Centre GMSC Gateway Mobile Switching Centre GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile HLR Home Location Register HO Handover IMEI International Mobile Equipment Identity IMSI International Mobile Subscriber Identity LAC Location Area Code LAI Location Area Identifier LBS Location Based Service LCS Location Services LMU Location Measurement Unit MAP Mobile Application Part ME Mobile Equipment MS Mobile Station MSC Mobile Switching Center MSISDN Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number NMC Organização de Gerenciamento da Rede OMC Operation and Maintenance Center OMS Operation and Management Subsystem PCS Personal Communication System PLMN Private Land Mobile Network RTPC Rede de Telefonia Pública Comutada RTT Round Trip Time SIM Subscriber Identity Module SMLC Serving Mobile Location Center TA Timing Advanced TCH Traffic Channel TDMA Time Division Multiple Access TDOA Time Difference Of Arrival TRAU Transcoder and Rate Adapter Unit UIT União Internacional de Telecomunicações VLR Visitor Location Register I INTRODUÇÃO Com o desenvolvimento da tecnologia novas necessidades vão sendo incorporadas visando facilitar o diaadia das pessoas Nos últimos anos o GPS Global Positioning System tem sido cada vez mais utilizado como sistema de localização geográfica global Inicialmente utilizado principalmente em atividades como navegação marítima está sendo adicionado ao cotidiano das cidades brasileiras atrelado à softwares que localizam o aparelho em um mapa da cidade em questão Existem atualmente dois sistemas efetivos de posicionamento por satélite o GPS EUA e o Glonass russo além de dois sistemas em implantação o Galileo europeu e o Compass chinês Tal diversidade mostrase estrategicamente importante uma vez que o sistema GPS é controlado pelo DoD Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América para uso exclusivo militar e embora atualmente esteja disponibilizado o uso e civil gratuito não existem garantias de que assim continuará Ao longo deste trabalho iremos demonstrar um sistema alternativo para localização geográfica baseado no rastreamento do aparelho celular do cliente à ser utilizado principalmente nas grandes cidades O trabalho será desenvolvido sobre o sistema celular GSM em operação visando reduzir ao máximo novos custos para sua implementação II A TECNOLOGIA GSM A principal tecnologia utilizada atualmente no sistema celular brasileiro é o GSM Global System for Mobile Communication Primeiramente será apresentado a seguir um breve resumo da tecnologia GSM O GSM é atualmente utilizado em vários países Começou a ser usado na Europa e em seguida se difundiu pelo mundo Esta tecnologia pode ser separado em 3 sistemas GSM900 freqüência de 900MHz DCS1800 Digital Cellular System na freqüência de 1800MH e 2 PCS1900 Personal Communication System na freqüência de 1900MHz a operadora celular TIM SUL por exemplo trabalha especificamente com as freqüências de 900 e 1800 MHz Segue a faixa de freqüência do GSM utilizada TABELA I Freqüências utilizadas pela TIM SUL em MHz GSM 900 DCS 1800 PCS 1900 Estação Móvel ERB 880915 17101785 18501910 ERB Estação Móvel 925960 18051880 19301990 Espaçamento entre freqüências de Transmissão e Recepção 45 95 80 Fig 1 No Extended GSM 900 o uplink está na faixa de 800 a 915 Mhz e o downlink de 925 a 960 Mhz Fig 2 No DCS 1800 o uplink está na faixa de 1710 a 1785 Mhz e o downlink de 1805 a 1880 Mhz Fig 3 No PCS 1900 o uplink está na faixa de 1850 a 1910 Mhz e o downlink de 1930 a 1990 Mhz A rede GSM é formada por várias entidades Sua arquitetura é muito flexível o que torna extremamente viável e vantajosa para as operadoras dos sistemas móveis celulares Podemos dividíla em três partes principais sendo a estação móvel o subsistema estação base e o subsistema de rede MS Mobile Station É a estação móvel terminal utilizado pelo assinante no qual é inserido o SIM Card chip que contém as informações do usuário e armazena um número de 15 dígitos que identifica uma dada estação móvel o IMSI Identidade Internacional do Assinante Móvel BTS Uma célula de rádio ou BTS Base Transceiver Station é a menor área de serviço em uma PLMN Rede Pública de Comutação Móvel Uma célula consiste de uma estação rádiobase que transmite através de uma pequena área geográfica representada por um hexágono O tamanho máximo de uma célula pode ter até 35 km de raio para o sistema GSM900 e até 8km de raio para o DSC1800PCS1900 Fig 4 Conjunto de células ou BTSs BSS Base Station Subsystem Sistema da estação base se comunica com a estação móvel do assinante através de interface de rádiofreqüência A BSS é composta pelos equipamentos BSC Base Station Controller responsável pelas funções inteligentes da BSS atribuindo conexões de canal de tráfego a partir da SSS à BTS e também controla toda a BSS Uma BSC pode controlar várias BTSs e várias TRAUs BTS Base Transceiver Station compreende os equipamentos de transmissão e recepção de rádio Contém um ou mais tranceptores TRX e serve até 24 células TRAU Transcoder and Rate Adapter Unit é o equipamento onde codificação e decodificação são executadas assim como a adaptação da taxa Cada BSS é conectada a uma MSC Central de Comutação de Serviços Móveis que pertence ao SSS Subsistema de comutação Switching Subsystem e é responsável pelo roteamento das conexões de canal de tráfego As MSCs estão conectadas entre si e à rede fixa 3 A BSC é responsável pela configuração dos canais de rádio saltos de freqüência e transição entre células hand over sendo responsável por prover a interface da MS com a MSC Centro de Comutação Móvel Uma BSC pode gerenciar os recursos de uma ou mais BTS O Subsistema de rede é a parte responsável pela interconexão da rede GSM com a rede pública RTPC e também por todo gerenciamento da base de dados e o processamento das informações através das interfaces Composto de elementos de rede como o Centro de Comutação de Serviços Móveis MSC o Registro de Localização de Unidade Móvel Local HLR o Registro de Localização de Unidade Móvel Visitante VLR o Equipamento de Identificação de Registro EIR e o Centro de Autenticação de Unidade Móvel AuC Os principais componentes do Subsistema de Rede para o desenvolvimento desse artigo são o MSC o HLR e o VLR Fig 5 Componentes da BSS e do SSS Fig 6 Base de dados do cliente MSC Mobile Switching Center É a Central de Comutação e Controle que controla várias BSSs A MSC é responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis Essa central controla o tráfego entre diversas células E nela encontramos as informações dos assinantes tais como o VLR Visitor Location Register Registro de Localização de Visitante onde os celulares que não estão na sua área local possam ser localizados o HLR Home Location Register registro de Localização de Unidade Móvel Local o AUC Authentication Centre Central de Autenticação que é responsável pela autenticação dos assinantes no uso do sistema e possibilita a autenticação do IMSI sendo também responsável por gerar a chave para criptografar a comunicação entre o MS e a BTS HLR É uma base de dados na qual os assinantes móveis são criados cancelados e bloqueados Contém as identidades de assinantes permanentes assim como os serviços que um assinante está autorizado a utilizar Armazena e gerenciar todas as assinaturas da rede móvel pertencente a uma operadora específica Inclui dados dos assinantes como Identidade do assinante IMSI MSISDN Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number serviços complementares de assinantes informação de localização do assinante gerenciamento da base de dados da assinatura comunicação com os MSCs comunicação com os GMSCs Gateway Mobile Switching Centre comunicação com os AUCs comunicação com os VLRs VLR contém os dados relevantes de todos os assinantes móveis atualmente na área de serviço de uma MSC Os 4 dados permanentes são os mesmos que os encontrados no HLR A localização de dados no VLR reduz o tráfego de dados ao HLR pois este não é sempre responsável pelo fornecimento dos dados Há um VLR para cada área de serviço de uma MSC atua como um armazenamento temporário informação de assinatura para as EMs que estão numa área de serviço de uma MSC particular verifica IMSI do assinante e checa se o mesmo tem registro em sua área ou não caso não encontre registro de uma EM envia requisição para o HLR EIR Equipment Identity Register permite verificar a situação legal do equipamento pelo sistema indicando por exemplo se determinado aparelho foi roubado É a base de dados que armazena os IMEIs Identidade Internacional do Equipamento Móvel número de 15 dígitos determinado pelo fabricante dos terminais móveis da OMC Organização de Operação e Manutenção entidade funcional através da qual a operadora monitora e controla o sistema e a NMC Organização de Gerenciamento da Rede Esta central ainda possui interfaces para ligar outras redes como a PLMN Redes Privadas de Telefonia Fixa padrão SS7 Sistema de Sinalização número 7 a RPTC Redes Públicas de Telefonia Comutada e redes RDSI Rede Digital de Serviços Integrados OMS Subsistema de Operação e Manutenção centraliza a monitoração dos componentes de rede da SSS e da BSS É formado pelos Centros de Operação e Manutenção OMC A operação e manutenção para SSS e BSS são independentes mas podem ser realizados num mesmo local Fig 7 Subsistema de Operação e Manutenção O Handover HO é o processo de comutação de uma chamada em andamento de um canal de rádio para outro é necessário para reter uma chamada quando o usuário passa de uma área de cobertura de uma célula para outra Fig 8 1 Handover intracélula 2 Handorver intercélula interno 3 Handover intercélula externo A BTS é a torre propriamente dita ERB estação rádio base é nela em que estão as antenas normalmente direcionais voltadas para um azimute ângulo em que a antena estará posicionada na torre em relação ao norte geográfico de acordo com a região que se deseja irradiar preferencialmente o sinal Interface Abis é o link normalmente microondas entre a BSC e a BTS Uma BSC normalmente controla várias BTSs de uma região As bandas do GSM são divididas em canais de RF onde cada canal consiste de um par de freqüências Transmissão e Recepção com 200 KHz de banda cada Concluise que o DCS 1800 possui 373 canais e o GSM 900 124 canais Estes canais receberam uma numeração conhecida como ARFCN Absolute Rádio Frequency Channel Number As freqüências portadoras dos canais de RF são moduladas em 03GMSK Gaussian Minimun Shift Keying tipo de modulação digital que reduz o espectro do sinal modulado por um sinal digital com taxa de 270833 kbits Este sinal digital é dividido em 8 intervalos de tempo time slots possibilitando o múltiplo acesso por divisão no tempo TDMA das Estações Móveis 5 TABELA II Slots de tempo Período Composição Sinal de 270833 kbits 4615 ms 8 slots de tempo Slot de tempo 5769 us 15625 bits Bit 3692 us O GSM assim como o TDMA IS136 é uma combinação de FHMA Frequence Hopping Multiple Access e TDMA Existem dois tipos básicos de canais lógicos no sistema GSM que ocupam a estrutura do quadro frame TDMA TCH canal de tráfego e CCH canal de controle eles transmitem a informação do usuário voz dados e os dados de controle da sinalização O TCH suporta duas taxas de informação a Full Rate quando o canal de RF tem 8 canais e cada canal utiliza um time slot A segunda o Half Rate quando o canal de RF tem 16 canais neste caso 2 canais lógicos ocupam alternadamente um mesmo time slot As taxas de informação para os canais de tráfego TCH são TABELA III Canais de tráfego Full Rate Half Rate Voz 13 kbits 228 kbits bruta 114 kbits Dados 96 kbits 48 kbits e 36 kbits 48 kbits e 24 kbits Temos ainda o BCH Broadcast Channel no qual o MS localiza a célula de melhor nível de sinal e o MS permanece nesse canal A eficiência de utilização do espectro capacidade do sistema GSM é muito boa em 200kHz tem capacidade para 8 chamadas enquanto que o AMPS e o TDMA em 30kHz tem capacidade para 1 chamada e 3 chamadas respectivamente O sistema GSM apresenta uma menor interferência co canal ou seja quando uma célula utiliza o canal 620 por exemplo nenhuma de suas vizinhas ao redor ou células próximas devem utilizar esta mesma freqüência pois terá interferência assim como também não se pode usar canais adjacentes neste caso seriam os canais 619 e 621 Temos assim uma melhor utilização do espectro do sistema O recurso de frequency hopping saltos de freqüências é capaz de tornar mais eficaz o reuso de freqüências O método FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Espelhamento por Saltos em Freqüências faz parte da técnica SpreadSpectrum que espalha a informação por uma banda muito maior do que a necessária para sua transmissão Para tal FHSS divide a banda total em vários canais de pequena largura de banda Desta forma transmissor e receptor saltam por estes canais conforme uma sequüência pseudoaleatória conhecida por ambos Até podese dizer que o FHSS usa a largura de banda de forma ineficaz pois ocupa toda a banda para realizar o espelhamento Sistemas em FHSS geralmente apresentam velocidades inferiores em relação aos que trabalham em DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Porém quando se fala em segurança o FHSS é robusto pois receptores não desejados não conhecem a seqüência pseudoaleatória utilizada enchergando sistemas FHSS como ruídos de curta duração Exemplo alguns dispositivos WLAN que operam na faixa de 2400 a 2483 MHZ utilizam FHSS Neste caso dividese a banda em 79 canais de 1Mhz e os saltos ocorrem no mínimo a cada 04 segundo Fig 9 Método de Espelhamento por Saltos de Frequências Outra importante característica da Modulação por Espalhamento de Espectro é que esta provê uma proteção contra interferência externa com potência finita O sinal causador de interferência pode consistir de um ruído de banda larga bastante poderoso ou de uma forma de onda de múltiplas freqüências que são dirigidas ao receptor de forma a degradar a comunicação A proteção contra estas interferências é obtida fazendo com que o sinal contendo a informação ocupe propositadamente uma largura de banda maior do que a necessária para transmitilo Isto faz com que o sinal transmitido tenha uma aparência semelhante ao ruído O sinal pode então propagarse através do canal sem ser impropriamente detectado Já foi descrito ao longo do texto algumas interfaces da arquitetura GSM segue abaixo mais o complemento destas interfaces Fig 10 Interfaces da rede GSM As interfaces da arquitetura de uma rede GSM apresentadas na figura foram padronizadas de modo a permitir a interoperabilidade com outras redes incluindo roaming internacional e permitindo a utilização de diversos fornecedores na sua implantação Interface Abis entre ERB BTS e BSC Esta interface suporta dois tipos de links canais de tráfego a 64 kbits levando voz ou dados do usuário e canais de sinalização BSCBTS a 16 kbits Interface A entre BSC e MSC Está especificada pelas normas do GSM A camada física é um 2 Mbits padrão CCITT Comitê Consultivo de Telefonia e Telegrafia Internacional que é o orgão responsável pelo estudo técnico de questões relativas a operação tarifação e 6 elaboração de recomendações para padronizar as telecomunicações a nível mundial Interfaces C D E F G Foram padronizadas pelo protocolo MAP Móbile Aplication Part que utiliza os serviços de transação e transferência de mensagens do Sistema de Sinalização número 7 SS7 Em um sistema de telefonia fixa é necessário que exista entre as centrais telefônicas além dos troncos com os canais de voz um sistema de sinalização por onde são trocadas mensagens de modo a se estabelecer uma chamada telefônica entre dois assinantes O Sistema de Sinalização número 7 é o padrão adotado pela UIT União Internacional de Telecomunicações e utiliza um canal dedicado para a comunicação Interface entre MSC e redes de Telefonia Fixa A interconexão entre MSC e redes fixas utiliza o Padrão SS7 TUP ou ISUP Interfaces B e H As interfaces B entre MSC e VLR e H entre HLR e AUC não estão padronizadas pois tratamse de interfaces internas do MSCVLR e do HLRAUC Fig 11 Rede GSM Os serviços de localização padronizados para o GSM permitem estimar com precisão a localização da estação móvel servindo de base para vários serviços oferecidos ao assinante III LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA CELULAR Para competir com o mercado de telefonia fixa a TIM celular lançou o serviço TIMFIXO o qual é um exemplo da utilização de LBS Location Based Service Através do sistema GSM é identificado o local de utilização do aparelho e deste modo somente são permitidas ligações dentro de um limite territorial prédeterminado o qual geralmente se trata da residência do cliente Em troca desta restrição o assinante tem planos específicos e tarifas menores para a realização de chamadas Para o funcionamento do sistema é utilizada uma técnica desenvolvida pela operadora que faz a localização do ME em nível de rede chamada CELLID a qual explicaremos adiante Para possibilitar a localização geográfica de um aparelho celular em uma rede de telefonia móvel é necessária a adição de alguns elementos à arquitetura da rede Estes permitem que a rede determine a localização de um telefone celular trazendo a possibilidade de aplicação do serviço proposto O LGS é o serviço de localização de vital importância em um LBS Ele envia os dados referentes à localização para uma aplicação LBS Sendo o responsável por determinar o melhor método de localização de um móvel realizar a conversão de sistemas identificar o alvo IMEI IMSI IP estimar a precisão das informações proteger a privacidade das informações e possibilitar a realização de cobranças dos serviços prestados Outros componentes importantes na arquitetura LBS são Gateway Mobile Location Center GMLC e o Serving Mobile Location Center SMLC O GMLC é o primeiro nó que um cliente LCS acessa em uma rede GSM ou UMTS O GMLC pode também solicitar informações de roteamento ao HLR e após realizar seu registro de autorização enviar os pedidos de posicionamento para a MSC e receber as estimativas de localização das devidas entidades Dependendo do tamanho da rede podemos ter um ou vários GMLCs além da possibilidade para interligação entre GMLCs de diferentes operadores como apoio de posicionamento para assinantes em roaming Os pedidos de localização são recebidos por um GMLC de um LCS cliente que coordena todo processo de posicionamento e finalmente retorna como os dados de localização do cliente Na arquitetura GSM ele está ligado ao SMLC via MSC Através de sua integração com as BSCs o GMLC pode ser visto como a interface entre o SMLC e um LCS client em diversas redes de acesso O SMLC coordena e controla todo o processo de localização de um ME incluindo a avaliação das medições dos intervalos de tempo alocação dos recursos cálculos das posições e ainda das precisões alcançadas É visto como um elemento de rede separado ou de funcionalidade integrada a BSC de modo que auxilia o LCS Dependendo do método utilizado pode controlar uma ou várias LMUs Location Measurement Unit equipamento essencial nas 7 aplicações de LBS e indicálas como medir as transmissões de downlink e uplink Os diferentes SMLCs provenientes de outras redes de acesso devem interagir entre si coordenando o posicionamento dos assinantes que se deslocam entre os acessos destas redes O LMU observa a transmissão dos dados de diferentes estaçõesbase ou a partir de terminais efetuando medições de tempo Esse equipamento esta associado à BSS de uma rede GSM realizando medições de rádio baseado em serviços de localização A observação de downlink detecta uma compensação no tempo entre as faixas horárias de diferentes estaçõesbase e é utilizada para alcançar uma posterior sincronização necessária em alguns métodos de localização existentes As observações do uplink de terminais também servem como ferramentas utilizadas para alguns métodos de localização As coordenadas das BTS das referidas LMUs devem ser bem conhecidas a fim de relacionar as medições dos intervalos para os respectivos terminais ou estaçõesbase Existem algumas topologias possíveis para o serviço de localização neste documento é apresentado o modelo a seguir A aplicação é o órgão responsável pelo controle do serviço Este aplicativo é responsável pela realização das rotinas cadastramento dos usuários e processamento das informações de posicionamento geográfico Método do CellID Está entre os primeiros métodos de localização geográfica onde a localização do aparelho celular é obtida a partir da identificação da BTS que atende o cliente Este é o método utilizado no serviço do TIMFixo citado anteriormente Através da identificação do setor utilizado é possível restringir a área obtida uma vez que cada setor geralmente abrange 120º a partir da torre Dependendo de fatores como local obstáculos relevo quantidade de BTSs próximas dentre outros este método obtêm uma precisão que varia entre 50m e 30km em áreas urbanas e rurais respectivamente Apesar de barato e de fácil implementação tal método não é muito preciso Método do Timing Advanced TA O Timing advanced TA é o tempo de latência entre o aparelho móvel e a estação rádio base que ele está utilizando esta medição é conhecida como RTT Round Trip Time A graduação deste método segue uma escala de 550m de modo que temos timing advanced 1 para valores próximos à 550m e timing advanced 2 para valores próximos a 1100m como ilustrado na tabela a seguir TABELA IV Escala de medidas de Timing Advanced Distância TA 0 550 m 0 550 1100 m 1 1100 1650 m 2 Para que seja definido qual o melhor setor a ser utilizado a rede GSM requisita o nível de intensidade de até 6 células próximas ao cliente de modo a definir qual será a servidora e possíveis candidatas à handovers com esta informação podemos estimar a distância do aparelho celular à cada um dos setores em questão Admitindose que o sinal trafega à velocidade da luz é medido o tempo entre a transmissão e recepção do sinal entre o móvel e a BTS e então estimada a distância do celular a partir da torre Cruzando estes dados com os obtidos a partir de outras BTSs vizinhas é possível chegar à localização aproximada do cliente Para que o mesmo seja aplicável é necessário a instalação de um LMU junto às ERBs equipamento responsável pela captura e registro do tempo de viagem do sinal ao aparelho móvel Em seguida o LMU envia estes dados ao SMLC que é encarregado de determinar a localização do aparelho celular Cada distância obtida possui uma margem de erro inerente mas através de um procedimento de triangulação destas medidas é possível obter a área mais provável da localização geográfica do aparelho celular De acordo com a prática de campo verificase uma média de precisão deste método em torno de 243248m para locais urbanos e de 755785m em áreas rurais Para o serviço proposto sempre em que ocorre o início de uma chamada a MSC utilizada reporta o número de CGI Cell Global Indentity que identifica o setor da BTS utilizado ao cliente LCS Este por sua vez solicita o TA Timing Advanced à Central de comutação MSC Respeitando a sequência de comunicação ME BTS BSS MSC HLR GMLC Cliente LCS Vale lembrar que em regiões urbanas devido à menor área de abrangência de cada setor e ao maior número de BTSs devemos obter uma maior precisão neste método de localização geográfica A central de comutação caberá a tarefa de identificar os setores utilizados pelo cliente e reportar esta informação à aplicação de LBS A aplicação se encarregará de requisitar o TA para através do método descrito anteriormente possamos obter a localização do móvel Exemplo prático Temos abaixo na Fig 10 o mapa da região de Curitiba no bairro Campo Comprido Foram representadas 3 BTSs reais da operadora TIM e cada setor foi indicado por uma linha azul que mostra a sua direção Através da medição dos TAs em relação à cada uma das torres foram traçadas as circunferências de TA em amarelo Como a graduação segue uma escala de 550m devese respeitar a respectiva margem de erro Deste modo foram traçadas 2 circunferências ao redor de cada BTS representado os respectivos valores de máximo e mínimo para a incerteza O aparelho celular representado pela marcação amarela ao centro está à 671 m da torre A 904 m da torre B e 1522 m da torre C Receberia indicações de TA 1 TA 1 e TA 2 para as torres A B e C respectivamente 8 Uma vez que TA 1 indica que o cliente está entre 550 e 1100 m da torre devemos marcar a região que corresponde à intersecção das medidas em vermelho na figura abaixo Este exemplo ilustra um caso hipotético onde existem apenas 3 BTSs nas proximidades porém em regiões urbanas facilmente encontramse mais de 6 BTS próximas o que aumenta a precisão do método Fig 12 Caso prático utilizando 3 BTSs Tal aplicação pode ser adotada facilmente como alternativa ao GPS tanto para localização geográfica dentro de centros urbanos quanto em outras finalidades Podemos pensar na localização de pessoas com necessidades especiais ou portadores de doenças como o Alzheimer que causa perda de memória e poderia levar uma pessoa a se perder facilmente Deste modo através de um contrato com a operadora de telefonia celular os familiares poderiam localizalá em caso de necessidade Vale ressaltar ainda outro enfoque que pode ser explorado a partir deste estudo como o serviço de localização de frota de caminhões ou automóveis e busca de eventuais veículos roubados uma vez que a preocupação com segurança vem ganhando cada vez mais espaço na sociedade atual II CONCLUSÕES Sistemas de localização geográfica estão sendo utilizados em diversas áreas tanto para fins comerciais quanto pessoais O sistema GPS é amplamente utilizado porém está baseado no sistema de satélites militares norte americano o qual não possui garantias de continuidade de disponibilização ao grande público Deste modo é importante e até mesmo estratégico que busquemos novas formas para implementar este serviço Aproveitandose da estrutura e equipamentos já utilizados no sistema GSM em operação e utilizandose de aparelhos celulares o quais estão geralmente ao alcance da maioria das pessoas temos a oportunidade de pensar em novos serviços passíveis de serem disponibilizados 9 Com relação ao desenvolvimento do trabalho houve certa dificuldade para encontrar algumas informações vitais para o seu desenvolvimento como por exemplo à respeito do funcionamento do serviço TIMFixo CellID Uma vez que este possui pouca precisão não se mostrou adequado e foi necessário buscar outra alternativa Após pesquisa o método escolhido se utiliza da medida de Timing Advanced e através de uma triangulação de sinais permite uma maior precisão O projeto proposto é de fácil aplicação e possui relativo baixo custo de implementação o que pode ser visto como atrativo à sua adoção e futuros estudos relacionados AGRADECIMENTOS O autor agradece à orientação que receberam do Professor Dr Ewaldo Luiz M Mehl na elaboração deste trabalho Agradece também à empresa TIM CELULAR e funcionários pelo empréstimo de material técnico utilizado na pesquisa REFERÊNCIAS 1 w1siemenscomentrybrpt Siemens Brasil acessado em 15042009 2 wwwwirelessbrasilorg Conceitos GSM acessado em 09052009 3 wwwanatelgovbr acessado em 25042009 4 HEINE Gunnar GSM Networks Protocols Terminology and Implementation Artech House mobile communications library 685 Canton Street Norwood MA United States Second Edition 1999 5 SVERZUT José Umberto Redes GSM GPRS EDGE E UMTS evolução a caminho da terceira geração 1 ed São Paulo Érica Ltda 2005 6 NETO Vicente Soares PETRUCCI Lucilio Augusto TEIXEIRA Paulo Sérgio de Assis Sistema de Propagação e Rádio Enlace Primeira Edição São Paulo Editora Érica 1999 7 SIEGMUND M Redl Matthias K Weber Malcolm W Oliphant An Introduction to GSM Artech House March 1995 8 BLOGH JS HANZO LS Third Generation Systems and Intelligent Wireless Networking smart antennas and adaptive modulation England John Wiley Sons Ltd 2002 DADOS BIOGRÁFICOS Allan Rangel Cordeiro nascido em 19061986 em Curitiba Paraná é Graduando do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Paraná Foi estagiário da empresa OnLine Engenharia 2006 2007 COPEL Distribuição SA 20072008 e também da TIM CELULAR SA 20082009 na área de Telecomunicações
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Identity Register ERB Estação Rádio Base FHMA Frequency Hopping Multiple Access FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum GMLC Gateway Mobile Location Centre GMSC Gateway Mobile Switching Centre GPS Global Positioning System GSM Global System for Mobile HLR Home Location Register HO Handover IMEI International Mobile Equipment Identity IMSI International Mobile Subscriber Identity LAC Location Area Code LAI Location Area Identifier LBS Location Based Service LCS Location Services LMU Location Measurement Unit MAP Mobile Application Part ME Mobile Equipment MS Mobile Station MSC Mobile Switching Center MSISDN Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number NMC Organização de Gerenciamento da Rede OMC Operation and Maintenance Center OMS Operation and Management Subsystem PCS Personal Communication System PLMN Private Land Mobile Network RTPC Rede de Telefonia Pública Comutada RTT Round Trip Time SIM Subscriber Identity Module SMLC Serving Mobile Location Center TA Timing Advanced TCH Traffic Channel TDMA Time Division Multiple Access TDOA Time Difference Of Arrival TRAU Transcoder and Rate Adapter Unit UIT União Internacional de Telecomunicações VLR Visitor Location Register I INTRODUÇÃO Com o desenvolvimento da tecnologia novas necessidades vão sendo incorporadas visando facilitar o diaadia das pessoas Nos últimos anos o GPS Global Positioning System tem sido cada vez mais utilizado como sistema de localização geográfica global Inicialmente utilizado principalmente em atividades como navegação marítima está sendo adicionado ao cotidiano das cidades brasileiras atrelado à softwares que localizam o aparelho em um mapa da cidade em questão Existem atualmente dois sistemas efetivos de posicionamento por satélite o GPS EUA e o Glonass russo além de dois sistemas em implantação o Galileo europeu e o Compass chinês Tal diversidade mostrase estrategicamente importante uma vez que o sistema GPS é controlado pelo DoD Departamento de Defesa dos Estados Unidos da América para uso exclusivo militar e embora atualmente esteja disponibilizado o uso e civil gratuito não existem garantias de que assim continuará Ao longo deste trabalho iremos demonstrar um sistema alternativo para localização geográfica baseado no rastreamento do aparelho celular do cliente à ser utilizado principalmente nas grandes cidades O trabalho será desenvolvido sobre o sistema celular GSM em operação visando reduzir ao máximo novos custos para sua implementação II A TECNOLOGIA GSM A principal tecnologia utilizada atualmente no sistema celular brasileiro é o GSM Global System for Mobile Communication Primeiramente será apresentado a seguir um breve resumo da tecnologia GSM O GSM é atualmente utilizado em vários países Começou a ser usado na Europa e em seguida se difundiu pelo mundo Esta tecnologia pode ser separado em 3 sistemas GSM900 freqüência de 900MHz DCS1800 Digital Cellular System na freqüência de 1800MH e 2 PCS1900 Personal Communication System na freqüência de 1900MHz a operadora celular TIM SUL por exemplo trabalha especificamente com as freqüências de 900 e 1800 MHz Segue a faixa de freqüência do GSM utilizada TABELA I Freqüências utilizadas pela TIM SUL em MHz GSM 900 DCS 1800 PCS 1900 Estação Móvel ERB 880915 17101785 18501910 ERB Estação Móvel 925960 18051880 19301990 Espaçamento entre freqüências de Transmissão e Recepção 45 95 80 Fig 1 No Extended GSM 900 o uplink está na faixa de 800 a 915 Mhz e o downlink de 925 a 960 Mhz Fig 2 No DCS 1800 o uplink está na faixa de 1710 a 1785 Mhz e o downlink de 1805 a 1880 Mhz Fig 3 No PCS 1900 o uplink está na faixa de 1850 a 1910 Mhz e o downlink de 1930 a 1990 Mhz A rede GSM é formada por várias entidades Sua arquitetura é muito flexível o que torna extremamente viável e vantajosa para as operadoras dos sistemas móveis celulares Podemos dividíla em três partes principais sendo a estação móvel o subsistema estação base e o subsistema de rede MS Mobile Station É a estação móvel terminal utilizado pelo assinante no qual é inserido o SIM Card chip que contém as informações do usuário e armazena um número de 15 dígitos que identifica uma dada estação móvel o IMSI Identidade Internacional do Assinante Móvel BTS Uma célula de rádio ou BTS Base Transceiver Station é a menor área de serviço em uma PLMN Rede Pública de Comutação Móvel Uma célula consiste de uma estação rádiobase que transmite através de uma pequena área geográfica representada por um hexágono O tamanho máximo de uma célula pode ter até 35 km de raio para o sistema GSM900 e até 8km de raio para o DSC1800PCS1900 Fig 4 Conjunto de células ou BTSs BSS Base Station Subsystem Sistema da estação base se comunica com a estação móvel do assinante através de interface de rádiofreqüência A BSS é composta pelos equipamentos BSC Base Station Controller responsável pelas funções inteligentes da BSS atribuindo conexões de canal de tráfego a partir da SSS à BTS e também controla toda a BSS Uma BSC pode controlar várias BTSs e várias TRAUs BTS Base Transceiver Station compreende os equipamentos de transmissão e recepção de rádio Contém um ou mais tranceptores TRX e serve até 24 células TRAU Transcoder and Rate Adapter Unit é o equipamento onde codificação e decodificação são executadas assim como a adaptação da taxa Cada BSS é conectada a uma MSC Central de Comutação de Serviços Móveis que pertence ao SSS Subsistema de comutação Switching Subsystem e é responsável pelo roteamento das conexões de canal de tráfego As MSCs estão conectadas entre si e à rede fixa 3 A BSC é responsável pela configuração dos canais de rádio saltos de freqüência e transição entre células hand over sendo responsável por prover a interface da MS com a MSC Centro de Comutação Móvel Uma BSC pode gerenciar os recursos de uma ou mais BTS O Subsistema de rede é a parte responsável pela interconexão da rede GSM com a rede pública RTPC e também por todo gerenciamento da base de dados e o processamento das informações através das interfaces Composto de elementos de rede como o Centro de Comutação de Serviços Móveis MSC o Registro de Localização de Unidade Móvel Local HLR o Registro de Localização de Unidade Móvel Visitante VLR o Equipamento de Identificação de Registro EIR e o Centro de Autenticação de Unidade Móvel AuC Os principais componentes do Subsistema de Rede para o desenvolvimento desse artigo são o MSC o HLR e o VLR Fig 5 Componentes da BSS e do SSS Fig 6 Base de dados do cliente MSC Mobile Switching Center É a Central de Comutação e Controle que controla várias BSSs A MSC é responsável pelas funções de comutação e sinalização para as estações móveis Essa central controla o tráfego entre diversas células E nela encontramos as informações dos assinantes tais como o VLR Visitor Location Register Registro de Localização de Visitante onde os celulares que não estão na sua área local possam ser localizados o HLR Home Location Register registro de Localização de Unidade Móvel Local o AUC Authentication Centre Central de Autenticação que é responsável pela autenticação dos assinantes no uso do sistema e possibilita a autenticação do IMSI sendo também responsável por gerar a chave para criptografar a comunicação entre o MS e a BTS HLR É uma base de dados na qual os assinantes móveis são criados cancelados e bloqueados Contém as identidades de assinantes permanentes assim como os serviços que um assinante está autorizado a utilizar Armazena e gerenciar todas as assinaturas da rede móvel pertencente a uma operadora específica Inclui dados dos assinantes como Identidade do assinante IMSI MSISDN Mobile Subscriber Integrated Services Digital Network Number serviços complementares de assinantes informação de localização do assinante gerenciamento da base de dados da assinatura comunicação com os MSCs comunicação com os GMSCs Gateway Mobile Switching Centre comunicação com os AUCs comunicação com os VLRs VLR contém os dados relevantes de todos os assinantes móveis atualmente na área de serviço de uma MSC Os 4 dados permanentes são os mesmos que os encontrados no HLR A localização de dados no VLR reduz o tráfego de dados ao HLR pois este não é sempre responsável pelo fornecimento dos dados Há um VLR para cada área de serviço de uma MSC atua como um armazenamento temporário informação de assinatura para as EMs que estão numa área de serviço de uma MSC particular verifica IMSI do assinante e checa se o mesmo tem registro em sua área ou não caso não encontre registro de uma EM envia requisição para o HLR EIR Equipment Identity Register permite verificar a situação legal do equipamento pelo sistema indicando por exemplo se determinado aparelho foi roubado É a base de dados que armazena os IMEIs Identidade Internacional do Equipamento Móvel número de 15 dígitos determinado pelo fabricante dos terminais móveis da OMC Organização de Operação e Manutenção entidade funcional através da qual a operadora monitora e controla o sistema e a NMC Organização de Gerenciamento da Rede Esta central ainda possui interfaces para ligar outras redes como a PLMN Redes Privadas de Telefonia Fixa padrão SS7 Sistema de Sinalização número 7 a RPTC Redes Públicas de Telefonia Comutada e redes RDSI Rede Digital de Serviços Integrados OMS Subsistema de Operação e Manutenção centraliza a monitoração dos componentes de rede da SSS e da BSS É formado pelos Centros de Operação e Manutenção OMC A operação e manutenção para SSS e BSS são independentes mas podem ser realizados num mesmo local Fig 7 Subsistema de Operação e Manutenção O Handover HO é o processo de comutação de uma chamada em andamento de um canal de rádio para outro é necessário para reter uma chamada quando o usuário passa de uma área de cobertura de uma célula para outra Fig 8 1 Handover intracélula 2 Handorver intercélula interno 3 Handover intercélula externo A BTS é a torre propriamente dita ERB estação rádio base é nela em que estão as antenas normalmente direcionais voltadas para um azimute ângulo em que a antena estará posicionada na torre em relação ao norte geográfico de acordo com a região que se deseja irradiar preferencialmente o sinal Interface Abis é o link normalmente microondas entre a BSC e a BTS Uma BSC normalmente controla várias BTSs de uma região As bandas do GSM são divididas em canais de RF onde cada canal consiste de um par de freqüências Transmissão e Recepção com 200 KHz de banda cada Concluise que o DCS 1800 possui 373 canais e o GSM 900 124 canais Estes canais receberam uma numeração conhecida como ARFCN Absolute Rádio Frequency Channel Number As freqüências portadoras dos canais de RF são moduladas em 03GMSK Gaussian Minimun Shift Keying tipo de modulação digital que reduz o espectro do sinal modulado por um sinal digital com taxa de 270833 kbits Este sinal digital é dividido em 8 intervalos de tempo time slots possibilitando o múltiplo acesso por divisão no tempo TDMA das Estações Móveis 5 TABELA II Slots de tempo Período Composição Sinal de 270833 kbits 4615 ms 8 slots de tempo Slot de tempo 5769 us 15625 bits Bit 3692 us O GSM assim como o TDMA IS136 é uma combinação de FHMA Frequence Hopping Multiple Access e TDMA Existem dois tipos básicos de canais lógicos no sistema GSM que ocupam a estrutura do quadro frame TDMA TCH canal de tráfego e CCH canal de controle eles transmitem a informação do usuário voz dados e os dados de controle da sinalização O TCH suporta duas taxas de informação a Full Rate quando o canal de RF tem 8 canais e cada canal utiliza um time slot A segunda o Half Rate quando o canal de RF tem 16 canais neste caso 2 canais lógicos ocupam alternadamente um mesmo time slot As taxas de informação para os canais de tráfego TCH são TABELA III Canais de tráfego Full Rate Half Rate Voz 13 kbits 228 kbits bruta 114 kbits Dados 96 kbits 48 kbits e 36 kbits 48 kbits e 24 kbits Temos ainda o BCH Broadcast Channel no qual o MS localiza a célula de melhor nível de sinal e o MS permanece nesse canal A eficiência de utilização do espectro capacidade do sistema GSM é muito boa em 200kHz tem capacidade para 8 chamadas enquanto que o AMPS e o TDMA em 30kHz tem capacidade para 1 chamada e 3 chamadas respectivamente O sistema GSM apresenta uma menor interferência co canal ou seja quando uma célula utiliza o canal 620 por exemplo nenhuma de suas vizinhas ao redor ou células próximas devem utilizar esta mesma freqüência pois terá interferência assim como também não se pode usar canais adjacentes neste caso seriam os canais 619 e 621 Temos assim uma melhor utilização do espectro do sistema O recurso de frequency hopping saltos de freqüências é capaz de tornar mais eficaz o reuso de freqüências O método FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum Espelhamento por Saltos em Freqüências faz parte da técnica SpreadSpectrum que espalha a informação por uma banda muito maior do que a necessária para sua transmissão Para tal FHSS divide a banda total em vários canais de pequena largura de banda Desta forma transmissor e receptor saltam por estes canais conforme uma sequüência pseudoaleatória conhecida por ambos Até podese dizer que o FHSS usa a largura de banda de forma ineficaz pois ocupa toda a banda para realizar o espelhamento Sistemas em FHSS geralmente apresentam velocidades inferiores em relação aos que trabalham em DSSS Direct Sequence Spread Spectrum Porém quando se fala em segurança o FHSS é robusto pois receptores não desejados não conhecem a seqüência pseudoaleatória utilizada enchergando sistemas FHSS como ruídos de curta duração Exemplo alguns dispositivos WLAN que operam na faixa de 2400 a 2483 MHZ utilizam FHSS Neste caso dividese a banda em 79 canais de 1Mhz e os saltos ocorrem no mínimo a cada 04 segundo Fig 9 Método de Espelhamento por Saltos de Frequências Outra importante característica da Modulação por Espalhamento de Espectro é que esta provê uma proteção contra interferência externa com potência finita O sinal causador de interferência pode consistir de um ruído de banda larga bastante poderoso ou de uma forma de onda de múltiplas freqüências que são dirigidas ao receptor de forma a degradar a comunicação A proteção contra estas interferências é obtida fazendo com que o sinal contendo a informação ocupe propositadamente uma largura de banda maior do que a necessária para transmitilo Isto faz com que o sinal transmitido tenha uma aparência semelhante ao ruído O sinal pode então propagarse através do canal sem ser impropriamente detectado Já foi descrito ao longo do texto algumas interfaces da arquitetura GSM segue abaixo mais o complemento destas interfaces Fig 10 Interfaces da rede GSM As interfaces da arquitetura de uma rede GSM apresentadas na figura foram padronizadas de modo a permitir a interoperabilidade com outras redes incluindo roaming internacional e permitindo a utilização de diversos fornecedores na sua implantação Interface Abis entre ERB BTS e BSC Esta interface suporta dois tipos de links canais de tráfego a 64 kbits levando voz ou dados do usuário e canais de sinalização BSCBTS a 16 kbits Interface A entre BSC e MSC Está especificada pelas normas do GSM A camada física é um 2 Mbits padrão CCITT Comitê Consultivo de Telefonia e Telegrafia Internacional que é o orgão responsável pelo estudo técnico de questões relativas a operação tarifação e 6 elaboração de recomendações para padronizar as telecomunicações a nível mundial Interfaces C D E F G Foram padronizadas pelo protocolo MAP Móbile Aplication Part que utiliza os serviços de transação e transferência de mensagens do Sistema de Sinalização número 7 SS7 Em um sistema de telefonia fixa é necessário que exista entre as centrais telefônicas além dos troncos com os canais de voz um sistema de sinalização por onde são trocadas mensagens de modo a se estabelecer uma chamada telefônica entre dois assinantes O Sistema de Sinalização número 7 é o padrão adotado pela UIT União Internacional de Telecomunicações e utiliza um canal dedicado para a comunicação Interface entre MSC e redes de Telefonia Fixa A interconexão entre MSC e redes fixas utiliza o Padrão SS7 TUP ou ISUP Interfaces B e H As interfaces B entre MSC e VLR e H entre HLR e AUC não estão padronizadas pois tratamse de interfaces internas do MSCVLR e do HLRAUC Fig 11 Rede GSM Os serviços de localização padronizados para o GSM permitem estimar com precisão a localização da estação móvel servindo de base para vários serviços oferecidos ao assinante III LOCALIZAÇÃO GEOGRÁFICA CELULAR Para competir com o mercado de telefonia fixa a TIM celular lançou o serviço TIMFIXO o qual é um exemplo da utilização de LBS Location Based Service Através do sistema GSM é identificado o local de utilização do aparelho e deste modo somente são permitidas ligações dentro de um limite territorial prédeterminado o qual geralmente se trata da residência do cliente Em troca desta restrição o assinante tem planos específicos e tarifas menores para a realização de chamadas Para o funcionamento do sistema é utilizada uma técnica desenvolvida pela operadora que faz a localização do ME em nível de rede chamada CELLID a qual explicaremos adiante Para possibilitar a localização geográfica de um aparelho celular em uma rede de telefonia móvel é necessária a adição de alguns elementos à arquitetura da rede Estes permitem que a rede determine a localização de um telefone celular trazendo a possibilidade de aplicação do serviço proposto O LGS é o serviço de localização de vital importância em um LBS Ele envia os dados referentes à localização para uma aplicação LBS Sendo o responsável por determinar o melhor método de localização de um móvel realizar a conversão de sistemas identificar o alvo IMEI IMSI IP estimar a precisão das informações proteger a privacidade das informações e possibilitar a realização de cobranças dos serviços prestados Outros componentes importantes na arquitetura LBS são Gateway Mobile Location Center GMLC e o Serving Mobile Location Center SMLC O GMLC é o primeiro nó que um cliente LCS acessa em uma rede GSM ou UMTS O GMLC pode também solicitar informações de roteamento ao HLR e após realizar seu registro de autorização enviar os pedidos de posicionamento para a MSC e receber as estimativas de localização das devidas entidades Dependendo do tamanho da rede podemos ter um ou vários GMLCs além da possibilidade para interligação entre GMLCs de diferentes operadores como apoio de posicionamento para assinantes em roaming Os pedidos de localização são recebidos por um GMLC de um LCS cliente que coordena todo processo de posicionamento e finalmente retorna como os dados de localização do cliente Na arquitetura GSM ele está ligado ao SMLC via MSC Através de sua integração com as BSCs o GMLC pode ser visto como a interface entre o SMLC e um LCS client em diversas redes de acesso O SMLC coordena e controla todo o processo de localização de um ME incluindo a avaliação das medições dos intervalos de tempo alocação dos recursos cálculos das posições e ainda das precisões alcançadas É visto como um elemento de rede separado ou de funcionalidade integrada a BSC de modo que auxilia o LCS Dependendo do método utilizado pode controlar uma ou várias LMUs Location Measurement Unit equipamento essencial nas 7 aplicações de LBS e indicálas como medir as transmissões de downlink e uplink Os diferentes SMLCs provenientes de outras redes de acesso devem interagir entre si coordenando o posicionamento dos assinantes que se deslocam entre os acessos destas redes O LMU observa a transmissão dos dados de diferentes estaçõesbase ou a partir de terminais efetuando medições de tempo Esse equipamento esta associado à BSS de uma rede GSM realizando medições de rádio baseado em serviços de localização A observação de downlink detecta uma compensação no tempo entre as faixas horárias de diferentes estaçõesbase e é utilizada para alcançar uma posterior sincronização necessária em alguns métodos de localização existentes As observações do uplink de terminais também servem como ferramentas utilizadas para alguns métodos de localização As coordenadas das BTS das referidas LMUs devem ser bem conhecidas a fim de relacionar as medições dos intervalos para os respectivos terminais ou estaçõesbase Existem algumas topologias possíveis para o serviço de localização neste documento é apresentado o modelo a seguir A aplicação é o órgão responsável pelo controle do serviço Este aplicativo é responsável pela realização das rotinas cadastramento dos usuários e processamento das informações de posicionamento geográfico Método do CellID Está entre os primeiros métodos de localização geográfica onde a localização do aparelho celular é obtida a partir da identificação da BTS que atende o cliente Este é o método utilizado no serviço do TIMFixo citado anteriormente Através da identificação do setor utilizado é possível restringir a área obtida uma vez que cada setor geralmente abrange 120º a partir da torre Dependendo de fatores como local obstáculos relevo quantidade de BTSs próximas dentre outros este método obtêm uma precisão que varia entre 50m e 30km em áreas urbanas e rurais respectivamente Apesar de barato e de fácil implementação tal método não é muito preciso Método do Timing Advanced TA O Timing advanced TA é o tempo de latência entre o aparelho móvel e a estação rádio base que ele está utilizando esta medição é conhecida como RTT Round Trip Time A graduação deste método segue uma escala de 550m de modo que temos timing advanced 1 para valores próximos à 550m e timing advanced 2 para valores próximos a 1100m como ilustrado na tabela a seguir TABELA IV Escala de medidas de Timing Advanced Distância TA 0 550 m 0 550 1100 m 1 1100 1650 m 2 Para que seja definido qual o melhor setor a ser utilizado a rede GSM requisita o nível de intensidade de até 6 células próximas ao cliente de modo a definir qual será a servidora e possíveis candidatas à handovers com esta informação podemos estimar a distância do aparelho celular à cada um dos setores em questão Admitindose que o sinal trafega à velocidade da luz é medido o tempo entre a transmissão e recepção do sinal entre o móvel e a BTS e então estimada a distância do celular a partir da torre Cruzando estes dados com os obtidos a partir de outras BTSs vizinhas é possível chegar à localização aproximada do cliente Para que o mesmo seja aplicável é necessário a instalação de um LMU junto às ERBs equipamento responsável pela captura e registro do tempo de viagem do sinal ao aparelho móvel Em seguida o LMU envia estes dados ao SMLC que é encarregado de determinar a localização do aparelho celular Cada distância obtida possui uma margem de erro inerente mas através de um procedimento de triangulação destas medidas é possível obter a área mais provável da localização geográfica do aparelho celular De acordo com a prática de campo verificase uma média de precisão deste método em torno de 243248m para locais urbanos e de 755785m em áreas rurais Para o serviço proposto sempre em que ocorre o início de uma chamada a MSC utilizada reporta o número de CGI Cell Global Indentity que identifica o setor da BTS utilizado ao cliente LCS Este por sua vez solicita o TA Timing Advanced à Central de comutação MSC Respeitando a sequência de comunicação ME BTS BSS MSC HLR GMLC Cliente LCS Vale lembrar que em regiões urbanas devido à menor área de abrangência de cada setor e ao maior número de BTSs devemos obter uma maior precisão neste método de localização geográfica A central de comutação caberá a tarefa de identificar os setores utilizados pelo cliente e reportar esta informação à aplicação de LBS A aplicação se encarregará de requisitar o TA para através do método descrito anteriormente possamos obter a localização do móvel Exemplo prático Temos abaixo na Fig 10 o mapa da região de Curitiba no bairro Campo Comprido Foram representadas 3 BTSs reais da operadora TIM e cada setor foi indicado por uma linha azul que mostra a sua direção Através da medição dos TAs em relação à cada uma das torres foram traçadas as circunferências de TA em amarelo Como a graduação segue uma escala de 550m devese respeitar a respectiva margem de erro Deste modo foram traçadas 2 circunferências ao redor de cada BTS representado os respectivos valores de máximo e mínimo para a incerteza O aparelho celular representado pela marcação amarela ao centro está à 671 m da torre A 904 m da torre B e 1522 m da torre C Receberia indicações de TA 1 TA 1 e TA 2 para as torres A B e C respectivamente 8 Uma vez que TA 1 indica que o cliente está entre 550 e 1100 m da torre devemos marcar a região que corresponde à intersecção das medidas em vermelho na figura abaixo Este exemplo ilustra um caso hipotético onde existem apenas 3 BTSs nas proximidades porém em regiões urbanas facilmente encontramse mais de 6 BTS próximas o que aumenta a precisão do método Fig 12 Caso prático utilizando 3 BTSs Tal aplicação pode ser adotada facilmente como alternativa ao GPS tanto para localização geográfica dentro de centros urbanos quanto em outras finalidades Podemos pensar na localização de pessoas com necessidades especiais ou portadores de doenças como o Alzheimer que causa perda de memória e poderia levar uma pessoa a se perder facilmente Deste modo através de um contrato com a operadora de telefonia celular os familiares poderiam localizalá em caso de necessidade Vale ressaltar ainda outro enfoque que pode ser explorado a partir deste estudo como o serviço de localização de frota de caminhões ou automóveis e busca de eventuais veículos roubados uma vez que a preocupação com segurança vem ganhando cada vez mais espaço na sociedade atual II CONCLUSÕES Sistemas de localização geográfica estão sendo utilizados em diversas áreas tanto para fins comerciais quanto pessoais O sistema GPS é amplamente utilizado porém está baseado no sistema de satélites militares norte americano o qual não possui garantias de continuidade de disponibilização ao grande público Deste modo é importante e até mesmo estratégico que busquemos novas formas para implementar este serviço Aproveitandose da estrutura e equipamentos já utilizados no sistema GSM em operação e utilizandose de aparelhos celulares o quais estão geralmente ao alcance da maioria das pessoas temos a oportunidade de pensar em novos serviços passíveis de serem disponibilizados 9 Com relação ao desenvolvimento do trabalho houve certa dificuldade para encontrar algumas informações vitais para o seu desenvolvimento como por exemplo à respeito do funcionamento do serviço TIMFixo CellID Uma vez que este possui pouca precisão não se mostrou adequado e foi necessário buscar outra alternativa Após pesquisa o método escolhido se utiliza da medida de Timing Advanced e através de uma triangulação de sinais permite uma maior precisão O projeto proposto é de fácil aplicação e possui relativo baixo custo de implementação o que pode ser visto como atrativo à sua adoção e futuros estudos relacionados AGRADECIMENTOS O autor agradece à orientação que receberam do Professor Dr Ewaldo Luiz M Mehl na elaboração deste trabalho Agradece também à empresa TIM CELULAR e funcionários pelo empréstimo de material técnico utilizado na pesquisa REFERÊNCIAS 1 w1siemenscomentrybrpt Siemens Brasil acessado em 15042009 2 wwwwirelessbrasilorg Conceitos GSM acessado em 09052009 3 wwwanatelgovbr acessado em 25042009 4 HEINE Gunnar GSM Networks Protocols Terminology and Implementation Artech House mobile communications library 685 Canton Street Norwood MA United States Second Edition 1999 5 SVERZUT José Umberto Redes GSM GPRS EDGE E UMTS evolução a caminho da terceira geração 1 ed São Paulo Érica Ltda 2005 6 NETO Vicente Soares PETRUCCI Lucilio Augusto TEIXEIRA Paulo Sérgio de Assis Sistema de Propagação e Rádio Enlace Primeira Edição São Paulo Editora Érica 1999 7 SIEGMUND M Redl Matthias K Weber Malcolm W Oliphant An Introduction to GSM Artech House March 1995 8 BLOGH JS HANZO LS Third Generation Systems and Intelligent Wireless Networking smart antennas and adaptive modulation England John Wiley Sons Ltd 2002 DADOS BIOGRÁFICOS Allan Rangel Cordeiro nascido em 19061986 em Curitiba Paraná é Graduando do Curso de Engenharia Elétrica da Universidade Federal do Paraná Foi estagiário da empresa OnLine Engenharia 2006 2007 COPEL Distribuição SA 20072008 e também da TIM CELULAR SA 20082009 na área de Telecomunicações