Bányai Balázs Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információ Technológiai Kar Konzulens: Dr. Takács György, egyetemi docens Tihanyi Attila, laborvezető
ÚJ MŰSZAKI KONCEPCIÓRA ÉPÜLŐ HELYMEGHATÁROZÁSI RENDSZER Jelen dolgozatban bemutatott rendszer az eddigiektől eltérő módú helymeghatározást tesz lehetővé GSM hálózat felhasználásával, de a GSM szolgáltató közreműködése és a hálózat híváscélú felhasználása nélkül. Mivel a dolgozat témája jelenleg szabadalmi eljárás alatt áll, ezért a hálózat jellemzőiből kiindulva egy gyakorlati hasznosságú modellig jut csak el. Közben bemutatja a rendszer működését, és a világon elterjedten használt GPS (Global Positioning System) helymeghatározás tulajdonságaival hasonlítja össze azt. A kialakított rendszer megfelelő környezetben a GPS-el összemérhető pontosságú adatokat szolgáltat melyet a dolgozat több különböző mérési eredményen keresztül mutat be. GSM szolgáltató közreműködése nélkül igénybe vehető, így biztosan nem tartozik hozzá számla és fizetési kötelezettség. A helymeghatározás során a GSM bázisállomások által kisugárzott adatokat és a vételi térerő eloszlás adatai kerülnek felhasználásra. Ezen adatok 3GPP Radio subsystem link control című szabványdokumentumában (TS 05.08-ban) definiáltak így a rendszer minden ennek a szabványnak megfelelő készüléken működőképes. Mindenhol lehetőséget biztosít helymeghatározásra, ahol több bázis állomás jele is fogható, többek között épületen belül is. A dolgozatban bemutatott rendszer lényege hogy felépítésre kerül egy adatbázis egy olyan műszer segítségével, ami másodpercenként képes rögzíteni a hely GPS koordinátáit, a GSM bázisállomások kisugárzott jellemzőit, és a készülék által mért vételi térerő szintértéket. Mivel épületen belül nem áll rendelkezésre GPS adat itt virtuális GPS koordinátát kell használni (ami az épület koordinátáinak és az épületen belül történt relatív elmozdulásnak a felhasználásából származik). A dolgozatban bemutatott mérési eredmények feldolgozásakor megállapítható, hogy minden mérési ponton 3-7 bázisállomás jelzőcsatornája látszik a mobil készülék vételi tartományában. Ez a sokszínűség és bonyolultság ad lehetőséget arra, hogy nagy pontosságú helymeghatározást végezzünk GSM készülék segítségével. A GSM hálózaton végzett méréseknél csak olyan adatok kerültek felhasználásra, amik az adó torony azonosításához voltak szükségesek illetve a torony vételi térerő eloszlására voltak jellemzőek. Így ezen rendszer használható minden olyan rádióhálózatra, ahol adott több egyértelműen azonosítható adó, és mérhető azok vételi térereje. Az adatok szolgáltató által történő esetleges megváltoztatása csak pontosság romlást eredményez, de nem hiúsítja meg a helymeghatározást. Összességében egy olyan rendszerről van szó, amit ilyen megközelítésben eddig még sehol nem használnak és nagyvárosi (GSM, WIFI, stb. által sűrűn fedett) környezetben a GPS-el összemérhető pontosságú helymeghatározást tesz lehetővé épületen belül és kívül, az előbbieknek megfelelő hálózat felhasználásával, de a hálózat szolgáltató közreműködése és a hálózat híváscélú felhasználása nélkül. A rendszer további előnye, hogy csak a felhasználó kérésére és ellenőrzése mellett történik a helymeghatározás, így a pontos helyzetére vonatkozó érzékeny személyes adat nem kerülhet más birtokába. A rendszer nem használható személyek jogosulatlan követésére, vagy megkeresésére. 1
Tartalomjegyzék Bevezetés ................................................................................................................................................ 3 1.
Helymeghatározási lehetőségek ..................................................................................................... 4 1.1
A kezdetek ............................................................................................................................... 4
1.2
Műholdas rendszerek.............................................................................................................. 4
1.2.1 1.3
Assisted GPS (A-GPS) ....................................................................................................... 6
Mobil alapú rendszerek........................................................................................................... 6
1.3.1
GSM rendszer felépítése ................................................................................................. 7
1.3.2
Leszármaztatott autonóm helymeghatározás (DR -- Dead Reckoning) .......................... 8
1.3.3
Cella alapú helymeghatározás (Cell-ID, Signal Signature) ............................................... 8
1.3.4
Helymeghatározás ívmetszéssel (Trilateration) .............................................................. 9
1.3.5
Távolságmérés a vett jel szintje alapján.......................................................................... 9
1.3.6
Távolságmérés a vett jel késleltetése alapján (time of arrival, TOA). ........................... 10
1.3.7
Helymeghatározás a háromszögelés elvével (Triangulation, AOA – angle of arrival)... 10
1.3.8 Helymeghatározás elve az észlelt időkülönbség mérés alapján (OTD – observed time difference) ..................................................................................................................................... 11 2.
3.
Az új rendszer alapelve.................................................................................................................. 12 2.1
A rendszer alapjai .................................................................................................................. 13
2.2
Méréshez használt eszközök ................................................................................................. 14
2.3
Adatok Formátuma ............................................................................................................... 15
Helymeghatározás a szabadban.................................................................................................... 18 3.1
Frekvenciatérkép................................................................................................................... 19
3.2
Többszörös átfedés ............................................................................................................... 21
3.3. Reprezentáció............................................................................................................................. 23 3.4
Pontossági vizsgálat............................................................................................................... 24
4.
Helymeghatározás épületen belül................................................................................................. 25
5.
Megbízhatóság .............................................................................................................................. 27
6.
Összegzés, alkalmazhatóság.......................................................................................................... 29
7.
Köszönetnyilvánítás....................................................................................................................... 30
8.
Irodalomjegyzék ............................................................................................................................ 30 2
Bevezetés Ez a dolgozat egy olyan új helymeghatározási módszert mutat be, amely a GSM hálózatokat használja fel, de kiküszöböli a jelenleg alkalmazott módszerek hiányosságait is. A módszer alkalmazásához nincs szükség közvetlen GPS (Global Positioning System) műholdas helymeghatározó rendszer alkalmazására sem, ezért ennek a bizonytalansági és működési korlátaival sem kell számolni, továbbá járulékos költségként sem jelentkezik. Az új módszer azonban az arra alkalmas környezetben, a GPS standard navigációs szolgáltatásával összemérhető pontosságot eredményez. GSM szolgáltatók közreműködése nélkül vehető igénybe, így biztosan nem tartozik hozzá számla és fizetési kötelezettség sem. A GSM szolgáltatók aktívan nem vesznek részt a folyamatban, hiszen a javasolt szolgáltatási megoldás ezt nem igényli. A helymeghatározás csak a GSM bázisállomások (a továbbiakban bázisállomások) által kisugárzott adatokat és a vételi térerő eloszlás adatait használja fel. A sugárzott adatok szolgáltató által történő esetleges megváltoztatása csak kisebb pontosság romlást eredményez, de nem hiúsítja meg a helymeghatározást. Az elmúlt pár évben rohamosan nőtt a világon a mobiltelefonok száma (több okos telefont adnak el egy óra alatt, mint ahány gyermek születik), és Magyarországon 2008. július végén 11.601.000 mobil előfizető volt nyilvántartva. A mobil készülékek processzorai egyre nagyobb teljesítményűek, és a telefonálási lehetőségen túlmenően több és több szolgáltatást is lehetővé tesznek. A szolgáltatóknak, a növekvő számú mobiltelefon kiszolgálásához, a hálózatot is folyamatosan bővíteniük kell, tehát a forgalom növekedése következtében egyre több, és nagyobb kapacitású bázisállomást kell üzemeltetniük. A bázisállomások sűrűségének növekedése azt is jelenti, hogy lakott területen általában bázisállomások egymáshoz közel helyezkednek el, ami jelentősen növelheti a helymeghatározás pontosságát is. A további fejezetek tesztmérések alapján mutatják be ezt az új megoldást, amely a GSM hálózat működésének mellékhatását használja fel helymeghatározási célra. Ez a megoldás épületen belül is jól használható.
3
1. Helymeghatározási lehetőségek 1.1 A kezdetek Az embereknek már az ősi időkben is szükségük volt arra, hogy tájékozódni tudjanak, meg tudják határozni a helyzetüket. Eleinte elegendő volt visszatalálni az élőhelyükre a gyűjtögetésből, vadászatból és halászatból, de a kereskedelem és a hadászat fejlődésének következtében egyre nagyobb távolságokat kellet legyőzniük. A pontos helymeghatározás igénye azonban a nagy földrajzi felfedezések korában vált igazán fontossá. A hajósok és kereskedők kezdetben csak a nap és a csillagok megfigyelésére és kezdetleges eszközeik használatára hagyatkozhattak. De elegendő volt egy felhős éjszaka és a tenger hajósai akár több kilométerrel térhettek el eredetei úti céljuktól. Az egyik legnagyobb vívmányként, a Kínából hozzánk került iránytű említhető meg, ami körülbelül a 12. században jelent meg a Földközi-tengeren. Kezdetben az iránytű nem állt másból, mint egy vízen úszó kis „tutajból” és megmágnesezett, vékony tűből. A korai időkben meglehetősen pontatlanul működtek ezek a szerkezetek, gyakorta az is megesett, hogy az együtt haladó karavánok iránytűi is más-más irányt mutattak. A másik fontos navigációs eszköz a szögmérő, az úgynevezett asztrolábium volt, de a helymeghatározás hibája itt is elérhette akár a 120 tengeri mérföldet is. A 18. és 19. században tovább tökéletesedtek a navigációban használatos eszközök. Az iránytű nagyjából változatlan maradt, de a szögmérők csoportjában a legújabb típus, a szextáns vált igazán fontossá. A 20. század technikai vívmányai közül a különböző rádiós technológiák váltak fontossá. Ezek a hagyományos földfelszíni helymeghatározó rendszerek az OMEGA, LORAN-C és más rádiós iránymérő rendszerek voltak.
1.2 Műholdas rendszerek Az 1960-as évek második felében az Amerikai Védelmi Minisztérium fejlesztett ki egy NNSS (Navy Navigation Satellite System) TRANSIT nevű műholdas helymeghatározó rendszert, amely a polgári felhasználók körében NNSS Doppler néven vált közismertté. A rendszert alapvetően az atommeghajtású tengeralattjárók részére fejlesztették ki, de egyéb navigációs és geodéziai célra is felhasználták. [3]
4
Ez a rendszer még nem biztosított folytonos tér- és időbeli lefedettséget, de a tervezett célnak megfelelt. A jelenleg általánosan használt NAVSTAR GPS rendszer fejlesztését az 1970-es évek elején kezdték el. Az első műholdat 1978-ban állították pályára. A rendszert teljes mértékben az Amerikai Egyesült Államok kormánya finanszírozta, ma is felügyeli, és 2000 májusáig a szelektív hozzáféréssel (SA-Selective Availability) megpróbálta korlátozni a polgári felhasználók által elérhető pontosságot. A GPS rendszertől való függőség csökkentésére több állam is hasonló rendszer megvalósítását tervezi, vagy már meg is valósította azt. (Szovjet/Orosz - GLONASSZ, Európai Unió – Galileo, Kína – Beidou-1, Compass, India IRNSS) Jelenleg a legpontosabb helymeghatározás ezeknek a műholdas rendszereknek a segítségével érhető el. Vevőkészülékektől és a felhasználás céljától függően a 10-20 méteres pontosságtól, akár a milliméteres pontossági tartományig meg tudjuk határozni helyzetünket. Viszont a műholdas helymeghatározásnak van egy nagy hibája. A helymeghatározás a műholdakra vonatkozó távmérésen alapszik. A távolságokat a műholdak által sugárzott jelek futási idejének mérésével határozzák meg (egy utas távmérés), mivel a jel futási idejének mérését állandó órahibák is terhelik, csak áltávolság mérésről beszélhetünk. A vevő három térbeli koordinátájának és az órahibának a meghatározásához, legalább négy műholdra vonatkozó egyidejű áltávolság mérésre van szükség. (Ha a magasságra nincs szükségünk, azt jó közelítéssel ismertnek tekinthetjük, akkor 3 kedvező helyzetű műhold megfigyelése is elegendő lehet.)[4] Ez ideális körülmények között általában nem jelent különösebb problémát, de például városi környezetben nem biztos, hogy mindig látunk 3-4 alkalmas műholdat, vagy a mérés során néha elveszítjük azokat, így a méréseink elég pontatlanok is lehetnek. Továbbá, mivel „vizuális” kontaktus kell a műholdakkal, így épületen belüli helymeghatározásra jelenleg még alkalmatlanok. Márpedig az ember idejének nagy részét nem a szabadban tölti.
5
1.2.1 Assisted GPS (A-GPS)
A GPS rendszer integritásának és pontosságának növelésére számos kiegészítő rendszert fejlesztettek ki, amelyek a különböző pontossági igényt biztosító korrekciós jeleket különböző módon juttatják el a felhasználókhoz. A dolgozat szempontjából külön említést érdemel a „mobillal segített GPS”, angolul az „Assisted GPS” (A-GPS). A kiegészítő rendszer szolgáltatója egy vagy több saját GPS vevőkészüléket üzemeltet, és a korrekciós adatokat elküldi az A-GPS vételére alkalmas készülékekhez. Ez az eljárás a vevők szinkronizációját is meggyorsítja. Az A-GPS rendszerben a mobilhálózat „Assistance Server (AS)” egysége többféle módon segíti a helymeghatározást. •
A szerver jó közelítéssel ismeri a telefon helyzetét a Cell-ID alapján.
•
Az AS-nek jó vételi helyen elhelyezett vevői vannak. Az ott vett adatokból pontosabban tudja meghatározni a GPS holdak aktuális pozícióját, ezt képes elküldeni a mobiltelefonnak, ami ezek ismeretében könnyebben és gyorsabban inicializálni tudja a vevőberendezést.
•
Az ismert helyzetű GPS vevők által vett jelek alapján hibakorrekciókat is tud szolgáltatni. • A szerverben nagy számítási erőforrások állnak rendelkezésre, így pontosabban és gyorsabban elvégzi a helymeghatározáshoz, és a hibakorrekcióhoz szükséges számításokat, mint a mobiltelefon, ezzel annak telepét is kíméli.
1.3 Mobil alapú rendszerek Az elmúlt pár évben rohamosan nőtt a világon a mobiltelefonok száma (több okos telefont adnak el egy órában óránként, mint ahány gyermek születik). Magyarországon 2008. július végén 11.601.000 mobil előfizetőt regisztráltak. A mobil készülékek processzorai egyre nagyobb teljesítményűek, a telefonálási lehetőségen túlmenően egyre több szolgáltatást is biztosítanak. A fenti adatokból is látszik, hogy Magyarországon már több mobil előfizető van, mint lakos. Nagy többségük valószínűleg igénybe venne valamilyen helyzetfüggő szolgáltatást, ha ez nem kerülne jelentősebb járulékos költségbe, valamint a szolgáltatás is megfelelő pontosságot nyújtana. 6
1.3.1 GSM rendszer felépítése
A telefon technikában már nagyon régen kialakult a gyártók és szolgáltatók együttműködési kényszere miatt az erős, jól működő szabványosítás. A mobiltelefonok rádiós interfészére vonatkozó 3GPP dokumentumokat kötelezően betartandó szabványnak tekinthetjük, eszerint működnek a felhasználó és a szolgáltató készülékei és berendezései is [6]. A rendszer kiépítése, bővítése is ezeknek a szabványoknak a figyelembevételével történik. A Mobil hálózat alapját a BSS (Base Station Subsystem) alkotja. Ez két részből épül fel, a BTS-ből (Base Transrceiver Station), illetve több BTS működéséért felelős BSC-ből (Base Station Controller). Ez a bázisállomás-alrendszer tartalmazza a cellás hálózat kialakításához szükséges adó-vevő és vezérlő berendezéseket. A GSM sávokban (900-1800-1900 MHz) a rádióhullámok csillapítása különösen városi környezetben elég nagy ahhoz, hogy a vivőfrekvenciákat, illetve a tartományokat néhány száz méteren belül ismételten fel lehessen használni. A gyakorlatban a cellák elrendezése leginkább a forgalomsűrűségtől függ, de elméletileg jól bemutatható egy hatszögrács segítségével, melyek az egyes bázisállomások által besugárzott területet reprezentálják. A fejlettebb hálózatokban ez azonban már nem teljesen igaz. A mobil előfizetők számának növekedésével olyan mértékben változott egyes helyeken a forgalom igény, hogy a korábban kiépített cellák nem mindig tudták biztosítani az elegendő szolgáltatást, ezért a szolgáltatók arra kényszerültek, hogy a cellákon belül újabb cellákat telepítsenek. Az így keletkezett cellák egyes részei akár fedésbe is kerülhetnek, de ez nem jelent problémát, hiszen más-más frekvenciát használnak. Minden szolgáltató saját cella rendszerrel rendelkezik és a teljes használható frekvenciasáv egyes frekvenciáit használja csak fel. A cellahálózat akkor működik jól, ha az azonos frekvenciát használó cellák egymástól minél távolabb találhatók. A hálózat üzemeltetését megkönnyítendő a szolgáltatók a saját celláikat nagyobb egységekbe, úgynevezett Location Area-kba (LA) szervezik.
7
A következő fejezetek Takács (2008) alapján röviden bemutatják a napjainkban használt mobil alapú helymeghatározási rendszerek alapelveit.[2] 1.3.2 Leszármaztatott autonóm helymeghatározás (DR -- Dead Reckoning)
A módszer lényege az, hogy egy ismert pontról indulva egy készülék folyamatosan méri a gyorsulás
nagyságát
és
irányát.
A
gyorsulás
időszerinti
kétszeres
integrálásával
meghatározható a megtett út. Ezt a módszert leginkább a hajózásban használták, ahol az iránytű, a kronométer és a gyorsulás felhasználásával határozták meg a hajó helyzetét. Manapság inkább kisegítő jellege van. Például, ha a GPS vevő készülékeknél valamilyen oknál fogva kiesnek a holdak, a korábbi adatokat és a gyorsulást felhasználva még egy ideg elfogadható pozíciót tud szolgáltatni a készülék. Mivel manapság a mobilkészülékekben is találhatóak különböző gyorsulásmérő eszközök, ezért ezeknél is van lehetőség ilyen jellegű helymeghatározásra is. 1.3.3 Cella alapú helymeghatározás (Cell-ID, Signal Signature)
A GSM telefonhálózatokban a szolgáltató egy meghatározott geometriai szerkezetben helyezi el a csomópontokat. Ilyen csomópont (bázisállomás) által kiszolgált besugárzott területet cellának nevezik. Ahhoz, hogy ez a rendszer működhessen az szükséges, hogy ezek a bázisállomások egyértelműen azonosíthatóak legyenek, és az egyedi azonosítójukat folyamatosan minden körzetükben levő készülék tudomására is hozzák, erre szolgál a jelzéscsatorna. Ehhez az azonosítóhoz (Cell-ID) a szolgáltató egyértelműen hozzá tudja rendelni a helyzeti koordinátát. Mivel minden szolgáltató ismeri a saját bázisállomásinak a helyzetét, ezért ehhez kapcsolódó szolgáltatást is tud nyújtani. A Google a Google Mobile Maps keretében törekszik arra, hogy a szolgáltató közreműködése nélkül is lehessen GSM adatok alapján az előzőekhez hasonló módon helymeghatározási szolgáltatást is biztosítani. [9] Az ilyen szolgáltatás alapja az, hogy valamilyen módszerrel, általában ellenőrizetlen önkéntes adatszolgáltatással feltérképezik, és adatbázisban rögzítik a GSM bázisállomások helyzeti koordinátáit, és sugárzási karakterisztikáit. Sajnos az ilyen rendszerek rendkívül érzékenyek a GSM hálózat üzemeltetésével összefüggő szolgáltatók által létrehozott változásokra, mint pl. egy sugárzási teljesítmény vagy karakterisztika ideiglenes vagy hosszabb távú változtatása. Amennyiben változás következik be a GSM hálózatban, akkor egy-egy területen jelentősen romolhat a helymeghatározás pontossága, vagy 8
teljesen használhatatlanná is válhat a rendszer. Ez a fajta helymeghatározás ugyan képes épületen belül is működni, de mivel egy cella átmérője akár több km nagyságú is lehet, ezért eléggé pontatlan eredményeket szolgáltat. 1.3.4 Helymeghatározás ívmetszéssel (Trilateration)
Ha meg tudjuk határozni két különböző bázisállomástól a tényleges távolságunkat, akkor helyzetünk a két körív metszéseként adódik, amelyek rendszerint két megoldása van. A két megoldás közül egy harmadik bázisállomásra vonatkozó távolság meghatározásával már egyértelműen kiválasztható a valódi helyzetünket leíró pont. (1. ábra)
d3
B d1 d2
A
1
ábra Helymeghatározás távolságmérés alapján ívmetszéssel.
1.3.5 Távolságmérés a vett jel szintje alapján
A távolságmérés alapulhat a jelerősség mérésen, mivel a vevő által vett rádiófrekvenciás jel szintje függ az adó és a vevő távolságától, az adó teljesítményétől, az adóantenna nyereségétől, iránykarakterisztikájától, a vevőantenna nyereségétől és a terjedést befolyásoló tényezőktől. Városi környezetben le gyakrabban az Okumura-Hata modellt szokták alkalmazni. A modell a következők szerint épül fel:
ahol LU a csillapítás decibelben megadva, f a vivőfrekvencia, CH mobil antenna korrekciós tényezője, hB a BS antenna effektív magassága (átlagos környező tengerszint feletti 9
magassághoz képest) és d a bázis állomás és a mobilkészülék közötti távolság. Az antenna korrekciós tényező a vizsgált terület nagyságától és a használt frekvenciától függően: Kis és közepes városok esetén:
Nagy városok esetén:
Ahogy látható ennél és a többi jelerősség mérésen alapuló technikánál is, olyan specifikus adatokra van szükség, amiket csak a szolgáltató tudhat. Ha ezek az adatok rendelkezésre állnak, akkor a mobiltelefon helyzete ívmetszéssel meghatározható a hálózat és a végberendezés együttműködésével.
1.3.6 Távolságmérés a vett jel késleltetése alapján (time of arrival, TOA).
Szinkronizált adó és vevő esetén a vett jel késleltetése az adó és vevő távolságától függ (a terjedési sebesség ismert). A GPS rendszerben a szinkronizált adók a műholdakon vannak. A vevő órája eleve nem szinkronizált, ezért az ebből fakadó hibát egy ismert méréstechnikai fogással, a négy műhold alapján számolt egyenletekkel küszöbölik ki. A mobil rendszerekben semmilyen elvi akadálya nincs annak, hogy egy bázisállomás utasítására a mobilkészülék felküldjön egy jelcsomagot, amelyet a bázisállomás vesz és a beérkezési idő alapján a távolság számolható. Több bázisállomástól mért távolságból a mobiltelefon helyzete ívmetszéssel meghatározható. A 3. generációs mobil rendszerekben alkalmazott terjedési idő mérésén és ívmetszésen alapuló helymeghatározó megoldások elterjedt nevei: AFLT – Advanced Forward Link Trilateration és EFLT – Enhaced Forward Link Trilateration. Abban a tekintetben, hogy a felmenő vagy a lemenő irányú terjedési ideje alkalmasabb a helymeghatározásra számos műszaki, jogi és biztonságtechnikai megfontolás ad döntési alapot. 1.3.7 Helymeghatározás a háromszögelés elvével (Triangulation, AOA – angle of arrival)
A háromszögelés módszere a rádióállomások (pl. kalózadók) bemérésének hagyományos eszköze. Különböző helyeken (esetünkben különböző bázisállomásokon) megmérik, hogy a 10
keresett rádióadó (esetünkben a mobilkészülék) jele milyen irányból érkezik. Elvileg két méréssel a helyzet meghatározható (2. ábra) a háromszög egy oldalának és két szögének ismerete alapján. Több méréssel a meghatározás hibája csökkenthető. Több, egymás melletti vevőantennát antennavektorként használva, az iránymérés az időkülönbségek alapján kifinomultan megoldható.
α1 d
2
α2
ábra. Helymeghatározás elve a vett rádiójelek iránya alapján háromszögeléssel
1.3.8 Helymeghatározás elve az észlelt időkülönbség mérés alapján (OTD – observed time difference)
Tegyük fel, hogy a bázisállomások órái szinkronizáltan működnek. A mobilkészülékhez egy egyszerre elküldött jelsorozat a távolságtól függő időkéséssel érkezik (3. ábra T1, T2, T3). A mobiltelefon saját pontos, de nem szinkronizált órája alapján ugyanazt a jelsorozatot generálva korrelációs módszerrel azt tudja kellő pontossággal mérni, hogy különböző bázisállomásokról egyszerre küldött kódsorozatot milyen időeltéréssel érkeznek be veszi (T3T1, T3-T2, T2-T1). A bázisállomások helye a hálózatüzemeltető számára ismert. Azok a pontok, amelyeknek a távolságkülönbsége egy bázisállomás párra vonatkozóan állandó, egy hiperbola
mentén
helyezkednek
el.
A
mobilkészülék
helye
tehát
a
hiperbolák
metszéspontjában van (3. ábra).
11
BTS3 T2-T1=const T3 T3-T1=const BTS1 T1
T2
BTS2 T3-T2=const
3. ábra. Helymeghatározás elve a bázisállomásokról egyszerre küldött jelsorozat észlelt vételi időkülönbsége alapján.
Az időkülönbségek meghatározhatók fordított irányú terjedés alapján is. A mobiltelefonból kisugárzott rádiójelet a különböző bázisállomások különböző időpontban veszik. A rendszer meg tudja határozni az időkülönbségeket és ebből a mobiltelefon helyzetét. Ez a megoldás a TOA módszer rokona, ezért elterjedt neve TDOA.
2. Az új rendszer alapelve
Az előző fejezetben bemutatott modern helymeghatározási rendszerek egyik nagy hibája, hogy külön műszer beszerzésére (pl. GPS), vagy a mobil alapú helymeghatározó rendszerek esetében olyan információkra van szükség, amivel csak az aktuális mobil szolgáltatató rendelkezhet. Talán egyedüli alternatíva a már említett Google Mobile Maps, de jelenlegi állapotában annál pontatlanabb, hogy bármiféle szolgáltatatást lehessen rá építeni. Üzleti szempontból csak olyan helymeghatározó rendszer életképes, ami kül- és beltéren is egyaránt használható, hibája átlagosan nem nagyobb 30 méternél, és lehetőség szerint a már meg lévő eszközön is működőképes. Az előző fejezetből látszik, hogy ilyen rendszer kidolgozására jelenleg csak a mobil hálózat felhasználásával van lehetőség.
12
2.1
A rendszer alapjai
A 1.3.1 fejezet már ismertette, hogy a GSM hálózat működésének alapja egy többszörös átfedésben lévő cellahálózat. Ebben a hálózatban lehetőség van akár beszélgetés közbeni hívásátadásra a kiszolgáló bázisállomások között, akkor is, ha a váltás közben még szolgáltatót is váltani kell. Ilyen bázisállomás váltást kizárólag akkor tud kezdeményezni, és megvalósítani egy mobiltelefon-készülék, ha a bázisállomások egyértelműen azonosíthatóak, és saját azonosítójukat folyamatosan minden körzetükben levő készülék tudomására is hozzák. Erre szolgál a jelzéscsatorna. Ezeket az adatok a „3GPP Radio subsystem link control” című szabványdokumentációban (3GPP TS 05.08) definiálták. A szabványnak megfelelő készülékek „ismerik” ezeket az adatokat. Ez az új módszer nem foglalkozik azzal, hogy ez a cellaváltás miként történik, csak azt a lehetőséget használja fel, hogy minden készülék látja az összes adott pontban vehető állomás információit. Ezek az állandóan kisugárzott paraméterek (MCC, MNC, LAC, CELL_id, Channel, stb) tartalmaznak olyan információkat, amelyekből lehetőség nyílik a bázisállomásokhoz viszonyított távolságok meghatározására is.
13
2.2
Méréshez használt eszközök
A helymeghatározáshoz használt cellainformációk minden telefonkészülékben rendelkezésre kell hogy álljanak, hiszen e nélkül nem lehetséges a mobil kommunikáció. A dolgozatban bemutatásra kerülő mérések a Falcom cég Samba75 típusú készülékének felhasználásával történtek [7] (4. ábra).
4. ábra. A méréshez használt GSM készülék.
Azért erre a készülékre esett a választás, mert a GSM 850, GSM 900, DCS 1800 és PCS 1900 MHz-en is működik, illetve egyszerű AT parancs segítségével lekérhető az összes lényeges információ, ami laptop segítségével a vétel pillanatában fel is dolgozható. A helyzeti adatokat a Falcom cég FSA01 típusú GPS készüléke szolgáltatta [8]. A GPS készülék soros vonalon kapcsolódik a laptophoz és NMEA protokoll használatával folyamatosan kiadja az általa érzékelt adatokat, miután sikerült a megfelelő műholdak jeleit szinkronizálnia. Ezeknek az adatoknak a gyűjtéséhez készült a GPSCell nevű adatgyűjtő alkalmazás (5. ábra). Első verziója a megfelelő paraméterek beállítása után, másodpercenként elküldi a cellainformációkra vonatkozó kérést a telefon készüléknek, és a válasz elejéhez hozzáfűzi a GPS-től kapott információkat is. Majd az így kapott adatsort fájlba menti. Később annyival bővült az alkalmazás, hogy lehetővé tette a híváskezdeményezést is. Ennek az opciónak a segítségével lehetőség nyílik arra, hogy hívás közben meghatározzuk, milyen állomásokhoz kapcsolódik a készülék.
14
5. ábra. A GPSCell 2.0 alkalmazás
2.3
Adatok Formátuma
A GPSCell által lementett adatok 1 sora a következőképpen néz ki: $GPGGA,163934,4729.2112,N,01904.7371,E,1,03,3.2,128.8,M,41.0,M,,*4A,216,30, 001E,2B21,10,741,51,41,49, 000,000,0000,0000,00,0,0,-, ,216,30,001E,FFFF,07,732,35,25,37,216,30,001E,0F1A,56,735,30,20,26,216,30,0 01E,2B53,22,736,23,13,19,216,30,001E,2B24,12,729,21,11,25,216,30,001E,2B74, 14,738,21,11,27
Az adatsor két fő részből épül fel, az első az NMEA típusú GPS koordináta GPGGA sora (ez a sor tartalmazza a szélesség, a hosszúság és magassági koordinátákat), majd ezt követik a telefonból származó cella információk. A használt készülék hét szomszédos cella információját szolgáltatja, így 7db ilyen cella adat következik: $GPGGA, Cella1, Cella2, Cella3, Cella4, Cella5, Cella6, Cella7.
15
GPGGA (Global Positioning System Fix Data) felépítése:
Name
Example
Data Description
Sentence Identifier
$GPGGA
Global Positioning System Fix Data
Time
170834
17:08:34 Z
Latitude
4124.8963, N
41od 24.8963' N or 41od 24' 54" N
Longitude
08151.6838,W
81d 51.6838' W or 81d 51' 41" W
Fix Quality:
1
Data is from a GPS fix
Number of Satellites
05
5 Satellites are in view
Horizontal Dilution of Precision
1.5
Relative accuracy of horizontal position
Altitude
280.2, M
280.2 meters above mean sea level
Height of geoid above WGS84
-34.0, M
-34.0 meters
Time since last DGPS update
Blank
No last update
DGPS reference station id
Blank
No station id
Checksum
*75
Used by program to check for transmission error
- 0 = Invalid - 1 = GPS fix - 2 = DGPS fix
(HDOP)
ellipsoid
A mobil készülék egy cellára vonatkozó információi: [MCC],[MNC],[LAC],[cell],[BSIC],[chann],[RSSI],[C1], [C2] egy példa: 216,30,001E,2B21,10,741,26,16,24 •
MCC (Mobile Country Code) Mobil országkód, melynek hossza 3 számjegy, és egyértelműen meghatározza a mobil előfizető hálózata szerinti országot. A mobil országkódokat az ITU jelöli ki. Magyarország mobil országkódja: 216.
16
•
MNC (Mobile Network Code) Mobil hálózati kód, melynek hossza két számjegy. Az MNC az MCC-vel együtt egyértelműen meghatározza a mobil rádiótelefon szolgáltatást igénybe vevő végberendezés vagy előfizető honos hálózatát. Az MNC az MCC-vel együtt, a mobil szolgáltatást nyújtó hálózatokkal jelzéstechnikailag kompatibilis szolgáltatás nyújtása céljából egyértelműen azonosíthat helyhez kötött telefonhálózatot vagy hálózat csoportot is. A mobil hálózati kódot a hatóság jelöli ki. A kijelölés feltételeit külön jogszabály tartalmazza. pl.: Magyar T-Mobile: 30
•
LAC (Location Area Code) A 4 számjegyből álló azonosító, ami egy nagyobb terület azonosítására szolgál!
•
CELL(cell identifier) 4 hexadecimalális számjegyből álló azonosító, ami azonosítja a cellát
•
BSIC (Base station identity code) BSIC = NCC + BCC NCC = National Colour Code BCC = Base Station Colour Code
•
Chann ARFCN (Absolute Frequency Channel Number), az a frekvencia, amin az adó sugároz. (http://www.mpirical.com/companion/mpirical_companion.html#http://www.mpirical. com/companion/GSM/ARFCN.htm)
•
RSSI Recived signal level of BCCH carrier (0..63), az értéke a jel mért erősségéből dBm-ben és egy offsetből áll.
•
C1-C2 A C1 és C2 algoritmusok által adott eredmények (Ezek nem kerülnek felhasználásra, de mivel a készülék ezeket is szolgáltatja ezért itt fel lett tüntetve.)
Ha a készülék az adott helyen nem lát 7db cellát, akkor az „üres” adatokat a következő formában jeleníti meg: 000,000,0000,0000,00,0,0,-,-, 17
Ezek az „üres” adatok annak megfelelően jelentkeznek, hogy a készülék épp melyik cellát nem látja, így előfordulhat, hogy két konkrét adat között található ilyen „üres” adat is. Ezek alapján a fenti sor értelmezése: $GPGGA,163934,4729.2112,N,01904.7371,E,1,03,3.2,128.8,M,41.0,M,,*4A,216,30, 001E,2B21,10,741,51,41,49, 000,000,0000,0000,00,0,0,-,,216,30,001E,FFFF,07,732,35,25,37,216,30,001E,0F1A,56,735,30,20,26,216,30,0 01E,2B53,22,736,23,13,19,216,30,001E,2B24,12,729,21,11,25,216,30,001E,2B74, 14,738,21,11,27
$GPGGA 163934 4729.2112,N 01904.7371,E 1 03 3.2 128.8 M41.0M, Blank, *4A (1. cella) 216 30 001E 2B21 10 741 51 41 49 (2. cella) 000 000 0000 0000 00 0 0 216 30 001E
16:39:34 kor készült Szélesség Hosszúság GPS fix (A készülék szinkronizált a műholdakkal) Látott holdak száma(3 db) HDOP Magasság DGPS Update Check Sum MCC MNC LAC Cell BSIC Chann RSSI C1 C2 MCC MNC LAC Cell BSIC Chann RSSI C1 C2 MCC MNC LAC
Stb.…
3. Helymeghatározás a szabadban Az adatok felvétele az előzőekben bemutatott eszközök és program segítségével történt az egyetem körüli 2 km2 területen (6. ábra). A másodpercenként történő mintavételezésnek 18
köszönhetően kb. 10 méterenként rendelkezésre állnak a GSM adatok és a hozzájuk tartozó hely GPS koordinátái. A felvett adatbázis segítségével vizsgálható az, hogy milyen a bázis állomások sűrűség, és hogyan jelentkeznek a különböző hullámterjedési tulajdonságok az adott területen.
6. ábra. A felmért adathelyek a VIII. kerületben
Az adatok alapján megállapítható, hogy egy frekvenciát többször is felhasználtak egy 2 km sugarú körzetben (sűrűn lakott Bp-i terület). Csak a T- Mobilnak ezen a területen 88 db különböző bázisállomása azonosítható, a 3G-s tornyokat nem is számolva. Ez matematikailag azt jelenti, hogy 22 négyzetméterenként található egy adó. A valóságban ez úgy lehetséges, hogy egy helyre több antennát is felhelyeznek, de azok eltérő karakterisztikával rendelkeznek, vagy más irányba néznek.
3.1
Frekvenciatérkép
A 7. ábrán látható, hogy a 111-es frekvencia milyen gyakran fordul elő a vizsgált területen. Azokat a helyeket, ahol ez a frekvencia mérhető volt az ábra rózsaszínnel jelöli. Minél erősebb volt a jel, annál világosabb a színezés. Az így kapott térkép segítségével elég jól meghatározható az, hogy az adott cella központja hol található, illetve melyik irányban sugároz az ottani adó. (Erre a későbbiekben szükség lesz, az épületen belüli mérhető értékek 19
értelmezésénél) Az ábrán 4 db körsugárzó adó látható. Ebből 3 db belőlük egy-egy tér lefedésére szolgál (Rákóczi tér, Kálvária tér és Orczy kert), míg a 4. egy forgalmas csomópontot (Üllői út - Baross utcakereszteződést) lát el kellő térerővel. Ha csak, ezen cella adataira lehetne támaszkodni, akkor a pontosság kb. 200-1000m. Ez pontosítható, ha figyelembe vesszük, hogy milyen erősséggel vehető az adott bázis állomás. Az így elért helymeghatározásnál is még több mint 100m lehet a hiba.
7. ábra. A 111-es frekvencia előfordulása
Az 8. ábra a 741-es frekvencia pontjait tünteti fel. Látható, hogy ennek és az előbb bemutatott 111-es frekvenciának sok közös pontja van a Rákóczi tér és a Kálváriatér környékén. Felhasználva azt, hogy most már nem csak 1, hanem 2 cella adatai is láthatóak, tovább javulhat a helymeghatározás.
20
8. ábra. A 741-es frekvencia előfordulása
A 9. ábrán a 113-as frekvencia található. Ez annyiban tér el ez előző kettőtől, hogy itt egyegy szektorsugárzó látszik. Az egyik az Üllői út egy szakaszát szolgálja ki a másik pedig a körút egy szakaszát.
9. ábra. A 113-as frekvencia előfordulása
3.2
Többszörös átfedés
Az Üllői útnak, a Ferenc körút és a Nagyvárad tér közötti szakaszán elvégzett többszörös adatgyűjtés eredménye, a pontosság további növelését tette lehetővé. (Az előbb bemutatott 113-as frekvencia itt is megtalálható.) A többszöri mérés eredményeinek átlagolásából adódott a 10-15m szakaszokra vonatkozó jellemző vételi szint 21
Az eredményeket a 10. ábra foglalja össze. A Cella I és a Cella III az út mellett nem feltétlenül az út forgalmának kiszolgálására tervezett, de ott is jelentős szinten vehető bázisállomás jelzőcsatornájából származik. A Cella IV és Cella VII az üllői úton hosszában elhelyezett szektorsugárzóból származó vételi szint (pl. a 113-as frekvenciájú adó). A Cella VI egy valószínűleg a következő szakaszra irányított szektorsugárzó jeléből származik. A Cella II és Cella V olyan bázisállomás jele, ami valamilyen távolabbi területről érkezik és szakaszosan látható a vizsgált útvonalon. Összességében tehát a 10. ábra azt szemlélteti, hogy a vizsgált szakasz minden egyes részén több, egymástól független bázisállomással való kapcsolatteremtés is lehetséges.
10. ábra. Az Üllői úton azonosítható cellák és vételi szintjük.
Az adatok feldolgozása alapján megállapítható, hogy a vizsgált terület pontjaiban a mobil készülék vételi tartományában 3-7 bázis állomás jelzőcsatornái is láthatóak. Az is könnyen belátható, hogy egy-egy új bázisállomás felhasználásával a pontosság is növelhető. Mivel Magyarországon a Pannon, a Vodafone és a T-mobile szolgáltatók is egymástól részben független cellahálózatot építettek ki, ez tovább javíthatja a helymeghatározás pontosságát.
22
Ez a sokszínűség és bonyolultság ad lehetőséget arra, hogy nagy pontosságú helymeghatározást végezzünk GSM készülékek segítségével.
3.3. Reprezentáció Az adatok adatbázisban történő reprezentálására a 1.3.5 fejezetben bemutatott Okumura-Hata modell a legalkalmasabb. Ezzel modellezhető legpontosabban a mért területre jellemző hullámterjedés. Egyedüli hibája, hogy olyan adatokra is szükség van, amik nem feltétlenül állnak rendelkezésre. Ám ezek a mérés eredményeiből és tulajdonságaiból jól becsülhetőek. A mobil készüléket általában 1.5 m magasságban tartjuk; a bázis állomások magassága a VIII. kerületben jellemzően kb. 30 m. A legnagyobb problémát mégis a bázis állomás helyének meghatározása jelenti, ezért a mért adatok alapján megadhatunk egy „virtuális” bázisállomás helyzetet. Ennek az a pont feleltethető meg, ahol az adott bázis állomás jele a legerősebben látszik. Ez ugyan legtöbbször nem esik egybe az adó valódi helyzetével, de a 11. és a 12. ábrán látható, hogy minimális korrigálással a mért eredmények, és az Okumura-Hata képlet által kapott eredmények nagyon hasonlóak lesznek. Az ábrákon kékkel láthatóak azok a pontok, amik a vevőkészülék segítségével készültek. Függőlegesen a csillapítás, vízszintesen pedig a virtuális bázis állomástól mért távolságuk látszik. Piros színnel ábrázoltuk az Okumura-Hata képletből kapott értékeket. (A megadott távolságokhoz tartozó csillapítás értékek) Látszik, hogy az adatokra illesztett logaritmikus trendvonalak mind két esetben minimális
hibával
megegyeznek.
11. ábra. A 2B34 nevű cella mért és számított csillapítása
23
. 12. ábra. A 271A nevű cella mért és számított csillapítása
Minden mérési pontban lehetőség van az ott lévő 3-7 bázis állomás jelének a vételére, és az adatbázisban rendelkezésre állnak az adott térerősséghez tartozó helyzet információk, így elég jó közelítéssel meghatározható az aktuális helyzet.
3.4
Pontossági vizsgálat
A 13. ábra az új módszer pontosságának statisztikai vizsgálatát foglalja össze a korábban bemutatott mintaterületen. Az új módszerrel meghatározott, és a GPS koordináták különbségeiből megállapítható, hogy a 4000 mintából 50%-ban 1,5m, 66%-ban 5,3m és még 90%-ban
is
csak
15,1m
alatt
volt
a
helymeghatározás
bizonytalansága.
Ezek az eredmények Budapest egy sűrűn lakott körzetére és csak egyetlen szolgáltató hálózatára vonatkoznak.
13. ábra. Kültéren végzett tesztmérések statisztikai eredményei.
24
4. Helymeghatározás épületen belül Mivel a telefonkészülékek azokban az épületekben is használhatóak, ahol a lefedettség megfelelő, ott is elérhetőek azok a jelzéscsatorna információk, melyek segítségével a helymeghatározás elvégezhető. A 14. ábra a Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Karának épületében, a IV. emeleten végzett mérések eredményei alapján készült. Mivel a GPS rendszer épületen belül nem működőképes, ezért a helymeghatározásra a legkézenfekvőbb megoldást az alaprajz nyújtja, hiszen ez egyértelműen áttranszformálható a későbbiekben GPS koordinátákra is. Épületen belüli adatfelvételre készült a MobileInside nevű program. Egy bedigitalizált alaprajz megfelelő helyére kattintva történik az adatfelvétel. A GPS adatok helyére az alaprajz megfelelő koordinátája kerül, míg a GSM adatok ugyan olyan formában kerülnek rögzítésre, mint az előző program esetében. Az 14. ábra azt mutatja, hogy a belső területeken is lehetséges a mobiltelefon használata, de az egyes folyosókon és termekben különböző bázisállomások látszanak a legnagyobb térerővel. A különböző cellákat különböző jelek jelölik (o;x;+;-;|;\;), míg a jelzőcsatornán érkező rádióhullámok vételi szintjét a jelek nagysága érzékelteti. Ezen túlmenően a mérési eredmények azt is mutatják, hogy minden egyes mérési pontban több bázisállomás jele is „látható”.
14. ábra. Az ITK épületében azonosítható cellák és vételi szintjük.
25
Jól megfigyelhető, hogy egy vasbeton épületben is gyakorlatilag teljes a vételi lehetőség, pedig a rádióhullámok kizárólag az ablakokon keresztül tudnak bejutni. A mérési eredmények azt mutatják, hogy egyetlen szinten is 12 különböző cella jelei biztosítják a vételi lehetőséget. A 14. ábrán „Cella I”-nek nevezett, és ábrázolt jel az egyetemmel szomszédos ház tetején elhelyezett bázisállomástól származik. Az ábrán megfigyelhető, hogy a „Cella I”-es jel csak az észak-keleti sarokban, ill. annak környékén érzékelhető, de nem terjed túl a vasbeton válaszfalakon. Az ábrán lévő három nagy fekete pont a mérés pillanatában elfoglalt helyeket mutatja, míg a nagy fekete négyzetek a GSM adatok felhasználásával meghatározott helyeket jelölik. A mérések eltérése minden esetben kisebb, mint 2,5 méter, ami azt érzékelteti, hogy a rendszer belső térben is jól alkalmazható. Itt lehetőség van arra, hogy a különböző szűrési feltételeknek megfelelően ábrázoljuk a mért adatokat. A 15. ábra azokat a pontok mutatja, ahol a 741-es frekvencia látszik. A piros körök mérete attól függ, hogy az adott pontban milyen erősségű a vizsgált frekvencia. Nagyon jól látszik, hogy az erkély melletti folyosón sokkal nagyobb erősséggel fordul elő, mint a 418-as és 419-es termekben. Ennek az oka az adó helyében keresendő. A külső mérés eredményeit vizsgálva (16.ábra) kiderült az, hogy a 741-es frekvenciát kiszolgáló torony az Üllői út irányából sugároz az egyetem épülete felé, és ezért az egyik oldalon az ablakok mellet sokkal erősebben észlelhető, mint a másik oldalon ahol nagy valószínűséggel csak a reflektált hullám mérhető.
26
15. ábra. A 741-es frekvencia az egyetem épületén belül
16. ábra. A 741 frekvencia az épületen kívül
5. Megbízhatóság A világon napjainkig több mint 3 millió bázisállomást telepítettek, ezek közül nagyjából csak 10000 az, aminek időszakonként változtatják a konfigurációját. Túlnyomó részt nem a változtatás, hanem a bővítés jellemző a hálózatokra. A teljes hálózat egyidőben történő 27
átkonfigurálása a belső kapcsolati hálózat üzemeltetési nehézsége (pl. 7 jelzésrendszer [5]) miatt egyébként sem lehetséges. A helymeghatározás szempontjából ez kevesebb, mint 1%-os változás, csak kisebb pontatlanságot eredményezhet. És könnyen korrigálható az adatbázis időnkénti karbantartásával. Az előzőekben láthattuk azt, hogy a szolgáltatónak nem érdeke a bázisállomások átkonfigurálása. Viszont érdemes azt is meg vizsgálni, hogy a vevő körül történő kisseb változások (emberek mozogása, bútordarabok áthelyezése stb.) mennyire befolyásolják a mérés eredményét. Az alábbiakban három mérési pár látható. Ezek a mérések egy héten keresztül egyhelyben hagyott műszerrel készültek. Az adat párok első eleme az 1. nap eredményeit tükrözi, míg a második a 7. napét. Megállapítható, hogy mind páronként, mind összességében a legnagyobb eltérés nem haladja meg a 3 RSSI értéket. 23:25 kor készült mérések $GPGGA,,,,,,,,,,,,,,,001E,2B21,10,741,39,29,37,216,30,001E,23C5,24,116,39,3 5,35,216,30,001E,0F1A,56,735,18,8,14,216,30,001E,2B53,22,736,13,3,9,216,30, 001E,2B24,12,729,11,1,15,000,000,0000,0000,00,0,0,-,,000,000,0000,0000,00,0,0,-,-,23:25:00:896 $GPGGA,,,,,,,,,,,,,,,001E,2B21,10,741,38,28,36,216,30,001E,23C5,24,116,36,3 2,32,216,30,001E,0F1A,56,735,19,9,15,216,30,001E,2B53,22,736,16,6,12,216,30 ,001E,2B24,12,729,14,4,18,216,30,001E,2B26,07,732,13,3,15,000,000,0000,0000 ,00,0,0,-,-,23:25:00:896
6:10:00 kor készült mérések $GPGGA,,,,,,,,,,,,,,,001E,2B21,10,741,39,29,37,216,30,001E,23C5,24,116,38,3 4,34,216,30,001E,0F1A,56,735,18,8,14,216,30,001E,2B53,22,736,14,4,10,000,00 0,0000,0000,00,0,0,-,-,000,000,0000,0000,00,0,0,-,,216,30,001E,2B24,12,729,6,-4,10,6:10:00:881 $GPGGA,,,,,,,,,,,,,,,001E,2B21,10,741,38,28,36,216,30,001E,23C5,24,116,36,3 2,32,216,30,001E,0F1A,56,735,19,9,15,216,30,001E,2B53,22,736,16,6,12,216,30 ,001E,2B24,12,729,15,5,19,216,30,001E,FFFF,07,732,14,4,16,000,000,0000,0000 ,00,0,0,-,-,6:10:00:912
28
11:01 kor készült mérések $GPGGA,,,,,,,,,,,,,,,1E,23C5,24,116,43,39,39,216,30,001E,2B21,10,741,38,28, 36,216,30,001E,FFFF,57,115,29,24,24,000,000,0000,0000,00,0,0,-,,216,30,001E,23C7,13,112,24,20,20,216,30,001E,FFFF,47,108,13,10,10,216,30,0 01E,23C9,77,109,12,7,7,11:01:00:896 $GPGGA,,,,,,,,,,,,,,,1E,2B21,10,741,38,31,39,216,30,001E,23C5,24,116,37,33, 33,216,30,001E,2B24,12,729,23,13,27,216,30,001E,0F1A,56,735,19,9,15,216,30, 001E,2B26,07,732,15,5,17,000,000,0000,0000,00,0,0,-,,000,000,0000,0000,00,0,0,-,-,11:01:00:912
6. Összegzés, alkalmazhatóság A bemutatott helymeghatározási rendszer nagy előnyének tekinthető, hogy meglévő eszközöket használ, úgy, mint mobiltelefon hálózat, mobiltelefon készülék, így alacsony beruházási ráfordítással sokak számára elérhető helymeghatározási szolgáltatás valósítható meg. A GSM hálózaton végzett méréseknél csak azokra az adatokra van szükség, amelyek az adótorony azonosítását teszik lehetővé, illetve a torony vételi térerő eloszlására jellemzőek. Ez az új módszer tehát minden olyan egymást átfedő rádió hálózat esetében is alkalmazható, ahol az egyes adók azonosítói egyértelműen meghatározhatóak, és azoknak a vételi térereje is megmérhető. (pl. Wifi, WIMAX, TETRA, stb.) A helymeghatározás jellegéből adódóan, városban, lakott területen nagy pontossággal megvalósítható, jól használható turisztikai jellegű információ-szolgáltatásokkal kapcsolatban. Lehetőséget ad az adott város nevezetességeinek felkeresésére az eltévedés veszélye nélkül. Ugyanez a rendszer biztosítja azt a lehetőséget is, hogy zárt helyen akár egy múzeumban, vagy képtárban vezesse a vendégeket. Hasonló ehhez a funkcióhoz, hogy egy nagy bevásárlóközpontba érkező vevő a lehető leghamarabb eljusson az általa kiválasztott célhoz, vagy helyfüggő szolgáltatásokat kérjen. Lehetséges olyan információs szolgáltatás kialakítása, mobil hálózat és adatbázis szerver igénybevételével, ami ad-hoc jelleggel ad eligazítást a legközelebbi étteremről, pizzériáról, sörözőről. Ebben az esetben olyan jellegű kérdésre képes egy ilyen rendszer választ adni, hogy „hol találom a legközelebbi … szolgáltatót”. Könnyen, minimális beruházással lehetséges nagyrészt városban működő autóflotta időszaki megfigyelése, irányítása, a megtett útvonal regisztrálására. A rendszer rendkívüli előnye, hogy csak a felhasználó kérésére és ellenőrzése mellett történik a helymeghatározás, így a 29
pontos helyzetére vonatkozó érzékeny személyes adat nem kerülhet más birtokába. A rendszer nem használható személyek jogosulatlan követésére, vagy megkeresésére.
7. Köszönetnyilvánítás Köszönettel tartozom témavezetőimnek, Dr. Takács Györgynek és Tihanyi Attilának, a dolgozat elkészítésében nyújtott segítségükért, rendkívül értékes tanácsaikért és türelmükért. A Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai Karának, hogy eszközöket biztosított a mérések elvégzéséhez.
8. Irodalomjegyzék [1] Bányai B, Feldhoffer G, Tihanyi A:”Helymeghatározás GSM hálózat felhasználásával a hálózatüzemeltető aktív közreműködése nélkül”, Híradástechnika 2008/10 pp. 22-27 [2] Takács György: „Helymeghatározás mobiltelefonnal és mobil hálózattal”, Híradástechnika 2008.8. [3] Ádám J, Bányai L, Borza T, Busics Gy, Kenyeres A, Krauter A, Takács B (2004): Műholdas helymeghatározás. Műegyetem Kiadó. [4] Pap László: A technika új csodája: a globális helymeghatározás http://www.mindentudas.hu/mindentudasegyeteme/pap/20030623paplaszlo.html [5] 7-es jelzés rendszer specifikációja http://www.nhh.hu/dokumentum.php?cid=10750 [6] 3GPP Technical Specification 3GPP TS 05.08 [7] SAMBA75 - Integrated Quad Band GSM/GPRS/EDGE Engine http://www.falcom.de/products/mobile-data/samba75/ [8] FSA01 - FALCOM Smart antenna http://www.falcom.de/products/gps-modules/fsa01/ [9] Google Mobile Maps: http://www.google.com/gmm
30
