ČTĚTE TAKÉ:
Horala pod lavinou zachránil mobil
E911 je služba, kterou musejí v USA mobilní operátoři povinně implementovat. Jedná se o to, aby americká obdoba Integrovaného záchranného systému (dále IZS) dostala spolu s příchozím voláním z mobilního telefonu také přesnou polohu volajícího podobně jako tomu je při volání z telefonu pevného.
Tato funkce by totiž v případě IZS znamenala v mnoha ohledech doslova revoluci – autoři anonymních telefonátů oznamujících bomby apod. by šli ihned lokalizovat, zmatená volání hlásící požáry "u nás v domě" by už nebyla problém, protože operátor IZS by ihned věděl, kde se daný člověk zrovna nachází, a konečně také turisté, kteří si někde sami uprostřed lesa třeba zlomí nohu, by mohli být záchranáři ihned přesně lokalizováni – to by se vyplatilo zejména v zimě po setmění, kdy v husté vánici ani člověk s místní znalostí mnohdy nedokáže říci, kde vlastně je.
E911 se v USA bude patrně velmi často řešit přidáním malého GPS modulu do telefonu (v EU by to bylo přidáním malého Galileo modulu), ze kterého se při volání na 911 (americká obdoba linky 112) přečtou souřadnice telefonu a odešlou se spolu s hovorem. Operátoři ale mohou lokalizaci řešit i jinak a v některých typech (např. CDMA) sítí i jednodušeji a levněji. Pojďme se ale podívat na to, jak se taková lokalizace řeší v sítích GSM. Hned v úvodu však upozorňuje, že tento článek je určen zejména pro laiky a podle toho také přistupuji k významnému zjednodušení některých pasáží.
GSM telefon si kvůli svému vlastnímu fungování coby mobilního telefonu udržuje několik důležitých údajů. Prvním z nich je výkon okolních BTS (základnových stanic) v místě, kde se telefon nachází. Telefon je schopný sledovat najednou třeba až 8 základnových stanic. Tento údaj sleduje proto, aby se v případě, že budete chtít nějak komunikovat se sítí (přijímat/odesílat hovor, SMS, MMS či data přes (E)GPRS), byl schopný připojit na BTS se kterou bude komunikace nejspolehlivější (tedy na BTS s největším výkonem v daném místě).
Další údaj, který si telefon udržuje, jsou i základní identifikační údaje o okolních BTS jako jsou CID (Cell ID – identifikační číslo dané buňky), číslo kanálu, na kterém BTS vysílá, a LAC (Location Area Code), což je kód oblasti. Každá GSM síť je rozdělena na několik oblastí, které jsou vytvářeny zejména za účelem urychlení příchozích spojení s telefonem (hovorů, SMS, MMS). LAC není pro lokalizaci telefonu až tolik podstatné.
Konečně posledním údajem, který váš telefon má k dispozici ale pouze a jen při aktivní komunikaci s BTS, je TA (Timing Advance – časový odstup). Abychom si mohli vysvětlit, k čemu tento údaj slouží, tak si uděláme malou odbočku.
GSM síť používá ke zvýšení své kapacity rozdělení kanálu (frekvenčního pásma širokého 200 kHz, na kterém probíhá komunikace mezi BTS a mobilem neboli MS – Mobile Station) v čase. Tento způsob dělení pásma se nazývá TDMA (Time Division Multiple Access). GSM síť si každý kanál dělí na 8 stejně dlouhých časových úseků – tzv. timeslotů, které se neustále po sobě opakují. Každý timeslot má své číslo (od 0 do 7) a timesloty (dále TS) se v „éteru“ střídají v pořadí 0,1,2,3,4,5,6,7,0,1,2,3,4,...
Doba trvání jednoho TS je přibližně 0,577 ms. Pokud chce nějaká MS komunikovat s BTS (např. telefonovat), dostane přidělený jeden konkrétní TS (např. TS 3) a na něm pak pravidelně komunikuje do té doby, dokud hovor neskončí. Jenže vzdálenost mezi MS a BTS může být různá v intervalu od 0 do 35 km. Je ale zřejmé, že i když se elektromagnetické vlny šíří téměř rychlostí světla, tak nějakou dobu trvá, než těch 35 km urazí. Jenže pro každý TS je vyhrazeno na BTS jen 0,577 ms. Z tohoto důvodu je tedy nutné zajistit, aby signál vyslaný naším mobilem, co používá TS3, byl vyslán s takovým předstihem, aby dorazil na BTS právě včas.
Tedy v okamžiku, kdy BTS ukončila komunikaci s mobilem na TS2 a teď má 0,577 ms vyhrazeno pro nás. Právě k tomuto slouží údaj TA. Ten nabývá hodnot od 0 do 63, přičemž 1 „dílek“ TA odpovídá vzdálenosti cca. 500 metrů. TA je tedy tím skutečným důvodem, proč je dosah standardní GSM sítě v libovolném pásmu a terénu omezený jen na 35 km. TA lze získat pouze při aktivní komunikaci se základnovou stanicí a ta si jej změří na základě měření zpoždění v komunikaci mezi ní a MS. Toto „měření“ je však velmi nepřesné a nejistota měření se může pohybovat klidně v řádu stovek metrů.
Nyní, když už víme, s jakými údaji může GSM síť při lokalizaci telefonů pracovat, pojďme se podívat na to, jak tedy taková lokalizace funguje. Vezměme to popořadě. Máme telefon, který komunikuje se sítí. V tuto chvíli síť ví, s jakou BTS telefon komunikuje (díky znalosti CID) a v jaké vzdálenosti od ní se přibližně nachází (díky TA). Pokud připustíme, že BTS má obvykle tři sektory, máme zde mezikruží o šířce 500 až 1000 metrů při dělení na tři sektory omezené na výsek s úhlem 120 stupňů. U BTS v pásmu GSM1800 s dosahem obvykle uměle omezeným na nějaké 3 km jsme si možná trochu pomohli (víme aspoň čtvrť), ale u BTS s dosahem oněch 35 km nevíme ani jestli daný uživatel je zrovna v Jihlavě a nebo ve Vyškově (to je ale skutečně jen příklad ad absurdum).
Nyní však můžeme aplikovat ještě jednu věc – znalost výkonu signálu BTS v místě, kde se MS nachází. Každý operátor má totiž k dispozici plánovací software pro výstavbu sítě. V něm má pak 3D model pokrytého území. Pokud do něj umístí na nějaké místo BTS a nastaví si, že tato BTS vysílá s určitým výkonem, odsimuluje mu daný software v kterém místě pokrytém signálem dané BTS je jaká úroveň signálu. Simulovat lze přitom jak venkovní pokrytí, tak pokrytí v autě, budově apod. Díky tomuto programu tedy můžeme zjistit, že v dané výseči mezikruží existují jen určité oblasti, kde daný telefon zrovna může být (za předpokladu, že je venku, za předpokladu, že je v budově, atd.). Nyní jsme tedy získali řekněme deset oblastí širokých např. kilometr krát kilometr (záleží dost na terénu a naměřených hodnotách), o kterých víme, že se tam uživatel velmi pravděpodobně může nacházet.
A teď se dostáváme ke způsobu, jak určuje polohu třeba aplikace T-Mobile Navigátor. Díky tomu, že MS ví, které všechny BTS jsou v jejím dosahu a díky tomu, že tento údaj je možné z telefonu získat, můžeme přistoupit k následujícímu kroku. Vynutíme si na MS, aby začala komunikovat s jinou základnovou stanicí v jejím dosahu. Jakmile se na ni přepojí, tak opět známe nové CID, TA i výkon dané BTS v místě, kde je telefon. Opět získáme nějakou výseč z mezikruží a opět identifikujeme několik oblastí, kde se telefon může nalézat. Jenže některé tyto oblasti se nebudou překrývat s výsledky předchozího měření a tím pádem získáme celkově menší oblast, kde se daná MS může nacházet.
Poté následuje přepojení na další BTS a v případě, že to jde (tj. že je další BTS v dosahu) ještě na další, atd. Čím více BTS máme k dispozici, tím přesnější polohu získáme. Tímto postupem se můžeme ve městě dostat na přesnost třeba i několika metrů až desítek metrů. V oblastech, kde se počítají dosahy BTS skutečně až do těch 35 km, to pak mohou být stovky metrů až kilometry. Přesnost vždy významně závisí na terénu v daném okolí a získané úrovni signálu od MS. Jakmile síť vyčerpá všechny možnosti přepojování MS mezi jednotlivými základnovými stanicemi, je schopná se získanou polohou dále pracovat – například vám tedy může poslat seznam devíti nejbližších lékáren a nebo tento údaj může být předán složkám IZS, které vás pak mohou najít (třeba v tom lese, v horách, v lavině apod.)
Nejpřesnější možné lokalizace v síti GSM je možné dosáhnout aplikací ještě jednoho velmi náročného kroku. Operátor totiž může na dálku měnit vysílací výkon BTS. Ten může samozřejmě měnit i v programu pro plánování sítě (a simulace jejího pokrytí). Tímto postupem lze pak (pokud se hledaný telefon dostatečně dlouho nepohybuje) dosáhnout časem velmi vysoké přesnosti – ve městech jako je Praha či Brno, kde je hustá síť BTS, tak na desítky centimetrů, mimo města a třeba v horách pak na metry až desítky metrů. Tento postup se však až na extrémní případy nepoužívá. Samozřejmě, pokud by bylo opravdu třeba, je ho možné aplikovat, nicméně to znamená, že operátor musí vyhradit dva kvalifikované lidi jen na tuto činnost (jednoho na vzdálené ovládání BTS a druhého na simulace pokrytí) a že si musí měnit výkon zatížených BTS, a to třeba i takovým způsobem, že se dočasně stanou dané BTS nepoužitelné, že bude riskovat přerušení probíhajících hovorů, atd.
Evropská unie nyní začala také diskutovat o možnosti přikázat mobilním operátorům v EU provozovat službu E112 (tedy obdobu E911 pro EU). Jednak by se tím zefektivnil „boj proti terorismu“ a jednak by se tím usnadnila práce záchranářů. Jako negativa stojí určitá ztráta soukromí spočívající v tom, že operátor by mohl znát vaši přesnou polohu (a nikoliv přibližnou jako doposud). Dalším negativem je to, že v GSM sítích je přesná lokalizace (tj. přesnější než u T-Mobile Navigator a podobných služeb) poměrně drahou záležitostí, pokud by měla být provozována na straně sítě. Jediným smysluplným řešením by bylo tedy montovat miniaturní GPS (nebo spíše Galileo) modul přímo do telefonu.
A co si myslíte o E112 vy? Přivítali byste takovou službu a nebo ji považujete spíše za hrozbu a zásah do soukromí?
