|
Existují tři kategorie metod zjišťování polohy mobilních telefonů. Nejstarší pokusy jsou založeny na lokalizaci polohy sítí GSM – těmto metodám se říká využívající síť (network-based, NB). Novější metody jsou využívající mobil (terminal/handset-based, TB). Zatímco u metody využívající síť není vyžadována spolupráce mobilního telefonu (ten působí jako pasivní, sledovaný prvek, k zjištění polohy není jeho spolupráce potřebná), u metod využívajících mobil probíhá zjišťování polohy právě na straně mobilního telefonu, který pro změnu nepotřebuje aktivní spolupráci mobilní sítě.
Zatímco dodavatelé technologií sítí GSM se snažili operátorům prodat aplikace založené na jedné z těchto metod, ti se raději pokusili oba zmiňované postupy zkombinovat – výsledkem je lokalizace polohy založená na aplikacích SIM toolkit, které kombinují spolupráci telefonu se sítí GSM. Je však třeba uznat, že SIM toolkitové aplikace využívají ve velké míře právě schopnosti mobilní sítě než telefonu.
Možnosti lokalizace polohy mobilního telefonu
Lokalizace polohy využívající síť GSM
Síťové metody zjišťování polohy jsou založené na znalosti konfigurace sítě GSM a chování rádiových vln. Každý mobilní operátor totiž velmi přesně zná umístění svých základnových (vysílacích) stanic (BTS), jejich rozdělení do sektorů a identifikační čísla jednotlivých sektorů (označují se jako Cell ID nebo CGI, cell global identity). Ví také, které frekvence se v těchto sektorech používají.
Metoda označená zkratkou CGI+TA (Cell Global Identity + Timing Advance) využívá toho, že mobilní síť zná hodnotu CGI sektoru, ve kterém se nachází telefon. Pokud by znal vyhodnocovací software pouze CGI, může určit okruh s poloměrem nejvíce 35 km, ve kterém se lokalizovaný mobil nachází – to v případě, že sektor má kruhový tvar. Protože ovšem dnešní mobilní sítě mají kuželové tvary sektorů (s rozpětím 90° až 120°), je možné oblast, ve které se mobil nachází, určit výrazně přesněji. Při komunikaci sítě GSM s mobilem se používá ještě jedna hodnota – TA (timing advance). S její pomocí se dá zjistit vzdálenost od BTS s přesností na 550 metrů (vynásobením TA číslem 550). TA se vypočítává ze zpoždění přenosu rádiového signálu mezi mobilem a sítí. Pokud zná vyhodnocovací centrum hodnotu CGI a také TA, může určit oblast, ve které se nachází hledaný mobil, s přesností nejméně 550 metrů (šířka oblasti záleží na šířce sektoru).
Jiný postup, pro který technici používají zkratku UL-TOA (Uplink time of arrival), vyhodnocuje jenom zpoždění signálu vysílaného z mobilního telefonu. Každý mobilní telefon totiž má svůj interní časovač (můžeme říkat i hodiny), který je synchronizovaný se sítí GSM – jinak by mezi nimi nefungovala komunikace. Když vyhodnocovací centrum zná čas, kdy mobil začal vysílat (každé vysílání je označeno časovou známkou), který srovná s časem, kdy data dorazila do BTS (jejíž polohu přesně zná), může vyhodnotit zpoždění signálu (jeho rychlost je známá) a z něj vypočítat vzdálenost od BTS. Pokud je mobilní telefon v dosahu dalších tří BTS, se kterými dokáže komunikovat, je možné vypočítat při znalosti zpoždění komunikace se všemi stanicemi polohu s přesností na 50 až 150 metrů. Přesnější lokalizaci mobilu touto metodou brání různé odrazy a zalomení rádiového signálu (především v městských oblastech). V důsledku toho je lokalizace v otevřené krajině přesnější než ve městech.
Oba postupy mají pro operátory velkou výhodu v tom, že pracují se současnými mobilními telefony – aby zákazníci mohli využívat služby založené na těchto metodách, nemusí vyměňovat svoje mobilní telefony. V okamžiku spuštění služby ji může využívat skutečně každý majitel mobilu. Operátor ale musí investovat velké částky do vyhodnocovacího centra a také se mu zvýší zátěž sítě. Při zjišťování polohy jednou ze zmiňovaných metod je totiž nutné, aby mobil se sítí komunikoval. A to dělá při hovoru, odesílání či přijímání textové zprávy, zapnutí a vypnutí telefonu, operaci nazvané LU (Location Update) nebo když ho k tomu mobilní síť vyzve. V okamžiku, kdy mobil nevysílá, tak vyhodnocovací centrum zná pouze oblast (která může dosáhnout velikosti kraje), ve které se pohybuje, případně ještě CGI, TA nebo zpoždění signálu, ovšem z doby poslední komunikace se sítí.
Lokalizace polohy využívající mobilní telefon
Zjišťování polohy využívající schopností mobilního telefonu je sice výrazně přesnější než při použití metod založených na sítích GSM, jenže díky vyšší nákladnosti a problémům při zavádění mezi uživatele se vůbec nepoužívá.
Stále platí, že nejpřesnější údaj o poloze pohybujícího se předmětu zjistíte prostřednictvím satelitního navigačního systému GPS (Global Positioning System). Tento systém je založen na 24 umělých družicích, které obíhají Zemi ve výšce přibližně 200 km. Každá družice vysílá informace o čase a svojí poloze. Přijímač podle dat z nejméně tří družic určí svoji přibližnou polohu (s odchylkou v řádech desítek metrů); při příjmu signálu ze čtyř vysílačů už je schopen určit polohu s přesností na metry. Nejvíce je možné v jednu chvíli přijímat signál z dvanácti družic.
Protože signál z družic na oběžné dráze se téměř vůbec nešíří v budovách a hustě osídlených oblastech, vznikly projekty GPS s asistencí sítě GSM (A‑GPS, network-assisted GPS). Přijímač GPS totiž ke správnému určení polohy potřebuje znát polohu vysílače a přesný čas, kdy byl vyslán signál. Aby byl systém GPS dokonalejší v místech se špatnou úrovní signálu z družic, bylo by dobré použít pozemní vysílače, jejichž signál pronikne i do budov a podzemních garáží. A k tomu se velmi dobře hodí základnové stanice sítí GSM. Atomové hodiny, které se používají v družicích GPS, je možné použít i v BTS, jejíž poloha je velmi přesně známá. Pokud by byl mobilní telefon vybaven přijímačem GPS (jako např. Benefon Esc), mohl by svoji polohu zjišťovat i na základě informací vysílaných sítí GSM. Podle odborníků lze dosáhnout při hustotě vysílačů A‑GPS každých 300 km přesnosti určení polohy mobilu s odchylkou 10 až 20 metrů.
A‑GPS naráží na tři zásadní problémy. Pokud by tento systém měl fungovat jen v konkrétní síti, potom by musel pracovat na jiných frekvencích než současný systém GPS – to kvůli tomu, aby se tyto systémy nerušily. Informace A‑GPS by bylo možné vysílat i ve frekvenčním pásmu GSM. Nebo by se sítě s A‑GPS musely propojit se systémem GPS (provozovaným americkou armádou), jenže to by vyžadovalo spolupráci několika desítek až stovek operátorů, kteří by vysílače A‑GPS provozovali – tím by ale provozovatelé sítí ztratili konkurenční výhodu; na základě jejich signálu by mohli služby nabízet zdarma i jiní operátoři. I kdyby se povedlo vyřešit tento problém, museli by se provozovatelé sítí GSM a služeb založených na přesné lokalizaci polohy vypořádat s nedostatkem telefonů s přijímačem GPS/A‑GPS. Především z tohoto důvodu se dnes považují systémy A‑GPS za mrtvou větev vývoje.
Druhou metodou lokalizace polohy založenou na mobilním telefonu je metoda E-OTD (The enhanced observed time difference method). Je založena téměř na stejném principu jako metoda UL-TOA (viz výše), jen s tím rozdílem, že vysílajícím prvkem jsou základnové stanice a výpočet zpoždění signálu provádí přímo mobilní telefon. Pokud zná mobilní telefon přesné umístění všech BTS (má je v paměti nebo BTS sama vysílá informaci o svojí poloze), potom může svoji polohu zjistit sám. V opačném případě může odeslat takto zjištěná data vyhodnocovacímu centru, které vypočítá polohu mobilu a pošle mu ji zpět. Přesnost metody E‑OTD je v otevřené krajině přibližně 60 metrů, v městských oblastech se odchylka pohybuje okolo 200 metrů.
Odeslání informací do vyhodnocovacího centra a výpočet polohy na základě odpovědi z tohoto centra (případně z údajů o poloze BTS) zvládne i aplikace SIM toolkit. Pokud by telefon k zjištění polohy musel mít v paměti informace o umístění základnových stanic a ty zpracovávat, potom už by potřeboval přídavné zařízení na zpracování těchto dat. Takový mobil ovšem v současnosti neexistuje.
Pokud si odmyslíme v praxi zcela nepoužitelné sítě vybavené A‑GPS, potom můžeme uvažovat pouze o metodě E-OTD. Ta se ovšem v praxi také příliš nepoužívá, protože vyžaduje upravené mobilní telefony. Kvůli tomu je méně potenciálních zákazníkům a o takovou službu operátoři nemají zájem. Investice do sítě by navíc rozhodně nebyly o mnoho menší oproti metodám založeným na spolupráci se sítí GSM – přinejmenším by operátor musel postavit vyhodnocovací centrum a upravit svoje základnové stanice.
Možnosti metod E-OTD a UL-TOA
Kombinované metody
I když známé aplikace lokalizace polohy v sítích GSM využívají aplikace SIM toolkit (podobně jako u nás jediná komerční služba Paegas Locator), jsou založeny především na zjištění polohy mobilu sítí. Zmiňovaný Paegas Locator je založen na metodě CGI+TA. Ovšem aplikace SIM toolkit neslouží pouze jako bezpečnostní prvek (ověřuje, jestli polohu zjišťuje oprávněná osoba), ale zjišťuje také informace o ostatních základnových stanicích v dosahu mobilu – což jsou prvky používané v metodě UL-TOA nebo E-OTD. Podobným směrem se vydali i ostatní operátoři sítí GSM (v celé Evropě) – namísto pořizování hotových řešení od svých dodavatelů technologií založených na jedné metodě raději tyto metody kombinují tak, aby snížili náklady na změny v sítích GSM a současně zmenšili nároky na schopnosti mobilních telefonů. Právě různé schopnosti mobilů jsou příčinou toho, že Paegas Locator provozovaný na různých skupinách přístrojů ukáže polohu s odlišnou odchylkou.
Závěr
|
