Реферат: Технологии определения местоположения абонента в мобильных сетях

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Национальный исследовательский университет «МЭИ»

Кафедра безопасности и информационных технологий

Реферат

по дисциплине:

Вычислительные системы, сети и телекоммуникации

Тема:

Технологии определения местоположения абонента в мобильных сетях

Выполнил: Огарков В.М.

Студент группы ИЭ-62-22

Преподаватель: ассистент

Савельев С.Д.

Москва, 2023

Оглавление

• Введение
• Глава 1. Определение местоположения по вышкам
• Глава 2. Определение местоположения по спутникам
• Глава 3. Определение местоположения по IP-адресу
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Люди часто пользуются технологиями определения местоположения. Открыв карты, вам сразу будет предложено найти его, а в навигаторе еще и определяется ваша скорость. Но мало кто задумывается, как именно работают эти технологии.
• Включив ваш мобильный телефон или любое другое устройство, работающее в мобильной сети, вы запускаете огромный технологический процесс.
• Глава 1. Определения местоположения по вышкам
• Первое, что делает ваше мобильное устройство (MS), это прослушивает доступные каналы. Из их числа определяется наиболее удовлетворяющая с точки зрения затрат энергии и качества сигнала базовая станция и ее сота (площадь, покрываемая одним приемопередатчиком). У каждой из сот есть свой уникальный номер (Cell ID).
• При этом все базовые станции (BS) объединены в группы. Как правило, принадлежность к группе определяется их местоположением (Location area), и чтобы базовые станции можно было идентифицировать, каждой группе присваивается уникальный номер - Location area code (LAC).
• Вместе параметры LAC и Cell ID работают как уникальные идентификаторы базовой станции, на которой зарегистрировано и работает мобильное устройство. Именно используя эти параметры, Центр коммутации выбирает верное направление для отправки вызова в вашу сторону, иначе приходилось бы искать вас среди тысяч базовых станций.
• Кроме того, фиксируется время, за которое сигнал от мобильного устройства достигает базовой станции - это параметр Timing Advance. Благодаря этому известна не только принадлежность к базовой станции, но и удаленность от нее.
• Рис. А. Демонстрация использования описанных технологий
• Определение местоположения по методу триангуляции
• Основано на измерении времени прибытия сигнала от мобильной станции до нескольких БС и расчета местоположения абонента на основе этих данных.
• Для этого каждая БС должна быть оборудована LMU (Location measurement unit), которое фиксирует информацию об удалении от БС и передает ее в центр измерений. Для того, чтобы система работала корректно, необходима синхронизация системного времени всех БС (обычно это делается либо по атомным часам, либо через спутниковые системы).
• Точность определения местоположения таким методом составляет 50-150 метров.
• В идеале более точные координаты можно получить при измерении времени прохождения сигнала до четырех-пяти базовых станций, но это требует умощнения подсистемы расчетов и значительно увеличивает нагрузку на служебные каналы сети.
• Рис Б. Пример схемы метода триангуляции

Методы с использованием bluetooth

Tехнология определения положения объекта в помещении по углу прибытия Bluetooth сигнала - Angle of Arrival (AoA).

AoA решение основано на принципе измерения угловых направлений (азимут и высота) от устройства - локатора, размещенного в известном месте. Под углом прихода подразумевается угол, под которым сигнал встречается с приемником. Угол измеряется путем вычисления фазы принимаемых радиосигналов.

Локаторы используют алгоритмы угловой оценки и расширенную обработку сигналов в своем механизме позиционирования. В результате решение на основе AoA обеспечивает позиционирование с точностью до 1 метра.

технология местоположение мобильный абонент спутник вышка

Глава 2. Определения местоположения по спутникам

Идеи по использованию спутников созревали еще с середины второй половины прошлого века. Европейская программа по созданию глобальной навигационной системы была только утверждена в 1994 году, а до первых запусков прошло еще много лет.

Спутниковые системы создавались, в первую очередь, как военные технологии. В 1960-х годах, американский военный флот использовал спутники для определения местоположения своих подводных лодок и судов. Позднее доступ к ним открыли и для гражданских. Сейчас спутниковая навигация применяется в различных сферах жизнедеятельности человека и позволяет определять не только местоположение с погрешностью около 1 метра, но и параметры движения.

Глобальная навигационная спутниковая система или ГНСС (GNSS) - это система наземного и космического оборудования, которая позволяет определять местоположение объектов в пространстве через прием и передачу спутникового сигнала.

Состав:

1. Космический уровень - это множество спутников от разных ГНСС-систем, которые находятся на околоземной орбите и посылают сигналы с определенной частотой.

2. Наземный уровень - это целая сеть следящих (или базовых) станций и антенн, которые отслеживают и корректируют положение навигационных спутников на орбите.

3. Пользовательский уровень - это все наши устройства, которые могут принимать сигналы со спутников GPS, ГЛОНАСС или других систем. Смартфоны, планшеты, ноутбуки, GPS-трекеры, навигаторы, роверы и другая техника, которая может определять свое местоположение, считается ГНСС-приемниками.

Принцип работы

Современная спутниковая навигация основывается на использовании принципа беззапросных дальномерных измерений между навигационными спутниками и потребителем. Это означает, что потребителю в составе навигационного сигнала передается информация о координатах спутников, а также время отправки. Одновременно производятся измерения дальностей до навигационных спутников. Способ измерений дальностей основывается на вычислении временных задержек принимаемого сигнала от спутника по сравнению с сигналом, генерируемым аппаратурой потребителя.

1. Телефон получает сигнал от первого спутника, но это ему ничего не даёт.

2. После получения сигнала от второго спутника телефон понимает примерную окружность, в которой он находится. При этом окружность может иметь сотню километров в диаметре, поэтому точных координат пока нет.

3. После сигнала от третьего спутника телефон может посчитать примерное местоположение с точностью около 10 метров.

4. А вот после сигнала от четвёртого и всех последующих спутников - с точностью до метра.

На рисунке В приведена схема определений местоположения потребителя с координатами x, y, z на основе измерений дальности до четырех навигационных спутников.

В

Толстыми линиями показаны окружности, в центре которых расположены спутники. Радиусы окружностей соответствуют истинным дальностям, т.е. истинным расстояниям между спутниками и потребителем. Тонкие линии - это окружности с радиусами, соответствующими измеренным дальностям, которые отличаются от истинных и поэтому называются псевдодальностями. Истинная дальность отличается от псевдодальности на величину, равную произведению скорости света на уход часов b, т.е. величину смещения часов потребителя по отношению к системному времени. На рисунке показан случай, когда уход часов потребителя больше нуля - т.е. часы потребителя опережают системное время, поэтому измеренные псевдодальности меньше истинных дальностей.

В идеальном варианте, когда измерения производятся точно и показания часов спутников и потребителя совпадают, для определения положения потребителя в пространстве достаточно произвести измерения до трех навигационных спутников.

В действительности показания часов получателя отличаются от показаний часов на борту навигационных спутников. Тогда для решения навигационной задачи к неизвестным ранее параметрам (три координаты потребителя) следует добавить еще один - смещение между часами потребителя и системным временем. Отсюда следует, что в общем случае для решения навигационной задачи потребитель должен «видеть», как минимум, четыре навигационных спутника.

A-GPS на самом деле, это не какая-то отдельная технология, а надстройка над системой глобальной навигации. Она добавляет к ней очень важную функцию - тройное позиционирование.

Что такое тройное позиционирование?

Когда вы включаете навигацию на телефоне, ему необходимо связаться со спутником, чтобы определить текущее местоположение - так называемый «холодный старт». В зависимости от местонахождения устройства, он может занимать приличное время: от 10-15 секунд до пары минут.

При использовании новой технологии телефон при холодном старте получает координаты не только из космоса. Данные могут быть взяты с базовой станции вашего оператора связи либо, что чаще, через интернет - мобильный или Wi-Fi.

Позиционирование по трем различным источникам позволяет не только ускорить получение координат, но и сопоставить их между собой, чтобы определить местоположение с точностью до нескольких метров.

Еще одно важное преимущество технологии - возможность приема сигнала в так называемых «мертвых зонах» - тоннелях, низинах, густых лесах. Один из трех источников сигнала так или иначе «добьет» до «мертвой зоны», и телефон получит координаты.

Недостатки:

· Некоторые приемники этого типа требуют, чтобы работал радиомодуль. Если, к примеру, в вашем планшете нет SIM-карты, то есть радиомодуль (GSM) отключен, то A-GPS вы использовать не сможете.

· Вне покрытия сотовой сети и без доступа к интернету функция просто не работает.

· При использовании технологии телефон или планшет передает некоторую информацию через интернет. Ее объем невелик - всего несколько килобайт. Но если вы находитесь в роуминге, с вашего счета могут списать ощутимую сумму даже за них.

Таблица 1

Сравнение методов

Важными критериями оценки систем позиционирования для оператора также являются:

- стоимость внедрения - помимо стоимости самой платформы и ее интеграции с сетью учитывается необходимость в умощнении отдельных элементов сетевой инфраструктуры;

- нагрузка на сеть - дополнительная нагрузка на отдельные подсистемы сети (HLR, коммутаторы и т.п.);

- возможный режим работы платформы:

· пассивный - платформа накапливает в себе информацию о местоположении абонентов и при запросе выдает ее;

· активный - при запросе на определение местоположения платформа извлекает информацию о местоположении абонента или данные, необходимые для его расчета;

- поддержка со стороны телефона - необходимо ли наличие в МС и/или SIM-карте аппаратного/программного блока, необходимого для работы системы определения местоположения.

Результаты такого анализа для некоторых технологий представлены в таблице 2

Таблица 2

Глава 3. Определение местоположения по IP-адресу

При подключении ко всемирной паутине устройство получает от провайдера IP-адрес. Он открыт для просмотра, но его можно подменить на другой с помощью VPN.