BRPI0115628B1 - sistema e método para identificar a posição de terminais móveis - Google Patents

Abstract

"sistema e método para identificar a posição de terminais móveis". a presente invenção relaciona-se a um sistema (10) e método para identificar a posição de telefones celulares (12) em uma área geográfica servida por uma rede de telefonia móvel (14). o sistema (10) compreende um centro de localização móvel (15) capaz de analisar informação sobre o campo eletromagnético (rf) transmitido por telefones celulares (12) com informação de referência que inclui tanto a informação de rf como informação probabilística associada à morfologia da área geográfica. o método envolve a designação de pesos diferentes à localização de telefones celulares (12) como uma função da informação de referência probabilística, e assim torna possível utilizar métodos estatísticos para resolver situações de ambigüidade na localização de telefones celulares que de outra forma seriam resolvidos de modo puramente aleatório.

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA IDENTIFICAR A POSIÇÃO DE TERMINAIS

MÓVEIS

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção relaciona-se a um sistema e método para identificar a posição de terminais móveis ou telefones celulares. Mais particularmente, a presente invenção relaciona-se a um sistema e método para identificar a posição de um telefone celular em uma área geográfica servida por uma rede de telefonia móvel. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Sistemas e métodos para identificar a posição de telefones celulares são conhecidos no estado da técnica. Por exemplo, A Publicação de Patente Internacional número W00018148 descreve um método para localizar telefones celulares. 0 método do estado da técnica torna possível localizar telefones celulares ao comparar a informação de Freqüência de Rádio coletada do telefone celular (a impressão digital RF do telefone celular ou medições de RF) com informação RF contida em uma base de dados de referência (impressão digital RF de referência), em que cada impressão digital RF de referência corresponde em base de um-para-um a uma área elementar ou pixel da área geográfica servida pela rede, e ao designar o telefone celular à posição que corresponde à impressão digital RF de referência cujos valores são mais próximos daqueles do telefone celular.

[003] Embora o método do estado da técnica pareça fornecer resultados confiáveis do ponto de vista técnico, do ponto de vista prático os resultados que este método fornece são, em geral, não confiáveis ou impreciso na melhor das hipóteses.

[004] Um problema prático é associado com o número limitado de canais de freqüência (canais) que os telefones celulares utilizam para se comunicar. Como o número de canais é limitado (na Itália, por exemplo, redes GSM (Global System for Mobile Communications - Sistema Global para Comunicação Móvel)) fornecem 124 canais, apenas uma parte dos quais são alocados a cada operador, é costumeiro para o operador designar canais idênticos a estações base de rádio que "cobrem" uma dada área geográfica.

[005] Dada esta prática, que também é denominada de reutilização de freqüência, o telefone celular recebe sinais RF para cada canal que correspondem à soma algébrica, em termos de potência, dos valores de campo recebidos das estações base de rádio respectivas que utilizam o mesmo canal. Conseqüentemente, a impressão digital RF do telefone celular para um canal dado poderá ser a mesma mesmo quando ela é gerada em partes diferentes da área geográfica, dado que ela deriva de uma soma.

[00 6] Como pode ser facilmente compreendido, este problema não existiria se os canais não fossem reutilizados. Em tal caso, na verdade, o valor de campo para cada canal dependeria apenas de fatores de perda eletromagnética devida à rota tomada para atingir o telefone celular.

[007] Outro problema prático surge do fato de que os telefones celulares geram uma impressão digital RF que inclui os valores de campo de um número limitado de canais. No caso do GSM, por exemplo, os telefones celulares são capazes de gerar uma impressão digital RF que inclui um máximo de sete valores (sétuplo do valor) , cada um deles correspondendo a um valor RF de campo para um canal diferente.

[008] Conseqüentemente, é extremamente provável na prática que os telefones celulares posicionados em elementos ou pixels diferentes na área geográfica gerem sétuplos idênticos, precisamente por causa do número limitado de valores que podem ser utilizados. Naturalmente, quando os telefones celulares podem fornecer um número de valores igual ao número de canais disponíveis, o potencial para erro seria muito limitado.

[009] Um terceiro problema técnico é associado ao fato de que bases de dados de referência, mesmo se regularmente atualizadas, contêm valores de campo que, independentemente do método utilizado para obtê-los, não podem corresponder exatamente aos valores de campo dos telefones celulares por causa das variações continuas nas condições ambientais e/ou meteorológicas que determinam os últimos valores.

[010] Por esta razão, não pode ser suposto de forma realista que na prática, a posição do telefone celular é singularmente identificada por uma única impressão digital de referência, exceto em circunstâncias particularmente felizes.

[011] Essencialmente, então, embora o método da tecnologia anterior poderá ser preciso na teoria, verificou-se na prática que este método resulta em erros de localização que, em muitos casos, poderá ser significativo, dada a reutilização da freqüência, o número limitado de valores que o telefone celular utiliza para gerar a impressão digital RF, e o fato de que os valores medidos pelo telefone celular variam com o tempo.

[012] Em redes GSM, por exemplo, foi determinado experimentalmente que há uma ambigüidade sistemática no estabelecimento da localização do telefone celular porque o método da tecnologia anterior designa o mesmo sétuplo a pontos que são geograficamente bastante distantes, e poderá ser até vários quilômetros um do outro.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[013] O objetivo da presente invenção é um sistema e método para identificar a posição de telefones celulares que não tem as restrições do método do estado da técnica, embora ele não exija que sejam modificadas as características dos telefones celulares e a informação que eles geram para permitir a localização.

[014] Este objetivo é atingido pelo sistema e método de localização de telefone celular conforme descrito nas reivindicações independentes.

[015] Em particular, de acordo com a presente invenção, a ambigüidade de localização pode ser reduzida pela introdução de informação probabilística adicional para a base de dados de referência para designar estatisticamente a localização do telefone celular.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[016] Os recursos acima e outros recursos da presente invenção serão melhor compreendidos da seguinte descrição de uma versão preferida da invenção, que se pretende seja puramente por meio de exemplo e não deve ser considerada como limitativa, tomada em conjunto com os desenhos acompanhantes, em que: [017] A Figura 1 representa um diagrama de blocos do sistema de acordo com a invenção.

[018] A Figura 2 representa um diagrama lógico dos telefones celulares conforme é mostrado na Figura 1. DESCRIÇÃO DE UMA VERSÃO PREFERIDA DA INVENÇÃO

[019] Com referência à Figura 1, o sistema de localização 10 de acordo com a presente invenção compreende uma multiplicidade de terminais móveis 12, por exemplo, telefones celulares, distribuídos aleatoriamente por uma área geográfica dada e cuja posição está para ser identificada, uma rede de telefonia móvel ou rede celular (rede) 14, por exemplo, uma rede GSM, e um Centro de Localização Móvel (Centro MLC) 15.

[020] Cada telefone celular 12 (Figura 1 e Figura 2) é de um tipo conhecido e compreende um circuito de freqüência de rádio (circuito RF) 22, um circuito de controle 25 conectado ao circuito RF 22 e capaz de controlar as atividades do telefone celular 12 com base nos programas armazenados no circuito de controle 25, e uma placa SIM (SIM) 27, conectada de acordo com a tecnologia anterior ao circuito de controle 25.

[021] A placa SIM 27, de um tipo conhecido, compreende programas que são preparados apropriadamente por um operador de telefone, por exemplo, para gerenciar e faturar o tráfego de telefone ou, como será descrito em detalhe abaixo, para permitir ao telefone celular 12 ser localizado.

[022] O circuito de controle 25, como é conhecido, é capaz em particular de medir, periodicamente e por meio do circuito RF 22, valores de campo eletromagnético (medições RF) em um número dado de canais de freqüência (canais), e de selecionar entre esses canais um número máximo de medições RF, por exemplo, até 7 para redes GSM, correspondentes a um número igual de canais para os quais o telefone celular 12 é capaz de decodificar um código de identificação associado.

[023] De acordo com a presente invenção, a placa SIM 27 é capaz, em particular, de responder a comandos apropriados estabelecidos pelo operador de telefone e ativados pelo usuário do telefone celular ao fazer com que o circuito de controle 25 efetue um número predeterminado de medições, transferindo as medições para a placa SIM, e transmitindo-as, por exemplo, na forma de mensagens curtas SMS.

[024] A rede 14, de um tipo conhecido, por exemplo, a rede GSM, é capaz de receber as medições RF transmitidas pelos telefones celulares 12 e de transmiti-las para o centro MLC 15.

[025] Em geral, a rede 14 compreende uma multiplicidade de estações base de rádio (estações RB) que não são mostradas na Figura, e é capaz de permitir o intercâmbio de mensagens e de comunicações entre telefones celulares 12 presente em pontos elementares ou pixels da área geográfica e de centros de serviço, sistemas e equipamentos conectados à rede 14 e, por exemplo, o centro MLC 15.

[026] O centro MLC 15 compreende um computador 55, de tipo conhecido, por exemplo, um computador Pentium® III de CPU dual com 512 Mbytes de RAM e sistema operacional Windows® NT, e um subsistema de disco (discos) 52, de tipo conhecido, conectado ao computador 55 e capaz de armazenar bases de dados de referência em uma primeira zona de memória 52a, e módulos de programas a serem utilizados na identificação da posição dos telefones celulares 12 em uma segunda zona de memória 52b.

[027] Como será descrito em detalhe abaixo, o centro MLC 15 é capaz de processar os programas armazenados na zona 52b e de identificar, por meio desses programas e com base nas mensagens SMS recebidas do telefone celular 12 e das bases de dados de referência armazenadas na zona 52a, a posição dos telefones celulares e de transmitir a informação de posição assim obtida para os centros de serviço e/ou aos telefones celulares 12 por meio da rede 14 .

[028] De acordo com um recurso característico da presente invenção, a base de dados de referência compreende uma multiplicidade de cadeias de informação (registros), cada um deles consistindo de informação ou campos tendo o significado mostrado na Tabela 1 abaixo: Tabela 1 [029] Em particular, o número de itens de informação que relacionam aos valores de campo RF correspondem, por exemplo, ao número de canais de frequência alocados ao operador de telefone e é maior que o número de canais que o telefone celular 12 é capaz de decodificar.

[030] Além disso, a probabilidade ou fator pc de que o telefone celular está localizado no pixel pi ou a probabilidade de tráfego pp é determinada em base pixel-a-pixel utilizando informações cartográficas como as seguintes: - Classificação morfológica do pixel; - Porcentagem de construções no pixel; - Presença de infra-estrutura de comunicação como estradas, rodovias, ferrovias, etc.

[031] De acordo com este exemplo de uma versão preferida da invenção, a altitude acima do nivel do mar de cada pixel não foi considerada como contribuindo para a determinação do fator pp com maior confiabilidade, e assim não foi considerada como um elemento ativo na definição deste parâmetro.

[032] Para facilitar a operação de normalização sem limitar o grau ao qual a abordagem formal tomada para o problema é geralmente aplicada, uma faixa de valores de 0 a 1 foi suposta para o fator pp, em que o tráfego que pode ser esperado para o pixel p, aumenta com o aumento de pp.

[033] De acordo com este exemplo de uma versão preferida da invenção, é suposto que um número finito de níveis [isto é, um total de 10] será utilizado para pp. O método utilizado para designar esses níveis como uma função de características geográficas é apresentado no diagrama mostrado na Tabela 2 abaixo.

[034] Como será prontamente aparente a uma pessoa versada na técnica, a definição dos valores supostos pelo parâmetro pp depende das características geográficas de acordo com relacionamentos os quais, em certos casos, combinam vários atributos através de operações lógicas "ou" e/ou "e". Por exemplo, a condição para o primeiro nível (pp=0,l) é, antes de tudo, que o pixel correspondente é coberto por uma porcentagem de prédios igual a 2% e ("e") que uma das seguintes três ("ou") condições é satisfeita: área nua, geleira, floresta densa, e ("e"), segundamente, que precisa haver nenhuma infra-estrutura de comunicação (nenhuma estrada principal e nenhuma rodovia principal).

[035] É claro no todo que um pixel que satisfaz essas condições está intuitivamente na base da escala de valores de tráfego potenciais. Da mesma forma, deve ser levado em conta que o valor numérico intrínseco de 0,1 deve ser compreendido como relativo à faixa geral (0 a 1) e não como um valor absoluto, para o qual nenhuma suposição é feita na ausência de informação específica.

[036] Assim, os demais valores de pp são definidos por um mecanismo de designação singular que é prontamente implementado iniciando da informação geográfica disponível para uma pessoa versada na técnica.

[037] Obviamente, o diagrama na Tabela 2 deriva de uma série razoável de suposições, que também são ditadas por considerações que podem ser verificadas experimentalmente através de análises de amostras da área geográfica, e pretende-se que estabeleçam o número médio de pessoas que ocupam a área e a composição/atividades desta população. Tabela 2 [038] Como será prontamente aparente a uma pessoa habilitada na tecnologia, o número de valores discretos que podem ser designados a pp e as técnicas utilizadas para definir esses valores podem ser variados à vontade sem desviar dos critérios gerais da quantificação da probabilidade de tráfego para os vários pixels nas áreas geográficas como uma função de parâmetros cartográficos.

[039] De acordo com o método contemplado pela presente invenção, a operação do sistema 10 descrito acima é conforme segue.

[040] Quando o usuário do telefone celular 12 ativa a função de localização, a placa SIM faz com que o circuito de controle 25 ative uma ou mais medições em seqüência do campo eletrônico nos canais disponíveis para o telefone celular 12 por meio do circuito de RF 22.

[041] As medições de RF são transferidas pelo circuito de controle 25 para a placa SIM 27 que, com base nos programas armazenados em sua memória interna, faz com que o circuito de controle 25 transmita essas medições para o centro MLC 15.

[042] As medições de RF assim transmitidas relacionam-se, por exemplo, para a norma GSM, ao máximo de 7 valores de campo para 7 canais.

[043] Por meio do computador 55 e dos programas e dos dados armazenados em discos 52, o centro MLC 25 compara os valores de campo recebidos com os valores de campo dos respectivos canais armazenados nos registros da base de dados de referência utilizando uma tolerância predeterminada.

[044] Se o resultado desta comparação for negativo ou, em outras palavras, se nenhum registro e pixel correspondente são encontrados na base de dados de referência, o computador 55 modifica a tolerância de busca em etapas discretas para identificar pelo menos um registro que corresponde às medições de RF recebidas na base de dados de referência.

[045] Se a comparação torna possível identificar um único registro, a busca termina e o centro MLC 25, por meio do computador 55 e da rede 14, transmite a informação de localização para o telefone celular e/ou para o centro de serviço estabelecido para suportar consultas associadas à localização.

[046] Se, como em verdade ocorre invariavelmente na prática, a comparação identifica uma pluralidade de registros, e assim de pixels candidatos para estabelecer a localização do telefone celular, o computador 55 toma os fatores pp dos registros assim identificados, designa um peso proporcional aos valores identificados para esses fatores, e calcula a posição do telefone celular por meio de um procedimento estatístico que utiliza os fatores pp ponderados, de modo que quanto mais alto o valor de pp, tanto mais alta será a probabilidade de designar a posição do pixel correspondente.

[047] No detalhe, por exemplo, é definida uma faixa real (1, 100) . Para esta faixa, supõe-se que um gerador de números aleatórios com uma densidade de probabilidade uniforme está disponível. Assim, na presença de, digamos, dois registros, o primeiro com pp=l = 0,8 e o segundo com pp=2 = 0,2, o primeiro pixel será associado a uma subfaixa Rl de amplitude (1, 80), enquanto o segundo pixel é associado a uma subfaixa R2 de amplitude (81, 100). Extrair um número aleatório da faixa R com o gerador mencionado torna possível designar a posição do telefone celular a um dos dois pixels com uma probabilidade igual aos fatores pp respectivos.

[048] Nos casos de ambigüidade, o computador 55 transmite, por exemplo, a informação sobre a posição do telefone celular e informação sobre possíveis posições alternativas e as probabilidades correspondentes para o centro de serviço.

[049] Através do método proposto, é possível, assim, gerenciar situações de ambigüidade de maneira ponderada, evitando o problema que é freqüentemente encontrado na prática de ter de designar uma posição aleatoriamente ao telefone celular nos casos de ambigüidade, sem levar em conta os fatores probabilísticos associados aos parâmetros cartográficos da área geográfica.

[050] Como foi encontrado na prática que o número de posições possíveis que podem ser designadas ao telefone celular em áreas geográficas muito grandes como a região italiana, por exemplo, está na ordem de várias centenas, também é proposto de acordo com uma variante da presente invenção que a base de dados de referência inclua um outro campo ou informação associada a cada pixel pi na área geográfica, a saber, o identificador da estação RB que é ativada para trocar informação com os telefones celulares posicionados nos ditos pixels.

[051] De acordo com esta variante, a mensagem SMS transmitida pelo telefone celular inclui a identificação da estação RB bem como os valores de campo. Conseqüentemente, o computador primeiro compara as medições de RF do telefone celular aos valores de campo nos registros tendo a mesma identificação de estação RB recebidas.

[052] Embora a descrição anterior de uma versão preferida da invenção aplica-se a uma rede GSM, será prontamente aparente a uma pessoa habilitada na tecnologia que o método de designar um peso probabilistico aos pixels na área geográfica também pode ser estendido aos diferentes tipos de rede onde a ambigüidade na identificação da posição dos telefones celulares pode surgir quando são utilizadas apenas as medições do campo eletromagnético.

[053] Os circuitos e as conexões contemplados na descrição anterior são capazes de modificações em vários respeitos óbvios, como o são os detalhes do método de operação conforme ilustrado, tudo sem desviar do escopo da invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims (7)

1. Sistema (10) para identificar a posição de terminais móveis (12) em uma área geográfica servida por uma rede de telecomunicações sem fio (14) possuindo uma pluralidade de estações base de rádio, compreendendo: um terminal móvel com: meios (22, 25) para capturar uma impressão digital do terminal móvel incluindo valores de campo que correspondem a um primeiro número de canais no espectro de RF; e meios para transmitir (27) a referida impressão digital do terminal móvel; o sistema caracterizado pelo fato de que compreende: pelo menos uma estação de referência (15) possuindo: meios para capturar a referida impressão digital do terminal móvel e comparar ela com uma pluralidade de impressões digitais de referência, cada uma correspondendo a uma posição do referido terminal móvel na referida área geográfica, a referida pluralidade de impressões digitais de referência incluindo: a) valores de campo que correspondem a um segundo número de canais no espectro de RF, o primeiro número sendo um subconjunto do segundo número; e b) um valor probabilistico pixel-a-pixel indicativo da probabilidade que um terminal móvel esteja localizado em um pixel da referida área geográfica, o referido valor probabilistico pixel-a-pixel sendo associado à informação cartográfica para a área geográfica representativa de uma probabilidade de tráfego de terminal móvel para o pixel; meios para selecionar (55) um determinado número de impressões digitais candidatas da pluralidade de impressões digitais de referência com base na comparação entre a referida pluralidade das impressões digitais de referência e referida a impressão digital do terminal móvel, o referido número determinado de impressões digitais candidatas identificando uma possível posição terminal móvel; e meios para designar (55) uma posição singular ao terminal móvel ao atribuir uma das referidas impressões digitais candidatas ao referido terminal móvel com base no referido valor probabilístico pixel-a-pixel.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida impressão digital do terminal móvel e as referidas impressões digitais de referência também compreenderem: c) identificar códigos para identificar a estação base de rádio que é capaz de trocar informações com o terminal móvel na referida área geográfica.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a estação de referência compreende: - meios para transmitir (55, 14) a referida posição designada do referido terminal móvel aos centros de serviço conectados à rede de telecomunicações sem fio.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a referida rede de telecomunicações sem fio (14) ser uma rede GSM.

5. Método para identificar a posição de terminais móveis (12) em uma área geográfica servida por uma rede de telecomunicação sem fio (14) , caracterizado pelo fato de que o referido método inclui as seguintes etapas: - capturar (22, 25) com um terminal móvel uma impressão digital do terminal móvel que inclui valores de campo que correspondem a um primeiro número de canais no espectro de RF; - comparar (15) a referida impressão digital do terminal móvel com uma pluralidade de impressões digitais de referência, cada uma correspondendo a uma posição do referido terminal móvel na referida área geográfica e a referida pluralidade de impressões digitais de referência compreendendo: a) valores de campo que correspondem a um segundo número de canais no espectro de RF, o primeiro número sendo um subconjunto do segundo número; e b) um valor probabilistico pixel-a-pixel indicativo da probabilidade de que o terminal móvel esteja localizado em um pixel da referida área geográfica, o referido valor probabilistico pixel-a-pixel sendo associado as informações cartográficas para a área geográfica representativa da uma probabilidade de tráfego de terminal móvel para aquele pixel; selecionar (55) um determinado número de impressões digitais candidatas da referida pluralidade de impressões digitais de referência com base na comparação entre a referida pluralidade de impressões digitais e a referida impressão digital do terminal móvel, o referido número determinado de impressões digitais candidatas identificando uma possivel posição do terminal móvel na referida área geográfica; e designar (55) uma posição singular ao terminal móvel ao atribuir uma das impressões digitais candidatas ao terminal móvel com base no referido valor probabilistico pixel-a-pixel.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a referida impressão digital do terminal móvel e as referidas impressões digitais de referência também compreendem: c) identificar códigos para identificar a estação base de rádio que é capaz de trocar informação com o referido terminal móvel na referida área geográfica.

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de: - transmitir (55, 14) a referida posição designada ao referido terminal móvel aos centros de serviço conectados à referida rede de telecomunicações sem fio.