ES2325899A1 - Co-localizacion entre terminales inalambricos a partir de los parametros radio de señalizacion de red. - Google Patents
Co-localizacion entre terminales inalambricos a partir de los parametros radio de señalizacion de red. Download PDFInfo
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Abstract
Los diferentes sistemas de localización para terminales de redes móviles celulares ofrecen referencias absolutas sobre la ubicación de los terminales: coordenadas de posicionamiento geográfico, códigos postales, información de cruces de calles o kilométricas referidas a vías de circulación. El sistema de co-localización propuesto permite saber si varios terminales se encuentran en la misma celda, en celdas adyacentes o en la misma área de localización sin intervención por parte del operador de telecomunicación. Para conseguirlo, el sistema de co-localización extrae, transmite y analiza los parámetros de señalización de los terminales conectados a la red. La co-localización es de interés para servicios o aplicaciones que no necesitan de conocer la ubicación geográfica absoluta de los terminales móviles pero requieren conocer el nivel de proximidad entre ellos. Se proponen modos de explotación de la invención sobre redes GSM, UMTS y WLAN.
Description
Co-localización entre terminales
inalámbricos a partir de los parámetros radio de señalización de
red.
La presente invención consiste en extraer los
datos de conexión de los terminales móviles y transmitirlos desde
el propio terminal hasta el sistema de
co-localización. Los datos de conexión del terminal
móvil permiten identificar de modo único la celda con la cual está
conectado móviles terminal. Comparando esta información
proporcionada por cada móvil, el sistema de
co-localización permite descubrir si los móviles
están conectados con la misma celda o con celdas adyacentes
estableciendo diferentes niveles de proximidad entre terminales
móviles sin conocer su ubicación absoluta. La
co-localización es posible solamente entre
terminales que comparten con el sistema sus parámetros radio de
señalización. Estos parámetros se encuentran en el propio terminal
así que no es necesaria la colaboración del operador de
telecomunicaciones.
Los sistemas de localización en entornos de
comunicaciones móviles celulares han sido fruto de intensa labor de
investigación durante los últimos años. Se dispone actualmente de
diferentes métodos que explotan la información reportada por el
terminal móvil en sistemas de segunda, tercera generación de
telefonía móvil y redes de datos inalámbricas para estimar la
posición absoluta del terminal móvil.
Los sistemas más básicos utilizan la información
de registro y asociación (attachment) de los terminales
móviles para ofrecer una precisión a nivel de celda o sector. En
estos sistemas no es posible diferenciar la ubicación de terminales
que se encuentren recibiendo servicio de la misma estación base.
La precisión de la localización es mejorada
gracias a la cooperación del terminal móvil reportando las medidas
de potencia de las estaciones base vecinas. Los algoritmos de
triangularización, conjuntamente con las ubicaciones de las
estaciones base de las cuales el terminal reporta medidas, permite
aproximar mejor su situación. La precisión mejora con el uso de
radio mapas y complejos algoritmos que permiten cotejar las medidas
reportadas por el móvil con medidas de campo previamente tomadas y
mapeadas en una base de datos.
Otras técnicas de localización sacan provecho de
sistemas ajenos a los móviles celulares como el sistema de
posicionamiento global (GPS). Estos sistemas disponen de
información de localización a partir de sistemas satelitales que
requieren de un sistema hardware específico para poder recibir y
procesar dicha información. Estos sistemas no funcionan en el
interior de los edificios dada la falta de visibilidad con los
satélites que lo soportan.
Finalmente aparecen sistemas mixtos que correlan
las diferentes informaciones de localización provenientes de los
propios sistemas de comunicaciones móviles celulares, sistemas de
posicionamiento global y redes de datos móviles para ubicar con más
precisión a los diferentes terminales.
Para poder calcular la posición absoluta de un
terminal móvil, todos estos métodos necesitan disponer de acceso a
la base de datos geográfica de los sitios radio de los operadores
de telecomunicaciones móviles. Con lo cual estas técnicas implican
la colaboración de los operadores de telecomunicaciones.
La invención presentada aquí plantea el concepto
de co-localización o proximidad relativa entre
terminales inalámbricos. Este concepto explota la característica de
las redes inalámbricas, GSM, UMTS y WLAN al estar formadas por
celdas radio que cubren una cierta área geográfica.
Para acceder al servicio cada móvil realiza unas
medidas radio e intercambios de datos con la red dentro de la celda
donde se encuentran. Estos datos de señalización procesados en el
terminal permiten al sistema de co-localización
identificar de modo único las celdas con las cuales están
conectados.
Para determinar si dos o más móviles se
encuentran en la misma celda o en dos celdas adyacentes, los datos
de señalización son extraídos del propio terminal y enviados al
sistema de co-localización.
Por tanto, se trata de un método de
determinación del posicionamiento relativo, que no proporciona la
ubicación exacta del terminal y que tiene una precisión igual al
tamaño de una celda radio. Es decir que el método de co-
localización no puede hacer la diferencia entre dos móviles a unos
metros el uno del otro o a dos puntos opuestos en la misma
celda.
La co-localización permite el
desarrollo de aplicaciones y servicios móviles que requieran
conocer el nivel de proximidad entre terminales sin la cooperación
del operador de telecomunicaciones dando servicio.
A continuación se presentan tres modos de
explotación del servicio: uno orientado a sistemas de
comunicaciones móviles que siguen los sistemas digitales de segunda
generación o Global System for Mobile Communications (GSM), un
segundo modo de explotación para el sistema de tercera generación
Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) y finalmente un
modo de explotación centrado en redes de datos inalámbricas
(WLAN).
Seguidamente se detalla la invención aplicada al
sistema de comunicaciones móviles de segunda generación GSM. Se
trata, por tanto, de una implementación práctica tomando como
ejemplo los parámetros del sistema GSM que son medidos en los
terminales móviles (Mobile Station, MS) para poder proceder según
la operativa habitual de GSM.
Para ofrecer su servicio de telecomunicaciones,
cada operador de red celular despliega sus propias celdas radio en
el fin de cubrir el territorio. Cada sistema GSM tiene un número de
canales de frecuencia limitado (Absolut Radio Frequency Channel
Number, ARFCN): GSM900, 124 canales; GSM1800, 374 canales y
GSM1900, 299 canales.
La escasez del espectro radio implica la
adjudicación de un numero limitado de canales a cada operador. Para
ofrecer el servicio en todas partes con la mejor calidad, el
operador tiene que reutilizar sus canales de frecuencias y concebir
un plan de frecuencias (frequency planning). Gracias a una figura de
reutilización (Reuse Pattern) los mismos canales de frecuencia son
reutilizados a una distancia superior a la distancia de atenuación
radio (figura 1). Esta distancia mínima entre los mismos canales de
frecuencia es necesaria para evitar las interferencias. Es
calculada gracias a unas reglas teóricas de planificación de
frecuencia, teniendo en cuenta el tipo de figura de reutilización y
el sistema de frecuencias considerado (GSM900, GSM1800 o
GSM1900).
A fin de diferenciar un mismo canal de
frecuencia re-usado en dos celdas distintas, el
equipo de planificación del operador asigna un mismo código BSIC
(Base Station Identity Code) a celdas vecinas que usan diferentes
frecuencias (figura 2).
El BSIC es un código formado por 6 bits,
transmitido en toda la celda en el canal lógico SCH
(Synchronisation Channel) gracias a la frecuencia guía (Beacon
Frequency) de la misma celda.
El BSIC contiene 3 bits de NCC (Network Colour
Code) y 3 bits de BCC (Base Colour Code). El NCC es principalmente
usado para diferenciar frecuencias de operadores en dos países
adyacentes. El BCC permite diferenciar un mismo canal de frecuencia
re-usado por el operador. El Terminal móvil indica
el BSIC de la celda con la cual esta conectado en el canal de
acceso RACH (Random Access CHannel) para impedir que otra celda con
la misma frecuencia asigne un canal inútil para el Terminal.
Para controlar la movilidad de los terminales,
el operador crea sus propias áreas de localización, constituidas
por un conjunto de celdas cuya identificación se hace de modo único
gracias al código de identificación de celda (Cell Identity, CI).
Estas áreas de localización están identificadas por un código único,
el LAI (Location Area Identity). El LAI es constituido por el MCC
(Mobile Country Code), el MNC (Mobile Network Code) y el LAC
(Location Area Code).
Estos códigos son transmitidos en el canal
lógico BCCH (Broadcast Control CHannel) de la frecuencia guía de
las celdas (beacon frecuency).
Cuando un terminal cambia de área de
localización tiene que actualizar el LAI, realiza una actualización
de localización (Location Up Date) indicando a la red su presencia
en una nueva LAI donde podrá ser llamado (paging).
Encendido por primera vez, el terminal escucha
todas la frecuencias del espectro GSM (124 canales en GSM 900, 374
en GSM 1800 y 299 en GSM 1900) midiendo el nivel de potencia de
cada canal encontrado. El terminal selecciona las mejoras
frecuencias en base al nivel de potencia para constituir la lista de
los PLMN encontrados y guardarla en memoria.
Para identificar su "home PLMN", el
terminal tiene que decodificar el BCCH de las frecuencias guías
encontradas. Usando la emisión del FCCH (Frequency Control CHannel)
del canal recibido con más potencia de la lista, el terminal
sintoniza a continuación el canal lógico SCH (Synchronisation
CHannel). Este último permite recuperar la información sobre el
PLMN emisor codificado en el BCCH (Broadcast Control CHanel). El
BCCH contiene todas las informaciones del sistema: código de
identificación de celda (CI), LAI, configuración de canal de
paging, configuración de canal de acceso (Random Access CHanel
RACH), listado de celdas vecinas, parámetros de acceso a la red y
parámetros de selección de celda entre otros.
Una vez seleccionado un PLMN autorizado, el
terminal móvil selecciona una celda en base a medidas de potencia
(RXLEV, C1) y autorizaciones comunicadas en el BCCH de la
celda.
El terminal realiza continuamente medidas de
potencia y de calidad tanto del canal radio que utiliza para
comunicarse con la red (serving cell) como del resto de
canales utilizados por las estaciones base próxima. El sistema GSM
permite reportar información de hasta seis celdas vecinas con el
nivel de potencia (RXLEV), el BSIC y el ARFCN de los BCCH recibidos
(beacon frequency).
En modo Idle, el BSIC transmitido en el SCH
permite al móvil averiguar muy rápidamente si las frecuencias guías
vecinas son iguales o no.
\global\parskip0.900000\baselineskip
El método de co-localización
funciona para un sistema GSM en tres etapas (figura 3):
- 1.
- Al nivel del terminal móvil, extracción de los datos de conexión y señalización a la red celular:
- A nivel radio: ARFCN-BCCH, BSIC, RXLEV
- A nivel lógico: BCCH, CI, LAI
- 2.
- Transmisión y centralización de los datos de conexión de cada móvil
- 3.
- Comparación de los parámetros de localización entre los móviles y identificación de diferentes niveles de proximidad:
- » Proximidad a nivel de LAI:
- i. Mismo LAI
- » Proximidad a Nivel de la celda:
- i. Mismo CI
- » Proximidad nula
El modo de operación del método de
co-localización en UMTS sigue un paralelismo claro
al presentado en el punto anterior y referido al sistema GSM. En
UMTS encontramos parámetros de diseño de la red de acceso radio que
permiten mejorar los niveles de proximidad relativos entre
diferentes terminales móviles. La fragmentación de las áreas de
localización (LAC) en diferentes áreas de encaminamiento (Routing
Area Code, RAC) permite tener un nivel de proximidad intermedio
dando más precisión al sistema de co-localización
sobre UMTS respecto al de GSM.
En un primer nivel de sincronización todo
terminal móvil UMTS obtiene de la red el código de aleatorización
primario (Primary Scrambling Code) a través del canal piloto común
(Common Pilot CHannel, CPICH). Este código de aleatorización
primario permite la sincronización a nivel de trama para obtener
finalmente el canal lógico BCCH que le permitirá recibir el resto de
parámetros de acceso radio UMTS. El código de aleatorización
primario identifica una misma celda dentro de la arquitectura UMTS.
Una vez obtenido el CPICH, el terminal recibirá los códigos de
aleatorización secundarios propios de la celda y diferentes para
cada sector.
Como en el sistema GSM, la red radio de acceso
UMTS (UTRAN) es constituida de celdas cuya identidad única en la
área de localización es dada por el código Cell Identity (CI, 3GPP
TS 25.331 10.3.2.2). En UMTS, para la gestión de la movilidad, las
celdas son agrupadas por áreas de encaminamiento, Routing Areas
Identity (RAI, 3GPP TS 23.003 12.2) a nivel de dominio PS (Packet
Swirtch) incluidas en áreas de localizaciones, Local Area Identity
(LAI) al nivel del dominio CS (circuit Switch) (figura 4). El LAI
es constituido por el Mobile Country Code (MCC), el Mobile Network
Code (MNC) y el Local Area Code (LAC). El RAI es constituido por el
LAI y el Routing Area Code (RAC). El Cell Global Identification
(CGI) es constituido del LAI y el CI.
Un terminal UMTS en modo desocupado (Idle
Mode) puede monitorizar estos parámetros de señalización de red
a través del canal lógico de difusión BCCH. Extrayendo y
transmitiendo estos parámetros a la plataforma de
co-localización, se puede establecerse un algoritmo
de co-localización muy similar al presentado en GSM
(figura 5):
- »
- Proximidad a nivel de LAI:
- i. Mismo LAI
- »
- Proximidad a Nivel de celdas adyacentes:
- i. Mismo RAI
- »
- Proximidad a Nivel de la celda:
- i. Mismo CI
- »
- Proximidad nula
\global\parskip1.000000\baselineskip
Además, debido a las características del
terminal UMTS de obtener más de un canal BCCH en el active set
(3GPP TS25.331 y 3GPP TS25.303) existe la posibilidad de establecer
un nivel de proximidad intermedio entre el de celda y el de celdas
adyacentes.
El modo de operación del método de
co-localización en una red inalámbrica WLAN
(estándares IEEE802.
11b-g-a) se basa en el mismo principio de invención. En este tipo de redes se dispone de parámetros de señalización que permiten establecer niveles de proximidad entre terminales móviles.
11b-g-a) se basa en el mismo principio de invención. En este tipo de redes se dispone de parámetros de señalización que permiten establecer niveles de proximidad entre terminales móviles.
Las redes WLAN desplegadas en modo
infraestructura (ASNI/IEEE Std. 802.11, 1999 Edition (R2003))
disponen de Puntos de Acceso inalámbricos (Access Points, AP) que
realizan funciones de conmutador de paquetes inalámbrico para que
los terminales móviles con interfaz de red WLAN puedan establecer
comunicaciones hacia la red fija o hacia otros terminales
inalámbricos.
Los parámetros necesarios para poder encaminar
el tráfico hacia el AP, y que son únicos a nivel de red, son las
direcciones físicas o MAC de los terminales. Cada agrupación de AP
o "hot spot", dispone de un mismo identificador de conjunto
básico de servicios (Basic Set of Services Identifier, BSSID) único
siguiendo la normativa IEEE 802 para direcciones MAC. Utilizando
estos dos parámetros de red se pueden distinguir dos niveles de
proximidad en redes WLAN siguiendo el siguiente algoritmo (figura
6):
- 1.
- Terminales WLAN que no dispongan de la misma dirección MAC del AP con el que se encuentran asociados pero que dispongan de la misma BSSID no se encontrarán en la misma celda pero si coincidirán en la misma agrupación de celdas o "hot spot", encontrándose en una situación de proximidad media.
- 2.
- Terminales WLAN que dispongan de la misma dirección MAC del AP con el que se encuentran asociados estarán dentro de la misma celda por lo que tendrán un nivel de proximidad máximo. Las direcciones MAC de los APs son necesarias para poder encaminar el tráfico hacia la red fija y son conocidas por los terminales móviles WLAN.
- 3.
- Finalmente, terminales WLAN que no coincidan en dirección MAC del AP con el que se encuentran asociados ni el mismo identificador BSSID se encontrarán con un nivel de proximidad nulo.
\vskip1.000000\baselineskip
Fig. 1: esquema ilustrando una red celular y la
reutilización de frecuencias en una figura de reutilización.
Fig. 2: ilustra el uso del código BSIC en las
redes celulares GSM.
Fig. 3: presenta el algoritmo de
co-localización para sistema GSM.
Fig. 4: presenta las áreas de encaminamiento
(Routing Area, RA) incluidas en las áreas de localización (Location
Area, LA).
Fig. 5: presenta el algoritmo de
co-localización para sistema UMTS.
Fig. 6: presenta el algoritmo de
co-localización para sistema WLAN.
\vskip1.000000\baselineskip
Fig. 1 presenta un ejemplo de figura de
reutilización usado en redes celulares para reutilizar las
frecuencias a una distancia superior a la distancia de
reutilización D. El ejemplo representa una figura de 12 celdas con
12 frecuencias diferentes Ai, Bi y Ci, con i=1 hasta 4.
Fig. 2 ilustra como se usa el código BSIC para
diferenciar los cluster que usan las mismas frecuencias. En la
figura presentada los cluster están constituidos con 7 celdas
usando una frecuencia diferente. Gracias al código BSIC, el móvil
puede diferenciar las celdas que usan la misma frecuencia.
La Fig. 3 presenta el algoritmo de
co-localización para sistema GSM con las tres
etapas: extracción de los parámetros radio y de señalización al
nivel del terminal móvil, transmisión y comparación de los datos
para identificación de de los diferentes niveles de
co-localización. A nivel de celda (CI) o a nivel de
área de localización (LA).
La Fig. 4 presenta las áreas de encaminamiento
(Routing Area, RA) en el dominio PS (Packet Switch) así que las
áreas de localización (Location Area, LA) del dominio CS (Circuit
Switch). Las RA son incluidas en la LA. Cada Cell Identity (CI) es
único dentro de una RA y LA.
La Fig. 5 presenta el algoritmo de
co-localización para sistema UMTS con las tres
etapas: extracción de los parámetros radio y de señalización al
nivel del terminal móvil, transmisión y comparación de los datos
para identificación de de los diferentes niveles de
co-localización. A nivel de celda (CI), a nivel de
área encaminamiento (RA) o área de localización (LA).
La Fig. 6 presenta el algoritmo de
co-localización para sistema WLAN con las tres
etapas: extracción de los parámetros radio y de señalización al
nivel del terminal móvil, transmisión y comparación de los datos
para identificación de de los diferentes niveles de
co-localización. A nivel de celda (AP), a nivel de
agrupación de celdas (BSSID).
Claims (4)
1. Método de co-localización de
terminales para redes radio inalámbricas basado en los parámetros
radio de señalización transmitidos por la red de acceso móvil para
establecer diferentes niveles de co-localización o
proximidad entre terminales móviles que comprende los pasos
siguientes:
- a.
- Extraer a nivel del terminal los parámetros de señalización radio que identifican las celdas dando servicio.
- b.
- Transmitir desde el terminal móvil los parámetros radio hacia un sistema central de co-localización.
- c.
- Identificar si existen los diferentes niveles de proximidad entre terminales móviles a partir de la comparación de los parámetros radio reportado.
2. Método según la reivindicación 1
caracterizado por utilizar los parámetros estandarizados por
el 3GPP en redes GSM incluyendo Local Area Identity (LAI) y Cell
Identity (CI) permitiendo co-localizar terminales
móviles a nivel de celda o sector radio y a nivel de área de
localización.
3. Método según la reivindicación 1
caracterizado por utilizar los parámetros estandarizados por
el 3GPP en redes UMTS incluyendo Local Area Identity (LAI), Routing
Area Identity (RAI) y Cell Identity (CI) permitiendo
co-localizar terminales móviles a nivel de celda o
sector radio, a nivel de área de encaminamiento y a nivel de área de
localización.
4. Método según la reivindicación 1
caracterizado por utilizar los parámetros estandarizados por
el ANSI/IEEE en redes 802.11 incluyendo Basic Set of Services
Identifier (BSSID) y la dirección física de los terminales (MAC)
permitiendo co-localizar terminales móviles a nivel
de celda radio y a nivel de conjunto de celdas.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200702022A ES2325899B1 (es) | 2007-07-10 | 2007-07-10 | Co-localizacion entre terminales inalambricos a partir de los parametros radio de señalizacion de red. |
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|---|---|---|---|
| ES200702022A ES2325899B1 (es) | 2007-07-10 | 2007-07-10 | Co-localizacion entre terminales inalambricos a partir de los parametros radio de señalizacion de red. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2325899A1 true ES2325899A1 (es) | 2009-09-23 |
| ES2325899B1 ES2325899B1 (es) | 2010-06-29 |
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Family Applications (1)
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2007
- 2007-07-10 ES ES200702022A patent/ES2325899B1/es active Active
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|---|---|
| ES2325899B1 (es) | 2010-06-29 |
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090923 Kind code of ref document: A1 |
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Ref document number: 2325899B1 Country of ref document: ES |