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Localización LBS: Posicionamiento por GSM y WiFi

La tecnología de servicios basados en localización (LBS, por sus siglas en inglés) permite determinar la ubicación de un objeto sin emplear los servicios de posicionamiento satelital estándar, tales como GPS, GLONASS, Beidou.

Localización por LBS es un término bastante amplio que incluye varias tecnologías de posicionamiento. En este artículo, nos enfocaremos únicamente en los métodos de localización basados en la red GSM y los puntos Wi-Fi.

Diferencias entre LBS y GPS

En cuanto a la precisión, los sistemas de posicionamiento basados en GSM y Wi-Fi suelen ser menos exactos que el GPS. Sin embargo, estos sistemas disponen de una gran ventaja: la capacidad de trabajar en condiciones no ideales. Por ejemplo, en áreas que carecen de "cielo abierto". Es decir, cuando el dispositivo se encuentra dentro de un edificio o en áreas subterráneas, la señal GSM será más difícil de bloquear y más fácil de captar. Para que el seguimiento en interiores de edificios sea aún más preciso, se emplean los puntos de acceso Wi-Fi.

Además, el uso del LBS requiere menos consumo de batería que el GPS, lo que permite intercambiar la precisión exacta de la ubicación por una mayor duración de la batería. Esto sería ideal para los casos en los que se necesita rastrear una mercancía u otra unidad a largas distancias. De igual modo, se puede utilizar la tecnología LBS como una opción de respaldo cuando la antena o el módulo GPS se rompen, permitiéndole saber dónde está el objeto.

¿Cómo funciona la localización por LBS?

Localización basada en GSM

La mayoría de los rastreadores y dispositivos móviles transmiten datos a través de la red GSM. Para obtener la ubicación de un objeto, se utiliza la infraestructura de los operadores de servicios móviles.

Este sistema de posicionamiento se basa en el principio de que cualquier módulo GSM habilitado en un smartphone, siempre se comunica con la estación base más cercana, cambiando a medida que se mueve entre estas estaciones. Si el dispositivo es capaz de leer los datos de una estación base (ID de celda, MCC, MNC, LAC), estos datos se pueden verificar con el directorio de bases de datos externas con el fin de obtener la ubicación del objeto.

GSM based tracking

Para la localización GSM se pueden emplear varios métodos, uno de ellos se llama Célula de origen (Cell of Origin). Es el método más económico y sencillo, ya que no requiere ninguna modificación de los dispositivos o la infraestructura.

Hay que tener en cuenta que la tecnología de la célula de origen puede mostrar solo la ubicación de la estación base, no del dispositivo.

Por lo tanto, si dos dispositivos están conectados a la misma estación base, se mostrará la misma ubicación incluso si existe cierta distancia entre uno y otro.

Localización GSM de Cell of Origin

La precisión de este método de localización depende de la densidad de las torres GSM. En ciudades y áreas pobladas, la precisión puede ser de hasta 50-100 metros, mientras que en pueblos, puede llegar a hasta varios kilómetros.

También existen otros sistemas más avanzados con las que se puede calcular la distancia entre el dispositivo y la estación base. En general, estos sistemas son bastante costosos y complicados de ejecutar debido a la necesidad de modificar el equipo. Uno de estos métodos de localización se llama Diferencia de Tiempo Observada (E-OTD, por sus siglas en inglés).

Este método se basa en la medición y comparación de los tiempos de tránsito de las señales de varias estaciones base al teléfono móvil del suscriptor. Se pueden utilizar los tiempos de tránsito y las ubicaciones de las estaciones base para triangular la posición del módulo GSM. Para que el método funcione, las estaciones base que reciben una señal deben estar equipadas con una Unidad de Medición de Ubicación (LMU, por sus siglas en inglés).

El método OTD proporciona una precisión de ~ 125 metros.

Triangulación de torres celulares

Posicionamiento por redes Wi-Fi (WPS)

El sistema de posicionamiento basado en la Configuración Wi-Fi Protegida (WPS, por sus siglas en inglés) utiliza los puntos de acceso inalámbricos para deducir la ubicación aproximada del objeto. Por general, se emplea en los dispositivos móviles cuando se necesita rastrear objetos y empleados en interiores de edificios o áreas restringidas. A continuación, veremos algunos métodos aplicados para el posicionamiento por WPS/WI-FI.

Indicador de fuerza de la señal recibida

El primer método se basa en el índice de la fuerza de la señal recibida (RSSI, por sus siglas en inglés). El dispositivo móvil receptor calcula la fuerza de la señal de múltiples puntos de acceso, cuanto mayor fuerza más cerca está del punto de acceso Wi-Fi que le proporciona señal. Los datos recibidos se procesan para crear un modelo de propagación de ondas y calcular la distancia a cada punto.

Los cálculos pueden ser realizados por el propio dispositivo o transferidos a los servicios de terceros para el futuro procesamiento.

Indicador de intensidad de señal recibida
Fingerprinting

El segundo método se llama Fingerprinting y se basa en el primero. El fingerprinting registra la intensidad de la señal (RSSI) de varios puntos de acceso y después la almacena en una base de datos junto con las coordenadas ya conocidas. Dicho esto, en caso de visitar la misma ubicación, el objeto debe proporcionar el mismo fingerprinting, lo que permitirá que el sistema lo localice cuando no haya conexión disponible.

La precisión de este método puede ser bastante alta (~ 1,3 a 2 metros), sin embargo, es difícil implementarlo, ya que se requiere el almacenamiento de datos y es muy sensible a los cambios del entorno: al agregar o quitar muebles o edificios, se afectará la intensidad de la señal y se cambiará el fingerprinting.

Time of Flight

El tercer método, más sencillo de organizar, se llama el tiempo de llegada o Time of Flight (ToF). El ToF determina la ubicación basándose en las marcas de tiempo registradas por las interfaces inalámbricas a la hora de transmitir los paquetes de datos. Este método tiene una precisión de 2 a 4 metros y se emplea frecuentemente para rastrear objetos en interiores de edificios.

El uso de las marcas de tiempo es adecuado debido al hecho de que las ondas de radiofrecuencia viajan cerca de la velocidad de la luz, que permanece prácticamente sin cambios en ambientes interiores. Por lo tanto, el tiempo de llegada (ToF) no se ve tan afectado por el ambiente (muebles, edificios, etc) como los cálculos del RSSI.

El principio de trabajo de este método de posicionamiento es similar al RADAR, pero se basa en los paquetes de confirmación y los datos más generales.

Geolocalización por Time of Flight

El diagrama muestra el envío de un paquete de datos (DATA) a un dispositivo receptor y la espera de un paquete confirmado (ACK, por sus siglas en inglés). d es el retraso de programación (desplazamiento) generado desde el lado del dispositivo cliente que depende de cuánto tiempo tarda el dispositivo en generar el ACK. t_p es el tiempo de propagación de la señal entre el transmisor y el receptor (se calcule igualmente para la ida y vuelta). t_ack es el tiempo requerido para transmitir el paquete de confirmación ACK. El tiempo de vuelo corresponde al t_measured.

La tecnología WPS funciona bien para el seguimiento en interiores, pero suele ser más difícil de implementar que GSM.

Disponibilidad de datos para el monitoreo por LBS

Actualmente, la mayoría de los propietarios de grandes bases de datos prefieren no subir los datos de sus redes Wi-Fi en Internet.

Sin embargo, sabiendo las ubicaciones de las estaciones base, se puede encontrar mucha información de la fuente abierta. Por ejemplo, se pueden aprovechar los servicios más populares, tales como Mozilla Location Services y OpenCell ID, juntos sus bases de datos contienen información de más de 50 millones de estaciones base.

A continuación, les presentamos el mapa de la cobertura de las estaciones base y los puntos de acceso Wi-Fi de Mozilla.

Servicio de ubicación de Mozilla

Soporte del LBS en los rastreadores GPS

La disponibilidad y el nivel de soporte para el posicionamiento por LBS depende en gran medida del fabricante del dispositivo. Mientras que algunos fabricantes permiten la transmisión de los datos de torre GSM de forma continua (MCC, MNC, LAC, CID), otros requieren una solicitud por GPRS o SMS para iniciar la transmisión.

Si usted no está seguro del nivel de integración LBS para su dispositivo de Navixy, siempre puede verificar el nivel de integración en la sección de Dispositivos.

Localización por Wi-Fi y GSM en la aplicación X-GPS Tracker

Navixy ofrece una solución diseñada especialmente para los trabajadores móviles. Nuestras aplicaciones de Android e iOS incorporan la capacidad de procesar los datos de GPS y LBS.

A diferencia de los dispositivos de rastreo estándar, las aplicaciones móviles X-GPS Tracker transmiten datos ya procesados. El procesamiento se realiza mediante los servicios integrados del teléfono: Apple Core Location o Google Fused Location, según la versión del sistema operativo.

¡Ojo! Para que LBS funcione correctamente, se requiere una conexión a Internet.

Localización por GPS

Configuración del radio de detección de ubicación por LBS

La configuración del radio de detección del LBS depende del área en la que se encuentra el dispositivo y la cantidad de estaciones base o puntos Wi-Fi. Si el dispositivo se encuentra en una zona rural y no puede ser localizado, se recomienda aumentar el rango de detección de LBS para que las estaciones base lejanas también puedan contribuir en la localización del dispositivo.

En una ciudad con alta densidad de antenas de red GSM, el rango del LBS debe mantenerse corto, ya que será suficiente utilizar las estaciones base cercanas para obtener una alta precisión de ubicación.

Radio de detección por LBS

Básicamente, así es como funcionan los sistemas de localización por LBS. Es una gran herramienta de posicionamiento y una alternativa viable al rastreo por GPS cuando este último no está disponible o su uso es inadecuado.

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Referencias

  1. https://www.researchgate.net/publication/4318531_Combining_GPS_and_GSM_Cell-ID_positioning_for_Proactive_Location-based_Services
  2. https://www.opencellid.org/#zoom=2&lat=20.6&lon=-1.1
  3. https://ieeexplore.ieee.org/document/5425237
  4. https://dl.acm.org/doi/10.1145/2785956.2787487
  5. https://www.link-labs.com/blog/wifi-indoor-positioning-systems-pros-cons
  6. https://arxiv.org/abs/1912.07801
  7. https://www.researchgate.net/publication/320054832_Study_of_Wi-Fi_Fingerprint-Based_Indoor_Positioning_on_a_smartphone
  8. https://dl.acm.org/doi/10.1145/2674005.2674998
  9. https://en.wikipedia.org/wiki/Wi-Fi_positioning_system#/
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