UIMP: localización y context-awareness

Hacia la personalización de los servicios móviles:

localización y context-awarenessAna M. Bernardos

[email protected]

Los sistemas de información en la sociedad del siglo XXI:

La información en función del contexto

UNIVERSIDAD INTERNACIONAL MENÉNDEZ PELAYO

Santander, 30 de junio de 2008

¿Dónde estás?

• Asistencia en emergencias: ¿Dónde están?

• Publicidad basada en posición: ¡Estoy aquí!

• Guiado y seguimiento: ¿Dónde vas?

• Recorridos: Estoy cerca de…

• Descubrimiento de servicios: ¿Qué hay aquí?

• Servicios en red: ¿Hay alguien ahí?

Contenidos

Introducción a los servicios basados en localización.

Evolución y mercado.

Métodos genéricos de posicionamiento.

Revisión de sistemas de posicionamiento.

Aspectos de desarrollo, servicio y negocio.

AntecedentesEEUU: E-911

‐ Fase I: no. teléfono, id, antena. ‐ Fase II: finalizó 31 diciembrede 2005.

Antes de su fusión con Sprint, Nextel, 350.000 usuarios/15millones. Servicios de $10‐$60 mensuales.

‐ Fase II Compliance Status: finaliza 11 de septiembre de 2011.

50 metros150 metrosSoluciones basadas en terminal

100 metros300 metrosSoluciones basadas en red

67% llamadas95% llamadas

AntecedentesAsia-Pacífico: mercado

• 55% suscriptores del mundo.

• KDDI

– EZ Navi Walk ($3/mes).

– 17 millones de abonados con GPS.

– 6 millones de usuarios en 130 servicios.

• EZ Josyu‐Seki –sistema de navegación de ayuda al conductor, pensado para copilotos.

• EZ Osagashi Navi – permite localizar móviles perdidos y visualizar su posición en terminal o en PC; asimismo, permite la localización de amigos y el envío de mensajes.

• GPSMap –sistema de gestión de flotas.

• Juegos basados en posición: búsqueda de tesoro (Treasure Hunting o Takara Sagashi) y otros como

Onigokko (en el que se puede trazar a los jugadores).

• Anshin Navi – permite que los padres localicen a sus hijos o que sean alertados si entran o abandonan una

determinada zona.

• SK Telecom: 12‐15 mill. de teléfonos GPS con 150 servicios (p.e. i‐Kids).

Antecedentes Europa: ¿?

• Legislación E‐112.

• Caso de éxito: Botfighters

• Previsiones:

– 2005 – 144 M€ (40% empresarial)

– 2010 – 622 M€ (1,8% de la facturación por servicios de

datos)

– 2010, 60% de los terminales estarán equipados con

GPS/Galileo.

En España…

Fuente: XVIII Oleada. Oct-Dic 2007. Observatorio Red.es.

Fuente: Red.es

Contenidos






El proceso de localización

– Observables (señal)

– Método de posicionamiento

– Sistema de referencia

– Infraestructura

– Protocolos para coordinar el proceso

Tipos de localización

Física vs. Simbólica:‐ Longitud, latitud, altura vs.‐ Comprensible por las personas.

Absoluta vs. Relativa‐ Un sistema de referencia únicovs.‐ Soporte a redes ad hoc.

Soportado por red o por terminal‐ Privacidad.

CondicionantesA tener en cuenta:

– Precisión: proximidad a la posición real,– Disponibilidad: posibilidad de localizar en diferentes

entornos, – Consistencia: estabilidad de la localización en diferentes

entornos,– Overheads: en señalización o computación,– Consumo de potencia, – Escalabilidad (áreas, usuarios, carga computacional),– Latencia: tiempo hasta obtener un resultado, – Costes de operación: instalación y mantenimiento de la

infraestructura de localización…– Limitaciones: dónde / cuándo, interior / exterior.

Elección del sistema de posicionamiento

Servicio

Entorno

Usuario

Física / Simbólica

Absoluta / Relativa

Precisión

Escalabilidad

Limitaciones

Privacidad

Coste

Centralizada / Distribuida

Terminal

…

Elec

ción

del

SI

STEM

A D

E PO

SICI

ON

AM

IEN

TO

?

Fuentes de datos• Sensores físicos

– Identificadores de celda– Medidas de potencia de señal– Medidas de tiempo de vuelo

• Sensores lógicos– Colaboración del usuario: códigos postales,

direcciones…• Traductores: urbanmapping, metacarta

– Sensores lógicos (direcciones IP)• Traductores: ip2location, maxmind, quova

• Sensores virtuales

Métodos de posicionamiento

– Dead reckoning

– Proximidad

– Multilateración

• circular o hiperbólica

– Triangulación

– Reconocimiento de patrones

– Técnicas híbridas

Dead reckoning

• Se estima la posición a partir de:– Posiciones anteriores

– Velocidad y aceleración

– Dirección de movimiento

– Tiempo

– Ruta

Proximidad

• Posición = posición del punto de referencia más cercano.

• Se puede conseguir:– Detectando contacto físico.

– Por identificación de celda.• Precisión depende de coberturas

• Posibilidad de construir una “huella” de balizas visibles.

• Aplicable a todos los sistemas de comunicaciones celulares.

Multilateración• Circular o hiperbólica

• Distancia medible a través de:

– Tiempos de vuelo de la señal

• TOA (time of arrival)

• TDOA (time difference)

– Potencia de la señal recibida• Proporcional a la distancia

• Modelo de propagación

BS1

BS2

BS3

MS

),0()/log(10 0][][ ση NddAPP dBmtxdBmrx +−+=

Triangulación• Requisito:

– conocer la distancia entre los dos puntos de referencia o sus coordenadas.

– Para medir el ángulo es necesario utilizar múltiples antenas.

• 2D – 2 ángulos, 2 medidas

βα senb

sena

=

Distancia conocida

Reconocimiento de patrones• Se basa en observar la “escena” de posicionamiento y extraer

conclusiones acerca de la posición del blanco.

• Procedimiento…

– Estaciones base,

– Descriptores que conforman la huella:• Potencia

• Id. de celda visibles…

– Fase on‐line y fase off‐line.

– Definición de una distancia.

– Común en sistemas de posicionamiento WiFi.

Shyhook Wireless

Contenidos






Fuente: MIT’s Technology Review

RFID, Bluetooth, UWB, Wi-Fi, GPS, GSM/UMTS, ZigBee…Fusión de sensores

Tecnologías de posicionamiento

Tecnologías de posicionamientoEXTERIORES• GPS y sus derivados• Posicionamiento en redes celulares GSM y UMTS.

INTERIORES o ESPACIOS ACOTADOS• Infrarrojos (Active Badge)• Ultrasonidos (Cricket y Active Bat)• Posicionamiento Bluetooth.• Posicionamiento WiFi (RADAR y Ekahau).• Ultrawideband (Ubisense)• Otros… (indoor GPS)

Sistema de Posicionamiento Global• Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS)

operado por el Departamento de Defensa (DoD) de los EEUU.• Tres segmentos de operación:

– Espacio: • 32 satélites a 20.200 km en seis planos orbitales .

– Control: • 5 estaciones de monitorización (Hawaii, Kwajalein, Ascension Island,

Diego Garcia, Colorado Springs),

• 3 antenas de suelo (Ascension Island, Diego Garcia, Kwajalein),

• una estación controladora central (MCS) en Colorado.

– y usuario: • receptores que proveen datos de posición y velocidad.

• El sistema más extendido y uno de los grandes habilitadores de los LBS.

GPS, ¿cómo funciona?• Lo que se conoce:

– Posición de los satélites (almanaque)– Tiempo de vuelo de la señal desde el satélite al receptor (TOA).

• Cómo se calcula la posición:– Lateración basada en TOA.– Al menos 4 satélites.

• Fuentes de error:– Ionosfera, efemérides, reloj satelital, Satélites visibles, multirruta, etc.

• Precisión: – Depende del número de satélites visibles, con ocho satélites a la vista

puede ser de 6 a 15 metros.

Métodos de localización en redes celulares

• Posicionamiento GSM– Identidad de celda y timing advance– Uplink time of arrival (TOA)– Enhanced Time Difference of Arrival (E‐OTD)– GPS asistido (A‐GPS)

• Posicionamiento UMTS– Identidad de celda con RTT (round trip time)– Observed Time Difference of Arrival (OTDOA)– GPS asistido

Métodos de localización en redes móvilesCell-ID

– Técnica basada en red.

– Barata y rápida de implementar.

– Soporta todo tipo de terminales, idle y busy.

– Precisión dependiente del tamaño de la celda.

– E‐Cell ID: • con TA (timing advance) o RTT (round trip time).

• TA sólo para terminales en “busy mode”.

– Posibilidad de combinarlo con RXLEV o RBSP

Servicios de traducción Cell-ID

• Open Cell ID (http://www.opencellid.org)

• ZoneTag (http://developer.yahoo.com/yrb/zonetag/locatecell.html)

• CellDB (http://celldb.org) http://celldb.org/api/?method=celldb.getcell&username=celldb&hash=123456789&mcc=1&mnc=1&lac=1&cellid=1&format=xml<?xml version="1.0" encoding="utf‐8"?> <result>

<cell> <mcc>1</mcc> <mnc>1</mnc> <lac>1</lac> <cellid>1</cellid> <latitude>5.1</latitude> <longitude>50</longitude> <timestamp>1204903095</timestamp> <type>received</type> <signalstrength>47</signalstrength>

</cell> </result>

mcc=Mobile Country Code mnc= Mobile Network CodeLac= Location Area Code

Métodos de localización en redes móviles Downlink observed time differences

• MS observa las diferencias de señal entrevarias BS. Normalmente, señales de control.

• Técnicas asistidas por terminal o basadasen él.

• Más barato y simple que sincronizar BS.

• Problemas relacionados con:

– “hearability” (si MS demasiado cercade BTS)

– Falta de sincronización entre BTSs

– Geometría

– Pérdida de capacidad

• E‐OTD en GSM, OTDOA en UMTS

Hipérbola BTS1-BTS2

Hipérbola BTS1-BTS3

BTS 2

BTS 1

BTS 3

Métodos de localización en redes móviles Diferencia de tiempo mejorada E-OTD

– OTD (Observed Time Difference). MS

– RTD (Real Time Difference). LMUs (1:3 – 1:5).

– GTD (Geometric‐Time Difference).

GTD=OTD‐RTD → hipérbola

Métodos de localización en redes móviles Uplink time (difference) of arrival

• Medida sobre el enlace ascendente.• Al contrario que E‐OTD, basada en red.• Utiliza lateración hiperbólica.• Se considera en la Release 6 de GSM/GPRS.• Medidas efectuadas por una BTS/LMU y dos

LMUs.• Necesidad de:

– Tener suficientes LMUs visibles.– Terminal en “busy mode” (o provocarlo si idle)

Métodos de localización en redes móviles Localización mediante GPS

GPS:• Conseguir un fijo lleva un tiempo al principio.• Los receptores necesitan LOS• Son necesarias modificaciones en terminal y red.

A‐GPS:• Normalmente, asistido por red.• Reduce el tiempo de búsqueda

de GPS (se suele combinar con Cell‐ID).

• Permite el uso de señales de • menor potencia.

TA TB

Tiempo de referencia X X

Lista de satélites visibles X X

Datos de asistencia a la adquisición

X

Localización de referencia X

Efemérides y correcciones de reloj

X

Almanaque X

Correcciones D-GPS X

basado en

Una cada 200km es suficiente

Comparación del funcionamiento de A-GPS y GPS

Métodos de localización en redes móviles Otros métodos

Métodos híbridos:

– No estandarizados.

– Requerimientos de procesado altos y coste de red

elevado.

a) AOA + RTT

b) OTDOA + AOA

c) RSS+TA

d) A‐GPS + Cell‐ID

Resumen

Precisión Consis-tencia

TTFF Termi-nal

Overhead

CosteRural Subur-

banaUrbana

Cell-ID >10km 2-10km 50-1000m

Pobre 1seg. No Muy bajo

Muy bajo

E-OTD & OTDoA

50-150 m

50-250 m

50-300 m

Media 5-10 seg.

SW dedicado

Medio/alto

Alto

U-TDoA

50-120 m

40-50 m

40-50 m

Media 5-10 seg.

No Medio Medio

A-GPS 10-40 m

20 –100 m

30 –150 m

Buena 5-10 seg.

SW y HW

Medio/alto

Medio

Infrarrojos. Active Badge.• 1990, Olivetti Research Labs

• Basado en infrarrojos:

– Cada etiqueta emite un

identificador único cada

10s o bajo demanda.

– Una red de sensores infrarrojos recoge las señales,

– Que son procesadas por un servidor central.

• Características:

– Localización por proximidad, absoluta y simbólica.

– Badges de bajo coste, alto coste de instalación y mantenimiento.

– Precisión por habitación, mala escalabilidad.

– Necesidad de LOS.

Ultrasonidos. Active Bat.• AT&T 1999• Ultrasonidos:

– Cada etiqueta emite un identificador únicoa un servidor central.

– 433 MHz– Señal RF para “despertar”

• Características:– TOA, localización física, absoluta, – Bajo coste, – Precisión 3cm, despliegue muy denso

(1 base por cada 10m2).– Requiere despliegue adherido al techo.

Ultrasonidos. Cricket.• MIT, comercializado

por Crossbow.

• Características:– RF y ultrasonidos.– Con TOA y proximidad

– Sistema descentralizado

– Privacidad.– Escalable.

– Precisión de aprox. 1,5m.– No necesita gestión centralizada.

Posicionamiento con Bluetooth• Bajo coste

• Posición simbólica, absoluta, distribuida.

• Dispositivos Bluetooth instalados en los puntos de interés.

• Se selección el POI del que se recibe mayor RSSI.

• Proceso:1) POIs transmiten su dirección MAC.

2) Los dispositivos escuchan a los POIs.

3) Los dispositivos eligen POI visible y se conectan.4) El dispositivo solicita RSSI.

5) Y calcula su posición.

Posicionamiento con WiFi. RADAR.• Microsoft Research.

• 3‐4 m 50%.

• Medidas en estación base de RSS

y SNR de dispositivos móviles.

– 2 fases: off‐line y en tiempo real.

– Fase off‐line: recogida empírica de datos.

• Requiere sincronización de los relojes de clientes y APs.

• El cliente transmite periódicamente paquetes UDP y graba posiciones y

orientación.

• Los APs recogen y graban la RSSI de los paquetes UDP y sus

correspondientes timestamps.

• Un servidor combina los datos.

Posicionamiento con WiFi. RADAR.– Fase on‐line:

• El cliente transmite periódicamente paquetes UDP.• El servidor central calcula la posición:

– A través de Nearest Neighbor en el espacio de señal utilizando distancia euclídea.

– Algoritmo basado en historia.• Para mejorar precisión: multiple nearest neighbors, varias

muestras.

– Fase off‐line alternativa:• Configuración de un modelo de propagación.

• No es necesario recoger datos.• Uso del modelo de atenuación de paredes.

• Requiere un gran conocimiento del entorno.

Posicionamiento con WiFi. Ekahau.• Empresa finlandesa fundada en el 2000.

• Ofrecen solución WiFi que exige

mapeado de potencia.• Otros: WhereNet, Aeroscout, etc.

Características

• Posicionamiento físico + simbólico,

absoluto, ¿bajo coste?, ¿privacidad?.• Requiere calibración del modelo.

• Se basa en el conocimiento del entorno:– Los dispositivos móviles recogen datos de RSSI y los envían a un

servidor central.

– La posición futura estará probablemente cercana a la actual.– Los usuarios sólo siguen caminos posibles.

Ultrawideband. Ubisense.

• AOA y TDOA

• Precisión <30 cm en 3D.

• Latencia: 6.25ms

• Alcance > 50 m (espacio abierto)

Posicionamiento híbrido

• WiFi + Bluetooth

• WiFi + RFID pasiva…

AP WiFi1

M3

M4

AP BT2 AP BT3

AP WiFi2

AP WiFi3

M1

AP BT4

M2

AP BT1AP WiFi1

RFID 7

RFID1AP WiFi2

AP WiFi3

M1

RFID 8

M2

RFID 9

RFID 4

RFID 6

RFID 5

RFID 3

APIs de localización• J2ME JSR‐179

– GPS

• Symbian S60 Location API– GPS, A‐GPS, E‐OTD

• iPhone Core Location API– WiFi, id celda, GPS

• Android Location API– GPS

• Operadores… Open Movilforum (API Localízame)

Yahoo! Fire Eagle

Contenidos






Servicios y aplicaciones• Servicio viable: alta demanda, tecnología suficiente, modelo de

negocio.• Tipos:

– De información.– Navegación y guiado.– Localización y seguimiento.– Gestión de flotas.– Marketing móvil.– Juegos móviles.– De comunidad.– Servicios de valor añadido.

La cadena de valorStakeholders Role

Location data providers GPS data providers. E.g. US DoD, future EU Galileo.

Cellular infrastructure and middleware providers

Providers of mobile operator point to point solutions that include infrastructure (SMLC, GMLC), positioning techniques implementation and locationmanagement software. E.g. Openwave, Trueposition, NEC or Ericsson.

User device middleware platforms suppliers

Providers of software to develop applications without coding for the system interface. E.g. Qualcomm BREW for CDMA.

Suppliers of platforms for developers

Platforms with simulators, white brand basic location services and interfaces, service creation environments or particular APIs. E.g. Autodesk.

A-GPS chips makers Eg. Texas Instruments, SiRF, Global Locate, etc.

Handsets suppliers Manufacturers that integrates A-GPS chips in their user devices. Eg. Kyocera, NEC, Samsung, etc.

Content providers Content owners and makers. Eg. Google Maps, Yellow Pages.

GIS and maps providers Eg. NavTeq, TeleAtlas, etc.

Applications providers Markets observers that design applications and acts as integrators to deliver a final application. Eg. Bimactive, Google Maps.

Mobile operatorsWhile acting as carriers and interface with customer, they can negotiate the

terms of profit share with applications providers while maintaining customer control.

Proveedores de sistemaTrueposition, Autodesk, Genasys, Openwave, Webrasla.

Ericsson, Alcatel-Lucent, Nokia, Kivera, Huawei, LocatioNET, ULocate, Redknee, Mobiliaris…

Seguimiento y localizaciónFuente: Northstream

Fuentes:http://www.teenarrivealive.comhttp://www.wavemarket.com

Navizon

Loki

• De Skyhook Wireless

• ¡Sólo huella WiFi!

• Algunas combinaciones…

Dash Express

Entrenamiento monitorizadoBimActive Nokia Sports TrackerNicho de mercado: deportistas no profesionales

Tecnología de pos.: A-GPS proporcionado por operador celular.

Principal proveedor del servicio: Operador de telefonía.

Cadena de valor: -proveedor de datos de posicionamiento GPS, -proveedor de terminales compatibles (Samsung, LG, Sanyo, Nokia, Motorola),-proveedor GIS, -proveedores de aplicaciones (Bones in Motion, Wireless Run Tracker), -operador móvil (Sprint Nextel and Verizon)

Tecnología de pos.: GPS embebido o externo.

Principal proveedor del servicio: Proveedor de aplicaciones.

Logística de hospitales• RTLS.

• Permite localización de:– sillas de ruedas, bombas de

infusión y camas.

– Enfermos especiales.

• Personal sanitario.– Optimización de servicio.

– Seguridad.

• Diversas compañías: Ekahau, Pango, Aeroscout, InnerWireless etc.

Sofware Social Móvil‐ Loopt (A‐GPS), Bliin y Gypsii (GPS)‐ Dodgeball (celular),

‐ Pantopic and Mobiluck (Bluetooth),

‐ Meetro , Plazes (localización manual)‐ Jambo (WiFi) B2B!!

… para: mantenerse en contacto con amigos, conocer a amigos de amigos, ligar, encontrar lugares recomendados, difundir mensajes en unadeterminada zona, etc.

Machine to machine

El servicio requiere:-Un operador móvil (p.e. NTT DoCoMo),-Un proveedor de servicio (JAL/ANA),-Proveedores de terminales (variasmarcas para NTT DoCoMo) -Fabricantes de chips NFC (Sony)-Proveedores de infraestructura (p.e. de lectores ViVO). -Entidades de autenticación y confianza.

LBS ofrecidos por los operadores en España• Información sobre servicios cercanos:

– A tu alrededor (en emocion de Movistar), Cerca de mí (en Vodafonelive!) o Servicios Cercanos (Orange) el usuario puede averiguar las empresas y servicios más cercanos a su posición (permiten acceso mediante voz, navegación WAP, mensajes cortos o MMS, que a veces incluyen el mapa y el trayecto sugerido).

– Alertas cercanas es un servicio Orange que envía información sobre estado del tráfico, niveles de polen, ocio y cultura y turismo.

• Alertas cercanas inteligentes: basado en perfiles habituales.• m‐marketing.

– Orange ofrece Ofertas Cerca (antiguo Infoárea). • Servicios de localización de viajeros/excursionistas.

– Localízame de Movistar.– Excursión: alertas periódicas de la posición del excursionista a quien

éste haya designado.• Servicios de guiado.

– Ruta Movistar que a través del sistema GPS conectado vía Bluetooth al móvil, ofrece al usuario mapas actualizados en tiempo real y guiado mediante voz.

Reality mining

• Recogida de datos de entorno para analizar el comportamiento social.

0

50

100

150

2 ‐ 3pm 3 ‐ 4pm 4 ‐ 5pm5 ‐ 6pm

6 ‐ 7pm7 ‐ 8pm

8 ‐ 9pm

Num

ber o

f del

egat

es o

bser

ved

Where were Where 2.0 delegates on

Monday afternoon

Grand Ballroom

Registration area & hallway

Grand Ballroom Foyer

Nuevas interfaces

Retos para la generalización de los LBS• Aplicaciones atractivas, experiencia de usuario

– Con propuestas de valor para particulares y empresas

– Fáciles e intuitivas

– Rentables

• Disponibilidad de terminales

• Modelo de negocio: segmentación de clientes, participación de terceros, el papel de los

operadores

• Precisión, “performance”. Inteoperabilidad de redes y continuidad de la localización.

• Privacidad. Big Brother.

– Directiva 95/46/EC (de protección de datos), Directiva 2002/58/EC (privacidad en las comunicaciones

electrónicas).

– Seudónimos, métodos de camuflaje (cloacking temporal, espacial), etc..

• Estandarización:

– 3GPP/3GPP, Open Mobile Alliance (MLP), y Open Geospatial Forum (OpenLS),

– Parlay/OSA: plataforma basada en estándares abiertos.

– GeoPriv de IETF

TIEMPO POSICIÓN IDENTIDAD ACTIVIDAD

CONTEXTO PERSONAL

CONTEXTO TÉCNICO

CONTEXTO ESPACIAL

CONTEXTO SOCIAL

CONTEXTO FÍSICO

SERVICIOS CONTEXTUALES

SERVICIOS BASADOS EN LOCALIZACIÓN

El futuro: los servicios contextuales centrados en el usuario

Realidad aumentadaMackay, 1993

Interfaces tangiblesIshii, 1997

Edificios cooperativosStreitz, 1998

Computación llevableBass, 1997

WhereWare, EveryWare, Location Aware Computing,

Location FindingTechnologies

Computación ubicua/pervasiva

Weiser, 1991

Inteligencia ambientalISTAG, 2001

Servicios contextualesSchilit and Theimer, 1994

El contexto, las interfaces, los servicios

Documents

UIMP: localización y context-awareness