Localización en RedesLocalización en RedesCelularesCelulares

Ing. Leonardo Ing. Leonardo KammermannKammermannUniversidad ORTUniversidad ORT

leonardo.kammermann@universidad.ort.edu.uy

Integra TICsDiciembre 2006

ObjetivoObjetivo

�� Presentar un panorama sobre laPresentar un panorama sobre laimplementación de servicios basadosimplementación de servicios basadosen localización sobre las redesen localización sobre las redescelulares.celulares.

�� Explicaremos el estado del arte en laExplicaremos el estado del arte en lamateria dentro de los materia dentro de los sistemas GSMsistemas GSM

Los primeros servicios deLos primeros servicios delocalizaciónlocalización

�� …No se basaron en las redes…No se basaron en las redescelulares, sino que la usaroncelulares, sino que la usaronmeramente como transportemeramente como transporte

�� Por ejemplo, servicios dePor ejemplo, servicios deseguimiento de flota, soportado porseguimiento de flota, soportado porunidades provistas de GPS, que seunidades provistas de GPS, que secomunicaban con un servidor, acomunicaban con un servidor, através de la red celulartravés de la red celular

No es la idea….No es la idea….

�� El operador quiere dotar a su red deEl operador quiere dotar a su red deelementos que permitan brindar aelementos que permitan brindar asus usuarios servicios de valorsus usuarios servicios de valoragregadoagregado

�� Dota a su red de la capacidad deDota a su red de la capacidad deubicar a los móviles, y dar esaubicar a los móviles, y dar esaubicación a clientes que la utilizanubicación a clientes que la utilizanpara dar nuevos servicios.para dar nuevos servicios.

Redes CelularesRedes Celulares

�� Las redes celulares son un tipo deLas redes celulares son un tipo deredes inalámbricas con un paradigmaredes inalámbricas con un paradigmaparticularparticular

�� Dan servicios a zonas geográficasDan servicios a zonas geográficasextendidas, partiéndola en zonasextendidas, partiéndola en zonaspequeñas llamadas celdas, servidaspequeñas llamadas celdas, servidaspor radiobases de potencia limitadapor radiobases de potencia limitada

�� Por lo tanto, deben Por lo tanto, deben gerenciargerenciar la lamovilidad del usuario.movilidad del usuario.

Sin embargo…Sin embargo…

�� Ese seguimiento del usuario no tiene elEse seguimiento del usuario no tiene elnivel de precisión adecuado.nivel de precisión adecuado.

�� En GSM, en la base de datos del operadorEn GSM, en la base de datos del operadorcon sus clientes (HLR) se lleva la centralcon sus clientes (HLR) se lleva la centralque le está dando servicioque le está dando servicio

�� Y en la base de datos utilizada por esaY en la base de datos utilizada por esacentral (VLR), un conjunto de celdascentral (VLR), un conjunto de celdasdonde puede estar ubicado (Área dedonde puede estar ubicado (Área deLocalización)Localización)

Podría llegar a tenersePodría llegar a tenerse

�� La ubicación de la celda en la que seLa ubicación de la celda en la que seencuentra un usuario, pero eso sóloencuentra un usuario, pero eso sólocuando tiene una comunicacióncuando tiene una comunicaciónestablecida con la red, por ejemplo,establecida con la red, por ejemplo,en el caso de una llamadaen el caso de una llamada

�� En resumen: en las redes GSM, hayEn resumen: en las redes GSM, haydatos distribuidos y poco precisos dedatos distribuidos y poco precisos dela ubicación del usuariola ubicación del usuario

Entonces…Entonces…

�� Se incorporan nuevos nodos a la red:Se incorporan nuevos nodos a la red:•• GMLCGMLC•• SMLCSMLC

�� Esta arquitectura es normalizada a travésEsta arquitectura es normalizada a travésde las recomendaciones de la 3GPP,de las recomendaciones de la 3GPP,organismo que rige el desarrollo deorganismo que rige el desarrollo deestándares para GSM y UMTS (suestándares para GSM y UMTS (suevolución a Tercera Generación)evolución a Tercera Generación)

�� http://http://wwwwww.3gpp..3gpp.orgorg

Entonces…Entonces…

�� Otro organismo importante en esta áreaOtro organismo importante en esta áreaes el OMA (es el OMA (OpenOpen MobileMobile AllianceAlliance))

�� http://http://www.openmobilealliance.orgwww.openmobilealliance.org�� El OMA es un El OMA es un nucleamientonucleamiento de empresas de empresasque pertenecen a toda la cadena de valorque pertenecen a toda la cadena de valordel negocio de las telecomunicacionesdel negocio de las telecomunicaciones(desde operadores hasta fabricantes de(desde operadores hasta fabricantes denodos y terminales, pasando pornodos y terminales, pasando porproveedores de contenidos)proveedores de contenidos)

Entonces…Entonces…

�� Su misión es facilitar la adopciónSu misión es facilitar la adopciónglobal del usuario de servicios deglobal del usuario de servicios dedatos móviles especificandodatos móviles especificandohabilitadores de servicios quehabilitadores de servicios queaseguren su interoperabilidad másaseguren su interoperabilidad másallá de dispositivos, geografías,allá de dispositivos, geografías,proveedores de servicio, operadoresproveedores de servicio, operadoresy redes, a la vez que permitiendo eny redes, a la vez que permitiendo enel negocio la competencia a travésel negocio la competencia a travésde la innovación y la diferenciaciónde la innovación y la diferenciación

Entonces…Entonces…

�� En nuestro caso, se ha ocupado deEn nuestro caso, se ha ocupado derealizar un protocolo para larealizar un protocolo para lacomunicación de los servidorescomunicación de los servidoresdonde corren las aplicaciones con ladonde corren las aplicaciones con lared que provee el posicionamientored que provee el posicionamiento(Protocolo MLP sobre Le)(Protocolo MLP sobre Le)

Arquitectura de RedArquitectura de Red

SMLC

UE

Node B

LMU type B

HLR

Gateway MLC

External LCS client

Le Lg

Lh

LMU type A

Um

Iu

Iub

gsmSCF

Lc

MSC

BSC

BTS LMU type B

A/ (Gb)/ (Iu)

Abis

SRNC SMLC

Lb Ls

Uu

<- alternative -> (R98 and 99)

<- alternative ->

SMLC

Lp

UTRAN

GERAN

Nuevos nodosNuevos nodos

�� SMLC – Serving Mobile Location Center:SMLC – Serving Mobile Location Center:•• Es el nodo que tiene la responsabilidad deEs el nodo que tiene la responsabilidad degerenciargerenciar la obtención de la información la obtención de la informaciónnecesaria tendiente a ubicar un móvil ynecesaria tendiente a ubicar un móvil ycalcular su posicióncalcular su posición

•• Se puede conectar con la MSC o la BSC, siendoSe puede conectar con la MSC o la BSC, siendola primera la conexión de las primerasla primera la conexión de las primerasversiones, y la segunda la de las últimasversiones, y la segunda la de las últimas

•• Se dice que se comenzó con una arquitecturaSe dice que se comenzó con una arquitecturaNSS céntrica y se evolucionó a unaNSS céntrica y se evolucionó a unaarquitectura BSS céntricaarquitectura BSS céntrica

Nuevos nodosNuevos nodos

�� GMLC – Gateway Mobile LocationGMLC – Gateway Mobile LocationCenter:Center:•• Es el nodo que tiene la responsabilidadEs el nodo que tiene la responsabilidadde interactuar con los clientes externosde interactuar con los clientes externospara brindar los servicios basados enpara brindar los servicios basados enlocalizaciónlocalización

•• El Le es un punto de referencia, no unaEl Le es un punto de referencia, no unainterfazinterfaz

Nuevos nodosNuevos nodos

�� GMLC – Gateway Mobile LocationGMLC – Gateway Mobile LocationCenter:Center:•• Sobre ese punto de referencia seSobre ese punto de referencia seutilizaron inicialmente protocolosutilizaron inicialmente protocolospropietariospropietarios

•• El OMA desarrolló el protocolo MLP queEl OMA desarrolló el protocolo MLP quefue tomado por los organismos defue tomado por los organismos deestandarización, y cuya aplicación estáestandarización, y cuya aplicación estáextendidaextendida

Nuevos nodosNuevos nodos

�� LMU – Location Measurement Unit:LMU – Location Measurement Unit:•• En las redes GSM, las BTS no estánEn las redes GSM, las BTS no estánsincronizadas entre sísincronizadas entre sí

•• Esto implica que para métodos deEsto implica que para métodos deposicionamiento que utilicenposicionamiento que utilicentriangulación es preciso incorporartriangulación es preciso incorporaralguna unidad que pueda de algúnalguna unidad que pueda de algúnmodo solucionar este problemamodo solucionar este problema

Nuevos nodosNuevos nodos

�� LMULMU•• Actúa como Actúa como sensorsensor de las emisiones de de las emisiones deradio para este tipo de métodosradio para este tipo de métodos

•• Puede ser de tipo B (incorporado a laPuede ser de tipo B (incorporado a laestructura de red), o una unidadestructura de red), o una unidadindependiente (tipo “stand alone”), enindependiente (tipo “stand alone”), encuyo caso se le debe dar una identidadcuyo caso se le debe dar una identidadcomo un usuario (IMSI), y se comunicacomo un usuario (IMSI), y se comunicacon la red mediante el uso de la interfazcon la red mediante el uso de la interfazde radiode radio

Nodos de Red GSMNodos de Red GSM

•• BSS (Base BSS (Base StationStation SubsystemSubsystem))�� BTS (Base BTS (Base tranceivertranceiver stationstation): Es el nodo): Es el nodoque permite la comunicación del usuario conque permite la comunicación del usuario conla red celular, a partir de las señales dela red celular, a partir de las señales deradioradio

�� BSC (Base BSC (Base StationStation ControllerController) : Es el nodo) : Es el nodoque gerencia el recurso radio, controlandoque gerencia el recurso radio, controlandolas BTSlas BTS

Nodos de Red GSMNodos de Red GSM

�� NSS (NSS (NetworkNetwork SwitchingSwitching SubsystemSubsystem))•• MSC (MSC (MobileMobile SwitchingSwitching Centre): Central de la Centre): Central de laRed Celular con las funciones características deRed Celular con las funciones características deconmutación, encaminamiento, conmutación, encaminamiento, tarificacióntarificación

•• HLR (HLR (HomeHome LocationLocation RegisterRegister): Base de datos): Base de datosdel operador conteniendo información de susdel operador conteniendo información de sussuscriptores.suscriptores.

•• VLR (VLR (VisitorVisitor LocationLocation RegisterRegister): Base de datos): Base de datosdonde se tiene información de suscripción dedonde se tiene información de suscripción detodos los usuarios servidos por una centraltodos los usuarios servidos por una central

Modelo del NegocioModelo del Negocio

Flujo de posicionamientoFlujo de posicionamiento

LCS Client GMLC

HLR

MSC MS/UE

BSS/RNC

1 2

4

6

10

5

SMLC

8

3

9

7

7’

Flujo ante una LocalizaciónFlujo ante una Localización

�� 1) El 1) El clientecliente LCS client LCS client pidepide al GMLC al GMLCla la localizaciónlocalización del del móvilmóvil enviandoenviando el elmensajemensaje « LCS Service Request » « LCS Service Request »sobresobre Le Le

�� 2) El GMLC 2) El GMLC contactacontacta al HLR al HLR paraparaconocerconocer el VLR/MSC el VLR/MSC queque sirvesirveactualmenteactualmente al al suscriptorsuscriptor

FlujoFlujo

�� 3) El HLR 3) El HLR contestacontesta, , luegoluego de de haberhaber corroboradocorroboradoqueque el GMLC el GMLC queque lo lo requiriórequirió estáestá autorizadoautorizado paraparaobtenerobtener la la ubicaciónubicación del del suscriptorsuscriptor (2 and 3: MAP (2 and 3: MAPmessages messages Send_Routing_Info_For_LSSend_Routing_Info_For_LS, TS 29.002,, TS 29.002,1A.1.2).1A.1.2).

�� 4) El GMLC 4) El GMLC contactacontacta luegoluego al MSC/VLR al MSC/VLR indicadoindicadoparapara obtenerobtener la la informacióninformación de de localizaciónlocalización. El. ElVLR VLR verificaverifica queque el el suscriptorsuscriptor autorizaautoriza la latransmisióntransmisión de de esosesos datosdatos. (4 and 9: MAP. (4 and 9: MAPmessages messages Provide_Subscriber_LocationProvide_Subscriber_Location,,TS 29.002, 1A.2.2)TS 29.002, 1A.2.2)

FlujoFlujo

�� 5) 5) UnaUna vezvez queque se se realizaronrealizaron estasestas verificacionesverificaciones,,el terminal el terminal eses, , sisi eses necesarionecesario, , buscadobuscado y yautenticadoautenticado y, y, puedepuede llegarsellegarse a a activaractivar el elencriptadoencriptado. El MS . El MS quedaqueda entoncesentonces localizable localizable sisi el elclientecliente LCS client lo LCS client lo solicitasolicita((Location_Notification_InvokeLocation_Notification_Invoke and andLocation_Notification_Return_ResultLocation_Notification_Return_Result messages). messages).

�� 6) La MSC 6) La MSC comienzacomienza entoncesentonces la la fasefase activaactiva de la de larecuperaciónrecuperación de la de la localizaciónlocalización del MS, del MS,requiriéndolorequiriéndolo al SMLC con la BSSMAP LE Perform al SMLC con la BSSMAP LE PerformLocation request (09.31) message in GERAN.Location request (09.31) message in GERAN.EsteEste mensajemensaje eses enviadoenviado directamentedirectamente al SMLC al SMLCen el en el casocaso de de queque se se hayahaya desplegadodesplegado unaunaarquitecturaarquitectura "NSS- "NSS-centricacentrica" o " o dirigidodirigidotransparentementetransparentemente al BSC en el al BSC en el casocaso de de unaunaarquitecturaarquitectura "BSS- "BSS-centricacentrica".".

FlujoFlujo

�� 7) El 7) El procedimientoprocedimiento de de ubicaciónubicación de radio de radio esesdisparadodisparado: se : se definendefinen variosvarios procedimientosprocedimientos, , quequepuedenpueden implicarimplicar o no al MS. Como o no al MS. Como resultadoresultado de el de elprocedimientoprocedimiento, el SMLC , el SMLC obtieneobtiene la la posiciónposición del delSMLC.SMLC.

�� 8) La 8) La posciónposción del MS del MS eses luegoluego redirigidaredirigida al al clienteclienteLCS. El payload de LCS. El payload de esteeste mensajemensaje eses el elInformation Element "Location Estimate" orInformation Element "Location Estimate" or"Geographic Location IE" (different names are"Geographic Location IE" (different names areused in different documents), the coding forused in different documents), the coding forwhich is given in TS 23.032.which is given in TS 23.032.

FlujoFlujo

�� 9) La 9) La informacióninformación de de localizaciónlocalizaciónentoncesentonces llegallega al GMLC al GMLC queque lo lorequiriórequirió (en (en respuestarespuesta al al mensajemensaje 4: 4:Provide_Subscriber_LocationProvide_Subscriber_Location,,TS 29.002, 1a.2.2).TS 29.002, 1a.2.2).

�� 10. 10. PorPor últimoúltimo, la , la informacióninformación llegallega a asusu destinatariodestinatario final, el final, el clientecliente LCS, LCS,porpor mediomedio del del mensajemensaje "LCS Service "LCS ServiceResponse“.Response“.

Métodos de posicionamiento masMétodos de posicionamiento masutilizadosutilizados

�� Que no requieren terminalesQue no requieren terminalesespeciales ni LMUSespeciales ni LMUS•• CellCell Id Id•• CellCell Id + TA Id + TA

�� Que requieren terminales específicosQue requieren terminales específicos•• A - GPSA - GPS

Cell ID y Cell ID y sussus mejorasmejoras

�� Cell-ID Cell-ID refinadorefinado porpor Timing Advance (TA) Timing Advance (TA)

1

2 3

4

�� UsoUso de de loslos nivelesniveles de de señalseñal recibidosrecibidos porpor la red (RXLEV la red (RXLEVen NMR) - en NMR) - refinarefina y y agregaagrega fiabilidadfiabilidad a la a la posiciónposición

A-GPSA-GPS

�� Incluso en lugaresIncluso en lugaresdonde las señalesdonde las señalessatelitales estánsatelitales estánmuy muy obstruídasobstruídas..

�� Con respecto aCon respecto aGPS, mejoraGPS, mejorasensibilidad (25 sensibilidad (25 dBdB))y tiempo dey tiempo decomienzo ( 5 s)comienzo ( 5 s)

ConclusionesConclusiones

�� Es necesario incorporar a las redesEs necesario incorporar a las redescelulares GSM nuevos nodos paracelulares GSM nuevos nodos paraproveer Servicios de Localizaciónproveer Servicios de Localización

�� Actualmente hay una estandarizaciónActualmente hay una estandarizaciónmadura que permite brindar losmadura que permite brindar losservicios, servicios, a través de la debidaa través de la debidainteracinteracciónción entre todos los nodos, entre todos los nodos,independiente de su independiente de su provedorprovedor

ConclusionesConclusiones

�� Esta eEsta esstandarizacióntandarización también llega a también llega ala interfaz con los proveedores dela interfaz con los proveedores deservicios, permitiendo desarrollarservicios, permitiendo desarrollarnuevas prestaciones al usuarionuevas prestaciones al usuariorápidamenterápidamente

�� El mercado avanzó en El mercado avanzó en el sentido deel sentido deimplementaimplementarr métodos que métodos querequirequiririeeranran menos inversión en la red menos inversión en la redy en los terminalesy en los terminales