Este documento discute varias técnicas para determinar la ubicación de individuos y dispositivos, las cuales son importantes para el funcionamiento de sistemas de comunicación y el desarrollo de nuevos servicios. Explica brevemente la historia de los sistemas de coordenadas y métodos de navegación. Luego describe algunas arquitecturas comunes para sistemas de localización, incluyendo el uso de parámetros como intensidad de señal, tiempo de llegada y ángulos. Finalmente, menciona diversas técnicas y heurí
2. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Determinación de Coordenadas:
Heurísticas para Nuevos Servicios
CONTENIDO
Pág ¡ fl a
Resumen ejecutivo 3
1. Introducción 4
2. Antecedentes 5
3. Arquitectura del Sistema 8
4. Resolución y Error 11
5. Técnicas y Heurísticas de Localización 12
5.1Determinación de Coordenadas 13
5.2 Escenario Ad-Hoc 15
5.3 Estimación Indirecta de Parámetros 16
5.4Parámetros de Firma 17
5.5Mapeo de Parámetros 18
5.6 Escenario de Saltos Múltiples 19
5.7Cadena de Triángulos 20
5.8Vuelo Aleatorio y Planteamiento Piramidal 21
5.9Algoritmos de Discretización 24
5.10 Trilaterización Manhattan 26
5.11 Programación Entera 27
5.12 Manhattanización en 3 Dimensiones 29
5.13 Enfoque relacional y Método de Vecindades 30
6. Conclusiones 34
7. Referencias 38
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 2
3. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Determinación de coordenadas:
Heurísticas para Nuevos Servicios
RESUMEN EJECUTIVO
Se reconoce el conocimiento de la ubicación de un individuo o
dispositivo como información indispensable para el funcionamiento de
una colectividad. La importancia de esta información radica en el
múltiple número de aplicaciones que de ella se deriva. Se reconoce la
existencia de marcos referenciales como elemento angular para la
localización. Sin embargo la precisión y conveniencia de estos marcos
dependen del contexto de la aplicación.
Se discuten varias técnicas de localización aplicables a diferentes
entornos funcionales y tecnológicos y se comentan fuentes de
imprecisión en los sistemas de localización. Se destaca la aplicación se
soluciones heurísticas en entornos donde la estructura de red es
cambiante. Si bien los sistemas planares o en dos dimensiones dominan
el escenario tecnológico actual, también se plantean necesidades para
soluciones en entornos tridimensionales extrapolando soluciones de un
dominio bidimensional. También se plantean esquemas organizacionales
para sistemas de servicios basados en la localización reconociendo este
como un sector de amplio crecimiento y que posee una gran potencial
aplicación en áreas de interés público y privado. Potenciando el
desarrollo de nuevos servicios basados en la localización.
Palabras clave: Servicios Basados en localización; redes auto-
configurables; técnicas de posicionamiento.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 3
4. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Determinación de coordenadas:
Heurísticas para Nuevos Servicios
1. Introducción.
Los sistemas de comunicaciones han experimentado una dramática
transformación en los últimos 30 años. Estos cambios incluyen nuevas
tecnologías que han potenciados diversas formas de comunicación.
Ejemplo de esto es existencia de la internet, los sistemas de
comunicación inalámbricas, con sus variadas tecnologías de acceso. La
digitalización de los diversos servicios. Esto ha tenido un gran impacto
en la sociedad de manera que actualmente se cuentan a nivel mundial
mas de 5000 millones de teléfonos móviles y mas 2000 millones de
conexiones de Internet, modificando las formas de comunicaron y
propiciando nuevas formas de sociabilización. A esto se ve acompañado
por una creciente disponibilidad de sistemas y dispositivos inteligentes
con capacidad de compartir información para optimizar su
funcionamiento para beneficio de la sociedad. A medida que esta
tendencia continúa su acelerado crecimiento, obliga a una reflexión
existencial sobre los sistemas que actualmente usamos y otros que se
gestan cada día.
Adicionalmente al alto número de suscriptores telefónicos y celulares, y
del creciente numero de conexiones de Internet, existe cerca de 1000
millones de vehículos automotores y una tendencia interconectar no solo
individuos sino que se trabaja en el concepto de internet de las cosas (
"internet of things"). En este escenario cada cosa o dispositivo podrá
estar interconectada con capacidad de proporcionar y recibir y procesar
información. Por otra parte el sistema automotriz migra hacia el
concepto de ITS ("intelligent Transportation Systems") donde cada
vehículo será parte de la red global de comunicaciones [1], [2].
Cuestionamientos frecuentes del humano son ¿Quién soy?, ¿Dónde
estoy?, ¿como interactuó con mi entorno? ¿Cuales son las necesidades o
gustos que deseo satisfacer?
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 4
5. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Desde un punto de vista ontológico recordamos de René Descartes esa
máxima de "pienso luego existo" tal vez el sugeriría que mi existencia
depende de cómo puedo concientizar mi presencia en el ambiente que
me rodea. Otra forma de existencia y de la que no siempre soy
consciente, es como modifico mi entorno. Así, siglos después, el filosofo
Ortega y Gasset diría "yo soy yo y mi circunstancia".
Estos conceptos, inicialmente concebidos desde la perspectiva humana
pueden ser extrapolados para los elementos de una red. Los cuales
dirían, si pudiéramos poner palabras en ellos. ¿Cuáles son los
dispositivos que me rodean?, ¿Dónde están ubicados?, ¿Cómo
interactúan con el entorno?, ¿Cuáles son mis necesidades?, ¿Cuáles son
las necesidades de mi entorno?
La existencia de un elemento de red estará determinada por su
adaptabilidad a su vecindario y su capacidad de alterar su entorno de
interacción. Elementos fundamentales en la definición del entorno de un
dispositivo son: donde esta el dispositivo; quienes son sus vecinos; la
ubicación de las diferentes entidades y la capacidad del dispositivo para
procesar e intercambiar información con humanos y/u otros dispositivos.
La ubicación que ocupa un individuo o dispositivo ha jugado un papel
preponderante a lo largo de la historia. Milton retorna corno parte del
contexto cultural de occidente la historia del Génesis. Allí se relata,
aunque de una manera difusa, la ubicación del Edén perdido
estableciendo el rio Eufrates y otros 3 ríos como parte de un primer
sistema geo-referencial. También en el libro de los orígenes aparece
como una temprana pregunta: ¿Adán donde estas?
Esta primera pregunta destaca la importancia de conocer ubicación de
un individuo como un potenciador de múltiples acciones que bien
pudieran ser punitivas o gratificantes.
2. Antecedentes.
La construcción de estructuras referenciales puede rastrearse hasta
aquel zigurat construido en las planicies del Sinar. Estas construcciones
aunadas a un significado religioso también servían como referencias
geográficas. Siglos después Eratóstenes de Cirene desarrollo un sistema
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 5
6. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
de longitudes y latitudes que ha evolucionado y hoy en día usamos
tomando el ecuador y el meridiano de Greenwich y el nivel medio del
mar como base de un sistema de geo-referencia global que permite
establecer, de manera única, coordenadas para cada punto de la tierra.
Si bien un Sistema global de coordenadas puede ser muy útil en muchas
ocasiones, en otros casos resulta práctico definir una ubicación en
términos de referencias regionales. Y puede requerirse en diversas
ocasiones la re-contextualización o interpretación de una localización en
términos de un sistema coordenado diferente que resulte más práctico o
adecuado para una aplicación en particular.
Ejemplos de aplicación donde se requiere conocer la ubicación pueden
encontrarse en: transporte, minería, prospección geográfica, monitoreo
y rastreo vehicutar, contextos militares y de vigilancia, servicios
asistenciales y actualmente se desarrolla una amplia variedad de
servicios basados en la ubicación de usuarios y de fuentes de
información.
En algunos casos la información de ubicación puede ser vital. Por
ejemplo, la sobrevivencia de varias especies depende de las capacidades
de orientación y ubicación que han desarrollado. Los primeros humanos
usaron de la observación de las estrellas como una ayuda para sus
prácticas de migración, y cultivo. Eventualmente también desarrollaron
instrumentos astronómicos han sido cada vez más sofisticados como
astrolabio y telescopios que permitirían a los marinos medir la elevación
de una estrella para determinar, de acuerdo al calendario, la latitud de
un barco.
La presencia de una referencia cuasi estacionaria en el cielo (la estrella
Polar), permitía determinar la latitud en el hemisferio norte. En el
hemisferio sur esta tarea era más compleja debido a la carencia de una
de una referencia astronómica fija.
Por otra parte la longitud se aproximaba a partir de la estimación de la
distancia viajada en una dirección. Esto demandaba no solo la existencia
de referencia geográfica sino también el uso de referencias de tiempo.
Esto condujo a la elaboración de almanaques de navegación que se
usaban para contrastar con las observaciones del momento a fin de
determinar la localización actual.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 6
7. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Dentro de las primeras formas de medir el tiempo podemos mencionar
los relojes solares que tenían serias desventajas. Por ejemplo, su
portabilidad era bastante limitada y la observaciones eran dependiente
de la latitud y la estación. Adicionalmente no eran utilizables en
condiciones de mal tiempo. Esto propicio el desarrollo de relojes de agua
o clepsidra y relojes de arena que pronto ganaron un posicionamiento
como instrumentos de medición. La importancia de estos instrumentos
radica en que posibilitaban la medición de velocidad relacionando la
distancia viajada con el intervalo de observación. En su oportunidad el
descubrimiento de la brújula se constituyo en un importante
instrumento de navegación que permitía combinar la dirección de viaje
con la distancia en una ruta en un intervalo de tiempo dado.
Si bien los primeros zigurates establecieron el marco referencial para la
localización. Los métodos suponían que las referencias eran estáticas.
Esta suposición era válida para los propósitos y escala de tiempo de las
observaciones. Con el desarrollo del comercio se promovieron la
elaboración de mapas que eran usados por viajeros marinos quienes a
su vez incorporaban nuevas observación estableciéndose un proceso de
depuración iterativo que permitía mejorar continuamente la descripción
geográfica de una región y de las rutas de viaje y navegación.
La información de navegación se convirtió en un elemento crítico para
fines comerciales, de viajes y militares de manera que la búsqueda de
mejores mapas y mejores instrumentos de medición cobro una
importancia estratégica. Así las novedades más recientes recibían un
status de secretos comerciales y militares.
En el siglo tercero antes de Cristo Tolomeo mando edificar en la isla de
Faros una torre que servía de referencia a las naves. Por las noches esta
torre era iluminada con antorchas de manera que se convertía en una
referencia de navegación independientemente de la hora del día.
Siguiendo este precedente, pronto se establecieron cadenas de faros a
lo largo de las rutas marítimas y en su oportunidad fueros también de
utilidad en la aviación.
En navegación las naves estimaban su ubicación infiriendo su dirección
de viaje y la distancia recorrida desde la última referencia conocida.
Esta técnica conocida como "dead reckoning" también fue aplicada a la
aviación. Limitación de esta técnica surgen de la inexactitud de los
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 7
8. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
instrumentos para determinar la dirección de viaje y la distancia del
recorrido así como de las perturbaciones ocasionada por mareas y/o
corrientes marinas o vientos que desviaban una nave de su curso. Con
el propósito de corregir errores, se llevaban a cabo actualizaciones cada
vez que se identificaba una nueva referencia la cual se suponía ocupar
una posición exacta conocida. De esta forma los errores acumulados
eran subsanados. Hoy diríamos: "borrón y cuenta nueva". En la práctica
su ubicación de las referencias continuaba estaba sujeta las
inexactitudes propias de la época.
Los sistemas modernos de localización aun descansan en información
básica como ángulos y distancias estimadas, las cuales pueden ser
obtenidas de múltiples parámetros observables como intensidades de
campo, tiempos de arribo, diferenciales de tiempo, diferencias de fase y
ángulos de arribo de la señal.
3.Arquitectura del Sistema.
Los avances tecnológicos han contribuido no solo a una más rápida y
exacta medición de observables sino también al diseño de nuevas
arquitecturas, metodologías y aplicaciones cuya ventajas depende de los
costos y numero de sitios a cubrir, restricciones impuestas por el
legado de tecnologías previas, niveles de autonomía requeridos,
facilidad de procesamiento y condiciones asociadas al contexto funcional
de la aplicación.
Así una Buena aplicación demanda un equilibrio adecuado entre
requisitos funcionales del Sistema, ventajas tecnológicas y costos
asociados a la operación del sistema y tarifas al usuario final.
El diseño de sistemas de radiolocalización involucran el uso mediciones
de parámetros dependientes de la distancia y direcciones de arribo. Por
ejemplo, la intensidad de la señal recibida depende de la potencia
transmitida y características del canal como frecuencias, constante de
propagación, ganancia de antenas pero de una manera muy particular
para nuestro problema. La intensidad recibida dependerá de la distancia
entre el transmisor y receptor. El tiempo de propagación de la señal
también es dependiente de la distancia recorrida por la señal la cual
puede ser inferida si se conoce la velocidad de propagación. Las
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 8
9. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
observaciones angulares por sí mismas no proporcionan información de
distancia pero al ser combinadas con otras observaciones permiten
determinar la ubicación de un nodo o bien permiten a mejorar el
desempeño de un sistema.
Cabe destacar que en todos los casos los observables o mediciones
están sujetos a ruido por ejemplo las intensidades de señal pueden
experimentar variaciones fenómenos de sombras atribuidas a
variaciones en el terreno u obstrucciones o bien a fenómenos de
múltiples trayectorias. Los efectos de las trayectorias múltiples también
afectan las mediciones de retardo y de ángulos de arribo.
Esquemas de localización sub acuática son utilizados en posicionamiento
de submarinos; en redes de hidro-sensores y en exploración marina y
de lagos,. En estos escenarios la localización utiliza señales acústicas ya
que es conocido que las radiofrecuencias se atenúan rápidamente en el
agua.
Desde el punto de vista de la arquitectura del Sistema, se conocen como
sistemas autónomos, sin importar si usan referencias naturales o
artificiales, aquellos que determinan su propia localización. Este fue el
caso en navegación, donde el piloto obtenía su localización a partir de
sus propias observaciones, este es el caso también de los sistemas de
posicionamiento global (GPS) donde el receptor es capaz de inferir su
propia localización a partir de señales recibidas desde satélites. [17]
Otros sistemas son interactivos en el sentido que la información transita
entre la unidad a ser localizada a una unidad de procesamiento y
viceversa. Estos sistemas demandan de esquemas de sincronización y
redes adecuadas para operaciones centralizadas y descentralizadas que
implican la cooperación a través de esquemas de intercambio de
información. En escenarios militares, las unidades enemigas tienen un
comportamiento no cooperativo y prefieren no ser localizadas. En este
caso la información coleccionada en diferentes puntos es enrutada a un
dispositivo central donde es procesada.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 9
10. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
La información de localización posibilita muchas aplicaciones que
dependen de la exactitud alcanzable o bien la aplicación impone
requerimientos de exactitud mínimos o arquitecturas específicas.
Por ejemplo, mientras que los sistemas militares demandan de alta
exactitud, rapidez de obtención (frecuenetemente a expensas de un alto
costo), algunas aplicaciones simples toman cualquier información
disponible y utilizan diferentes técnicas para determinar la localización.
Aunque la alta exactitud no es alcanzable ni un requerimiento del
sistema.
La importancia de la información de localización y sus aplicaciones ha
contribuido al desarrollo de de la geografía, cartografía y topografía,
disciplinas que han evolucionado incorporando nuevas tecnologías e
impactan en sistemas de gestión y administración de recursos en
diversos ámbitos de la ingeniería.
La obtención de información sobre la localización de un suscriptor, no
solo está a tono los marcos regulatorios, sino que es un elemento crítico
para la creación de servicios basados en la ubicación y en el contexto.
Es también importante un elemento importante en la administración de
recursos, apoyo a servicios asistenciales y servicios de supervisión y
vigilancia policial.
El problema de localización ha existido por muchos años y ha propiciado
su a aplicación en servicios de comunicación celular.
En el contexto satelital se han desarrollado sistemas entre los que se
puede mencionar el GPS de los Estados Unidos y el Galileo de la
Comunidad Europea.
Diversos tipos de de redes inalámbricas que potencian la determinación
de ubicación se instalan en áreas residenciales, centros comerciales y
laborales, campus universitarios, empresariales, md ustriales, centros de
diversión y restaurantes entre muchos otros.
Así, la interconexión inalámbrica de dispositivos constituye la
infraestructura principal a utilizarse por los diferentes algoritmos de
localización. Entre las aplicaciones pueden citarse el despliegue de la
ubicación actual de un usuario o grupos de usuarios, indicación de la
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 10
11. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
ubicación de una unidad o equlol, el monitoreo y mapeo de áreas de
riesgo en zonas de desastre, manejo de flotas e información de tráfico
en tiempo real, sistemas de juego basados en la localización,
información turística, facturación, entre otras.
4. Resolución y error
Resolución se refiere a la habilidad para discriminar entre ubicaciones
próximas. La resolución requerida depende de la aplicación y puede ser
escalable. Un ejemplo de esto es el uso de códigos postales ya que un
nombre de ciudad puede repetirse en diferentes continentes, país o bien
dentro de un estado. Aun más en un área urbana pueden existir
diferentes calles con el mismo nombre.
Así, inicialmente el globo terráqueo se divide en áreas territoriales o
países y dentro de estos, una extensión geográfica puede fraccionarse
en áreas disjuntas denotadas por códigos alfanuméricos. Donde 5
dígitos iniciales indican un primer acercamiento y 4 dígitos adicionales
permiten mayor resolución dentro de un área. El sitio específico
dependerá de la calle y numero de predio asignado.
En sistemas de localización basados en radio, las principales fuentes de
error están relacionadas a fenómenos de la radio-propagación. Por
ejemplo: reflexión, refracción, absorción, difracción pueden ocasionar
desviaciones del valor nominal de la intensidad de Campo. Estas
variaciones son usualmente tratados como perturbaciones aleatorias
usando modelos estadísticos de medio de transmisión.
Cabe destacar que las condiciones de propagación experimentan un
cambio asociado a la movilidad de usuarios y que el error de localización
se vuelve un fenómeno dependiente de la ubicación. Las obstrucciones
en la línea de vista puede ocasionar zonas de sombra. En el caso de
señales que se propagan en agua las señales pueden sufrir variación
debido a los cambios de temperatura.
En el caso de sistemas satelitales se pueden alcanzar resoluciones
bastante adecuadas sin embargo muy pocas organizaciones pueden
tener un sistema de localización satelital propio por lo que se recurre a
plataformas tecnológicas abiertas o semi-abiertas como es el caso de los
sistemas GPS. Donde la exactitud alcanzable depende de las reglas de
uso de los operarios del sistema satelital. Por otra parte las
EspeciaLidad: Comunicaciones y Electrónica 11
12. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
obstrucciones de la línea de vista impactan de manera muy severa la
operación del sistema.
A pesar del creciente numero de soluciones GPS, la limitada
disponibilidad de señales GPS en varios entornos explica el desarrollo de
sistemas alternativos
En general, una alta resolución es deseable, sin embargo esta puede
quedar comprometida por razones de un alto costo o una limitada
cobertura.
Dado que el desempeño del sistema tiene un comportamiento
estadístico, los requerimientos son también especificados de manera
probabilística. Por ejemplo la FCC ha especificado que al menos el 95%
de las llamadas de emergencia desde unidades móviles puedan ser
ubicadas con un error no mayor a los 300 metros o bien que el 67%
pueda ser localizable con error inferior a los 100 metros y se desea que
esta tolerancia pueda reducirse a los 50 metros
La mayoría de los algoritmos de localización requiere de mediciones de
distancia o ángulos entre los nodos de interés y referencia de tierra. Las
distancias pueden ser estimadas a través de mediciones de tiempo de
arribo o diferencias de distancias y mediciones de intensidad de señal.
Las mediciones de Angulo son obtenibles mediante arreglos de antenas
inteligentes que permiten obtener el ángulo de arribo (AOA) de una
señal. Las distancias de separación son obtenibles a partir
observaciones del tiempo de arribo (TOA) o medicines de tiempo de
arribo diferencial (DTOA). Las distancias también pueden ser estimadas
a partir de las intensidades de la señal. Pero en todos los casos
existirán perturbaciones que se traducirán en un error en la localización
[3], [16].
5.Técnicas y heurísticas de localización.
Si bien todos los esquemas de localización están sujetos a error en el
caso de auto configurables (ad-hoc networks) el proceso es aun más
severo.
La mayoría de los sistemas descansan en el hecho que una estación
móvil o nodo a localizar es alcanzable directamente a partir de una base
o punto de acceso de referencia. Sin embargo en el caso de redes
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 12
13. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
reconfigurable o redes adhoc la conectividad se alcanza mediante saltos
consecutivos de un nodo a otro y la determinación de la ubicación se
vuelve más compleja. En esta ponencia revisamos las metodologías más
apropiadas desde un punto de vista analítico, desde un punto de la
aplicabilidad y la necesidad de técnicas heurísticas aplicables a entornos
donde no existe la línea de vista.
En mucha disciplinas el tratamiento riguroso de un problema no es
siempre posible. Esto se debe a complexidad del problema en términos
del numero de variables implicadas o la dificultad para resolver en
tiempo breve procesos de cálculo complejos o el desconocimiento de
cómo múltiples variables se relacionan entre sí, la presencia de
esquemas muy ruidosos que enmascaran la funcionalidad de varios
factores. De cualquier forma, la experiencia acumulada en la solución de
problemas semejantes, soluciones simplificadas e intuición permite a los
ingenieros desarrollar soluciones a esta clase de problemas.
Estas metodologías conocidas como heurísticas son frecuentemente
combinadas con técnicas de simulación que permiten la obtención de
soluciones operables para el problema [4].
Aquí revisamos varias de estas técnicas aplicada al problema de
determinación de coordenadas en un contexto "adhoc" [5], [13].
5.1 Determinación de coordenadas
En un primer acercamiento se busca determinar la localización de un
nodo en un área delimitada por 3 referencias fijas o estaciones base
(también referida como puntos de acceso). Básicamente se buscan 3
mediciones u observaciones (01 ,02 ,O)que posibilitan, mediante un
procedimiento de geometría analítica, identificar los puntos de
intersección de 3 ecuaciones que, en ausencia de ruido, permiten
obtener de manera única las coordenadas de un punto de interés. Esto
se ilustra en la Figura 1.
Cuando el ruido está presente aparecen diferentes soluciones áreas de
incertidumbre y el procedimiento algebraico se acompaña con esquemas
de búsqueda de centroides [6]. Este esquema es adecuado cuando se
desconocen las estadísticas de ruido.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 13
14. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Cuando las características estadísticas del ruido son conocidas, una
alternativa es: tratar el problema de manera probabilística de manera,
que dado un con conjunto de observaciones (0,02,03 ), se buscará
encontrar la coordenadas de ubicación (X(,,) más probables. Esto es,
dado que se conoce (01 ,02 ,03 ), encontrar el (x,y0 )tal que
Pr{(x,y ) )I(01 ,07 ,03)} ~: Pr{(x,y)/(01 ,O, ,03 )} . Esta maximización de realiza
considerando todo el dominio factible de (x ' y)
Note que las observaciones se pueden referir a intensidad de campo,
tiempo de propagación, ángulo de arribo a una combinación de estas. En
ocasiones este planteamiento conocido como solución optima no es
aplicable ya que se desconocen las probabilidades de ocurrencia de
(x,y0 ) y la solución se aproxima por una solución sub-óptima o de
máxima verosimilitud. En todos los casos será necesario conocer las
características estadísticas asociadas al ruido de observación de los
parámetros. [8], [9].
1)
S i
(a) (b)
Figura 1: Esquema de trilaterización.
Localización basada en intensidad de Campo
Localización basada en diferencia de tiempos de arribo
Cuando el nodo a ser localizado se encuentra en los límites del área de
cobertura no es posible tener las 3 bases para establecer el esquema de
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 14
15. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
triangulación sin embargo el uso de mediciones de ángulo que
complementen la estimación de distancia permitiría localizar la ubicación
de un nodo. En la figura 2 se ilustra este esquema donde se requieren
solo dos sitios de observación: una estación base y una unidad de
localización remota que no tiene las funcionalidades de una base pero
que permite la obtención de los parámetros de ubicación [ 10].
Figura 2: Localización con solo dos Sitios (Estación Base BS y Unidad
Remota de Localización LMU- "Location Mobile Unit").
Se requieren medición de retardos de propagación y mediciones de
ángulo.
5.2 Escenarios Ad-Hoc
La estructura de los sistemas de telecomunicaciones permite la
busqueda de suscriptores a través de información en la llamada la
última milla. Esto es el último eslabón en una cadena de subsistemas
que finalmente llega al suscriptor.
Por ejemplo en antiguo servicio telefónico convencional los operadores
podían decir el punto de origen o destino a partir de datos en las
bitácoras de instalación de servicio. La resolución estaba limitada al
domicilio del suscriptor. Este esquema no es aplicable a sistemas
celulares donde los usuarios tienen una gran movilidad. En la
arquitectura básica de un sistema celular, las diferentes estaciones base
están conectada a centros de control que definen aéreas de servicio. Así
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 15
16. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
una primera resolución estaría definida por el área de servicio o en
mayor detalle por el tamaño de la celda o el sector donde se encuentra
el abonado.
El error de localización es siempre dependiente de la exactitud y
disponibilidad de los parámetros usados en el proceso. En el caso de los
sistemas celulares los suscriptores son alcanzables en un solo salto
desde una o varias estaciones base con ubicación conocida. El caso de
redes adhoc, la información viaja a través de varios nodos de ubicación
imprecisa y el error de localización tiende a ir en aumento con el
numero se saltos requeridos para establecer la conexión.
A medida que un paquete avanza a lo largo de una ruta puede ir
incorporando información a cerca de la ruta por la que viaja y es posible
conocer el número de saltos a que se encuentra un nodo de su punto de
acceso más próximo. Otra información puede ser cuales nodos son
alcanzables o pueden ser vistos desde un nodo en particular. Otra
información puede referirse a un nodo que es visto con diferentes
intensidades de campo por sus vecinos, también pueden incorporarse
observaciones de retardo u observaciones angulares asociadas a a cada
salto en la red ad-hoc.
Una premisa importante es que, en redes adhoc y redes de sensores,
la información puede enviarse como relevos o estafetas por los vecinos
propagándose hasta alcanzar un punto de acceso. Estos puntos de
acceso se ubican en sitios convenientes y no solo proporcionan
conectividad al resto de la red sino que son referencias geográficas del
sistema de localización.
5.3 Estimación indirecta de parámetros
La determinación de una ubicación solo es posible en relación a una
referencia acordada. In muchos casos el proceso de localización requiere
observaciones multiples desde diferentes sitios que proporcionan
información a un sitio central.
In otros sistemas la información de distancia es obtenible a partir que
indicadores de calidad de servicio. Por ejemplo en sistemas del tipo
wimax o LTE se asignan esquemas de modulación dependiendo de
indicadores de relación señal a interferencia la cual está asociada a
regiones geográficas.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 16
17. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
En general, puesto que la relación seña a interferencia o indicador de
calidad de servicio tienden a cambiar monótonamente con la separación
entre abonado y estación base. Los indicadores de calidad de servicio
pueden usarse Como indicadores de la región en que se encuentra un
nodo.
5.4 Parámetros de firma
Los individuos en un grupo pueden ser identificados por el conjunto de
características que distinguen a cada individuo. Por ejemplo en
reconocimiento de voz, la ubicación de las formantes y su intensidad
relativa puede ser usada para la clasificación de individuos. En sistemas
inalámbricos, la intensidad de diferentes frecuencias procedente de
diferentes bases permitirán desarrollar una firma asociada a una región.
Por ejemplo, la relación señal a interferencia tiende a disminuir de
manera monótona con la distancia entre la base y la unidad móvil y un
conjunto de valores de CIR puede ser asociado a una región geográfica
esto es si n,, experimenta un CIR> 1 , pertenecerá a la región
R, ={(x,y)Rx 2 +y2 ~p1 } y si <CIRÇ, , diremos n0 está contenido en
la región RiflR1.
10db
6,0db
85db
1.5db
50db
90db
Figura 3: Ubicación Geográfica de Regiones de Relación Señal a
Interferencia CIR.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 17
18. 1
PROCESC
DE
MAPEO
J.... INVERSO
Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
5.5 Mapeo de Parámetros.
ESPACIO DE FIRMAS
D1 1
PROCES
DE
MAPE(
YcF1J-(F -1OdJd+OJ-1Oa kJD-i+O.
ESPACIO DISCRETIZADO DE FIRMAS
as" 1as2 D#1
tl
1 d 7
4
4
1
Figura 4: Mapeo de Ubicaciones d (en una dimensión) a un Espacio de
Firmas de Intensidades de Señal (en dos dimensiones).
En un esquema muy general, en sistemas de radio las intensidades
recibidas desde diferentes bases permites definir áreas de pertenencia
[11]. Esto es, para varias estaciones base BS i=1,...,k. Cada
localizaciónn,, tendrá asociada una firma de ubicación F0 =(FOl,...FOk))
donde F01 indica la intensidad de campo procedente de la estación BS
Una vez que se conocen las observaciones F0 =(Fol,...FOk) se
contrastan con firmas de referencia y se asocia la que tiene mayor
semejanza.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 18
19. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
En la práctica el mapeo n0 ->F0 =(FOl,...FOk) puede diferir del ideal
debido a perturbaciones o ruido en el canal de medición y no siempre
puede garantizarse un mapeo biunívoco.
En la Figura 4 se ilustra el mapeo de una distancia d a un espacio
bidimensional de intensidades de campo. [ 1 0].
Aun cuando este planteamiento se asemeja al utilizado en teoría de la
estimación no se requiere la descripción estadística del canal sino que se
descansa en la definición de firmas y la búsqueda de la firma mas
semejante a los parámetros recibidos.
5.6 Escenarios de saltos múltiples
En los sistemas celulares los abonados de alcanzan mediante conexión
directa a estaciones bases bien establecidas.
Durante el proceso de transferencia de llamada (hand off) los abonados
son alcanzables desde varias estaciones y se selecciona la que permite
pronosticar un mejor desempeño. Estas observaciones asociadas a
diferentes bases son las que permiten un proceso de trilaterización para
fines de localización.
Las tendencias tecnológicas actuales favorecen los esquemas multi-
saltos (ver Figura 5) a fin de tener ahorros de energía y una mejor área
de cobertura. [7], [15]
Si bien, en los escenarios de un solo salto, la exactitud del proceso de
localización depende del error en los parámetros medidos, en los
esquemas multi-salto los errores tienden a acumularse resultando en
mayor incertidumbre y ante la falta de un esquema único se recurren a
diversas heurísticas que buscan determinar la localización de un nodo en
un ambiente extremadamente ruidoso.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 19
20. (X0,Y0?
Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
(X3,Y3)
Figura 5: Comunicación muitisaltos y localización de suma vectorial
("dead reckoning").
5.7 Cadenas de triángulos
Los triángulos son cuerpos rígidos que se determinan por al menos tres
parámetros. En redes adhoc, cada vez que un paquete pasa a través de
un nodo, el paquete es etiquetado de manera que en su destino se
conoce la secuencia de nodos por la que el paquete ha viajado. Por otra
parte en la red adhoc existen múltiples arcos entre los diferentes nodos
y cuando tenemos 3 nodos(n,nJ,nk) interconectados, decimos el
triangulo T(nl,nJ,nk)existe. Si se tienen 2 triángulos que tienen 2
vértices o nodos en común decimos que están concatenados. Ejemplo
de estos son los triángulosT(n 12 ,n10 ,n11 ) y T(n 11 ,n10 ,n9 ) en las Figuras
6a y 6b.
Note que en una red conexa todos los nodos deben ser alcanzables y no
pueden existir nodos, triángulos o concatenaciones de triángulos
aisladas sino que debe existir al menos una ruta con conexión a un
punto de acceso. [12] Tomando 2 puntos de acceso como parte de una
concatenación esta puede escalarse fijando los puntos de acceso como
referencias fijas. Esto permite asignar ubicaciones a los diferentes nodos
de la concatenación. Como se ilustra . la Figura 6-a donde se da la
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 20
21. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
ubicación real de los nodos (desconocida para el algoritmo) y la Figura
6-6b muestra localización obtenida como resultado del proceso.
6 6
14 2.
¿(AP)
4_
5 5
4
(AP) 12
(AP)12'
(a) (b)
Figura 6: Esquema de Concatenación de Triángulos. (b) Red Real. (c)
Localizaciones Obtenidas.
5.8 Vuelo aleatorio y Planteamiento Piramidal
La determinación de localización siempre demanda de conexión a puntos
de referencia. Cada eslabón en la red puede ser tratada como un vector
de una magnitud y una dirección. Y cada trayectoria puede considerarse
como la concatenación de eslabones aleatorios que definen una ruta.
En un entorno ad-hoc , las distancias viajadas dan la longitud de los
saltos y la dirección del salto dependen de la ubicación de los nodos. Y
aunque las rutas pueden seleccionarse de diferentes formas en este
trabajo suponemos que se ha optado por seleccionar la ruta más corta
ente los puntos de destino final.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 21
22. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
La heurística anterior supone que se desconocen las distancias entre
nodos. Aquí consideramos que se cuenta con alguna indicación de la
longitud de cada salto. Sin embargo se desconoce la dirección de cada
salto lo que impide la aplicación de un esquema de "dead reckoning"
[4], [7].
Si consideramos un área definida por 3 puntos de acceso APA , APB and
AP(.. , que tiene ubicaciones respectivas en las coordenadas (xA,yA),
(XB , YB)y (xC,yC) (ver Figura 7). Y llamamos (x0 ,y0 )las coordenadas
del nodo n, que deseamos obtener. La conexión entre el nodo no y
AP 4 , es obtenida mediante la concatenación de saltos
APA P PAN (k) n 0
1 1
En principio las localizaciones de los nodos son desconocidas a
excepción de los puntos de acceso. Sin embardo las distancias de cada
salto pudieran ser estimadas a partir de retardos o niveles de la señal
recibida. Así un primer estimado de las distancia entre el nodon 0 y el
punto de acceso APA puede estar dado por la suma
84 = d(AP4 ,P41 )+ A, +d(P41 ,P4k )+ +...+d(P4.. 1 ,n0 )+& de las longitudes de los
saltos donde Ak se refiere al error en el k-esimo salto.
De manera semejante se pueden obtener sobre estimaciones 6B " sc
de las distancias entre el nodo n0 y los puntos de acceso APB and
APc, respectivamente. Note que las estimaciones
8A' 8B <5c pueden
inducir errores en diferentes direcciones. Sin embargo, estos errores
tienden a compensarse entre sí. Con esto en mente y tratando de
mantener una baja complejidad, la localización puede ser inferida
notando que las distancias
8A' <5BY S C definen las aristas de una
pirámide con vértice y y base APA, APB and APc como se ilustra en la
Figura 7.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 22
23. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Este vértice puede proyectarse perpendicularmente sobre la base de la
pirámide como el punto ,, y este será considerado como la
localización buscada.
V,y,z)
"PC
APA
APB
Figure 7: Representación del Esquema de Localización Piramidal.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 23
24. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
5.9 Algoritmos de discretización
La discretización es una práctica Común en ingeniería que proporciona
ventajas de simplificación a expensas de introducir errores llamados de
cuantización. En redes ad-hoc el número de saltos usados para
establecer una conexión es un número entero que puede ser usado
como punto de partida para establecer la discretización del espacio de
localización [6], [14].
Suponemos que el espacio de localización esta conceptualmente
segmentado por una retícula rectangular (retícula Manhattan) donde los
nodos ocupan posiciones en los cruces de la retícula. Así la localización
de puede expresar en términos del numero de pasos Manhattan a los
que está el nodo de sus puntos de acceso y una ubicación (x,y) es
mapeada en un vector donde el numero de dimensiones
k está definido por el número de puntos de acceso y J es la separación
del nodo al punto de acceso AP. (ver Figura 8).
AP1
AP ..........
Ot
2O Li
AP1 AP, 12
Figura 8: Mapeo de (x,y) al espacio 3-D.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 24
25. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Note que el mapeo (x,y)(A...,K)es biunívoco de forma que (x,y)
puede recobrarse de las distancias estimadas {S}. En la práctica la
localización de los nodos puede diferir de las esquinas de la retícula
Manhattan y el error de cuantización será dependiente en gran medida
de la exactitud con que se estimaron las distancias Manhattan {8}.
En un primer planteamiento podemos suponer que cada salto
corresponde a un paso unitario en la retícula Manhattan. Esto
proporciona estimado burdos pero que podrán mejorarse usando
coeficientes de ponderación o factores de escalamiento S f adecuados.
El factor de escalamiento spuede obtenerse comparando el número de
saltos en una ruta entre dos puntos de ubicación conocida con la
separación real entre ellos. Este proceso puede repetirse y promediarse
sobre todas las rutas disponibles entre localizaciones conocidas.
Un planteamiento alternativo para la estimación del salto básico puede
ser a partir de mediciones de intensidad de campo y/o retardos de
propagación. Considerando un punto P0 que está conectado a un nodo
con ubicación P1 , y cuya separación máxima posible es R (P es conocido
como radio de alcanzabilidad). En la Figura 9-a se ¡lustra cómo puede
asignarse a P1 una distancia dependiendo de la región donde se
encuentra. Por ejemplo, la región R2 define los puntos que están más
próximos al vértice que esta una distancia Manhattan 2 de P0 . La
región R1 corresponde a los puntos que están a un paso Manhattan de
P0 . De manera semejante R0define la región de puntos más próximos a
Po .
Así, a salto (P0 , p1 ) se le asigna una distancia Manhattan de acuerdo a la
región donde se loca liza P1 .
Aun cuando la localización de P1 es desconocida, la distancia
d(P0 ,I1 ) puede estimarse a través de intensidades de campo o retardos
medidos, de manera que al
arco(P0,p0
se le puede asignar una
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 25
26. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
distancia 8(P01 P1 )=i de la siguiente manera: si Pe R, ¡ = 0, 1, 2,
entonces ¿i(P0 ,P1 )=i (vea Figura 9-b). Note que las regiones R se
definen como R ={Ij :p11 ~ d(P0 ,P1 )<p1 } donde los umbrales {p} i= 0,1,2
se seleccionan de manera que el error de asignación sea mínimo.
R1 H
R9
R1
R
4
A
(a) (b)
,
Figure 9: Estimación de Distancia Manhattan en Base a Rangos.
5.10 Trilaterización Manhattan
En una retícula Manhattan las distancias entre 2 nodos fl(Xn,yn) y
m(xm,ym) pueden definirse como d(n,m) = Ix - Xml + IYn - YmI
Consecuentemente una circu nferencia
puede visualizarse como un rombo
(ver Figura 10). Y la ubicación de un nodo puede representarse como la
intersección de 3 circunferencias Manhattan Mc()donde 5, denota
la distancia del móvil al punto de acceso más próximo AP,
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 26
27. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
AP3
t1 ,'
;<
/
4
/
Figura 10: Círculos Manhattan e Intersección.
5.11 Programación Entera
Una métrica para medir la separación de dos sitios es la distancia
d(n, n)=[(x X)a +(y,,y1)a]Ic;a >0, donde (x1 ,y,) indica las coordenadas
del punto n,. Esta generalización es conocida en la literatura como
métrica Minkowsky y para a = 2 coincide con la conocida métrica
euclideana y con la discutida métrica Manhattan cuando a=1. [18]
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 27
28. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
E&12
Ap1(r1JI)
Figura 11. Regiones de Localizacion en la Reticula Manhattan.
Si denotamos por d, la separación Manhattan de los puntos de acceso
APA, APB y sea d la distancia Manhattan a los puntos de acceso APA
and APc, la localización del nodo (x0 ,y0 ) puede inferirse (en ausencia
de ruido) a partir de las distancias 6A'8B'8c de acuerdo a
X0
8B +6c)_dyl 12 , 8A +8B)_dx]12.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 28
29. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
En un escenario práctico las observaciones son ruidosas pero podemos
proponer que los puntos a localizar satisfagan restricciones. Por
ejemplo: 0 ~ 6A_8J3 ~ dx; O_<5A_6CH<dy; SAC=dx+dv,
Estas restricciones permiten definir restricciones que deben ser
satisfechas. Así encontrar la localización puede formularse como un
problema de programación entera que encuentre en una región factible
la tripleta (8A *,SB *,6c *) más próxima a una observación(AA,AB,AC)esto
es mm 8 * - A + 8 * - A + 6 * AA A B C
5.12 Manhattización en 3 Dimensiones.
La mayoría de las aplicaciones descritas en la literatura consideran
ambiente planares sin embargo en la práctica muchos escenarios son
tridimensionales. La formulación aquí descrita puede ser extendida a
entornos tridimensionales que demanda de estrategias de localización
en 3D. En este caso, los radios de alcanzabilidad definen esferas que
sirven como base de un espacio Manhattan 3D donde debe ser
localizado el nodon 0 . Puede suponerse que existen trayectorias de
conexión a puntos de acceso que definen un espacio cubico donde los
AP5 ocupan esquinas opuestas. (Ver Figura 11). Considerando que fl ()
esta a una distancia Manhattan8 4 de AP4 and 83 de AP3 ; y
suponiendo (AP 4 ,AP8 ) están entre sí a una distancia 8 43
Si 8.4 +83 =843 , fl () estará en la cara del cubo que contiene AP4 and AP3 .
Por otra parte si 6,4 + 63 ~i 6 43 y en ausencia de ruido n(x 0 ,y,z 0 ) estará
en un plano paralelo con una ordenada
= 6• +83 6AB
Un argumento similar puede aplicarse a las caras del cubo que contiene
los APs (AP,AP(.) and (AP,AP/) ), de manera que las coordenadas x(,y
z están dadas por x,,
61+J)1)
and =
2 2
Note que el ejemplo descrito utilice un solo plano por coordenada. Sin
embargo hay seis planos que pueden usarse como información
redundante para compensar los efectos de ruido.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 29
30. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
LM
01
&Pc
Figure 12: Escenario de Localización Manhattan en 3D.
5.13 Enfoque Relacional y Método de vecindarios
Se ha señalado que desde una perspectiva filosófica, localización solo
tiene sentido en el contexto de otras localizaciones. En otras palabras,
es siempre necesario establecer el marco referencial que en algunos
casos consiste de sistemas coordenados con un origen convenido.
Ejemplos de esto son los sistemas de coordenadas rectangulares o
polares.
Estas referencias son, frecuentemente. Consideradas fijas o conocidas.
Sin embargo en la práctica, frecuentemente solo tenemos una idea
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 30
31. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
imprecisa del sistema referencial y obtenemos la referencia a partir de
relaciones vagas e imprecisas. Aquí recurrimos a algunos sistemas
relacionales sin recurrir directamente a estaciones o puntos de acceso
fijos.
Por ejemplo un nodo que desea conocer sus coordenadas pregunta a sus
vecinos sobre su ubicación.
Cuando sus vecinos le contestan el nodo podrá inferir su localización. En
este esquema se presupone que al menos algunos vecinos conocen su
ubicación y a medida que más vecinos se incorporan al proceso se va
aumentando la precisión.
La forma en que los vecinos conocen su ubicación es mediantes
estimaciones que pueden ser muy precisas (como por ejemplo ellos
conocen su ubicación a partir de equipos GPS) o muy vagas por ejemplo
cada vecino solo conoce el numero de saltos que experimenta un
paquete para llegar a una estación base. Sin embargo, a partir de la
longitud de promedio de cada salto o de mediciones de distancia, el
estimado puede mejorarse. Cabe mencionarse que el número de vecinos
es aleatorio por lo que la precisión del algoritmo ha de caracterizarse
proba bilística mente.
Otro esquema es poder establecer esquemas de dead reckoning
estocásticos donde mediante observaciones a de los vecinos más
próximos y de los más distantes, podemos aplicar esquemas como la
concatenación de triángulos. El comportamiento de este esquema será
también estocástico.
Para ilustrar el planteamiento básico de localización relacional.
Consideramos un escenario lineal donde el nodo (Ver Figura 13). n0
pregunta a sus vecinos sobre sus proximidades a los puntos de acceso
AP 4 y APB , estas preguntas son clasificadas de forma que del número
total de vecinos N = NA + NB es conocido así como el numero NA de
vecinos que están más próximos a APA y el número NB de vecinos están
más próximos a AP8
Si NA = NB , puede considerarse que no se encuentra en el punto medio
del segmento de recta que conecta AP 4 y AP8 . Suponiendo que los
vecinos se distribuyen uniformemente en su vecindario, la proporción
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 31
32. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
N
de nodos más próximos a AP4 proporciona un indicador
N 4 + NB
AAB de que tanto la localización del nodo n0 experimenta un corrimiento
haciaAP4 . Mediante argumentos geométricos puede mostrarse que
define una cuerda en circulo de alcanzabilidad define
B
y A 1, se relacionan como
A + B
R 2 2A 2 2
2
B = - [cos1 R2 —1) - sin' (cos
R2
1))]
Y A y B son las áreas de los segmentos de circulo divididas por la
cuerda.
Note que en un escenario planar y bajo la misma hipótesis de nodos
uniformemente distribuidos la misma proporción
= B
de áreas A y
A+B
B se mantiene para todos los puntos en la ortogonal al segmento AP 4
APB y que pasa por n,, (ver figura 13-b).
El mismo proceso puede aplicarse al par de flOdOSAPB ,AP(, y el nodo
puede considerarse ubicado en la intersección de las líneas y
II O 'AB (Figura 13 c). Este proceso puede extenderse a todos los posibles
pares de puntos de acceso a fin de compensar variaciones aleatorias en
el número de vecinos que rodean a un nodo.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 32
33. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
(a)
AP
II
4
AP
AP
Figura 13: Esquema de Localización Basado en Vecinos.
Corrimiento dependiente en el numero de vecinos
Invariancia del corrimiento
Esquema en dos dimensiones
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 33
34. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
6. Conclusions
Si bien determinar la localización de un dispositivo conlieva diferentes
desafíos, es también de atención los tipos de servicios que pueden
ofrecerse bajo el concepto de sistemas basados en la en la ubicación.
Estos servicios requieren de arquitecturas específicas que demandan.
• Diversas formas de adquirir la información de localización y
capacidad para combinarlas armónicamente
• Intervención mínima de usuarios
• Capacidad de operar en diferentes escenarios sin degradación
de desempeño
• Desarrollo de esquemas cooperativos para incrementar la
funcionalidad del sistema
• Capacidad de integrar nuevas tecnologías sin tener que
obsoletizar toda la infraestructura
Si bien los sistemas LBS pueden de manera general clasificarse en
grandes grupos como: militar y gobierno, industrial, emergencia,
comercial y de usuario final. Estos sistemas deben ser diseñados para
satisfacer los requerimientos funcionales específicos de cada servicio.
Estos servicios varían desde la forma de despliegue e interacción con los
usuarios, hasta formas de manejo de la información, confidencialidad,
tiempos de respuesta demandados y precisión requerida.
Ejemplo de estos requerimientos de precisión se ilustra en la tabla.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 34
35. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
AdWISO1 Lb appiicarions
Informacion de Trafico Media
Condiciones de manejo Media
Mapas y Rutas Alta
Juegos Baja
Información y
entretenimiento
Proximidad Media
Zonas de tiempo Baja
Anuncios Baja
Noticias Media
Asignación de recursos Alta
Localización de Personal Alta
Rastreo de Inventario Alta
Pago y Control de Peaje Alta
Rastreo Ayuda en Siniestros Media
Manejo de flotillas Media
Control de Acceso Baja
Rastreo de llamadas Alta
Establecimiento de comunicaciones Baja
Enrutamiento Cargo de llamadas Baja
Selección de proveedores Baja
Monitoreo de Personal Alta
Monitoreo de movilidad en Emergencias Alta
Safety and Security Detección de intrusos Alta
Servicios de Emergencia Alta
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 35
36. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Cabe destacar que la aplicación de información de localización requiere
de marcos regulatorios tanto para promover como para limitar el uso de
la información a fin de no quebrantar la privacidad de los usuarios. Así
los lineamientos para servicios de seguridad y supervisión policial
tendrán diferentes reglas que las de uso de servicios de emergencia o
servicios comerciales o entretenimiento. Desear ser exhaustivos, dentro
de los servicios de de localización con tecnologías inalámbricas podemos
mencionar:
• despliegue en tiempo real de información de auto localización. El
usuario ha perdido su ruta y desea ubicarse.
• Inventario en tiempo real donde las existencias son ubicadas y
contadas de manera automática
• Monitoreo de medio ambiente identificando los puntos de riesgo.
• Monitoreo de áreas de riesgo mediante unidades no tripuladas en
zonas de desastre
• Sistemas inteligentes de distribución a fin de optimizar existencias y
flujo de productos
• Localización de individuos como; pacientes con debilidad mental en
centros de asistencia médica; infantes en campos de diversión o en
áreas comerciales.
• Anuncios en base a la proximidad de un comercio.
• Información turística dependiendo de la ubicación
• Sección amarilla móvil
• Bases de datos mobiles
• Juegos dependientes en la ubicación.
• Tarifas dependientes de la ubicación.
• Acceso a información dependiente de la ubicación
• En el área de comunicaciones las aplicaciones son múltiples e
incluyen enrutamiento dependiente de la ubicación. Actualmente se
trabaja en el concepto de radio cognitivo donde las aplicaciones y
soluciones son dependientes de la ubicación de las Fuentes de radio.
Todos los servicios basados en la localización requieren de una o varias
plataformas tecnológicas donde diferentes componentes interactúan
para proporcionar la solución deseada.
Como ejemplo de los componentes podemos mencionar:
• Dispositivos móviles: equipos de usuario final que son capaces de
generar peticiones y de desplegar respuestas.
• Red de comunicación
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 36
37. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
• Componentes de posicionamiento: hardware de adquisición de
información y procesamiento para calcular la posición.
• Proveedores de aplicaciones: ofrecen al usuario soluciones de
valor agregado en base a la información de.
• Proveedores de contenido: bases de información que pueden
correlacionarse con la posición del usuario.
Estos componentes puede considerarse las columnas de la plataforma
tecnológica sin embargo no necesariamente deben tener un solo dueño,
ya que pueden requerir de áreas especializadas que pueden adquirirse o
rentarse de terceros. Esto permite reducir costos en el ofrecimiento de
un servicio y el desarrollar nuevas aplicaciones en tiempos más breces,
lo que permite estimular el mercado.
Por ejemplo los proveedores de red pueden ser independientes del los
proveedores de información de localización e intercambian información
cada vez que una petición lo demanda.
Por otra parte el operador de contenido posee las bases de datos de
sitios y aplicaciones que se relacionan para proporcionar valor agregado.
De esta forma se destaca que el crecimiento de los mercados de
servicios basados en localización
Dependerán no solo de las tecnologías de localización pero también de
la habilidad de los diferentes participantes en armonizar sus
interacciones.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 37
L.4
38. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
........................
DISPOSITIVOS
MOVILES
LAPTOPS, POAS,
TELEFONOS :
CELULARES,
: ETC
.... te
Si bien la localización es un elemento esencial para el funcionamiento y
supervivencia de una comunidad, también permite un número grande de
opciones para el esparcimiento y para potenciar el comercio.
Si algunos sistemas han alcanzado niveles de penetración muy altos y
las tasas de crecimiento se han vuelto lentas en algunos segmentos y
las compañías deben luchar con enjundia para mantener un lugar en el
mercado.
En un entorno donde la tecnología está disponible para todos, la ventaja
competitiva viene de la capacidad de ofrecer nuevos servicios que sean
útiles y atractivos para los usuarios.
La determinación de la localización permite a los diferentes proveedores
de servicios concebir nuevas soluciones en beneficio de sus clientes.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 38
39. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Los nuevos sistemas de redes de sensores y tecnologías vehiculares
también demandarán información de localización abriendo el abanico
para nuevas soluciones y técnicas de localización, así el área de Position
Locations permanecerá como un segmento de grandes desafíos técnicos
y de comercio.
7. Referencias
Ming-Tuo Zhou , Yan ZhanQ , Laurence T. Yang: Wireless
Technologies in Intelligent Transportation Systems (Transportation
Issues, Policies and R & D). Nova Science Pub Inc (2010).
Drane.C. , Rizoz, C. Positioning Systems in Intelligent Transportation
Systems, Artech House, 1998.
Caffery 3. and Stuber, G. L.: "Overview of radiolocation CDMA
cellular systems", IEEE Commun. Magazine, vol. 36, no. 4, pp. 38-45,
Apr. 1998.
Torres, R. "Técnicas de localización heurísticas en redes ad-hoc y de
sensores", M.Sc. Thesis, Monterrey Tec., 2009.
Patwari, N. Hero III, A. O.: "Location Estimation in Wireless Sensor
Networks", 36th Asilomar Conference on Signals, Systems and
Computers, Volume 2, 2002 pages 1523-1527.
Villalpando Hernández, R.: "Heuristic Methods Based on Manhattan
Model for Position Location in Ad Hoc Networks", M.Sc. Thesis,
Monterrey Tec., 2003.
0. Hernandez, F. Bouchereau,D. Muñoz, Maximum likelihood position
estimation in ad-hoc networks using a dead reckoning approach, IEEE
Transactions on Wireless Communications, 7 (5) Part 1 (2008)
1572584.
H.L. Van Trees, Detection, Estimation, and Modulation Theory, John
Wiley & Sons, 1968.
J.M.Wozencraft, I.M. Jacobs, PrincipIes of Communication
Engineering, Waveland Press, Inc., 1990.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 39
40. Determinación de Coordenadas: Heurísticas para Nuevos Servicios
Munoz, D., Suarez, L. and Cruz, R.: "Position Location Scheme for
Low Coverage Areas", IEEE Mobile Communication Technology Conf, pp.
291-295, 2004.
Castro, C.: "Multidimensional Scaling applied in Position Location
Systems" M.Sc. Thesis, ITESM, 2002.
Sanchez, E.: "Localización de nodos en redes de sensores
utilizando relaciones de proximidad", M.Sc. Thesis, Monterrey Tec.,
2006.
Mauve, 3, Widmer, 3. and Hartenstein, H.: "A Survey on Position
Based Routing in Mobile Ad Hoc Networks", IEEE Networks Magazine,
Nov/Dec., 2001.
Gudmundsson, 3., Levcopoulos, C., and Narasimhan, G.,
"Approximation Minimum Manhattan Networks," Nordic Journal of
Computing, Vol. 8, No. 2, pp. 219-232, Summer 2001
Niculescu, D. and Nath, B.: "Ad Hoc Positioning System (APS) using
AOA", Proc.IEEE Infocom, 2003, vol. 3, pages 1734-1743.
[16]Yamamoto R., Matsutani H., Matsuki H., "Position Location
Technologies using signal strength in Cellular Systems," In Proceeding of
the 53rd IEEE Vehicular Technology Conference, May 2001.
El-Rabbany, A. Introduction GPS: the Global Positioning System.
Artech House, 2006.
Villalpando, R., Muñoz-Rodriguez, D, Vargas Rosales, C and
Rodriguez J.R: Position Location in Ad-hoc/Sensor Networks: a Linear
Constrained Search Communication Letters, pp 605-607, 2011.
Especialidad: Comunicaciones y Electrónica 40