Местоопределение абонентов в сетях сотовой связи..

Местоопределение абонентов в сетях сотовой связи..

МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЕ АБОНЕНТОВ В СЕТЯХ СОТОВОЙ СВЯЗИ

В 1998 – 1999 г.г. в нашем журнале публиковалась серия статей по проблемам местоопределения подвижных объектов (статьи Петрова Н.Н. в №№ 3, 4-5 1998, №№ 1-2, 3 1999) и различным способам построения систем автоматизированного определения местоположения транспортных средств, так называемых AVL (Automatic Vehicle Location) систем. Надеемся, что ознакомление с этими материалами помогло нашим читателям оценить разнообразие используемых методов и технических средств.

Бурное развитие систем мобильной связи предложило новые варианты решения проблем местоопределения за счет интеграции технологий сотовой связи и AVL-систем.

Предпосылки создания новых технологий

С одной стороны, при построении диспетчерских AVL-систем, с помощью которых осуществляется централизованный контроль за местоположением и перемещением подвижных объектов в определенной зоне, одну из наиболее сложных проблем представляет организация надежного канала связи между контролируемыми объектами и диспетчерским центром. Построение специальной сети радиосвязи для системы местоопределения – весьма дорогое удовольствие, которое может быть экономически оправданным только в случае небольших зон, т.к. затраты на создание инфраструктуры сети растут прямо пропорционально размерам территории и количеству контролируемых объектов. Наибольший же интерес представляет создание крупных систем местоопределения, зона действия которых охватывает какой-либо город или регион, а число контролируемых объектов может расширяться в широких пределах.

Поэтому использование в качестве транспортной среды каналов систем сотовой связи с уже реализованной инфраструктурой сети позволяет наиболее оптимально с экономической точки зрения решить данную проблему. Кроме того, сотовые сети поддерживают высокую интенсивность связи и имеют широкую зону охвата.

С другой стороны, заложенные в основу различных стандартов сотовой связи технические принципы их построения, способность расширения функциональных возможностей сотовых телефонов и базовых станций, возможности модификации программного обеспечения центрового оборудования создают предпосылки для реализации AVL-систем на новых технических принципах. Например, для определения координат местонахождения абонента сотовых систем можно использовать результаты работы канала синхронизации систем стандарта GSM или данные, получаемые от имеющейся в оборудовании стандарта CDMA подсистемы точного управления мощностью передатчиков радиотелефонов.

Очевидно, понимая преимущества интеграции технологий и открывающимся на ее основе возможностям, Федеральная комиссия по электросвязи США приняла 12 июня 1996 г. постановление (документ 94-102) об обязательном оснащении служб экстренной помощи системами местоопределения подвижных объектов и определила технические требования к таким системам. Согласно этому распоряжению к октябрю 2001 г. все операторы сетей мобильной связи должны обеспечить свои сети средствами определения местоположения абонентов, позвонивших по телефону службы спасения 911. При этом точность местоопределения должна быть не хуже 410 футов (около125 м) в 67 % случаев. Распоряжение Федеральной комиссии по электросвязи США дало мощный стимул для компаний, занимающихся разработкой систем местоопределения и желающих внедриться на американский рынок.

Позднее, 15 сентября 1999 г., Федеральная комиссия утвердила новые требования к предоставлению абонентам сотовых сетей услуг службы спасения. В соответствии с этими требованиями специализированные мобильные телефоны с функцией определения положения должны обеспечивать среднеквадратическую погрешность определения местоположения не хуже 50 метров (для 67% вызовов), а максимальную – не более 150 м (для 95% вызовов). Операторы сетей сотовой связи должны обеспечить выполнение этих требований к 2005 г.

Подобные решения могут быть приняты в ближайшее время и Европейской комиссией по связи.

Технологии местоопределения в сетях сотовой связи

Решение задачи местоопределения радиотелефонов в сетях сотовой связи началось с простейшего метода, который получил название Cell ID. Это метод базируется на определении местоположения абонента с точностью до соты путем фиксации базовой станцией сигнала радиотелефона, а при приеме несколькими станциями – определения максимальной амплитуды сигнала. Территория, в которой может находиться абонент, может быть уточнена, если используются секторные антенны. В этом случае, при приеме сигнала несколькими базовыми станциями грубо вычисляются направления его прихода. Погрешность местонахождения таким способом достаточно низка и может доходить до 30 км.

Поэтому большинство существующих предложений систем местоопределения на основе сотовых сетей базируется на трех более современных конкурирующих технологиях:

— технологии времени прибытия TOA (Time of Arrival), основанной на измерении и сравнении интервалов времени прохождения сигнала от мобильного телефона абонента до нескольких базовых станций;

— технологии разности времен OTD (Observed Time Difference), основанной на измерении и сравнении интервалов времени прохождения сигналов от нескольких базовых станций до мобильного телефона абонента;

— технологии совмещения сотовых телефонов с приемниками спутниковой радионавигации A-GPS (Assisted Global Positioning System), основанной на встраивании GPS-приемников в мобильные телефоны.

Две первые из перечисленных технологий используют так называемый разностно-дальномерный принцип позиционирования и отличаются местом измерения интервалов прохождения сигнала (или на базовых станциях, или в самом мобильном телефоне). Основные принципы, положенные в основу каждой из технологий, достигаемая точность, достоинства и недостатки методов приведены в таблице 1.

Технология TOA

При точно известном моменте времени приема сигнала сотового телефона возможно вычисление расстояния от абонента до антенны базовой станции. Однако в случае измерения интервала времени прохождения сигнала одной базовой станцией для определения расстояния требуется жесткая синхронизация работы всех элементов системы с точностью до долей мимкросекунды, что практически неприемлемо для существующих сетей сотовой связи.

Поэтому более просто реализуется требующий менее жесткой синхронизации метод местоопределения абонента сети сотовой связи по разности моментов времени прихода сигнала радиотелефона в трех или более различных базовых станциях. В ряде источников эту модификацию технологии TOA обозначают как TDOA (Time Difference of Arrival).

Базовые станции, принимающие сигнал радиотелефона, должны быть оснащены блоками определения местоположения LMU (Location Measurement Unit). По различию времени поступления сигнала управляющим компьютером сети сотовой связи с помощью алгоритма, который называется триангуляционным, рассчитывается местоположения передатчика. Процесс позиционирования инициируется абонентом и заканчивается передачей абоненту данных о месте его нахождения.

При использовании технологии TOA достигается достаточно высокая точность местоопределения, которая зависит от ширины полосы частот сигнала, точности синхронизации и среды распространения сигнала. Расчетные данные показывают возможность определения местоположения абонентов сотовых сетей с точностью до 125 м без модификации радиотелефонов. Дальнейшее повышение точности может быть достигнуто при изменении аппаратных и программных ресурсов сотовых телефонов.

К недостаткам данной технологии относится необходимость оснащения практически всех базовых станций блоками LMU, что требует больших затрат на модификацию инфраструктуры сети сотовой связи. Для обеспечения высокой точности необходима синхронизация работы этих блоков в пределах всей сети, что обычно приводит к использованию в составе каждого блока приемника GPS. Программное обеспечение сети также должно быть подвергнуто серьезной модификации для обеспечения приема сигнала сотового телефона не менее чем тремя базовыми станциями.

Технология OTD

Гораздо меньших затрат в модификацию инфраструктуры сети требует технология OTD, при использовании которой измерение времен прибытия сигнала производятся не базовыми станциями, а самим радиотелефоном.

Управляющий контроллер сотового телефона измеряет время прохождения сигнала от нескольких базовых станций, одна из которых оснащена блоком LMU. Для получения информации о своем местоположении абонент совершает звонок, при котором его телефон до установки речевого соединения посылает специальное короткое сообщение. Данное сообщение включает информацию о временах получения сигналов, непрерывно транслируемых базовыми станциями при нормальной работе сети.

Получив сообщение от телефона, специальный центр мобильной локализации MLC (Mobile Location Centre) производит необходимые вычисления для расчета местоположения, после чего пакет данных с координатами места нахождения абонента пересылается на сотовый телефон. Весь процесс, как правило, занимает не более нескольких секунд.

По сравнению с методом TDOA технология OTD требует меньшего количества LMU, ориентировочно достаточно одного модуля на четыре базовые станции. Модули могут входить в состав базовых станций или размещаться отдельно.

Другим преимуществом является отсутствие необходимости жесткой временной синхронизации работы модулей LMU, т.к. в данном случае известны расстояния между LMU и интервалы времени прохождения сигнала от базовых станций до телефона. Система позиционирования может быть обучаемой, теоретически все возможные положения абонентов на конкретной территории с определенной точностью могут быть вычислены и занесены в базу данных, хранящуюся в памяти центра мобильной локализации.

Вместе с тем, технология OTD требует изменения программного обеспечения мобильных радиотелефонов, что создает неудобства для пользователей, т.к. им придется либо нести свои аппараты в сервисные центры для модификации программного обеспечения (если это еще и возможно!), либо покупать новые модели сотовых телефонов.

Технология A-GPS

Многие компании, разрабатывающие системы местоопределения подвижных объектов, идут по пути интеграции сотовой связи с глобальной системой спутниковой радионавигации – GPS. Для этого GPS-приемники встраиваются в мобильные телефоны, а при реализации централизованной диспетчерской системы контроля за подвижными объектами информация о местоположении абонентов передается по каналам сотовых систем в виде специальных или стандартных коротких сообщений.

Некоторые компании уже начали производство сотовых радиотелефонов с встроенными GPS-приемниками. Подобные модели были представлены на выставке “Связь-Экспокомм-2001 финской фирмой Benefon, продемонстрировавшей два варианта сотовых телефонов, совмещенных с GPS-приемниками: профессиональный телематический телефон Benefon Track Pro и персональный навигационный телефон Benefon Esc .

К несомненным достоинствам подобных систем относится высокая точность местоопределения и глобальное покрытие. После снятия ограничений на точность определения местоположения с помощью системы GPS гражданские потребители имеют возможность узнать координаты своего местонахождения с точностью до 10 м. При этом определение местоположения может производиться и вне зоны действия сети сотовой связи.

При внедрении данной технологии инфраструктура сети сотовой связи затрагивается только в части программного обеспечения, установка дополнительных аппаратных модулей на базовых станциях или в центре коммутации не требуется, а спутниковая группировка уже находится на орбите.

Однако для пользователей переход к технологии A-GPS будет означать существенные дополнительные расходы, т.к. необходима замена сотового телефона. При этом очевидно, что встраивание GPS-приемников в телефоны будет увеличивать их габариты, вес и энергопотребление. По крайней мере, в первые годы выпуска подобные модели будут стоить заметно дороже обычных мобильных телефонов.

Стоит упомянуть и о недостатках, присущих глобальной системе позиционирования GPS.

Во-первых, несмотря на глобальность покрытия, определение координат производится только при прямой видимости GPS-приемником не менее трех спутников. Поэтому определение местоположения зачастую невозможно в закрытых помещениях, низинах, в условиях плотной городской застройки или под плотной листвой.

Во-вторых, GPS-приемники требуют большого времени на начальную установку, для приведения приемника в состояние готовности и получения первого отсчета после включения питания может потребоваться 30 – 90 секунд, а в некоторых случаях и больше.

Следует, правда, отметить, что данные недостатки могут частично компенсироваться за счет интеграции с системой сотовой связи: сеть может “подсказывать недостающую информацию для определения местоположения или инициализации, а также брать на себя” часть необходимых сложных вычислений для снижения энергопотребления.

Таблица 1.

Конкуренция рассмотренных выше технологий позиционирования подвижных объектов в сетях сотовой связи не привела пока к выбору единого подхода или метода. Тем более, что в конкретных системах местоопределения базовые технологии нередко подвергаются определенной модификации за счет совмещения нескольких технологий или добавления элементов других технологий местоопределения, например, угломерных систем. В этом случае, для повышения точности определения местоположения рассчитываются направления прихода сигналов сотовых телефонов. Один из примеров, когда угломерные системы позволяют существенно улучшить точность позиционирования, — это загородные трассы, где базовые станции часто находятся на одной линии вдоль дороги. Подобное расположение ячеек сотовой сети неудобно как для угломерных, так и для разностно-дальномерных систем. Однако комбинация этих технологий позволяет осуществлять точное местоопределение.

Для использования угломерных методов позиционирования на базовых станциях сети устанавливаются фазированные антенные решетки, а пеленгование источника сигнала осуществляется без внесения каких-либо модификаций в абонентское оборудование.

Примеры систем

Среди наиболее известных функционирующих или проходящих испытания систем местоопределения в сетях сотовой связи можно назвать:

— систему Cursor английской фирмы Cambridge Positioning Systems (CPS);
— систему Mobile Positioning System компании Ericsson;
— систему RadioCamera фирмы U.S.Wireless Corp.;
— систему персональной идентификации Personal Location System американской компании SnapTrack.

Система Cursor английской фирмы CPS использует технологию OTD. По данным проведенных летом 1999 г. фирмой CPS совместно с компанией Vodafone Airtouch и Ассоциацией автомобилистов испытаний точность определения местоположения составляет 125 м в 83 % случаев и 75 м в 51 % случаев. Компания CPS проводит работы по достижению средней точности местоопределения 50 м.

Для работы Cursor требуется установка у оператора дополнительного оборудования в соответствии с принципами технологии OTD (1 модуль LMU на 4 базовые станции) и незначительная модификация программного обеспечения мобильных телефонов, которая может быть достигнута перепрограммированием памяти базовых микросхем мобильного телефона. Принципиально Cursor может работать и с аппаратами, не оснащенными соответствующим программным обеспечением, но в этом случае погрешность местоопределения составляет около километра.

Компания CPS планирует развертывать системы Cursor в Великобритании, других странах Европы и Северной Америке. Компании Ericsson и Siemens уже приобрели лицензию на технологию Cursor. Успешные испытания Cursor проведены в США GSM-оператором VoiceStream. Для продвижения своего продукта CPS заключила соглашение с компанией ARM, крупным поставщиком микросхем для мобильных телефонов ведущих производителей, о записи своего программного обеспечения в данные микросхемы.

Система Mobile Positioning System (MPS) компании Ericsson предназначена, в первую очередь, для операторов сотовых сетей стандарта GSM. Отработка системы, построенной, в основном, на базе технологии TOA, проводится совместно с крупнейшим шведским оператором — компанией Telia.

Функционирование MPS не затрагивает программного обеспечения абонентских терминалов. Кроме того, включение функций местоопределения не требует модификации инфраструктуры сети, если у оператора установлено коммутационное оборудование компании Ericsson, поскольку эти функции уже включены в версию GSM R.8 систем GSM данной компании.

Компании Ericsson и Telia утверждают, что в городских условиях с плотной установкой базовых станций система MPS позволяет достичь точности местоопределения в пределах 100-500 м, а в сельской местности, где расстояние между базовыми станциями значительно больше, несколько километров.

Довольно необычную систему местоопределения подвижных абонентов на основе сетей сотовой связи под названием RadioCamera предлагает американская компания U.S.Wireless Corp. Работа системы RadioCamera по определению местоположения абонента с сотовым телефоном основана на измерении не только временных, но и амплитудных и фазовых параметров радиосигнала, а также характеристик его многолучевого распространения. Сигнал мобильного телефона достигает базовой станции, подвергаясь определенным искажениям и зачастую по нескольким маршрутам. Специальный контроллер, подключаемый к базовой станции, измеряет фазовые, временные и амплитудные характеристики радиосигнала телефона, принятого базовой станцией, получая набор параметров, который называют “радиоотпечатком” или “отпечатком пальцев” (“fingerprint”). После этого система RadioCamera анализирует уникальные характеристики сигнала, включая весь набор маршрутов его распространения, и вычисляет некоторый соответствующий конкретному радиоотпечатку условный код, именуемый в данной системе “сигнатурой”. Эта сигнатура сравнивается со своей базой таких сигнатур, соответствующих разным вариантам расположения телефонов на местности, после чего идентифицируется положение абонента на местности.

К достоинствам системы следует отнести возможность определения местоположения по сигналу, принятому только одной базовой станцией. Тем самым, не требуется прямой видимости нескольких базовых станций, что делает работу системы RadioCamera высокоэффективной в условиях плотной городской застройки, где, как правило, сосредоточено большинство абонентов сети сотовой связи.

Кроме этого, система RadioCamera хорошо интегрируется с существующей сетевой инфраструктурой и не требует модификации базовых станций и абонентских телефонов. Система является обучаемой, ее база данных автоматически начинает формироваться сразу после развертывания, при этом точность местоопределения постоянно повышается за счет накопления и уточнения информации о сигнатурах, соответствующих конкретным вариантам местонахождения абонентов.

В 1999 г. система RadioCamera успешно прошла семимесячные испытания в г. Балтимор (США) по обеспечению позиционирования абонентов с сотовыми телефонами стандарта AMPS в реальных условиях. Тестирование системы показало, что RadioCamera отвечает требованиям Федеральной комиссии по электросвязи США по точности определения местоположения. Предполагается, что система будет обслуживать абонентов не только сетей AMPS, но и CDMA.

Пожалуй, все-таки, большинство компаний, занимающихся развитием услуг местоопределения на основе сотовых сетей, в качестве базовой выбирает технологию A-GPS. Примером системы позиционирования данного типа является система персональной идентификации Personal Location System американской компании SnapTrack, которая одной из первых начала оказывать коммерческие услуги по местоопределению абонентов сетей сотовой связи.

Проведенные в Америке, Японии и Италии испытания системы показали, что точность местоопределения находится в пределах от 5 до 75 м (в сельских районах местоположение определяется с точностью до 4 – 5 м, а в условиях плотной городской застройки компании удалось достичь точности 37 м).

Технически система компании SnapTrack базируется на технологии A-GPS. Кроме того, для повышения точности определения местонахождения абонента в системе используются мощные серверы со специализированным программным обеспечением, решающие задачи цифровой обработки данных путем использования дифференциального режима работы и учета большого числа поправок, снижающих влияние многолучевости и других искажений сигналов.

Компания SnapTrack активно работает над снижением стоимости мобильных телефонов с GPS-приемниками и увеличения продолжительности работы без перезарядки аккумуляторов. Для этого разработано программное обеспечение, позволяющее инфраструктуре сети передавать мобильным телефонам, запрашивающим информацию позиционирования, данные о том, какие спутники следует искать. Таким образом, если традиционные приемники GPS постоянно ведут обработку информации, поступающей от спутников, то в системе Personal Location System они работают только непосредственно при определении местоположения. За счет “подсказки” достигается резкое сокращение длительности начальной установки GPS-приемника, в результате чего значительно снижается потребляемая мощность и уменьшается время позиционирования.

SnapTrack заключила стратегические соглашения с компаниями Motorola и Texas Instruments, которые позволяют реализовать большую часть программного обеспечения по обработке информации, поступающей от спутников, непосредственно на цифровом процессоре обработки сигналов, встроенном в телефон. Тем самым достигается уменьшение аппаратных ресурсов, которые необходимо добавить в цифровой радиотелефон. По оценкам специалистов компании, стоимость дополнительных аппаратных узлов составляет $5 – 10 и может быть еще снижена при массовом производстве.

Недавно компания SnapTrack была приобретена корпорацией Qualcomm за $1 млрд. Qualcomm стремится развивать навигационный сервис на базе своего сотового стандарта CDMA. Представленный сейчас последний вариант технологии, названный SnapSmart, позволяет определять местоположение абонента с большой точностью не только на плоскости, но и по вертикали, что является очень важным для многоэтажных городских зданий. В частности, во время испытаний в Японии система фирмы SnapTrack четко определяла местонахождение абонентов в высотных зданиях в деловой части города. Может быть, именно поэтому компания NTT DoCoMo – крупнейший оператор мобильной связи Японии – выбрала Personal Location System в качестве основы для построения навигационной системы для абонентов своих сетей.

Среди других известных систем местоопределения можно назвать систему позиционирования Sigma-5000 компании SigmaOne Communications Corp. Эта система использует сразу два метода измерений: наряду с разностно-дальномерным методом применен угломерный принцип позиционирования абонента с сотовым телефоном. В дополнение к этому в системе используется запатентованная SigmaOne технология определения положения PowerBoost, включающая специализированные алгоритмы учета многолучевости. Sigma-5000 обеспечивает местоопределение в сотовых сетях стандартов AMPS и TDMA. Испытания системы Sigma-5000 на реальной сети показали во всей рабочей зоне результирующую погрешность не хуже 105 м для 67% случаев и точность лучше 150 м для 95% отсчетов.

Система Sigma-5000 выполняется как независимое дополнение к инфраструктуре сотовой сети и не требует никаких модификаций радиоинтерфейса, сотовых телефонов или оборудования сотовой сети. Для реализации угломерной технологии используются специально разработанные фазированные антенные решетки, устанавливаемые на базовых станциях.

Аналогичная комбинация технологий реализована и в системе Geometrix, разработанной компанией Allen Telecom Inc. Данная система может работать с сетями сотовой связи стандартов AMPS, TDMA, CDMA, TDMA/AMPS, CDMA/AMPS и транкинговой системой iDEN компании Motorola. В большинстве случаев Geometrix удовлетворяет требованиям по точности Федеральной комиссии по электросвязи США, используя только разностно-дальномерные методы, однако в ряде случаев дополнение системы угломерными методами измерения приносит существенное повышение точности местоопределения.

Компания Benefon на основе уже упоминавшихся мобильных телефонов Benefon Track Pro и Benefon Esc с встроенными GPS-приемниками разработала систему позиционирования, базирующуюся на технологии A-GPS и усовершенствованных методах Cell-ID. “Изюминкой” системы является телематический протокол для мобильных телефонов Mobile Phone Telematics Protocol (MPTP), который позволяет передавать широкий спектр информации о местоположении и перемещении, а также прикладных данных между сервером приложения и телефоном.

Состояние дел в России

В России дело пока не дошло до полномасштабных испытаний, а тем более опытной эксплуатации систем местоопределения в сетях сотовой связи. Вместе с тем, ряд фирм уже предлагает свои продукты, направленные на развитие услуг позиционирования на основе систем мобильной связи. Следует отметить, что большинство разработчиков ориентируется на технологию A-GPS, т.к. в России имеется достаточный задел по системам местоопределения на базе спутниковой радионавигации, где в качестве транспортной среды выступают конвенциональные и транкинговые сети УКВ-радиосвязи или глобальные спутниковые системы (см. Петров Н.Н. “Местоопределение подвижных объектов на основе спутниковых навигационных систем”, Специальная техника”, № 1-2, 1999 г.). Поэтому переход к каналам сотовой связи во многих случаях требует только замены модуля радиоканала и изменения программного обеспечения управляющего контроллера в части сопряжения с протоколом передачи данных в системе сотовой связи.

Построение подобной системы позиционирования в целом и обобщенной функциональной схемы терминального оборудования можно рассмотреть на примере системы одного из наиболее “продвинутого проекта – системы “Алмаз”, которая предлагается московской фирмой “Новые технологии телематики”.

Многофункциональная система диспетчеризации и мониторинга подвижных и стационарных объектов “Алмаз” строится как сеть терминальных устройств и управляющего центра, в который информация от удаленных терминалов поступает по каналам коротких сообщений или по каналам речевой связи сотовой системы стандарта GSM. При этом разработчики системы на основе проведенных испытаний утверждают, что каналы коротких сообщений в наибольшей мере соответствуют критериям надежности и достоверности передачи информации в сочетании с наименьшей стоимостью трафика.

Система “Алмаз” ориентирована как на решение задач мониторинга транспортных средств, так и на обеспечение их безопасности. Поэтому в состав стандартного терминального устройства, предназначенного для установки на транспортном средстве, входят не только GPS-приемник, управляющий контроллер, работающий в стандарте GSM радиомодем и блок питания от бортсети, но и модули сопряжения с охранными датчиками и исполнительными устройствами. Структурная схема терминального устройства показана на рис.1.

Рис.1. Структурная схема терминального устройства системы местоопределения “Алмаз”

В стандартном комплекте терминальное устройство способно обрабатывать до восьми сигналов от датчиков охранной системы и формировать по каждому ее срабатыванию определенное аварийное сообщение, которое может быть передано на управляющий центр или на мобильный телефон какого-либо абонента. Центр управления, в свою очередь, также по каналам коротких сообщений может передавать на терминал команды исполнительным устройствам (также до 8 линий управления) систем автомашины или инженерных сетей стационарного объекта. Такой командой может быть сигнал на блокировку центрального замка автомобиля или на включение отопления в загородном доме.

Разработчики системы предлагают услуги по расширению возможностей терминальных устройств. Например, скрытый микрофон может обеспечить контроль акустической обстановки в салоне автомобиля, блок автономного резервного питания – поддержать работоспособность аппаратуры при отключении бортовой сети, а с помощью речевого терминала может быть организована речевая связь между объектом и центром управления. (Хоть это и не очень связано с темой статьи, следует сказать, что конструкция терминального устройства при использовании его на стационарном объекте позволяет не устанавливать GPS-приемник.)

Центр управления системы Алмаз” представляет собой комплекс программно-технических и технологических средств, обеспечивающих сбор, накопление, анализ и обработку сведений о местоположении и состоянии контролируемых объектов, а также подготовку и передачу команд управления в соответствии с возникшей ситуацией. В состав программного обеспечения центра управления входят подсистемы обмена информацией с объектами контроля по радиоканалу, анализа и обработки данных, отображения местоположения объектов и их поиска, планирования маршрутов, информационно-справочная и др.

Рассмотренная система позиционирования “Алмаз” демонстрирует некоторую типовую схему, к которой склоняется большинство отечественных разработчиков систем местоопределения подвижных объектов в сетях сотовой связи. При этом можно сравнивать предложения различных фирм по каким-либо критериям, однако выбор оптимальной с технической точки зрения системы вряд ли возможен, т.к. многие из них близки по своим показателям. Поэтому, скорее всего, при внедрении услуг позиционирования на отечественных сетях мобильной связи выбор поставщика аппаратуры местоопределения произойдет не по техническим, а экономическим критериям и “степени приближенности” производителей оборудования к операторам крупных сотовых сетей.

Применения и коммерческие перспективы

Как уже было сказано, основной движущей силой развития услуг позиционирования стала необходимость автоматического определения местоположения абонента сотовой сети при оказании экстренной помощи. Достаточно сказать, что служба 911 в США получает около 100 тыс. звонков с мобильных телефонов ежедневно и пока еще не имеет полноценной возможности точного определения местоположения клиента. Именно с целью устранения этого недостатка и было выпущено пресловутое распоряжение Федеральной комиссии по электросвязи США.

Часто в экстренных ситуациях человек не может четко определить и сообщить свое местонахождение. Причем это касается не только служб спасения, но и служб оказания технической помощи на дорогах. Проведенные в Великобритании исследования показали, что более половины водителей автомобилей заинтересованы в услуге автоматического определения своих координат для возможности получения технической помощи. Поэтому услуги позиционирования в сетях сотовой связи считаются одним из важнейших средств привлечения новых абонентов.

Навигационные услуги – одно из наиболее перспективных направлений применения систем местоопределения подвижных объектов. Разнообразные путеводители, услуги по предоставлению информации об определенном маршруте и об условиях движения по данному маршруту весьма актуальны для водителей транспортных средств и также могут привлечь потенциальных абонентов сотовых сетей.

Например, компания Citikey еще в 1999 г. ввела в эксплуатацию мобильный путеводитель в Стокгольме под названием “город у вас на ладони”. Абоненты имеют возможность определить свое местоположение по карте города, а затем запросить информацию о ближайших ресторанах, гостиницах, театрах или других объектах.

В качестве одного из приложений своей системы RadioCamera компания U.S.Wireless Corp. планирует предоставление водителям информации о пробках на дорогах. Для этого берется под контроль некоторое количество сотовых телефонов абонентов, находящихся на различных участках той или иной магистрали. Не составляет труда в течение некоторого времени определить направление и скорость движения абонентов. Если средняя скорость нескольких абонентов с сотовыми телефонами на одном и том же участке ниже 10 км, то с большой вероятностью можно утверждать, что там пробка. А если телефоны не перемещаются в течение длительного времени – на этом участке трассы скорее всего произошла авария.

Другим не менее перспективным направлением является создание систем управления автотранспортом или персоналом компаний. Это могут быть системы диспетчеризации общественного или специального автотранспорта, слежения за перемещением особо важных грузов или людей, автомобильные охранные системы и т.д.

Внедрение средств местоопределения в сотовые сети означает, что зона контроля охватывает всю территорию обслуживания сети, а зачастую это могут быть целые регионы. Поэтому транспортные компании, заинтересованные в услугах местоопределения, нередко делают выбор в пользу инфраструктуры уже развернутых сотовых сетей для передачи информации о местоположении транспортных средств по отношению к построению собственных сетей корпоративной транкинговой радиосвязи. Это в очередной раз говорит о внедрении сотовой связи в сектор профессиональной радиосвязи.

Автоматическое местоопределение сотовых телефонов предоставляет новые возможности по установлению специальных тарифов при использовании мобильной связи в зависимости от местонахождения. Например, для привлечения абонентов может использоваться т.н. метод домашней зоны”, когда клиенту предоставляется несколько минут бесплатного времени для переговоров по мобильному телефону, что может оказаться удобнее, чем использование стационарного телефона. Возможно также снижение тарифов при переговорах в деловых или торговых районах города.

По оценкам экспертов, большой коммерческий потенциал для сетей сотовой связи заключен в предоставлении возможности контроля за местонахождением детей, эти услуги получили название семейных.

Например, проект компании Siemens, осуществлямый в рамках единой стратегии развития услуг подвижной связи департамента Мобильные сети связи и передачи информации”, призван организовать непрерывный контакт между детьми и родителями. Благодаря применению внедряемой системы, родители при помощи мобильного телефона смогут в любую минуту узнать, где находится их ребенок.

Услуги местоопределения могут иметь самые разнообразные приложения. Например, в Стокгольме функционирует служба, позволяющая знакомиться при помощи сотового телефона, причем знакомиться именно в том районе, где вы находитесь. А компании Benefon и Vitaphone предлагают новую телематическую медицинскую систему Cardiophone, которую они продемонстрировали на последней медицинской выставке в Дюссельдорфе. Технической основой системы являются сотовые телефоны Benefon Track, модифицированные для использования в системе оказания медицинской помощи. Аппарат может использоваться как обычный телефон, однако в рамках системы Cardiophone его основная функция состоит в регистрации электрокардиограммы (ЭКГ) его обладателя, для чего достаточно приложить телефон тыльной стороной к левой стороне груди. После снятия ЭКГ вместе с координатами, полученными от GPS, данные по каналам сети GSM пересылаются в медицинский центр Vitaphone, где дежурные врачи анализируют полученную информацию, определяют диагноз и принимают решение о необходимых мерах помощи. Компания Vitaphone уже проводит испытания первой партии аппаратов, выпущенных корпорацией Benefon. Общая сумма первоначального контракта составляет 22 млн. евро.

Эксперты утверждают, что услуги позиционирования в сотовых сетях имеют большое будущее. Наиболее тщательные прогнозные исследования предполагаемого рынка данного сервиса, на которые ссылается большинство экспертов, были проведены исследовательским центром компании Ovum.

По оценкам Ovum, к 2005 г., когда системы местоопределения станут стандартным приложением в сетях сотовой связи, в США будет 129 млн., а в Западной Европе — 188 млн. абонентов, пользующихся услугами позиционирования. По тем же оценкам, рынок автомобильных средств местоопределения в США будет составлять 3,3 млн. личных автомобилей (в Западной Европе – 8 млн.) и 3,8 млн. автомашин транспортных компаний (в Западной Европе – 1,9 млн.). Общий объем мирового рынка, по прогнозам Ovum, в 2005 г. будет составлять $9,75 млрд. при количестве в 376 млн. абонентов.

Похожие оценки дают эксперты из компании Consultants Strategis, которые предполагают, что чуть раньше, в 2004 г., мировой объем услуг по определению местонахождения составит около $4 млрд.

Обеспечение безопасности

В соответствии с тематикой журнала, читателей, наверняка, больше всего интересуют приложения, связанные с обеспечением безопасности и работой правоохранительных органов и других силовых структур. Можно сказать, что системы позиционирования на базе сотовых сетей и здесь открывают большие перспективы.

Даже простое определение местонахождения абонента с точностью до конкретной базовой станции (метод Cell-ID) может стать “ключом” при поимке преступника. Один из таких случаев был описан в “Российской газете”. Одна югославская семья была ограблена двумя людьми в черных масках ночью на загородной даче в Абрамцево (Московская область). Преступники похитили вещи, видео- и аудиоаппаратуру, захватили и систему слежения за дачей, которая могла запечатлеть их разбой.

Однако югославам, не видевшим лица бандитов, удалось услышать, что те вели какие-то переговоры по сотовому телефону. Оперуполномоченный РУБОП В.Рвачев, воспользовавшись этими показаниями, с помощью сотовых компаний легко определил номер телефона, по которому велись переговоры в три часа ночи в районе базовой станции в Абрамцево. Таким образом, вскоре за решеткой оказались два неработающих жителя близлежащего города Хотьково, у которых были обнаружены вещи ограбленной югославской семьи.

Таким образом, с внедрением систем позиционирования в сетях сотовой связи спецслужбы и правоохранительные органы получают в свои руки мощный инструмент, позволяющих отслеживать местонахождения преступников и других интересующих их объектов. При знании номера мобильного телефона системы местоопределения, основанные на использовании только оборудования сети (например, построенные на базе технологии TOA), могут выдавать данные о местонахождении абонента непрерывно и без его уведомления. При этом не обязательно перехватывать переговоры, достаточно того, что у мобильного телефона включено питание, т.к. периодический обмен информацией с базовой станцией происходит даже при отсутствии вызовов. По некоторым сведениям, местонахождение лидера терецких курдов Абдуллы Оджаллана было установлено именно с помощью поисковой системы на базе позиционирования в сотовых сетях.

Технологии позиционирования подвижных объектов в сетях сотовой связи позволяют строить автомобильные охранные системы и системы поиска угнанных автомобилей. Так, например, оператор второй по величине британской сотовой сети, компания BT Cellnet предполагает реализовать подобные функции в своей системе местоопределения GPS Trackstar. В разработанной системе предполагается оснащать автомобили скрытно размещаемыми GPS-приемниками и терминалами GSM, которые будут включаться с помощью специальных брелоков, выдаваемых клиенту. Кроме возможности оказания абоненту системы технической помощи на дороге, предполагается, что будет решаться задача отслеживания маршрута автомобиля при его угоне.

Технологии позиционирования позволят реализовать системы управления автотранспортом оперативных подразделений правоохранительных органов, которые могут совмещаться с системами мобильной связи. При этом речевые сообщения могут передаваться по трафиковому каналу, а данные о местоположении поступать в диспетчерский центр виде коротких сообщений.

Проблемы

Основные сложности, которые могут препятствовать массовому внедрению систем местоопределения в сотовых сетях, являются обратной стороной медали” их достоинств. Дело в том, что новые возможности решения вопросов обеспечения безопасности, которые открывают услуги позиционирования в сетях сотовой связи, таят и определенные угрозы в области неприкосновенности частной жизни. Эксперты отмечают возможность двойного назначения подобных технологий, т.к. появляется теоретическая возможность отслеживания перемещения владельца мобильного телефона, а это уже начало вторжения в личную жизнь. У многих абонентов сотовых сетей существует мнение, что возможностями местоопределения будут пользоваться не только правоохранительные органы или службы спасения, но преступные элементы, обладающие соответствующими техническими возможностями. И это мнение имеет под собой обоснование. Поэтому до широкого внедрения услуг позиционирования в сотовых сетях предстоит решить задачу обеспечения строгой конфиденциальности сведений о местоположении абонентов сотовой связи и защите этих сведений от злоумышленников.

Именно с этой целью Европейская комиссия по связи еще в самом начале внедрения услуг позиционирования подвижных объектов в сетях сотовой связи, являющихся системами массового обслуживания, определила требования, которых должны придерживаться компании, предоставляющие услуги местоопределения. В частности, средства местоопределения должны использоваться исключительно в первоначально заявленных целях, например, для оказания технической помощи на дорогах, и не допускать двойного применения. При ведении баз данных информация о запросах местоположения должна быть конфиденциальной и обеспечивать анонимность абонентов.

Так компания CPS уже ввела в свою систему позиционирования Cursor опцию отключения системы по желанию клиента. Аналогичная возможность предусматривается и в ряде других систем. В системе SnapTrack, например, приняты более жесткие меры по обеспечению анонимности абонента. Пользователь может инициировать процесс местоопределения только по набору номера “911” или по специальному требованию. Без такого прямого запроса абонента никакая информация о местоположении сотовым телефоном вообще не генерируется.

Другой проблемой внедрения услуг позиционирования является вопрос о стандартизации технологии. Предпринимаются различные шаги по принятию одного или нескольких стандартов позиционирования мобильных объектов. Компании Ericsson, Motorola и Nokia объявили о создании форума глобальной стандартизации систем позиционирования в сетях мобильной связи – Location Interoperability Forum (LIF). Предполагается, что основной деятельностью LIF станет совместная разработка и продвижение на мировом рынке мобильной связи услуг позиционирования, которые позволят пользователям мобильных телефонов получать информацию по конкретному региону. LIF призван устранить недостаток, связанный с несовместимостью различных систем местоопределения, и должен способствовать установлению единого стандарта технологии для таких систем. Первые приложения, разработанные с учетом рекомендаций LIF, должны появиться уже в этом году.

Однако пока трудно увидеть конкретные, а не декларативные шаги по стандартизации технологий, и это не способствует коммерческому успеху систем позиционирования в сотовых сетях. Скорее всего, следует ожидать глобального распространения систем местоопределения во всем мире на основе стандартизации технологий уже с появлением сетей мобильной связи III поколения.

Тем не менее, можно надеяться, что даже при разнообразии применяемых технологий в ближайшие годы средства позиционирования подвижных объектов станут стандартной принадлежностью сотовых телефонов и будут достаточно широко внедряться в сетях сотовой связи, прежде всего, за счет широкого спектра возможных приложений и активной позиции региональных Администраций связи.