FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA Y AGRIMENSURAUNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO

SISTEMASDISTRIBUIDOS

Tema:

Una arquitectura para aplicaciones de localización

REALIZADO POR:

IMVINKELRIED, MARTÍN I-0299/2

2005

Introducción

Las aplicaciones móviles son un campo rápidamente creciente en la tecnología del software, donde dispositivos móviles como computadoras de mano con conectividad a redes inalámbricas entre otras tantas, dan origen a un nuevo grupo de aplicaciones software que reconocen el contexto de ejecución según su posición. El contexto de uso puede ser determinado por análisis de patrones individuales en combinación con información acerca de la localización física del usuario.

Viendo más allá, aunque en un futuro cercano, la gente usaría aparatos móviles para manejarse en su vida diaria y estos dispositivos serian conectados inherentemente a Internet por tecnologías de comunicación inalámbricas como el GSM, GPRS, UMTS, WaveLAN, HiperLAN o Bluetooth. Estas tecnologías pueden ser usadas para posicionar los dispositivos móviles y por otro lado incorporan múltiples servicios utilizables de la red para tal propósito. Estos servicios no están disponibles a menos que el usuario este dentro de cierto contexto determinado por tiempo, ubicación y usos patrones.

Dada la importancia actual de estas nuevas tecnologías y la creciente demanda de estas para con los usos cotidianos, es necesario nutrirse de los conocimientos que las rigen para formar parte de mismas ya que estas ya forman parte de nosotros.

CAPITULO I

Reseña de las principales tecnologías

¿Que es y como funciona el GPS?

El Sistema GPS (Global Positioning System) o Sistema de posicionamiento Global es un sistema de posicionamiento terrestre, en el cual la posición la calculan los receptores GPS gracias a la información recibida desde satélites en órbita alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24 satélites, que proporciona un servicio de posicionamiento para todo el globo terrestre.

El receptor GPS, recibe dos tipos de datos, los datos del Almanaque, que consiste en una serie de parámetros generales sobre la ubicación y la operatividad de cada satélite en relación al resto de satélites de la red, esta información puede ser recibida desde cualquier satélite, y una vez el receptor GPS tiene la información del último Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satélites en el espacio; la otra serie de datos, también conocida como Efemérides, hace referencia a los datos precisos, únicamente, del satélite que está siendo captado por el receptor GPS, son parámetros orbitales exclusivos de ese satélite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satélite. En principio, cuantas más señales recibe, más exacto es el cálculo de posición.

El sistema GPS funciona en cinco pasos lógicos: Triangulación, Medición de distancia, Tiempo, Posición y Corrección.

Triangulación Nuestra posición se calcula en base a la medición de las distancias a los satélites.

Matemáticamente se necesitan cuatro mediciones de distancia a los satélites para determinar la posición exacta. En la práctica se resuelve nuestra posición con solo tres mediciones, si podemos descartar respuestas ridículas o utilizamos ciertos trucos. Se requiere de todos modos una cuarta medición por razones técnicas.

Midiendo la distancia La distancia al satélite se determina midiendo el tiempo que tarda una señal de

radio, emitida por el mismo, en alcanzar nuestro receptor de GPS. Para efectuar dicha medición asumimos que ambos, nuestro receptor GPS y el satélite, están generando el mismo Código Pseudo Aleatorio en exactamente el mismo momento. Comparando cuanto retardo existe entre la llegada del Código Pseudo Aleatorio proveniente del satélite y la generación del código de nuestro receptor de GPS, podemos determinar cuanto tiempo le llevó a dicha señal llegar hasta nosotros. Multiplicamos dicho tiempo de viaje por la velocidad de la luz y obtenemos la distancia al satélite.

Obtener un Timing Perfecto Un timing muy preciso es clave para medir la distancia a los satélites. Los

satélites son exactos porque llevan un reloj atómico a bordo. Los relojes de los receptores GPS no necesitan ser tan exactos porque la medición de un rango a un satélite adicional permite corregir los errores de medición.

Posicionamiento de los Satélites Para utilizar los satélites como puntos de referencia debemos conocer

exactamente donde están en cada momento. Los satélites de GPS se ubican a tal altura que sus órbitas son muy predecibles. El Departamento de Defensa controla y mide variaciones menores en sus órbitas. La información sobre errores es enviada a los satélites para que estos a su vez retransmitan su posición corregida junto con sus señales de timing.

Corrección de Errores La ionosfera y la troposfera causan demoras en la señal de GPS que se traducen

en errores de posicionamiento. Algunos errores se pueden corregir mediante modelación y correcciones matemáticas. La configuración de los satélites en el cielo puede magnificar otros errores. El GPS Diferencial puede eliminar casi todos los errores. El sistema de correcciones funciona de la siguiente manera:

1. Una estación base en tierra, con coordenadas muy bien definidas, escucha los satélites GPS.

2. Calcula su posición por los datos recibidos de los satélites. 3. Dado que su posición está bien definida, calcula el error entre su posición

verdadera y la calculada, estimando el error en cada satélite.4. Se envía estas correcciones al receptor a través de algún medio.

La precisión de este sistema queda sujeta a una degradación de precisión que oscila de los 15 a los 100 metros RMS o 2DRMS (RMS significa que se trata de un error aleatorio y 2D significa que ese error aleatorios se produce en dos dimensiones, tanto en latitud como en longitud).

Con dispositivos DGPS para algunos de sus receptores que corrigen mediante cálculo diferencial el error, este disminuye hasta un margen de 1 a 3 metros RMS.

Existen más de este tipo de sistema de posicionamiento en todo el mundo, entre los más importantes por ejemplo esta el llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federación Rusa, antiguamente Unión Soviética.

La principal diferencia entre los sistemas GPS y GLONASS es que son sistemas autónomos, es decir, cada uno tiene su propio sistema de referencia y su propio sistema

o escala de tiempo. Usan diferentes sistemas de referencia para expresar las posiciones de sus satélites, y por lo tanto, para determinar las posiciones de los usuarios. El Sistema GPS utiliza el sistema de referencia WGS-84, mientras que el Sistema GLONASS utiliza el PZ-90. Los parámetros que definen los dos sistemas de referencia son significativamente diferentes.

Para GLONASS, el error es algo mayor que en los GPS, esto esta atribuido principalmente a la falta de corrección del efecto ionosférico.

También la Unión Europea intenta lanzar su propio sistema de posicionamiento por satélite, denominado 'Galileo'.

¿De que hablamos cuando nos referimos a BLUETOOTH?

Bluetooth es la norma que define un estándar global de comunicación inalámbrica, que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equipos mediante un enlace por radiofrecuencia. Los principales objetivos que se pretende conseguir con esta norma son:

• Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos • Eliminar cables y conectores entre éstos • Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la

sincronización de datos entre nuestros equipos personales

Entre otras cosas, nos proporciona una vía de interconexión inalámbrica entre diversos aparatos que tengan dentro de sí esta tecnología, como celulares, computadoras de mano (Palm, Pocket PC), cámaras, computadoras portátiles, impresoras

El alcance que logran tener estos dispositivos es de 10 metros. Para mejorar la comunicación es recomendable que nada físico (como una pared) se interponga.

La especificación de Bluetooth define un canal de comunicación de máximo 720Kb/seg con rango óptimo de 10 metros (opcionalmente 100m).

La frecuencia de radio con la que trabaja está en el rango de 2.4 a 2.48Ghz con amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en Full Duplex con un máximo de 1600 saltos/seg. Los saltos de frecuencia se dan entre un total de 79 frecuencias con intervalos de 1Mhz; esto permite dar seguridad y robustez.

El protocolo de banda base (canales simples por línea) combina switching de circuitos y paquetes. Para asegurar que los paquetes no lleguen fuera de orden, los slots pueden ser reservados por paquetes síncronos, un salto diferente de señal es usado para cada paquete. Por otro lado, el switching de circuitos puede ser asíncrono o síncrono. Tres canales de datos síncronos (voz), o un canal de datos síncrono y uno asíncrono, pueden ser soportados en un solo canal. Cada canal de voz puede soportar una tasa de transferencia de 64 Kb/s en cada sentido, la cual es suficientemente adecuada para la transmisión de voz. Un canal asíncrono puede transmitir como mucho 721 Kb/s en una dirección y 56 Kb/s en la dirección opuesta, sin embargo, para una conexión asíncrona es posible soportar 432,6 Kb/s en ambas direcciones si el enlace es simétrico.

El hardware que compone el dispositivo Bluetooth esta compuesto por dos partes. Un dispositivo de radio, encargado de modular y transmitir la señal; y un controlador digital. El controlador digital esta compuesto por una CPU, por un procesador de señales digitales (DSP - Digital Signal Processor) llamado Link Controller (o controlador de Enlace) y de los interfaces con el dispositivo anfitrión.

El LC o Link Controller está encargado de hacer el procesamiento de la banda base y del manejo de los protocolos ARQ y FEC de capa física. Además, se encarga de

las funciones de transferencia (tanto asíncrona como síncrona), codificación de Audio y encriptación de datos

Entre las tareas realizadas por el LC y el Link Manager, destacan las siguientes: - Envío y Recepción de Datos. - Empaginamiento y Peticiones. - Determinación de Conexiones. - Autenticación. - Negociación y determinación de tipos de enlace. - Determinación del tipo de cuerpo de cada paquete. - Ubicación del dispositivo en modo sniff o hold.

¿Cual es el concepto de una red inalámbrica?

La conexión de los dispositivos portátiles y de mano necesitan redes de comunicaciones inalámbricas (wireless networks), con esto surge las LAN´s inalámbricas, las cuales utilizan dos tipos de tecnologías: Infrarrojas y Radio Frecuencia.

Dentro de las WaveLan, los dispositivos móviles inalámbricos se comunican con el resto de la intranet a través de una estación base que es el punto de acceso a la red LAN cableada. Una red sin hilos que se conecta al mundo a través de un punto de acceso en una LAN convencional se conoce como una red de infraestructura. Una configuración alternativa para las conexiones de red inalámbricas es conocida como una red “ad-hoc” (al caso). Las redes ad-hoc no incluyen un punto de acceso o una estación base. Se construyen al vuelo como resultado de la detección mutua de dos o más dispositivos móviles con interfaces inalámbricas en las cercanías, en base a estas últimas se basara lo que viene a continuación.Las ventajas de las Redes de Área Local Inalámbricas (LAN´s) sobre las cableadas son: flexibilidad en la localización de la estación, fácil instalación y menores tiempos en la reconfiguración, aunque no son tan veloces.

Algunos de ellos son la IEEE802.11 (WaveLan) son verdaderas redes LAN inalámbricas (wireless local área networks;WLAN) diseñados para ser utilizados en vez de las LAN convencionales. Otros ejemplos son RangeLAN2 de Proxim y el Netwave de Xircom, la WaveLAN de AT&T y AirLAN de Solectek

No todas son ventajas en las redes inalámbricas, pues además de la velocidad que ya fue nombrada otros aspectos deben ser tenidos en cuenta, partiendo de que al diseñarla para cubrir una área grande, se tienen que instalar tantos puntos de acceso como sean necesarios, de tal forma que las áreas de cobertura se superpongan una con otra para eliminar cualquier zona muerta, ya que según se mueve la computadora (o cualquier otro dispositivo con conectividad), la señal del adaptador se puede cambiar a otro Punto de Acceso para continuar con la transmisión. Cuando una MC detecta que la señal se hace más débil y que se está alejando del alcance de un punto de acceso, el adaptador interroga a todos los otros puntos de acceso de la red para ver cuál está más cerca.

Otro cuestión de extrema relevancia surge del medio físico, puesto que cuando utilizamos ondas de radio en lugar de cables como medio de transmisión se derivan problemas dado que la potencia de la señal no es uniforme a lo largo del espacio en el que las redes LANs inalámbricas trabajan, y por lo tanto la detección de la portadora y de las colisiones pueden fallar de los siguientes modos: Estaciones ocultas: la detección de la portadora puede fallar en la detección de la transmisión de otra estación. Atenuación: debido a la ley del inverso del cuadrado de la propagación de las ondas electromagnéticas, la potencia de las señales de radio disminuye rápidamente con la

distancia al transmisor. Las estaciones dentro de una LAN inalámbrica pueden encontrarse fuera del alcance de otras estaciones en la misma LAN. Enmascaramiento de colisiones: Dada la ley del inverso del cuadrado referida antes, una señal generada localmente será siempre mucho mas potente que cualquier señal originada en cualquier otro lugar, y tapará la transmisión remota.

Es imposible no mencionar dentro de los puntos de mayor importancia las consideraciones en cuanto a seguridad (no solo en estas sino en todas las redes de utilidad), la privacidad y la integridad de las comunicaciones ya que cualquier estación dentro del rango de alcance y equipado con un receptor/transmisor puede encontrar el modo de conectarse a una red, o si esto falla, puede espiar las transmisiones entre otras estaciones.

Muchas de las cuestiones anteriormente planteadas pueden ser resueltas en forma relativamente fácil al crear una red híbrida, porque seguiríamos teniendo las ventajas de la velocidad que nos brinda la parte cableada y expandiríamos las posibilidades con la parte inalámbrica, en este trabajo se observo la implementación de una red híbrida Ethernet con infrarrojos y coaxial, que se puede considerar una de las redes de más uso en el mundo.

CAPITULO II

1. Breve resumen

En esta parte se presenta una arquitectura para aplicaciones de localización, donde fuentes de posicionamiento como GPS, WaveLAN y dispositivos Bluetooth pueden ser combinados para brindar mayor precisión en el servicio de posicionamiento, con una mayor disponibilidad o eficacia que una sola fuente de posicionamiento podría proveer.

La arquitectura también soporta comunicación par a par para permitir que clientes intercambien información de posición sobre una red inalámbrica como Bluetooth o WaveLAN. Esto posibilita a usuarios usar otros usuarios como fuentes de posición si estos están lo suficientemente cercanos. La información de posición puede ser usada directamente por una aplicación o ser combinadas con información habitual y/o contextual para efectuar aplicaciones mas personalizadas.

Una de las cosas en que las aplicaciones móviles difieren respecto de las aplicaciones convencionales, es que la ubicación de dispositivos móviles es dinámica. De esta forma, hay una necesidad por una plataforma de posicionamiento móvil que no solamente encapsule diferentes técnicas de posicionamiento sino también ofrezca técnicas combinadas adicionales. Esto significaría que una aplicación móvil no necesita manejar todas las técnicas disponibles, sino en su lugar podría usar un servicio colectivo, la Plataforma de posicionamiento móvil. Esta debería proveer soporte para acceder a los servicios comunes requeridos por la mayoría de las aplicaciones móviles como recuperación de mapas y servicios de búsqueda.

Además se describe no solamente como diferentes técnicas de posicionamiento pueden ser usadas dependiendo su disponibilidad (usando las técnicas de posicionamiento mas precisas dadas en este tiempo) sino también refiere como estas técnicas pueden ser amalgamadas dentro de un servicio mas efectivo (usando un conjunto colectivo de información posicional) y como dispositivos móviles pueden intercambiar información de posiciones sobre un rango limitado de redes inalámbricas ad-hoc como Bluetooth o una WaveLAN con segmentos Ethernet.

Es introducido un protocolo de posicionamiento genérico (GPP) para intercambio de información entre fuentes de posición y aplicaciones clientes. El protocolo es una parte importante de la plataforma de posicionamiento, donde un esquema XML es usado para mostrar la información de la posición.

Son también discutidas diferentes técnicas que combinan información de posición, interfaces necesarias por la aplicación para acceder a la plataforma y la forma para comunicarse con diferentes fuentes de posicionamiento.

Finalmente se recae en temas de privacidad y esboza un esquema para manejo de información sobre posicionamiento usando contratos que son fácilmente mantenidos y controlados por el usuario. Además se delinea una implementación corriente en estos tiempos, junto con la presentación de dos prototipos de aplicación que hacen uso de la plataforma.

2. Arquitectura

La arquitectura esta dividida en cuatro secciones:• la plataforma de posicionamiento, • el controlador de privacidad y seguridad, • el servicio de mapa • el servicio de información.

Una vista de la arquitectura es graficada en la figura 1. La plataforma de posicionamiento provee una abstracción para los dispositivos de posición usados; este es el responsable de recolectar los datos de todos los módulos de posición y combinar estos en una sola posición y precisión. El controlador privacidad/seguridad provee un punto de acceso para consultar cual aplicación otorga o niega alguna petición que llega a la plataforma para obtener la localización del usuario. El servicio de mapas suministra métodos para obtener información de mapas mientras que el servicio de información abstrae los procesos de servicios de localización del contexto especificado.

APLICACIONES

Priv

acid

ad /

Seg

urid

ad

PLATAFORMA DE POSICIONAMIENTOSERVICIO

DE MAPAS

SERVICIO DE INFORMACIO

N

GPS

DG

PS

MPS

(GSM

)

MPS

(GPR

S)

UM

TS

Blu

etoo

th

IR

Wav

eLA

N

Hip

erLA

N

SB M

apSe

rvic

e

Gui

a Si

dom

a

XM

L da

taba

se

WW

W se

arch

Figura 1: Arquitectura ALIPES

2.1 Plataforma de posicionamiento

La plataforma de posicionamiento colecciona los datos de posición de los diferentes módulos de posicionamiento y une la información para formar un dispositivo virtual con cualidades adicionales. La plataforma es capaz de utilizar dispositivos iniciadores o activos y respondedores o pasivos. Un dispositivo GPS que devuelve reportes de información con cierto intervalo de tiempo es un ejemplo de dispositivo iniciador, mientras que el Sistema de Posicionamiento Móvil de ERICSSON (MPS) es un ejemplo de sistema respondedor que recupera información MPS sobre el Internet, pero solo luego de una consulta. Para cada dispositivo de posicionamiento físico usado en la plataforma, necesita ser implementado un modulo simple de software para comunicar la plataforma con el dispositivo y para traducir del formato nativo del dispositivo a un formato común detallado por el Protocolo de Posicionamiento Genérico (GPP) usado en al plataforma.

Como cada dispositivo tiene diferentes precisiones y características de segmento posicional, es posible encontrar una nueva área de posición que es solapada por cada posición individual y parte con un mayor grado de confianza.

En el ejemplo mostrado en la figura 2, un GPS reporta que esta dentro de un área limitada por un rectángulo A y un MPS reporta que este esta dentro de un área B, la cual esta limitada por dos círculos. Con estos conocimientos, la plataforma de posicionamiento podría calcular una posición mas precisa, por ejemplo las posiciones limitadas por la intersección de A y B.

No es siempre posible computar precisamente la intersección de los límites de los dispositivos, debido a las diferentes características de los variados dispositivos de posicionamiento. En algunos casos, como es una laptop portátil como terminal de potencia, podría ser posible tal intersección, mientras que en un dispositivo de mano portátil como una IPAQ, el cómputo de esto podría ser engorroso y utilizar demasiados recursos computacionales. En muchos casos podría bastar un solo reporte de posición de una fuente con una alta precisión, o bien combinar dos posiciones algo menos precisas. Es entonces importante que la plataforma pueda ser optimizada para características fundamentales del terminal y necesidades de los programas que la utilizan.

Figura 2: Calculando una posición desde dos recursos.

Bueno como combinar información de posicionamiento de dispositivos locales, una posición puede ser ampliada con información desde otras plataformas de posición no locales vía redes ad-hoc de rango limitado como segmentos WaveLAN o redes Bluetooth. Cuando alguna información de posicionamiento es enviada sobre una red, la precisión de la posición es cambiada para ser ahora la suma de las precisiones actuales y el máximo rango de transmisión es el del dispositivo de transmisión. Es deber del dispositivo transmisor de la información de la posición cambiar esto, como en algunos

dispositivos de transmisión el rango es dependiente de la potencia de transmisión, la cual el receptor no tiene conocimiento.

En el ejemplo mostrado en la figura 3, dos dispositivos están compartiendo sus posiciones sobre una red Bluetooth donde ambos dispositivos tienen un rango máximo de transmisión de 10 metros. El dispositivo C tiene una posición PC(global) donde PC(global) = PC(local) ∩ PC(red) y PC(local) es obtenida a través de un dispositivo GPS, mientras que el dispositivo D tiene una posición PD(local) recibida desde un servidor de posicionamiento WaveLAN.

El dispositivo C calcula la posición PC(trans) = PC(local) ± (10 metros) (máximo rango de transmisión en conexiones Bluetooth) para enviar sobre la red y transmite esto. El dispositivo D puede entonces calcular una nueva posición para el mismoPD(global) = PD(local) ∩ PC(trans)

Dispositivo CPC(global )

PC(local) PC(red)

GPS

Blu

etoo

th

Dispositivo DPD(global)

PC(red) PC(local)

Blu

etoo

th

Wav

eLA

N

Figura 3: Compartiendo posiciones entre pares

Cabe recalcar que no se tuvieron reparos en cuanto a seguridad, pues deberíamos haber elegido el estado en le cual solamente información de posición localmente confiable seria enviada fuera sobre la red, pero en este caso partimos del hecho que cualquier información leída por una red punto a punto no será transmitida a otros dispositivos. El razonamiento anterior esta para reducir el efecto que dispositivos de posicionamiento erróneos o un usuario malicioso podría tener sobre el sistema. Si hay algún conflicto entre la posición que fue obtenida sobre la red y la posición localmente confiable entonces la información de la posición remota será descartada.

Es también posible, donde no es directamente soportado por el dispositivo de posición fundamental, para la plataforma obtener un vector crudo de velocidad indicando encabezado y velocidad. De esta forma, haciendo la diferencia entre la posición última conocida y la actual, se puede obtener una estimación de la dirección que el usuario esta tomando en ese momento. Luego, la plataforma de posicionamiento calcula la posición mejorada y la hace disponible para la aplicación como si esta seria ella misma un dispositivo activo o pasivo dependiendo de los requerimientos de la aplicación.

Estudios realizados sobre uso combinado de los sistemas GPS y GLONASS

El Laboratorio Lincoln de Massachusetts hizo un estudio de las precisiones que ofrecen ambos sistemas de posicionamiento y las precisiones de su uso combinado, analizando las precisiones obtenidas en posicionamiento absoluto usando en código C/A durante periodos de 24 h. La precisión con GLONASS, obtenida en estas pruebas es

PC(trans)

PD(trans)

mejor que los niveles garantizados por el Gobierno Ruso. Además, la precisión con GLONASS es mejor que la obtenida con GPS debido a que la Disponibilidad Selectiva está activada. Sin embargo, si la SA estuviera desactivada, la precisión con GPS sería mejor que con GLONASS. Los siguientes valores muestran los resultados obtenidos por el Laboratorio Lincoln en una de las pruebas realizadas para la obtención de posiciones absolutas utilizando la constelación GLONASS, la constelación GPS y su uso combinado GPS/GLONASS:

* Posiciones estimadas con GLONASS:

- Error horizontal (m): 10 (50%)21.2 (95%)26.8 (99%)

- Error vertical (m) : 14.6 (50%)39.1 (95%)46.3 (99%)

* Posiciones estimadas con GPS:

- Error horizontal (m): 20.6 (50%)48.4 (95%)62.9 (99%)

- Error vertical (m) : 26.7 (50%)81.7 (95%)105.1 (99%)

* Posiciones estimadas con la combinación GPS/GLONASS:

- Error horizontal (m): 6.5 (50%)14.9 (95%)25.8 (99%)

- Error vertical (m) : 16.7 (50%)41.8 (95%)49.5 (99%)

Con la disponibilidad de receptores GPS/GLONASS, el usuario puede tener acceso a un sistema combinado de hasta 48 satélites (con las dos constelaciones completas). Con todos estos satélites, los trabajos en desfiladeros y otras localizaciones de visibilidad restringida, tales como áreas boscosas, etc., es mejorada debido a la posibilidad de mayor información de más satélites. Además, una mayor constelación de satélites también mejora la ejecución del posicionamiento diferencial en tiempo real, ya que, el tiempo menor de toma de datos, con respecto a un posicionamiento diferencial calculado en post-proceso, se ve compensado por la obtención de una mayor información de más satélites. Pero eso no es todo, además el tiempo de inicialización para alcanzar precisiones de nivel centimétrico mejora en un factor de 3 a 6 con una constelación de 48 satélites.

El posicionamiento posee una integridad mayor. Para un nivel de confianza de 99.9% el posicionamiento con GPS requiere una recepción continua de 6 o más satélites en sus constelación de 24 satélites. Para el mismo nivel de confianza, usando GPS/GLONASS se requiere una recepción continua de 7 satélites de los 48 de la combinación. Las operaciones de código diferencial vienen a ser más simples. Debido a que no existe una degradación deliberada de la precisión, el trabajo con GLONASS

diferencial requiere mucha menor cantidad de correcciones. Es posible la detección del 100% de los fallos, tanto en disponibilidad de los satélites, como en la calidad de la información que transmiten, gracias a la existencia de los RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring), que son receptores autónomos de seguimiento íntegro que utilizan unos algoritmos que detectan anomalías en la transmisión de datos, aún figurando un buen estado de salud en los mensajes de navegación y almanaques.

Las principales ventajas del uso combinado GPS/GLONASS son la mejora en la geometría de los satélites y la mitigación de la Disponibilidad Selectiva. Las posiciones se estiman usando los parámetros de transformación entre el sistema PZ-90 y el WGS-84.

2.2 Protocolo de Posicionamiento Genérico (GPP)

Las diferentes técnicas de posicionamiento tienen propiedades similares, como que todas estas reportan la posición, pero los protocolos difieren. Un protocolo de posicionamiento genérico (GPP) deberá de esta forma soportar todas las técnicas de posicionamiento y trabajar como un lenguaje común para que la plataforma pueda comunicarse con fuentes de posicionamientos externas. Una fuente puede ser interna para el dispositivo móvil pero externa para la plataforma, como una instancia extra de la plataforma. Este protocolo debería ser usado también frente a estas fuentes y además mantener la estructura para comunicaciones con módulos de posicionamiento internos del dispositivo móvil (como un GPS o Bluetooth).

Las características requeridas por el protocolo son:

1. Formato estructurado y jerárquico, para simple implementación de análisis.2. Humanamente legible, para auxiliar en la búsqueda de errores.3. Unos pocos tipos de mensajes simples:

a. Capacidad de petición.b. Capacidad de respuesta.c. Solicitud de datos.d. Respuesta de datos.

Debido a los requerimientos (1) y (2) se eligió implementar este protocolo en XML. Esto aporta beneficios, como el hecho que los XML son sumamente disponibles por muchos sistemas operativos y arquitecturas diferentes. La capacidad de pedido y respuesta es usada para determinar las propiedades del dispositivo como es la precisión general, soporte de planos de referencia y sistemas coordinados y tipos de dispositivos.El principal grupo de mensajes son, sin embargo los pedidos de datos y mensajes de respuesta. Solamente los mensajes de respuesta de datos son usados por dispositivos iniciadores, mientras que el pedido de datos y mensajes de respuesta son usados por dispositivos respondedores. La solicitud de datos y los mensajes de respuesta tienen algunas propiedades comunes con el Protocolo de Posicionamiento Móvil de ERICSSON, el Lenguaje de Marcado Geográfico (GML) y el estándar 0183 de la Asociación de Electrónicos de la Marina Nacional (NMEA). Aunque las estructuras de mensaje GPP son basadas en XML, pueden ser representadas en otros formatos como, por ejemplo, el mensaje de pedido podría ser representado como una pregunta HTTP.

Un ejemplo que usa protocolo es, entre la plataforma y el servidor de posicionamiento WaveLAN, como en el sistema RADAR. La aplicación cliente pregunta al servidor para recuperar la posición de un dispositivo móvil. La pregunta

incluye información acerca de la dirección MAC del dispositivo móvil junto con información adicional como el nombre del usuario y contraseña.

2.3 Privacidad y Seguridad

Es vital mantener la privacidad de los usuarios, de otra manera estos pueden sentirse monitoreados o que la información seria usada para propósitos malintencionados. Entonces todo tipo sistema de posicionamiento requiere un control de acceso a información de posición y que un usuario pueda ver, no solamente quien trata de localizarlo sino también como, luego que esto ocurrió.

Las cuestiones pasan por como restringir el acceso a información de posicionamiento en general y como el sistema de posicionamiento seria implementado a fin de permitir niveles de acceso.

Con el fin de lograr esto, la aplicación usuario se apropia de su posición y algún servicio externo tiene que pedir permiso de la aplicación usuario para obtener su posición. Es de esta forma posible preguntar a la plataforma por una posición, pero esta automáticamente resultara en un pedido a la aplicación.

La aplicación es entonces libre de aceptar o negar el pedido o elegir la solicitud del usuario si estas desean permitir las preguntas. Estas últimas pueden ser aceptadas una vez o por un largo periodo dependiendo de un grupo de criterios definidos por un contrato entre el usuario o aplicación y el par gestionando la pregunta. Actualmente los criterios implementados incluyen la posibilidad de un servicio de pregunta en un número fijo de veces, preguntas ilimitadas en una cantidad específica de tiempo, o alguna combinación de las anteriores.

El usuario podría delegar los derechos de otorgar o permitir accesos de los usuarios de posición a una parte secundaria como un centro de posicionamiento WaveLAN, mediante la construcción de un contrato. El contrato será quien limite a través de los criterios de selección de usuarios. Todos los pedidos de los dispositivos móviles entonces serán redireccionados a la parte secundaria, la cual ejecutara los alcances del contrato para todas las consultas acerca del usuario.

El usuario es también capaz de negar todo acceso a su posición en una simple forma, independientemente de algún contrato firmado con las partes secundarias. Esto podría hacerse revocando todos los contratos o sumando criterios adicionales que anulen a todos los otros (i.e negar criterios debería tener prioridad sobre otorgar criterios).

Otro tema es como se localiza a los terminales móviles usuarios y de esta a los usuarios de la posición. Se ha elegido un esquema que es similar al Protocolo de Inicio de Sesión (SIP), donde la dirección IP de un terminal es almacenada en un servidor de posición. En este caso, el servidor no solamente almacena información del usuario como define el SIP sino también información de posición restringida por contrato. Esto permite un servicio o aplicación que primero localice la fuente de información de la posición para un usuario y luego pregunte al servidor de localización contratado o al terminal móvil si no existe contrato. Notar que el uso de otro servicio de directorio como el Protocolo de Acceso a Directorios Ligeros (LDAP) en lugar de un esquema similar al SIP, podría ser perfectamente viable con rendimientos tan buenos como este ultimo.

Hay, por otro lado también otras posibles amenazas. El sistema podría fácilmente ser comprometido por fuentes de posicionamiento falsas. De esta forma las fuentes serian separadas en dos grupos, fuentes de posicionamiento confiables y no confiables. Las fuentes confiables podrían ser un modulo GPS o una posición MPS

obtenida a través de un servidor MPC en el que el usuario pueda autenticarse, mientras que fuentes no confiables podrían ser fuentes externas como la de otros dispositivos móviles dentro de un rango de WaveLAN o Bluetooth que no tienen método de autentificación. Siempre, para este tipo de casos, la plataforma de posicionamiento prioriza las fuentes confiables.

El sistema podría ser comprometido por otras formas, como ser por instancias siempre presentes como ser la posibilidad de trazar una posición general de un terminal móvil desde que este tuvo conexión a la red. Esto significa que comúnmente encontramos herramientas como el comando de trazo de rutas de UNIX el que seria capaz de suministrar un posicionamiento general de un dispositivo móvil. El usuario también podría dar a conocer la ruta, si este accede al hardware local como un terminal autómata comprando ticket´s o retirando dinero de un cajero automático.

Por estas y otras mas, es necesario investigar, profundizar y completar las asuntos que refieren a la protección a la privacidad de la información, por ejemplo utilizar esquemas de protección más generales como los Protocolos de Seguridad IP.

2.4 Servicio de mapa

El servicio de mapa genérico es definido por la interfaz XML/HTTP que permite una aplicación para recuperar mapas de una cierta posición expresada en diferentes planos de niveles geodésicos y sistemas de sistemas de coordenadas con parámetros adicionales como datos geodésicos, sistema de coordenadas, tamaño del mapa, tipo de imagen, escala y orientación. Este esquema se apoya en el servicio genérico, como es simple de cambiar la base de datos del mapa principal y sistema de captura.

La base de datos de mapas esta implementada para retornar el mejor mapa disponible dependiendo de la escala del mapa requerido, desde un grupo de mapas determinado. La motivación tras esto esta en que el usuario no selecciona el grupo de mapas ya que raramente conoce el rango de escala habitual para un cierto grupo.

2.5 Servicio de Información

El servicio de información provee métodos para encontrar servicios publicitarios por búsqueda en bases de datos o en Internet por información que se adapta al criterio requerido. El servicio de representaciones puede ser presentado como un documento XML, también podría utilizar otro tipo sin ningún problema, como el Recurso de Descripción por Entramado (RDF).

Un ejemplo podría ser que el usuario busca por todos los restaurantes en una cercanía inmediata aquellos que sirvan comida italiana. La aplicación revisa en el servicio de base de datos para información por servicios que concuerden y entonces presenta la localización de cada restaurante en un mapa. El usuario entonces podría acceder a información adicional acerca de los resultados, como si hay un “como consigo llegar allí” o aun si el menú esta disponible.

3. Prototipos

Dentro del proyecto ALIPES se ha creado una plataforma de posicionamiento móvil y son desarrollados prototipos para estudiar el uso del contexto reconocedor de aplicaciones. Un conjunto de prototipos que utilizan la plataforma de posicionamiento están siendo desarrollados: Friendfinder es una herramienta para localización de amigos en el mapa, Geonotes una herramienta para enviar comentarios (similar a Post-It

Notes) y Buslocator, su utilidad radica en localizar el próximo y mas conveniente colectivo.

Estos prototipos serán evaluados dentro del proyecto STREET tomando a 20 usuarios del público general para realizar las pruebas. La meta es entender como se desarrolla el contexto de aplicaciones basado en información de posicionamientos y entender que servicios debe ofrecer (especialmente en lo que respecta a temas de privacidad, como el control de acceso a usuarios de posiciones).

3.1 FriendFinder (Buscador de amigos)

La aplicación FriendFinder esta basada en un simple mapa navegador donde la posición de los amigos registrados están marcadas en el mismo.

La posición actual es marcada por un circulo rojo dentro de un circulo con una cruz, la posición de amigos son marcadas con círculos naranjas u las posiciones fijas son marcadas como cuadrados azules.

Figura 4: Aplicación FriendFinder

3.2 GeoNotes

GeoNotes es un sistema desarrollado por el Instituto de Ciencias de Computación de Suecia. El sistema permite a los usuarios anotar localizaciones físicas con notas virtuales, muy parecido a poner notas en paredes alrededor suyo.

Figura 5: Aplicación GeoNotes

4. Utilidad de estas tecnologías

A nadie a esta altura, debe quedarle dudas que estos avances son utilizables en casi cuanta cosa que se nos ocurra, pero dentro de este amplio espectro, el uso de Bluetooth en los celulares (y computadores personales) y los GPS tanto en la industria automotriz como en nuevas técnicas agrícolas, son las de mayor provecho hoy en día.

A esta última hacemos referencia cuando se habla de “Agricultura de precisión”, el siguiente cuadro comparativo denota el alto grado de confianza que reviste el aprovechamiento de esta incipiente tecnología.

Agricultura Tradicional Agricultura de Precisión

Aplicación de pesticidas

Trata todo el campo de cultivo como una superficie uniforme con necesidades similares.

Gracias al tratamiento de imágenes aéreas, junto con las técnicas de digitalización, GPS y GIS, puede elaborarse un mapa del terreno con diferentes zonas detalladas, pudiendo prescribir la cantidad exacta de pesticida a aplicar en cada zona, según sus necesidades.

Empleo de banderas humanas para señalar a los aeroplanos dónde aplicar los pesticidas.

Empleo de GPS para indicar a los aeroplanos dónde descargar los pesticidas, y en qué cantidad, gracias a los mapas previamente elaborados.

Aplicación de abonos

La cantidad de abono a aplicar se determina por medio de la composición de diferentes muestras del terreno: al final requiere una aplicación uniforme de lo que se cree una buena estimación de la cantidad apropiada (se trata de una media).

Permite una aplicación específica según las necesidades de cada región, con dos métodos:

Empleo de DGPS para dividir el terreno según una rejilla, con celdas de tamaño determinado por el usuario, posibilitando el acceso preciso a un punto concreto de cada celda, recoger una muestra y aplicar el abono estimado para cada celda.

Empleo de fotografías aéreas. Éstas se digitalizan, georreferencian, y basándose en sus características se determina la cantidad de abono a aplicar en cada punto exacto del terreno. DGPS se encargará posteriormente de dar cada coordenada al vehículo de abono, así como la cantidad a aplicar.

Mapas de rendimiento

Sólo es posible sospechar que unas zonas producen más que otras; un estudio detallado supondría un elevado esfuerzo y muchas horas de trabajo.

Durante la cosecha, mediante la combinación de DGPS y sensores de grano, es posible recopilar los datos necesarios para elaborar un mapa preciso y detallado del rendimiento del cultivo.

Decidir si una zona del terreno produce por encima de los costes es una labor arriesgada.

Las técnicas de variabilidad temporal junto con los mapas de rendimiento y los costes variables permiten tomar una decisión adecuada acerca de qué zonas sería mejor no cultivar, ya que producen gastos.

Tabla 1: Agricultura tradicional vs. Agricultura de precisión

5. Conclusiones

A lo largo de este trabajo, se nombraron las mas diversas y a la vez mas utilizadas de las tecnologías. Aun así, los esfuerzos actuales pasan por conseguir que toda esta variedad pueda “reunirse” bajo un mundo tecnológico globalizado e inalámbrico.

Bajo este aspecto es que nace una nueva para hardware, software y requerimientos de interoperabilidad en la que los principales fabricantes de los sectores de las telecomunicaciones y la informática, tales como: Ericsson, Nokia, Toshiba, IBM, Intel, entre otros, apuntan a desarrollar sistemas que mejoren la funcionalidad de los mismos.

No es aventurarse decir que en poco tiempo, además de los fabricantes ya mencionados, se irán incorporando muchas más compañías, y que próximamente lo hagan también empresas de sectores tan variados como: automatización industrial, maquinaria, ocio y entretenimiento, fabricantes de juguetes, electrodomésticos, etc., con lo que en poco tiempo se nos presentará un panorama de total conectividad de nuestros aparatos tanto en casa como en el trabajo.

Como producto de estas voluntades (y aunque ya fue empezado, esta lejos de ser terminado), surge esta nueva arquitectura de aplicaciones, la cual cubre una amplia gama de las exigencias de los usuarios actuales, contando desde cuestiones básicas como un servicio de buscada de información o mapas, hasta algo mas complejo y que hace a la transparencia de estos servicios como es la plataforma de posicionamiento y el GPP, reuniendo también las condiciones de seguridad y privacidad que tan necesarias son.

6. Trabajo Futuro

La arquitectura esta actualmente en uso de varias organizaciones de investigaciones y realimentada por estas organizaciones usada para mejorar ambas, la arquitectura y la implementación.

Temas identificados como importantes son: un mapa cache inteligente con soporte de pre-carga para tiempos donde tenemos

recursos limitados de red. Un paquete con formato estándar para mapas. Definir e implementar un sistema inteligente para búsqueda y filtrado de

servicios de red. Un servicio de lenguajes de representación. Implementación y evaluación de mas avanzadas WaveLAN, Bluetooth y

técnicas de posicionamiento IR. Amplio estudio sobre temas de privacidad. Soporte para servicios anónimos.

REFERENCIAS:

AN ARCHITECTURE FOR LOCATION AWARE APPLICATIONSJames Nord, Kare Synnes, Meter ParnesDepartment of Computer Science Lulea University of Technology, Sweden

SISTEMAS DISTRIBUIDOS de George CoulourisConcepto y Diseño (3era Edicion)

EL SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL Y LOS RECEPTORES GPShttp://www.efdeportes.com/efd9/gps.htm

COMO FUNCIONA EL GPS POR MIGUEL GHEZZIhttp://www.solred.com.ar/cinave/papers/funcgps.htm

SISTEMA GPS http://ar.geocities.com/valdezda/informes/GPSInfo.htm

WIKIPEDIAhttp://www.brujula.net/wiki/bluetooth