Servicios basados en localización

Introducción

Los servicios basados en localización (LBS, Location Based Services) son aquellos que integran la ubicación de un dispositivo móvil con otra información de contexto relevante, proporcionando al usuario un valor añadido.

Muchos de estos servicios se conocen coloquialmente como geolocalización móvil.

Caution

No son GPS.

Clasificación

Orientadas a personas: son todas aquellas en las que el propósito principal de la aplicación es determinar la ubicación de una persona o bien usar la posición de una persona para ofrecer un servicio de valor añadido.
La persona siempre debe controlar el servicio y decidir explícitamente la duración de la cesión de los datos de ubicación.
Orientadas a dispositivos: son todas aquellas que son externas al usuario. Este no gestiona su propia ubicación, sino que le permiten conocer la ubicación de dispositivos que comparten de forma pública o privada su información de posición.
Reactivas: son aquellas que siempre son activadas explícitamente por el usuario. En este caso, el usuario invoca el servicio, el servicio obtiene la información de localización necesaria, la procesa y entrega los resultados contextualizados al usuario.
Se caracteriza por la interacción necesaria entre usuario y servicio.
Proactivas: también denominadas Push, se activa automáticamente siempre que se produce un evento de localización predefinido.
La interacción entre el usuario y el servicio es asíncrona, por lo que se requiere de una monitorización continua.
Ejemplo: El usuario se acerca a una determinada zona.

Las aplicaciones LBS pueden tener distintos grados de exigencia sobre la exactitud del dato de la posición geográfica para que sean utilizables.

Tipo de aplicación	Exigencia de exactitud
Direcciónes y guiado	Alta
Emergencias	Alta
Seguimiento de activos valiosos	Alta
Realidad Aumentada	Media-Alta
Comercio electrónico móvil	Media-Alta
Publicidad geolocalizada	Media-Alta
Gestión de flotas	Media
Información de tráfico	Media-Baja

Aplicaciones LBS y nivel de exactitud de localización que las hace viables

Tecnologías para la localización móvil

Básicamente existen dos tipos de tecnologías físicas de localización de dispositivos móviles:

Localización basada en red

Es la que utiliza la infraestructura del operador móvil para realizar la localización. Esta información esta siempre disponible si el dispositivo esta operativo y conectado a un operador, y es totalmente independiente del tipo de dispositivo móvil empleado.

Necesitan visibilidad directa y un mínimo de tres estaciones base para localizar.

La localización basada en red puede ser de dos tipos:

Ascendente: Las bases utilizan la señales del móvil, las envían a un centro de procesado y calculan su posición.
Descendente: El móvil usa las señales de las bases para calcular su posición.

Localizacion_basada_red

Localización de un dispositivo móvil (estrella azul) mediante trilateración de la señal obtenida por tres antenas de telefonía móvil

Métodos de localización

RSSI (Received Signal Strength Indicator)

RSSI son las siglas en inglés de indicador de intensidad de la señal recibida.

Mide la potencia y la calidad de la radiofrecuencia en el momento en que llega al receptor.

AoA (Angle of Arrival)

En el método del ángulo de llegada se localiza el dispositivo en función de los angulos de llegada desde el terminal hasta las estaciones base.

Su gran problema es que su precisión disminuye a medida que aumenta la distancia del dispositivo respecto a la estación base.

AoA

ToA (Time of Arrival)

El método de tiempo de llegada mide el tiempo que tarda en llegar la señal desde el dispositivo hasta la estación base.

Este método es muy bueno teoricamente, pero es muy dificil de optimizar debido a rebotes de las señales.

TDoA (Time Difference of Arrival)

El método de diferencia de tiempo de llegada mide la diferencia entre los tiempos de llegada, mejorando así el posicionamiento ToA.

Localización basada en terminal

Es en la que los propios dispositivos móviles obtienen la localización, haciendo uso de su hardware (GPS y sensores) que ya suele venir integrádo de fábrica.

Localizacion_basada_terminal

Distintas tecnologías que permiten la localización basada en terminal

La localización GNSS (Sistema de Navegación Global por Satélite) es una tecnología basada en terminal compuesta por una constelación de satélites que transmiten señales desde el espacio, con información de tiempos y ayuda a la localización.

Un GNSS proporciona cobertura global, y existen distintos GNSS en la actualidad:

Nombre	Origen	Año de inicio	Uso y gestión	Satélites
GPS (Global Positioning System)	EEUU	1983	Gestionado por el departamento de defensa	24
GLONASS	Rusia (URSS)	1986	Gestionado por el ministerio de defensa	24
Galileo	Unión Europea	2016	Gestión y uso civil	24
BEIDOU	China	2000	Gestionado por el ministerio de industria aeroespacial	35
IRNSS	India	2013	Agencia espacial de la India	7
QZSS	Japon	2010	Gestionado por el gobierno Japones	5

Comparativa de los diferentes sistemas de GNSS

El uso de sistemas GNSS tiene algunos inconvenientes:

Alto consumo energético.
El tiempo de primera adquisición de datos de localización (Time To First Fix - TTFF) suele ser bastante elevado.
Mala cobertura del servicio en interiores.

Con el fin de resolver estos problemas se creo el GNSS Asistido, el cual mejoraba el tiempo de primera adquisición.

Por otro lado, el GPS Asistido (A-GPS), integra la tecnología GPS en las redes de los operadores móviles para que estas ayuden a los dispositivos a acelerar el proceso de búsqueda de ubicación.

Precisión mejorada.

Reducción del tiempo de adquisición.

Menor consumo energético.

Incremento de la sensibilidad del receptor GPS.

Mejoras que aporta A-GPS

Métricas en tecnologías de localización

Exactitud

La exactitud es la proximidad existente entre un valor real y el valor medido.

\begin{matrix} (2) & E x a c t i t u d = \sqrt{e_{x i^{2}} + e_{y i^{2}}} \end{matrix}

Donde:

\begin{matrix} (3) & \begin{matrix} e_{x i} = X_{i} - X_{r e a l} \\ e_{y i} = Y_{i} - Y_{r e a l} \end{matrix} \end{matrix}

Ejemplo:

Coordenadas reales	Coordenadas obtenidas del GPS
Longitud: 33.7749º N Latitud: -122.4194º W	Longitud: 33.7751º N Latitud: -122.4192º W

\begin{matrix} (4) & D i s t a n c i a = \sqrt{(37, 7751 - 37, 7749)^{2} + (- 122, 4192 - (- 122, 4194)^{2}} = \sqrt{(0, 0002)^{2} + (0, 0002)^{2}} = 0, 00028284 º \approx 31, 44 m \end{matrix}

Precisión

La precisión es la dispersión del conjunto de valores de las mediciones. Es decir, como esta de distanciado respecto a la media de las mediciones.

Esto denota repetitividad.

Esta asociado a la desviación típica.

\begin{matrix} (5) & P r e c i s i ó n = \sqrt{Δ x^{2} + Δ e_{y}^{2}} \end{matrix}

Donde:

\begin{matrix} (6) & \begin{matrix} Δ x = x_{i} - \bar{x} i \\ Δ y = y_{i} - {\bar{y}}_{i} \end{matrix} \end{matrix}

Ejemplo:

Lectura 1	Lectura 2	Lectura 3
Longitud: 33.7749º N Latitud: -122.4194º W	Longitud: 33.7750º N Latitud: -122.4193º W	Longitud: 33.7748º N Latitud: -122.4195º W

$Longitud \ promedio = \dfrac{37,7749 + 37,7750 + 37,7748}{3} \approx 37,7749ºN$

$Latitud \ promedio = \dfrac{(-122,4194) + (-122,4193) + (-122,4195)}{3} \approx -122,4194ºW$

$Distancia \ L_1 = \sqrt{(37,7749-37,7749)^2 + (-122,4194-(-122,4194)^2} = 0º$

$Distancia \ L_2 = \sqrt{(37,7750-37,7749)^2 + (-122,4193-(-122,4194)^2} \approx 0,000138º$

$Distancia \ L_3 = \sqrt{(37,7748-37,7749)^2 + (-122,4184-(-122,4194)^2} \approx 0,000138º$

$Distancia\ promedio = \dfrac{distancia \ L_1 + distancia \ L_2 + distancia \ L_3}{3} = \dfrac{0 + 0,000138 + 0,000138}{3} \approx 0,000092º \approx 10,25m$

Beacons: localización por proximidad

La localización por GNSS en interiores es más complicada, debido a que la señal no llega por problemas con estructuras, reflexión de ondas...

Para estos casos, se suelen utilizar otros tipos de mecanismos de localización.

La balizas o beacons son dispositivos de tamaño reducido que utilizan el Bluetooth para su funcionamiento.

Funcionan transmitiendo una señal de radio dirigida a los dispositivos móviles que se encuentran en las proximidades.

Cada beacon incluye un identificador único.

Interior_beacon

Imagen del interior de un beacon

Funcionamiento

Cuando un dispositivo móvil, con bluetooth activado se aproxima al área de cobertura de un beacon:

Se detecta ese beacon específico.
Se obtiene su ID.
Se activan las funciones expecificas.

Operativa_beacon

Operativa de un beacon cuando un smartphone se acerca

En la actualidad existen dos tipos diferentes de balizas:

iBeacons, que están enfocados al ecosistema de dispositivos de Apple.
Eddystone, que son los indicados por Google para su ecosistema Android.

Pros y contras de los beacons

Pros

Bajo consumo.
Independencia de red de datos.
Cobertura en interiores.

Contras

Activación bluetooth.
Adopción generalizada.
Apps.

by Jose Manuel Pinillos