FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS, INGENIERIA Y AGRIMENSURAUNIVERSIDAD NACIONAL DE ROSARIO

SISTEMASDISTRIBUIDOS

Tema:

Una arquitectura para aplicaciones de localizacin

REALIZADO POR:

IMVINKELRIED, MARTN I-0299/2

2005

Introduccin

Las aplicaciones mviles son un campo rpidamente creciente en la tecnologa del software, donde dispositivos mviles como computadoras de mano con conectividad a redes inalmbricas entre otras tantas, dan origen a un nuevo grupo de aplicaciones software que reconocen el contexto de ejecucin segn su posicin. El contexto de uso puede ser determinado por anlisis de patrones individuales en combinacin con informacin acerca de la localizacin fsica del usuario.

Viendo ms all, aunque en un futuro cercano, la gente usara aparatos mviles para manejarse en su vida diaria y estos dispositivos serian conectados inherentemente a Internet por tecnologas de comunicacin inalmbricas como el GSM, GPRS, UMTS, WaveLAN, HiperLAN o Bluetooth. Estas tecnologas pueden ser usadas para posicionar los dispositivos mviles y por otro lado incorporan mltiples servicios utilizables de la red para tal propsito. Estos servicios no estn disponibles a menos que el usuario este dentro de cierto contexto determinado por tiempo, ubicacin y usos patrones.

Dada la importancia actual de estas nuevas tecnologas 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

Resea de las principales tecnologas

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 posicin la calculan los receptores GPS gracias a la informacin recibida desde satlites en rbita alrededor de la Tierra. Consiste en una red de 24 satlites, 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 parmetros generales sobre la ubicacin y la operatividad de cada satlite en relacin al resto de satlites de la red, esta informacin puede ser recibida desde cualquier satlite, y una vez el receptor GPS tiene la informacin del ltimo Almanaque recibido y la hora precisa, sabe donde buscar los satlites en el espacio; la otra serie de datos, tambin conocida como Efemrides, hace referencia a los datos precisos, nicamente, del satlite que est siendo captado por el receptor GPS, son parmetros orbitales exclusivos de ese satlite y se utilizan para calcular la distancia exacta del receptor al satlite. En principio, cuantas ms seales recibe, ms exacto es el clculo de posicin.

El sistema GPS funciona en cinco pasos lgicos: Triangulacin, Medicin de distancia, Tiempo, Posicin y Correccin.

Triangulacin Nuestra posicin se calcula en base a la medicin de las distancias a los satlites.

Matemticamente se necesitan cuatro mediciones de distancia a los satlites para determinar la posicin exacta. En la prctica se resuelve nuestra posicin con solo tres mediciones, si podemos descartar respuestas ridculas o utilizamos ciertos trucos. Se requiere de todos modos una cuarta medicin por razones tcnicas.

Midiendo la distancia La distancia al satlite se determina midiendo el tiempo que tarda una seal de

radio, emitida por el mismo, en alcanzar nuestro receptor de GPS. Para efectuar dicha medicin asumimos que ambos, nuestro receptor GPS y el satlite, estn generando el mismo Cdigo Pseudo Aleatorio en exactamente el mismo momento. Comparando cuanto retardo existe entre la llegada del Cdigo Pseudo Aleatorio proveniente del satlite y la generacin del cdigo de nuestro receptor de GPS, podemos determinar cuanto tiempo le llev a dicha seal llegar hasta nosotros. Multiplicamos dicho tiempo de viaje por la velocidad de la luz y obtenemos la distancia al satlite.

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

satlites son exactos porque llevan un reloj atmico a bordo. Los relojes de los receptores GPS no necesitan ser tan exactos porque la medicin de un rango a un satlite adicional permite corregir los errores de medicin.

Posicionamiento de los Satlites Para utilizar los satlites como puntos de referencia debemos conocer

exactamente donde estn en cada momento. Los satlites de GPS se ubican a tal altura que sus rbitas son muy predecibles. El Departamento de Defensa controla y mide variaciones menores en sus rbitas. La informacin sobre errores es enviada a los satlites para que estos a su vez retransmitan su posicin corregida junto con sus seales de timing.

Correccin de Errores La ionosfera y la troposfera causan demoras en la seal de GPS que se traducen

en errores de posicionamiento. Algunos errores se pueden corregir mediante modelacin y correcciones matemticas. La configuracin de los satlites 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 estacin base en tierra, con coordenadas muy bien definidas, escucha los satlites GPS.

2. Calcula su posicin por los datos recibidos de los satlites. 3. Dado que su posicin est bien definida, calcula el error entre su posicin

verdadera y la calculada, estimando el error en cada satlite.4. Se enva estas correcciones al receptor a travs de algn medio.

La precisin de este sistema queda sujeta a una degradacin de precisin 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 clculo diferencial el error, este disminuye hasta un margen de 1 a 3 metros RMS.

Existen ms de este tipo de sistema de posicionamiento en todo el mundo, entre los ms importantes por ejemplo esta el llamado GLONASS, ahora gestionado por la Federacin Rusa, antiguamente Unin Sovitica.

La principal diferencia entre los sistemas GPS y GLONASS es que son sistemas autnomos, 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 satlites, 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 parmetros 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 correccin del efecto ionosfrico.

Tambin la Unin Europea intenta lanzar su propio sistema de posicionamiento por satlite, denominado 'Galileo'.

De que hablamos cuando nos referimos a BLUETOOTH?

Bluetooth es la norma que define un estndar global de comunicacin inalmbrica, que posibilita la transmisin 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 mviles y fijos Eliminar cables y conectores entre stos Ofrecer la posibilidad de crear pequeas redes inalmbricas y facilitar la

sincronizacin de datos entre nuestros equipos personales

Entre otras cosas, nos proporciona una va de interconexin inalmbrica entre diversos aparatos que tengan dentro de s esta tecnologa, como celulares, computadoras de mano (Palm, Pocket PC), cmaras, computadoras porttiles, impresoras

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

La especificacin de Bluetooth define un canal de comunicacin de mximo 720Kb/seg con rango ptimo de 10 metros (opcionalmente 100m).

La frecuencia de radio con la que trabaja est 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 mximo 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 lnea) combina switching de circuitos y paquetes. Para asegurar que los paquetes no lleguen fuera de orden, los slots pueden ser reservados por paquetes sncronos, un salto diferente de seal es usado para cada paquete. Por otro lado, el switching de circuitos puede ser asncrono o sncrono. Tres canales de datos sncronos (voz), o un canal de datos sncrono y uno asncrono, 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 transmisin de voz. Un canal asncrono puede transmitir como mucho 721 Kb/s en una direccin y 56 Kb/s en la direccin opuesta, sin embargo, para una conexin asncrona es posible soportar 432,6 Kb/s en ambas direcciones si el enlace es simtrico.

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

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

las funciones de transferencia (tanto asncrona como sncrona), codificacin de Audio y encriptacin de datos

Entre las tareas realizadas por el LC y el Link Manager, destacan las siguientes: - Envo y Recepcin de Datos. - Empaginamiento y Peticiones. - Determinacin de Conexiones. - Autenticacin. - Negociacin y determinacin de tipos de enlace. - Determinacin del tipo de cuerpo de cada paquete. - Ubicacin del dispositivo en modo sniff o hold.

Cual es el concepto de una red inalmbrica?

La conexin de los dispositivos porttiles y de mano necesitan redes de comunicaciones inalmbricas (wireless networks), con esto surge las LANs inalmbricas, las cuales utilizan dos tipos de tecnologas: Infrarrojas y Radio Frecuencia.

Dentro de las WaveLan, los dispositivos mviles inalmbricos se comunican con el resto de la intranet a travs de una estacin base que es el punto de acceso a la red LAN cableada. Una red sin hilos que se conecta al mundo a travs de un punto de acceso en una LAN convencional se conoce como una red de infraestructura. Una configuracin alternativa para las conexiones de red inalmbricas es conocida como una red ad-hoc (al caso). Las redes ad-hoc no incluyen un punto de acceso o una estacin base. Se construyen al vuelo como resultado de la deteccin mutua de dos o ms dispositivos mviles con interfaces inalmbricas en las cercanas, en base a estas ltimas se basara lo que viene a continuacin.Las ventajas de las Redes de rea Local Inalmbricas (LANs) sobre las cableadas son: flexibilidad en la localizacin de la estacin, fcil instalacin y menores tiempos en la reconfiguracin, aunque no son tan veloces.

Algunos de ellos son la IEEE802.11 (WaveLan) son verdaderas redes LAN inalmbricas (wireless local rea networks;WLAN) diseados 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 inalmbricas, pues adems de la velocidad que ya fue nombrada otros aspectos deben ser tenidos en cuenta, partiendo de que al disearla para cubrir una rea grande, se tienen que instalar tantos puntos de acceso como sean necesarios, de tal forma que las reas de cobertura se superpongan una con otra para eliminar cualquier zona muerta, ya que segn se mueve la computadora (o cualquier otro dispositivo con conectividad), la seal del adaptador se puede cambiar a otro Punto de Acceso para continuar con la transmisin. Cuando una MC detecta que la seal se hace ms dbil y que se est alejando del alcance de un punto de acceso, el adaptador interroga a todos los otros puntos de acceso de la red para ver cul est ms cerca.

Otro cuestin de extrema relevancia surge del medio fsico, puesto que cuando utilizamos ondas de radio en lugar de cables como medio de transmisin se derivan problemas dado que la potencia de la seal no es uniforme a lo largo del espacio en el que las redes LANs inalmbricas trabajan, y por lo tanto la deteccin de la portadora y de las colisiones pueden fallar de los siguientes modos: Estaciones ocultas: la deteccin de la portadora puede fallar en la deteccin de la transmisin de otra estacin. Atenuacin: debido a la ley del inverso del cuadrado de la propagacin de las ondas electromagnticas, la potencia de las seales de radio disminuye rpidamente con la

distancia al transmisor. Las estaciones dentro de una LAN inalmbrica 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 seal generada localmente ser siempre mucho mas potente que cualquier seal originada en cualquier otro lugar, y tapar la transmisin 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 estacin 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 fcil al crear una red hbrida, porque seguiramos teniendo las ventajas de la velocidad que nos brinda la parte cableada y expandiramos las posibilidades con la parte inalmbrica, en este trabajo se observo la implementacin de una red hbrida Ethernet con infrarrojos y coaxial, que se puede considerar una de las redes de ms uso en el mundo.

CAPITULO II

1. Breve resumen

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

La arquitectura tambin soporta comunicacin par a par para permitir que clientes intercambien informacin de posicin sobre una red inalmbrica como Bluetooth o WaveLAN. Esto posibilita a usuarios usar otros usuarios como fuentes de posicin si estos estn lo suficientemente cercanos. La informacin de posicin puede ser usada directamente por una aplicacin o ser combinadas con informacin habitual y/o contextual para efectuar aplicaciones mas personalizadas.

Una de las cosas en que las aplicaciones mviles difieren respecto de las aplicaciones convencionales, es que la ubicacin de dispositivos mviles es dinmica. De esta forma, hay una necesidad por una plataforma de posicionamiento mvil que no solamente encapsule diferentes tcnicas de posicionamiento sino tambin ofrezca tcnicas combinadas adicionales. Esto significara que una aplicacin mvil no necesita manejar todas las tcnicas disponibles, sino en su lugar podra usar un servicio colectivo, la Plataforma de posicionamiento mvil. Esta debera proveer soporte para acceder a los servicios comunes requeridos por la mayora de las aplicaciones mviles como recuperacin de mapas y servicios de bsqueda.

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

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

Son tambin discutidas diferentes tcnicas que combinan informacin de posicin, interfaces necesarias por la aplicacin 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 informacin sobre posicionamiento usando contratos que son fcilmente mantenidos y controlados por el usuario. Adems se delinea una implementacin corriente en estos tiempos, junto con la presentacin de dos prototipos de aplicacin 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 informacin.

Una vista de la arquitectura es graficada en la figura 1. La plataforma de posicionamiento provee una abstraccin para los dispositivos de posicin usados; este es el responsable de recolectar los datos de todos los mdulos de posicin y combinar estos en una sola posicin y precisin. El controlador privacidad/seguridad provee un punto de acceso para consultar cual aplicacin otorga o niega alguna peticin que llega a la plataforma para obtener la localizacin del usuario. El servicio de mapas suministra mtodos para obtener informacin de mapas mientras que el servicio de informacin abstrae los procesos de servicios de localizacin 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

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rvic

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Gui

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a

XM

L da

taba

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WW

W se

arch

Figura 1: Arquitectura ALIPES

2.1 Plataforma de posicionamiento

La plataforma de posicionamiento colecciona los datos de posicin de los diferentes mdulos de posicionamiento y une la informacin 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 informacin con cierto intervalo de tiempo es un ejemplo de dispositivo iniciador, mientras que el Sistema de Posicionamiento Mvil de ERICSSON (MPS) es un ejemplo de sistema respondedor que recupera informacin MPS sobre el Internet, pero solo luego de una consulta. Para cada dispositivo de posicionamiento fsico 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 comn detallado por el Protocolo de Posicionamiento Genrico (GPP) usado en al plataforma.

Como cada dispositivo tiene diferentes precisiones y caractersticas de segmento posicional, es posible encontrar una nueva rea de posicin que es solapada por cada posicin 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 rea limitada por un rectngulo A y un MPS reporta que este esta dentro de un rea B, la cual esta limitada por dos crculos. Con estos conocimientos, la plataforma de posicionamiento podra calcular una posicin mas precisa, por ejemplo las posiciones limitadas por la interseccin de A y B.

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

Figura 2: Calculando una posicin desde dos recursos.

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

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

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

El dispositivo C calcula la posicin PC(trans) = PC(local) (10 metros) (mximo rango de transmisin en conexiones Bluetooth) para enviar sobre la red y transmite esto. El dispositivo D puede entonces calcular una nueva posicin 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 deberamos haber elegido el estado en le cual solamente informacin de posicin localmente confiable seria enviada fuera sobre la red, pero en este caso partimos del hecho que cualquier informacin leda por una red punto a punto no ser transmitida a otros dispositivos. El razonamiento anterior esta para reducir el efecto que dispositivos de posicionamiento errneos o un usuario malicioso podra tener sobre el sistema. Si hay algn conflicto entre la posicin que fue obtenida sobre la red y la posicin localmente confiable entonces la informacin de la posicin remota ser descartada.

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

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 cdigo C/A durante periodos de 24 h. La precisin con GLONASS, obtenida en estas pruebas es

PC(trans)

PD(trans)

mejor que los niveles garantizados por el Gobierno Ruso. Adems, la precisin con GLONASS es mejor que la obtenida con GPS debido a que la Disponibilidad Selectiva est activada. Sin embargo, si la SA estuviera desactivada, la precisin con GPS sera mejor que con GLONASS. Los siguientes valores muestran los resultados obtenidos por el Laboratorio Lincoln en una de las pruebas realizadas para la obtencin de posiciones absolutas utilizando la constelacin GLONASS, la constelacin 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 combinacin 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 satlites (con las dos constelaciones completas). Con todos estos satlites, los trabajos en desfiladeros y otras localizaciones de visibilidad restringida, tales como reas boscosas, etc., es mejorada debido a la posibilidad de mayor informacin de ms satlites. Adems, una mayor constelacin de satlites tambin mejora la ejecucin 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 obtencin de una mayor informacin de ms satlites. Pero eso no es todo, adems el tiempo de inicializacin para alcanzar precisiones de nivel centimtrico mejora en un factor de 3 a 6 con una constelacin de 48 satlites.

El posicionamiento posee una integridad mayor. Para un nivel de confianza de 99.9% el posicionamiento con GPS requiere una recepcin continua de 6 o ms satlites en sus constelacin de 24 satlites. Para el mismo nivel de confianza, usando GPS/GLONASS se requiere una recepcin continua de 7 satlites de los 48 de la combinacin. Las operaciones de cdigo diferencial vienen a ser ms simples. Debido a que no existe una degradacin deliberada de la precisin, el trabajo con GLONASS

diferencial requiere mucha menor cantidad de correcciones. Es posible la deteccin del 100% de los fallos, tanto en disponibilidad de los satlites, como en la calidad de la informacin que transmiten, gracias a la existencia de los RAIM (Receiver Autonomous Integrity Monitoring), que son receptores autnomos de seguimiento ntegro que utilizan unos algoritmos que detectan anomalas en la transmisin de datos, an figurando un buen estado de salud en los mensajes de navegacin y almanaques.

Las principales ventajas del uso combinado GPS/GLONASS son la mejora en la geometra de los satlites y la mitigacin de la Disponibilidad Selectiva. Las posiciones se estiman usando los parmetros de transformacin entre el sistema PZ-90 y el WGS-84.

2.2 Protocolo de Posicionamiento Genrico (GPP)

Las diferentes tcnicas de posicionamiento tienen propiedades similares, como que todas estas reportan la posicin, pero los protocolos difieren. Un protocolo de posicionamiento genrico (GPP) deber de esta forma soportar todas las tcnicas de posicionamiento y trabajar como un lenguaje comn para que la plataforma pueda comunicarse con fuentes de posicionamientos externas. Una fuente puede ser interna para el dispositivo mvil pero externa para la plataforma, como una instancia extra de la plataforma. Este protocolo debera ser usado tambin frente a estas fuentes y adems mantener la estructura para comunicaciones con mdulos de posicionamiento internos del dispositivo mvil (como un GPS o Bluetooth).

Las caractersticas requeridas por el protocolo son:

1. Formato estructurado y jerrquico, para simple implementacin de anlisis.2. Humanamente legible, para auxiliar en la bsqueda de errores.3. Unos pocos tipos de mensajes simples:

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

Debido a los requerimientos (1) y (2) se eligi 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 precisin 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 Mvil de ERICSSON, el Lenguaje de Marcado Geogrfico (GML) y el estndar 0183 de la Asociacin de Electrnicos 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 podra 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 aplicacin cliente pregunta al servidor para recuperar la posicin de un dispositivo mvil. La pregunta

incluye informacin acerca de la direccin MAC del dispositivo mvil junto con informacin adicional como el nombre del usuario y contrasea.

2.3 Privacidad y Seguridad

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

Las cuestiones pasan por como restringir el acceso a informacin 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 aplicacin usuario se apropia de su posicin y algn servicio externo tiene que pedir permiso de la aplicacin usuario para obtener su posicin. Es de esta forma posible preguntar a la plataforma por una posicin, pero esta automticamente resultara en un pedido a la aplicacin.

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

El usuario podra delegar los derechos de otorgar o permitir accesos de los usuarios de posicin a una parte secundaria como un centro de posicionamiento WaveLAN, mediante la construccin de un contrato. El contrato ser quien limite a travs de los criterios de seleccin de usuarios. Todos los pedidos de los dispositivos mviles entonces sern redireccionados a la parte secundaria, la cual ejecutara los alcances del contrato para todas las consultas acerca del usuario.

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

Otro tema es como se localiza a los terminales mviles usuarios y de esta a los usuarios de la posicin. Se ha elegido un esquema que es similar al Protocolo de Inicio de Sesin (SIP), donde la direccin IP de un terminal es almacenada en un servidor de posicin. En este caso, el servidor no solamente almacena informacin del usuario como define el SIP sino tambin informacin de posicin restringida por contrato. Esto permite un servicio o aplicacin que primero localice la fuente de informacin de la posicin para un usuario y luego pregunte al servidor de localizacin contratado o al terminal mvil 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, podra ser perfectamente viable con rendimientos tan buenos como este ultimo.

Hay, por otro lado tambin otras posibles amenazas. El sistema podra fcilmente 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 podran ser un modulo GPS o una posicin MPS

obtenida a travs de un servidor MPC en el que el usuario pueda autenticarse, mientras que fuentes no confiables podran ser fuentes externas como la de otros dispositivos mviles dentro de un rango de WaveLAN o Bluetooth que no tienen mtodo de autentificacin. Siempre, para este tipo de casos, la plataforma de posicionamiento prioriza las fuentes confiables.

El sistema podra ser comprometido por otras formas, como ser por instancias siempre presentes como ser la posibilidad de trazar una posicin general de un terminal mvil desde que este tuvo conexin a la red. Esto significa que comnmente encontramos herramientas como el comando de trazo de rutas de UNIX el que seria capaz de suministrar un posicionamiento general de un dispositivo mvil. El usuario tambin podra dar a conocer la ruta, si este accede al hardware local como un terminal autmata comprando tickets o retirando dinero de un cajero automtico.

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

2.4 Servicio de mapa

El servicio de mapa genrico es definido por la interfaz XML/HTTP que permite una aplicacin para recuperar mapas de una cierta posicin expresada en diferentes planos de niveles geodsicos y sistemas de sistemas de coordenadas con parmetros adicionales como datos geodsicos, sistema de coordenadas, tamao del mapa, tipo de imagen, escala y orientacin. Este esquema se apoya en el servicio genrico, 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 motivacin 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 Informacin

El servicio de informacin provee mtodos para encontrar servicios publicitarios por bsqueda en bases de datos o en Internet por informacin que se adapta al criterio requerido. El servicio de representaciones puede ser presentado como un documento XML, tambin podra utilizar otro tipo sin ningn problema, como el Recurso de Descripcin por Entramado (RDF).

Un ejemplo podra ser que el usuario busca por todos los restaurantes en una cercana inmediata aquellos que sirvan comida italiana. La aplicacin revisa en el servicio de base de datos para informacin por servicios que concuerden y entonces presenta la localizacin de cada restaurante en un mapa. El usuario entonces podra acceder a informacin adicional acerca de los resultados, como si hay un como consigo llegar all o aun si el men esta disponible.

3. Prototipos

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

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

Estos prototipos sern evaluados dentro del proyecto STREET tomando a 20 usuarios del pblico general para realizar las pruebas. La meta es entender como se desarrolla el contexto de aplicaciones basado en informacin 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 aplicacin FriendFinder esta basada en un simple mapa navegador donde la posicin de los amigos registrados estn marcadas en el mismo.

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

Figura 4: Aplicacin FriendFinder

3.2 GeoNotes

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

Figura 5: Aplicacin GeoNotes

4. Utilidad de estas tecnologas

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 tcnicas agrcolas, son las de mayor provecho hoy en da.

A esta ltima hacemos referencia cuando se habla de Agricultura de precisin, el siguiente cuadro comparativo denota el alto grado de confianza que reviste el aprovechamiento de esta incipiente tecnologa.

Agricultura Tradicional Agricultura de Precisin

Aplicacin de pesticidas

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

Gracias al tratamiento de imgenes areas, junto con las tcnicas de digitalizacin, 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, segn sus necesidades.

Empleo de banderas humanas para sealar a los aeroplanos dnde aplicar los pesticidas.

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

Aplicacin de abonos

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

Permite una aplicacin especfica segn las necesidades de cada regin, con dos mtodos:

Empleo de DGPS para dividir el terreno segn una rejilla, con celdas de tamao 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 fotografas areas. stas se digitalizan, georreferencian, y basndose en sus caractersticas se determina la cantidad de abono a aplicar en cada punto exacto del terreno. DGPS se encargar posteriormente de dar cada coordenada al vehculo de abono, as como la cantidad a aplicar.

Mapas de rendimiento

Slo es posible sospechar que unas zonas producen ms que otras; un estudio detallado supondra un elevado esfuerzo y muchas horas de trabajo.

Durante la cosecha, mediante la combinacin 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 tcnicas de variabilidad temporal junto con los mapas de rendimiento y los costes variables permiten tomar una decisin adecuada acerca de qu zonas sera mejor no cultivar, ya que producen gastos.

Tabla 1: Agricultura tradicional vs. Agricultura de precisin

5. Conclusiones

A lo largo de este trabajo, se nombraron las mas diversas y a la vez mas utilizadas de las tecnologas. Aun as, los esfuerzos actuales pasan por conseguir que toda esta variedad pueda reunirse bajo un mundo tecnolgico globalizado e inalmbrico.

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 informtica, 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, adems de los fabricantes ya mencionados, se irn incorporando muchas ms compaas, y que prximamente lo hagan tambin empresas de sectores tan variados como: automatizacin industrial, maquinaria, ocio y entretenimiento, fabricantes de juguetes, electrodomsticos, etc., con lo que en poco tiempo se nos presentar 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 bsicas como un servicio de buscada de informacin 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 tambin 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 implementacin.

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 estndar para mapas. Definir e implementar un sistema inteligente para bsqueda y filtrado de

servicios de red. Un servicio de lenguajes de representacin. Implementacin y evaluacin de mas avanzadas WaveLAN, Bluetooth y

tcnicas de posicionamiento IR. Amplio estudio sobre temas de privacidad. Soporte para servicios annimos.

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 Diseo (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