Positionering i GSM-nätverk

Positionering i GSM-n¨atverk

Examensarbete utf¨ort i Datatransmission av

Patrik Persson

LiTH-ISY-EX--07/3881--SE Link¨oping 2007

Examensarbete

Positionering i GSM-n¨atverk

av

Patrik Persson

LiTH-ISY-EX--07/3881--SE

Handledare : Systemarkitekt Anders Persson

Systemarkitektur

vid R2Meton AB

Examinator : Universitetslektor Danyo Danev

Institutionen f¨or systemteknik

Avdelning, Institution Division, Department Datum Date Spr˚ak Language 4 Svenska/Swedish 2 Engelska/English 2 Rapporttyp Report category 2 Licentiatavhandling 4 Examensarbete 2 C-uppsats 2 D-uppsats 2 Ovrig rapport¨ 2

URL f¨or elektronisk version

ISBN

ISRN

Serietitel och serienummer Title of series, numbering

ISSN Titel Title F¨orfattare Author Sammanfattning Abstract Nyckelord Keywords

Merparten av de kommersiella system f¨or mobilkommunikation som finns och byggs i v¨arlden idag bygger fortfarande p˚a GSM, antalet abbonnenter ¨ar ¨over 2 miljarder. F¨or att ut¨oka funktionaliteten med mobila terminaler har det forskats p˚a att inf¨ora positionering i GSM-n¨atverk.

Tj¨anster som anv¨ander abbonnentens positionsinformation kallas Location Based Service och de ger m¨ojlighet att ut¨oka funktionalite-ten och spara anv¨andaren av tj¨ansfunktionalite-ten arbete.

Rapporten beskriver olika tekniker f¨or positionering och slutsatsen att CGI-TA ¨ar den teknik som positioneringen ska byggas p˚a. Denna teknik finns tillg¨anglig hos de svenska operat¨orerna idag och f¨or att kommunicera med dem anv¨ands Mobile Location Protocol 3.0.0.

Implementation av positioneringen realiserades i en J2EE-milj¨o i form av en WebLogic Server 8.1 med hj¨alp av Enterprise Java Beans och Java Connector Architecture. Prototypen verifierades med hj¨alp av en emulator till Ericsson Mobile Positioning System som klarar av att hantera Mobile Location Protocol 3.0.0.

ISY,

Institutionen f¨or systemteknik 581 83 LINK ¨OPING 2007-01-25 — LiTH-ISY-EX--07/3881--SE — http://www.ep.liu.se/exjobb/isy/2007/dd-d/3881/ 2007-01-25 Positioning in GSM Networks Positionering i GSM-n¨atverk Patrik Persson

Sammanfattning

Merparten av de kommersiella system f¨or mobilkommunikation som finns och byggs i v¨arlden idag bygger fortfarande p˚a GSM, antalet abbonnenter ¨

ar ¨over 2 miljarder. F¨or att ut¨oka funktionaliteten med mobila terminaler har det forskats p˚a att inf¨ora positionering i GSM-n¨atverk.

Tj¨anster som anv¨ander abbonnentens positionsinformation kallas Loca-tion Based Service och de ger m¨ojlighet att ut¨oka funkLoca-tionaliteten och spara anv¨andaren av tj¨ansten arbete.

Rapporten beskriver olika tekniker f¨or positionering och slutsatsen att CGI-TA ¨ar den teknik som positioneringen ska byggas p˚a. Denna teknik finns tillg¨anglig hos de svenska operat¨orerna idag och f¨or att kommunicera med dem anv¨ands Mobile Location Protocol 3.0.0.

Implementation av positioneringen realiserades i en J2EE-milj¨o i form av en WebLogic Server 8.1 med hj¨alp av Enterprise Java Beans och Java Connector Architecture. Prototypen verifierades med hj¨alp av en emulator till Ericsson Mobile Positioning System som klarar av att hantera Mobile Location Protocol 3.0.0.

Nyckelord : positionering, GSM, J2EE, JCA, MPS, MLP, CGI-TA

Tack

Under arbetet med mitt examensarbete har f¨oljande personer hj¨alpt mig och varit p˚a ett eller annat s¨att delaktiga och f¨ortj¨anar ett omn¨amnande. Anders Persson som varit min handledare p˚a R2Meton AB och kunnat svara p˚a fr˚agor inom implementationen och ¨aven sett till att styra arbetet i r¨att riktning.

Danyo Danev min examinator fr˚an ISY vid Link¨opings Universitet som examinerar mitt examensarbete.

Samtliga s¨aljare p˚a R2Meton AB som varit ett stort st¨od vid diskussionerna kring resultatet.

Ansvariga f¨or positioneringssystemen vid de svenska operat¨orerna Telia, Tele2/Comviq och Telenor samt ansvarig f¨or positionering vid SOS Alarm. Sara, Claes och alla andra som lyssnat p˚a mina id´eer och tankar, bra som d˚aliga, och inspirirerat med nya syns¨att. Samtliga f¨ortj¨anar ett tack.

Inneh˚

all

1 Introduktion 1 1.1 Syfte . . . 1 1.2 Problembeskrivning . . . 1 1.3 Metod . . . 2 1.4 M˚al . . . 3 1.5 Avgr¨ansningar . . . 3 1.6 Ordf¨orklaringar . . . 3 2 Ordlista 5 3 Bakgrund 7 3.1 N¨odsamtal . . . 7 3.1.1 Mobilsamtal till 112 . . . 8

3.2 Location Based Service . . . 9

3.2.1 LBS och GIS . . . 9 3.2.2 LBS-komponenter . . . 10 3.2.3 LBS-typer . . . 10 3.2.4 Deltagare i LBS-system . . . 11 3.2.5 Integritet . . . 13 3.2.6 Betalning . . . 14 3.3 GSM . . . 15 3.3.1 Teknikbeskrivning . . . 15 3.3.2 N¨atverksstruktur . . . 16

Base Transciever Station . . . 16 vii

Base Station Controller . . . 16

Subscriber Identity Module . . . 17

3.4 Positioneringsmetoder . . . 17

3.4.1 Mobilbaserad . . . 17

3.4.2 N¨atverksbaserad . . . 17

3.4.3 Mobilassisterad . . . 18

3.4.4 Fr˚an m¨atning till position . . . 18

Radiell - Radiell . . . 19 Vinkel - Radiell . . . 19 Hyperbolisk - Hyperbolisk . . . 19 3.4.5 Synkronisering . . . 21 3.5 Positioneringstekniker . . . 22 3.5.1 Signalstyrka . . . 22

Path loss model . . . 23

Skuggning . . . 23

¨ Ovriga faktorer . . . 24

3.5.2 Signal Strength Map . . . 24

3.5.3 Time of Arrival . . . 25

3.5.4 CGI-TA . . . 26

3.5.5 N¨arhetsbest¨amning . . . 27

3.5.6 Angle of Arrival . . . 27

3.5.7 Time Difference of Arrival . . . 28

3.5.8 Assisted GPS . . . 30

4 Analys 31 5 Systemleverant¨orer och mobiloperat¨orer 33 5.1 Systemleverant¨orer . . . 33

5.1.1 Ericsson . . . 34

5.2 Mobile Location Protocol . . . 34

5.2.1 Standard Location Immediate Request . . . 35

5.2.2 Standard Location Immediate Answer . . . 36

5.3 Operat¨orer . . . 37

5.3.1 Telia . . . 37

5.3.2 Telenor . . . 37

5.3.3 Tele2/Comviq . . . 37 viii

5.4 Operat¨orsproblem . . . 38 6 Systemdesign 39 6.1 Plattform . . . 39 6.2 Design . . . 39 6.3 Implementation . . . 40 6.3.1 Problem . . . 41 7 Sammanfattning 43 7.1 Resultat . . . 44 7.2 Framtida arbete . . . 44 A Design - UML 45 A.1 Ericsson . . . 46 A.2 Common . . . 47 A.3 Entiteter . . . 48 A.4 Session . . . 49 A.5 Sekvensdiagram . . . 50

B Lag och Ordning 51

Litteraturf¨orteckning 52

Kapitel 1

Introduktion

Denna rapport f¨orklarar bakgrund och metoder kring positioneringstek-niker i GSM-n¨atverk och hur ett system f¨or positionering realiseras i en J2EE-milj¨o.

Sedan lanseringen av GSM har antalet abbonnenter ¨okat stadigt och g¨or s˚a fortfarande, i dagsl¨aget ber¨aknas antalet abbonnenter i v¨arlden vara fler ¨an 2 miljarder.

1.1

Syfte

Syftet med examensarbetet ¨ar att utv¨ardera m¨ojligheterna att skapa en unison tj¨anst i en J2EE-milj¨o f¨or att positionera mobila enheter i ett GSM-n¨atverk. Bakom examensarbetet st˚ar R2Meton AB som vill utv¨ardera dessa m¨ojligheter f¨or att ut¨oka deras mobila plattform och deras erbjudande till sina kunder.

1.2

Problembeskrivning

M˚anga av de aff¨ars- och integrationssystem som utvecklas i dagsl¨aget re-aliseras ofta i en J2EE-milj¨o. F¨ordelen med detta ¨ar att designen ¨ar stan-dardiserad, av SUN Microsystems, och att standarden ¨ar ¨oppen. Korrekt

implementerad ger J2EE-system ocks˚a v¨aldigt bra skalbarhet och stabili-tet. Typiskt ¨ar att systemen ska klara fler ¨an hundra anrop per sekund d¨ar svarstiden ¨ar begr¨ansad p˚a f¨orhand till under en viss gr¨ans, oftast l˚angt under en sekund. Dessa system ¨ar ocks˚a ofta v¨aldigt driftskritiska vilket inneb¨ar att f¨orlusten av dem skulle inneb¨ara stora f¨orluster f¨or organisa-tionen.

F¨or att kunna drifts¨atta ett aff¨arssystem byggd p˚a denna standard kr¨avs en applikationsserver, container, som ger applikationen en milj¨o att leva i. En leverant¨or av J2EE-containrar ¨ar BEA Systems som ¨ar en av de stora akt¨orerna med sin WebLogic Server. Eftersom licenser f¨or container och kostnaden f¨or utveckling och drift av systemen ¨ar h¨oga ¨ar det ofta stora organisationer och f¨oretag som produkterna riktar sig till.

R2Meton AB har en av sina huvudsakliga syssels¨attningar inom utveck-ling av integrationssystem p˚a BEAs WebLogic Server och har sen tidiga-re en mobilitetsplattform d¨ar de f¨ors¨okt tidiga-realisera olika mobila tj¨anster i WebLogics J2EE-milj¨o. R2Meton ser p˚a den v¨axande marknaden f¨or mo-bila system och tj¨anster som en stor m¨ojlighet. Ett omr˚ade som ber¨aknas bli stort fram¨over ¨ar lokaliseringsbaserade tj¨anster som dessa bygger p˚a att inneh˚allet i tj¨ansten utformas efter abonnentens position. F¨or att kun-na bygga in detta i en J2EE-milj¨o kr¨avs en metod som kan positionera abonnenter i ett GSM-n¨at.

I Sverige samarbetar i dagsl¨aget inte mobiloperat¨orerna n¨ar det g¨aller positionering av mobila enheter i sina GSM-n¨at. Detta inneb¨ar att det kr¨avs vetskap om vilken operat¨or en anv¨andare har f¨or att fr˚aga denna direkt efter abbonnentens position. Detta ¨ar ett av problemen som ska l¨osas inom examensarbetets ramar. Det kr¨avs ocks˚a en utredning av hur kommunikationen med de olika operat¨orerna ska ske f¨or att st¨alla fr˚agor om mobiltelefoners position.

1.3

Metod

Arbetet b¨orjar med att f¨orst g¨ora en f¨orstudie f¨or att kontrollera dagsl¨aget f¨or positionering av mobila enheter. Om det visar sig vara n˚agot som ¨ar konkret genomf¨orbart, forts¨atter arbetet genom litteraturstudier av olika m¨attekniker f¨or positionering av mobilstationer samt vidare metoder f¨or

hur m¨atningar kan omvandlas till positionsangivelser.

Under arbetets g˚ang kommer ocks˚a intervjuer med SOS Alarm, f¨or att f˚a information kring deras satsning p˚a mobil positionering, och personer hos de svenska operat¨orerna Telia, Tele2/Comviq och Telenor g¨oras

N¨ar tillr¨ackligt med information om situationen f¨or positionering tagits fram b¨orjar arbetet med att designa och ta fram den prototyp som arbetet ska resultera i.

1.4

M˚

al

M˚alet med examensarbetet ¨ar att ta fram en prototyp realiserad i en J2EE-milj¨o av tj¨anst som kan positionera mobila enheter i ett GSM-n¨atverk oav-sett vilken operat¨or som de mobila enheterna ¨ar knutna till.

Detta inneb¨ar en utredning av positioneringstekniker och vilka av dessa tekniker som st¨ods av systemleverant¨orerna idag. Sedermera ska ett API f¨or externa parter till ett s˚adant system designas och slutligen en prototyp som kan g¨ora positionsbest¨amning av mobila enheter i ett GSM-n¨atverk. Denna prototyp ska utvecklas p˚a plattformen WebLogic Server 8.1.

1.5

Avgr¨

ansningar

Prototypen ska visa att de teoretiska resultaten kan realiseras i en J2EE-milj¨o. Detta inneb¨ar att systemet inte beh¨over ha den prestanda, skalbar-het, tillg¨angligskalbar-het, ¨overvakning, feltolerans och andra drift- och f¨orvalt-ningsaspekter som kr¨avs av ett kommersiellt system.

1.6

Ordf¨

orklaringar

I rapporten anv¨ands f¨oljande termer och h¨ar beskrivs deras inneb¨ord • Mobilstation en mobil enhet i ett tr˚adl¨ost n¨atverk

Kapitel 2

Ordlista

Detta kapitel inneh˚aller de f¨orkortningar som anv¨ands i rapporten. F¨orkortning F¨orklaring

2G Andra generationens mobiln¨at 3G Tredje generationens mobiln¨at A-GPS Assisted Global Positioning System

AOA Angle of Arrival

BSC Base Station Controller BTS Base Transciever Station

CGI-TA Cell Global Identity - Timing Advance EIS Enterprise Information System

EJB Enterprise Java Bean

E-OTD Enhanced Observed Time Difference EPSG European Petroleum Survey Group

GIS Geografiska informationssystem GMLC Gateway Mobile Location Center GMPC Gateway Mobile Positioning Center GMSK Gaussian Minimum Shift Keying

GSM Global System for Mobile Communications (Groupe Sp´ecial Mobile) HLR Home Location Register

Forts¨atter p˚a n¨asta sida

F¨orkortning F¨orklaring

HTTP Hyper Text Transfer Protocol HTTPS Secure HTTP

IMSI International Mobile Subscriber Identity J2EE Java 2 Enterprise Edition

JCA Java Connector Architecture

JML-API Java Mobile Location - Application Programming Interface JSP Java Server Pages

LBS Location Based Service LMU Location Measurement Unit

LTP Location Technology Provider MLP Mobile Location Protocol MPS Mobile Positioning System

MSISDN Mobile Station Integrated Services Digital Network NO Network Operators

RPLMN Registered Public Land Mobile Network RTD Real Time Difference

SIM Subscriber Identity Module SIR Signal Interference Ratio

SLIA Standard Location Immediate Answer SLIR Standard Location Immediate Request SMPC Service Mobile Positioning Center

SP Service Providers

SRI System Request Interface SSL Secure Socket Layer

TDMA Time Division Multiple Access TDOA Time Difference of Arrival

TOA Time of Arrival

Kapitel 3

Bakgrund

Kapitlet ger en bakgrundsbeskrivning till examensarbetet.

3.1

N¨

odsamtal

I Sverige ska SOS Alarm under h¨osten 2006 b¨orja utf¨ora tester av en tj¨anst som utifr˚an larmsamtal gjorda fr˚an mobiltelefoner r¨aknar ut och best¨ammer en position f¨or den som ringer till SOS Alarm, 112. Bakgrunden till detta ¨ar en rapport fr˚an EU som beskriver hur situationen i Europa ser ut med det gemensamma 112-numret och vissa aspekter kring implementationen av en s˚adan tj¨anst, samt den nya Lag om elektronisk kommunikation d¨ar operat¨orerna ska “i den m˚an det ¨ar tekniskt genomf¨orbart, tillhandah˚alla den som mottar n¨odsamtal lokaliseringsuppgifter”.

Med teknikens framsteg och introduktionen av mobiltelefoni har nya m¨ojligheter uppkommit f¨or att underl¨atta hanteringen av n¨odsamtal. 2003 ber¨aknas tv˚a tredjedelar av Europas inv˚anare ha minst en mobiltelefon. I samband med detta s˚a antogs operat¨orer vilja fylla sina n¨at med nya former av tj¨anster f¨or att kunna ¨oka sina int¨akter, en av dessa tj¨anster f¨orutsp˚as vara lokaliseringstj¨anster.

De ¨oppnare gr¨anserna som till˚ater folk att resa fritt har resulterat i att ¨

over 90 miljoner av Europas inv˚anare reser utomlands inom Europa varje 7

˚ar. Det finns siffror som visar att 65 % av dessa k¨anner sig os¨akra p˚a resan och att m˚anga av dessa som beh¨over ringa ett n¨odsamtal inte vet var de ¨ar s˚a kraven p˚a r¨addningsmyndigheterna ¨okar framgent.

Kombinationen av dessa tv˚a fakta har lett till att myndigheter p˚a in-ternationell niv˚a har arbetat fram ett f¨orslag f¨or att kunna hj¨alpa sina medborgare inom EU genom att positionera dem n¨ar de ringer ett samtal till 112. [1]

3.1.1

Mobilsamtal till 112

I Europa kommer det in ungef¨ar 40 miljoner samtal till larmcentraler under ett ˚ar bara fr˚an mobiltelefoner som ¨ar riktiga larmsamtal, totalt kommer det in ungef¨ar 185 miljoner samtal och ungef¨ar h¨alften av dem ¨ar riktiga. I n¨astan 10 % av fallen f¨orlorar r¨addningsmyndigheterna tid i uttryckningen eftersom olycksplatsen har positionerats fel av den som ringde. Ut¨over detta kan myndigheterna i 5 % av fallen inte ens skicka n˚agra r¨addningsarbetare eftersom ingen positionsangivelse har angetts ¨overhuvudtaget. [1]

P˚a svenska SOS Alarm ansvarar Nils-Erik Norin f¨or inf¨orandet av po-sitioneringssystemet. Han uppger att de jobbat med detta systemet i flera ˚ar och att arbetet nu kommit s˚a l˚angt att gr¨anssnitt mellan SOS Alarm och operat¨orerna ¨ar klart. Det som ˚aterst˚ar ¨ar att teckna ett avtal med dem. Ett problem med systemet ¨ar att det endast ¨ar Telia som i dagsl¨aget har ett aktivt positioneringssystem i Sverige vilket d˚a begr¨ansar m¨ojlighe-ten att positionera n¨odsamtalen till SOS Alarm eftersom operat¨orerna inte samarbetar inom positionering.

I framtiden tror Nils-Erik att positioneringen kommer bli kommersiell och att den d˚a kommer finnas hos akt¨orer som Eniro1. N¨ar s˚a sker kommer utvecklingen drivas fram˚at och fler operat¨orer kommer aktivera positione-ringen i sina n¨at n¨ar de f¨orst˚ar hur de kan r¨akna hem vinsterna. N¨ar s˚a sker kommer SOS Alarm f˚a m¨ojlighet att positionera fler av de samtal som de tar emot. Nils-Erik f¨orutsp˚ar ocks˚a att m¨ojligheten att kunna positioneras vid n¨odsamtal och p˚a s˚a s¨att ¨oka sin egen s¨akerhet ¨ar n˚agot som m¨anniskor kommer ha i bakhuvudet n¨ar de k¨oper mobiltelefoner i framtiden. [2]

3.2

Location Based Service

Att bara best¨amma en mobilstations position har i sig inget v¨arde f¨or vare sig slutkund eller operat¨or av det mobila n¨atverket. Det som beh¨ovs f¨or att kunna g˚a vidare ¨ar en tj¨anst som utnyttjar informationen och tillf¨or ytterligare v¨arde. Den tj¨anst som utnyttjar positionsinformationen som en parameter kallas en Location Based Service och definieras som

LBS:er ¨ar informationstj¨anster tillg¨angliga via mobila enheter genom det mobila n¨atverket nyttjande m¨ojligheten att anv¨anda positionen av den mobila enheten [3]

Ur ett historiskt perspektiv ¨ar inte LBS n˚agot nytt som kom med upp-finningen av mobila telefoner. Med definitionen ovan r¨aknas ¨aven trafiksig-naler som ger masskommunikation eller post it-lappar som kommunicerar med en enskild individ. Den stora skillnaden mellan dessa historiska LBS:er och de som kommer idag ¨ar att dagens tj¨anster har tv˚av¨agskommunikation. Anv¨andaren av en LBS kan f¨ormedla till tj¨ansten information om sin kon-text och tj¨ansten kan tillsammans med positionsinformationen skapa ett unikt inneh˚all. Ett exempel p˚a detta ¨ar en tj¨anst som visar de n¨armaste restaurangerna som tillsammans med en preferens f¨or grekisk mat visar alla n¨arliggande grekiska restauranger.

Ett antagande som g¨ors ¨ar att LBS i dagsl¨aget inte ska kunna anv¨andas om en mobiltelefon l¨amnar en operat¨ors n¨at och ¨overg˚ar i en samarbets-partners n¨at, vilket kan ske om abonnenten l¨amnar landet.

3.2.1

LBS och GIS

LBS har vissa likheter med Geografiska Informationssystem (GIS) f¨or b˚ada kan ge svar p˚a fr˚agor som

• Var ¨ar jag?

• Vad ¨ar n¨ara mig?

• Hur kan jag komma till. . . ?

Det som skiljer dem ˚at ¨ar dels deras ursprung men ocks˚a deras m˚ al-grupper. GIS har funnits och utvecklats l¨ange och ¨ar till f¨or expertanv¨an-dare. GIS kr¨aver dessutom omfattande datorber¨akningar. LBS d¨aremot ¨ar

utvecklat som begr¨ansade tj¨anster f¨or stora icke-expertgrupper. LBS ¨ar ocks˚a kraftigt begr¨ansade p˚a grund av att de oftast har tillg˚ang till lite ber¨akningskapacitet, sm˚a displayer och kort batteritid. [3]

3.2.2

LBS-komponenter

F¨or att kunna utnyttja en LBS kr¨avs f¨oljande fem infrastrukturelement • Mobilstation verktyg f¨or anv¨andaren f¨or att kunna beg¨ara

informa-tion

• Kommunikationsn¨atverkn¨atverket som ¨overf¨or anv¨andardata fr˚an mobilstationen till tj¨ansteoperat¨oren och sedan ¨overf¨or svaret igen • Positioneringskomponent f¨or att genomf¨ora tj¨ansteanropet m˚

as-te anv¨andarens position best¨ammas. Positionen kan best¨ammas till exempel genom att anv¨anda det mobila n¨atet eller GPS

• Tj¨anste- och applikationsleverant¨or tj¨ansteoperat¨oren erbjuder en m¨angd olika tj¨anster till anv¨andaren och ¨ar ansvarig f¨or att be-handla tj¨anstef¨orfr˚agningen

• Dataleverant¨or tj¨ansteoperat¨orer beh¨over inte ha tillg˚ang till all information som anv¨andaren vill ha tillg˚ang till (kartor, adresser), d¨arf¨or m˚aste en dataleverant¨or finnas som kan tillhandah˚alla detta

3.2.3

LBS-typer

Det finns tre olika typer f¨or positioneringstj¨anster, push, pull och sp˚arning. Pull-tj¨anster tillhandah˚aller information som beg¨arts direkt av anv¨an-daren, snarlikt att anropa en webbsida genom att skriva in dess adress. Pull-tj¨anster kan i sin tur delas in i tv˚a olika kategorier, funktionella, t.ex. att best¨alla en taxi, och informationstj¨anster, var finns den n¨armaste ki-nesiska restaurangen. Noterbart ¨ar att genom att anv¨anda tj¨ansten s˚a ger anv¨andaren tillst˚and till att dess position best¨ams.

Push-tj¨anster tillhandah˚aller information som antingen inte ¨ar beg¨ard eller indirekt beg¨ard av anv¨andaren. Skillnaden ¨ar allts˚a att information inte beg¨ars av anv¨andaren utan av tj¨ansteleverant¨oren. I dessa fall m˚aste

anv¨andaren ge sitt tillst˚and till tj¨ansteleverant¨or f¨or att skicka informatio-nen till anv¨andarens mobilenhet. Dessa kan aktiveras av en aktivitet, som att anv¨andaren kommer in i ett speciellt omr˚ade eller att en timer aktive-ras. Ett exempel p˚a en push-tj¨anst skulle kunna vara en daglivvarukedja som en g˚ang i veckan samlar in erbjudanden fr˚an alla butiker och sen bero-ende p˚a vad deras registrerade kunder befinner sig vid en specifik tidpunkt, skickar ut den n¨armsta butikens erbjudande.

Sp˚arningstj¨anster som den tredje tj¨ansten g˚ar ut p˚a att n˚agon, per-son eller tj¨anst, beg¨ar information om en mobilenhets position. P˚a samma s¨att som tidigare s˚a kr¨avs det h¨ar att den sp˚arade har gett tillst˚and f¨or att bli sp˚arad. Detta skulle kunna anv¨andas inom industrier som har v¨al-digt dyr utrustning i form av maskiner och fordon. Genom att placera en mobiltelefon i fordonet kan eventuella st¨older uppt¨ackas genom att sp˚ara mobiltelefonen och larma om den l¨amnar ett specifikt omr˚ade.

Tj¨anster som bygger p˚a dessa typer ¨ar enkla att implementera n¨ar ope-rat¨oren ocks˚a ¨ar tj¨ansteleverant¨oren och tj¨ansterna erbjuds till kunder i det egna n¨atet. Dock s˚a kr¨aver LBS att operat¨orerna kan samarbeta sinsemel-lan b˚ade nationellt och internationellt. F¨or att LBS ska sl˚a kan en j¨amf¨orelse med SMS g¨oras som ¨ar helt operat¨orstransparent. Efter att detta inf¨ordes s˚a v¨axte marknaden f¨or SMS explosionsartat. [4]

3.2.4

Deltagare i LBS-system

Vid anrop till en LBS s˚a ing˚ar flera olika akt¨orer i kedjan f¨or att hantera alla delar i tj¨ansten. Dessa illustreras i figur 3.1. I mitten finns tj¨ansten, LBS:en, till vilken det finns tv˚a kopplingar, till slutanv¨andaren och till leverant¨orslagret.

Slutanv¨andaren delas upp i tv˚a kategorier, mobila anv¨andare som ska positioneras, targets, och anv¨andare som beg¨ar information om positioner, requestors. Naturligtvis kan slutanv¨andaren vara b˚ada target och requestor samtidigt.

Det nedre lagret delas upp i fyra delar med Location Technology Provi-ders, LTP, Network Operators, NO, Regulators, Reg, och Service ProviProvi-ders, SP.

LTP ¨ar tillverkare av h˚ardvara och mjukvara som m¨ojligg¨or positione-ring av mobila enheter. Vissa tekniker kr¨aver stora ¨andpositione-ringar av b˚ade

ut-Figur 3.1: Deltagare i LBS-system

rustning i n¨aten och de mobila terminalerna vilket leder till stora problem med att kunna anv¨anda tj¨ansterna transparent oberoende av operat¨or.

NO ¨ar f¨oretag med infrastruktur f¨or GSM-system. NO ¨ar de enda som har m¨ojlighet att g¨ora den reella positioneringen. Deras fr¨amsta uppgift ¨ar att skydda sina abonnenter fr˚an olovligt anv¨andande av deras positionsin-formation.

Reg ¨ar ansvariga f¨or att s¨atta upp lagar och regler som riktlinjer f¨or hur LBS:er ska implementeras f¨or att anv¨andas lagligt, h¨ar ¨ar naturligtvis den stora fr˚agan integritet f¨or slutanv¨andaren och hur denna ska skyddas.

SP skapar och tillhandah˚aller LBS:er som i sin tur anv¨ander NO f¨or att f˚a fram positionsinformationen. SP ¨ar allts˚a f¨oretag som implementerar tj¨anstelogiken och anv¨andargr¨anssnitten.

den en beg¨aran till en operat¨ors Gateway Mobile Location Center, GMLC, i ett n¨atverk som den v¨aljer sj¨alv. Valet av n¨atverk som f¨orfr˚agan ska skicka till kan baseras p˚a ett antal olika faktorer till exempel

• Nationalitet

• Avtal med andra n¨atverksoperat¨orer • Tillg¨anglig information om abonnenten

Det finns tv˚a olika s¨att att f˚a fram vilken GMLC som ska fr˚agas. Det f¨orsta s¨attet g˚ar ut p˚a att utrustningen i det n¨atverk d¨ar mobiltelefonen befinner sig anv¨ander mobiltelefonens identitet, MSISDN. Denna informa-tion skulle sedan kunna anv¨andas som nyckel vid en uppslagning i en da-tabas som mappar informationen till mobiltelefonens hemn¨atverk och dess GMLC.

Den andra metoden g˚ar ut p˚a att fr˚aga abonnentens hemn¨atverks lo-kaliseringsregister, HLR, genom att anv¨anda SRI f¨or meddelandetj¨anster eller SRI f¨or lokaliseringstj¨anster, f¨or att f˚a fram mobilenhetens internatio-nella abonnent-id, IMSI. IMSI inneh˚aller information om vilken land- och n¨atverkskod som mobilenheten tillh¨or och kan anv¨andas f¨or att f˚a tillg˚ang till en databas f¨or att f˚a fram targets hemn¨atverks GMLC [4].

3.2.5

Integritet

Positionsintegritet ¨ar ett komplext ¨amne, speciellt n¨ar target v¨axlar mellan olika n¨at. I dagsl¨aget s˚a beh˚aller operat¨orerna abonnentdata, s˚asom po-sition, inom sitt eget n¨at men n¨ar LBS lanseras fullt ut och anv¨andaren f¨orv¨antar sig att kunna bli positionerad i andras n¨at, kommer abonnentin-formation vandra mellan olika n¨at. Det finns lagar som reglerar hur detta g˚ar till men dessa varierar fr˚an land till land. Det kommer kr¨avas att opera-t¨orerna kommer ¨overens och meddelar sina riktlinjer f¨or standardiseringen av LBS.

N˚agra av de riktlinjerna som getts f¨or integriteten av positionerings-tj¨anster ¨ar att identiteten av target (MSISDN) skall g¨oras anonym till tj¨ansteoperat¨oren om detta ¨onskas. Anv¨andarens identitet ska ocks˚a au-tenticeras, vilken metod som anv¨ands beror p˚a hur kopplingen fr˚an anv¨an-daren ser ut (anv¨andarnamn/l¨osenord, certifikat, PIN) Anv¨ananv¨an-daren ska ha

kontroll ¨over vem eller vilka applikationer som f˚ar positionera dem. Anv¨an-darens ska informeras om n¨ar de positioneras

Ytterligare ett f¨orslag till ut¨okad integritet ¨ar att anv¨andaren kan be-gr¨ansa noggrannheten av positioneringen. En applikation f˚ar exakta koordi-nater medan en annan bara f˚ar namnet p˚a staden d¨ar anv¨andaren befinner sig

3.2.6

Betalning

Det ¨ar viktigt att klarg¨ora hur betalning kommer att g˚a till eftersom flera parter ¨ar inblandade, operat¨orer, tj¨ansteleverant¨orer och slutligen kunder, i LBS:er.

F¨orst ¨ar det viktigt att skilja mellan betalningen f¨or positionsinforma-tionen och betalningen f¨or tj¨ansten. Om positionsinformation blir, som i likhet med till exempel SMS, operat¨orsobundet; s˚a kommer operat¨orerna antagligen ta betalt av varandra f¨or positionsinformationen och de kom-mer ¨aven ta betalt av tredjepartsleverant¨orerna av tj¨ansten f¨or positions-information. Ett krav som d˚a kan st¨allas ¨ar att positionsinformationen de tillhandah˚aller ska kunna anv¨andas i en LBS.

Slutanv¨andaren som i sin tur anv¨ander LBS:en kommer att f˚a betala till tj¨ansteleverant¨oren f¨or att t¨acka kostnaderna f¨or positionsinformationen som tj¨ansteleverant¨oren m˚aste betala till operat¨oren.

Det finns ocks˚a m¨ojlighet att slutanv¨andaren inte betalar f¨or positions-informationen utan att tj¨ansteleverant¨oren anv¨ander tj¨ansten som en kon-kurrensf¨ordel gentemot andra akt¨orer p˚a tj¨ansteleverant¨orens marknad och erbjuder tj¨ansten gratis till slutanv¨andarna. Detta inneb¨ar att tj¨ansteleve-rant¨oren m˚aste finna tj¨anster som inneb¨ar int¨akter fr˚an andra h˚all f¨or att kunna finansiera positioneringen eftersom n¨atverksoperat¨orerna fortfaran-de kommer att ta betalt av tj¨ansteleverant¨oren som beg¨ar positionsinfor-mationen.

Vilket pris som ska tas ut f¨or tj¨ansten kan bygga p˚a ett antal olika parametrar f¨or b˚ade vad som beg¨ars och vad som levereras, vilken kvali-t´e tj¨ansten har n¨ar det g¨aller precision och svarstid och hur gammal den aktuella positionen ¨ar n¨ar den levereras [4]

3.3

GSM

GSM st˚ar f¨or Global System for Mobile Communication. Standarden f¨or GSM kom 1990 och hade f¨oranletts av ungef¨ar 10 ˚ars arbete i olika former. Bland annat hade en t¨avling mellan olika f¨orslag p˚a tr˚adl¨osa kommuni-kationssystem h˚allits i Paris 1987 och systemet som gick segrande ur den t¨avlingen l˚ag sedan till grunden f¨or det som sedan blev den f¨orsta standar-den 1990. Detta kapitel ger en kort introduktion till GSM-protokollet samt lite information om dess till¨ampningar.

3.3.1

Teknikbeskrivning

GSM ¨ar ett cellul¨art n¨at vilket inneb¨ar att mobilstationer kopplar upp sig till n¨atet genom att s¨oka efter celler i den n¨armsta omgivningen. Syste-met arbetar i fyra olika frekvensomr˚aden, de flesta system i 900 MHz eller 1800 MHz. Vissa l¨ander, som till exempel U.S.A. och Kanada anv¨ander GSM i 850 MHz och 1900 MHz eftersom de andra tv˚a frekvensbanden var upptagna n¨ar systemet skulle inf¨oras.

I 900 MHz-systemen anv¨ands frekvenserna 890 - 915 MHz f¨or uppl¨ank och frekvenserna 935 - 960 MHz anv¨ands till nedl¨ank. Dessa 25 MHz delas sedan upp i 124 b¨arfrekvenskanaler som skiljer varandra med 200 kHz. Ti-me Division Multiple Access anv¨ands sedan f¨or att skapa ˚atta subkanaler f¨or varje frekvenskanal. Dessa ˚atta subkanaler skapar sedan en TDMA-frame. Datatakten i en frekvenskanal ¨ar 270,833 kbit/s och en frame ¨ar 4,615 ms l˚ang. GSM anv¨ander Gaussian Minimun Shift Keying, GMSK f¨or att skapa en kontinuerlig fas frekvensmodulering. Detta reducerar den interferens som den aktuella kanalen ger upphov till i de n¨arliggande kana-lerna eftersom hopp i faskarakt¨aristiken ger upphov till stor utbredning av effekten i frekvensplanet.

Det finns fyra olika niv˚aer av celler beroende p˚a deras storlek, makro-, mikro-, pico- och paraplyceller. Vilken storlek en cell ska ha beror p˚a vilket typ av omr˚ade som cellen implementeras i. Makroceller k¨annetecknas av att basstationens antenn installeras p˚a en mast eller byggnad f¨or att f˚a fri sikt ovanf¨or hus och andra hinder. Mikroceller har basstationer med en h¨ojd som underskrider takh¨ojd och anv¨ands i t¨atortssammanhang. Picocellerna ¨ar sm˚a och de har en diameter p˚a ett tiotal meter, de anv¨ands oftast inomhus

i de fall d¨ar utomhusantenner inte n˚ar. Paraplyceller anv¨ands f¨or att t¨acka skuggade omr˚aden d¨ar de st¨orre makro- eller mikrocellerna inte n˚ar fram med sina signaler. En makrocell ska enligt standarden klara av en radie p˚a 35 km f¨orutsatt att det finns fri sikt och att antennen placeras ovanf¨or hinder. [5]

3.3.2

N¨

atverksstruktur

Ett GSM-n¨at best˚ar av v¨aldigt m˚anga komponenter och endast de som ¨ar aktuella f¨or positioneringen kommer att diskuteras h¨ar.

Base Transciever Station

Base Transceiver Station, BTS, inneh˚aller utrustningen f¨or att s¨anda och ta emot radiosignaler (transceiver), antenner och utrustning f¨or att sk¨ota kryptering och dekryptering med Base Station Controller, BSC. F¨or allt annat ¨an en picocell s˚a har BTS flera transcievers f¨or att kunna hantera flera olika frekvenser och olika sektorer av samma cell om det ¨ar en sekto-riserad cell. En BTS sk¨ots i all v¨asentlig mening av en BSC [6]

SektoriseringGenom att anv¨anda riktade antenner i en basstation d¨ar alla pekar i olika riktningar s˚a ¨ar det m¨ojligt att sektorisera basstationen s˚a att flera mindre omr˚aden, som ocks˚a kallas celler, betj¨anas av samma basstation. I ett praktiskt exempel skulle dessa antenner ha en siktbredd p˚a 65 till 85 grader. Genom att g¨ora p˚a detta s¨att s˚a ¨okas trafikkapaciteten i basstationen (varje frekvens kan ha ˚atta talkanaler) utan att f¨or den sakens skull n¨amnv¨art ¨oka interferensen mellan celler. Vanligt ¨ar att tv˚a antenner t¨acker samma sektor och har d˚a tio eller fler kanaler mellan sig. [6]

Base Station Controller

Base Station Controller, BSC, tillhandah˚aller intelligensen och logiken bakom en BTS. En BSC kan ha fr˚an 10 och upp till 100 BTS som den kontrol-lerar. Det den hanterar ¨ar saker som allokering av radiokanaler, tar emot m¨atningar fr˚an mobiltelefoner, hand over fr˚an en BTS till en annan BTS. En v¨asentlig del av BSC:s arbete ¨ar att samla ihop m˚anga l˚agkapacitets

kanaler mellan BSC och BTS:er och skapa f¨arre h¨ogkapacitets kopplingar mot Mobile Switching Center.

All information om sajternas b¨arv˚agsfrekvenser, frekvenshoppningslis-tor, signalstyrkelistor och annat lagras i BSC [6]

Subscriber Identity Module

SIM ¨ar en unik identitet som varje mobilstation i ett GSM-n¨at har. Identi-teten lagras p˚a SIM-kortet och l¨ases sedan in i mobilen. Denna information s¨ager helt enkelt vilket telefonnummer som kopplas till den aktuella mobil-telefonen. Detta inneb¨ar ju ocks˚a att det i GSM g˚ar att byta mobilstation utan att f¨or den sakens skulle byta identitet [5]

3.4

Positioneringsmetoder

Det finns tre metoder att anv¨anda f¨or positionering, n¨atverks- och mobil-baserad samt mobilassisterad.

3.4.1

Mobilbaserad

I mobilbaserad positionering ¨ar det mobilstationen som tar emot signaler fr˚an basstationerna f¨or att r¨akna ut och best¨amma den egna positionen, tekniken kallas sj¨alvpositionering. Att ber¨akna positionen i mobilstationen inneb¨ar ocks˚a att basstationernas koordinater m˚aste f¨ormedlas till mobil-stationen f¨or att anv¨andas i ber¨akningarna. En f¨ordel med mobilbaserad positionering ¨ar att det skalar v¨aldigt bra med antalet anv¨andare i systemet eftersom varje ny anv¨andare i systemet sj¨alva tillf¨or den ber¨akningsh˚ ard-vara som kr¨avs f¨or positioneringen i form av den egna mobilstationen. [7]

3.4.2

N¨

atverksbaserad

Vid n¨atverksbaserad positionering s˚a ¨ar oftast mobilstationen en passiv enhet f¨orutom i det fall d˚a den m˚aste skicka ut en kontrollsignal som n¨at-verksenheter ska ta emot och behandla p˚a n˚agot s¨att. En f¨ordel med denna metod f¨or positionering ¨ar att teoretiskt kan alla mobilstationer positione-ras. Den uppenbara nackdelen med systemet ¨ar att det kommer f˚a problem

med att skala med antalet anv¨andare i systemet som vill bli positionera-de. I b¨orjan av ett kommersiellt positioneringssystem ¨ar det fullt m¨ojligt att systemet bara m˚aste g¨ora en eller tv˚a m¨atningar med tillh¨orande posi-tioneringsber¨akningar men ett kommersiellt system m˚aste kunna hantera potentiellt flera hundra samtidiga anv¨andare och d˚a kan den tillg¨angliga h˚ardvaran bli begr¨ansande.

F¨or slutanv¨andaren inneb¨ar n¨atverksbaserade system ocks˚a ett potenti-ellt integritetsproblem n¨ar deras position best¨ams och eventupotenti-ellt lagras p˚a utrustning som anv¨andaren inte har tillg˚ang till och inte kan kontrollera. [7]

3.4.3

Mobilassisterad

I mobilassisterade system s˚a utf¨or mobilstationen m¨atningar som ligger till grund f¨or avst˚andsber¨akningar. Detta kan till exempel vara signalstyr-ka som i vissa till¨ampningar ¨ar ett m˚att p˚a avst˚andet. Dessa m¨atningar transporteras sedan till en enhet i n¨atverket som ¨ar ansvarig f¨or att g¨o-ra ber¨akningar av positioner. En f¨ordel med denna metod ¨ar att det inte skapar on¨odig trafik i n¨aten eftersom mobilstationen bara beh¨over skicka ¨

over de m¨atningar den gjort n¨ar den vill best¨amma sin position. Ytter-ligare en f¨ordel som denna metod har ¨ar att den f¨or ¨over de omfattande positionsber¨akningarna bort fr˚an den begr¨ansade mobilstationen med lite processorkraft och ¨andlig energitillg˚ang (batteritid) till en plattform som ¨ar mycket mer l¨ampad f¨or ¨andam˚alet i n¨atverket. Metoden skalar ocks˚a v¨al-digt bra med antalet anv¨andare eftersom varje ny anv¨andare som vill bli positionerad utf¨or en stor del av arbetet sj¨alv genom att m¨ata de signaler som det underliggande systemet bygger p˚a. [7]

3.4.4

Fr˚

an m¨

atning till position

Baserat p˚a den teknik och m¨atning som gjorts av olika variabler s˚a kan ett antal olika metoder anv¨andas f¨or att omvandla data till positionsinfor-mation. I teorin kan alla t¨ankbara kombinationer av m¨atningar och data blandas f¨or att ge ett positionsresultat men i praktiken anv¨ands vissa kom-binationer oftare ¨an andra vilket beror p˚a hur cellul¨ara n¨at fungerar och vilka m¨atningar som finns tillg¨angliga.

Radiell - Radiell

Radiell-radiellsystem ¨ar de system som anv¨ander flera avst˚andsm¨atningar f¨or att best¨amma positionen genom att hitta en punkt d¨ar ett antal cirku-l¨ara kurvor sk¨ar varandra. Eftersom tv˚a cirklar kan sk¨ara varandra, vilket ¨

ar mer regel ¨an undantag, i tv˚a punkter kr¨avs minst tre m¨atningar f¨or att kunna g¨ora en otvetydig positionsbest¨amning. I teorin ¨ar den aktuella positionen d¨ar de tre kurvorna sk¨ar varandra men i praktiken kommer de tre kurvorna inte sk¨ara varandra i samma punkt. Algoritmer som f¨ors¨oker positionera enligt radiell-radiell metod kan d˚a s¨oka den punkt som b¨ast ¨

overensst¨ammer med alla tre cirklarna.

Radiell-radiellmetoder har f¨oreslagits f¨or GSM-systemet. Id´en ¨ar att ut-nyttja Timing Advance-informationen hos mobilstationerna, som ser till att synkronisera s¨andningarna av signaler fr˚an mobilstationerna s˚a att de ham-nar i r¨att tidslucka hos basstation. Timing Advance ¨ar allts˚a ett m˚att p˚a hur l˚angt fr˚an basstationen som en mobilstation befinner sig som ber¨aknas av GSM-protokollet. [8]

Vinkel - Radiell

Vinkel-radiellsystem kombinerar avst˚ands- och vinkelm¨atningar f¨or att be-r¨akna en mobilstations position. En f¨ordel med detta ¨ar att det endast beh¨ovs en basstation inblandad f¨or att kunna m¨ata de variabler som kr¨avs f¨or att g¨ora en positionsbest¨amning. Vinkelbest¨amning kan g¨oras enbart med hj¨alp av vilken cell mobilen ¨ar inkopplad p˚a eller med hj¨alp av mer avancerade antenner som beskrivits i tidigare kapitel.

Avst˚andsm¨atningarna kan sedan g¨oras med hj¨alp av antingen signal-styrka som beskrivits tidigare eller med hj¨alp av tiden det tar f¨or signalen att g˚a fr˚an basstation till mobilstation och tillbaka till basstation.

Avst˚andsm¨atningen genererar sedan en cirkel kring mobilstationen och vinkelm¨atningen s¨ager i vilken riktning en linje kan dras fr˚an basstationen, d¨ar linjen sedan sk¨ar cirkeln positioneras mobilstationen. [8]

Hyperbolisk - Hyperbolisk

Eftersom basstationer och mobila stationer inte delar samma klocka betyder det att en TOA-m¨atning, Time of Arrival, inte kan anv¨andas direkt f¨or att

g¨ora en avst˚andsbed¨oming. D¨aremot s˚a kan flera m¨atningar tillsammans eliminera mobilstationens offset och d¨arefter kan mobilstationens position best¨ammas.

I ett scenario kommer signaler fram till en mobilstation fr˚an tv˚a spati-alt separerade basstationer vars klockor ¨ar synkroniserade. Mobilstationen m¨ater d˚a TOA av dessa tv˚a signaler och kan sedan, genom att differen-tiera dessa tv˚a och med kunskap om de tv˚a basstationernas positioner, best¨amma en hyperbolisk kurva som markerar alla giltiga punkter som mobilstationen kan befinna sig p˚a, vilket d˚a f¨oruts¨atter att m¨atningarna ¨ar felfria. I detta scenario ¨ar det differentieringen av de tv˚a mottagna signaler-na som eliminerar mobilstationens intersignaler-na klocka vilket eliminerar behovet av att synkronisera mellan mobil- och basstation. Se kapitel 3.5.7 f¨or mer information om detta.

Med ytterligare en TOA-m¨atning d¨ar ankomsttiderna av signaler fr˚an en tredje basstation tillsammans med en signal fr˚an en av de tv˚a tidigare genereras ytterligare en hyperbolisk kurva. Nu kan mobilstationens position best¨ammas till den punkt d¨ar de tv˚a hyperboliska kurvorna sk¨ar varandra. Tekniker d¨ar synkroniseringen finns tillg¨anglig i n¨atet och mobilstatio-nen m¨ater flera mottagna signaler fr˚an flera basstationer kallas i cellul¨a-ra n¨at f¨or downlink positioning system eller nedl¨ank positioneringssystem. Exempel p˚a s˚adana tekniker ¨ar till exempel Enhanced Observed Time Dif-ference, Observered Time Difference of Arrival och Advanced Forward Link Trilateration.

Om scenariot ist¨allet v¨ands och m¨atningarna av en mobilstations sig-nals ankomsttid ist¨allet sker p˚a ett flertal olika geografiska platser i n¨atet kallas tekniken ist¨allet f¨or Uplink TOA eller Uplink TDOA. H¨ar st¨alls ocks˚a krav p˚a att de noder i n¨atet som g¨or m¨atningarna m˚aste vara synkroni-serade. Precis som tidigare m˚aste minst tre m¨atstationer vara inblandade f¨or att kunna eliminera mobilstationens f¨orskjutningen mellan mobilstatio-nens interna klocka som best¨ammer n¨ar kontrollsignalerna skickas ut och klockorna i n¨atet som ¨ar synkroniserade med varandra.

I fallet med ett nedl¨ank positioneringssystem s˚a kommer signalen fr˚an basstation A och basstation B tas emot av mobilstationen. Skillnaden i TOA mellan de tv˚a signalerna fr˚an basstationerna definierar en hyperbo-lisk kurva som ¨ar symmetrisk kring den raka linjen som f¨orbinder de tv˚a basstationerna. Samma egenskaper g¨aller f¨or den hyperboliska kurva som

skapas mellan till exempel basstation B och basstation C. Sk¨arningen mel-lan de tv˚a hyperboliska kurvorna markerar mobilstationens position, notera d˚a att eventuella fel i m¨atningarna kommer f¨orvanska ber¨aknad position i j¨amf¨orelse med riktig position.

Vissa fall ger ocks˚a upphov till att de tv˚a kurvorna sk¨ar varandra i mer ¨

an en punkt vilket d˚a inneb¨ar att ytterligare en m¨atning av en TOA m˚aste g¨oras hos en fj¨arde basstation. En fj¨arde basstation kan inte bara anv¨andas f¨or att ta bort eventuella dubbla resultat av positioneringen utan kan ocks˚a bidra till att minska os¨akerheten i en skattning av positionen.

Detta scenario bygger p˚a antagandet att positioneringen sker i ett tv˚ a-dimensionellt plan, det vill s¨aga jordens yta. Om detta inte skulle vara fallet bildar ist¨allet tv˚a TOA-m¨atningar en hyperboloid. I s˚adana fall kr¨avs fyra TOA-m¨atningar f¨or att kunna g¨ora en tredimensionell positionsbest¨amning och fem kr¨avs f¨or att utesluta eventuella multipla resultat.

Det ¨ar m¨ojligt att best¨amma en mobilstations position genom att v¨anda TOA utan att differentiera dem sinsemellan. Det ¨ar m¨ojligt att an-v¨anda TOA-m¨atningarna som observationer och sedan l¨osa ett icke-linj¨art ekvationssystem med optimeringstekniker f¨or positionsangivelsen och den interna klockans offset. Genom att g¨ora p˚a detta s¨att ¨ar det l¨att att se varf¨or det kr¨avs tre signaler fr˚an basstationerna n¨ar l¨osningen s¨oks i ett tv˚adimensionellt plan, systemet inneh˚aller tre obekanta, latitud, longitud och tidf¨orskjutningen. En f¨ordel med en s˚adan metod ¨ar att med k¨annedom om att en av signalerna ¨ar mer noggrann tidsm¨assigt ¨an de andra kan denna viktas h¨ogre med statistiska modeller f¨or att p˚a s˚a s¨att ¨oka noggrannhe-ten i positionsangivelsen. Samma g¨aller naturligtvis i det tredimensionella fallet d¨ar fyra m¨atningar kr¨avs f¨or variablerna latitud, longitud, h¨ojd och tidf¨orskjutning. [8]

3.4.5

Synkronisering

I beskrivningen av teknikerna tidigare f¨orutsattes att m¨atstationerna i upp-l¨anksfallet och basstationerna i nedupp-l¨anksfallet hade med varandra synkro-niserade klockor. Det skulle vara ekonomiskt m¨ojligt att tillhandah˚alla en gemensam klocka f¨or m¨atstationerna i uppl¨anksfallet till exempel genom GPS ¨ar det inte realistiskt genomf¨orbart att idag synkronisera alla bassta-tioner i ett asynkront n¨at som GSM till en noggrannhet som skulle kr¨avas i

nedl¨anksystemen, ner till en tiondel av en nanosekund. Som en konsekvens av detta finns det i ett nedl¨anks TDOA-system f¨orutom en tidf¨orskjutning mellan mobil- och basstationerna ¨aven en tidf¨orskjutning mellan basstatio-nerna. Dessa skillnader ben¨amns Real Time Differences, RTD.

Det genomf¨orbara billigare alternativet till att synkronisera samtliga basstationer i ett GSM-n¨at ¨ar en process som kallas pseudosynkronisering. Detta inneb¨ar att ist¨allet f¨or att hela tiden minska skillnaderna i tid mellan basstationerna mot noll s˚a m¨ats i st¨allet skillnaderna och kompenseras f¨or n¨ar de anv¨ands i ber¨akningar.

Detta l¨oses genom att p˚a k¨anda fasta platser placera ut nedl¨anksmot-tagare, motsvarande en s˚adan som skulle finnas i den mobilstation som ska positioneras. Dessa g¨or samma m¨atningar som en mobilstation skulle ha gjort, men eftersom deras position ¨ar k¨and och d¨armed ¨aven avst˚andet till basstationerna, vilket ger propageringstiden av signalerna, kan basstatio-nernas f¨orskjutningar sinsemellan best¨ammas. [8]

3.5

Positioneringstekniker

Det finns ett antal olika f¨oreslagna tekniker f¨or att positionera mobila enhe-ter. Dessa presenteras h¨ar och slutligen g¨ors en utv¨ardering av teknikerna f¨or att f˚a fram en l¨amplig metod som kan anv¨andas vid implementationen av ett positioneringssystem.

3.5.1

Signalstyrka

Signalstyrkan som mottas av radiomottagaren varierar beroende p˚a den position som radiomottagaren har (f¨orutsatt att s¨andarens position ¨ar fast). I frirymd, med en antenn som s¨ander uniformt i alla riktningar varierar signalstyrkan mellan s¨andaren och mottagaren som en avtagande funktion av avst˚andet.

I ett cellul¨art n¨atverk som unders¨oks h¨ar finns denna egenskap att sig-nalstyrkan minskar med avst˚andet mellan mobil- och basstation kvar, d¨ar-emot tillkommer m˚anga andra faktorer som varierar signalstyrkan runt den avtagande trenden som kommer av avst˚andet. Det finns tv˚a olika metoder

f¨or att anv¨anda signalstyrkemetoder f¨or att kunna g¨ora positionsbest¨am-melser och b˚ada har funnits med ungef¨ar lika l¨ange som cellul¨ara n¨atverk. Path loss model

Path loss beskriver hur den uts¨anda signalen f¨orlorar styrka under tiden den f¨ardas v¨agen mellan mobil- och basstation, vilket sker analogt i b˚ada riktningarna. Den effektf¨orlust som sker ben¨amns just path loss. Med kun-skap om detta kan en modell som bygger p˚a detta tas fram f¨or att beskriva vad som h¨ander n¨ar avst˚andet mellan mobil- och basstation ¨okar. De som f¨orst f¨oreslog en s˚adan modell var Okamura och Hata 1980. [9]

Om den mottagna signalens styrka m¨ats och med k¨annedom om den uts¨anda signalens styrka kan den aktuella signalf¨orlusten, path loss, ber¨ak-nas och j¨amf¨oras med den aktuella modellens karakt¨aristik f¨or att ge ett avst˚and mellan mobil- och basstation som signalen har f¨ardats. Som i andra fall ger detta bara en radie p˚a en cirkel d¨ar mobilen befinner sig, metoden kan inte best¨amma i vilken riktning fr˚an bas- som mobilstationen befinner sig i.

I de allra flesta fall finns det dessutom andra faktorer ¨an bara avst˚andet som p˚averkar mottagen signalstyrka. [9]

Skuggning

Skuggning, eller shadowing, ¨ar det fenomen som beskriver vad som h¨ander n¨ar hinder som till exempel byggnader befinner sig mellan s¨andare och mottagare. H¨ar spelar en m¨angd faktorer in som den relativa h¨ojden mellan s¨andare och mottagare, vilken typ av hinder det ¨ar samt v˚agl¨angden p˚a signalen.

Hur skuggning p˚averkar den mottagna signalstyrkan representeras of-ta olika beroende vilken typ av till¨ampning som ¨ar aktuell. Den enklaste representationen ¨ar en slumpm¨assig log-normal distribuerad additiv term ¨

overlagd medelf¨orlusten av path loss i det aktuella omr˚adet. Om µ50 ¨ar

medelf¨orlusten i signalstyrka p˚a ett avst˚and r fr˚an s¨andaren, s˚a modelleras den observerade f¨orlustens distribution xdB : s t¨athetsfunktion p˚a samma

f(xdb) = 1 √ 2πσdb e−(xdb−µ50) 2 /(2σ2 dB)

Storleken p˚a skuggningsf¨orlusten kan variera men kan antas vara i stor-leksordningen 4 - 10dB. [9]

¨

Ovriga faktorer

Detta kapitel beskriver tv˚a andra faktorer som p˚averkar den mottagna sig-nalstyrkan.

Snabb f¨adning

Snabb f¨adning ¨ar en annan slumpm¨assig additiv term till path loss som uppst˚ar som interferens mellan olika kopior av samma signal som kommer fram till mottagaren. ¨Aven detta modelleras som en slumpm¨assig variabel enligt en Rayleigh eller Riciansk distribution beroende p˚a om det finns en dominerande mottagen signal (fri sikt) eller inte. [9]

Fysiska hinder

Andra fysiska hinder som att vandra in i en byggnad eller s¨atta sig i en bil har ocks˚a visat sig p˚averka den mottagna signalstyrkan. Detta kan p˚averka styrkan p˚a den mottagna signalen med s˚a mycket som upp till 10dB. [9]

3.5.2

Signal Strength Map

Ytterligare ett s¨att att angripa problemet p˚a bygger p˚a id´en att variatio-nen i den mottagna signalstyrkan fr¨amst ¨ar beroende av positiovariatio-nen men f¨or komplext f¨or att bara modellera med en funktion beroende av avst˚andet. En l¨osning skulle d˚a kunna vara att skapa en databas med signalstyrkev¨ar-den som indexeras av positionen. Detta skulle kr¨ava att genomf¨ora stora m¨atningskampanjer f¨or att fylla i databasen medan det i vissa fall kan an-v¨andas verktyg f¨or att simulera den aktuella milj¨on och hur den p˚averkar signalstyrkan.

Med ett s˚adant system blir resultatet inte en cirkel kring basstationen d¨ar mobilstationen kan befinna sig utan snarare en karta med sannolikheter

att mottagaren befinner sig p˚a den positionen. Antingen kan nu den posi-tionen v¨aljas med h¨ogst sannolikhet eller s˚a viktas de olika sannolikheterna i omr˚adet och positionen best¨ams till tyngdpunkten av sannolikheterna. [8]

3.5.3

Time of Arrival

Alla 2G och 3G cellul¨ara system anv¨ander idag n˚agon form av tidssynkro-nisering ¨over luftgr¨anssnittet mellan mobil- och basstationer. Till exempel ¨

ar det viktigt att i TDMA som anv¨ands av GSM s¨akerst¨alla att en specifik mobiltelefon bara s¨ander i sin allokerade tidslucka, f¨or att undvika signalin-terferens, SIR, hos andra mobiltelefoner som s¨ander i tidsluckorna bredvid. Eftersom den enda kopplingen mellan en mobil- och en basstation i GSM ¨

ar radiogr¨anssnittet s˚a bygger dessa synkroniseringsscheman p˚a att en av parterna m¨ater tiden f¨or ankomst av en signal fr˚an den andra parten.

Dessa typer av tidm¨atning kan ocks˚a anv¨andas f¨or att g¨ora positionsbe-st¨ammelser och standardtekniken ¨ar att anv¨anda korrelation. Mottagaren j¨amf¨or en lokalt sparad kopia av en signal med den mottagna signalen och korrelerar dessa och unders¨oker resultatet f¨or att finna den tidpunkt n¨ar de tv˚a signalerna matchar varandra. Detta bygger p˚a att mottagaren vet att s¨andaren kommer skicka ut en signal den har tillg˚ang till lokalt och d˚a kan tr¨aningssekvenser som finns i cellul¨ara n¨at f¨or att skatta kanalen anv¨andas. Tidm¨atningar av denna typ kan anv¨andas f¨or att g¨ora positionsbest¨am-melser genom att anv¨anda vetskapen att radiosignaler f¨ardas med ljusets hastighet. S˚a i det enklaste fallet kan en positionsangivelse g¨oras genom att m¨ata tiden det tar f¨or en signal att f¨ardas mellan s¨andare och mottagare. Praktiskt r¨acker inte endast en tidm¨atning eftersom detta egentligen bara s¨ager vid vilken tidpunkt som mottagaren tog emot signalen och inget om n¨ar s¨andaren faktiskt skickade den som beh¨ovs f¨or att ber¨akna restiden f¨or signalen. ¨Aven om s¨andaren skulle registrera klockslaget n¨ar den skickar signalen s˚a skulle det vara i referens till den interna klockan och i realitet skiljer sig denna klocka fr˚an klockan hos mottagaren.

En l¨osning p˚a detta problem ¨ar att en av terminalerna, vanligtvis den mobila, m¨ater tidpunkten d˚a signalen tas emot och sedan skickar tillbaka signalen till den ursprungliga s¨andaren. S¨andaren kan d˚a m¨ata tidpunkten signalen kommer tillbaka och kan ber¨akna tiden f¨or signalen att f¨ardas fram och tillbaka. I praktiska till¨ampningar av detta ¨ar det vanligt att den

mottagande enheten f¨ordr¨ojer sitt svar med en k¨and offset, detta tas sedan med i ber¨akningen av restiden f¨or signalen.

Denna typ av m¨atningar genererar en cirkel med best¨amd radie d¨ar mobilstationen kan befinna sig. Tas h¨ansyn till os¨akerheten i m¨atningarna f˚as en undre och ¨ovre radie r1 och r2 d¨ar r1 <r2 som avgr¨ansar ett omr˚ade

vari den aktuella mobilstationen befinner sig. [8]

3.5.4

CGI-TA

CGI-TA st˚ar f¨or Cell Global Identity + Timing Advance. CGI inneb¨ar att varje cell, som ansvarar f¨or att t¨acka ett omr˚ade av mobilabonenter i operat¨orens n¨at, ¨ar unikt identifierbar och dess position ¨ar d˚a k¨and redan p˚a f¨orhand av operat¨orerna. Eftersom GSM-systemen har ett 1:1-f¨orh˚allande mellan mobilenhet och basstation kan en mobiltelefon i ett GSM-n¨at ges en grov uppskattning av dess position enbart genom att s¨aga vilken cell den f¨or tillf¨allet ¨ar inkopplad p˚a.

Denna information kan sedan kompletteras med aktuell TA f¨or att p˚a s˚a s¨att ta fram ett avst˚and mellan den mobila enheten och basstationen. Timing Advance ¨ar ett m˚att som ber¨aknas av en basstation f¨or alla mo-bila enheter som denna ansvarar f¨or. Syftet ¨ar att g¨ora s˚a att alla mobila enheters signaler kommer fram i r¨att frame, d˚a kan mobila enheter som ¨ar positionerade l˚angt borta beh¨ova b¨orja skicka tidigare f¨or att p˚a s˚a s¨att kompensera f¨or deras avst˚and till basenheten.

Vad basstationen g¨or n¨ar kommunikationen mellan basstationen och den mobila enheten s¨atts upp, och kontinuerligt under hela sessionen, ¨ar att den ber¨aknar hur mycket tidigare den mobila enheten m˚aste b¨orja skicka sina signaler, vilket allts˚a ger den mobila enhetens Timing Advance. Detta g¨ors genom att skicka en signal fr˚an basstationen till den mobila enheten som i sin tur svarar basstationen. Genom att anv¨anda denna teknik kr¨avs inte att den mobila enheten och basstationen ¨ar synkroniserade med varandra. CGI-TA utlovar ett brett spektrum av noggrannhet beroende p˚a hur det aktuella omr˚adet ser ut. I en stadsmilj¨o som karakt¨ariseras av att m˚anga mobila enheter befinner sig i omr˚adet och att det finns m˚anga basstationer med celler som t¨acker v¨aldigt sm˚a omr˚aden, kan informationen om vilken basstation som den mobila enheten ¨ar uppkopplad p˚a att ge en godtyck-ligt l˚ag noggrannhet. I praktiken f¨orv¨antas dock inte denna teknik ge en

noggrannhet b¨attre ¨an 100 m.

Den ¨ovre gr¨ansen f¨or denna noggrannhet best¨ams av tidsluckornas stor-lek f¨or GSM-protokollet. Den minsta tid en f¨or¨andring av TA kan p˚averka ¨

ar en symbolperiod i protokollet och f¨or GSM ¨ar detta 3,69 mikrosekunder. De elektromagnetiska radiov˚agorna f¨ardas sedan i en hastighet av ungef¨ar 300 000 000 m/s vilket ger att varje f¨or¨andring i TA ger ett tur och returav-st˚and p˚a 1100 m f¨or radiosignalen. Detta inneb¨ar att TA-v¨ardet f¨or¨andras f¨or varje f¨or¨andring av 550 m fr˚an basstationen och den mobila enheten. [8]

3.5.5

N¨

arhetsbest¨

amning

N¨arhetsbest¨amning anv¨ander sig av det faktum att en mobil enhet ¨ar i det omr˚ade som en basstation betj¨anar. Generellt ¨ar det ocks˚a s˚a att en mobilstation ¨ar uppkopplad mot den basstation som ¨ar geografiskt n¨armast, vilket i fall d¨ar basstationen betj¨anar en mikro- eller pikocell kan utnyttjas f¨or att g¨ora positionsbest¨ammelser med noggrannhet p˚a < 100m. Motsatsen till detta skulle d˚a vara landsbygden d¨ar en cell kan betj¨ana ett omr˚ade som ¨ar flera kvadratkilometer stort

N¨ar en mobilstation ¨ar i vilol¨age och inte deltar i ett samtal eller det f¨orekommer annan datatrafik ¨ar dess position k¨and som ett omr˚ade d¨ar mobilstationen befinner men som kan best˚a av flera celler. N¨atverket h˚ al-ler koll p˚a denna information f¨or att kunna fokusera uppslagningsf¨ors¨ok efter mobilstationen n¨ar ett samtal sker till den. Detta inneb¨ar allts˚a att noggrannheten av en position ¨ar l¨agre n¨ar mobilstationen ¨ar i vilol¨age. I detta l¨age kan n¨atverket initiera trafik med mobilstationen f¨or att kunna g¨ora en b¨attre positionsbest¨amning. I en flerriktad sajt inneb¨ar detta att mobilstationens l¨age uppskattas med basstationens koordinater. Om cellen ist¨allet ing˚ar i en multisektorsajt kan positionsangivelsen ut¨okas genom att minska omr˚adet till mittpunkten, centroiden, av det aktuella omr˚ade som cellen betj¨anar. [8]

3.5.6

Angle of Arrival

Angle of Arrival, AOA-system, m¨ater vinkeln p˚a den inkommande signalen vid den mottagande antennen eller antennerna. Om endast en antenn

an-v¨ands m˚aste denna kunna utf¨ora n˚agon form av riktad diskriminering av signalen vilket implicerar multipla mottagarelement.

En enkel l¨osning p˚a detta ¨ar att basera m¨atningen p˚a signalstyrkan som mottas vid en av flera riktade antenner. Som exempel kan en antenn med tre riktade element som betj¨anar 120◦_{anv¨andas. Anta nu att en signal}

mottas vid ett av elementen men inte vid de andra tv˚a, d¨ar signalen ist¨allet f¨orsvinner i signalinterferens och brus. Baserat p˚a detta kan nu antagandet g¨oras att mobilstationen befinner sig i den riktning som det aktuella ele-mentet pekar. Samma antagande kan g¨oras om mobilen bara kan uppt¨acka signalen fr˚an en av tre element i en cell.

I det generella fallet kan signalstyrkan vid eller fr˚an varje element j¨am-f¨oras och utifr˚an detta ber¨akna b¨asta uppskattningen av riktningen fr˚an den riktade basstationen till mobilstationen.

En potentiellt noggrannare metod inneb¨ar att m¨ata fasen av signalen vid flera mottagande element som distribuerats l¨angs en k¨and baslinje. Det-ta hindrar d˚a naturligtvis att tekniken anv¨ands i mobilstationen eftersom den skulle bli alldeles f¨or otymplig. Noggrannheten i tekniken bygger till stor del p˚a antennens uppbyggnad och kan i praktiken vara s˚a liten som n˚agra f˚a grader. Ett stort problem i cellul¨ara n¨at, speciellt i storst¨ader, ¨ar att den signal som m¨atningen utf¨ors p˚a ofta inte ¨ar en frisiktsignal utan den kan ha studsat p˚a ett objekt. Detta inneb¨ar allts˚a att ber¨akningen vi-sar p˚a den riktning som signalen studsat fr˚an och n¨odv¨andigtvis inte alls i riktning mot mobilstationen [8]

3.5.7

Time Difference of Arrival

Multilateration ¨ar en teknik f¨or att best¨amma ett objekts position d¨ar pro-cessen g˚ar ut p˚a att m¨ata skillnaden mellan ankomsttider p˚a olika spatiala platser av en signal. Tekniken kallas d¨arf¨or Time Difference of Arrival eller TDOA.

I fallet med tv˚a s¨andande basenheter kan mottagaren m¨ata skillnaden mellan ankomsttiderna vilket ger upphov till en m¨angd olika m¨ojliga fall med samma TDOA men olika ursprungsplatser, resultatet blir ett hyper-boliskt plan d¨ar den mottagande enheten kan befinna sig och ¨and˚a uppfylla ekvationen.

vara m¨ojlig att ber¨akna, vilket ger upphov till en ny hyperboloid. Kombina-tionen av de tv˚a hyperboloiderna ger en linje i rymden d¨ar den mottagande enheten kan befinna sig.

Ett antagande som g¨ors i denna situation ¨ar att h¨ojd ¨over havet inte spelar n˚agon roll och att den mobila enheten befinner sig p˚a markniv˚a, s˚a om de tv˚a kropparna ortogonalprojiceras p˚a markplanet kommer de ge upphov till tv˚a linjer och det ¨ar sk¨arningspunkten mellan dessa tv˚a som approximerar den mottagande enhetens position.

Detta system kan anv¨andas f¨or att g¨ora lokalpositionering, best¨amma den egna positionen, och f¨orfarandet kan naturligtvis reverseras f¨or att g¨ora fj¨arrpositionering genom att basstationerna lyssnar efter en signal fr˚an den s¨andande enheten och sedan skickar mottagartidpunkten till en central enhet som i sin tur ber¨aknar positionen. [10]

Det finns naturligtvis m¨ojligheten att de tv˚a linjerna som uppst˚ar efter ortogonalprojiceringen sk¨ar varandra i mer ¨an en punkt s˚a att det uppst˚ar tv˚a potentiella positioner f¨or den mobila enheten. Det finns olika s¨att att l¨osa dessa problem p˚a. Ett ¨ar att ha a priori-kunskap om var den mobila enheten har befunnit sig och vilken bana den r¨or sig i. Ett annat ¨ar att anv¨anda ytterligare en basstation f¨or att best¨amma ytterligare en linje som sk¨ar de ¨ovriga tv˚a.

Ett problem med att anv¨anda denna teknik ¨ar att systemet m˚aste vara i n¨arheten av perfekt synkroniserat. Vid sj¨alvpositionering ¨ar basstationer-na s¨andare av kontrollsigbasstationer-nalen och denbasstationer-na m˚aste l¨amna basenheterna vid samma klockslag eller med en f¨orutbest¨amd offset f¨or att det ska fungera. Vid det andra alternativet med fj¨arrpositionering kommer den mobila en-heten s¨anda kontrollsignalen till stationerna och dessa m˚aste ha en relation mellan sina interna klockor f¨or att kunna best¨amma tidsskillnaden mellan de mottagna signalerna.

Det finns n˚agra varianter av denna teknik som medf¨or lite olika p˚ a-verkningar p˚a befintligt infrastruktur i n¨aten. E-OTD, Enhanced Observed Time Difference, l˚ater den mobila enheten m¨ata tidsskillnaden hos mot-tagna signaler fr˚an basstationerna och ber¨aknar sin position genom t.ex. multilateration. Detta kr¨aver allts˚a specialtillverkade mobila enheter sam-tidigt som tekniken inte ger b¨attre positionsbest¨ammelser ¨an 50 m.

En annan variant av denna teknik har visat sig leverera bra positionsbe-st¨ammelser av mobila enheter, fr˚an 50 m och mindre. Tekniken som heter

Uplink TDOA kr¨aver inga f¨or¨andringar av mobilenheterna men d¨aremot kr¨avs speciella mottagare, Location Measurement Unit LMU, i basenhe-terna. Dessa mottagare har v¨aldigt noggranna GPS-baserade klockor f¨or att kunna best¨amma tidsskillnaden mellan mottagna signaler v¨aldigt v¨al. H¨ar sker positioneringen i n¨atverket ist¨allet f¨or hos den mobila enheten. Basstationerna registrerar klockslagen n¨ar den mobila enhetens signal kom-mer fram och levererar sedan dessa till en central enhet som kallas Mobile Positioning Centre d¨ar ber¨akningen av den mobila enhetens position sker. [8]

3.5.8

Assisted GPS

Assisted GPS ¨ar en teknik som anv¨ander en assistansserver f¨or att minska tiden som det kr¨avs f¨or att best¨amma en position genom att anv¨anda GPS. Det ¨ar anv¨andbart i stadsmilj¨oer d¨ar anv¨andaren ofta befinner sig i skymd sikt fr˚an GPS-satelliterna.

A-GPS skiljer sig fr˚an vanlig GPS genom att l¨agga till ytterligare ett ele-ment i ekvationen, assistansservern. I ett vanligt GPS-n¨at s˚a finns det bara GPS-satelliter och mottagare. Det assistansservern tillf¨or ¨ar ber¨aknings-kraft och tillg˚ang till ett referensn¨atverk. Mottagaren av GPS-signalerna och servern delar allts˚a p˚a uppgiften att ber¨akna positionen vilket ¨ar l¨amp-ligt eftersom mottagaren ofta har begr¨ansad ber¨akningskapacitet. Metoden ¨

ar snabbare och mer effektiv ¨an vanlig GPS, dock kr¨avs det tillg˚ang till kom-munikationsn¨atverket s˚a att informationen kan skickas till assistansservern och tillbaka. [11]

Kapitel 4

Analys

Att best¨amma vilken teknik som ska anv¨andas vid positionering beror p˚a vilken till¨ampning applikationen som g¨or positioneringen ska ha. I vissa kritiska applikationer som SOS Alarms mobila positionering av larmsamtal fr˚an mobiltelefoner kr¨avs en h¨og noggrannhet och en teknik som snabbt kan hitta den n¨odst¨allde. H¨ar skulle med f¨ordel en teknik som TDOA eller ¨

annu hellre A-GPS anv¨andas som har potential att ge en bra noggrannhet av mobilstationens position.

En kommersiell anv¨andare av ett positioneringssystem beh¨over inte n¨odv¨andigtvis vara intresserad av en positionering av samma noggrann-het. Mobil positionering anv¨ands idag f¨or karttj¨anster och levereras d˚a i ett paket med en tillh¨orande extern GPS-enhet f¨or att ge s˚a bra prestanda som m¨ojligt. I den andra ¨anden av skalan finns akt¨orer som bara ¨ar in-tresserade av att veta i vilket omr˚ade som deras kunder befinner sig i. D˚a funkar till exempel CGI-TA bra.

Det visar sig ocks˚a att CGI-TA i dagsl¨aget ¨ar det enda reella f¨orslaget till teknikbasering f¨or positionering eftersom den ¨ar den enda teknik som inte kr¨aver stora ombyggnader av n¨aten. All h˚ardvara finns hos operat¨orerna idag och det som ˚aterst˚ar hos dessa ¨ar att konfigurera denna f¨or att kunna hantera anropen.

I framtiden kommer GPS och A-GPS troligen lanseras som ett alter-nativ som ger st¨orre noggrannhet av positionsangivelsen och detta inneb¨ar

ocks˚a ett paradigmskifte fr˚an n¨atverksbaserad positionering till mobilbase-rad positionering. Det kommer fortfarande att vara m¨ojligt f¨or kommersi-ella akt¨orer att anv¨anda CGI-TA s˚a l¨ange som GSM finns kvar s˚a de som utvecklar tj¨anster baserat p˚a denna teknik kommer att ha den f¨ordelen att de inte beh¨over uppdatera och byta fr˚an n¨atverksbaserad till mobilbaserad positionering.

Kapitel 5

Systemleverant¨

orer och

mobiloperat¨

orer

I Sverige idag finns tre stora akt¨orer p˚a mobiloperat¨orsmarknaden f¨or GSM. Dessa ¨ar Telia, Telenor och Tele2/Comviq. F¨orutom dessa finns en m¨angd virtuella operat¨orer varav de st¨orre, Campuz Mobile, Halebop och djuice ¨

ags av n˚agon av de tre stora och anv¨ander deras n¨at.

5.1

Systemleverant¨

orer

F¨or att underl¨atta f¨or operat¨orer och ¨oppna marknaden f¨or positionering gick Ericsson, Nokia och Motorola samman och bildade Location Intero-perability Forum, LIF, i oktober 2000. M˚alet var att utveckla interopera-biliteten mellan positioneringssystemen. Resultatet av detta blev Mobile Location Protocole som ger ett standardiserat spr˚ak att fr˚aga mobilopera-t¨orer efter position oberoende av vilken systemleverant¨or de har, f¨orutsatt att det ¨ar n˚agon av Ericsson, Nokia och Motorola.

Sen starten av LIF har en del ¨andrats och LIF finns inte l¨angre kvar som frist˚aende organisation utan ligger nu under Open Mobile Alliance som Location Working Group.

5.1.1

Ericsson

Ericsson har utvecklat och levererar idag ett system f¨or mobilpositionering till mobiloperat¨orer som de kallar f¨or Mobile Positioning System, MPS. Detta system best˚ar av tre olika logiska delar som ¨ar

• Gateway Mobile Positioning Centre, GMPC • Serving Mobile Positioning Centre, SMPC • Mjukvara f¨or operat¨orernas n¨atverk

LBS-systemet hos tj¨ansteleverant¨oren fr˚agar operat¨orens GMPC via Internet efter en mobilstations position och GMPC autenticerar d˚a f¨or-fr˚agningen. Om f¨orfr˚agningen autenticeras korrekt kommer den skickas vidare till SMPC via GSM-n¨atverket och SMPC samlar ihop data fr˚an GSM-n¨atverket och ber¨aknar koordinaterna som ska anv¨andas av tj¨ansten. SMPC returnerar de koordinater den ber¨aknat till GMPC som i sin tur skapar ett positioneringssvar som returneras till LBS-systemet.

Ericsssons MPS anv¨ander MLP f¨or att kommunicera mellan LBS-systemet och GMPC-enheten i operat¨orens n¨at. Tekniken som anv¨ands f¨or att be-r¨akna koordinaterna hos mobilstationen i GSM-n¨at ¨ar CGI-TA.

5.2

Mobile Location Protocol

I dagsl¨aget finns version 3.0.0 av MLP ute och st¨ods av bland annat Er-icssons MPS v.6. MLP ¨ar ett XML-baserat protokoll som anv¨ands f¨or att st¨alla fr˚agor mellan tj¨ansterna och operat¨orernas utrustning. Kommunika-tionen mellan tj¨ansten och operat¨oren sker ¨over HTTP alternativt HTTPS f¨or s¨akrare ¨overf¨oring.

I MLP kallas positionsf¨orfr˚agningar f¨or Standard Location Immediate Request, SLIR, och svaret kallas Standard Location Immediate Answer, SLIA.

5.2.1

Standard Location Immediate Request

En f¨orfr˚agan i SLIR-formatet kan ha f¨oljande utseende <?xml version=’’1.0’’ encoding=’’ISO-8859-1’’?> <!DOCTYPE svc_init SYSTEM ‘‘MLP_SVC_INIT_300.DTD’’>

<svc_init> <hdr> <client> <id>service_owner</id> <pwd>password</pwd> <serviceid>service_id</serviceid> </client> </hdr> <slir> <msids> <msid>46701234567</msid> </msids> </slir > </svc_init>

H¨ar identifieras vem det ¨ar som st¨aller f¨orfr˚agningen genom att ange id och pwd i CLIENT-taggen och den mobilstation som efters¨oks anges i MSIDS-taggen.

5.2.2

Standard Location Immediate Answer

Ett svar i SLIA-formatet kan ha f¨oljande utseende

<?xml version=’’1.0’’ encoding=’’ISO-8859-1’’?>

<!DOCTYPE svc_result SYSTEM ‘‘MLP_SVC_RESULT_300.DTD’’> <svc_result ver=’’3.0.0’’> <slia ver=’’3.0.0’’> <pos> <msid>46701234567</msid> <pd> <time utc_off=’’+0100’’>20050207103331</time> <shape> <CircularArcArea> <coord> <X>59 09 54.00N</X> <Y>018 08 12.00E</Y> </coord> <inRadius>0</inRadius> <outRadius>791</outRadius> <startAngle>30</startAngle> <stopAngle>120</stopAngle> </CircularArcArea> </shape> <lev_conf>80</lev_conf> </pd> </pos> </slia> </svc_result>

Detta ¨ar ett vanligt resultat vid en GSM-f¨orfr˚agning d˚a CGI-TA i b¨asta fall ger ett undre och ¨ovre begr¨ansat cirkelsektoromr˚ade som mobilstationen kan befinna sig i. I s¨amsta fall ger tekniken en cirkel.

5.3

Operat¨

orer

Av de tre stora operat¨orerna i dagsl¨aget, Telia, Telenor och Tele2/Comviq ¨

ar det endast Telia som har ett positioneringssystem i operationell drift. Dock har alla utrustning f¨or att utf¨ora positionering.

Nedan f¨oljer en sammanfattning av deras olika l¨agen och syns¨att baserat p˚a intervjuer som utf¨orts med personer p˚a f¨oretagen som jobbar med deras positionering.

5.3.1

Telia

Med Telia kan i dagsl¨aget avtal slutas av f¨oretag som vill anv¨anda positions-information i sin verksamhet. Telia har dels direkta kunder som transport-f¨oretag med system f¨or att sk¨ota till exempel administration av fordonspar-ker, dels tj¨ansteleverant¨orer som i sin tur ger service till sina kunder. Ett exempel p˚a detta ¨ar Gula Sidorna N¨ara Dig.

Telia st¨odjer anrop f¨or positionering till deras system via ett eget pro-tokoll som dock ¨ar mer eller mindre identiskt med MLP. Dock st¨ods inte alla former av anrop som finns tillg¨angliga i MLP. [12]

5.3.2

Telenor

Telenor, som tog ¨over Vodaphones verksamhet i Sverige, s¨ager sig nu vara inne p˚a sin andra generation av positioneringssystem. I dagsl¨aget levererar de inte n˚agon tj¨anst f¨or att kunna st¨alla positioneringsfr˚agor av deras kun-der utan man kan idag via ett f¨oretag som heter Smart Solutions manuellt st¨alla fr˚agor om kunders position.

Om deras positioneringssystem skulle aktiveras uppges att det ¨ar troligt att de kommer anv¨anda MLP f¨or att ta emot fr˚agor fr˚an externa tj¨anste-leverant¨orer. [13]

5.3.3

Tele2/Comviq

Tele2/Comviq har inget kommersiellt system ig˚ang f¨or positionering av mobilstationer i Sverige men uppger att de till exempel tillhandah˚aller en s˚adan tj¨anst till 112 i Schweiz d¨ar de ocks˚a ¨ar verksamma.