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HD Positions and CPS Launch New UK High Accuracy Tracking Service Based On CPS Matrix Technology and Orange Network

16 December 2005

- ‘Boomerang Box’ device to protect vehicles and assets
- low-cost and fast, sub-100m accuracy
- first customer to track and recover trailers

A low cost, high accuracy positioning system which locates vehicles and other valuable assets, is launched this week by HD Positions. The highly innovative and unique solution, which works across the UK, with coverage inside buildings and containers, uses CPS’s Matrix technology and is based on the Orange UK network.

Matrix technology is available from HD Positions. In response to increasing demand from the growing number of location based service providers for a low cost, robust and easy to implement positioning solution, HD Positions supplies the interface to Matrix, and facilitates related Machine to Machine (M2M) services, including network connectivity, billing and support.

“Using CPS’s Matrix technology with Orange’s Cell ID provides an exceptional level of location accuracy,” comments Melissa Jenkins, M2M product manager, Orange Business Solutions, UK. “This new development, using CPS’s Matrix high accuracy technology to support such an imaginative service rollout, further underlines how Orange supports practical and innovative solutions for the UK business market.”

Nigel Chadwick, director of HD Positions highlights: “Until now, the market for high accuracy positioning systems has been held back by a number of factors. Notably, these have included: poor area coverage, prohibitive purchase, fitting and operating costs, power consumption, and slow and inconsistent location reporting. The Matrix system, combined with the latest devices now appearing on the market provide consistent and high accuracy positioning with high speed reporting at low cost, and as such are increasingly deemed by management teams as an essential and viable element of asset management and risk reduction”.

One of the first complete solutions to use the Matrix system is that based around the “Boomerang Box”, a robustly constructed device, combining low installation cost and a two year battery life. This is one of the first developed devices beginning to appear which address a wide range of potential applications. The use for such systems is considered enormous, extending to moveable assets which include amongst others, trailers, cars, motorcycles, caravans, and many other valuable assets.

The first end user of the service is the Altrincham based Cartwright group, a leading provider in the UK of vehicle transport solutions. The company plans to install Matrix enabled Boomerang Boxes in their vehicles to meet customer demand for tracking and vehicle recovery. Last year, over 4,000 trailers were stolen across the UK, with associated goods taken totalling more than £1bn*. Cartwright is a customer of Retreve a leading solution provider of telematic systems.

CPS’s Chief Executive, Chris Wade said: “Matrix provides a natural fit with HD Positions’ ambition and Orange’s vision of supporting new services for UK enterprises. This is unique offering to the UK market – a simple product that people can carry, or bolt into vehicles or containers or even just put in the drivers seat and yet delivers consistent, reliable, repeatable high accuracy where people want it – in busy city centres, indoors and inside valuable cargoes.”
 

Olá, Amigos da comunidade!

Continuando o artigo anterior sobre técnicas de localização física, postado no blog comunitário de GPS - Global Positioning System , que está sob minha coordenação, apresento outras técnicas de localização de dispositivos.
Neste novo artigo veremos mais algumas técnicas, muito usadas nos sistemas celulares e em redes locais.  

Espero que seja útil!
Boa leitura!
Thienne.

Outras Técnicas de Localização Física
20 de dezembro de 2005

Thienne M. Johnson

Em um artigo anterior, vimos que, além do GPS, existem outras técnicas de localização de um dispositivo. Neste pequeno artigo veremos mais algumas técnicas, muito usadas nos sistemas celulares e em redes locais. 

            Em redes 802.11b, a localização de um móvel pode ser calculada através de um algoritmo [KISH01]. Primeiramente interceptam-se cada par de círculos com o objetivo de obter um ponto situado exatamente no centro da região de sobreposição dos dois círculos (Figura 1). Se os círculos não intercedem, uma linha é construída unindo seus centros e, conseqüentemente, um ponto é escolhido na linha em proporção ao raio dos dois círculos (exemplo, se o círculo 1 tem raio 2, circulo 2 raio 3, e o centro dos dois estão separados por uma distância de 6, então o ponto central será escolhido (2/5)*6 de distância do centro do círculo 1). Dos pontos resultantes, deduz-se onde o usuário está localizado.  Para completar, submete-se o grupo de pontos a um algoritmo de agrupamento recursivo.

Figura 1: Localização em 802.11 [KISH01]

A operação do algoritmo é relativamente direta. Se o número dos pontos no grupo for 3, 2, ou 1, o caso básico emite um centróide do triângulo, um ponto médio, ou um único cálculo do ponto (respectivamente). De outra forma, um algoritmo de agrupamento é designado a quebrar os pontos em um, dois, ou três novos grupos. Se o resultado da aglomeração render um único conjunto, a recursão dividirá o grupo dos pontos na metade e recursará na outra metade arbitrariamente. A perda de exatidão neste caso é insignificante.

O centro do conjunto e dos dois conjuntos de pontos separados é aproximadamente equivalente; os dois conjuntos de pontos separados no caso de divisão forçada serão acoplados firmemente (como uma otimização, as tentativas futuras de se aglomerar são evitadas, uma vez que o algoritmo acredita que todos os pontos pertencem a um único conjunto; cada metade dos pontos restantes é subdividida melhor que aglomerada). O algoritmo pára quando a recursão alcança um dos casos previamente mencionados. Idealmente, o ponto retornado é uma aproximação razoável da posição verdadeira do usuário.

2.  Localização em Redes Celulares baseadas em RF

Existem várias técnicas diferentes que podem ser utilizadas para localizar um dispositivo celular. Soluções baseadas em infra-estrutura funcionarão com os handsets existentes por localizá-los baseando-se em suas características de transmissão [KAIN02]. A posição de localização é gerada através de qualquer um ou combinação dos seguintes métodos. 

a. Método do Ângulo de Chegada

Uma das mais conhecidas abordagens ao problema da localização é através da utilização do Ângulo de Chegada (AOA), ou seja, o cálculo do ângulo com que determinado sinal chega às antenas. Também conhecido como Diferença de Chegada (DOA), o AOA é determinado pela variação de fase dos sinais recebidos ao longo de um grupo de antenas [UEVO03].

A localização de um alvo desejado, em duas dimensões, pode ser encontrada pela interseção de duas linhas de direção, cada uma formada por uma radial da estação base ao alvo móvel (Figura 2).  

Antenas altamente direcionais são necessárias, tornando o AOA difícil no aparelho de comunicação móvel. Esse método deve usar ao menos três estações base e dois ângulos medidos para determinar a localização do móvel na interSeção dos dois círculos. Este método, conhecido como triangulação, pode ser resolvido através de trigonometria, geometria analítica ou procura em tabelas prontas [KHOK01]. Ao adicionar mais locais à leitura do AOA, aumenta-se cada vez mais a precisão da estimação da fonte do sinal.

     b. Métodos Tempo de Chegada e Diferença de Tempo de Chegada

No método Tempo de Chegada (TOA), a distância do transmissor até à antena base pode ser calculada através da interpretação do tempo de chegada da propagação de um sinal em cada receptor. Alternativamente, pode ser calculada a distância entre transmissores e um receptor de sinal (Figura 3). A TOA de cada sinal é comparada com o tempo (conhecido) de transmissão de cada transmissor [UEVO03]. 

Figura 3: Método Tempo de Chegada [KAIN02]

A medida direta de TOA resulta em dois problemas:

• O TOA necessário em todos os transmissores e receptores devem ter relógios sincronizados precisamente (por exemplo, a imprecisão de apenas 1ms pode causar um erro de localização de 300m).

• O sinal transmitido deve ser marcado por um rótulo de tempo para que o receptor calcule a distância percorrida pelo sinal.

No método de Diferença de Tempo de Chegada (TDOA), os sistemas usam um Transmissor de Radio Freqüência (TFR) no dispositivo móvel e receptores em várias antenas utilizadas como estações base (Figura 4). O TFR emite sinais que são modulados com largura de banda suficiente de modo a fornecer uma precisão temporal alta (inversamente proporcional à largura de banda), obtendo assim, uma boa precisão na estimativa da localização desejada.

Outras desvantagens incluem a extrema precisão temporal necessária em cada receptor, à necessidade de recalibrar estes mesmos receptores devido a diferentes influências no sinal e à necessidade de enviar a informação do TOA (bem como o padrão do sinal) para um processador central. A principal vantagem da TDOA é o fato de não ser estritamente necessário modificar os dispositivos móveis e a sua precisão ser de cerca de 125 metros [UEVO03].

            Muitas vezes o TDOA é preferível ao TOA porque, em diversas implementações, menos dados devem ser trocados na interface aérea (carga de comunicação) e a computação do TDOA é realizada em um processador central [KAIN02]. 

A diferença de tempo observada (OTD) é um método baseado no móvel, desde que um host móvel execute as medidas dos sinais de rádio da rede. O OTD medido na estação móvel é definido como o intervalo do tempo entre a recepção dos sinais de duas estações bases diferentes (Figura 5) [EBLI01].  

Figura 5: Método Diferença de Tempo Observada [EBLI01]

Referências 

[EBLI01] Ebling, Maria R.; Hunt, Guerney D. H.; Lei, Hui. Issues for Context Services for Pervasive Computing. Alcatel Telecommunications Review, p.71-76, jan. 2001. 

[KAIN02] Kain, Carl W. Location-Based Wireless Services: Finding People Everywhere. S-Mitretek Technology Summaries. Primavera, 2002. Disponível em <http://www.mitretek.org/pubs/Sigma_Pubs_spring02/>.. Acesso em 01/05/2003. 

[KHOK01] Khokhar, Sarfraz. Which Location-Estimation Technologies Meet Market Needs? Bussiness Geographics, Março/Abril, 2001. Disponível em: <http://www.geoplace.com/bg/2001/0401/0401tt.asp> . Acesso em:05/05/2003. 

[KISH01] Kishan, Arun et al. Halibut: An Infrastructure for Wireless LAN Location-Based Services. Relatório Técnico, 2001. Disponível em: <http://fern2.stanford.edu/cs444n/> . Acesso em 01/03/2003. 

----- Original Message -----
From: Thienne M Johnson
To: wirelessbr@yahoogrupos.com.br
Sent: Wednesday, December 07, 2005 11:09 AM
Subject: [wireless.br] GPS e outras tecnologias de localização

Olá, Amigos da comunidade!
Acabo de postar a matéria abaixo no meu blog Networking News & Stuff.
Logo estará disponível também no blog comunitário de GPS - Global Positioning System , que está sob minha coordenação.
Espero que seja útil!
Boa leitura!
Thienne
 

GPS e outras tecnologias de localização
07/12/2005

Quando falamos em localização física, a primeira tecnologia que lembramos é o GPS. Porém, nem sempre o GPS é a melhor solução. Devemos levar em consideração o tipo de aplicação LBS que estamos projetando.

Existem muitos métodos e tecnologias de determinação de posição física que podem ser empregados, porém nenhum método operará de forma eficaz em todos os ambientes pretendidos (por exemplo, ambientes fechados e terreno aberto) com exatidão suficiente para sua utilização. Estas tecnologias empregam vários meios tais como óptico, acústico ou rádio-freqüência (RF), cada um tendo vantagens em determinadas situações. Existem diversas tecnologias de localização de equipamentos móveis além do GPS, como Atenuação de Sinal, Ângulo de Chegada (angle of arrival - AOA), Tempo de Chegada (time of arrival - TOA), Diferença entre tempos de chegada (time difference of arrival (TDOA), Diferença do tempo observado (observed time difference - OTD), e time advance (TA). Estas tecnologias são baseadas em conhecer pontos de referência e relatá-los às estações móveis. O AOA é baseado na estimativa do ângulo do sinal recebido nas estações base. Necessita de um conjunto de antenas. Os métodos baseados em tempo, como o TOA, TDOA e OTD, trabalham com o tempo que o sinal leva para se propagar de um lugar a outro (do dispositivo móvel às estações base – TOA, ou da estação base ao móvel – OTD). O GPS é um sistema do tipo OTD. A rede converte o tempo em distância e estima a localização usando geometria.

Os métodos de localização do RF, tais como a força recebida do sinal, o ângulo de chegada ou a diferença do tempo da chegada são potencialmente desejáveis porque podem ser integrados com os dispositivos de comunicação sem fio, especialmente em ambientes internos. O sistema global de posicionamento baseado em satélite (GPS) é o sistema RF mais utilizado, fornecendo a cobertura global ao ar livre. Rádios de alta freqüência, como 802.11a, fornecem dados exatos de posição devido à sua exatidão inerente do sincronismo [AGRE02].

Sensores, em combinação com RF, IR (infravermelho) ou ultra-som são ideais para ambientes internos. Não somente fornecem informações espaciais de grão fino em taxas altas de atualização, como são não intrusivos, mas são baratos e robustos. Técnicas de localização baseadas em rádio, que são bem sucedidas em ambientes abertos, são prejudicadas por efeitos multi-caminho (quando um sinal chega à antena do usuário por mais de um caminho) severos dentro de edifícios [HART99]

De modo geral, métodos múltiplos serão necessários para assegurar a determinação da posição que se opera em ambientes variados com a exatidão desejada.

Referências:

- Agre, J. et al. A Layered Architecture for Location-based Services in Wireless Ad Hoc Networks. Networks. In: IEEE Aerospace Conference, 2002, Big Sky (EUA). Proceedings... 2002, v.3, p.1085-1097.

- Harter, A. et al. The Anatomy of a Context-Aware Application. In: ACM/IEEE international conference on Mobile Computing and Networking, 1999, Seattle (EUA). Proceedings... New York: ACM Press, 1999, p.59-68.

Leia mais:

- Kain, Carl W. Location-Based Wireless Services: Finding People Everywhere. S-Mitretek Technology Summaries. Primavera, 2002. Disponível em: <http://www.mitretek.org/>

- Khokhar, Sarfraz. Which Location-Estimation Technologies Meet Market Needs? Bussiness Geographics, Março/Abril, 2001. Disponível em: <http://www.geoplace.com/>

----- Original Message -----
From: Thienne M Johnson
To: wirelessbr@yahoogrupos.com.br
Sent: Sunday, November 13, 2005 4:56 PM
Subject: [wireless.br] Uma nova era de GPS

Figura: Abordagem GPS rede-assistido com cálculo de localização em uma rede