PDF de programación - Protocolos de enrutamiento con servicios de localización

SIMULACIÓN DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO

PARA REDES MÓVILES AD-HOC MEDIANTE

HERRRAMIENTA DE SIMULACIÓN NS-3

Protocolos de enrutamiento con servicios de

localización

Outline

1. Introducción
2. Sistemas de localización
3. Servicios de localización
4. Protocolos de enrutamiento

Simulación de Protocolos de
Enrutamiento para MANET con
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¿Qué es un sistema/servicio de localización?

Conceptos generales

Sistema de localización proporciona la posición geográfica,

más o menos exacta, de una entidad móvil.
• Posición que se ofrece al propio dispositivo móvil
• Evento que se transmite a un servidor remoto de forma

transparente

Un servicio de localización es una base de datos con

información de posición de los nodos.
información de posición de los nodos.

El objetivo de un servicio de localización es el mapeo

dinámico de la dirección lógica de un nodo con su posición
física en la red.

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¿Qué es un servicio de localización?

Conceptos generales

Las dos operaciones básicas asociadas a un servicio de

localización son:
• Actualización de la posición

o El nodo móvil debe ir informando de su posición.

• La consulta de la posición de un nodo

o Si un emisor necesita localizar a un nodo dentro de la red.

Es un servicio que proporciona el nivel de red.

Routing, forwarding and localization
o Routing, forwarding and localization

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Ejemplo de Servicio de localización en redes con infraestructura

Conceptos generales

En redes móviles con infraestructura como GSM la posición

de un nodo queda almacenada en el Home Location
Register/Visitor Location Register.

HLR/VLR son servidores centralizados.

N
(x,y)
(x,y)

Position LookUp N

M

Position Update (N, (x,y))

N is at (x,y)

Location Service
(Base de Datos)

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Ejemplo de Servicio de localización en redes ad hoc

Conceptos generales

En una red ad hoc los nodos deben implementar este

servicio por ellos mismos.

Servidor de localización está distribuido entre los nodos.

• Alguno o todos los nodos mantienen la información de la

posición.

• Los nodos pueden tener una copia de toda o parte de la base

de datos. N

M
M

N is at (x,y)

(x,y)
(x,y)

Position Update (N, (x,y))

Position LookUp N

Location Servers

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Sistemas de localización

Sistema de localización: Principios básicos

Sistemas de localización

Clasificación de los sistemas de localización:

• Sistemas de localización para exteriores
• Sistemas de localización para interiores

Sistema de localización se basan en el tratamiento de

señales:
• Retardos de propagación y desfase de señales
• Potencia de señal recibida

Receptores:
Receptores:

• Cada vez más pequeños y baratos.
• Precisión receptor satélite (20m) y telefonía (100m).

Tecnologías:

• Tecnologías inalámbricas estándar:

o Móviles, satélites
o WirelessLAN, Bluetooth, RFID (Radio-frequency

identification),NFC (Near field communication)

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GPS

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GPS

Sistema de localización para exteriores: GPS I

Global Positioning System (GPS)

• Sistema compuesto por 26 satélites.
• Ofrece información de localización, velocidad y hora.
• Basado en el concepto de triangulación
• Cobertura global y gran precisión (<m)
• Controlados por la fuerza Aérea EEUU

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Sistema de localización para exteriores: GPS II

Determining Position
A GPS receiver "knows" the location of the
satellites, because that information is
included in satellite transmissions. By
estimating how far away a satellite is, the
receiver also "knows" it is located
somewhere on the surface of an imaginary
sphere centered at the satellite. It then
sphere centered at the satellite. It then
determines the sizes of several spheres, one
for each satellite. The receiver is located
where these spheres intersect.

http://www.nasm.si.edu/gps/work.html

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Sistema de localización para exteriores: Galileo

Galileo

Galileo

• Propuesta europea de posicionacimiento global por satélite
• 30 satélite
• Vocación comercial:

o Servicio gratuito de posición (error < 5 metros)
o Servicios de pago de mayor precisión

• Compatibilidad GPS y Galileo

Pendientes de acuerdo
o Pendientes de acuerdo

• Se espera poner en marcha en 2014

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Sistema de localización de exteriores de telefonía móvil

Servicio LCS

Servicio LCS (Location Service)

• Define la funcionalidad, interfaces y mensajes necesarios para
localizar terminales en una red de telefonía móvil (GSM, UMTS,
etc).

Categorías LCS:
• LCS Comercial

o Proporciona servicios de valor añadido a los usuarios.

• LCS Interno
• LCS Interno

o Utilizados por la propia operadora de acceso. Medidas de
tráfico, información de cobertura, servicios suplementarios

• LCS de Emergencia

o Permiten dar asistencia a llamadas de emergencia.

Obligatorio en algunos países. Ofrecen la posición del
llamante a los servicios que responden a la llamada.

• LCS Legal

o Utilizados para combatir delitos.

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Servicio LCS

Mecanismos de posicionamiento para LCS

Algunas técnicas de localización:

• Identificación de la célula (Cell ID)
• Cell ID + Timing Advanced (TA)
• Cell ID + Timing of Arrival (TOA)
• Enhanced Observer Time Difference (E-OTD)
• Angle Of Arrival (AOA)

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Cell ID (Identificación de la célula )

Servicio LCS

Método muy sencillo
La posición del terminal, MS, se estima a partir de la

identificación de la estación base.

La exactitud de la estimación depende del area de

covertura de la célula.
• Femtocell: pocos metros
• Urbano: 500m-2km
• Rural: hasta 30km

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Diámetro de la celda:
- 50 m (indoor picocell)
- 30 km (rural macrocell)

Cell ID + TA (Timing Advanced )

Servicio LCS

Utilizado en GSM, GPRS

• TA se calcula en la estación base y se envía al MS para la

sincronización en un sistema TDMA.

En UMTS se consiguen medidas del RTT (Round Trip Time)

con exactitud mayores de 36m

El RTT o TA se utiliza para calcular la distancia entre la

estación base y el MS.
estación base y el MS.

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Cell ID + TOA (Timing of Arrival )

Servicio LCS

Varias estaciones base miden el TOA de una señal enviada

desde el MS.
• El retardo de transmisión se resuelve tomando

diferencias de tiempo.

• La diferencia entre dos TOA define una hiperbola.
• Tres TOA definen una localización 2D.
• Tres TOA definen una localización 2D.

?

trama

TOA1

r1

r2

TOA2

TOA3

TDOA21=TOA2-TOA1=(r2-r1)/c

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?

trama

TOA3=?+ D3/c

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E-OTD EnhancedObserverTime Difference(OTDOA UMTS)

Servicio LCS

Método parecido anterior, pero ahora las medidas las

realiza el propio terminal móvil

Se calcula la posición a partir del tiempo de llegada de una

señal enviada por varias estaciones base.
• El MS compara el tiempo de llegada de las señales y

estima su distancia a cada BS. Calcula su posición final
por medio de triangulación.

Se necesita modificar el software de los MS GSM.
Se necesita modificar el software de los MS GSM.
Los terminales UMTS ya están actualizados.

trama

El MS mide diferencias de tiempo
entre estaciones base.
Si la red no está perfectamente
sincronizada, el MS tiene que
conocer las diferencias en el tiempo
entre las estaciones base

trama

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trama

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Servicio LCS

E-OTD Enhanced Observer Time Difference (OTDOA UMTS)
E-OTD

Se introduce un nuevo dispositivo, el LMU (Location

Measurement Unit) tiene un reloj GPS con el que puede
medir los tiempos de transmisión de cada estación base de
forma precisa.
• EL LMU informa a las BSs de la diferencias de sincronización.
• La red envía información adicional al MS para que pueda

obtener la posición mediante triangulación (TDOA).

LMU

Información
adicional

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AOA (Angle of Arrival )

Servicio LCS

El ángulo de llegada de las señales desde el MS a diferentes

BS.

La posición se calcula basado en el AOA en diferentes BS y

el centro de localización, LMU, calcula la posición.

NodeB with directional
NodeB with directional
NodeB with directional
NodeB with directional

antenna
antenna
antenna
antenna

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trama

Ejemplos de aplicación para sistemas de localización para
exteriores

Casio Satellite Navi GPS watch

PET TRACKING PACK

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Localizador para personas con Alzhéimer

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Sistemas de localización para interiores I

Sistemas de localización en interiores

Triangulación de radiofrecuencia

• Se miden las distancias a varios puntos a partir de las señales

recibidas y la intersección determina la posición.
• Se suele utilizar la potencia de la señal recibida.

o A menor potencia, más lejano se encuentra el obj