PDF de programación - Mecanismo ubicuo de localización de dispositivos móviles

Centro de Investigación y de Estudios

Avanzados

del Instituto Politécnico Nacional

Unidad Zacatenco

Departamento de Computación

Mecanismo ubicuo de localización de

dispositivos móviles

Tesis que presenta

Juan Carlos Pérez Pérez

para obtener el Grado de

Maestro en Ciencias de Computación

Director de la Tesis

Dr. José Guadalupe Rodríguez García

México, D.F.

Agosto 2011

II

Resumen

La determinación de la ubicación física se ha vuelto un aspecto importante 
dentro del cómputo móvil, debido a que ayuda a ofrecer información más exacta al 
usuario,   dependiendo   en   donde   esté   ubicado.   Para   las   aplicaciones   que   son 
utilizadas   en   exteriores,   el   Sistema   de   Posicionamiento   Global   (GPS)   es   una 
solución muy recurrida, sin embargo, su funcionamiento no es conveniente en el 
interior de inmuebles o en áreas urbanas con densidad considerable de edificios 
altos, ya que es necesario que exista línea de vista entre el receptor y los satélites. 
Este   trabajo   trata   sobre   el   diseño   e   implementación   de   un   mecanismo   de 
localización omnipresente que aprovecha las ventajas ofrecidas por los dispositivos 
móviles.

La propuesta determina la ubicación del usuario (de un dispositivo móvil) en 
cualquier momento, ya sea a través de las coordenadas GPS, de una dirección de 
Internet o del identificador de célula en las redes GSM. Estos mecanismos nos dan 
una aproximación de la ubicación actual del usuario.

Una vez que el dispositivo obtiene la información de su ubicación, la envía hacia 
un   servidor  a  través  de  la  primera  red  disponible,  i.e.  Internet  o  red  celular. 
Preferentemente,   el   mecanismo   establece   la   comunicación   a   través   de   una   red 
inalámbrica (Wi­Fi), realizando la búsqueda de redes disponibles en la cercanía. Si 
no encuentra la red necesaria, se establece una conexión de datos GSM, para 
enviar la información de la ubicación del usuario.

Se hace uso del Protocolo de Inicio de Sesiones (Session Initiation Protocol) y de 
la comunicación oportunista, para mejorar la eficiencia en la comunicación entre 
cliente   y   servidor.   Los   resultados   obtenidos   muestran   que   se   trata   de   un 
mecanismo factible para rastrear la ubicación de un dispositivo, mediante el uso de 
distintas tecnologías existentes como el cómputo móvil, los protocolos de Internet, 
las redes celulares y las aplicaciones Web.

III

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Abstract

The  determination   of   physical   location   is   becoming   an   important   aspect   of 
mobile computing because it helps to bring more accurate information to the user, 
depending on where it is located. For applications used in outdoor areas the Global 
Positioning   System   (GPS)   is   a   common   choice.   Nevertheless,   its   performance 
degrades in indoor areas and in high­dense building urban areas because it needs a 
clear   line   of   sight   to   the   satellites.   This   work   deals   with   the   design   and 
implementation of an ubiquitous location mechanism and takes advantage of the 
facilities brought by mobile devices.

Our proposal can determine the user’s location at any time, either by using 
GPS coordinates, an Internet address, or a Cell ID in GSM networks. All these 
mechanisms give us an approximation of the user's current location. 

Once the device obtains information about its location, sends it to a server 
through  the fist available network found  i.e. Internet  or GSM. Preferably, the 
mechanism establishes communication by means of a Wi­Fi network. First, it does 
a scanning search for nearby Wi­Fi available networks, if no Wi­Fi networks are 
found, a GSM data packet connection is established for sending the user's location 
information. 

We make use of the Session Initiation Protocol (SIP) and the opportunistic 
communication   mechanisms   to   improve   the   efficiency   of   the   client­server 
communication. The obtained results show that it is a feasible mechanism to track 
a device's location, through the use of different existing technologies like mobile 
computing, Internet protocols, GSM networks and Web applications.

V

VI

Agradecimientos

Doy gracias a Dios, por haberme permitido llegar hasta esta etapa de la vida, a 
lo largo de la cual, nunca me ha dejado de su mano y siempre ha sido la luz que 
guía mi camino.

A   mi   mamá   Irma,   por   darme   la   existencia   y   ser   un   ejemplo   de   constante 
superación   y   tenacidad   ante   las   dificultades.   A   mi   tía   Martha   por   haberme 
inculcado valores fundamentales que forjaron mi personalidad y carácter. A mi 
madrina Fiorela, por su invaluable ayuda para poder continuar con mi formación 
profesional, que la vida y el Creador recompensen con creces por todo lo que me 
ha dado.

A mis hermanos Rebeca, Horacio y Osiris, por su cariño y amor incondicional a 
lo largo de todos estos años. A mi primo Paco, por ser como un hermano más con 
quien compartir vivencias y aprendizaje.

A Linda, por ser mi compañera por tantos años y brindarme su amor, confianza 
y  apoyo  en   todo  momento.  Por  ser   una  motivación  constante  en   la  búsqueda 
continua del éxito en todos los ámbitos de la vida.

A mi asesor, el Dr. José Guadalupe, por su paciencia, comprensión y tutoría 
durante los  años  que pasé  estudiando el posgrado. Gracias por el  tiempo que 
dedicó a transmitir su experiencia y conocimientos académicos para construir un 
trabajo de calidad.

A   los   Dres.   Jorge   Buenabad   Chávez   y   Manuel   Romero   Salcedo,   por   su 
orientación, aportaciones y consejos para dar forma a este trabajo de tesis y por 
aportar un punto de vista alternativo.

Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, por otorgarme la beca que me 
permitió estudiar la maestría y sin la cual este logro no hubiera sido posible. Del 
mismo   modo,   agradezco   al   Departamento   de   Computación   del   Centro   de 
Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional por darme la 
oportunidad   de   formarme   en   sus   aulas   y   ser   un   orgulloso   egresado   de   tan 
prestigiosa institución.

A Sofía Reza, por su incansable ayuda para todos los que estudian y trabajan 

en el Departamento de Computación.

VII

VII

ÍNDICE GENERAL

IX

Índice general

Índice de figuras..................................................................................................XII

Índice de cuadros................................................................................................XIV

1. Introducción.........................................................................................................1
1.1 Planteamiento del problema..........................................................................2
1.2 Objetivos........................................................................................................3
1.2.1 Objetivo general.....................................................................................3
1.2.2 Objetivos particulares.............................................................................3
1.3 Metodología...................................................................................................4
1.4 Requerimientos del sistema............................................................................4
1.5 Organización de la tesis.................................................................................6

2. Estado del arte y trabajos relacionados..............................................................7
2.1 Comunicaciones inalámbricas........................................................................8
2.2 Cómputo móvil..............................................................................................9
2.2.1 Funciones del cómputo móvil................................................................10
2.2.2 Cómputo móvil y redes inalámbricas....................................................11
2.3 Arquitecturas para el desarrollo de aplicaciones móviles.............................13
2.3.1 Usuario móvil........................................................................................15
2.3.2 Aplicaciones del cómputo móvil...........................................................16
2.3.3 Seguridad en el cómputo móvil.............................................................17
2.3.4 Lenguajes de programación móvil........................................................18
2.4 Cómputo ubicuo...........................................................................................19
2.5 Información de la ubicación.........................................................................21
2.5.1 GPS.......................................................................................................21
2.5.2 Identificador de célula...........................................................................22
2.5.3 Ubicación a partir de una red IP..........................................................23
2.6 Servicios basados en la ubicación.................................................................23
2.7 Voz en IP y SIP...........................................................................................24

2.7.1 Protocolo de Inicio de Sesiones...............................................................25
2.7.2 Funcionamiento del protocolo SIP..........................................................26
2.8 Comunicación oportunista.............................................................................28
2.9 Alta disponibilidad........................................................................................30
2.10 Discusión......................................................................................................30

3. Arquitectura de la propuesta..............................................................................33
3.1 Arquitectura del sistema........................................................