Триангуляция мобильного что это
Легенда о ‘триангуляции’ в сети GSM и ее разоблачение
Вопрос
“чисто теоретически, если можно стандартными средствами определить расстояние от БС до телефона, то по расстояниям от трех БС можно получить точные координаты аппарата, а во расстоянию от двух БС-2 точки, в одной из которых будет находиться телефон, так?”.
Начнем с аналогии (кто же из нас не любит начать с аналогии?). Рассмотрим такое утверждение: “поскольку при помощи ping-а можно определить расстояние от одного компьютера до другого, то по расстояниям от трех компьютеров (зная их координаты), можно получить точные координаты искомого компьютера”. Не торопитесь кричать: “Бред!”.
Ответы на эти вопросы будут такими: Действительно, базовая станция в процессе обслуживания разговора занимается расчетом величин т.н. timing advance и передает их телефону. Телефон использует их, чтобы корректировать ход своего clock timer-а так, чтобы у него и у базовой “часы тикали одинаково”. Действительно, базовая “замеряет” время прохождения сигнала от базовой до телефона, но ей абсолютно пофиг, сколько раз по пути следования сигнал отразился от зданий и т.п.
Итак, вот первая ложка дегтя: несмотря на то, что базовая измеряет время прохождения сигнала от себя до телефона, делает она это только в процессе обслуживания звонка и мы не можем использовать это значение для рассчета расстояния от базовой до телефона по прямой. Плюс ко всему, даже в идеальных условиях TA дает точность измерения до 500 метров.
Едем дальше. Знает ли базовая, сколько телефонов находятся в зоне ее покрытия в режиме ожидания и каково время прохождения сигнала до них? Нет и нет. При выборе в качестве camped cell любой соты в пределах текущей location area телефон не должен (и не будет) уведомлять сеть о своем решении (см. статью про location update).
Знает ли телефон, какие базовые находятся в “зоне слышимости” и каково время прохождения сигнала до них? Да и нет. Телефон может измерить уровень сигнала базовой (и занимается этим все время), но он не знает/не может измерить величину затухания сигнала.
Даже если телефон мог бы измерить уровень затухания и/или время прохождения сигнала до соседних базовых, мог бы он сам вычислить свои координаты? Нет, т.к. он не знает координат базовых.
Допустим, в SIM-карте телефона будет специальный applet, которых по сигналу извне (или с какой-то периодичностью) будет передавать по RACH пакетик, в котором будут CellID и RxLevel соседних базовых, а BSC будет получать эти пакетики, и на их основании высчитывать координаты телефона и передавать их дальше, какому-то выделенному серверу (для простоты, назовем его LBS), который будет хранить координаты и при нужде отдавать другим системам. А если какой-то телефон надумает позвонить или принять звонок, BSC дополнительно скорректирует уже имеющиеся координаты с учетом TA.
Смотрите, мы построили систему, которая по запросу к LBS-серверу может отдать нам координаты произвольного телефона в этой GSM-сети (при условии наличия в его SIM-карте нужного нам applet-а). Казалось бы, победа?
А теперь давайте посчитаем, что нам пришлось (пусть и умозрительно) модифицировать в обычной GSM Phase 2+ сети, чтобы получить такой результат:
А теперь вернемся к начальному утверждению. Как видно, понадобилось существенно модифицировать сеть для того, чтобы превратить теоретическую возможность в возможность практическую. Очевидно, что далеко не все GSM-операторы проделали такую (или подобную описаной) работу и обладают возможностью определять местоположение вашего телефона.
Как живётся «в матрице»? Определяем местоположение без GPS
Помните ли вы, когда именно в вашей руке появился смартфон? Когда он впервые предложил проложить маршрут из точки “Текущее местоположение”? И кстати, куда завалился автомобильный GPSнавигатор? Не успели мы оглянуться, как город плотно опутали сети мобильных операторов, а WiFi перестал быть технологией фантастического будущего. Мы “в матрице”, и определение координат, например, человека с мобильным телефоном сводится к решению системы линейных уравнений. Вот, как это примерно выглядит в графическом представлении:
Схема триангуляции сотовой связи
Базовые станции мобильных операторов создают плотное покрытие и в городе, и далеко за его пределами. Поэтому пока ваше устройство остается в зоне действия хотя бы одной вышки, вы “в матрице”. Уникальный номер соты Cell ID позволяет определить местоположение устройства с точностью от нескольких сотен метров до нескольких километров. Теперь возьмём данные хотя бы двух-трех мобильных сот и составим систему уравнений.
Аналогичным образом можно определить местоположение “абонента” по данным WiFi-сетей. Скорее всего, ваш телефон постоянно ищет возможность подключиться к быстрому беспроводному интернету. Поднимите голову! Сколько хот спотов в здании рядом с вами? Возьмём базу MAC-адресов всех точек доступа поблизости и обработаем специальной программой их координаты. Чем больше пересечений, тем более точно будет определено положение мобильного устройства с WiFi-модулем.
Откуда же берется информация о координатах базовых станций и точек доступа WiFi у таких сервисов как Google Maps?
Пользователи сами предоставляют приложениям на своих мобильных устройствах право отправлять данные о текущем местоположении и “ориентирах” поблизости.
Это происходит в тот момент, когда вы, не читая, принимаете условия лицензионного соглашения, например, при установке очередного полезного приложения из AppStore. На скриншотах ниже, мы показали, как это выглядит при использовании нашего приложения для отслеживания по GPS
По следам мобильного телефона. Геолокация с помощью сотовой сети
В прошлый раз, когда мы рассказывали о приложении МегаФон Навигация и принципах его работы, мы упомянули еще несколько услуг, главной составляющей которых является определение координат и их интерпретация (Location-based services).
В зависимости от поставленных перед сервисом задач и требований по точности, мы применяем разные технологии определения координат. Сегодня мы расскажем, какие технологические площадки есть у нас в распоряжении, и как мы их используем.
Теория
Включив ваш мобильный телефон или любое другое устройство, работающее в GSM-сети (Mobile station), вы запускаете огромный технологический процесс.
Первое, что делает ваше мобильное устройство (MS), это осуществляет поиск ближайших базовых станций (Base station, BS). Если быть точнее, то прослушивает эфир в поисках доступных сот. Телефон может прослушивать до 16 широковещательных каналов. Из их числа определяет 6, наиболее удовлетворяющих с точки зрения затрат энергии и качества сигнала. Но в один момент времени работать будет только с одной. У каждой из сот есть свой уникальный номер (CellID).
При этом все базовые станции (BS) объединены в группы. Как правило, принадлежность к группе определяется их местоположением (Location area), и чтобы базовые станции можно было идентифицировать, каждой группе присваивается уникальный номер — Location area code (LAC).
Вместе параметры LAC и CellID работают как уникальные идентификаторы базовой станции, на которой зарегистрировано и работает мобильное устройство. Именно используя эти параметры, Центр коммутации выбирает верное направление для отправки вызова в вашу сторону, иначе приходилось бы искать вас среди тысяч базовых станций.
Кроме того, определяется сектор базовой станции (Cell Sector) и фиксируется время, за которое сигнал от мобильного устройства достигает базовой станции – это параметр Timing Advance. Благодаря этому известна не только принадлежность к базовой станции, но и удаленность от нее.
Определение положения абонента в сотовой сети.
Данные о местоположении мобильного телефона обновляются с определенной периодичностью или в случае, если он перемещается (конечно же, вместе с вами), то при каждом переключении между базовыми станциями.
Как направить звонок нужному абоненту?
Взаимодействие систем для определения позиции мобильного устройства.
Номер телефона, который хранится в огромной базе номеров сотового оператора. Домашний регистр местоположения (Home location registry, HLR) содержит информацию обо всех абонентах, приписанных к нему. Найдя абонента в одной из HLR, мы перенаправляем вызов на связанный с ним Центр коммутации (Mobile switching centre, MSC), тот в свою очередь запрашивает информацию у Гостевого регистра местоположения (VLR), который содержит данные о последнем зарегистрированном CallID, LAC абонента. После чего контроллер базовых станций (Base station controller, BSC) связывается с базовыми станциями в рамках переданного LAC, и звонок направляется на нужную соту (CellID).
Практика
Благодаря тому, что работа сотовой связи неотрывно связана с определением местоположения, стали развиваться и геолокационные сервисы на основе GSM/UMTS-сети.
Основными критериями работы геолокационных сервисов являются не только точность определения координат мобильного терминала, но и частота их обновления по запросу, возможность получить не только актуальные координаты в текущий момент, но и хранить исторические данные и строить маршрут передвижения телефона, а значит и абонента.
Поскольку работа многих абонентских услуг связана с получением координат конкретного абонента, показать координаты, мы можем только в случае, если абонент дал на это разрешение: подтвердил эту возможность в рамках запроса от сервиса. Другого способа получить координаты абонента нет.
Для услуг Радар и Маячок, где местоположение отслеживается только по запросу от абонента, мы используем следующую логику работы.
При каждом запросе от сервиса система обращается к цепочке оборудования и получает параметр CellID и LAC. Мы в свою очередь знаем координаты каждой базовой станции и после дополнительной математической обработки показываем пользователю зону, в которой может находиться абонент. Чем больше плотность размещения базовых станций, тем точнее определение координат. Соответственно в черте города погрешность ниже, чем за городом.
У нас есть возможность получить не только данные CellID базовой станции, на которую подключен абонент, но и данные «соседей» (соседние базовые станции), мы можем повысить точность определения используя триангуляцию – теперь зона, в которой находится абонент уже ограничивается не дальностью действия базовой станции, а симплексом между несколькими базовыми станциями (зачастую это треугольник, вершины которого заданы координатами базовых станций). Данный метод определения так же работает по запросу пользователя и, к примеру, используется в услуге Навигатор.
Создавая сервис Контроль кадров мы поставили перед ним более сложные задачи. Помимо определения координат абонента, мы можем дать пользователю данные о входе и выходе абонента из определенной географической зоны, поиск сотрудников, которые находятся наиболее близко к заданной точке, а главное сбор статистики всех маршрутов. Дополнительно сервис позволяет настраивать время для мониторинга (чтобы ограничить его только рабочим временем сотрудника), а также позволяет отправлять сообщения сотрудникам непосредственно из сервиса.
Пример использования услуги «Контроль кадров»
Возможно применение и обезличенных данных (без использования данных абонента), когда для анализа используется только географические координаты. Мы называем это Геопространственный анализ – агрегация информации о миграции и перемещении, скоплении абонентов. Получив подобную информацию, можно найти наиболее подходящее место для развития сети магазинов, офисов обслуживания или установки банкоматов. Но это не единственной применение, благодаря этим данным можно прогнозировать новые транспортные развязки, остановки общественного транспорта, социальные объекты: парки, прогулочные зоны и прочее.
Пример анализа скопления мобильных устройств определенной категории в регионах.
В сервисе Знакомства, который встроен в приложение МегаФон-Навигация, мы также применяем только географическую позицию. Вы можете найти ближайших к вам абонентов, но единственное, что вы сможете узнать о них, это имена (nickname), которые пользователи задали самостоятельно.
Заключение
В целом для каждой задачи можно найти свой инструмент, который позволяет ее решить наилучшим образом. Возможно, у вас также появятся идеи для геолокационного сервиса, который будут использовать абоненты «МегаФона» или сотрудники вашей компании. Мы будем рады всем предложениям о сотрудничестве или запросам на доступ к API сервисам.
Все описанные сервисы разработаны и развиваются в компании «МегаЛабс».
Триангуляция местоположения мобильного телефона базовыми станциями
Существует распространенное заблуждение о том, что географическое местоположение любого GSM-телефона можно с достаточно большой точностью определить при помощи триангуляции по трем базовым станциям. Описывают это обычно так: допустим, если можно стандартными средствами определить расстояние от базовой станции до телефона, то по расстояниям от трех базовых станций можно получить точные координаты аппарата, а по расстоянию от двух базовых станций — две точки, в одной из которых и будет находиться искомый телефон. Как правило, народная молва наделяет криминальные элементы или правоохранительные органы способностью при помощи подобной технологии находить нужных им людей.
Часть этого утверждения — сущая правда. Стандартными средствами иногда можно определить расстояние от телефона до одной базовой станции. Именно этим, наверно, и объясняется живучесть убеждения в том, что триангуляция возможна. На самом деле это не так.
Прежде чем начинать детальный разбор дела о триангуляции, стоит сделать существенную оговорку. Необходимо провести четкую границу между заблуждением о том, что базовые станции любой GSM-сети всегда триангулируют местоположение указанного телефона (вариант — всех телефонов в зоне покрытия) и возможностью обнаружения местоположения телефона другими средствами в рамках отдельно взятой сети.
Услуги, привязанные к местоположению
Для предоставления услуг, привязанных к местоположению абонента (location-based services, LBS), существует множество способов, опирающихся на наличие дополнительного программного и аппаратного обеспечения на всех базовых станциях конкретной сети, а иногда еще и в SIM-карте/телефоне абонента. Пример таких услуг: показать абоненту карту города и его место на ней, сообщить адрес ближайшего ресторана или магазина, сообщить о местоположении другого абонента, проложить маршрут в заданную точку.
Для ряда применений достаточно приблизительно знать какую-то одну базовую станцию, в зоне покрытия которой находится абонент. Это можно сделать в любой сети GSM. Результат: круг радиусом до 32 км с центром в месте установки какой-то базовой станции. В городских условиях радиус можно сократить, так как зоны покрытия базовых станций обычно невелики. Стоит упомянуть, что информация о «текущей» базовой станции обновляется при каждом звонке/SMS или же где-то раз в час, поэтому для повышения точности обнаружения абоненту непосредственно перед «замером» присылают SMS или же побуждают самого абонента послать SMS с запросом вида «где я/где ближайший ресторан/гостиница/метро/. ».
Этот результат можно улучшить при помощи метода, называемого «time of arrival». Требуется модернизация всех базовых станций сети. Результат: круг радиусом 100-500 метров с центром в месте установки базовой станции. Применение еще более совершенных методов (их описание может быть найдено в сети по ключевым словам «angle of arrival», «uplink time difference of arrival», «GPS», «assisted GPS») позволяет еще больше сократить радиус круга или перенести его центр в реальное местоположение абонента.
Наличие любой более-менее сложной системы обнаружения местоположения абонентов в сети оператора определить очень легко — оператор будет продавать соответствующие услуги, никто не будет инвестировать в создание необходимой инфраструктуры просто так. Нередко достаточно беглого просмотра рекламных материалов услуги, для того чтобы определить тип используемой оператором технологии, просто на основании данных о точности обнаружения.
На этом экскурс в технологии определения местоположения абонента можно считать завершенным и возвращаться к оригинальной теме:
Триангуляция
Начнем с аналогии. Рассмотрим такое утверждение: «при помощи утилиты ping можно определить время прохождения TCP-пакетов от одного компьютера до другого, а значит и оценить расстояние между ними. Тогда по расстояниям от трех компьютеров, зная их координаты, можно получить координаты искомого компьютера».
Выглядит неправдоподобно? А что, если мы возьмем четыре компьютера, соединим их сетевыми кабелями друг с другом непосредственно, без использования промежуточных сетей, причем провода проложим строго по прямой? Сможем ли мы в таком случае определить координаты центрального компьютера, зная координаты периферийных и пользуясь только ping-ом? Сможем. Означает ли это, что подобный способ можно будет использовать всегда? Безусловно, нет. Во-первых, провода редко соединяют два компьютера непосредственно и строго по прямой, во-вторых, мы, как правило, не знаем точных координат «опорных» компьютеров и т.п. Продолжить этот список будет несложно.
Телефон в режиме ожидания
Базовые станции регулярно передают сигналы в эфир, чтобы телефоны могли понимать, находятся ли они в зоне покрытия. Телефоны же, напротив, большую часть времени ничего не передают, только принимают, с целью экономии заряда батарей. Это легко проверить на практике, положив телефон рядом с компьютерными аудиоколонками и наблюдая за наводимыми телефоном возмущениями либо купив простейший брелок-детектор GSM-сигналов. Отсюда следует, что определить местоположение обычного GSM-телефона в обычной GSM-сети в произвольный момент времени нельзя просто потому, что телефон молчит и никому «не сообщает», где он и куда его несут.
Да, периодически телефон уведомляет сеть о том, в каком месте он находится, чтобы упростить доставку входящих звонков. Происходит это:
При этом телефон сообщает сети только о том, какую базовую станцию он «слышит» лучше всего, без всяких подробностей вроде уровня сигнала и т.п. Базовые станции не следят за тем, какие телефоны находятся в зоне их покрытия, это бессмысленно и технически неосуществимо. Соответственно, у мобильной сети большую часть времени есть лишь весьма приблизительные сведения о том, где сейчас обитает телефон. Может ли при этом стандартная мобильная сеть заниматься измерением расстояния до телефона, не выводя его из режима ожидания?
Во-первых, непонятно, от какой базовой станции измерять — со времени последнего обновления информации о местоположении телефон могли унести на значительное расстояние. Во-вторых, непонятно, что и как измерять. Базовая станция — не радиолокатор, и если телефон «молчит», то для нее он не существует.
Итак, в режиме ожидания стандартный телефон в стандартной сети GSM полностью невидим для мобильной сети и не может быть ею «триангулирован».
Сам телефон при этом находится в более выигрышном положении. Дело в том, что каждая базовая станция транслирует в эфир информацию о своих «соседях», указывая частоты, на которых работают ближайшие базовые станции той же сети. Телефон в режиме ожидания постоянно измеряет уровень сигнала (но не затухание) от каждой из «соседних» базовых и при необходимости выбирает в качестве дежурной базовой станции ту, сигнал от которой «лучше слышно». Если телефон обладает какими-то сведениями о том, где (по каким координатам) расположены базовые станции, то он может попытаться вычислить зону, в которой области гипотетического покрытия всех «соседних» базовых пересекаются. Где-то в пределах этой области и будет находиться телефон. Чем точнее телефон знает (или оценивает) границы зон покрытия, тем точнее будет работать такой метод. По имеющейся информации, именно так работает приложение Google Latitude. Если же данных о местонахождении базовых станций нет, то и у телефона не будет никакой возможности «триангулировать» свое положение.
Телефон в активном режиме
В активном режиме телефон посылает сигналы какой-то одной базовой станции и принимает от нее ответные сигналы.
У всех на слуху тот факт, что сети GSM могут работать на частотах 900, 1800 и (реже) 1900 mHz. На самом деле речь идет о диапазонах частот:890-960, 1710-1880 и 1850-1990 mHz соответственно.
Каждая базовая станция вещает только на одной определенной частоте из этого диапазона. Соседние базовые станции, независимо от того, какому оператору они принадлежат, всегда конфигурируются так, чтобы создавать друг другу минимум помех. В частности, соседние базовые станции никогда не будут работать на одной и той же частоте.
Базовая станция в процессе обслуживания разговора выполняет контролирующие и регулирующие функции. Она занимается расчетом величин так называемого временного сдвига (timing advance) и передает их телефону. Телефон использует их, чтобы корректировать ход своего таймера так, чтобы у него и у базовой станции «часы» шли синхронно и посланные телефоном сигналы достигали базовую станцию в пределах отведенного телефону «окна вещания». Чтобы правильно рассчитать временной сдвиг, базовая станция измеряет время прохождения сигнала от себя до телефона, но ей абсолютно не важно, сколько раз по пути следования сигнал отразился от зданий и прочих препятствий. Базовая станция также оценивает уровень сигнала от телефона и степень его затухания и выдает телефону рекомендации по необходимой мощности передачи.
Телефон в процессе разговора тоже имеет информацию о временном сдвиге, уровне сигнала от базовой станции и мощности своего передатчика. Получается, что и базовая станция, и телефон могут, в принципе, как-то оценить расстояние друг до друга по пути следования радиосигнала, но они никак не могут учесть все возможные преломления и отклонения. Точность измерения расстояния по временному сдвигу составляет примерно 500 м.
Выводы
Если не вести речь про какого-то конкретного оператора, а говорить о GSM как о технологии вообще, то можно утверждать, что:
Возможности Биллинга/Триангуляции сотового оператора?
достаточно ли этого времени что бы определить местоположение до 5-10 метров?
Как только телефон с вашей симкартой зарегистрируется в сети, так сразу можно будет определить ваше местоположение. Как правило это доли секунды.
Точность определения местоположения зависит только от количества базовых станций в пределах радиослышимости, и рельефа местности и может колебаться от нескольких метров, до нескольких десятков километров.
какие существуют приборы для более точного определения место положения сигнала?
Никаких. Местоположение определяется с помощью базовых станций оператора.
Какую информацию могут выудить правоохранители через сотового оператора который обслуживает её?
Они узнают ваше примерное местоположение, узнают на кого оформлена симкарта, узнают примерный маршрут передвижений этой карты за последнее время(то время когда она была включена), узнают IMEI телефона, узнают какие еще симкарты включались в этот телефон в последнее время, адреса и маршруты движения этих симкарт, все звонки по ним.
возможно ли за 1 минуту нахождения той СИМ за которой мониторят органы, выйти на ту на которой интернет?
За одну минуту невозможно даже в систему зайти, а тут надо провести расследование, и сопоставить информацию.
За неделю найдут, если сильно надо будет за несколько часов.
Причем не только вторую симкарту, но и того, кто ее использовал.