Μέθοδος αύξησης της ακρίβειας εντοπισμού θέσης κινητών τερματικών με τη αξιοποίηση παρελθοντικών δεδομένων

Abstract

Mobile terminal positioning and tracking has attracted the interest of mobile communications industry as it enables the provision of a wide variety of commercial applications and emergency services. This dissertation deals with the issue of improving the accuracy of existing terminal positioning techniques allowing at the same time the tracking of mobile terminals. The proposed innovative method called STAMP (Statistical Terminal Assisted Mobile Positioning) relies on the terminals’ ability to measure, collect and store a set of location related network parameters while in idle mode operation. At the initiation phase of a Location Based Service (LBS) the whole set of stored data (that corresponds to the current and previous positions) is statistically processed so as to increase the accuracy of the terminal position estimation. Part of the research focuses on the functional operation of the method and the definition of the architecture that enables its implementation (at both the terminal and network side) based on various factors such as the applicability to existing networks, terminals and positioning techniques as well as its expandability. At the same time, the design parameters, which affect the performance of the method when applied to positioning techniques that are based on signal strength measurements, are identified and analysed. The performance of the suggested method is analysed through simulations while its efficiency is demonstrated through experiments in a commercial GSM network for the Enhanced Cell Global Identity technique. The proposed method provides significant improvement in the positioning accuracy (while at the same time reduces the positioning error variance) and allows the tracking of mobile terminals. The deployment costs of STAMP are considered reasonable as it requires only additional software at the terminal and the network side, while it is applicable to every existing mobile positioning technique and every wireless access network.

Η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στο γενικότερο πρόβλημα του προσδιορισμού της θέσης ενός κινητού τερματικού. Πιο συγκεκριμένα προτείνεται και αναλύεται μια καινοτόμος μέθοδος με το όνομα STAMP (Statistical Terminal Assisted Mobile Positioning), η οποία στοχεύει στην αύξηση της ακρίβειας προσδιορισμού (με ταυτόχρονη μείωση της μεταβλητότητας του σφάλματος) που επιτυγχάνουν οι διαθέσιμες τεχνικές που εφαρμόζονται στα δίκτυα κινητών επικοινωνιών καθώς και την εκτίμηση της τροχιάς κίνησης κινητών τερματικών. Η μέθοδος που προτείνεται αξιοποιεί την ικανότητα του τερματικού να συλλέγει τις κατάλληλες μετρήσεις δικτύου στο οποίο είναι συνδεδεμένο (τις οποίες λαμβάνει συνεχώς ως μέρος της τυπικής του λειτουργίας) όταν βρίσκεται σε κατάσταση ηρεμίας. Στην περίπτωση έναρξης μιας Υπηρεσίας Θέσης, όταν δηλαδή ζητηθεί το στίγμα του τερματικού από μια εφαρμογή, τα δεδομένα (αλληλουχία μετρήσεων) που έχουν συλλεχθεί αποστέλλονται στον εξυπηρετητή προσδιορισμού θέσης, όπου και υφίστανται στατιστική επεξεργασία. Μέρος της έρευνας εστιάζεται στο μηχανισμό λειτουργίας και στον καθορισμό της αρχιτεκτονικής υλοποίησης της μεθόδου που υπαγορεύεται από παράγοντες όπως η εφαρμοσιμότητα της σε διαφορετικά δίκτυα, τερματικές συσκευές και σε πολλαπλές τεχνικές εντοπισμού, η ευκολία υλοποίησης και η επεκτασιμότητα της. Συγχρόνως, αναγνωρίζονται και αναλύονται οι σχεδιαστικές παράμετροι που επηρεάζουν την επίδοση της μεθόδου ενώ αναλύεται η επάρκεια της για τεχνικές που στηρίζονται στη λαμβανόμενη στάθμη σήματος. Όπως αποδεικνύεται με βάση εξομοιώσεις αλλά και πειραματικά δεδομένα από εμπορικό δίκτυο GSM, η προτεινόμενη μέθοδος οδηγεί σε πολύ αισιόδοξα αποτελέσματα, κυρίως ως προς την αύξηση της μέσης ακρίβειας προσδιορισμού της θέσης για τερματικά που βρίσκονται σε κίνηση. Στην περίπτωση ακίνητων τερματικών η μέθοδος STAMP βοηθάει κυρίως στην μείωση της μεταβλητότητας του σφάλματος. Το κόστος υλοποίησης της μεθόδου είναι οριακό καθώς δεν απαιτεί επιπρόσθετο εξοπλισμό παρά μόνο λογισμικό στο τερματικό και στο δίκτυο ενώ δύναται να εφαρμοστεί σε οποιαδήποτε τεχνική εντοπισμού ή δίκτυο κινητών επικοινωνιών.