Mobiilpositsioneerimine

**Mobiilpositsioneerimine** ehk **mobiiltelefoni asukoha määramine** tähendab telefoni asukoha geograafiliste koordinaatide määramist raadiolaine abil. 

Geograafilised koordinaadid määratakse nii nagu kõikide geograafiliste objektide puhul: x-koordinaat ehk pikkuskraad, y-koordinaat ehk laiuskraad, z-koordinaat ehk kõrgus merepinnast. Lisaks käib iga koordinaadi määranguga automaatselt kaasas ajatunnus. Ebatäpsemate ja odavamate positsioneerimisandmete puhul on asukoht määratud väiksema täpsusega, 
näiteks võrgukärje täpsusega (*Cell Global Identity* – **CGI**; *Cell of origin* – **COO**). Mobiilpositsioneerimine toimub tavaliselt võrgu-, GPS-i- või telefonipõhiselt. Võrgupõhise määrangu puhul leitakse telefoni asukoht mobiilivõrgu antennide suhtes. 
Tavaliselt määratakse telefoni suund ja kaugus antenni või antennide suhtes.

## Infrastruktuuri komponendid
### Raadiovõrk ja mobiiltelefonid
Euroopas ja mitmel pool mujal maailmas on levinuimaks mobiilvõrgu standardiks GSM. Sidevõrk pakub andmekommunikatsiooni võimalusi standardse raadioühenduse mobiiltelefonidega (üldisemalt nimetatakse neid terminalideks), mida saavad kasutada teenuste kasutajad. Mobiiltelefon võimaldab LBS-teenuse läbi kahe funktsiooni: telefon kui suhtlemisvahend, millega saab näiteks WAP-i sirvida ning SMS-e saata ja vastu võtta. Teisalt on võimalik määrata mobiiltelefoni geograafilist asukohta ja luua sellega asukohapõhiseid teenuseid.

### Sidesõlmed mobiilivõrgus
Teenuste jaoks on mobiiltelefoni kui sidevahendi puhul oluline eristada järgmisi GSM-võrgu seadmeid:
* SMSC (Short Message Service Center) ehk sõnumikeskus. Vahendab ja salvestab edasisaatmiseks lühisõnumeid (*short message*, SM).
* MMSC (Multimedia Messaging Service Center) ehk multimeediasõnumite keskus teeb analoogset tegevust SMSC-le.
* WAP Gateway on seade, mis võimaldab WAP-brauseriga mobiiltelefonidel pöörduda WAP-teenuste poole. WAP Gateway üheks peamiseks ülesandeks on pakkida (tihendada) raadioside kaudu liikuv informatsioon, et teenuse kasutamine oleks võimalikult kiire ja mugav.

### Abisõlmed
Lisaks kommunikatsioonile ja positsioneerimisele on rakenduste ja teenuste loomiseks ning töötamiseks olulised mõningad abiseadmed:
* arveldussüsteem (*billing*) kogub infot teenuste kasutamise kohta ning korraldab tasu arvestuse vastavalt hinnakirjale;
* monitooring ja haldus (*Operations and Maintence*) on komplekt abivahendeid ja seadmeid, mille abil jälgitakse, et teenused töötaksid määratud teenuse kvaliteeditasemel.

### Positsioneerimisserver

Mobiiltelefoni kui positsioneerimisvahendi kasutamiseks on vajalik, et GSM-võrgus töötaks positsioneerimisserver ehk asukoha määramise võimaldaja (MLC, *Mobile Location Center*, nimetatakse ka *location enabler*). Selle peaülesandeks on määrata mobiilterminali asukoht, korjates infot võrgu eri sõlmedest ning arvutades koordinaadid. 

### Asukohateenuste vahevara

LBS *middleware* on lisaseade, mille ülesandeks on siduda LBS-teenusele vajalikud võrguühendused ja lisateenused ühtsesse liidesesse (API-sse), nii et LBS-teenus peab pöörduma vaid ühte mobiilioperaatori juures asuvasse teenusesse, saades sealt kõik vajalikud funktsioonid. *Middleware'i* peamiseks ülesandeks on seega ühenduste koondamine ja teenuste loomise lihtsustamine.

Tüüpilised LBS vahevara realisatsiooni konkreetsed funktsioonid on LBS-teenuse ühenduse turvamine (autoriseerimine, side krüpteerimine), positsioneerimine (asukoha täpsustamine), lõppkasutaja telefoninumbri peitmine kolmandate osapoolte jaoks, sõnumite (SMS, MMS, jms) vahendamine, WAP-teenuse vahendamine, arvelduse korraldamine, teenuste töö ja kvaliteedi (nt kiiruse) jälgimine. Mitmete vahevarade lisafunktsiooniks on nn GIS-funktsioonid: kaardipildi genereerimine, teekonnaarvutused, geokodeerimine, *reverse*-geokodeerimine jms asukohapõhised päringud.

## Asukoha määramise ja arvutamise meetodid
### Asukoha määramine

Mobiiltelefoni asukoha määramine toimub üldistatult kolmes etapis:
* asukoha info kogumine mobiilivõrgust,
* geograafiliste koordinaatide arvutamine,
* asukoha info toimetamine rakenduseni.

Vastavalt sellele, kus toimub asukoha arvutamine, on kahte tüüpi tehnoloogiaid:
* võrgupõhised (*network-based*) meetodid. Nende puhul määrab telefoni asukoha mobiilivõrk (MLC), nõudmata spetsiaalset tegevust mobiiltelefonilt.
* telefonipõhised (*terminal-based*) meetodid. Nende puhul arvutatakse asukoht eelkõige mobiiltelefonis ning mobiilivõrgu roll on vajaduse korral edastada info asukoha määramise serverisse.

### Asukoha arvutamine
Asukoha arvutamiseks loodud meetodid:
* **CGI** – *Cell Global Identity*, ka *Cell ID*: määratakse kärg (sisuliselt võrgu raadioantenn), mille levis mobiil asub.
* **CGI+TA** – CGI + *Timing Advance*, lisaks CGI-le määratakse mobiili kaugus mastist, mille levis ta on.
* **CGI+TA+NMR** – määrab mobiilile optimaalseima masti (olenevalt tingimustest: mobiil võib liikuda ühe masti levialast teise, seejärel on vaja teha ümberlülitus nn *hand-over* või juhul, kui üks mast on üle koormatud jne).
* **E-CGI** – *Enchanced CGI* all peetakse silmas erinevaid heuristilisi meetodeid, mille abil täpsustatakse *Cell-ID* põhjal saadud asukohta.
* **TOA** – *Timing Of Advance*. Üldnimetus meetoditele, mis põhinevad raadiosignaali ajastusele.
* **E-OTD** – *Enchanced Observed Time Difference*. Meetod, mis põhineb raadiosignaali ajaerinevusele; samal põhimõttel töötab ka GPS.
* **U-TODA** – *Time Difference Of Arrival* on USA mõningates mobiilivõrkudes, mis ei ole GSM-põhised (AT&T Wireless, Cingular).
* **GPS** – *Global Positioning System* vastuvõtja ühendatakse mobiiltelefoniga, kas sisse ehitades, või välise lisaseadmena.
* **A-GPS** – *Assisted GPS*. Lisaks GPS-ile on telefoni lisatud tarkvara, mis oskab kasutada mobiilivõrgus olevaid A-GPS teenuseid, ja mobiilvõrku on lisatud vastavad LMU seadmed, mis töötavad sisuliselt analoogselt D-GPS-i baasjaamadele. A-GPS on mõeldud eelkõige siseruumides GPS-signaali puudumise kompenseerimiseks.
* **A-GNSS** – *Assisted Global Navigation Satelite System*, Euroopa Galileo asukoha määramise süsteemil põhinev A-GPS-i analoog.

## Kättesaadavus
Mobiilpositsioneerimine kui teenus on tasuta kättesaadav praktiliselt kogu maailmas ja kõikjal – eeldusel, et on piisavalt avatud taevas. Vaja on vaid terminalseadet.
Teenus osutub kättesaamatuks või piiratuks aga järgmistel põhjustel:
* Positsioneerimist saab kasutada vaid seal, kus on mobiilvõrgu levi. Täiesti katmata on merepiirkonnad ja muud alad, kus on hõre inimasustus.
* Kõikide mobiilvõrkude tehnoloogiate põhjal ei ole võimalik kasutada *on-line* positsioneerimist.
* Mobiilne positsioneerimine töötab mobiiltelefonivõrgus ja reeglina ühe võrgu piires.
* Mobiilivõrk peab avama positsioneerimisvõimaluse rakenduste jaoks – peab olema vastav õiguslik ja tehnoloogiline raamistik. Näiteks osades USA mobiilivõrkudes on olemas positsioneerimisvõimalus vaid *E-911* (päästeteenistuse) erirakenduse jaoks, kuid mitte lõppkasutajateenuste või muude rakenduste jaoks.
* Kättesaadavus on piiratud kulutuste ja hinnaga. Seda reguleerib eelkõige mobiilioperaator.
* Mõned mobiilpositsioneerimise tehnoloogiad (A-GPS ja E-OTD), nõuavad lisavahendeid (tarkvara ja/või riistvara) seadmetele.

## Kvaliteet

Mobiilpositsioneerimise kvaliteeti (mobiilioperaatorid kasutavad mõistet QoS, *Quality of Service*) mõõdetakse mitmete parameetrite abil:

### Geograafilise asukoha täpsus
* Kui saadakse positsioneerimise tulemusel ala, siis selle ala suurus ja tabamise tõenäosus.
* Kui positsioneerimise meetod annab asukoha punktina, siis selle asukoha kaugus mobiili tegelikust asukohast.

### Suhtelise (semantilise) asukoha täpsus
* Asukohaks võib geograafiliste koordinaatide asemel olla ka semantiline asukoht, mis on toodud geograafilise ruumi suhtes.
* Kuna suhteline asukoht võib olla kolmel eri skaalal (nii binaarne, nominaalne kui ka skalaarne), siis võib ka vigu olla kolme tüüpi. Binaar- ja nominaalskaala puhul võib asukoht olla vale/õige, skalaarskaala puhul (kaugus objektist) võib kasutada samu täpsusparameetreid nagu geograafilise asukoha puhul.

### Asukoha määramise kiirus
* See on korreleeritud täpsusega: kauem aega võtvate positsioneerimismeetodite abil on võimalik saada asukoht teada mitu korda täpsemini.

### Asukoha vanus
* Mitmed positsioneerimislahendused võimaldavad positsioneerimisel määrata, kui vana võib maksimaalselt olla saadav asukoht. Kui saadakse teada vanem asukoht, siis antakse ka selle määramise täpne ajahetk.
* Kui positsioneerimissüsteem määrab telefoni asukoha raadiovõrgus, siis võidakse see meelde jätta ning kui lühikese aja möödudes on vaja uuesti asukohta teada, siis kasutatakse meelde jäetud koordinaate – info puhverdamine.
* Asukoha määramine võib olla tehniliselt ja rahaliselt kulukas, sellest tuleneb võit varasema asukoha kasutamisest.

## Rakendused
Näiteid tänapäeval kasutatavatest mobiilsetest asukohapõhistest teenustest:
* *E-112/911* ehk päästeametite süsteemid (hädanumbrile helistaja asukohta määratakse). Operaator saab vaadata helistaja asukohta.
* Sõbraotsing – kasutaja saab vaadata enda või teiste kasutaja asukohta tavaliselt veebis/WAP-is ja SMS-iga, toimib eeldusel, et teine on andnud selle jaoks õiguse.
* Leia lähim/infoteenus – teenuses on asukohapõhised SMS-võtmesõnad ATM, TANKLA jms, samuti WAP-i lehel on teenus. Sisuliselt on see infokataloog (*yellow pages*), kus kasutaja saab leida endale lähimaid objekte, eeldusel, et need huvitavad teda enim.
* Mängud – meelelahutus.
* *Fleet Management* – autode (jms vahendite) jälgimine, kas valveks või muuks tarbeks, nt *Monitori* ja *MobKiti* teenused.

## Vaata ka
*GIS
*GPS
*Laiuskraad
*Mobiiltelefon
*Pikkuskraad
*Rahvusvaheline geodeetiliste koordinaatide süsteem
*Telefon
*WAP

## Viited