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TSSICoordinadorJos R. Casar Corredera

UPMConsejoSocial

Universidad Politcnica de MadridUPMConsejoSocial

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Tecnologas y Serv ic ios parala Sociedad de la Informacin

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TSSICoordinadorJos R. Casar Corredera

UPMConsejoSocial

Universidad Politcnica de Madrid

Tecnologas y Serv ic ios para la Sociedad de la Informacin

UPMConsejoSocial

Universidad Politcnica de Madrid

Presidente

D. Adriano Garca-Loygorri Ruiz 4

Vicepresidente

D. Jos Mara Isardo Agero 2

Consejeros

D. Enrique de Aldama y Min 3

D. Adolfo Cazorla Montero 5

Da. Salce Elvira Gmez 2

D. Miguel Angel Fuertes Recuero 1

D. Narciso Garca Santos 1

D. Sigfrido Herrez Rodrguez 2

D. Blas Herrero Fernndez 3

D. Fernando Lanzaco Bonilla 5

D. Vicente Lpez-Ibor Mayor 3

D. Jos Lus Ripoll Garca 3

D. Jos Vicente Mata Montejo 2

D. Eugenio Morales Tomillo 4

D. Juan Carlos Mulero Gutirrez 1

D. Francisco Novela Berln 2

D. Luis Otero Fernndez 4

D. Juan Soto Serrano 4

D. Javier Uceda Antoln 5

Secretario

D. Jose Mara Bandeira Vzquez

1 En representacin de la Comunidad Universitaria.2 En representacin de las Organizaciones Sociales y las Entidades Locales.3 En representacin de los intereses sociales designados entre las Fundaciones o Empresas que tienen suscritos convenios o contratos

de investigacin, docencia, prcticas de formacin profesional o de colaboracin en otras actividades de la Universidad.4 En representacin de los Intereses Sociales, designados por la Asamblea de la Comunidad de Madrid, entre personas de reconocido

prestigio en los mbitos cientficos, culturales, artsticos o tecnolgico.5 Vocales Natos.

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Prlogo

Con mucho gusto prologo este volumen sobre Tecnologas y Servicios para la Sociedad de laInformacin que editamos por iniciativa y con el apoyo inestimable del Consejo Social de laUniversidad.

La actividad de nuestros profesores en los Departamentos e Institutos de nuestra Universidadtiene una amplia difusin en libros y revistas, adems de su habitual participacin enconferencias, congresos, etc. Tambin esta actividad tiene un importante impacto econmico enla Universidad y en las empresas e instituciones con las que colaboramos mediante contratos deI+D y de transferencia de tecnologa.

Pero an as, creo que nuestra realidad no es suficientemente conocida y todas las iniciativasque permitan dar a conocer mejor nuestro potencial son especialmente bienvenidas, no sloporque mejoramos la difusin de nuestra actividad, sino porque damos a conocer nuestracapacidades a aquellos interesados en utilizarlas.

Por todo ello, recib con satisfaccin la iniciativa del Consejo Social de realizar el proyectoAnlisis de Oportunidades Multidisciplinares de las Tecnologas de la Informacin y lasComunicaciones, cuyo objetivo era identificar algunos campos tecnolgicos en los que las TICspodran facilitar la transferencia de tecnologa y conocimientos disponibles en la UPM. Losresultados de este trabajo se publicaron en varios informes, compendiados en el libroTecnologas de la Informacin y las Comunicaciones: Anlisis de OportunidadesMultidisciplinares en la Sociedad de la Informacin.

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En este volumen, complemento del anterior, se revisan algunas de las tecnologas que en laactualidad o en futuro prximo podran dar lugar a nuevos servicios o nuevos modos de utilizarotros conocimientos o tecnologas. En todas estas tecnologas la Universidad Politcnica tienegrupos de competencia y voluntad de transferir estos conocimientos a empresas yadministraciones. Mediante esta obra pretendemos dar a conocer estas capacidades, perotambin contribuir a difundir las posibilidades que ofrecen.

La seleccin de los temas elegidos es oportuna y resulta difcil cuestionar su importancia actualy su futuro potencial. Temas como localizacin, identificacin por RF, WiMax, sistemasmultiagente, Internet de nueva generacin, biometra, televisin digital, interfaces habladas, etc.Me consta que las que no estn, no figuran porque no se dispona de ms pginas. An as, elconjunto seleccionado es muy amplio y adecuado a los objetivos del trabajo.

Para terminar, quiero agradecer y felicitar a todos aquellos cuyos desvelos han hecho posibleque este trabajo vea la luz. En primer lugar, al Consejo Social y especialmente a los consejerosencargados del seguimiento del proyecto, a los profesores y especialistas que han participado enla redaccin de sus diferentes apartados y, muy especialmente, al Profesor Jos Ramn Casar quelo ha dirigido con xito. A todos ellos, muchas gracias y enhorabuena.

Javier Uceda AntolnRector de la U.P.M.

Madrid, enero de 2005

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Presentacin

El proyecto Anlisis de Oportunidades Multidisciplinares de las TIC (Oferta Tecnolgica para laSociedad de la Informacin), promovido y financiado por el Consejo Social de la UniversidadPolitcnica de Madrid pretenda principalmente diseccionar los modelos de negocio de algunossectores elegidos, para evaluar el valor aadido que podra aportar en ellos la integracin de lasTIC (en general) y si stas podran ayudar a redefinir ventajosamente el producto, proceso oservicio objetivo.

En ese contexto general de actividad, pronto result evidente que determinadas tecnologasaparecan persistente y continuamente como posibles soluciones, habilitadoras de nuevasaplicaciones o nichos tecnolgicos con margen visible para la provisin de servicios de valor. Yello de manera horizontal, para sectores tan diversos como: Agricultura, Logstica, Deporte,Comercio, Turismo, Ocio, Transporte, Salud, Fabricacin, Medio Ambiente, Ingeniera Civil,Inteligencia Ambiental, etc.

Esa observacin (poco inesperada) sugiri al Consejo Social la iniciativa de editar un volumencon una seleccin de contribuciones tcnico-divulgativas sobre algunas de estas tecnologas.Me encomend ese trabajo y me dio absoluta libertad para elegirlas y dimensionarlas. Ha sidouna tarea bastante fcil salvo que el poco tiempo disponible me oblig a pedir a los autores sumxima colaboracin, que obtuve en todos los casos; aprovecho estas lneas para agradecrselo.Los autores han tenido, a su vez, libertad para enfocar el tema como creyeran ms conveniente,y, por mi parte, apenas ha habido intervencin editorial.

El captulo 1 se dedica a revisar las tecnologas de localizacin y sus aplicaciones. Comienzaintroduciendo brevemente los fundamentos de los mtodos de localizacin y luego se centra enlos sistemas y servicios de localizacin en exteriores (prestando atencin a las aplicaciones detelefona mvil y a GPS) y en interiores (con mencin expresa de soluciones comercialesdisponibles). No poda faltar un captulo sobre localizacin en un volumen sobre Tecnologas yServicios para la Sociedad de la Informacin. Son innumerables las aplicaciones y serviciosconcebidos o por concebir, que se basan en la informacin de posicin del usuario: desde laseguridad y la atencin socio-sanitaria hasta el entretenimiento y el ocio, pasando por elcomercio, el turismo o la prctica deportiva.

A Ana B. Bermejo e Ignacio Arnott les ped que resumieran en el captulo 2 un exhaustivoinforme sobre las tecnologas de identificacin por radiofrecuencia, que haban preparado en elmarco del Proyecto, cuyo objetivo haba sido describir el estado del arte, las limitaciones y lasposibilidades de aplicacin de estas tecnologas en varios de los sectores estudiados. Han hechoun considerable esfuerzo de sntesis para narrar con concisin los fundamentos, los tipos desistemas y algunas aplicaciones de esta(s) tecnologa(s) multifuncional(es), que slo esperan unareduccin de costes de fabricacin para su implantacin ubicua.

Del anlisis en la provisin de servicio de banda ancha a determinados colectivos y endeterminadas zonas y del propio anlisis de las deficiencias y preocupaciones de los operadores,

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surgi en el equipo de trabajo un inters comprensible en el estndar 802.16 o WiMax. Suvocacin interoperable, el uso de bandas no licenciadas, sus menores costes de infraestructura ysu posibilidad de atender a la movilidad, como alternativa a la telefona mvil de banda ancha ledotaban de atractivo cierto. Le ped a L. Carlos Fernndez, ingeniero de telecomunicacin por laUPM con una visin amplia y realista de las tecnologas de las comunicaciones, que nos pusieraesa tecnologa en contexto. El resultado (resumido) es el captulo 3 de este volumen. El lectorpuede querer leer la seccin 13 sobre su visin del futuro de WiMax en el mundo de lascomunicaciones inalmbricas.

En el captulo 4, los profesores Molina, Garca y Bernardos revisan exhaustivamente el rea delos Agentes y los Sistemas Multiagente, un rea notablemente horizontal, sin dejarse, a mi juicio,ningn tema importante. La Seccin 1 est orientada a aquellos lectores que deseen conocer losconceptos y elementos tericos. Las secciones 2 y 3 contienen respectivamente, reas yejemplos de aplicaciones: utilizacin como agentes de escritorio, bsqueda en internet, encomercio electrnico, produccin, telecomunicacin, transporte, vigilancia, robtica, juegos,medicina y salud, etc. El lector hara bien en empezar por estas secciones para hacerse una ideadel enorme potencial que tienen estas tecnologas del software en la mejora del diseo desistemas ms inteligentes.

A la evolucin de Internet este volumen tena que dedicarle un captulo (el 5), necesariamente.Para ello, nadie mejor que el profesor Quemada, Director de la Ctedra UPM para Internet deNueva Generacin, que, gustosamente acept resumir y adaptar su libro Internet de NuevaGeneracin, cuyas sucesivas versiones, por cierto, tuve el gusto de conocer antes de su edicin.El profesor Quemada, en esta contribucin, revisa, con perspectiva histrica y tcnica, losacontecimientos que produjeron la internet que conocemos, para anticipar qu ser la internetde nueva generacin: nuevos terminales, nuevo web, otro acceso y otra seguridad.

La inclusin de un captulo sobre Sistemas de Identificacin Biomtrica se debe a la insistenciaargumentada del profesor Portillo. La previsin de crecimiento en este rea de negocio, laproliferacin de empresas y la inclusin de ese rea entre las prioridades de algunos programas deI+D parecen indicar que se trata de un mbito de futuro prometedor. Si la mayor parte de lasaplicaciones actuales estn relacionadas con la Seguridad, no es difcil imaginar nuevasaplicaciones en Sanidad, Domtica o Inteligencia Ambiental. El captulo 6 revisa especialmentelos fundamentos y el estado de las diversas tecnologas que pueden estar presentes en lossistemas de identificacin biomtrica.

A unos pocos aos del definitivo apagn analgico (el cese de las actuales emisionesanalgicas de televisin), el tema de Televisin Digital va a tener en los prximos aos unaimportancia considerable. Pero no slo ni principalmente por el cambio de formato detransmisin, sino muy especialmente por las nuevas posibilidades de servicios y negocios quepuede habilitar: el video bajo demanda, la convergencia con internet, los servicios interactivos,nuevos modos de comunicacin personal, juegos, visitas virtuales, etc. La ubicuidad de los

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8 receptores domsticos de TV darn una ventana de mercado y de oportunidad sin precedentes, sise resuelven algunos problemas tecnolgicos y se destina el esfuerzo y los recursos necesarios adesarrollar contenidos de inters y calidad. A reflexionar sobre ello dedica el profesor CsarSanz el captulo 7 de este volumen.

Al profesor Ferreiros del Grupo de Tecnologa del Habla de la ETSI de Telecomunicacin de laUPM, le ped que escribiera un resumen sobre el actual estado del arte de la comunicacinhablada entre personas y mquinas. En el contexto de una arquitectura general, el captulo 8revisa brevemente los conceptos de reconocimiento del habla y del hablante, de comprensindel lenguaje natural, de gestin de dilogo y de conversin texto-habla.

Finalmente, invit al prof. Portillo y a la ingeniera Noelia Carretero a que escribieran unacontribucin de actualidad sobre las caractersticas y posibilidades de los terminales mviles,con especial nfasis en sus aspectos de usabilidad. El resultado es el captulo 9 y ltimo de estevolumen. La velocidad a la que evoluciona el desarrollo de dispositivos dejar anticuado estecaptulo en pocos meses, en los que veremos nuevas generaciones de smartphones, PDAs,jukeboxes, etc. Sin embargo, los principios de diseo usable, que se revisan brevemente en laseccin 6, no harn sino cobrar una importancia creciente, a medida que los dispositivosavanzados dejarn de ser cosa de iniciados y se extendern entre el gran pblico.

No me queda para terminar esta presentacin sino agradecer a los autores de los captulos sudisposicin incondicional a contribuir a la edicin de este volumen, y en especial su esfuerzo pormantener un discurso divulgativo, en lo posible, en temas en lo que lo fcil y agradable, paraellos, hubiera sido adentrarse en sus vericuetos tecnolgicos.

Y finalmente, pero no menos, dejo constancia ahora de mi agradecimiento enorme al ConsejoSocial, a su Comisin de actividades en especial, y a D. Adriano Garca-Loygorri, D. Juan Soto yD. Jos M Bandeira por apoyar y confiar sin reservas en esta iniciativa, de la que este librito noes ms que un resultado parcial.

Jos R. Casar CorrederaCatedrtico de la U.P.M.

Coordinador de la Edicin

ENERO 2005

Captulo 1 Tecnologas de localizacinAna M. Bernardos Barbolla, Juan A. Besada Portas y Jos R. Casar CorrederaETS Ingenieros de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridhttp://www.ceditec.etsit.upm.es

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Captulo 2 Tecnologas de Identificacin por Radiofrecuencia (RFID)Ana B. Bermejo Nieto e Ignacio Arnott Gonzlez-TovaETS Ingenieros de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridhttp://www.ceditec.etsit.upm.es

PrlogoJavier Uceda AntolnRector de la Universidad Politcnica de Madrid

PresentacinJos R. Casar CorrederaCatedrtico de la Universidad Politcnica de Madrid

Captulo 3WiMAX: Aplicaciones y PerspectivasLuis Carlos Fernndez GonzlezIngeniero de Telecomunicacinhttp://www.ceditec.etsit.upm.es

Captulo 4 Agentes y Sistemas multiagenteJos M. Molina Lpez, Jess Garca Herrero y Ana M Bernardos BarbollaDepartamento de Informtica, Univ. Carlos III de Madridhttp://giaa.inf.uc3m.esCentro de Difusin de Tecnologas, Univ. Politcnica de Madridhttp://www.ceditec.etsit.upm.es

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Captulo 5 Internet de nueva generacinJuan Quemada VivesETS Ingenieros de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridquemada@dit.upm.es

Captulo 6 Sistemas de identificacin biomtricaJavier I. Portillo Garca y Ana B. Bermejo NietoETS Ingenieros de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridhttp://www.ceditec.etsit.upm.es

Captulo 7 Televisin DigitalCsar Sanz lvaroEUIT de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridcesar@sec.upm.es

(218) Captulo 8 Interaccin hablada entre personas y mquinasJavier Ferreiros LpezETS Ingenieros de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridjfl@die.upm.es

(236) Captulo 9 Dispositivos porttiles y usabilidadJavier I. Portillo Garca y Noelia Carretero de los ngelesETS Ingenieros de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridhttp://www.ceditec.etsit.upm.es

Captulo 1

T e c n o l o g a s d e L o c a l i z a c i n :F u n d a m e n t o s y A p l i c a c i o n e s

Ana M. Bernardos Barbolla, Juan A. Besada Portas y Jos R. Casar CorrederaETS Ingenieros de TelecomunicacinUniversidad Politcnica de Madridhttp://www.ceditec.etsit.upm.es

1. Introduccin a los servicios de localizacin (14)

2. Mtodos de localizacin (16)2.1. Mtodo de identificacin por celda (16)

2.2. Mtodo de ngulo de llegada (16)

2.3. Mtodo basado en la potencia de la seal recibida (17)

2.4. Mtodos basados en tiempo (18)

3. Localizacin en exteriores (19)3.1. El Sistema de Posicionamiento Global (20)

3.2. Localizacin en redes de telefona mvil (21)

3.3. Servicios y aplicaciones basados en localizacin mediante redes de telefonamvil y GPS (27)

4. Localizacin en interiores y espacios acotados (28)4.1. Introduccin (28)

4.2. Tecnologas para localizacin en interiores y espacios acotados (29)

4.3. Servicios y aplicaciones basados en localizacin para interiores y espacios acotados (40)

5. Recapitulacin (42)

6. Referencias (43)

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Los servicios basados en localizacin (Location Based Services, LBS), tal y como los entendemoshoy en da, engloban un conjunto de aplicaciones que incorporan a la informacin de posicinotros datos relativos al entorno, con el fin de proporcionar un servicio de valor aadido alusuario. Estos servicios nacen de la convergencia de Internet, las comunicaciones inalmbricas ylas tecnologas de posicionamiento, y estn muy ligados a conceptos emergentes como lainteligencia ambiental o el espacio inteligente.

Durante los ltimos aos, diversas circunstancias han impulsado el desarrollo de los sistemas delocalizacin. En el caso de EEUU, estas tecnologas cobraron especial inters a raz de unmandato legislativo promulgado por la Comisin Federal de Comunicaciones (FederalCommunications Commission, FCC). La FCC decidi, hace siete aos, que en diciembre de 2005las operadoras de telefona tendran que ser capaces de localizar automticamente a cualquierpersona que efectuara una llamada de emergencia con una precisin de 50 a 100 metros (1).

En Europa, las iniciativas de emergencias E-112 pretenden establecer requisitos similares. Noobstante, los operadores europeos de telefona mvil han introducido servicios basados enposicionamiento con nimo de diferenciarse de sus competidores e incrementar sus ingresos. EnEspaa, la telefona mvil ya es utilizada por un 87,2% de la poblacin (CMT, 2004), lo queindica que la saturacin del mercado est prxima. Los operadores de telefona mvil, TelefnicaMviles, Vodafone y Amena, luchan ahora por aumentar sus cuotas de mercado, y sobre todopor fidelizar y rentabilizar sus ya abonados.

En este marco donde la diferenciacin por servicios es clave, dicen algunos expertos que lasaplicaciones de localizacin generarn en el futuro una parte significativa de los ingresos de lasoperadoras. Los primeros servicios mviles de localizacin aparecieron en Japn y Corea en elao 2001, y aunque bien es cierto que ninguno de los operadores consideran estos serviciosespecialmente relevantes en su cuenta de resultados, el inters en la creacin de aplicacionesrelacionadas con la posicin sigue aumentando. Segn Gartner, empresa especializada eninvestigacin de mercado, en Estados Unidos, durante 2005, el nmero de usuarios de serviciosbasados en localizacin alcanzar los 42 millones, lo que supondr un crecimiento notable tantoen volumen de clientes (150.000 en 2002) como en facturacin (de 6 millones de dlares en2002 a ms de 828 millones en 2005). Por otra parte, informes actuales (Auna, 2004) indicanque en Espaa la localizacin ubicua y permanente es un servicio mvil muy valorado por losusuarios jvenes, el segmento de clientes ms proclive a utilizar nuevas aplicaciones.

Pero no slo se pueden ofrecer servicios de localizacin mediante telefona mvil tradicional y,consecuentemente, no necesariamente entran en el modelo de negocio de estos servicios losoperadores de telefona mvil. Como veremos en las siguientes pginas, existen otrasaplicaciones, tambin basadas en posicionamiento, que se sirven de redes distintas y puedenutilizar otros dispositivos mviles diferentes al telfono celular.

(1) Ms informacin sobre requisitos de mejora del sistema E-911 en .

Haciendo una revisin del panorama actual, se observa que la posibilidad de conocer laubicacin de un terminal mvil ya ha dado lugar a numerosos servicios de informacin, rastreo,seleccin de rutas y gestin de recursos. Algunos servicios de localizacin mvil que se estnimplementando o comercializando son:

Servicios por activacin automtica. Se inician cuando el usuario entra en un rea decobertura determinada. Resultan adecuados para aplicaciones publicitarias o de facturacin.

Servicios de informacin. El usuario del servicio demanda informacin de algn tipo(establecimientos, trfico...), que vara segn su posicin.

Seguimiento por terceros. Contemplan tanto aplicaciones corporativas como de consumidor,donde la informacin de la localizacin es requerida por un tercero. Se pueden utilizar paragestin de flotas, bsqueda de personas, etc.

Asistencia al usuario. Estn diseados para proveer al usuario de unas condiciones de redsegura si ste se encuentra en dificultades. Servicios de asistencia en carretera u otrosservicios de emergencia estn dentro de este grupo.

En general, los procesos de localizacin pueden estar asistidos por red, o por el mismo terminalmvil, en caso de que ste sea capaz de calcular su posicin autnomamente. Esta ltimafrmula, utilizada en sistemas como GPS, procura unas condiciones de privacidad muy valoradaspara algunas aplicaciones.

Los servicios de localizacin imponen requisitos de precisin muy dispares, en funcin de susobjetivos. Existen aplicaciones que admiten un error de decenas de metros, y otras para las quees necesario conocer la ubicacin del elemento buscado al centmetro, y en las que adems senecesita una respuesta en tiempo real y un sistema de comunicacin entre los mismosdispositivos que se han de localizar. Para ofrecer estos servicios existen varias tcnicas quepermiten conocer la posicin de un terminal mvil. La precisin, el coste y la dificultad deimplementacin son parmetros que el prestador del servicio valora previamente antes dedecidirse por una u otra opcin.

Como en otras tantas soluciones tecnolgicas, la integracin y la interoperabilidad parece elfuturo de las aplicaciones ubicuas. Un servicio transparente al usuario (tanto en trminostcnicos como de facturacin), que pueda ser ofrecido de forma independiente del entorno,sirvindose de un hardware inteligente capaz de conmutar entre las diferentes redes, y apoyadoen las tcnicas de localizacin ptimas para cada lugar y aplicacin, es el futuro deseable de losservicios de localizacin. Hacia esa direccin se avanza, cada vez existen ms dispositivos queintegran varios tipos de tecnologas (telfonos mviles con infrarrojos, Wi-Fi, Bluetooth o GPS,por ejemplo), y que auguran una futura convergencia de cara al usuario final.

En esta contribucin, tras repasar los principios de los mtodos ms comunes de localizacin, sedescribir brevemente el proceso de localizacin en redes de telefona mvil y satelitales. Dadoel crecimiento exponencial de las redes inalmbricas en los ltimos aos, se explorarn acontinuacin algunas de las tecnologas aptas para llevar a cabo la localizacin en espaciosacotados. El objetivo es hacer una revisin de las tecnologas de localizacin disponibles en la

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16 actualidad, y de alguna de sus aplicaciones, as como describir con diferentes ejemplos algunasde las soluciones comerciales ofertadas hoy en da.

2. M t o d o s d e l o c a l i z a c i n

Aunque no es lo mismo determinar la posicin de un barco en alta mar que encontrar unartculo en un almacn, las tecnologas que se emplean para posicionar un terminal o dispositivoobjetivo utilizan mtodos comunes de localizacin. Por lo general, los mtodos de localizacinexistentes se basan en los conceptos de identificacin por celda, ngulo de llegada, potencia deseal recibida, y tiempo de propagacin (en este ltimo caso, hay una gran cantidad devariantes). Adems, estos mtodos son combinables entre s, dando lugar a tcnicas hbridas quemejoran la precisin o relajan los requerimientos de infraestructura.

Algunos de los mtodos de localizacin son aptos para telefona mvil, otros se utilizanmayoritariamente en sistemas de rea local. En este apartado se refieren concisamente los msimportantes.

2.1 Mtodo de identificacin por celda

En el mtodo de localizacin por celda (Cell Global Identity, Cell Identification) o por punto deacceso (en el caso de WLAN o similar), la posicin se obtiene directamente en funcin de laidentidad de la celda o punto de acceso que da cobertura al rea en el que se encuentra elterminal mvil. Es el mtodo ms inmediato, pues est disponible sin realizar ninguna inversinni modificacin en red o terminal. La precisin de este mtodo depende del radio de la celda; enredes de telefona mvil sta puede variar desde decenas de metros en reas urbanas hastavarios kilmetros en reas rurales.

La identificacin por celda el sistema de localizacin ms utilizado por los operadores de telefonamvil GSM, pues es suficiente para ofrecer al usuario cierto tipo de servicios en entornos urbanos,con penetracin en el mercado inmediata del 100%, puesto que la informacin de celda estdisponible en la red de acceso. En redes de tercera generacin se pretenden emplear otrosmecanismos ms precisos, como se ver prximamente (A-GPS, OTDOA).

2.2 Mtodo de ngulo de llegada

El mtodo de ngulo de llegada (Angle of Arrival, AOA o Direction of Arrival, DOA) utiliza arraysde antenas para determinar el ngulo de la seal incidente. Si un terminal que transmite unaseal est en la lnea de visin directa (LOS, Line Of Sight), la antena en array puede conocer dequ direccin viene la seal, midiendo la diferencia de fase a travs del array o la densidadespectral de potencia (mediante algoritmos de conformacin digital de haz, digitalbeamforming). Para conocer la posicin del dispositivo es necesaria al menos una segundaestimacin del ngulo procedente de otra antena. La segunda antena localizar al terminal, ysus datos se compararn los de la primera estacin, para despus calcular la posicin del usuariomediante trigonometra (figura 1).

En principio, slo son necesarios dos grupos de antenas para estimar la posicin del terminalmvil. Por este motivo, en el caso de la telefona mvil, AOA puede resultar efectivo en entornosrurales, donde es complicado disponer de visin de tres estaciones base al mismo tiempo. Enentornos urbanos suele ser imprescindible emplear ms estaciones con el fin de obtener mayorprecisin.

Los sistemas AOA deben disearse para tener en cuenta seales multitrayecto, aqullas que sonconsecuencia de una reflexin, y que, por tanto, llegan a la antena con otro ngulo. Adems, laspeculiaridades del diagrama de radiacin de la antena y las posibles zonas de sombra puedencomplicar el proceso de medida. Por otra parte, la instalacin y alineacin de las antenas enarray es un proceso costoso; una leve modificacin en su orientacin puede producir erroresconsiderables en la estimacin.

F I G U R A 1 . Sistema de localizacin por ngulo de llegada.

2.3 Mtodo basado en la potencia de la seal recibida

Este mtodo (Received Signal Strength, RSS) se basa en la prdida de potencia que la seal sufredebido al medio de propagacin (en el caso de espacio libre, la potencia de la seal decae con elcuadrado de la distancia al punto de emisin). En su versin ms sencilla, el mtodo utiliza unamedida (Received Signal Strength Indicator, RSSI), que recoge la potencia con la que llega laseal procedente del dispositivo mvil que se desea localizar a la estacin receptora (BTS, puntode acceso). Obviamente, mediante la medicin de la potencia recibida en una nica estacinslo se consigue una estimacin de la distancia a la que puede estar el dispositivo. Para calcularla posicin es necesario realizar el mismo proceso con tres estaciones, con el fin de triangular apartir de los datos obtenidos.

La triangulacin circular consiste en determinar la posicin de un objeto a partir de lainterseccin de al menos tres circunferencias centradas en cada posicin fija conocida (en estecaso, estaciones o puntos de acceso), cuyo radio ha de guardar relacin con el parmetromedido (en este caso, potencia recibida). La precisin de la triangulacin est ligada a laprecisin de cada una de las medidas realizadas. Las medidas pueden estar distorsionadas debidoa la orientacin de las antenas, al multitrayecto, a la atenuacin por presencia de obstculos

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18 Adems, cuanto ms alejado est el objeto que se desea localizar, mayor suele ser el error que secomete al efectuar la medida de la potencia.

Para aumentar la precisin, es necesario trabajar con modelos de propagacin avanzados uobservar la distribucin del campo en el espacio con el fin de complementar la tcnica bsica. Amenudo se necesita hardware adicional, como en el caso de los monitores de radiofrecuencia enredes WLAN, o la creacin de mapas de potencia (huellas) (Araba, 2003):

Monitores de radiofrecuencia: para un punto de acceso es una tarea trivial conocer el nivel depotencia recibida de un dispositivo mvil en su zona de cobertura. Sin embargo, si el punto deacceso ha realizar medidas en celdas adyacentes (como es necesario para implementar algunastcnicas de localizacin), durante el proceso puede generar errores en aplicaciones de tiemporeal: el punto de acceso ha de interrumpir el servicio en su celda, cambiar de canal, escuchar,medir la potencia y volver al canal de origen. Para evitar esta situacin, algunos fabricanteshan optado por emplear monitores de potencia dedicados exclusivamente a escuchar lasseales, de tal forma que descarguen a los puntos de acceso de tener que conmutar de canal.Obviamente, el sistema supone un aumento de costes en hardware.

Creacin de huellas de potencia. La huella de potencia se obtiene recorriendo elemplazamiento en el que se desea localizar, y grabando las medidas de potencia en puntosdefinidos de una retcula (grid) que se superpone al espacio fsico. Se construye de esta formauna base de datos con las medidas en posiciones concretas. El sistema puede mejorarnotablemente la precisin de la localizacin, pero tambin la encarece y, en caso de que seproduzcan variaciones en la red o en el entorno, requiere repetir el proceso.

2.4 Mtodos basados en tiempo

Se revisan en este punto diversos mtodos de localizacin basados en clculos sobre parmetrosde tiempo. Estos mtodos se emplean sobre todo en redes de telefona mvil o deposicionamiento va satlite, debido a las mayores reas de cobertura y distancias que manejan,aunque en general los conceptos son trasladables al mbito de las redes locales inalmbricas, enlas que es relativamente frecuente llevar a cabo la localizacin utilizando, por ejemplo, TOA(Time of Arrival) o TDOA (Time Difference of Arrival).

2.4.1 Mtodo basado en el tiempo de llegada

La tcnica basada en el tiempo de llegada (Time of Arrival, TOA) utiliza la medida del tiempo dellegada de una seal transmitida por un terminal mvil a diferentes estaciones fijas, o viceversa.Para obtener una precisin aceptable mediante TOA, es necesario efectuar medidas de lostiempos al menos respecto a tres estaciones fijas. Posteriormente, dichas medidas se transmitena un centro de localizacin o similar, en el que conocidos los tiempos de vuelo de las seales, selleva a cabo un proceso de triangulacin circular (con centro en las estaciones fijas se trazancircunferencias que idealmente intersecan en el punto de localizacin). Adems, se corrigen loserrores utilizando mtodos matemticos (como mnimos cuadrados).

Para que este sistema obtenga unos buenos resultados es necesaria una absoluta sincronizacinentre unidades mviles y fijas. El hecho de tener que distribuir y mantener en la unidad mvil laseal de reloj encarece el sistema, por lo que se suele relajar la sincronizacin con elconsecuente deterioro de la precisin. El requisito de sincronizacin puede aliviarse si se empleauna medida del tiempo de ida y vuelta de la seal emitida (round-trip-time-of-flight). De estaforma, la unidad de medida acta al modo de un radar secundario: un transpondedor respondea la seal de interrogacin del radar. Un problema de este sistema es que es necesario conocer eltiempo de procesado de la seal en el terminal (Vossiek, 2003).

2.4.2 Mtodo basado en la diferencia en el tiempo de llegada

La tcnica basada en la diferencia en el tiempo de llegada (Time Difference of Arrival, TDOA)emplea la diferencia entre los tiempos de llegada de la seal procedente del terminal mvil adistintos pares de estaciones fijas para calcular la posicin (o el tiempo de llegada de la sealemitida por las estaciones fijas al dispositivo mvil, en el caso de que la localizacin est asistidapor terminal). Puesto que la curva cuyos puntos satisfacen la condicin de que su distancia ados referencias es una constante es una hiprbola (figura 2), si se calcula esta correlacin paravarios pares de estaciones, la interseccin de las hiprbolas resultantes muestra el punto dondese encuentra el terminal mvil (triangulacin circular).

F I G U R A 2 . Sistema de localizacin TDOA en redes de telefona mvil.

Al igual que en TOA, la sincronizacin entre estaciones es muy importante, la falta de sincronase traduce en errores de precisin. La principal ventaja de esta tcnica es que elimina lanecesidad de sincronizacin.

3 . L o c a l i z a c i n e n e x t e r i o r e s

Quizs la tecnologa de localizacin ms convencional aplicable a reas extensas sea el Sistemade Posicionamiento Global (GPS). Los terminales que lo soportan han bajado de precio

Hiprbola BTS1- BTS2Hiprbola BTS1- BTS3

BTS 1BTS 2

BTS 3Hiprbola BTS2- BTS3

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20 significativamente en los ltimos aos, por lo que su uso se ha desarrollado de forma rpida, y ada de hoy se comienza a integrar en telfonos mviles y otros dispositivos inalmbricos paraapoyar la oferta de servicios de localizacin.

3.1 El Sistema de Posicionamiento Global

El Sistema de Posicionamiento Global (GPS) permite fijar la posicin de una unidad mvilprxima a la superficie terrestre mediante los datos recibidos de al menos tres de los satlitesque rodean la Tierra en rbitas conocidas. En la actualidad, existe una nica constelacin desatlites que permite realizar este proceso: la NAVSTAR (Navigation Satellite Timing andRanging), formada por 24 satlites activos ms cuatro de reserva, y mantenida por el gobiernoestadounidense. La Federacin Rusa posee la constelacin Glonass (Global Orbiting NavigationSatellite System), que totalmente desplegada constara de 24 satlites en tres planos orbitales(2), con 8 satlites por plano, aunque muchos de ellos no estn operativos. Por otra parte, laAgencia Espacial Europea espera tener disponible el proyecto Galileo (3) en el ao 2008; estainiciativa civil, compatible con NAVSTAR/GPS y que ha nacido con vocacin comercial,proporcionar servicio gratuito de posicin (latitud, longitud y altitud) con error inferior decinco metros, mejorable en su versin de pago.

El sistema GPS est formado por tres segmentos o reas: el segmento espacial, el segmento decontrol y el segmento de usuario. El primero engloba los satlites del sistema, el segundo abarcalas infraestructuras terrestres necesarias para el control de la constelacin de satlites. Porltimo, el segmento de usuario est constituido por los equipos de recepcin y el software deprocesado de seales.

El fundamento de la localizacin con GPS es la triangulacin, entendida como el clculo de ladistancia de un punto terrestre a tres o ms satlites con posicin perfectamente conocida(como mnimo un terminal GPS necesita recibir la seal de cuatro satlites simultneamentepara calcular la posicin en tres dimensiones). Los satlites estn sincronizados respecto a laseal de un reloj atmico. Con el fin de recibir las seales de los satlites GPS, la estacin mvilha de tener un mdulo receptor especfico (hardware y software) que sea capaz de captarseales de varios satlites, calcular su posicin utilizando una marca de tiempo y la descripcindel satlite recibida, y en su caso, informar a la red. La localizacin se lleva a cabo midiendo eltiempo que tarda en llegar la seal del satlite al dispositivo receptor, y realizando un procesadoequivalente a TDOA.

A pesar de la buena precisin que ofrece (de 5 a 20 metros), GPS tiene el inconveniente de quela seal de satlite en ciudad se ve atenuada por los edificios. El receptor necesita una lnea devista directa a los satlites, y puede sufrir, adems, un retraso relativamente largo en larecepcin de las seales. La precisin es mejorada (consiguiendo un error de 2 a 5 metros) si seemplea GPS diferencial (DGPS). Este sistema utiliza para el clculo de posicin la seal de lossatlites y la informacin proveniente de una o ms estaciones de coordenadas conocidas, sin

(2) Para ms informacin, consultar: .(3) Para ms informacin, consultar: .

incrementar la sensibilidad del receptor GPS. El concepto de GPS diferencial se extiende alsistema GPS apto para telefona mvil celular, conocido como GPS asistido, que se comentar enel siguiente apartado.

En ocasiones, GPS se emplea en combinacin con otras tcnicas con el fin de aumentar suprecisin y de permitir el despliegue de sistemas funcionales en interiores. Una solucin peculiares la que concebida para posicionar un terminal mediante GPS y las seales de sincronizacin detelevisin, empleando la infraestructura de TV desplegada. Segn sus desarrolladores, GPS operaeficientemente en reas rurales, mientras que la tecnologa de posicionamiento mediante TVresulta eficaz en emplazamientos urbanos (las seales de TV estn concentradas en estas reasy pueden penetrar fcilmente en los edificios), por lo que la sinergia entre los dos sistemas dalugar a una solucin integrada que unifica las tcnicas de localizacin (Rabinowitz et al. 2003).Las seales que se emplean para determinar la posicin mediante el sistema de TV son de altapotencia y gran ancho de banda, y estn transmitidas por estaciones de televisin analgica odigital. Los resultados obtenidos dependen de factores como la cobertura de las estaciones detelevisin, los diferentes niveles de atenuacin y el multitrayecto sufrido por la seal (4).

3.2 Localizacin en redes de telefona mvil

Todos los mtodos que se han descrito en el apartado 2 se pueden implementar o adaptar aredes de telefona mvil celular. Algunos son directamente configurables, otros necesitan que seefecten modificaciones en la red o tambin requieren ampliacin de funcionalidades en elterminal de usuario.

La informacin sobre localizacin siempre ha estado presente en redes celulares GSM (5), ya quees necesaria para el establecimiento y mantenimiento de una comunicacin (el sistema necesitasaber en qu clula se encuentra el terminal), pero inicialmente no era accesible fuera de losnodos de red; en la actualidad, se han introducido los elementos necesarios para que s lo sea.Por otra parte, en UMTS es ya un elemento integrante de la red de acceso radio, y el ncleo dered incluye todo lo necesario para que se pueda conocer la posicin tanto interna comoexternamente, a pesar de que existen algunos inconvenientes.

Las operadoras de telefona mvil suelen utilizar una combinacin o variacin de uno o mssistemas de localizacin, dependiendo de la aplicacin que se prevea ofertar. De esta manera, lastcnicas ms populares quedan agrupadas como se muestra en el cuadro 1.

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(4) Comercialmente, las empresas Trimble y Rosum estn desarrollando este sistema conjunto de GPS ylocalizacin basado en TV. En la actualidad, Rosum est implementando un sistema de posicionamiento pararecintos cerrados, que se sirve de pseudo transmisores de seal de TV destinados a cubrir el rea en el que sedesea localizar.

(5) En (Aranda et al., 2001) se puede consultar una descripcin de la estructura de red GSM involucrada en lalocalizacin.

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22 C U A D R O 1 . Tcnicas de localizacin mediante redes de telefona mvil y satlite.

Las operadoras de telefona mvil en Europa estn ofreciendo servicios basados en localizacinmayoritariamente mediante tcnicas de identificacin celular (Cell-ID o Enhanced Cell-ID). E-OTD no parece tener por el momento mucha aceptacin, y A-GPS puede conseguirla si losterminales bajan de precio (A-GPS se est utilizando en Japn para servicios comerciales y deemergencias). TOA y AOA tambin se emplean en el GSM europeo (Djuknic, 2002). En EEUU semaneja A-GPS, A-FLT y O-TDOA para CDMA, y E-OTD, TOA, AOA y A-GPS para GSM, con el fin decumplir con la regulacin de la FCC E-911.

Seguidamente se comentan diversas peculiaridades de la implementacin de algunas de estastcnicas.

3.2.1 Tcnicas basadas en la identidad celular

La identificacin por celda es el sistema que en la actualidad ms emplean las operadoras detelefona mvil. Para aumentar las prestaciones de la tcnica, existe un mtodo mejorado basadoen identificacin celular (Enhanced Cell-ID), que sirve para ubicar todo tipo de dispositivos

Tcnicas basadas en la identidad celular: Identidad Celular Global (Cell Global Identity, CGI), Identidad Celular Perfeccionada (Enhanced Cell-ID, TA).

Tcnicas basadas en red: ngulo de llegada (Angle of Arrival, AOA), Tiempo de llegada (Time of Arrival, TOA), Diferencia en el tiempo de llegada (Time Difference of Arrival, TDOA) Huella multitrayecto (Multipath Figerprint, MF)

Tcnicas basadas en terminal mvil: Diferencia en el tiempo de llegada con terminal modificado (TOA), Diferencia en el tiempo de llegada perfeccionada (Enhanced Observed TimeDifference, E-OTD o TDOA con terminal modificado)

Triangulacin avanzada de enlace hacia delante (Advanced Forward Link Trilateration,A-FLT),

Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System, GPS) Sistema de Posicionamiento Global Avanzado (Advanced Global Positioning System,A-GPS)

Tcnicas hbridas: TDOA y RSS TDOA y AOA A-FLT y A-GPS E-OTD y A-GPS

mviles en redes GSM, GPRS, UMTS y CDMA. Este mtodo utiliza el parmetro de avancetemporal (timing advance TA).

El parmetro de avance temporal habitualmente se emplea para alinear la recepcin de lastramas con el fin de evitar colisiones en las estaciones base (BTS). El parmetro es una sealestimada por la BTS cuando el terminal accede por el canal de control de acceso aleatorio(Random Access Channel RACH). Est formado por 6 bits, por lo que permite compensar unretardo de hasta unos 233s, proporcionando un rango de medidas de 35 kilmetros. Medianteel parmetro TA se indica al terminal mvil el tiempo de antelacin respecto al reloj de tramacon que el que debe realizar la transmisin. El terminal inicia entonces su transmisin en elinstante T

0 - TA, siendo T

0 el instante bsico terico. La medicin se lleva a cabo observando el

retardo de acceso entre el principio de un intervalo de tiempo y la llegada de las rfagas delterminal mvil. El centro del servicio de localizacin de mviles (Serving Mobile Location Center SMLC) calcula la posicin a partir de la celda en la que se encuentra el terminal mvil, y delparmetro TA.

3.2.2 Tcnicas basadas en red

TOA y TDOA

TOA es un mtodo que es costoso en su implementacin en redes mviles, porque requiere eldespliegue de numerosas unidades de medida (LMUs), que actan como si fueran mvilesficticios. Por otra parte, la tcnica TDOA se implementa en redes de telefona mvil como se hadescrito en el apartado 2, teniendo en cuenta que en entornos en los que se puede producirmultitrayecto (reas urbanas), a veces es necesario efectuar las medidas respecto a cuatro BTSpara compensar los efectos de las reflexiones. El SMLC gestiona las peticiones de localizacin, yen funcin de la precisin indica las unidades de medida que deben ser incluidas en lalocalizacin. En entornos rurales, TDOA se puede combinar con la AOA para proporcionar mayorprecisin.

Huella multitrayecto

Dentro de las tcnicas basadas en modificaciones de red est la huella multitrayecto (MultipathFigerprint, MF). MF aprovecha una de las perturbaciones ms molestas a la hora de localizar unterminal mvil: las seales multitrayecto. La huella multitrayecto (figura 3) caracteriza lasseales que llegan desde diferentes localizaciones. Para ello, el operador debe enviar unidades deprueba a distintos lugares, con el fin de que las estaciones base graben las huellas multitrayectoy creen una base de datos para efectuar comparaciones. La precisin depende del nmero dedatos grabados en una determinada zona. El mayor inconveniente de este mtodo es que, antela variacin del entorno (por ejemplo, ante la construccin de un nuevo edificio), la huellamultitrayecto tambin cambiar y tendr que ser regrabada.

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24 F I G U R A 3 . Sistema de localizacin por huella multitrayecto.La suma de todas las seales reflejadas crea una seal huella que se almacenaen una base de datos.

3.2.3 Tcnicas basadas en terminal mvil

Mtodo mejorado de la diferencia de tiempo de llegada

El mtodo mejorado de la diferencia de tiempo de llegada (Enhanced Observed Time Difference,E-OTD) opera sobre redes GSM y GPRS, e incluye nueva tecnologa tanto en el terminal mvilcomo en la red. Siendo la solucin de red similar a la utilizada en TDOA, en E-OTD el terminalmide la diferencia de tiempo de llegada de las rfagas de pares cercanos de estaciones fijas.

Existen dos mtodos para calcular la posicin, uno basado en la triangulacin hiperblica, y otroen triangulacin circular (6). En el mtodo hiperblico, si las estaciones base no estnsincronizadas, la red debe evaluar el desfase entre ellas para poder estimar las diferencias detiempo reales en la transmisin de las seales (Real Time Differences RTD (7)). La posicin delterminal mvil se obtiene mediante triangulacin a partir de las coordenadas de las estacionesbase, el tiempo de llegada al mvil de las rfagas de cada BTS (Observed Time Difference OTD(8)) y las diferencias de tiempo entre las BTSs (RTD). Las diferencias temporales de llegada de laseal se combinan para producir lneas hiperblicas que se intersecan en el lugar donde est elmvil, ofreciendo de esta manera localizacin en dos dimensiones mediante el clculo de ladiferencia de tiempos geomtrica (Geometric Time Difference - GTD (9)). Con el fin de obtenerun resultado preciso, se necesitan medidas de OTD y RTD de tres pares de estaciones base.

Seal directa

Seal reflejada

(6) Ambos mtodos se describen con detalle en (Telefnica, 2000): Evolucin y Nuevas Aplicaciones de Localizacinde Terminales GSM.

(7) RTD es la diferencia relativa de sincronizacin entre dos estaciones base: si una BTS emite en T1 y la siguienteen T2, RTD=T2-T1.

(8) Si el terminal mvil recibe la seal de una BTS en T1 y la de otra en T2, OTD=T2-T1 (medida en el terminal mvil). (9) OTD=RTD+GTD.

Para utilizar el mtodo circular, las redes asncronas (como las redes GSM) necesitan el apoyo deunidades de medida de posicin (LMUs) a modo de balizas de referencia en puntos dispersosgeogrficamente. La densidad de unidades de medida de posicin determinar la precisin delsistema. Normalmente, es necesario instalar en toda la red una LMU por cada una o dosestaciones. Estos receptores y los terminales mviles habilitados con software E-OTD realizanmedidas de las seales procedentes de tres o ms estaciones de referencia peridicamente.

El clculo de la posicin puede estar asistido por red, si el terminal mvil mide la seal de OTD yla red le proporciona la informacin de las coordenadas de las BTS y valores RTD, o asistido porel terminal, en cuyo caso es el terminal el que mide la OTD y enva la medida a la red que calculala ubicacin. El resultado es una zona de incertidumbre donde con alta probabilidad seencuentra el terminal.

A-FLT y E-FLT

La tcnica A-FLT (Advanced Forward Link Trilateration) se emplea exclusivamente en redesCDMA, sncronas en operacin. El mtodo es muy similar al TDOA: consiste en efectuar lamedida del retardo de fase entre seales enviadas a un par de estaciones base, y compararla conla medida de otro par. Los datos procedentes de tres estaciones base permiten localizar unterminal mvil. Tambin existe otra tcnica mejorada con los mismos fundamentos que A-FLT, E-FLT (Enhanced Forward Link Trilateration), la cual implica modificaciones tanto en la red comoen la estacin base.

GPS Asistido

La integracin de un mdulo GPS en un telfono mvil hace que ste aumente su tamao ypeso, y lo encarece debido a los componentes incluidos y al mayor consumo, aunque latecnologa de receptor GPS se ha abaratado en los ltimos tiempos. A pesar de su falta deprecisin en algunos entornos, GPS puede mejorar sus prestaciones en redes de telefona mvil,mediante un sistema de GPS asistido (A-GPS).

Los principales componentes del A-GPS son un terminal mvil con un receptor GPS; un servidorA-GPS con un receptor GPS de referencia o un servicio de GPS diferencial (si el sistema no esDGPS, A-GPS lo pseudoimplementa utilizando una estacin de referencia); y la estructura tpicade una red de telefona mvil (BTSs, MSCs). Los receptores de referencia recogen informacinde navegacin y datos de correccin diferencial para los satlites GPS que estn en la zona decobertura del servidor de localizacin. En el caso de DGPS, las estaciones de referenciatransmiten las correcciones que calculan constantemente comparando su posicin obtenidamediante los satlites con sus coordenadas reales.

A partir de la informacin obtenida, el servidor de localizacin facilita bajo demanda datos deinters a los terminales mviles, principalmente una lista con las efemrides de los satlites(rbitas recalculadas con los datos de correccin suministrados por las estaciones de tierra)visibles para el terminal. Los datos, que se introducen en un pequeo mensaje de unos 50 bytes,son todo lo que el mvil necesita saber para completar los datos GPS recibidos. El servidor de

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26 localizacin puede tambin tener acceso a una base de datos de elevaciones del terreno quepermite precisar la altitud a la que se encuentra el terminal mvil, efectuando de esta manerauna localizacin en tres dimensiones.

En la figura 4 se puede observar el proceso de localizacin mediante GPS asistido efectuado porun sistema comercial. Se trata de una solucin hbrida que combina GPS con identificacincelular. A-GPS tambin se utiliza con E-OTD y con A-FLT en caso de redes CDMA.

El GPS asistido es, por tanto, aplicable tanto a redes sncronas como a redes asncronas (essoportado por GSM, GPRS, UMTS y CDMA). Pero incluso con esta mejora, los sistemas GPSsiguen teniendo el problema del bloqueo de la lnea de vista directa (shadowing) por obstculoscomo edificios. Adems, tanto el GPS convencional como el A-GPS necesitan que los usuariosadquieran terminales compatibles, lo que significa que si las operadoras adoptan este sistema(las operadoras coreanas y japonesas ya lo han hecho, y en consecuencia se han vendido muchostelfonos mviles de este tipo) se tardar algn tiempo en crear una masa crtica de potencialesconsumidores. Algunos expertos consideran que a largo plazo, A-GPS se impondr.

F I G U R A 4 . Sistema de localizacin comercial mediante A-GPS y Cell ID.

Fuente: SnapTrack (http://www.snaptrack.com).

Hasta este momento hemos efectuado una revisin de las tcnicas ms importantes disponiblespara localizacin en redes mviles. Entre los sistemas recomendados por el 3GPP (3rd GenerationPartnership Project) para localizar los terminales de tercera generacin, se encuentran lossiguientes: la diferencia observada en el tiempo de llegada (Observed Time Difference of Arrival- OTDOA), el tiempo de llegada (TOA) y el GPS asistido. La tcnica de OTDOA es una evolucin dela comentada E-OTD, pues esta ltima no es vlida para redes WCDMA (como UMTS). En la tabla1 se muestra una comparativa de diferentes aspectos de las tcnicas E-OTD y A-GPS.

Servidor de localizacin

1. El terminal lanza una peticin de localizacin.

2. El servidor de localizacin empleainformacin de identificacin decelda (Cell-ID) extrada por la redcelular para proporcionar al mvillos satlites GPS que ha de escuchar.

3. El sistema de posicionamiento GPSrene informacin sobe la posicindel terminal.

4. La informacin procedente delsistema GPS se combina condiferentes medidas efectuadas porla red celular y se envan al servidorde localizacin.

5. Las coordenadas exactas setransmiten al terminal, a otrooperador de telefona mvil oa otro servicio basado enlocalizacin (LBS).

T 1. C O M P A R A C I N D E E - O T D Y A - G P S ( C A B A S , 2 0 01 )

E-OTD A-GPS

Precisin (m) 50 150 10 50

Dimensiones de la posicin 2 (latitud y longitud) 3 (latitud, longitud y altura)

Tiempo de respuesta (seg) 5 5-10

Impacto sobre la red Grande Medio-Bajo

Roaming Medio Alto

Precisin en interiores Buena Mala

Existen tambin tcnicas hbridas, las cuales resultan de combinar algunas de las anteriores.Estas tcnicas mejoran la precisin sin modificar notablemente las caractersticas de coste ycomplejidad. As, es posible implementar un sistema hbrido que adopte la estimacin medianteAOA para cada estacin base y las estimaciones TDOA para estaciones mltiples. Es frecuente,asimismo, la combinacin de E-OTD con A-GPS. Tambin resulta viable una combinacin de AOAy TOA, procedimiento que determina la posicin con una nica estacin base.

3.3 Servicios y aplicaciones basados en localizacinmediante redes de telefona mvil y GPS

Los sistemas de posicionamiento global se aplican en la navegacin terrestre, martima y area.El mercado donde el GPS ha conseguido mayor penetracin es en la navegacin terrestre, dondeexisten sistemas de seguimiento automtico, gestin de flotas y administracin de serviciosmediante automviles (polica, ambulancias) que integran el sistema GPS para proporcionar unservicio de posicionamiento y guiado.

El mbito deportivo es otro campo donde el GPS genera notable inters. En las grandes pruebasde ciclismo profesional ya se utiliza habitualmente para conocer en cada instante, y en tiemporeal, el tiempo de ventaja de un corredor sobre otro o la pendiente de la rampa de un puerto.Por otro lado, tambin se emplean receptores personales en otras actividades deportivas de ocio,como la caza, el esqu, el montaismo o, en general, cualquier actividad que requiera conocer laposicin, ruta, direccin de movimiento o incluso velocidad del usuario.

Otros usos incluyen aplicaciones cientficas en trabajos de campo, operaciones de salvamento,aplicaciones de navegacin para invidentes, aplicaciones de guiado y localizacin agrcola(agricultura de precisin).

En cuanto a los servicios de localizacin basados en telefona mvil que proporcionan lasoperadoras en la actualidad, stos permiten que un usuario conozca su posicin o la ubicacinde otra persona que haya autorizado su localizacin. Sobre todo ofrecen recepcin de alertas oinformacin bajo demanda, relativa a la posicin del cliente, sobre eventos de ocio y cultura,trfico, niveles de polen, transporte, establecimientos especializados (gasolineras, inmobiliarias,restaurantes, centros de salud).

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28 En general, los operadores se centran en la disponibilidad de la localizacin ms que en laprecisin de la tecnologa. La implementacin de sistemas precisos de localizacin se har en lamedida en que el mercado lo reclame.

4 . L o c a l i z a c i n e n i n t e r i o r e s y e s p a c i o s a c o t a d o s

4.1 Introduccin

A pesar de las limitaciones e inconvenientes de las tcnicas de localizacin en exteriores, stasson suficientes para ofrecer numerosos servicios al usuario final. En este apartado se estudiarespecialmente la localizacin en espacios cerrados, lugares donde la mayora de las tcnicas paratelefona mvil o GPS pierden su precisin debido a obstculos como paredes y techos, y dondeel error de los sistemas estudiados para redes celulares mviles tradicionales es demasiadogrande para satisfacer los requerimientos de muchas aplicaciones. Por otra parte, existenaplicaciones que se desean implementar al aire libre, pero en espacios acotados. Para stastambin son tiles algunas de las tecnologas que se comentarn a continuacin.

En general, un sistema de localizacin en interiores o espacios acotados bsico consiste en unconjunto de estaciones fijas y una serie de etiquetas o dispositivos inalmbricos asociados a laspersonas u objetos que se desean seguir. A la hora de elegir entre las diferentes opcionesdisponibles para localizacin en interiores, es necesario considerar qu caractersticas tcnicasha de satisfacer el sistema. La disponibilidad, la precisin, la latencia, la respuesta en tiempo realo la capacidad de comunicacin son algunos de los factores que es necesario tener en cuenta(Weissman, 2004; Steggles, 2004):

La disponibilidad: es la probabilidad de que el sistema, ante una peticin de localizacin,consiga una seal suficientemente buena para cumplir sus objetivos.

La precisin: en trminos probabilsticos, suele definirse como el valor que indica cuando el90% de las etiquetas o dispositivos son localizados con un error menor que la precisinnominal del sistema. Los requisitos de precisin pueden variar significativamente (de pocoscentmetros a varios metros) en funcin de la aplicacin que se trate de implementar.

La latencia: es el tiempo que pasa desde que una etiqueta o dispositivo se mueve en larealidad hasta que el sistema conoce dicho movimiento y lo representa en la interfazimplementada para la aplicacin.

La respuesta en tiempo real: es la medida del tiempo mnimo que ha de pasar entre que seefecta una lectura de la posicin y la siguiente. Segn aumenta la precisin, tambin lo hacela necesidad de elevar la frecuencia de actualizacin. Ya que con el aumento de la tasa demuestreo el consumo suele incrementarse, lo ms adecuado sera disponer de la posibilidad deadaptar la frecuencia de interrogacin del dispositivo a las necesidades de la aplicacindinmicamente.

La capacidad de comunicacin: la comunicacin entre dispositivo y sistema de localizacinpuede ser unidireccional o bidireccional. En ocasiones, la etiqueta deber ser capaz de enviarinformacin al sistema, y ste tendr que emitir en bsqueda de un determinado dispositivoutilizando tcnicas de paging (10).

Tambin el tamao, la forma y la duracin de la batera de etiquetas o dispositivos sonrequisitos dependientes del tipo de aplicacin. El intervalo de recarga es el tiempo que tardauna etiqueta o dispositivo totalmente cargado en descargarse. Un intervalo de recarga grande esnecesario para algunas aplicaciones de seguimiento de objetos o de gestin de almacn.

Otros aspectos relevantes en este tipo de sistemas son la modularidad del servicio y lasposibilidades de soportar otras aplicaciones sobre la misma red (como telemetra, voz, controlremoto, etc.); la capacidad del sistema de localizar diferentes tipos de etiquetas o dispositivosinalmbricos (lo que favorece la no dependencia de un nico proveedor), y asimismo, laescalabilidad y la adaptabilidad del sistema a posibles cambios estructurales.

Adems, factores econmicos como el coste del hardware (servidores, antenas, etiquetas,dispositivos), los gastos de infraestructura y los gastos directos e indirectos de instalacin ymantenimiento tambin pueden determinar la inclinacin hacia una u otra solucintecnolgica.

En la actualidad, existen varias tecnologas que se utilizan para localizacin en interioressatisfactoriamente. Las que comentaremos a continuacin son RFID, Bluetooth, Wi-Fi (estndar802.11b), y la denominada Banda Ultra-Ancha (Ultrawideband). No obstante, la localizacin sepuede conseguir, asimismo, mediante sistemas tradicionales de radiofrecuencia, infrarrojos oultrasonidos. En un futuro, otras tecnologas inalmbricas pendientes de estandarizacin (comoWimax), podrn tambin ofrecer funcionalidades de localizacin.

4.2 Tecnologas para localizacin en interioresy espacios acotados

Se revisarn en este apartado las prestaciones de algunas de las tecnologas mencionadasanteriormente. Se repasarn Wi-Fi, Bluetooth, UWB y RFID, y se comentar, siempre a ttulo deejemplo, alguna solucin comercial disponible en la actualidad. Por supuesto, quedan pendientesotras posibilidades tecnolgicas y aproximaciones hbridas que tambin consiguen localizar condiferentes precisiones (infrarrojos, UHF).

4.2.1 IEEE 802.11

Hoy en da, las tecnologas para red de rea local (LAN) inalmbrica estn experimentando unboom de implantacin. Numerosos proveedores de redes wireless estn instalando sus sistemasen hoteles, cafs, aeropuertos y otros edificios en los que se considera puede resultar rentable

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(10) Proceso mediante el cual se enva un mensaje a travs de una red con el fin de establecer contacto con unsistema radio remoto.

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30 una oferta de acceso a Internet de alta velocidad. Estas nuevas infraestructuras tambinsoportan localizacin de dispositivos mviles, por lo que las aplicaciones basadas en la posicinpara entornos de rea local resultan viables.

Las redes inalmbricas de rea local cubren zonas de hasta 75 metros en el interior de edificios,y de 300 metros en el exterior, ampliables a varios kilmetros. Estn implementadas en un grupode estndares (tabla 2), conocido como IEEE 802.11, que comprende varias modalidades, cadauna de ellas con unas caractersticas de ancho de banda y alcance determinadas. La modalidadms popular es la que se conoce como 802.11b, introducida en 1997. Opera a una frecuencia de2,4GHz, y su ndice de transferencia de datos es de 11Mbps. Esta tasa se ve ampliamentesuperada por el estndar 802.11a, que llega a ofrecer 55Mbps en una frecuencia defuncionamiento de 5GHz. El problema es que dicha parte del espectro no est disponible enpases como Espaa, Italia, Portugal o Alemania, pues es de uso restringido militar.

T 2. E S T N D A R E S D E W I R E L E S S L A N

Estndar Velocidad mxima Interfaz de aire Ancho de banda de canal Frecuencia

802.11b 11 Mbps DSSS 25 MHz 2.4 GHz

802.11a 54 Mbps OFDM 25 MHz 5.0 GHz

802.11g 54 Mbps OFDM/DSSS 25 MHz 2.4 GHz

HomeRF2 10 Mbps FHSS 5 MHz 2.4 GHz

HiperLAN2 54 Mbps OFDM 25 MHz 5.0 GHz

DSSS: Direct Sequence Spread SpectrumOFDM: Orthogonal Frequency Division MultiplexingFHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum

La localizacin mediante redes locales inalmbricas puede llevarse a cabo de diferentes maneras.La ms sencilla es la basada nicamente en el punto de acceso ms cercano al terminal(localizacin por celda). Este mtodo no es a menudo preciso en localizacin 3D: por ejemplo,puede confundir la planta del edificio, pues es fcil que la antena ms cercana a un usuarioubicado en una determinada planta sea la misma que la correspondiente a un usuario situadoen una planta superior, si la posicin sobre el piso es similar. Por otra parte la seal es vulnerabledebido a las interferencias, lo que puede afectar, adems de a la precisin, a la seguridad de lacomunicacin.

Siemens posee un sistema que denomina de posicionamiento celular neuronal (Neural CellularPositioning System, NCPS). Cada dispositivo mvil WLAN mide regularmente la potencia recibidadesde su punto de acceso, e inicia un traspaso cuando sta cae por debajo de un umbraldeterminado. En el proceso, el terminal mvil transmite al sistema de posicionamiento el nivelde potencia recibido con el identificador del punto de acceso. El problema, como siempre, es ladistribucin irregular del campo. Sus efectos se intentan paliar mediante mtodos deaprendizaje de redes neuronales, que se basan en el almacenamiento de la distribucin depotencia creada a partir de medidas de potencia recibida desde posiciones conocidas. Laprecisin que consigue el sistema es 5 a 15 metros, y su tasa de refresco, de 2 a 5 segundos(Vossiek, 2003).

Otra implementacin del sistema de potencia de la seal recibida es la realizada por Ekahau (11),compaa que comercializa un motor de posicionamiento basado en el almacenamiento demedida de potencia de seal en diferentes puntos del recinto cubierto. La tcnica, conocidacomo Wi-Fi mapping, ofrece, segn su fabricante, una precisin de hasta un metro si procesamedidas de cuatro o ms puntos de acceso Wi-Fi. Adems, este sistema es sensible a los cambiosde altura, es decir, reconoce fcilmente la planta del edificio en la que est el usuario. El procesode entrenamiento del motor de posicionamiento Ekahau se muestra en el cuadro 2. Ekahauafirma que su tecnologa es compatible y puede ser adaptada a HiperLAN2 (estndar europeo deETSI que compite con 802.11a), WLAN, Bluetooth, GSM, GPRS y UMTS. Adems soporta sistemasde posicionamiento hbridos que utilizan varias fuentes de informacin de posicin (p.e. WLAN,A-GPS, RFID).

C U A D R O 2 . Proceso de entrenamiento del motor de Ekahau.

La empresa AeroScout (12) tambin dispone de un sistema de localizacin capaz de posicionardispositivos IEEE 802.11b/g. Al igual que Ekahau, ofrece sus propias etiquetas Wi-Fi, pero alcontrario que el sistema anterior, requiere de infraestructura Wi-Fi propietaria (puntos delocalizacin). El sistema utiliza principalmente TDOA para posicionar las etiquetas y dispositivos,aunque se apoya tambin en otras medidas.

1. Creacin de un modelo de posicionamiento: consiste en dibujar sobre un plano delrea a cubrir los puntos donde se deben tomar las medidas. Existe una herramientade apoyo que facilita la realizacin de esta fase.

2. Calibracin del modelo de posicionamiento: se trata de recorrer el rea elegidagrabando muestras de la potencia de la seal en cada punto marcado en elapartado anterior. No se necesita informacin acerca de la localizacin de lospuntos de acceso.

3. Comienzo del seguimiento de dispositivos: mediante un gestor que ofrece la mismacompaa se procede a controlar la posicin de los dispositivos mviles.

4. Anlisis de la precisin: es posible grabar algunos datos ms de prueba y analizarvisualmente los vectores de error de posicin y las estadsticas para encontrarreas donde se necesitan puntos adicionales de acceso o ms muestras decalibrado.

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32 T 3. A L G U N A S E S P E C I F I C A C I O N E S D E S I S T E M A S D E L O C A L I Z A C I N C O M E R C I A L E S .I N F O R M A C I N C O M E R C I A L O R I E N T A T I V A

Ekahau Aeroscout

Precisin 1-3 m. (2-3 m. tpico) 1-5 m. (3-4 m. tpico)

Latencia Algunos segundos, en funcin de la precisin

Respuesta en tiempo real 200 dispositivos/seg. 300 dispositivos/seg.

Tamao etiqueta 65 x 65 x 27 mm 62 x 40 x 17 mm

Duracin mxima batera 5 aos (transmisin cada 4 horas) 4 aos (transmisin cada 5min.)

Cobertura Interiores: 30 metros Interiores: 80 metros

Exteriores: 150 metros Exteriores: 200 metros

Precio etiqueta (enero 2004) 90/55, en funcin de cantidad $85

PanGo Networks (13) y Airspace (14) son otros ejemplos de empresas que disponen de productosbasados en localizacin mediante redes Wi-Fi. Las soluciones que ofertan todas estas compaasestn relacionadas con el seguimiento de objetos y personas en almacenes, hospitales, comerciominorista, automocin, control en empresa, aeropuertos La filosofa de servicio es comn a la deBluetooth, como se ver a continuacin, simplemente vara la tecnologa sobre la que se implementa.

En el mbito del patrimonio y el turismo, se han puesto en funcionamiento redes de este tipo deforma experimental en museos (Metropolitan Museum de Nueva York, Tate Modern Museum deLondres...), excavaciones arqueolgicas (Atapuerca, en combinacin con Bluetooth), hoteles(Hotel Royal Sonesta de Boston) y parques temticos (Disney World, Legoland en Dinamarca).

Una iniciativa que pone a disposicin del pblico un sistema de localizacin open source esPlace Lab; esta experiencia, desarrollada por Intel Research en colaboracin con variasuniversidades, a costa de sacrificar la precisin, aumenta el rea de cobertura y la disponibilidaddel servicio (las pruebas en diferentes escenarios urbanos alcanzan una disponibilidad deprcticamente el 100% con una precisin media de 20 metros). La peculiaridad de este sistemaes que no necesita un despliegue de infraestructura hardware especfico: propone utilizar lastransmisiones de puntos de acceso 802.11, dispositivos Bluetooth fijos o estaciones base GSMpara formar una red de balizas que se almacena en una base de datos que el cliente tieneaccesible. Mediante estos datos y la observacin de las emisiones radio, los clientes Place Lab,que deben haber instalado el software adecuado al dispositivo inalmbrico, pueden estimar suposicin (LaMarca et al., 2004).

4.2.2 Bluetooth

Bluetooth es una tecnologa diseada para ofrecer conectividad a redes personales mediantedispositivos mviles, de forma econmica. Esta tecnologa est respaldada por grandesfabricantes de dispositivos (Agere, Ericsson, IBM, Intel, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba),que conforman desde 1999 el Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG), grupo

(13) Ms informacin en: .(14) Ms informacin en: .

destinado a realizar las especificaciones industriales Bluetooth. El IEEE tambin desarrolla suspropios estndares para WPAN (Wireless Personal Area Network), bajo el estndar 802.15, queen su primera versin acept en gran medida las especificaciones de Bluetooth.

Bluetooth permite conectar mltiples aparatos que dispongan de la tecnologa (ordenadoresporttiles, PDAs, telfonos mviles, etc.), formando piconets (en una piconet, un dispositivoacta como maestro y los otros como esclavos), y posibilita la conexin a una LAN o WAN atravs de un punto de acceso. Opera en un rango de frecuencias abierto, la conocida banda ISM(disponible para aplicaciones industriales, cientficas y mdicas), entre 2,402 y 2,480 GHz.Consigue un canal de comunicacin de datos asimtrico de 721 kb/s en transmisin y 57,6 kb/sen recepcin, o en el caso de una comunicacin simtrica, la tasa de transferencia es de 432,6kb/s para cada canal. El radio de accin es de 10 metros, ampliable hasta 100 metros por mediode repetidores. Adems, y debido a su concepcin de tecnologa mvil y econmica, tiene unconsumo de energa relativamente bajo. Para transmitir a una distancia de 10 metros emplea1mW de potencia, mientras que para llegar a los 100 metros utiliza 100mW. En la actualidad, elBluetooth SIG proporciona un sistema de aumento de velocidad y disminucin de potencia(Bluetooth Enhanced Data Rate) que, segn sus desarrolladores, permite triplicar la velocidad delas conexiones (15) .

Hoy en da, para redes inalmbricas se ofertan tecnologas en general basadas en los estndaresIEEE 802.11, que ofrecen mayor ancho de banda y radio de conectividad que Bluetooth. Enprincipio, el propsito de ambas tecnologas es diferente, Bluetooth est concebida como mediode comunicacin en aparatos con restricciones de potencia y tamao (telfonos mviles,cmaras, PDAs, auriculares, micrfonos...), y las tecnologas 802.11 permiten la configuracin deredes sin cables con mayores tasas de transferencia y soporte para mayor nmero de conexiones.

La gran ventaja de la que goza Bluetooth es que existen ya muchos dispositivos que tienenintegrada esta tecnologa. Algunas estimaciones afirman que en 2008 habr en Europa 286millones de telfonos, ordenadores porttiles y PDAs con este tipo de tecnologa inalmbrica, y53 millones de dispositivos Wi-Fi. En estas condiciones ambas tecnologas, cuyacomplementariedad, muy discutida, es hoy un hecho, tendrn que coexistir. Hoy en da lo hacencon ciertos lmites, pues la posibilidad de que ambas interfieran entre s es real, sobre todo adistancias inferiores a los dos metros. Las interferencias pueden llegar a provocar prdidas dedatos, aunque no daos fsicos en los terminales. El SIG (Special Interest Group) de Bluetooth yel IEEE trabajan para llegar a eliminar estos problemas.

Los dispositivos Bluetooth llevan un identificador nico y necesitan un mecanismo paraidentificar a sus vecinos, sincronizarse y finalmente completar la conexin. Un dispositivoBluetooth lleva a cabo dos procesos que le permiten establecer una comunicacin. Si no seconoce ningn dato del dispositivo, stos deben ejecutarse secuencialmente. En caso contrario,es suficiente con ejecutar el segundo de ellos:

Mediante el mecanismo de pregunta (inquiry), que dura entre 5 y 10 segundos, el dispositivoque pregunta (en aplicaciones de localizacin, tpicamente un punto de acceso) es capaz de

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(15) Ms informacin en: [nov. 2004].

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34 conocer los identificadores y los relojes de todos los dispositivos vecinos que tiene en su reade cobertura.

Conocidos o una vez recibidos previamente los identificadores de los dispositivos cercanos(mediante inquiry), el dispositivo maestro puede establecer una conexin con uno o ms desus vecinos. El tiempo que necesita para completar este proceso de paging no es superior a los2 segundos.

Aunque Bluetooth no fue concebida como una tecnologa de localizacin, gracias a susprotocolos es posible implementar un sistema para calcular con diferente precisin la posicinde un dispositivo o etiqueta (16). Una posibilidad es instalar un punto de acceso en cada zonadel rea a cubrir, para llevar a cabo una identificacin por celda convencional.

El segundo mtodo puede localizar en dos dimensiones. Los puntos de acceso se colocan msdistanciados unos de otros, normalmente cada 10 15 metros. Para cada etiqueta, se mide ladistancia a diferentes puntos de acceso y posteriormente se triangula, utilizando el mtodo depotencia de la seal recibida.

En muchas ocasiones, Bluetooth se combina con otras tecnologas (como infrarrojos) paramejorar la precisin de la localizacin, y tambin evitar posibles errores debidos a oclusiones oprdida de seal.

En la actualidad, existen varias empresas que comercializan o desarrollan soluciones delocalizacin basadas en Bluetooth o hbridos (Tadlys (17) , BlueLon (18) a travs de laadquisicin de Bluetags, Bluegiga con GCT (19) , Blueposition (20) , etc.). Las aplicaciones vandirigidas a proveer localizacin, a gestionar alarmas o grabar rutas. Este tipo de servicios puedenser tiles en hospitales, centros de trabajo, colegios, reas recreativas, etc. Existen proyectos queligan la localizacin a la oferta de servicios comerciales mviles o de publicidad en un entornodefinido, como grandes almacenes.

Para terminar, en cuanto a seguridad se refiere, Bluetooth es seguro si su implementacin yconfiguracin es correcta, segn sus desarrolladores. No obstante, la tecnologa resultavulnerable a escuchas, jamming, ataques SNARF (21) , etc. (AirDefense, 2004), por lo que paraservicios de posicin que de alguna manera revelen datos personales, es fundamental tener encuenta este aspecto.

(16) La implementacin de un sistema de localizacin basado en Bluetooth puede encontrarse en (Gonzlez-Castao, 2002, 2003).

(17) Tadlys: .(18) Bluelon: .(19) GCT: .(20) Blueposition: .(21) El ataque SNARF (o bluesnarfing) est basado en conseguir una comunicacin entre dos dispositivos

bluetooth sin que uno de ellos alerte al propietario del establecimiento del canal, permitiendo al atacante elacceso a zonas restringidas de la memoria del dispositivo atacado., [23 de diciembre de 2004].

C U A D R O 3 . Solucin comercial de localizacin mediante Bluetooth.

4.2.3 Banda ultra-ancha

Ultrawideband (UWB) es una tecnologa que naci durante la dcada de 1960, y cuyo nombrefue acuado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos en 1989. Se desarroll pararadar, localizacin y aplicaciones de comunicaciones. Su mayor atractivo resida en que lacapacidad de UWB de operar en condiciones desfavorables de relacin seal a ruido, evitaba quelas comunicaciones seguras pudieran ser interceptadas.

UWB emplea rfagas de potencia mil veces ms baja que las de un telfono mvil, con duracinde picosegundos, en un espectro de frecuencia amplio (3,1-10,6GHz). Estas rfagas ocupan unoo unos pocos ciclos de portadora RF, por lo que la seal resultante tiene un ancho de bandarelativo grande. Sobre las rfagas es posible transferir datos a velocidades de centenares demegabits por segundo. Adems, la seal es relativamente inmune a la cancelacin multitrayecto,ya que debido a su corta duracin la seal directa regresa antes de que las seales reflejadas enlos obstculos alcancen el receptor. Por ello, y porque es un sistema de baja complejidad y costereducido, UWB resulta especialmente adecuada para aplicaciones mviles. Puede asimismosolucionar los problemas de precisin y de seguridad de los que adolece la red Wi-Fi.

Debido a sus caractersticas, esta tecnologa permite localizar los terminales mviles con unerror insignificante. UWB est basada en pulsos ultracortos, de tal manera que el receptor puededeterminar el tiempo de llegada con precisin de picosegundos y, por tanto, estimar la posicincon precisin de centmetros. La distancia al mvil se calcula midiendo el retardo de un pulsodesde que es emitido por el transmisor hasta que llega al receptor. Posteriormente, utilizandotriangulacin (tpicamente TDOA o TOA) se determina con gran exactitud la posicin delterminal. Si se realizan las medidas respecto a cuatro receptores diferentes, es posible saber conprecisin tambin la altura a la que est el usuario.

Tadlys posee la solucin TOPAZTM para localizacin en interiores, basada enBluetooth y mejorada con infrarrojos. Precisin (en el 85% de los casos): la mejor, entre 2 y 3 metros. Latencia: 15-30 segundos. Tiempo de recarga de la etiqueta: una vez a la semana (en el peor de los casos). Tipo de dispositivos localizados: etiquetas Tadlys, etiquetas Bluetooth de otras

marcas, dispositivos con Bluetooth. El sistema es capaz de localizar hasta diez dispositivos simultneamente.

Sobre este sistema ofrecen diferentes aplicaciones, una de los cuales es lalocalizacin de pacientes (enfermos cardacos o gerontolgicos) en entornoshospitalarios. El sistema consiste en unas mini-etiquetas que portan pacientes y enun servidor de posicin dedicado, adems de antenas inteligentes colocadas en eltecho. El sistema es capaz de localizar al paciente, lanzar alarmas si ste se aproximaa reas no autorizadas, desaparece o sufre un percance.

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36 En la actualidad, la industria est a la espera de que IEEE ratifique una especificacin UWB (quese denomina 802.15.3a). El proceso de definicin del estndar est siendo complicado debido alos intereses enfrentados de los dos grupos que posiblemente fabricarn con esta tecnologa. Poruna parte, la alianza liderada por Intel (Multiband OFDM Alliance (22) ) defiende unaespecificacin basada en OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). La empresaMotorola, en cambio, secunda una propuesta competidora que utiliza la tecnologa DS-CDMA(23) (Direct Sequence Code Division Multiple Access). Debido a esta situacin, la posibilidad deque al final sean dos los estndares (de facto), cobra cada vez ms fuerza. En cualquier caso,cuando la tecnologa est estandarizada de alguna manera, sta podr ser incorporada endispositivos mviles como telfonos o PDAs. Se calcula que los primeros se pondrn en elmercado durante el ao 2005.

La principal barrera para la implantacin de UWB ser el grado de penetracin que hayaalcanzado Wi-Fi en el momento en que se proceda a su lanzamiento comercial. A pesar de susprestaciones, resultar difcil que se implante en lugares donde Wi-Fi est instalado yfuncionando (24) . UWB aparece tambin como rival de Bluetooth, ofreciendo gran capacidad acorta distancia, y como complemento de Wi-Fi: en una planta de edificio, 802.11 sera elbackbone de red sin hilos, y UWB sera la red local de una habitacin. El futuro de la tecnologavendr determinado por la apuesta que hagan los grandes fabricantes.

Como ejemplos comerciales, dos de las empresas que proporcionan servicios de localizacinbasados en UWB son Parco PAL y Ubisense. Parco PAL (25) , mediante la tecnologa deMultispectral Solutions (Fontana, 2003), ofrece en la actualidad un sistema UWB de localizacinen tiempo real (RLTS), especfico para seguimiento de objetos en hospitales. Su bajo nivel depotencia evita las interferencias con equipos mdicos, proporciona localizacin muy precisa, ysin hacer modificaciones hardware, los mismos transceptores son capaces de enviar o recibirdatos asociados al objeto en el que estn colocados. La tecnologa UWB de Parco es, segn susdesarrolladores, inmune a las escuchas, a las interferencias o al jamming (interferenciasprovocadas), por lo que es segura y apta para aplicaciones que requieran alta proteccin de lainformacin tratada.

Ubisense (26) dispone de una solucin que utiliza TDOA y AOA, con el fin de determinar laposicin de un dispositivo nicamente con la seal recibida de dos antenas, reduciendo de estaforma la densidad de receptores. El sistema de Ubisense obtiene una precisin en tresdimensiones de 15 cm, soporta comunicacin bidireccional sobre un canal de RF estndar, ypermite cambiar la frecuencia de interrogacin en funcin de la aplicacin.

La tabla 4 muestra una comparativa resumida de algunas tecnologas inalmbricas. Como sepuede observar, UWB tiene una capacidad muy superior al resto, con una potencia de emisin

(22) Informacin adicional en la pgina web de la Multiband OFDM Alliance: .(23) Motorola est en proceso de adquisicin de la empresa XtremeSpectrum.

(), propietaria de un sistema UWB con DS-CDMA. El UWB Forum agrupa alas empresas que consideran esta aproximacin la ms adecuada para ser estndar().

(24) The Ultrawideband Weblog: .(25) Ms informacin en: .(26) Ms informacin en: .

insignificante, pero est limitada en alcance. Algunas soluciones tecnolgicas basadas en UWBhan conseguido, sin embargo, aumentar este factor (27) .

T 4. C O M P A R A T I V A D E T E C N O L O G A S ( S T R O H , 2 0 0 3 )

Tecnologa Tasa de datos (Mb/s) Potencia (mW) Alcance(m) Frecuencia

Bluetooth 1-2 100 100 2,4GHz

IrDA 4 100 1-2 Infrarrojo

UWB 100-500 1 10 3.1-10.6GHz

IEEE 802.11a 54 40-800 20 5GHz

IEEE 802.11b 11 200 100 2.4GHz

IEEE 802.11g 54 65 50 2.4GHz

4.2.4 RFID

La tecnologa RFID (Radio Frequency Identification) permite la identificacin a distancia de unobjeto o persona, sin lnea de vista directa.

Los antecedentes de la RFID actual aparecieron durante la II Guerra Mundial, cuando el ejrcitoingls utilizaba tecnologas de este tipo para distinguir sus aviones de los enemigos. En ladcada de los 60, RFID comenz a emplearse en aplicaciones civiles. En la actualidad, parece quese ha gestado el marco propicio para el desarrollo y despliegue de RFID. La tecnologa es madura,las aplicaciones que se imaginan suponen un gran ahorro de costes, y el coste de desarrollo eimplantacin va disminuyendo progresivamente. Hoy en da, la tecnologa se emplea paracontrol de acceso, gestin de almacn, marcacin de animales, pago de peajes, etc.

Los sistemas RFID estn formados por tres componentes: etiquetas (tags), lectores o receptores yun sistema central de control. En un sistema RFID tpico, los objetos, animales o personas estnequipados con una etiqueta que contiene un transpondedor con un chip digital de memoria. Elinterrogador o lector est formado por una antena, capaz de emitir una seal que activa laetiqueta, permitindole leer los datos almacenados en ella, y en algunos casos, incluso escribiren la memoria.

Las etiquetas de RFID pueden ser de dos tipos: pasivas y activas. Las etiquetas pasivas no estndotadas de un sistema de alimentacin propio. Poseen un circuito que se excita al recibir lapotencia emitida por la antena del lector; esta potencia es suficiente para transmitir los datosalmacenados en la etiqueta (28) , en general poco ms que un identificador. Las etiquetaspasivas funcionan en los cuatro tramos de frecuencias en los que se pueden encontrar sistemasRFID, a saber: baja frecuencia (LF, 125KHz), alta frecuencia (HF, 13.56MHz), UHF (433MHz, 868-915MHz) y microondas (2.45GHz-5.8GHz). El coste de estas etiquetas es relativamente bajo y su

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(27) . (28) Una explicacin sencilla acerca del funcionamiento fsico de las etiquetas pasivas RFID puede encontrarse en

Want (2004).

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38 tamao, pequeo (29) , al no llevar batera integrada. El problema es que su rango de lecturatambin est limitado en los productos comerciale