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API SMS para el Procesamiento de Consultas Georeferenciadas / No Georeferenciadas

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Los servicios basados en localización (LBS por sus siglas en inglés), son un
conjunto de tecnologías que tienen como objetivo obtener la ubicación de un
dispositivo móvil y a partir de esta, ofrecer servicios. Los elementos que lo hacen
posible son el uso de tecnologías de posicionamiento, un sistema de información
geográfica, un medio de comunicación, un centro de control y una forma de
representar los datos.
Entre las aplicaciones basadas en localización que existen en la actualidad están
las aplicaciones para búsqueda de servicio, búsqueda de personas, publicidad
móvil, información turística, seguimiento de vehículos, información de tráfico, y
servicios de emergencia. La mayoría de estas utilizan Internet como medio de
transporte.
Aún cuando los sistemas de localización de dispositivos móviles han existido
desde hace tiempo, éstos no habían sido muy utilizados debido a los altos costos
de su implementación, así como lo limitado de explotar la información obtenida de
ellos. El uso de tecnologías de localización satelital como es el Sistema de
Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés), facilita la obtención de la
ubicación del dispositivo móvil, por otro lado el avance en los sistemas de
información geográfica permite ofrecer información ilimitada a partir de la
ubicación del dispositivo móvil.
El presente trabajo tiene como objetivo proporcionar una herramienta que permita el desarrollo de aplicaciones LBS para dispositivos móviles utilizando GPS como técnica de posicionamiento y el Servicio Mensajería Corta (SMS por sus siglas en inglés) como medio de transporte.

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API SMS para el Procesamiento de Consultas Georeferenciadas / No Georeferenciadas

  1. 1. cenidet Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico Departamento de Ciencias Computacionales TESIS DE MAESTRÍA EN CIENCIAS API SMS para el Procesamiento de Consultas Georeferenciadas / No Georeferenciadas presentada por Lirio Ruiz Guerra Ing. en Sistemas Computacionales por el I. T. del Istmo como requisito para la obtención del grado de: Maestría en Ciencias en Ciencias de la Computación Director de tesis: Dr. Juan Gabriel González Serna Co-Director de tesis: Dr. Víctor Jesús Sosa Sosa Jurado: Dr. René Santaolaya Salgado– Presidente Dr. Juan Gabriel González Serna – Secretario MC. José Antonio Zárate Marceleño – Vocal MC. Humberto Hernández García – Vocal SuplenteCuernavaca, Morelos, México. 14 de Diciembre 2007
  2. 2. DEDICATORIA A Dios, para Él todo honor y toda Gloria. A mis padres:Profesor Vicente Ruiz Martínez y Sra. Ana María Asunción Guerra Jiménez, como mínima retribución de todo lo que me han dado. A mis hermanos: Vicente, Mario, Dionisio e Isaac, este triunfo también es de ustedes.
  3. 3. AGRADECIMIENTOSA Dios fuente y fin de la vida.A mis padres y hermanos por apoyarme siempre, por preocuparse por mí, por susoraciones, por toda la energía invertida en mi persona. Sin ustedes no lo hubieralogrado.Al Centro Nacional de Investigación y Desarrollo Tecnológico por haberme permitidopertenecer a su comunidad estudiantil y realizar así mis estudios de maestría.Al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología por la beca para manutención otorgada.A mi director de tesis Dr. Juan Gabriel González Serna, por haberme elegido como sutesista, por la asesoría brindada, por la paciencia que me tuvo, por el buen trato, porgestionar el equipamiento del laboratorio, y sobre todo por brindarme su amistad.A mis revisores de tesis: Dr. René Santaolaya Salgado, MC. Humberto HernándezGarcía, MC. José Antonio Zárate Marceleño, por el tiempo que dedicaron a esteproyecto, por sus recomendaciones y aportaciones.A Gero, Isakcin, Kenya, Magdy, Edgar, Toño y a el Vencedor por las llamadastelefónicas por las porras a distancia, por el amor que me tienen.A mi gran familia juchiteca, abuelos, tíos, primos, amigos, a todas esas personas queme dejaron partir, sabiendo que nunca olvidaría mis orígenes. Gracias por los ánimos,por sus oraciones y por la confianza depositada en mí.A mis compañeros de generación: Ricardo, Edna, Erick, Arturo, Erwin, Elvia, Cindy,Lalo, Perla, Zuci, Héctor, Chan, Rubén, Gerardo, Luz, Jaz, Silvana y a los de las otrasgeneraciones: Janet, Katy, Lalo, Mati, Omar, Claudia por la grata convivencia.A mis hermanitos SDs: a mi más que amigo Pedro, al herrrmano Daniel, a mi Chuy, ala Adrisix, por los ratos agradables, por los sabores y sinsabores que compartimos,por brindarme su amistad, siempre tendrán un lugar especial en mi corazón.A los SDs mayores Juan Carlos y Rafa por su apoyo y recomendaciones.No podría mencionar en este pequeño espacio a todas las personas que hicieronposible este proyecto, así que no me queda más que decir: ¡¡ Xquixe’pe latu !! ¡¡ Gracias a todos !!
  4. 4. RESUMENLos servicios basados en localización (LBS por sus siglas en inglés), son unconjunto de tecnologías que tienen como objetivo obtener la ubicación de undispositivo móvil y a partir de esta, ofrecer servicios. Los elementos que lo hacenposible son el uso de tecnologías de posicionamiento, un sistema de informacióngeográfica, un medio de comunicación, un centro de control y una forma derepresentar los datos.Entre las aplicaciones basadas en localización que existen en la actualidad estánlas aplicaciones para búsqueda de servicio, búsqueda de personas, publicidadmóvil, información turística, seguimiento de vehículos, información de tráfico, yservicios de emergencia. La mayoría de estas utilizan Internet como medio detransporte.Aún cuando los sistemas de localización de dispositivos móviles han existidodesde hace tiempo, éstos no habían sido muy utilizados debido a los altos costosde su implementación, así como lo limitado de explotar la información obtenida deellos. El uso de tecnologías de localización satelital como es el Sistema dePosicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés), facilita la obtención de laubicación del dispositivo móvil, por otro lado el avance en los sistemas deinformación geográfica permite ofrecer información ilimitada a partir de laubicación del dispositivo móvil.El presente trabajo tiene como objetivo proporcionar una herramienta que permitael desarrollo de aplicaciones LBS para dispositivos móviles utilizando GPS comotécnica de posicionamiento y el Servicio Mensajería Corta (SMS por sus siglas eninglés) como medio de transporte.
  5. 5. ABSTRACT
  6. 6. TABLA DE CONTENIDOLISTA DE FIGURAS ............................................................................................................................iiLISTA DE TABLAS.............................................................................................................................. vGLOSARIO..........................................................................................................................................viCAPÍTULO 1 INTRODUCCION .......................................................................................................... 1 1.1 Introducción............................................................................................................................... 3 1.2 Descripción del Problema ......................................................................................................... 3 1.3 Objetivos ................................................................................................................................... 4 1.4 Justificación............................................................................................................................... 4 1.5 Beneficios.................................................................................................................................. 6 1.6 Antecedentes ............................................................................................................................ 6 1.7 Trabajos relacionados............................................................................................................... 7 1.7.1 Unefon .............................................................................................................................. 7 1.7.2 Iusacell .............................................................................................................................. 7 1.7.3 Movistar ............................................................................................................................ 8 1.7.4 Sección amarilla ............................................................................................................... 8 1.7.5 Nextel ................................................................................................................................ 8 1.7.6 Location Adquisition API ................................................................................................... 9 1.7.7 JSR 179 Location API ....................................................................................................... 9 1.8 Alcance del proyecto de tesis ................................................................................................. 10 1.9 Organización del documento .................................................................................................. 11CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO...................................................................................................... 12 2.1 Elementos de Programación................................................................................................... 15 2.1.1 API ................................................................................................................................... 15 2.1.2 J2ME................................................................................................................................ 15 2.2 Comunicaciones móviles ........................................................................................................ 17 2.2.1 Tecnología GSM.............................................................................................................. 17 2.2.2 SMS ................................................................................................................................. 19 2.3. LBS. Servicios basados en localización ................................................................................ 23 2.3.1 Definición ......................................................................................................................... 23 2.3.2 Componentes .................................................................................................................. 24 2.3.3 Funcionamiento ............................................................................................................... 25 2.3.4 Clasificación..................................................................................................................... 26 2.4. Técnicas de posicionamiento................................................................................................. 27 2.4.1 Técnicas basadas en red ................................................................................................ 28 2.4.2 Técnicas basadas en la modificación del dispositivo móvil ............................................ 30 2.4.3 Comparativa de tecnologías............................................................................................ 32 2.5 Protocolo NMEA...................................................................................................................... 32 2.5.1 Sentencias NMEA............................................................................................................ 33CAPÍTULO 3 ANÁLISIS Y DISEÑO .................................................................................................. 35 3.1 Análisis.................................................................................................................................... 37 3.2 Diseño ..................................................................................................................................... 54 3.3 Diseño de tramas .................................................................................................................... 66CAPÍTULO 4 IMPLEMENTACIÓN .................................................................................................... 72 4.1 Conexión con el GPS.............................................................................................................. 75 4.2 Envío de consulta georeferenciada. ....................................................................................... 78 4.3 Recepción de respuesta no georeferenciada. ........................................................................ 80 4.4 Recepción de solicitud de ubicación....................................................................................... 81 i
  7. 7. CAPÍTULO 5 PRUEBAS ................................................................................................................... 84CAPÍTULO 6 CONCLUSIONES...................................................................................................... 105 6.1 Conclusiones......................................................................................................................... 107 6.2 Aportaciones ......................................................................................................................... 108 6.3 Trabajos futuros .................................................................................................................... 108 6.4 Publicaciones ........................................................................................................................ 109ANEXOS.......................................................................................................................................... 110 ANEXO A DOCUMENTACION DE LA API ................................................................................ 113 ANEXO B CODIGO DE APLICACIONES DE PRUEBA............................................................. 136 ANEXO C DISPOSITIVOS MOVILES CON MIDP 2.0 ............................................................... 149 ANEXO D PLAN DE PRUEBAS APISMSLBS............................................................................ 151REFERENCIAS ............................................................................................................................... 160 LISTA DE FIGURASFigura 1.1 Usuarios de telefonía móvil en México ............................................................................. 4Figura 1.2 Usuarios de telefonía celular de prepago y pospago en México....................................... 5Figura 1.3 Ubicación de la tesis respecto a sus antecedentes........................................................... 6Figura 1.4 Arquitectura LBS .............................................................................................................. 10Figura 2.1 Plataforma Java 2 ............................................................................................................ 16Figura 2.2 Arquitectura GSM ............................................................................................................ 17Figura 2.3 Estructura básica de la red para la transferencia de SMS .............................................. 20Figura 2.4 Niveles y servicios para el envío de mensajes cortos. .................................................... 20Figura 2.5 PDUs utilizados en la capa SM-TL .................................................................................. 21Figura 2.6 Trama SMS-SUBMIT ....................................................................................................... 21Figura 2.7 Detalle del campo SCA.................................................................................................... 21Figura 2.8 Trama SMS-DELIVER .................................................................................................... 23Figura 2.9 LBS como intersección de tecnologías............................................................................ 23Figura 2.10 Componentes básicos LBS............................................................................................ 24Figura 2.11 Funcionamiento LBS...................................................................................................... 25Figura 2.12 Clasificación de los LBS ................................................................................................ 26Figura 2.13 Clasificación de las técnicas globales de posicionamiento ........................................... 27Figura 2.14 Técnica de localización Cell of Origin - Cell ID.............................................................. 28Figura 2.15 Técnica de localización Angle of Arrival ........................................................................ 28Figura 2.16 Técnica de Localización Time of Arrival ........................................................................ 29Figura 2.17 Técnica de localización Time Difference Of Arrival ....................................................... 29Figura 2.18 Técnica de localización Multipath Fingerprint................................................................ 30Figura 2.19 Cálculo de la ubicación a partir de tres satélites GPS................................................... 31Figura 2.20 Técnica de localización A-GPS...................................................................................... 32Figura 2.21 Sentencia GGA .............................................................................................................. 34Figura 3.1 Diagrama de bloques del proceso de envío / recepción de consultas georeferenciadas /no georeferenciadas.......................................................................................................................... 37Figura 3.2 Diagrama general de casos de uso. ................................................................................ 38Figura 3.3 Diagrama del caso de uso Obtener información del GPS ............................................... 39Figura 3.4 Diagrama de actividad del caso de uso CU-1 Obtener información del GPS ................. 40Figura 3.5 Diagrama de actividad del caso de uso CU-1.1 Obtener dispositivos cercanos ............ 41Figura 3.6 Diagrama de actividad del caso de uso CU-1.2 Obtener URL del dispositivoseleccionado...................................................................................................................................... 43 ii
  8. 8. Figura 3.7 Diagrama de actividad del caso de uso CU-1.3 Conectar GPS ...................................... 45Figura 3.8 Diagrama del caso de uso Elaborar trama ...................................................................... 45Figura 3.9 Diagrama de actividad del caso de uso C-2 Elaborar trama ........................................... 47Figura 3.10 Diagrama del caso de uso Enviar trama........................................................................ 48Figura 3.11 Diagrama de actividad del caso de uso CU-3 Enviar trama .......................................... 49Figura 3.12 Diagrama del caso de uso Recibir respuesta ................................................................ 49Figura 3.13 Diagrama de actividad del caso de uso CU-4 Recibir respuesta .................................. 51Figura 3.14 Diagrama de actividad del caso de uso CU-4.1.1 Registrar aplicación......................... 52Figura 3.15 Diagrama de caso de uso Interpretar trama .................................................................. 52Figura 3.16 Diagrama de actividad del caso de uso CU-5 Interpretar trama ................................... 53Figura 3.17 Diagrama general de clases de la API........................................................................... 55Figura 3.18 Diagrama de clases del paquete mx.cenidet.apisms.conexiongps ............................... 56Figura 3.19 Diagrama general de clases de la aplicación Consulta Geo Ubicacion ........................ 57Figura 3.20 Diagrama de secuencias para detectar dispositivos Bluetooth cercanos ..................... 58Figura 3.21 Diagrama de secuencias para conectar y obtener datos de un dispositivo GPS.......... 59Figura 3.22 Diagrama de clases del paquete mx.edu.cenidet.apisms.conexionsms ....................... 60Figura 3.23 Diagrama de secuencia para enviar un mensaje .......................................................... 61Figura 3.24 Diagrama de secuencia para recibir un mensaje .......................................................... 62Figura 3.25 Diagrama de clases del paquete mx.cenidet.edu.apisms.dato ..................................... 63Figura 3.26 Diagrama de clases del paquete mx.cenidet.edu.apisms.trama ................................... 64Figura 3.27 Diagrama de secuencia para la elaboración de un mensaje de tipo Evento................. 65Figura 3.28 Trama Mensaje .............................................................................................................. 66Figura 3.29 Detalle de cabecera ....................................................................................................... 66Figura 3.30 Dato extras..................................................................................................................... 66Figura 3.31 Detalle de dato ............................................................................................................... 68Figura 3.32 Trama PoiGeo................................................................................................................ 68Figura 3.33 Campo dato de trama Q_GEO_UBICACION ................................................................ 68Figura 3.34 Campo dato de trama Q_CAMINO_GEO_GEO............................................................ 69Figura 3.35 PoiNoGeo....................................................................................................................... 69Figura 3.36 Campo dato de trama Q_CAMINO_GEO_NOGEO ...................................................... 69Figura 3.37 Campo dato de trama Q_GEO_EVENTO ..................................................................... 69Figura 3.38 Campo dato de trama Q_GEO_CLIMA ......................................................................... 70Figura 3.39 Campo dato de trama Q_NOGEO_UBIACION ............................................................. 70Figura 3.40 Campo dato de trama Q_CAMINO_NOGEO_GEO ...................................................... 70Figura 3.41 Campo dato de trama Q_CAMINO_NOGEO_NOGEO ................................................. 70Figura 3.42 Campo dato de trama Q_NOGEO_CLIMA.................................................................... 70Figura 3.43 Campo dato de trama R_GEO_UBICACION ................................................................ 71Figura 3.44 Campo dato de trama R_GEO_CAMINO ...................................................................... 71Figura 3.45 Campo dato de trama R_GEO_EVENTO...................................................................... 71Figura 3.46 Campo dato de trama R_CLIMA.................................................................................... 71Figura 3.47 Campo dato de trama R_NOGEO_UBICACION ........................................................... 71Figura 3.48 Campo dato de trama R_NOGEO_EVENTO ................................................................ 71Figura 4.1 Búsqueda de Dispositivos Bluetooth ............................................................................... 76Figura 4.2 Conexión con GPS........................................................................................................... 77Figura 4.3 Impresión de datos........................................................................................................... 78Figura 4.4 Creación del objeto PoiGeoreferenciado ......................................................................... 78Figura 4.5 Envío de consulta de ubicación georeferenciada ............................................................ 80Figura 4.6 Recepción de respuesta no georeferenciada .................................................................. 81Figura 4.7 Recepción de petición de ubicación ................................................................................ 83Figura 4.8 Obtención de ubicación y envío de respuesta................................................................. 83Figura 5.1 Lista de Dispositivos encontrados ................................................................................... 88Figura 5.2 Datos de ubicación obtenidos.......................................................................................... 89Figura 5.3 Verificación de las coordenadas en google Earth ........................................................... 89Figura 5.4 Solicitud de las escuelas cercanas. ................................................................................. 90Figura 5.5 Ventana de información con la trama de consulta.......................................................... 90Figura 5.6 Ventana de Información con la primera trama de respuesta........................................... 90 iii
  9. 9. Figura 5.7 Datos del primer mensaje de respuesta. ......................................................................... 90Figura 5.8 Ventana de Información con la segunda trama de respuesta ......................................... 90Figura 5.9 Datos del segundo mensaje de respuesta ...................................................................... 90Figura 5.10 Solicitud de las farmacias cercanas indicando dirección............................................... 91Figura 5.11 Trama enviada ............................................................................................................... 91Figura 5.12 Trama Recibida.............................................................................................................. 91Figura 5.13 Interpretación de trama.................................................................................................. 91Figura 5.14 Consulta georeferenciada de evento cultural ................................................................ 92Figura 5.15 Trama enviada ............................................................................................................... 92Figura 5.16 Trama recibida ............................................................................................................... 92Figura 5.17 Interpretación de la trama .............................................................................................. 92Figura 5.18 Consulta no georeferenciada de evento cultural. .......................................................... 93Figura 5.19 Trama enviada ............................................................................................................... 93Figura 5.20 Trama Recibida.............................................................................................................. 93Figura 5.21 Interpretación de la trama .............................................................................................. 93Figura 5.22 Consulta de un camino con inicio y fin georeferenciados.............................................. 94Figura 5.23 Trama enviada ............................................................................................................... 94Figura 5.24 Trama recibida .............................................................................................................. 94Figura 5.25 Interpretación de la trama .............................................................................................. 94Figura 5.26 Solicitud de camino con punto inicial georeferenciado y final no georeferenciado. ...... 95Figura 5.27 Trama Enviada............................................................................................................... 95Figura 5.28 Trama recibida ............................................................................................................... 95Figura 5.29 Interpretación de la trama .............................................................................................. 95Figura 5.30 Consulta de un camino con inicio no georeferenciado y fin georeferenciado ............... 96Figura 5.31 Trama Enviada............................................................................................................... 96Figura 5.32 Trama Recibida.............................................................................................................. 96Figura 5.33 Interpretación de la trama. ............................................................................................. 96Figura 5.34 Solicitud de camino con inicio y fin no georeferenciados .............................................. 97Figura 5.35 Trama enviada ............................................................................................................... 97Figura 5.36 Trama Recibida.............................................................................................................. 97Figura 5.37Interpretación de trama ................................................................................................... 97Figura 5.38 Solicitud georeferenciada de Clima ............................................................................... 98Figura 5.39 Trama enviada ............................................................................................................... 98Figura 5.40 Trama recibida ............................................................................................................... 98Figura 5.41 Trama Interpretada ........................................................................................................ 98Figura 5.42 Solicitud de clima de Cuernavaca.................................................................................. 99Figura 5.43 Trama Enviada............................................................................................................... 99Figura 5.44 Trama Recibida.............................................................................................................. 99Figura 5.45 Interpretación de la trama .............................................................................................. 99Figura 5.46 Respuesta Georeferenciada de ubicación................................................................... 100Figura 5.47 Trama Enviada............................................................................................................. 100Figura 5.48 Trama Recibida............................................................................................................ 100Figura 5.49 Interpretación de la trama ............................................................................................ 100Figura 5.50 respuesta de camino.................................................................................................... 101Figura 5.51 Trama Enviada............................................................................................................. 101Figura 5.52 Trama Recibida............................................................................................................ 101Figura 5.53 Trama Interpretada ...................................................................................................... 101Figura 5.54 Respuesta Georeferenciada de Evento....................................................................... 102Figura 5.55 Trama Recibida............................................................................................................ 102Figura 5.56 Trama Enviada............................................................................................................. 102Figura 5.57 Interpretación de la trama ............................................................................................ 102Figura 5.58 Respuesta de Clima..................................................................................................... 103Figura 5.59 Trama Enviada............................................................................................................. 103Figura 5.60 Trama Recibida............................................................................................................ 103Figura 5.61 Trama Interpretada ...................................................................................................... 103Figura 5.62 Respuesta no georeferenciada de evento................................................................... 104 iv
  10. 10. Figura 5.63 Trama Enviada............................................................................................................. 104Figura 5.64 Trama Recibida............................................................................................................ 104Figura 5.65 Trama Interpretada ...................................................................................................... 104 LISTA DE TABLASTabla 1.1 Comparativa de los servicios de localización con la tesis. ................................................. 9Tabla 1.2 Comparativa de APIs de localización con la tesis .............................................................. 9Tabla 2.1 Descripción de valores de MTI.......................................................................................... 22Tabla 2.2 Necesidades de los usuarios móviles. .............................................................................. 26Tabla 2.3 Resumen comparativo de las tecnologías de localización ............................................... 32Tabla 2.4 Sentencias NMEA ............................................................................................................. 33Tabla 3.1 Descripción del caso de uso Obtener información del GPS ............................................. 39Tabla 3.2 Descripción del caso de uso CU-1.1 Obtener dispositivos cercanos ............................... 40Tabla 3.3 Descripción del caso de uso CU-1.2 Obtener URL del dispositivo seleccionado ............ 42Tabla 3.4 Descripción del caso de uso CU-1.3 Conectar GPS ........................................................ 44Tabla 3.5 Descripción del caso de uso C-2 Elaborar trama ............................................................. 46Tabla 3.6 Descripción del caso de uso CU-3 Enviar trama .............................................................. 48Tabla 3.7 Descripción del caso de CU-4 Recibir respuesta ............................................................. 50Tabla 3.8 Descripción del caso de uso CU-4.1.1 Registrar aplicación ............................................. 51Tabla 3.9 Descripción del caso de uso CU-5 Interpretar trama........................................................ 52Tabla 3.10 Valores del campo Tipo de la cabecera de la trama....................................................... 67Tabla 3.11 Valores del Campo Palabra ............................................................................................ 68Tabla 3.12 Valores del campo Distancia........................................................................................... 68Tabla 3.13 Valores del campo Tipo de Evento ................................................................................. 69 v
  11. 11. GLOSARIO DE TÉRMINOS YSIGLASCDMA Code Division Multiple Access. La multiplexación por división de código es un término genérico que define una interfaz de aire inalámbrica basada en la tecnología de espectro extendido.CLDC Connected Limited Device Configuration. Configuración para dispositivos de conexión limitada.Geocodificación Es el proceso de asignar coordenadas geográficas (latitud- longitud) a puntos del mapa (direcciones, puntos de interés, etc.).GIS Geographic Information System. Los sistemas de información geográfica son una integración organizada de hardware, software, datos geográficos y personal, diseñado para capturar, almacenar, manipular, analizar y desplegar en todas sus formas la información geográficamente referenciada con el fin de resolver problemas complejos de planificación y gestión.GPRS General Packet Radio Service. Servicio General de Paquetes por Radio. Es una tecnología digital de telefonía móvil. Es considerada la generación 2.5, entre la segunda generación (GSM) y la tercera (UMTS). Proporciona altas velocidades de transferencia de datos (especialmente útil para conectar a Internet) y se utiliza en las redes GSM.GPS Global Positioning System. Sistema de Posicionamiento Global. Sistema Global de Navegación por Satélite que permite determinar en todo el mundo la posición de un objeto.GSM Global System for Mobile communications. Sistema Global para las Comunicaciones Móviles. Formalmente conocida como “Group Special Mobile” (GSM, Grupo Especial Móvil) es un estándar mundial para teléfonos móviles digitales.IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers. Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos, una asociación técnico- profesional mundial dedicada a la estandarización, entre otras cosas. Es la mayor asociación internacional sin fines de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías, como ingenieros de telecomunicaciones, ingenieros electrónicos, Ingenieros en informática e Ingenieros en computación. vi
  12. 12. LBS Location Based Services. Los Servicios Basados en Localización buscan ofrecer un servicio personalizado a los usuarios basado en información de ubicación geográfica de estos.MIDP Mobile Information Device Profiles. Perfil para dispositivos móviles de información.POI Point Of Interest. Es la ubicación de un lugar que puede ser considerado de interés. Puede representarse en términos de latitud, longitud (POI georeferenciado) o en términos de calle, colonia, código postal (POI no georeferenciado).SMS Short Message Service. Servicio de mensajería corto. Es un servicio disponible en los teléfonos móviles que permite el envío de mensajes cortos entre teléfonos móviles, teléfonos fijos y otros dispositivos de mano.TDMA Time Division Multiple Access. Tecnología que distribuye las unidades de información en alternantes slots de tiempo proveyendo acceso múltiple a un reducido número de frecuencias. TDMA es una tecnología inalámbrica de segunda generación que brinda servicios de alta calidad de voz y datos. Divide un único canal de frecuencia de radio en seis ranuras de tiempo. A cada persona que hace una llamada se le asigna una ranura de tiempo específica para la transmisión, lo que hace posible que varios usuarios utilicen un mismo canal simultáneamente sin interferir entre sí.UMTS Universal Mobile Telecommunications System. Sistema de telecomunicaciones móviles de tercera generación, que reúne todos los servicios mediante las funciones de la red inteligente.WAP Wireless Application Protocol. Protocolo de aplicaciones inalámbricas. Es un estándar abierto internacional para aplicaciones que utilizan las comunicaciones inalámbricas. Se trata de la especificación de un entorno de aplicación y de conjunto de protocolos de comunicaciones para normalizar el modo en que los dispositivos inalámbricos, se pueden utilizar para acceder a correo electrónico, grupo de noticias y otros.Todas las definiciones excepto la de POI se tomaron de [wiki07]. vii
  13. 13. CAPÍTULO 1 INTRODUCCION En este capítulo se presenta la descripción del problema que dio origen al presente trabajo de tesis, su objetivo, justificación y beneficios. También la ubicación que tiene con respecto a sus antecedentes en cenidet. Así mismo los trabajos relacionados. Y por último la organización del documento.
  14. 14. Introducción1.1 IntroducciónLa comunicación sin cables brinda la oportunidad de estar comunicados encualquier lugar, en cualquier momento y de una forma totalmente personal.Existen distintos tipos de comunicación móvil entre las que sin duda destaca latelefonía móvil.El servicio de mensajería ofrecido en la telefonía móvil ha obtenido muchapopularidad entre los usuarios, además es un servicio no orientado a conexión, esdecir, no requiere de una conexión persistente, lo que facilita la comunicación.Con la evolución de la telefonía móvil, surge también la necesidad de nuevosdispositivos móviles que soporten la tecnología, de la misma forma surge tambiénla necesidad de desarrollo de aplicaciones que puedan aprovechar al máximodicha tecnología.Es entonces, que aparece el interés en la programación enfocada a dispositivosmóviles. Esta programación permite crear aplicaciones que ofrecen servicios demensajería, procesamiento de imágenes, videos y más recientemente serviciosbasados en localización.Los LBS por sus siglas en inglés responden a preguntas como: ¿Qué hay cercade…? ¿Cómo llego a…? ¿Qué eventos hay cerca de…?. La ubicación deldispositivo móvil o de los puntos de interés (POI por sus siglas en inglés) puededarse de dos formas: georeferenciada cuando se expresa en términos de latitud,longitud y no georeferenciada cuando se expresa como dirección postal (calle,colonia, ciudad, etc.)1.2 Descripción del ProblemaOfrecer información partiendo de la ubicación de un cliente móvil es un área queestá siendo actualmente explotada. Las soluciones existentes para ofrecer estetipo de información tienen las siguientes características: 1. Consultas no georeferenciadas, es decir es el cliente quien tiene que proporcionar su dirección, calle, colonia, etc. 2. Consultas georeferenciadas usando tecnología basada en red, es decir el servicio sólo lo pueden utilizar los usuarios de la red del proveedor de servicio. 3. Conexiones a Internet utilizando WAP.Según un artículo publicado en la revista IEEE Computer [Dailey06], se estima queun usuario de telefonía celular accede sólo 30 minutos al mes a la Web utilizandosu dispositivo, y en promedio envía 80 mensajes de texto. Lo anterior indica que el 3
  15. 15. Introducciónacceso a Internet por medio de dispositivos móviles no tiene tanto impacto comoel envío de mensajes SMS.Por otro lado, al usar la red del proveedor de servicio para obtener la ubicación delcliente móvil, se crea una dependencia con el mismo. Utilizando una técnica deposicionamiento distinta se puede prescindir de esa dependencia.El problema que dio origen a esta tesis es que no existen aplicaciones paradispositivos móviles que realicen consultas georeferenciadas a través demensajería SMS utilizando el sistema de posicionamiento global.1.3 ObjetivoDesarrollar un conjunto de funciones que permita implementar aplicaciones endispositivos móviles para procesar consultas georeferenciadas utilizandomensajería SMS y el sistema de posicionamiento global GPS.1.4 JustificaciónExisten datos estadísticos que sustentan el desarrollo de aplicaciones basadas enlocalización para dispositivos móviles utilizando como medio de transporte losmensajes SMS.En primer lugar el número de usuarios de telefonía móvil en México rebasa los 60millones. Ver Figura 1.1. Lo que indica que existe un mercado potencial para lautilización de SMS para el envío de consultas basadas en localización. 61.4 70.00 57.0 Usuarios de telefonía celular en México 60.00 47.1 Millones de usuarios 50.00 38.5 40.00 30.1 25.9 21.8 30.00 14.1 20.00 7.7 0.1 0.2 0.3 0.4 0.6 0.7 1.0 1.7 3.3 10.00 C1 0.00 7 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 01 02 03 04 05 06 00 -0 20 19 19 19 19 19 19 19 19 19 19 20 20 20 20 20 20 ay M FUENTE; Dirección de información Estadística de Mercados, COFETEL Figura 1.1 Usuarios de telefonía móvil en México [cofetel07] 4
  16. 16. IntroducciónActualmente la mayoría de los servicios de localización ofrecidos, requieren unaconexión a Internet por medio del dispositivo móvil. Para que un usuario puedarealizar este tipo de conexiones en la mayoría de los casos requiere ser cliente depospago. En la Figura 1.2 se muestra que sólo el 7.6 % del total de los usuarios detelefonía móvil son clientes de pospago, esta es una justificante más para el usode SMS. Usuarios de Prepago y Pospago en México 60 92.4% Pospago 50 Prepago Millones de usuarios 40 30 20 10 7.6 % 0 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Jun-07 FUENTE: Dirección de Información Estadística de Mercados, COFETEL. Figura 1.2 Usuarios de telefonía celular de prepago y pospago en México [cofetel07]Según el sitio de Internet de Latinia [latinia07] en México se envían más de 60millones de mensajes SMS al día por lo que se estima que en el 2009 el valor delmercado de la mensajería móvil se expandirá hasta alcanzar el billón de dólares.La telefonía móvil es uno de los segmentos más dinámicos de lastelecomunicaciones, sector que el año pasado superó en dos y media veces elcrecimiento de la economía nacional en conjunto y que, incluso, ha sido uno de losfactores que han influido en la desaceleración de los servicios fijos.[latinia07]En el 2011, los servicios basados en localización alcanzarán un total de 315millones de usuarios en el mundo, según estudios recientes de ABI Research[abiR06]. 5
  17. 17. Introducción1.5 BeneficiosEl principal beneficio que se obtuvo de esta tesis es una herramienta paradesarrollar aplicaciones móviles basadas en localización utilizando GPS comotecnología de posicionamiento y mensajes SMS como medio de transporte.Las aplicaciones que pueden realizarse con esta herramienta son: Consulta de servicios o sitios de interés cercanos. Aplicaciones que a partir de la ubicación del cliente (georeferenciada o no georeferenciada) solicitan información a un servidor acerca de los sitios de interés o servicios cercanos, por ejemplo: hospitales, restaurantes, cines, taxis, etc. Consulta de eventos cercanos. Aplicaciones que a partir de la ubicación del cliente (georeferenciada o no georeferenciada) solicitan información a un servidor a cerca de los eventos cercanos, por ejemplo: eventos sociales, culturales, políticos, religiosos. Consulta de rutas. Aplicaciones que solicitan información a un servidor acerca de la ruta a seguir para llegar de un lugar a otro. Consulta de las condiciones del clima. Aplicaciones que solicitan información climatológica. Registro de información de ubicación. Aplicaciones para registrar puntos de interés o eventos con datos georeferenciados o no georeferenciados.1.6 AntecedentesSe han considerado como antecedentes las tesis realizados en el cenidet en lasque se desarrollaron aplicaciones para dispositivos móviles. En la Figura 1.3, sepuede observar la ubicación de esta tesis con respecto a los antecedentes. Seresalta con doble línea el presente trabajo de tesis. Desarrollo Móvil Orientado a conexión No orientado a conexión Conexiones Conexiones no API SMS persistentes persistentes Prototipo de comercio Moviweb [Rojas06] electrónico con WAP[Lira06] Prototipo de comercio electrónico con GPS [Ruiz05] Figura 1.3 Ubicación de la tesis respecto a sus antecedentes 6
  18. 18. Introducción1.7 Trabajos relacionados.En primer lugar se describen los servicios basados en localización ofrecidos porlas operadoras de telefonía móvil en México, los costos están expresados enpesos y actualizados al mes de Septiembre de 2007. Posteriormente se abordanlas APIs relacionadas con esta tesis. 1.7.1 Unefon [unefon06] Servicios ofrecidos: Ubícame y Ubícalos, con los que se pueden localizar usuarios de la red unefon y sitios de interés cercanos. Acceso al servicio: • SMS: El usuario se da de alta enviando un mensaje con el código SLSB al 7527, para localizar usuarios móviles se envía un SMS con la letra L + Num de 10 dígitos al número 56225, para localizar sitios de interés se envía: palabra _ clave al número 56225. Costos $6.90 por mensaje. • Aplicación loc_aid people que debe ser descargada al celular. Disponible sólo para los equipos Kyocera slider, Kyocera soho y Kyocera remix. Costos: 5 localizaciones $46, 10 localizaciones $86, 20 localizaciones $149. El costo por descarga de la aplicación es de $0.06/Kbyte. • Web Localiza usuarios que tengan instalada la aplicación loc-aid people desde la página Web de unefon. Costos: 50 localizaciones $172, 100 por $230, 500 por $920, 1000 por $1380, localizaciones ilimitadas $2875. 1.7.2 Iusacell [Iusacel06] Servicios ofrecidos: localízame, localízalos, lugares, direcciones, con los que se pueden localizar usuarios de la red iusacell y sitios de interés. Acceso al servicio: • Por medio de una aplicación llamada ubicacel que debe ser descargada al celular. Disponible sólo para los equipos LG mx500, LG mx200, LG mx8700, LG 240, LG mx210, Motorola E815, Motorota V710, Motorota V3 Razr, Amoi V810, Kyocera koi, Kyocera thunder. • Web Localiza usuarios que tengan instalada la aplicación anterior desde la página Web de iusacell. 7
  19. 19. Introducción • Costos: Pospago: Suscripción: $57.50. Compra por 30 días $69, por 180 días $345. Prepago: Compra por 365 días $632. 1.7.3 Movistar [movi07] Servicio ofrecido: Localízame, con el que se pueden localizar usuarios de la red movistar. Acceso al servicio: • SMS: El usuario se da de alta enviando un mensaje de texto con el código ALTA al número 5622, para localizar usuarios se da de alta un alias para cada usuario a localizar enviando un SMS con el código agregar+número de 10 dígitos+alias_deseado, y el código para localizar es localizar+alias al número 5622. • Web: Localiza usuarios desde la página Web de movistar. Costos: $3.45 por localización. 1.7.4 Sección amarilla [amari07] Servicio ofrecido: El usuario busca servicios proporcionando datos de su ubicación. Acceso al servicio: • SMS: Se envía un SMS con alguna de las cinco modalidades para hacer la búsqueda de servicios: servicio_a_buscar + estado + colonia; nombre_comercial + estado + colonia; servicio_a_buscar + estado; servicio_a_buscar + estado + delegación/municipio + colonia; servicio_a_buscar+CP el mensaje se envía al 25800 y está disponible sólo para usuarios telcel. Costos: $5 por mensaje. 1.7.5 Nextel [nextel06] Servicios ofrecidos: iLocator, iFollow, con los que se pueden localizar usuarios de la red nextel y realizar reportes de localización por día. Acceso al servicio: • No se especifica. • Costos: iLocator $189.75 al mes, iFollow $264 al mes.En la Tabla 1.1 se muestra la comparativa de los servicios anteriores con la tesis. 8
  20. 20. Introducción Tabla 1.1 Comparativa de los servicios de localización con la tesis. Consulta de sitios Consulta de clima georeferenciadas georeferenciadas Consultas no Consulta de Consulta de localización Técnica de Consultas Cobertura de interés caminos Eventos Nombre Red Unefon AGPS Unefon Red Iusacell AGPS Iusacell Basada Cobertura Movistar en Red Movistar Sección No Red Telcel amarilla utiliza Basada Nextel Red Nextel en RedProyecto GPS Todas TesisAdemás de los servicios ofrecidos por los operadores telefónicos se encontrarondos APIs que se relacionan con la tesis.1.7.6 Location Adquisition API [jsr179]Es una API en C++ diseñada para dispositivos Nokia series 60. Permite utilizardistinto hardware y tecnologías de posicionamiento para adquirir la ubicación deldispositivo móvil.1.7.7 JSR 179 Location API [jsr179]Es una API en java para dispositivos móviles. Permite obtener la ubicación delcliente móvil a partir de distintas tecnologías de posicionamiento.En la Tabla 1.2 se muestra una comparativa entre las APIs y este trabajo de tesis. Tabla 1.2 Comparativa de APIs de localización con la tesis Envío de Recepción de Adquisición de información información Uso de API ubicación georeferenciada / georeferenciada / SMS mediante GPS no georeferenciada no georeferenciada Location Acquisition JSR 179 Location Tesis 9
  21. 21. IntroducciónLa principal diferencia con las APIs existentes es que éstas sólo obtienen laubicación del dispositivo móvil, en cambio la tesis proporciona funciones pararealizar e interpretar tramas de consulta y respuesta, además de funciones deenvío y recepción de la información a través de mensajes SMS.1.8 Alcance del proyecto de tesisEl presente trabajo de tesis es parte de una arquitectura cliente-servidor queofrece servicios basados en localización. En la Figura 1.4 se muestra dichaarquitectura. El presente trabajo se centra en el área del cliente. La parte delServidor corresponde a la tesis Gateway sms pull para servicios basados enlocalizacion con una arquitectura de servicios web [Qbp07] Figura 1.4 Arquitectura LBSEl trabajo de tesis tiene los siguientes alcances: 1. Se realizó una API para dispositivos móviles con conexión Bluetooth y que soporten J2ME con configuración CDLDC 1.0 y perfil MIDP 2.0. En el Anexo C se listan los dispositivos que cumplen estos requisitos. 10
  22. 22. Introducción 2. La API contiene funciones para la conexión del dispositivo móvil con un receptor GPS por medio de bluetooth 3. La API contiene funciones para realizar e interpretar tramas de consulta y respuesta. 4. Contiene funciones para enviar y recibir información utilizando mensajería SMS. 5. La Visualización de la respuesta es en modo texto.1.9 Organización del documentoEn el capítulo 2 Marco Teórico, se presentan los conceptos sobre las tecnologíasinvolucradas en el desarrollo de la tesis. En el capítulo 3 Análisis y diseño, semuestran los casos de uso, escenarios, diagramas de actividad, clases ysecuencia que representan el análisis y diseño de la API realizada. En el capítulo4 Implementación, se explica el uso de la API. En el capítulo 5 Pruebas, sepresentan los resultados de las pruebas. En el capítulo 6 Conclusiones, sepresentan las aportaciones de la tesis, los trabajos futuros y las publicacionesrealizadas durante el desarrollo de la tesis. En el anexo A se encuentra ladocumentación de la API, en el B el código utilizado para el desarrollo de lasaplicaciones de prueba, en el C los dispositivos que cumplen con el perfil MIDP2.0 y el anexo D describe el plan de pruebas basado en el IEEE std 829. 11
  23. 23. CAPÍTULO 2 MARCO TEÓRICO
  24. 24. En este capítulo se presenta la teoría relacionada con este trabajo de tesis.Se inicia describiendo los conceptos relacionados con la programación, secontinúa con comunicación móvil y SMS, posteriormente se describen los LBSy para terminar se menciona el protocolo utilizado para la comunicación condispositivos GPS.
  25. 25. Marco Teórico2.1 Elementos de Programación2.1.1 APIAPI (Application Programming Interface) Interfaz de Programación deAplicaciones, es un conjunto de especificaciones de comunicación entrecomponentes de software. Representa un método para conseguir abstracción enla programación, generalmente (aunque no necesariamente) entre los niveles ocapas inferiores y los superiores del software. Uno de los principales propósitos deuna API consiste en proporcionar un conjunto de funciones de uso general, porejemplo, para dibujar ventanas o iconos en la pantalla. De esta forma, losprogramadores se benefician de las ventajas de la API haciendo uso de sufuncionalidad, evitándose el trabajo de programar todo desde el principio. Las APIsasimismo son abstractas: el software que proporciona una cierta APIgeneralmente es llamado la implementación de esa API. [apiwiki06]Otra definición dice que una API es el método específico prescrito por un sistemaoperativo o por cualquier otra aplicación mediante el cual un programador queescribe una aplicación puede hacer solicitudes al sistema operativo o a otraaplicación. [gamar06]2.1.2 J2MEJ2ME. Java 2 Micro Edition es la versión java orientada al desarrollo deaplicaciones para dispositivos con capacidades restringidas tanto en pantallagráfica, como en procesamiento y memoria (teléfonos celulares, PDAs, etc). Tienecomponentes básicos que la diferencian de las otras versiones, como el uso deuna máquina virtual denominada KVM (Kilo Virtual Machine, debido a que requieresólo unos pocos Kilobytes de memoria para funcionar) en lugar de la JVM clásica,inclusión de un pequeño y rápido recolector de basura.[jst07]La Figura 2.1 representa toda la tecnología Java. Sobre la máquina virtual vienenlas APIs. J2ME está construido en una arquitectura de dos niveles:configuraciones y perfiles.Las configuraciones definen la plataforma mínima para un grupo de dispositivoscon requerimientos similares de memoria y poder de procesamiento. Lasconfiguraciones proveen las librerías mínimas que todo desarrollador estáesperando encontrar disponible en todos los dispositivos de esta categoría. Losperfiles descansan encima de las configuraciones y su propósito es proveer mayorfuncionalidad, APIs especializadas para una familia de dispositivos enparticular.[Caic04] 15
  26. 26. Marco Teórico Figura 2.1 Plataforma Java 2Existen dos configuraciones, CDC (Connected Device Configuration,Configuración para dispositivos conectados) y CLDC (Connected Limited DeviceConfiguration, Configuración para dispositivos de conexión limitada). Sobre loscuales descansan los siguientes perfiles:Foundation Profile: Este perfil define una serie de APIs sobre la CDC orientadasa dispositivos que carecen de interfaz gráfica como, por ejemplo, decodificadoresde televisión digital.[Galvez03]Personal Profile. Diseñado para extender la funcionalidad definida por laespecificación CDC. Personal Profile incluye APIs para soporte de dispositivos coninterfaces gráficas de usuarios basadas en AWT (Abstract Window Toolkit). Elobjetivo es el de dotar a la configuración CDC de una interfaz gráfica completa,con capacidades Web y soporte de applets Java. Este perfil requiere unaimplementación del Foundation Profile.[Galvez03]MIDP. Mobile Information Device Profiles. Diseñado para extender la funcionalidaddefinida por la especificación CLDC. MIDP define APIs que incluyen: soporte parainterfaz de usuarios, soporte para trabajo en red, soporte para almacenamientopersistente.[Caic04] Un MIDlet es una aplicación java realizada con el perfil MIDPsobre la configuración CLDC.El AMS (Application Management System, Sistema gestor de aplicaciones) es elsoftware encargado de gestionar los MIDlets. Este software reside en el dispositivoy es el que permite ejecutar, pausar o destruir las aplicaciones J2ME.[Galvez03] 16
  27. 27. Marco Teórico2.2 Comunicaciones móviles2.2.1 Tecnología GSMGSM (Global System for Mobile Communications) Sistema Global para lasComunicaciones Móviles, formalmente conocida como "Group Special Mobile"(Grupo Especial Móvil) es un estándar mundial para teléfonos móviles digitales. Elestándar fue creado por la CEPT (Conferencia Europea de Administraciones deCorreos y Telecomunicaciones) y posteriormente desarrollado por ETSI (Institutode Estándares de Telecomunicación) como un estándar para los teléfonos móvileseuropeos, con la intención de desarrollar una normativa que fuera adoptadamundialmente. [wikiGSM]La Figura 2.2 muestra la arquitectura de la red GSM Figura 2.2 Arquitectura GSM [Roldan05]A continuación se describen cada uno de los elementos [Roldan05], [arqGSM06]1.- MS (Mobile Station) Estación Móvil: Consta a su vez de dos elementos básicos,por un lado el equipo móvil y por otro lado el SIM (Subscriber Identity Module). ElSIM es una pequeña tarjeta inteligente que sirve para identificar las característicasdel equipo móvil. Esta tarjeta se inserta en el interior del móvil y permite al usuarioacceder a todos los servicios que haya disponibles por su operador, sin la tarjetaSIM el dispositivo móvil no sirve de nada por que no puede hacer uso de la red. 2.- BSS (Base Station Subsystem) Sistema de Estación Base: Sirve para conectara las estaciones móviles con los NSS (Network and Switching Subsystem),además de ser los encargados de la transmisión y recepción. Consta de doselementos diferenciados: BTS (Base Transceiver Station) Transceptores de Estación Base: dan cobertura de radio a una o varias células e incorporan los equipos transmisores y receptores que interactúan con los equipos móviles. 17
  28. 28. Marco Teórico BSC (Base Station Controller) Controladores de Estación Base. Constituyen la interfaz de las estaciones base con el sistema de conmutación, a través del cual se conecta la red móvil con las otras redes.3. NSS (Network and Switching Subsystem) Subsistema de Conmutación y Red:Este sistema se encarga de administrar las comunicaciones que se realizan entrelos diferentes usuarios de la red; para poder hacer este trabajo la NSS se divideen sistemas diferentes, cada uno con una misión dentro de la red: MSC (Mobile Services Switching Center) Central de conmutación de móviles: Es el componente central del NSS y se encarga de realizar las labores de conmutación dentro de la red, así como de proporcionar conexión con otras redes. GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center) Gateway central de conmutación de móviles: Un gateway es un dispositivo traductor (puede ser software o hardware) que se encarga de interconectar dos redes haciendo que los protocolos de comunicaciones que existen entre ambas redes se entiendan. La misión del GMSC es esta misma, servir de mediador entre las redes de telefonía fijas y la red GSM. HLR (Home Location Registrer) Registro de abonados locales: El HLR es una base de datos que contiene información sobre los usuarios conectados a un determinado MSC. Entre la información que almacena el HLR tenemos fundamentalmente la localización del usuario y los servicios a los que tiene acceso. El HRL funciona en unión con el VLR (Visitor Location Register). VLR (Visitor Location Register) Registro de abonados visitantes: contiene toda la información sobre un usuario, necesaria para que dicho usuario acceda a los servicios de red. Forma parte del HLR con quien comparte funcionalidad.4. OSS (Operation and Support Subsystem) Subsistemas de soporte y Operación:Se conectan a diferentes NSS y BSC para controlar y monitorizar toda la red GSM.Esta formada por: AuC (Authentication Center) Centro de autentificación: Proporciona los parámetros necesarios para la autentificación de usuarios dentro de la red; también se encarga de soportar funciones de encriptación. EIR (Equipment Identy Registrer) Registro de Identidad del equipo: También se utiliza para proporcionar seguridad en las redes GSM pero a nivel de equipos válidos. La EIR contiene una base de datos con todos los terminales que son válidos para ser usados en la red. Esta base de datos contiene los IMEI (International Mobile Equipment Identy) de cada terminal, de manera que si un determinado móvil trata de hacer uso de la red y su IMEI no se encuentra localizado en la base de datos del EIR no puede hacer uso de la red. OMC (Operation and Maintenance Center) Centro de operación y mantenimiento: proporciona los medios necesarios para poder llevar a cabo 18
  29. 29. Marco Teórico una gestión eficiente de la red, tanto de la parte de conmutación como la de radio.2.2.2 SMSSMS (Short Message Service) Servicio de Mensajes cortos, es la transmisión demensajes de texto desde y hacia un teléfono móvil, fax, y/o dirección de IP. Elcuerpo del mensaje es de 140 bytes que equivalen a 160 caracteres.Permite transferir un mensaje de texto entre una estación móvil y un SME (ShortMessage Entity) que puede ser otra estación móvil o un nodo dentro de una red através de un SMSC (Short Message Service Center) Centro de servicio demensajería corta.Una vez que el mensaje se envía, este es recibido por un SMSC que debe dirigirloal dispositivo móvil apropiado. Para hacer esto, el SMSC envía una petición deSMS al HLR para encontrar al cliente. Una vez que el HLR recibe la petición,responderá al SMSC con el estado del subscriptor: 1) inactivo o activo 2). Si larespuesta es inactivo, entonces el SMSC guardará el mensaje por un período detiempo. Cuando el subscriptor accede a su dispositivo, el HLR envía unaNotificación SMS al SMSC, y el SMSC intentará la entrega. El SMSC recibecomprobación que el mensaje se recibió por el usuario final, entonces marca elmensaje como enviado y no intentará enviarlo de nuevo. [actExp06]El servio SMS se divide en dos servicios básicos: [gpp06]1. SM MT (Short Message Mobile Terminated Point-to-Point). Servicio de entregade un mensaje desde el SMSC hasta una MS, obteniéndose un informe sobre loocurrido.2. SM MO (Short Message Mobile Originated Point-to-Point). Servicio de envío deun mensaje desde una MS hasta un SMSC, obteniéndose un informe sobre loocurrido.La arquitectura básica para el servicio SMS se muestra en la Figura 2.3Las entidades involucradas son las siguientes:MS: Estación móvil. Dispositivo móvil.MSC: Centro de conmutación.SMS-GMSC: Gateway MSC para el servicio de mensajes cortos (Servicio SM MT).SMS-IWMSC: MSC de interconexión entre PLMN y el SC (Servicio SM MO). 19
  30. 30. Marco Teórico SMS-GMSC SMS-IWMSC MSC MS HLR VLR Figura 2.3 Estructura básica de la red para la transferencia de SMSPara la descripción detallada de la arquitectura, se utiliza un modelo de capas, enel que cada capa o nivel proporciona un servicio a la capa superior, y este serviciose implementa mediante el protocolo correspondiente. La arquitectura se divide en4 capas. Ver Figura 2.4 1. SM-AL (Short Message Application Layer): Nivel de aplicación. 2. SM-TL (Short Message Transfer Layer): Nivel de transferencia. Servicio de transferencia de un mensaje corto entre una MS y un SC (en ambos sentidos) y obtención de los correspondientes informes sobre el resultado de la transmisión. Este servicio hace abstracción de los detalles internos de la red, permitiendo que el nivel de aplicación pueda intercambiar mensajes. 3. SM-RL (Short Message Relay Layer): Nivel de repetición. Proporciona un servicio al nivel de transferencia que le permite enviar TPDU (Transfer Protocol Data Units) a su entidad gemela. 4. SM-LL (Short Message Lower Layers): Niveles inferiores. SME SMS-GMSC MSC MS SMS-IWMSC SM-AL SM-TL SM-RL SM-LL Figura 2.4 Niveles y servicios para el envío de mensajes cortos. 20
  31. 31. Marco TeóricoEl nivel de interés de esta tesis es el SM-TL, que es el que se usa para enviar yrecibir SMS.Nivel SM-TLSe utilizan 6 PDUs (Protocol Data Units, Protocolo de unidad de datos). VerFigura 2.5.SMS-DELIVER: Transmitir un mensaje desde el SC al MSSMS-DELIVER-REPORT: Error en la entrega (si lo ha habido)SMS-SUBMIT: Trasmitir un mensaje corto desde el MS al SCSMS-SUBMIT-REPORT: Error en la transmisión (Si lo ha habido)SMS-STATUS-REPORT: Transmitir un informe de estado desde el SC al MSSMS-COMMAND: Transmitir un comando desde el MS al SC SMS-SUBMIT MS SMS-DELIVER MS SMS-SUBMIT-REPORT SMS-DELIVER-REPORT SMS-COMMAND MS SMS-STATUSR-REPORT Figura 2.5 PDUs utilizados en la capa SM-TLSMS-SUBMITLa estructura de la PDU SMS-SUBMIT se muestra en la Figura 2.6 Figura 2.6 Trama SMS-SUBMIT Figura 2.7 Detalle del campo SCA 21
  32. 32. Marco Teórico. Los campos que la componen son los siguientes: SCA: Número de teléfono del Centro de Servicio (SC). La estructura detallada se muestra en la Figura 2.7. Consta de los siguientes campos: • Longitud: Número de dígitos del teléfono del SC. • Tipo de número: Indica si se trata de un número nacional o internacional: o 81h: Nacional o 91h: Internacional • Dígitos BCD: Número de teléfono del SC, en dígitos BCD PDU-TYPE: Contiene información sobre el tipo de PDU • RP: Existe camino de respuesta. RP=0 en tramas de tipo SMS-SUBMIT • UDHI: Indica si el campo UD contiene sólo el mensaje corto (UDHI=0) o si existe una cabecera antes del mensaje corto (UDHI=1) • SRR: Informe de estado no solicitado (SRR=0) o sí solicitado (SRR=1) • VPF: Indica si el campo VP está o no presente • RD: Rechazar o no duplicados • MTI: Tipo de mensaje. Ver Tabla 2.1 Tabla 2.1 Descripción de valores de MTI Bit 1 Bit 0 Descripción 0 0 SMS-DELIVER 0 0 SMS-DELIVER-REPORT 0 1 SMS-SUBMIT 0 1 SMS-SUBMIT-REPORT 1 0 SMS-STATUS_REPORT 1 0 SMS-COMMAND 1 1 Reservado MR: Parámetro para identificar el mensaje DA: Dirección del SME destino (número de teléfono) PID: Identificación del protocolo de la capa superior DCS: Identificación del tipo de codificación dentro de los datos de usuario VP: Periodo de validez del mensaje UDL: Longitud del campo UD UD: Datos de usuarioSMS-DELIVEREsta trama, transmitida desde el SC hasta el MS, tiene una estructura similar aSMS-SUBMIT y se muestra en la Figura 2.8. 22
  33. 33. Marco Teórico Figura 2.8 Trama SMS-DELIVERLos nuevos campos que aparecen son los siguientes: OA: Dirección del SME que envía el mensaje SCTS: Marca de tiempo de cuando el centro de servicio recibió el mensaje.2.3. LBS. Servicios basados en localización2.3.1 DefiniciónLas NICTs (New Information and Communication Technologies, TecnologíasNuevas de Información y Telecomunicación), describe a los LBS como unaintersección entre: sistemas y dispositivos móviles de comunicación, Internet y GIS(Geographic Information Systems, Sistemas de información geográfica) con basede datos espaciales. [Neun06] Ver Figura 2.9 Figura 2.9 LBS como intersección de tecnologíasEn la Figura 2.9 se observa que existen algunas características en común entrelos LBS y los GIS, tales como el manejo de datos con referencia posicional yfunciones de análisis espacial, las cuales responden preguntas como: ¿Dóndeestoy…? ¿Qué está cerca de…? ¿Cómo puedo llegar a…?Sin embargo los LBS y los GIS tienen diferentes orígenes y grupos de usuarios.Los GIS han sido desarrollados durante varias décadas en base a aplicaciones dedatos geográficos profesionales, mientras que los LBS surgieron recientementepor la evolución de servicios móviles públicos. En lo que se refiere a grupos de 23
  34. 34. Marco Teóricousuarios, los GIS pueden ser vistos como un sistema profesional y tradicional,destinado a usuarios con amplia experiencia en sistemas geográficos, además deque consumen extensos recursos de cómputo.En contraste los LBS se desarrollan como servicios limitados para un gran númerode usuarios no profesionales. La aplicaciones LBS operan con las restricciones delambiente de cómputo móvil como baja potencia computacional, pantallaspequeñas, o limitaciones debidas al alto consumo de batería.2.3.2 ComponentesLos elementos necesarios para el funcionamiento de los LBS se muestran en laFigura 2.10 [Magon06] Figura 2.10 Componentes básicos LBSPosicionamiento o localización. Se refiere a la forma de determinar la posicióndel dispositivo móvil. Existen distintas tecnologías de posicionamiento entre lasque destacan las basadas en red y las basadas en dispositivos,Datos geográficos. Se refiere al GIS que funciona como una base de datos coninformación geográfica (datos alfanuméricos) que se encuentra asociada por unidentificador común a los objetos gráficos de un mapa digital. De esta forma,señalando un objeto se conocen sus atributos e, inversamente, preguntando porun registro de la base de datos se puede saber su localización en la cartografía.Red de comunicaciones. Se refiere al medio de transporte de datos. Lainformación de ubicación puede enviarse por medio de SMS o de datos utilizandoGPRSCentro de control. Es el administrador de los datos, recibe la información deubicación, accede al GIS para poder satisfacer los requerimientos del usuario yenvía la respuesta. 24
  35. 35. Marco Teórico2.3.3 FuncionamientoSe describe el proceso en los siguientes pasos: (Ver Figura 2.11) [Neun06] 1. Obtener la posición del dispositivo móvil y enviar la solicitud, la cual contiene el objetivo de la búsqueda para una posición a través de la red de comunicaciones a un determinado gateway. 2. El gateway tiene la tarea de intercambiar mensajes entre la red de comunicación e Internet. Encamina la solicitud a un servidor específico. El gateway también guardará información acerca del dispositivo que ha solicitado la información. 3. El servidor de aplicaciones lee la solicitud y activa el servicio apropiado. 4. El servicio analiza nuevamente el mensaje y decide que información adicional necesita, además del criterio de búsqueda y posición de usuario. 5. El servicio encontrará la información necesaria que satisfaga la solicitud. 6. Teniendo toda la información necesaria, el servicio hará una consulta de ruteo, para obtener la respuesta a la solicitud. Una vez obtenida la respuesta, ésta se envía al usuario.Los resultados se pueden presentar al usuario ya sea como una lista de texto, oun dibujo en un mapa. Posicionamiento Servidor GPS Internet BD Envío de SMS Red de comunicaciones Dispositivos móviles Figura 2.11 Funcionamiento LBS 25
  36. 36. Marco Teórico2.3.4 ClasificaciónLos LBS se pueden clasificar según las necesidades que satisfacen.En la Tabla 2.2 se resumen las necesidades que satisfacen los LBS. [Neun06] Tabla 2.2 Necesidades de los usuarios móviles. Acción Preguntas Operaciones ¿Dónde estoy? Posicionamiento, Orientación y localización. ¿Dónde está…? geocodificación. Navegación a través de Posicionamiento, ¿Cómo puedo llegar a? espacio, trazado de ruta. geocodificación, ruteo. Posicionamiento, Búsqueda de personas y ¿Qué hay cerca o de geocodificación, cálculo de objetos. interesante…? distancia y área, búsqueda de relaciones. Identificación y Directorio, selección, reconocimiento de personas ¿Qué es? búsqueda temática o u objetos. espacial. Verificación de eventos, Posicionamiento, cálculo de ¿Qué ocurre aquí, allá, determinación del estado de área, geocodificación, etc.? objetos. búsqueda de relaciones.En la Figura 2.12 se muestra la clasificación de los LBS según las necesidadesque satisfacen. Figura 2.12 Clasificación de los LBS 26
  37. 37. Marco Teórico2.4. Técnicas de posicionamientoExisten diferentes tecnologías para obtener la ubicación del dispositivo móvil. Lascuales se clasifican como se muestra en la Figura 2.13.[Neun06],[Barbolla03],[Venturin03],[Gens06],[esri07] Técnicas de posicionamiento Basada en redes Basada en redes móviles y satélites inalámbricas Basadas en red Bluetooth Basadas en el Wi Fi dispositivo móvil Infrarrojos Banda Ultra-ancha Figura 2.13 Clasificación de las técnicas globales de posicionamientoSe mencionarán las técnicas de la rama resaltada; es decir las técnicas basadasen redes móviles y satelitales, se tienen entonces las tecnologías basadas en redy las tecnologías basadas en dispositivos móviles y las combinaciones queresultan de éstas.Los principios básicos para el cálculo de la posición del dispositivo móvil son: Las BS (Base Station) estaciones base que tienen una posición conocida. La información de una señal que es transformada en distancia. El cálculo de posición, usando las distancias obtenidas de las BS. 27
  38. 38. Marco Teórico2.4.1 Técnicas basadas en red • COO- Cell ID Cell of OriginCélula de origen. Es la forma básica de localización, consiste en encontrar lacélula en la que el dispositivo está siendo usado. Por su escasa precisión sepuede utilizar como respaldo para otras implementaciones. Ver Figura 2.14.La técnica se puede perfeccionar teniendo en cuenta el parámetro de avancetemporal, convirtiéndose en una de las técnicas CGI perfeccionadas E-Cell-ID(Enhaced Cell- Identity) Identificador de Célula Mejorado. Figura 2.14 Técnica de localización Cell of Origin - Cell ID • AOA Angle of ArrivalÁngulo de llegada. Este método utiliza antenas multiarray situadas en la estaciónbase para determinar el ángulo de la señal incidente. Si un dispositivo quetransmite una señal está en la Línea de Vista Directa (LOS, Line Of Sight), laantena multiarray puede determinar de qué dirección viene la señal. Para conocerla posición del dispositivo es necesaria al menos una segunda estimaciónprocedente de otra estación base con la misma tecnología que la primera. Lasegunda estación base localizará al dispositivo y comparará sus datos con los dela primera estación para después calcular la posición del usuario mediantetrigonometría. Ver Figura 2.15 Figura 2.15 Técnica de localización Angle of Arrival 28
  39. 39. Marco Teórico • TOA Time Of ArrivalTiempo de llegada. Esta técnica se basa en la medición del tiempo de llegada deuna señal transmitida por un dispositivo móvil a diferentes estaciones base. Paraefectuar el cálculo una posibilidad es medir el tiempo de ida y vuelta de la señal.De esta manera la distancia recorrida por la señal se calcula como producto deltiempo empleado en llegar a la BTS (Base Transceiver Station, Estación base detransmisión-receptores) y la velocidad de la luz. Ver Figura 2.16 Figura 2.16 Técnica de Localización Time of Arrival • TDOA Time Difference Of ArrivalDiferencia en el tiempo de llegada. TDOA emplea la diferencia entre los tiemposde llegada de la señal procedente del dispositivo móvil a distintos pares deestaciones base para calcular la posición. Puesto que la curva cuyos puntossatisfacen la condición de que su distancia a dos referencias (en este caso un parde estaciones base) sea una constante es una hipérbola, si se calcula estacorrelación para varios pares de estaciones base, la intersección de las hipérbolasresultantes muestra el punto donde se encuentra el dispositivo móvil. Figura 2.17 Figura 2.17 Técnica de localización Time Difference Of Arrival • Multipath FingerprintHuella multiruta. Esta técnica aprovecha una de las perturbaciones más molestasa la hora de localizar un dispositivo móvil: las señales multitrayecto. Una señal, yasea ascendente o descendente, puede sufrir reflexiones en el transcurso de surecorrido, causando lo que se denomina interferencia multitrayecto. La señaldestino se recibe varias veces debido a los retardos dependientes de la diferenciade caminos. 29
  40. 40. Marco TeóricoLa huella multitrayecto es una técnica que caracteriza las señales que llegandesde diferentes localizaciones. Para ello, el operador debe enviar unidades deprueba a distintos lugares con el fin de que las estaciones base graben las huellasmultitrayecto y creen una base de datos para efectuar comparaciones. Porejemplo, si se levanta un nuevo edificio la huella multitrayecto variará y tendrá queser regrabada. Ver Figura 2.18 Figura 2.18 Técnica de localización Multipath Fingerprint2.4.2 Técnicas basadas en la modificación del dispositivo móvil • Time of Arrival modificadoEl concepto que sostiene esta técnica es el mismo que el del método TOA, con lasalvedad de que en este caso el dispositivo es capaz de marcar el instante exactode la señal saliente mediante marcas temporales (time stamps). De esta manera,repitiendo las medidas para un mínimo de tres estaciones base es posible localizarel móvil. La desventaja de este método y lo que lo hace realmente complejo ycaro, es que requiere que las estaciones base y el dispositivo móvil tengan relojesprecisos y sincronizados. • Enhanced Observed Time Difference, E-OTDDiferencia de tiempo de llegada perfeccionada. La posición del dispositivo móvil seobtiene mediante triangulación a partir de: • Las coordenadas de las BTSs, • El tiempo de llegada de las ráfagas de cada BTS, • Las diferencias de tiempo entre las BTSs. • Advanced Forward Link Trilateration A-FLTTrilateración avanzada de enlace hacia delante. La técnica A-FTL es exclusivapara redes CDMA, pues éstas son síncronas en operación. El método es muysimilar al TDOA: consiste en efectuar la medida del retardo de fase entre señalesenviadas a un par de estaciones base, y compararla con la medida de otro par.Los datos procedentes de tres estaciones base permiten localizar un dispositivo 30

Los servicios basados en localización (LBS por sus siglas en inglés), son un conjunto de tecnologías que tienen como objetivo obtener la ubicación de un dispositivo móvil y a partir de esta, ofrecer servicios. Los elementos que lo hacen posible son el uso de tecnologías de posicionamiento, un sistema de información geográfica, un medio de comunicación, un centro de control y una forma de representar los datos. Entre las aplicaciones basadas en localización que existen en la actualidad están las aplicaciones para búsqueda de servicio, búsqueda de personas, publicidad móvil, información turística, seguimiento de vehículos, información de tráfico, y servicios de emergencia. La mayoría de estas utilizan Internet como medio de transporte. Aún cuando los sistemas de localización de dispositivos móviles han existido desde hace tiempo, éstos no habían sido muy utilizados debido a los altos costos de su implementación, así como lo limitado de explotar la información obtenida de ellos. El uso de tecnologías de localización satelital como es el Sistema de Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés), facilita la obtención de la ubicación del dispositivo móvil, por otro lado el avance en los sistemas de información geográfica permite ofrecer información ilimitada a partir de la ubicación del dispositivo móvil. El presente trabajo tiene como objetivo proporcionar una herramienta que permita el desarrollo de aplicaciones LBS para dispositivos móviles utilizando GPS como técnica de posicionamiento y el Servicio Mensajería Corta (SMS por sus siglas en inglés) como medio de transporte.

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