So bestimmen Sie den Standort von Mobilfunknetzen (Cell ID)


    Kartenteilnehmer OpenStreetMap
     
    Es gibt viele Möglichkeiten, Ihren Standort zu bestimmen, z. B. Satellitennavigation (GPS), Standort über WiFi-Netzwerke und Mobilfunknetze.
     
    In diesem Beitrag haben wir versucht zu überprüfen, wie gut die Technologie zur Standortbestimmung durch Mobilfunkmasten in der Stadt Minsk funktioniert (vorausgesetzt, es werden nur offene Datenbanken mit Koordinaten von GSM-Sendern verwendet).
     
    Das Funktionsprinzip besteht darin, dass ein Mobiltelefon (oder ein Mobilfunkmodul) weiß, welchen Basisstations-Transceiver es bedient, und dass Sie mit einer Datenbank von Koordinaten der Basisstations-Sender ungefähr Ihren Standort bestimmen können.

     

     
    Wie auf der Seite " Zellen-ID " angegebenEs gibt nicht so viele offene Datenbanken mit den Koordinaten von Mobilfunksendern. Dies sind beispielsweise OpenCellID.org mit 2.611.805 Sendern (davon 13042 in Weißrussland) und openbmap.org mit 695.294 Sendern.
     
    Unten sehen Sie einen Screenshot der ausgewählten Sender im westlichen Teil von Minsk. Wie Sie sehen können, ist die Anzahl der Basisstationen ungleich Null, was Optimismus und einen möglichen positiven Ausgang des Experiments hervorruft.
     

    Map Teilnehmer OpenStreetMap
     
    Nun ein wenig darüber, wie ein Sender OpenCellID versteht und wie die OpenCellID-Datenbank gefüllt ist. Diese Datenbank wird auf verschiedene Arten gefüllt. Am einfachsten ist es, eine Anwendung auf dem Smartphone zu installieren, die die Koordinaten des Telefons und der bedienenden Basisstation aufzeichnet und dann alle Messwerte an den Server sendet. Auf dem OpenCellID-Server wird der ungefähre Standort der Basisstation anhand einer großen Anzahl von Messungen berechnet (siehe folgende Abbildung). Somit werden die Koordinaten des drahtlosen Netzwerks automatisch berechnet und sind sehr ungefähr.
     

    Map Participants OpenStreetMap
     
    Nun wenden wir uns der Frage zu, wie diese Datenbank verwendet werden soll. Es gibt zwei Möglichkeiten: Verwenden Sie die Zellen-ID, um den von der Site bereitgestellten Übersetzungsdienst zu koordinierenOpenCellID.org oder führen Sie eine lokale Suche durch. In unserem Fall ist die lokale Methode vorzuziehen, weil Wir werden eine Strecke von 13 Kilometern zurücklegen, und die Arbeit im Internet wird langsam und ineffizient sein. Dementsprechend müssen wir die Datenbank auf einen Laptop herunterladen. Dies kann durch Herunterladen der Datei cell_towers.csv.gz von downloads.opencellid.org erfolgen .
     

     
    Die Datenbank ist eine unten beschriebene Tabelle im CSV-Format:
     

     
    Folgende Parameter interessieren uns:
    • - Ländercode;
    • - Betreibercode;
    • - Zonencode;
    • - Senderkennung;
    • - Länge des Senders;
    • - Breitengrad des Senders.

    Mit der Datenbank ist alles klar, jetzt können wir mit der Definition der Zellen-ID fortfahren.
     
    Alle Mobilfunkmodule unterstützen die folgenden Befehle: AT + CREG, AT + COPS (bedienende Basisstation), AT + CSQ (Signalstärke von der Basisstation). Mit einigen Modulen können Sie neben dem bedienenden Sender auch benachbarte Module ermitteln, z. Überwachen Sie Basisstationen mit AT ^ SMONC für Siemens und AT + CCINFO für Simcom-Befehle. Ich hatte das SIMCom SIM5215E Modul zur Verfügung.
     

     
    Dementsprechend haben wir den Befehl AT + CCINFO verwendet, dessen Format unten angegeben ist.
     

     

     
    Wir interessieren uns für folgende Optionen:
    • - Anzeige des bedienenden Senders;
    • - Anzeige eines benachbarten Senders;
    • - Ländercode;
    • - Betreibercode;
    • - Zonencode;
    • - Senderkennung;
    • - Empfangssignalleistung in dBm.

    Nachdem wir das Mobilfunkmodul mit dem Laptop verbunden haben, haben wir das folgende Protokoll erhalten:
     

     
    Überwachung funktioniert - Sie können loslegen.
     
    Die Route lag im westlichen Teil von Minsk auf der Straße. Matusevich, pr. Puschkin, st. Ponomarenko, st. Sharangovich St. Maxim Goretsky, st. Lobanka, st. Kuntsevschina, st. Matusevich.
     

    Kartenteilnehmer OpenStreetMap
     
    Logging wurde im Abstand von 1 Sekunde durchgeführt. Bei der Konvertierung von CellID in Koordinaten stellte sich heraus, dass 6498 Aufrufe der OpenCellID-Datenbank wirksam waren und 3351 Aufrufe keine Übereinstimmungen in der Datenbank fanden. Das heißt Die Trefferquote für Minsk liegt bei 66%.
     
    Die folgende Abbildung zeigt alle Sender, die sich im Protokoll und in der Datenbank befanden.
     

    Map Participants OpenStreetMap
     
    Das folgende Bild zeigt alleSender bedienen , die sich im Protokoll und in der Datenbank befanden. Das heißt Ein ähnliches Ergebnis kann mit jedem Mobilfunkmodul oder Telefon erzielt werden.
     

    Kartenteilnehmer OpenStreetMap
     
    Wie Sie sehen, wurden wir an einem Punkt von einem Sender bedient, der sich hinter einer Verkehrskreuzung an der Kreuzung der Ul. Pritytsky und MKAD. Höchstwahrscheinlich handelt es sich um eine Vorort-Basisstation, die Teilnehmer in einer Entfernung von mehreren Kilometern bedient, was zu erheblichen Fehlern bei der Ermittlung des Standorts anhand der Zellen-ID führt.
     
    Da unser SIMCom SIM5215E zu jedem Zeitpunkt nicht nur den bedienenden Sender, sondern auch dessen Nachbar- und Signalpegel anzeigt, werden wir versuchen, die Koordinaten des Geräts anhand aller zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbaren Daten zu berechnen.
     
    Wir berechnen die Koordinaten des Teilnehmers als gewichteten Durchschnitt der Koordinaten der Sender:
    Breite = Summe (w [n] * Breite [n]) / Summe (w [n])
    Länge = Summe (w [n] * Länge [n]) / Summe ( w [n])
     
    Wie aus der Theorie der Funkwellenausbreitung bekannt, ist die Dämpfung eines Funksignals im Vakuum proportional zum Quadrat der Entfernung vom Sender zum Empfänger. Das heißt Wenn es 10 Mal entfernt wird (zum Beispiel von 1 km auf 10 km), wird das Signal 100 Mal schwächer, d. h. verringert die Leistung um 20 dB. Dementsprechend ist das Gewicht für jeden Term definiert als:
    w [n] = 10 ^ (RSSI_in_dBm [n] / 20)
     
    Hier haben wir angenommen, dass die Leistung aller Sender gleich ist, diese Annahme ist falsch. Aufgrund des Mangels an Informationen über die Sendeleistung der Basisstation muss man jedoch bewusst grobe Annahmen treffen.
     
    Dadurch erhalten wir ein detaillierteres Bild der Standorte.
     

    Kartenteilnehmer OpenStreetMap
     
    Die Route erwies sich aus dem zuvor beschriebenen Grund mit Ausnahme der Emission zum Autobahnkreuz auf der Moskauer Ringstraße als gut eingezeichnet. Darüber hinaus wird im Laufe der Zeit die Koordinatendatenbank gefüllt, was auch die Genauigkeit und Verfügbarkeit der Cell ID-Ortungstechnologie verbessern dürfte.
     
    Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Fragen und Kommentare sind willkommen.

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