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实时追踪上百万个手机是种怎样的体验

来源:本站整理 作者:佚名 时间:2017-07-27 TAG: 我要投稿
2)基站x6
以前在电信局的时候,曾经用过制造商提供的用于测试的手机。想象一个老牌诺基亚,有嵌入的硬件和软件以供调试,其中就有可以显示连接细节的,不过这种手机不会卖给普通消费者。
有那种手机在手上,我们发现它会随时侦测且与四个基站同时保持连接。为什么是四个呢?因为这个地方只有四个!一个十年前350块钱的手机,可以同时“连接”6个基站。可能会包含稍微在范围外的基站,信号强到可以侦测到,但是又弱得不能用于实际使用。
我们喜欢从简单方面说明现在的情况:你的手机是科技的奇迹,无论怎样它都会继续发展来保持通讯的继续,当你说话的时候,一个字会从一个塔到下一个塔再到另一个,它会尽可能频繁地切换。
总结一下这个段落:你的手机会不断地与多个基站通信,一个基站可以将你定位在一个圆里,而多个基站定位的圆重合的地方(也就是你所在位置)就会小很多。(很久之前的微信三点定位法也是这个原理)
3)角度
我们之前说基站会覆盖一个圆,不过这个还没有达到最佳标准。
一个常见基站会发射三个分裂成120°的独立电波。

一个经典的基站收发信台(注意是三角状的),每一面覆盖了120°

就像这样技术上的安装,正如精密天线制造商所推荐的。
这就让我们的定位精准到了120°以内,提高了精确度,多点定位所需的收发信台也减少到了两个。
这种方法需要天线和指向性信息,我们检查了收发信台数据库,发现信息都在那里,所以得到这些信息十分容易。精度需要在野外测试(某种程度上说电波的传播与建设工作并不是十分完美)。
4)RSSI:接收信号强度指示器
一个手机的最大发射功率是2瓦(6dB),一个手机接收器有着常见的0.000000001瓦灵敏度(1纳瓦或-90dB)空气会使信号衰减10亿倍,但是手机仍然会正常工作,很神奇!
在大学物理的理想世界里,用该方程可以模拟空气中的传播损耗:

但在现实世界中,这个公式并不能被应用,空气不是均匀的,而且各个地方都有障碍物。衰减随时会改变两个数量级,所以这个值并没有意义。
卡尔曼过滤器用得好,可以帮助过滤样本,但是对于一个质量不太好的结果,它会变得更复杂。
5)TA:时间提前
一个信道会被多个客户共享,每人都会分配一个非常短的时间,你可以去了解GSM框架的介绍来获取细节。
如果前一个位置与下一个重叠,时隙就无法使用(被另一个电话占用),有可能导致这种情况的原因可能是电话到基站的传播延迟。

在GSM中,每一位是3.69231µs,在那段时间里,无线电波可以传播1107米,这意味着如果目标在多个1107米开外,那么就会有多个bit延迟…我们可不想那样!
传播延迟可以由一个被称为时间提前的机制修正。时间提前量的作用就是为了补偿电波传输延迟,由于GSM采用了TDMA,每频载8个时隙,所以应严格保持时隙间的同步
如果是为了地理定位,时间提前量可以允许将一个手机定位在一个1107米的环面中,接下来我们将其放在伦敦的中心

这是一个基站给你提供的准确度(先不考虑角度)
让我们来看看两个基站协同运作是什么样的情况

它给出了两个可能的区域,需要第三个测量值来确定到底是哪一个(角度或时间提前量)
足够直观了,测量得越多,定位就越精确。
别忘了,你的手机可能会和六个基站通讯,它们可以协同运作来定位你。
有时它也不够准确,但是足够确定你在哪个街区了。
6)几何的思考
两个维度的相交在计算能力方面复杂度较高,一个小实习生可能不会理解;圆的相交是个小问题,已知的公式可以用来计算。先将公式简单地应用到一个圆,再推广到N个圆,然后过滤掉不在基站范围内的和不在确定角度内的点(在极坐标(球坐标)中角是很容易确定的)。所显示的点都是近似的,但是非常容易计算,但是记住!我们有数以百万计的人要追踪,而且只有一个实习生!
(我们检查了设计软件的是如何处理二维和三维交叉口(SolidWorks,CATIA,AutoCAD),可惜的是这是高等数学,需要大量的运算。所以至亲爱的数学家读者:如果你对复杂形状的交点有任何建议,请评论。)
7)总结
定位一个手机:
一个基站可以将其定位到为35km的圆内
时间提前量可以将其定位到1107米的环面内
角度分裂可以将范围再缩减三分之二(120°内)
因为有多个基站协同运作,精确度再次极大提高
8)时间
要记住一个位置总是指向到一个时间,一个手机总是存在于特定的时间,特定的地点。
手机总是需要永久连接,而且它们一直在实时适应环境,在收到电话(信息)时,手机会强制工作。
所以保守估计,手机每分钟都能被重新定位。
来做一个实验:
先把手机关掉,再向它发送一个短信,打开手机,这个手机会花多久来收到这个短信?

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