Оценка эффективности навигации по вышкам сотовой связи при угоне автомобиля

В настоящее время для противодействия кражи автомобиля используется два основных подхода:

1. Блокировка движения автомобиля при угоне. В данный пункт входят различные электронные и механические блокировки.

2. Поиск уже угнанного автомобиля при помощи GPS маяков.

Каждый подход имеет свои положительные и отрицательных стороны: первый, как правило дороже, и сильно зависит от профессионализма монтажа сигнализации, но способен предотвратить угон. Второй способ для собственников автомобиля выступает в роли последней надежды, но при этом, для различных курьерский и лизинговых компаний, маяки являются приоритетными, т.к. блокировки двигателя можно отключить, имея продолжительный доступ к автомобилю, а маяки являются автономными устройствами, не привязаны к электро-цепям или элементам автомобиля, что существенно усложняет их поиск и обнаружение, особенно когда в автомобиле запрятаны несколько таких устройств.

В статье будет рассмотрен второй подход. Мы не преследуем цель сделать рекламу или антирекламу какой-либо фирмы, поэтому не будет указывать производителей устройств. Так же не ставим целью предоставить статистически обоснованные выводы. Основная задача предоставить читателю грубую оценку точности навигации по базовым станциям сотовых операторов (LBS) в двух ситуациях: при типичном нахождении машины и в местах потенциальных для так называемых «отстойниками». Вторая задача - понять заинтересованность в данной теме, так как мы (сотрудники компании “SID Logic”) видим перспективные пути повышения точности навигации по LBS.

Помимо поисковых маяков, в статье приведены результаты замеров LBS координат мобильного телефона на Android, использующего сервисы Google, Megafon.

Причиной рассмотрения LBS навигации стало то, что во многих случаях автомобиль может не иметь доступ к приему GNSS сигнала временно или постоянно (маяк спрятан в недоступном для GNSS сигнала месте, объект может располагаться в гараже, на многоэтажной парковке) или сигнал может быть заглушен специально, более того GNSS сигнал может подменяться (стоимость оборудования от 1000$)[1], это актуально после угона. Сигналы сотовой связи не так просто заглушить из-за их мощности, наличия нескольких диапазонов частот , частого активного мониторинга сети, службами сотовых операторов [2]. А также значительно сложнее подменить, так как данные зашифрованы.

На момент написания статьи территория РФ покрыта базовыми станциями очень густо. К этому времени появилось много устройств сотовой связи со встроенными GNSS приемниками. Из-за постоянно включенных сервисов Google, Yandex начали появляться карты расположения вышек. Помимо данных сервисов начали появляться сервисы от операторов сотовой связи и открытые базы данных расположения вышек.

Основное применение данная технология нашла в смартфонах, когда нужно быстро (до того, как GPS найдет спутники), с плохой точностью найти примерную позицию для различных геозависимых сервисов, при этом не сильно загружая серверы, так как сервисами пользуется большое количество пользователей, координаты определяются с небольшой задержкой и несколько раз за минуту. Поэтому при расчете не используется мощность и другие параметры базовых станция кроме идентификационных.

Позже данная технология применилась в поисковых маяках - устройств основной функционал которых: быть спрятанным в недрах автомобиля (где редко пробивает GNSS сигнал), быть отключенным большую часть времени и, лишь изредка (1-2 раза в день) “просыпаться” для расчета координат и отправки хозяину.

Для маяков необходимо получать максимально возможную точность координат, при этом время расчета может превышать среднее значение времени поиск спутников системы GNSS. По нашему мнению, сервисы предоставления координат ориентированы на использовании в смартфонах. Производителям маяков необходимо разработать свои алгоритмы поиска.

В данной статье мы рассмотрим 3 устройства разных производителей: 2 сигнализации и 1 маяк, так как считаем, что сервисы навигации у каждого производителя работают одинаково на маяках и сигнализациях. Для смартфонов мы рассмотрим сервисы Google, Мегафон (сервис радар).

Записывать координаты будем в центре города (6 позиций), и на окраине города (6 позиций). Порядок замера следующий: в пути, за несколько километров до места замера, включаем глушения GPS, у телефона выключаем навигацию по wi-fi. По приезду на место ждем 5 минут, затем обновляем/запрашиваем координаты, если присылает старые значения, то делаем еще запросы через 5 минут в течении 20 минут. Для смартфона сначала делаем запросы координат по сетям 2G, 3G, 4G, затем по wi-fi, и после находим действительно положение по GPS (отключая глушение GPS).

Ниже приведена общая карта позиций для замеров, для некоторых сделаны фотографии местности. Красными отмечены места, которые по нашему мнению, могут использоваться после угона; зелеными - там где обычно припаркованы автомобиль (хотя, не исключено, что после угона автомобиль не будет расположен в соседнем квартале).

Далее приведем на карте найденные координаты и круги погрешностей (там, где они выдаются) для каждой позиции, а так же табличные значения. GSM маяки будут помечены буквами :

Метка системы А, которая возвращает только координаты

Метка системы Б, которая возвращает только координаты

Метка системы Б, которая возвращает координаты и радиус погрешностей

Действительная координата отмечается меткой надписью "ref" с окружностью радиусом 167 метров, другие системы согласно надписям.
Каждая позиция будет приведена в 2 масштабах: для понимания радиуса погрешности и для сравнения найденных координат.

Сначала приведем 6 позиций в центре города

Остальные 5 позиций в спойлере.

Далее 6 позиций на краю города

Далее еще 5 позиций в спойлере.

В большинстве источников критерием сравнения точности навигации выступает радиус круга вероятного нахождения. Но мы будем использовать для сравнения площадь круга, так как именно от площади зависит время поиска пропавшего автомобиля. Так же можно определить допустимую площадь, такую при которой за время работы от половины заряда батарей маяка в режиме поиска можно найти машину. Мы не производили замеры времени работы маяка в режиме прослушивания, но производители заявляют [3][4], что на несколько часов хватает. Примем под словом «несколько» значение 9. Если кому-нибудь интересны более точные значения- пишите в комментариях, тогда сделаем замеры. Теперь определимся со скоростью поиска: фактически автомобиль может быть, как на открытых пространствах: «на АЗС, на парковках возле гипермаркетов»[5], так и на частной, не доступной к просмотру территории[6], но мы остановимся на средней ситуации, когда автомобиль оставляют в гаражном кооперативе, так как на такой вариант чаще ссылаются в тестах GSM маяков[7][8]. Если время проверки 1 гаража примем 5 секунд, а площадь гаража и половины прилегающей дороги 27 м², то площадь на которой возможно найти автомобиль составит: 8,7480 гектар (радиус круга 166,9 м).

Площадь круга образованного фактической ошибкой меньше этого значения будет считать точным результатом. При большей площади к поиску можно привлечь большее количество людей, поэтому превышение до 5 раз будем считать приемлемым результатом, а все остальные плохим.

В таблице представлено количество замеров координат с различным результатом:

По таблице видно, что в городе по результатам LBS навигации охранных систем в 56% случаев можно найти, но за городом только в 17%. Хотя у Google навигации эти значения 78% и 33% соответственно.

Точность маяков значительно уступает точности навигации Google. Думаю, можно объяснить это тем, что маяки преимущественно используют 2G модемы, где отсутствует регулярного обновления карт расположения вышек, так как современные источники (смартфоны с включенными Google, Yandex сервисами) работают уже давно на 4G. А также из-за большего покрытия территории одной вышкой и меньшего спроса на 2G, фактически у 2G вышек меньшая плотностью распределения. Возможно по этой причине поисковым маякам стоит активнее переходить на 4G. Так как большая неопределенность координат не дает практической ценности в задаче поиска искомого объекта. Так же стоит отметить, что пользователи, как правило видят в телефонах навигацию по сетям wi-fi, точность которой намного выше, что дает ложные надежды на точность навигации в GSM маяках.

[1]https://habr.com/ru/company/neuronspace/blog/254877/

[2]https://habr.com/ru/company/beeline/blog/172871/

[3]https://1zr.ru/files/uploads/documents/instructions/gsmmayak/AvtoFon44_45_manual.pdf

[4]https://store.starline.ru/upload/iblock/c93/StarLine_M17.pdf

[5] https://vk.com/topic-67837299_30339969

[6] https://www.1tv.ru/news/2019-12-21/377800-v_leningradskoy_oblasti_obnaruzhen_podzemnyy_bunker_s_ugnannymi_avtomobilyami

[7] https://www.youtube.com/watch?v=WWeU5Ajfh64

[8] https://www.ugona.net/article/testirovanie-poiskovykh-maiakov-396.html