2015

1 Intro

1.1 motivation

• opensignal.com 、cellmapper.net  和 opencellid.org 都是提供天线（antenna）位置的网站
  • 他们提供的天线位置相当准确，但至少在大多数情况下不完全正确
  • 这个目标难以实现的原因是蜂窝网络供应商没有义务提供有关天线位置的数据，只有在少数特定国家才知道一些正确的蜂窝网络天线位置
  • 那么这些网站如何知道其余的天线在哪里呢？答案是众包（crowdsourcing）
    • 众包涉及使用大量人群来完成任务或解决问题
    • 将某事外包给一个未定义的人群。
    • 这样的人群通常彼此不认识，就像在线社区或一般公众一样。
    • 当众包过程启动时，发起者向目标人群提出请求。
      • App收集手机连接的天线、接收信号的强度和智能手机的位置等数据
      • 这种数据收集，也称为测量
• 这篇论文进行的研究是：我们如何基于众包数据估计蜂窝网络天线的位置？

1.2 OpencellID的方法

• OpenCellID 用来计算蜂窝网络天线位置的算法非常简单。
  • 基于为天线收集的测量数据，将天线的经纬度坐标设置为这些测量的经纬度的平均值
• 这不是一个好方法，因为天线以通常水平方向120度的披萨片形状广播信号。全向天线非常罕见
  • 这意味着 OpenCellID 中的大多数天线被估计位于披萨片形扇区的大约中间，而正确的位置应该是每次测量都在天线120度范围内的某个方向

1.3 了解天线位置的好处

• 最直接的应用是作为GPS的替代品
  • GPS 为接收到四个以上 GPS 卫星信号的设备提供不到 1 米的定位误差，但需要特殊的硬件技术，这既昂贵又耗能
  • 假设我们知道每个蜂窝网络天线的正确位置，以及每个天线正在向哪些移动设备广播。那么我们可以使用这些信息来定位和跟踪个别设备
  • GPS 的一种经济有效的替代方案
  • 特别是在 GPS 不可用的地方，通过蜂窝网络进行定位可以是一项宝贵的资产
• 对于个人用户来说，了解蜂窝网络天线位置可以帮助他们在居住地区找到最佳网络提供商
  • 如果用户担心无线电波的辐射，他可以根据追踪蜂窝网络天线位置收集到的无线电发射数据来选择居住区域
• 社会也可以从移动设备的蜂窝网络天线定位中受益
  • 通过收集连接到数十个移动设备的天线数据，例如在一天或一年中的特定时间，或在下雨或阳光明媚时，可以帮助发展基础设施或文化游览地点。
  • 例如，这样的数据可以证明在许多人经过的路径沿线建新路，或在夏天阳光明媚时许多人经过的地方建游乐园的决策是合理的

1.4 Preliminary

• 一个“小区”（cell）是由蜂窝网络天线（antenna）覆盖的地理区域​​。
  • 来自这个天线的信号有潜力到达小区内的每个移动设备
• 天线位于一个小区塔（cell tower）上，或更一般地说是一个基站（base station）
• 一个小区的覆盖区域为“小区扇区”（cell sector），小区扇区的角度为“小区扇区角度”（cell sector angle），小区扇区的边缘为“小区边缘”（cell edges）。这些组件，连同测量数据，构成了一个小区
  • 小区扇区角度在大多数情况下总是120°。一些蜂窝网络提供商也使用小区扇区角度更小的小区，例如60°。这在例如城市地区可能是有益的。
  • 通常，三个或更多小区共享一个小区塔以覆盖小区塔周围360°角度内的所有内容。
  • 小区塔将有几个指向不同方向的天线
• 为了避免断开连接并支持高需求，小区和小区塔理论上如下图组织
  • 将小区想象为一个六边形系统
  • 每个六边形至少由三个不同的小区塔覆盖
  • 小区塔或天线的强度可能覆盖超过自己的六边形
    • 这确保了对用户的有效重叠和蜂窝网络的持续连接
• 实际上，维护六边形系统是困难的
  • 小区塔需要放置在一定高度，且在试图覆盖特定区域时必须考虑建筑物、山脉或其他障碍物
  • 城市地区可能需要多个天线来覆盖有许多障碍物的小区域，而农村地区可能比理论上需要的少