Como o iPhone Sabe Onde Você Está

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Calcular a localização de um telefone usando apenas dados de satélites GPS pode demorar até vários minutos. O iPhone pode reduzir esse tempo para apenas alguns segundos usando o hotspot WiFi e dados de torres de celulares para localizar rapidamente os satélites GPS.

Veja como funciona este processo:

12,5 minutos para localizar

Receptores GPS levam 12,5 minutos desde seu início para obter um lock; outros locks na mesma região podem ainda levar alguns minutos. Se você desligar um receptor GPS por algumas semanas ou movê-lo por algumas centenas de quilômetros, um novo início pode ser exigido novamente.

O GPS depende de dois fatores para criar um conjunto de coordenadas precisas de onde você está: o tempo e o espaço. Os satélites GPS transmitem sinais precisos usando um “relógio atômico” embutido, juntamente com sua localização atual. Eles também transmitem a localização de todos os outros satélites no céu, chamado de almanaque.

A cada 30 segundos, um satélite GPS transmite um “carimbo” do tempo, a sua localização atual e algumas informações menos precisas para a localização de outros satélites GPS.

Ele leva 25 dessas transmissões (portanto, 12,5 minutos) para obter a lista completa dos locais de satélite. Esta informação tem de ser decodificada por um receptor, para em seguida, interpretar corretamente os sinais dos satélites que estão dentro do alcance.

Se você sabe a posição de quatro satélites e a hora em que cada um envia suas informações de posição, você, ou melhor, o seu receptor GPS, pode calcular em uma distância de 10 metros, a latitude, longitude e altitude da sua localização atual, juntamente com o exato tempo atual.

Com três satélites, você perde altitude, mas o dispositivo pode ainda acompanhar o movimento com bastante precisão. Receptores GPS “Standalone” podem pegar simultaneamente vários satélites, e acompanhar mais de quatro. Outras técnicas podem melhorar a precisão, também.

Dando uma assistência GPS

Assim, desenvolvedores de chips e mecanismos GPS vieram com uma série de maneiras para diminuir a espera, chamado de “Assisted GPS – Assistência GPS” (AGPS).

Em vez de depender de downloads ao vivo de dados de posição de satélites, as localizações futuras podem ser estimadas com precisão suficiente para descobrir posições brutas dos satélites, e obter uma precisa correção de qual ponto as informações atualizadas são recuperadas. Estas estimativas podem ser baixadas através de uma conexão de rede em segundos ou até mesmo calculadas no próprio dispositivo.

A hora atual também pode ser usada como pista. Com um tempo preciso atual, dados fragmentados de satélite podem ser decodificados para obter um rápido fechamento ou descobrir as informações adequadas para o uso.

Em redes CDMA, como a utilizada pela Verizon, tempos atômicos sincronizados GPS são necessários para operações básicas da rede, tornando-se uma simples questão de ter essa informação disponível. (Na verdade, torres de celular CDMA tem GPS embutido para melhor manter a sincronização de tempo atômico).

Você pode ver o seu dispositivo iOS obter uma correção local quando você abre mapas. Estes extras são o que torna o GPS em AGPS. Embora muitas pessoas não compreendam o AGPS e acham que é algum sistema de GPS do falso, não é o caso: o AGPS requer um receptor GPS para funcionar.

O iPhone 3G da Apple, e os modelos iPad 3G incluem AGPS, como fazem quase todos os dispositivos concorrentes com chips GPS, como os telefones com Android. (AGPS permite a utilização de circuitos muito mais barato e mais simples de GPS em celulares, reduzindo o custo e perda de bateria).

A Apple usa o AGPS para melhorar os bloqueios GPS nativos, e a rede WiFi local e torres de celulares são fatores adicionais no fornecimento de uma conexão rápida inicial, juntamente com a melhoria da precisão do GPS.

Operadoras de celular têm medições extremamente precisas de GPS das localizações de todas as suas torres. Com um banco de dados de tais torres, você pode fazer medições da intensidade do sinal – que podem ser dezenas – e trilaterar para encontrar uma área que se sobrepõe entre eles. (Trilateração envolve a sobreposição de regiões para encontrar uma área de interseção; triangulação utiliza a medição de ângulos para encontrar um ponto central).

Mas torres de celular estão muito longe uma da outra para proporcionar uma precisão do GPS, e elas não funcionam bem em áreas menos povoadas, mesmo nos subúrbios, onde a cobertura é menos necessária do que em um ambiente urbano.

Procurando o WiFi

Apple, Google e outros se voltam para o WiFi para esse posicionamento. O posicionamento WiFi, originado por Skyhook Wireless, inicialmente exigia caminhões especialmente equipados com antenas WiFi e receptores GPS altamente sensíveis que andavam em torno das cidades para recolher identificadores de rede (o endereço de hardware único transmitido por estações base WiFi) e pontos fortes de sinal em milhares de milhões de pontos.

Tal como acontece com torres de celular, se você tem redes de informação suficiente e bastante força de sinal, você pode se aproximar de uma posição.

É trivial para um dispositivo de rede como um smartphone tirar uma “foto” instantânea do WiFi nas proximidades e das fontes de celular e passá-las para um servidor que responde com um conjunto aproximado de coordenadas.

De acordo com a Apple, a empresa toma um passo adiante por pegar subconjuntos cache de dados sobre redes e torres próximas para reduzir a atividade de rede e acelerar essas pesquisas. Isso também computa alguns telefones ou tablets e afasta serviços de localização.

E isso significa que se não há nenhuma célula ou conexão WiFi disponíveis, tal informação de localização ainda pode ser útil. (Isto explica porque um iPad WiFi ou um iPod touch aparentemente podem calcular uma posição quando estão desligados da rede).

Apple anunciou o WiFi e o posicionamento de torres de celular com o iPhone original em uma atualização para o iPhone OS em 2008. Esta foi a resposta da Apple para o fato do iPhone original não ter um receptor GPS, que não estreiou até o iPhone 3G.

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Você pode ver um ou ambos em ação sempre que você abrir o aplicativo Mapas. Normalmente, você verá um grande círculo azul aparecer quase imediatamente, um resultado do que deve ser uma consulta do banco de dados local.

O círculo se torna menor à medida que mais informações são utilizadas, ainda a partir de fontes de celular e WiFi, para criar uma melhor trilateração.

Esses dados também são usados para fornecer mais pistas para decodificar a melhor informação por satélite GPS, permitindo a utilização de fragmentos muito pequenos de dados ou até mesmo sinais puros para obter um melhor bloqueio.

Por fim, o círculo se torna um único ponto, quando iOS está confiante de que tem um bloqueio GPS sólido.

Fora dos caminhões, dentro da nuvem

A Apple mudou o uso do Skyhook Wireless como um fornecedor de dados a partir do iOS 4.0 para o iPhone e iPod touch, e com o lançamento do iPad 3.2. Há uma razão para isso. Quando o seu dispositivo iOS usa posicionamento WiFi, ele envia uma foto da paisagem do sinal de corrente para a Apple, que diz que esta informação é utilizada de forma anônima para recolher dados melhores baseado em “crowdsource”.

Mas essa é também uma inteligência incrivelmente útil de mercado, sobre como muitas vezes os usuários estão confiando em atualizações de localização, e onde esses usuários estão agrupados. Ele pode ser usado para a segmentação de anúncios e outros fins além daqueles em aplicações que buscam dados de localização.

Naturalmente, a Apple deixa claro que nem toda foto WiFi instantânea é enviada para ela; claramente algumas unidades de algoritmo são enviadas para melhorar o banco de dados. Por “crowdsourcing”, a Apple evita ter que enviar caminhões por aí.

O Google aparentemente está envolvido na mesma abordagem, utilizando seus caminhões Street View para completar o Android “crowdsourcing”. (Há dois problemas nisso. Primeiro, por aparentemente gravar sem criptografia dados WiFi acidentalmente, o que resultou em multas, assentamentos e travamentos dessa varredura em muitos países.

Em segundo lugar, por supostamente armar fortemente duas fabricantes de celulares importantes para alterar os seus negócios confiando nos dados do Google).

O GPS é, de fato, a ciência de foguetes em muitos níveis. Mas a maneira pela qual a Apple combina e complementa as informações de múltiplas fontes para criar um bloqueio rápido e preciso, explica porque para nós usuários é tudo “GPS” e simplesmente funciona.

Via: Macworld

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