Distanza da antenna di telefonia mobile

UPDATE:
c'e' un errore di fondo nel calcolo della distanza impiegato in questo post
Le api di Android riportano la potenza del segnale in modo differente se si tratta di GSM o UMTS. Nel primo caso il valore viene espresso in dB mentre nel secondo in Dbm
Nei prossimi post cerchero'  di correggere l'errore
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Utilizzando la funzione signalStrength.getGsmSignalStrength() di Android e' possibile stimare la potenza del segnale della rete GSM e convertirla nel suo valore espresso in dB

Utilizzando la formula di FSPL (Free Space Path Loss) e' possibile inoltre risalire alla distanza tra l'antenna della telefonia mobile ed il proprio dispositivo mobile

Riprendendo da Wikipedia, la FSPL espressa per valori in GHz e' la seguente

dove
d = distanza tra l'antenna ed il dispositivo mobile
f = frequenza (2.1 GHz per la rete GSM italiana)
FSPL = il valore riportato dalla funzione Android

invertendo per ottenere la distanza e semplificando i calcoli (dato che la frequenza e' sempre la stesssa) si ha che

distanza = 10E((FSPL-98.89)/20)

Questa formula e' stata implementata in un semplice programma che mostra i dati di telefonia correlati ai dati derivanti dal GPS per una verifica (grossolana) dell'efficacia del sistema. Possono inseriti anche fattori di attenuazione e guadagni delle antenne ma nel caso in esame sono dati non disponibili

(la massima copertura di una antenna di telefonia e' di circa 24 Km)
Per la posizione delle antenne di telefonia mobile sono stati presi i dati da http://www.opencellid.org o da developer.opensignal.com

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Caso 1:

il telefono e' ubicato in posizione

Long : 11°17'27,32'' (ovvero 11.290922)

Lat : 43°45'33,05" (ovvero 43.759181)

La cella agganciata ha identificativo

MCC : 222

MNC :88

LAC : 36057

CID : 27988244

per una posizione dell'antenna di 

Long : 11.291428

Lat : 43.757431

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 0.16 Km mentre la distanza reale e' di Km 0.2

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Caso 2:
il telefono e' ubicato in posizione
Long : 11°18'38,73'' (ovvero 11.310758)
Lat : 43°50'1,61" (ovvero 43.833781)

La cella agganciata ha identificativo
MCC : 222
MNC :88
LAC : 36057
CID : 27997133
per una posizione dell'antenna di
Long : 11.304655
Lat : 43.8257665

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 0.2 Km mentre la distanza reale e' di Km 1.017

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Caso 3:
il telefono e' ubicato in posizione
Long : 11°13'47,94'' (ovvero 11.229983)
Lat : 43°47'2,92" (ovvero 43.784144)

La cella agganciata ha identificativo
MCC : 222
MNC :88
LAC : 36057
CID : 27988287
per una posizione dell'antenna di
Long : 11.2312
Lat : 43.7845993

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 0.04 Km mentre la distanza reale e' di Km 0.11

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Caso 4:
il telefono e' ubicato in posizione
Long : 11°18'38.73'' (ovvero 11.229983)
Lat : 43°50'1.5" (ovvero 43.784144)

La cella agganciata ha identificativo
MCC : 222
MNC :88
LAC : 36057
CID : 27997133
per una posizione dell'antenna di
Long : 11.304655
Lat : 43.825766

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 0.2 Km mentre la distanza reale e' di 4.7 Km 

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Caso 5:

il telefono e' ubicato in posizione
Long : 11°18'38.73'' (ovvero 11.310758)
Lat : 43°50'1.5" (ovvero 43.83375)

La cella agganciata ha identificativo
MCC : 222
MNC :88
LAC : 36057
CID : 27988276
per una posizione dell'antenna di
Long : 11.245845
Lat : 43.79564150

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 0.05 Km mentre la distanza reale e' di Km 6.7

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Caso 6:

il telefono e' ubicato in posizione
Long : 11°16'48.99'' (ovvero 11.28)
Lat : 43°48'22.2" (ovvero 43.806167)

La cella agganciata ha identificativo
MCC : 222
MNC :88
LAC : 36057
CID : 27988315
per una posizione dell'antenna di
Long : 11.272541
Lat : 43.793081

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 1.27 Km mentre la distanza reale e' di Km 1.54

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Caso 7:

il telefono e' ubicato in posizione
Long : 11°17'32.39'' (ovvero 11.292222)
Lat : 43°48'58.15" (ovvero 43.816153)

La cella agganciata ha identificativo
MCC : 222
MNC :88
LAC : 36057
CID : 28021137
per una posizione dell'antenna di
Long : 11.2440335
Lat : 43.787733

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 0.02 Km mentre la distanza reale e' 4.9 di Km
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Caso 8:

il telefono e' ubicato in posizione
Long : 11°17'41.9'' (ovvero 11.294972)
Lat : 43°49'9.97" (ovvero 43.819436)

La cella agganciata ha identificativo
MCC : 222
MNC :88
LAC : 36057
CID : 28021135
per una posizione dell'antenna di
Long : 11.295127
Lat : 43.818963

La distanza stimata mediante il metodo FSPL e' di 0.16 Km mentre la distanza reale e' di 0.054 Km

In conclusione si osserva in alcuni casi un ottimo accordo tra la distanza calcolata e la distanza reale mentre in altri il valore e' sensibilmente differente. Probabilmente presumere la frequenza fissa e' un assunto non valido

Database antenne telefonia mobile

Per ottenere la posizione delle antenne cellulari, oltre all'interfaccia web, e' possibile scaricare anche l'intero database in modo da effettuare una consultazione offline

Il database si scarica all'indirizzo http://downloads.opencellid.org/ ed e' particolarmente corposo perche' e' attualmente costituito da un file da 57 Mb compressi di posizioni testuali di celle (corrispondenti a  2390305entrate) e da oltre 4.5 Gb compressi di dati di misure (divisi in 12 file di cui ogni file contiene circa 500.000 misure)

Ovviamente e' impossibile consultare con un editor di testo tale mole di dati e quindi e' necessaria la conversione in database, in particolare MySQL

Per prima cosa si crea la struttura della tabella
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-- MySQL dump 10.13  Distrib 5.5.33, for debian-linux-gnu (x86_64)

--

-- Host: localhost    Database: celle

-- ------------------------------------------------------

-- Server version 5.5.33-1

/*!40101 SET @OLD_CHARACTER_SET_CLIENT=@@CHARACTER_SET_CLIENT */;

/*!40101 SET @OLD_CHARACTER_SET_RESULTS=@@CHARACTER_SET_RESULTS */;

/*!40101 SET @OLD_COLLATION_CONNECTION=@@COLLATION_CONNECTION */;

/*!40101 SET NAMES utf8 */;

/*!40103 SET @OLD_TIME_ZONE=@@TIME_ZONE */;

/*!40103 SET TIME_ZONE='+00:00' */;

/*!40014 SET @OLD_UNIQUE_CHECKS=@@UNIQUE_CHECKS, UNIQUE_CHECKS=0 */;

/*!40014 SET @OLD_FOREIGN_KEY_CHECKS=@@FOREIGN_KEY_CHECKS, FOREIGN_KEY_CHECKS=0 */;

/*!40101 SET @OLD_SQL_MODE=@@SQL_MODE, SQL_MODE='NO_AUTO_VALUE_ON_ZERO' */;

/*!40111 SET @OLD_SQL_NOTES=@@SQL_NOTES, SQL_NOTES=0 */;

--

-- Table structure for table `celle`

--

DROP TABLE IF EXISTS `celle`;

/*!40101 SET @saved_cs_client     = @@character_set_client */;

/*!40101 SET character_set_client = utf8 */;

CREATE TABLE `celle` (

  `mcc` int(11) NOT NULL,

  `mnc` int(11) NOT NULL,

  `lac` int(11) NOT NULL,

  `cellid` int(11) NOT NULL,

  `long` double NOT NULL,

  `lat` double NOT NULL

) ENGINE=InnoDB DEFAULT CHARSET=latin1;

/*!40101 SET character_set_client = @saved_cs_client */;

/*!40103 SET TIME_ZONE=@OLD_TIME_ZONE */;

/*!40101 SET SQL_MODE=@OLD_SQL_MODE */;

/*!40014 SET FOREIGN_KEY_CHECKS=@OLD_FOREIGN_KEY_CHECKS */;

/*!40014 SET UNIQUE_CHECKS=@OLD_UNIQUE_CHECKS */;

/*!40101 SET CHARACTER_SET_CLIENT=@OLD_CHARACTER_SET_CLIENT */;

/*!40101 SET CHARACTER_SET_RESULTS=@OLD_CHARACTER_SET_RESULTS */;

/*!40101 SET COLLATION_CONNECTION=@OLD_COLLATION_CONNECTION */;

/*!40111 SET SQL_NOTES=@OLD_SQL_NOTES */;

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In seguito ci si logga dentro mysql (mysql -u root -p) e si digita il seguente comando

load data infile '/home/luca/Desktop/cell_towers.csv' into table celle columns terminated by ',';

per il seguente risultato

Query OK, 2390305 rows affected, 65535 warnings (1 min 33.18 sec)

Records: 2390305  Deleted: 0  Skipped: 0  Warnings: 2390386

A questo punto si puo' fare una semplice pagina web di consultazione
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<form action="search.php" method="post">     
MCC: <input type="text" name="mcc" />
MNC: <input type="text" name="mnc" />
LAC: <input type="text" name="lac" />
CellId: <input type="text" name="cellid" />
<input type="Submit" /></form>
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ed il corrispondente script in Php
--------------------------------------------------------

<?php

$username="root";
$password="xxxxxx";
$database="celle";
mysql_connect(localhost,$username,$password);
@mysql_select_db($database) or die( "Unable to select database");
$query="SELECT * FROM celle WHERE mcc='".$_POST['mcc']."' AND mnc='".$_POST['mnc']."' AND lac  LIKE '".$_POST['lac']."%' AND cellid  LIKE '".$_POST['cellid']."%'";

print $query."<br>";
$result=mysql_query($query);
$num=mysql_numrows($result);


while($row = mysql_fetch_array($result))
  {
  echo "<a target=blank href=\"http://www.openstreetmap.org/?mlat=".$row['lat']."&mlon=".$row['long']."&zoom=12\">MCC:".$row['mcc']."-MNC:".$row['mnc']."-LAC:".$row['lac']."-CellId:".$row['cellid']."</a>";
  echo "<br>";
  }

mysql_close();
?>
--------------------------------------------------------
Lo script riporta un link, cliccando sopra si evidenzia la posizione su Openstreetmap

Similarmente si puo' fare per il database delle misure

Effettuando una esportazione dei punti che sono compresi tra 10-11.9° di longitudine e 42-44.5° latitudine (piu' o meno i confini della Toscana) si osserva che sono censite 6780 antenne di telefonia cellulare ma la loro distribuzione e' molto disomogenea con una curiosa predilezione per le grandi vie di comunicazione