Voice Location Services, uno studio sperimentale Università degli Studi di Roma “La Sapienza” Facoltà di Ingegneria - Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Integrazione dei sistemi di riconoscimento vocale con la tecnologia di localizzazione basata su Cell-ID: Voice Location Services, uno studio sperimentale Emiliano Trevisani – Andrea Vitaletti

Outline Scenario La tecnologia di localizzazione basata su Cell-ID VXML & Voice Location Services VXML + Cell-ID Esperienze di misura Analisi prestazionale

Scenario Disporre della posizione di un terminale mobile consente la fornitura di servizi specifici a valore aggiunto: gestione di flotte - tracking dei veicoli - servizi di emergenza - navigazione assistita - utilities location based – advertising. US: E911 [Enhanced 911] requisiti iniziali stringenti: 50-100 metri nel 67%; TOA; A-GPS. UE: E112 [Enhanced 112] requisiti laschi: … il meglio che l’operatore può offrire… Cell ID Positioning almeno nella fase iniziale eventualmente integrata con altre soluzioni

GSM Mobility Management BSC Area AREA Location Area MSC Area VLR Area PLMN Area VLR BTS Area BTS2 BTS1 Portanti BCCH diverse Location Area Location area 1 Location area 2 La rete conosce la posizione di un mobile in idle mode solo a livello di location area; CELL ID è noto sempre al mobile [BCCH]; è noto alla rete solo durante una comunicazione. Location Updating periodico: ~30 min; Location Updating No Location Updating VLR HLR

CELL-ID Positioning Vantaggi: nessun upgrade ai terminali ed alle infrastrutture di rete; disponibile in idle mode; disponibile in ambienti indoor. se la densità di BTS è elevata la ricopertura media aumenta migliora la risoluzione. CELL ID C1 BTS CELL ID C3 S Svantaggi: accuratezza ~ dimensione cella; il mobile è delocalizzato nella cella; il mobile non seleziona necessariamente la BTS più vicina; CELL ID C2 Indipendentemente dalla posizione reale del mobile nella cella, la sua posizione viene approssimata con il punto S

Cell ID Positioning: parametri prestazionali Assunzione: posizione reale utente GPS, posizione stimata  coordinate BTS servente; Analisi dell’errore di stima sul posizionamento. average distance: valor medio dei campioni di distanza MS – BTS servente al variare della posizione del mobile; Proximity measures: con che frequenza il mobile seleziona la BTS effettivamente più vicina?

Average Distance Measures

Proximity Measures 1/2 Ostacolo Ostacolo Il mobile seleziona sempre la BTS più vicina per ricevere il servizio? Multipath Different BTS TX Power Cell Selection Algorithm:  portante radio f C=A-max[0,B]; A=PR – SBTS ; B= PRACH,max- PMS,max; Seleziona solo celle con C>0 CELL_RESELECT_HYSTERESIS Multipath Ostacolo Ostacolo Attenuazione da percorso Livello segnale [dB] distanza [km] Fading lento lognormale [shadowing] Fading alla Rayleigh

Proximity Measures 2/2

VXML: Overview Ambiente di sviluppo standard, potente e flessibile per sistemi IVR [Interactive Voice Response]; standard W3C : marzo 2000 v 1.0; marzo 2004 v 2.0 Gestione semplice e combinata di sistemi TTS [Text To Speech] e ASR [Automatic Speech Recognition] Il Voice Server utilizza la specifica di una grammatica per interpretare l’input vocale dell’utente ed integra il browser vocale Il browser vocale richiede le pagine VXML all’Application Server La gestione del dialogo è affidata all’interprete VXML Integrazione con le tecnologie internet esistenti [Application Server] L’utente può utilizzare un normale telefono [fisso o mobile] Input vocale, toni DTMF o combinato

VXML & Voice Location Services Address_? Via Salaria Number_? 113 Service_? Restaurant VXML Server Application Server <?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?> <vxml version="1.0"> <form> <field name="ADDRESS"> <prompt>Pronunciare l'indirizzo corrispondente alla sua posizione senza il numero civico.</prompt> <grammar> Via Giuseppe Verdi | Viale Mazzini | Piazza Venezia | ........ </grammar> <nomatch> ............ </nomatch> <noinput> ............ </noinput> <filled> .................... <submit next="........./enterNumber.jsp" namelist="ADDRESS"/> </filled> </field> </form> </vxml> Schede telefoniche TTS ASR DTMF

VXML & Voice Location Services Address_? Via Salaria Number_? 113 Service_? Restaurant VXML Server Application Server <?xml version="1.0" encoding="iso-8859-1"?> <vxml version="1.0"> <form> <field name="ADDRESS"> <prompt>Pronunciare l'indirizzo corrispondente alla sua posizione senza il numero civico.</prompt> <grammar> Via Giuseppe Verdi | Viale Mazzini | Piazza Venezia | ........ </grammar> <nomatch> ............ </nomatch> <noinput> ............ </noinput> <filled> .................... <submit next="........./enterNumber.jsp" namelist="ADDRESS"/> </filled> </field> </form> </vxml> input corretti e completi Schede telefoniche TTS ASR DTMF

Partial and/or not completely correct VXML La correttezza e l’efficienza del riconoscimento [ASR] sono strettamente legate alla dimensione della grammatica; per un grande città la dimensione della grammatica può arrivare a diverse migliaia di elementi; le dimensioni della grammatica esplodono se si rilascia il vincolo di input completi e corretti rendendo il sistema flessibile nei confronti di input parziali e/o non completamente corretti [Via Mazzini, Mazzini, Viale Mazzini, Viale Giuseppe Mazzini,Viale Gi Mazzini, Viale G. Mazzini,….] Esperienze di misura effettuate nella città di Roma: IBM Server RS6000 + IBM WebSphere Voice and Response ADDRESSES TUPLOAD TRECOGNITION HITRATIO Input mode 3.405 7 sec 2 sec 100 % Correct and complete 45.619 * Partial and/or not completely correct 10.000 40 sec 7 sec 20 % * System failure

VXML + Cell ID 1/2 Per utenti mobili, Cell ID può essere efficacemente utilizzato per ridurre la dimensione della grammatica; Un’applicazione ad hoc [Symbian OS, SIM Toolkit,…] instaura in modo automatico una chiamata voce verso il Voice Server dopo aver inviato all’Application Server l’informazione su Cell ID: via SMS [segnalazione asincrona fuori banda] via DTMF [segnalazione sincrona in banda] Address_? Via Salaria Number_? 113 Service_? Restaurant VXML Server Application Server CELL-ID via DTMF or SMS [Symbian/STK Application]

VXML + Cell ID 1/2 Per utenti mobili, Cell ID può essere efficacemente utilizzato per ridurre la dimensione della grammatica; Un’applicazione ad hoc [Symbian OS, SIM Toolkit,…] instaura in modo automatico una chiamata voce verso il Voice Server dopo aver inviato all’Application Server l’informazione su Cell ID: via SMS [segnalazione asincrona fuori banda] via DTMF [segnalazione sincrona in banda] CELL-ID Address_? Via Salaria Number_? 113 Service_? Restaurant VXML Server Application Server CELL-ID via DTMF or SMS [Symbian/STK Application]

Partial and/or not completely correct VXML + Cell ID 2/2 Esperienze di misura effettuate nella città di Roma: IBM Server RS6000 + IBM WebSphere Voice and Response; 720 celle della rete mobile WIND [average radius ~ 1 Km ]; ADDRESSES TUPLOAD TRECOGNITION HITRATIO Input mode 21 [ / 3.405] 0.6 sec 0.2 sec 100 % Correct and complete 314 [ / 45.619] 1.2 sec 0.6 sec 100 % Partial and/or not completely correct

Partial and/or not completely correct VXML + Cell ID 2/2 Esperienze di misura effettuate nella città di Roma: IBM Server RS6000 + IBM WebSphere Voice and Response; 720 celle della rete mobile WIND [average radius ~ 1 Km ]; ADDRESSES TUPLOAD TRECOGNITION HITRATIO Input mode 21 [ / 3.405] 0.6 sec 0.2 sec 100 % Correct and complete 314 [ / 45.619] 1.2 sec 0.6 sec 100 % Partial and/or not completely correct le prestazioni migliorano di un fattore >10 servizio flessibile ed efficiente