MagicMap – Kooperative Positionsbestimmung über WLAN Peter Ibach Humboldt-Universität Institut...

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MagicMap – Kooperative Positionsbestimmung über WLAN Peter Ibach Humboldt-Universität Institut für Informatik Lehrstuhl für Rechnerorganisation und Kommunikation

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MagicMap –Kooperative Positionsbestimmung

über WLAN

Peter Ibach

Humboldt-Universität

Institut für Informatik

Lehrstuhl für Rechnerorganisation und Kommunikation

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Inhalt

• Location Based Services – Heute und Morgen• Voraussetzung: Positionsbestimmung

– Ortungsverfahren– Signalstärke-basierte Ortung über WLAN– MagicMap

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InfrastructureProvider

Mobile NetworkOperator

LocationTechnologyProvider

Mobile DeviceProvider orVendor

ContentProvider

PortalOperator

Advertisement /Payment

Location Based Services – Heute

Siemens T-D1 Cell-ID: T-D1

Nokia, Siemens, Sony, etc.

Jamba AG Jamba AG

-

- - GPS: SnapTrack, Global Locate

Siemens VDO, Pioneer, Garmin, etc.

Tele Atlas, NavTeq, etc.

- -

Jam

ba!

Fin

der

Nav

igat

ion

S

yste

ms

keine Flexibilität

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ConnectionPositionSensing

Semantic Location

Determination Content Accounting

UMTS

Bluetooth

WLAN

Cell-ID

RFID

GPS

Ontology 3

Ontology 2

Ontology 1

PPT

PPV

Flat

service instances at disposal (ports)

services providing the same interfaces (port types)

WLANcomposite

service

Location Based Services – Morgen

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Verfügbare WLAN-Netze:

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Installierte RFID-Chips:

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Informationsanbieter (Content):

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GPS-Satelliten:

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Services auf reale Objekte gemapped

WLAN: Local-IP: GPS-Pos: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

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Dynamic Runtime Composition

WLAN: Local-IP: GPS-Pos: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

Benutzer mit mobilem Gerät.

Runtime Composition

- Local-IP- GPS-Pos.- (Local) Content

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Dynamic Runtime Composition

WLAN: Local-IP: GPS-Pos: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

Runtime Composition

Benutzer betritt Gebäude...

- WLAN- GPS-Pos.- Content (via WLAN)

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WLAN: RFID: Content: GPS:

In einem Gebäude:

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Services im Gebäude

WLAN: Local-IP: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

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WLAN: Local-IP: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

Dynamic Runtime Composition

Runtime Composition

- WLAN- WLAN-Pos.- Content (via WLAN)

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WLAN: Local-IP: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

Dynamic Runtime Composition

Runtime Composition

- WLAN- RFID-Pos.- Content (via WLAN)

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Ortungsverfahren

• Angle of arrival (AOA)• Time difference of arrival (TDOA)• Signal strength (RSS)

• Infrastructure based• Client based

• Triangulation• Profiling

– static

– dynamic

• Propagation

• Deterministic• Probabilistic

PlaceLab, Intel/UC Berkeley

HORUS, Uni Maryland

RADAR, Microsoft Research

IMSI Catcher

Siemens/WhereNet/Aeroscout

MagicMap, HU-Berlin

Ekahau

LEASE, Avaya Labs Research

Verfahren Beispiele

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Ortungs-Server

Trigger (Durchfahrtssensor)

Call Button

Visualisierungs-Clients

Wireless AccessPoint

100-300m

Antennen

RFID-Tag

• RFID-Tag sendet periodisch eine ID aus (2,4 GHz, Air Interface Protocol, INCITS 371.1)

• Jede Antenne gibt empfangener ID Zeitstempel und sendet dies zum Server• Ortungs-Server berechnet den Ort durch Zeitdifferenzen-Triangulierung• Der Ortungs-Server aktualisiert Ort und den Status des Tags in der Datenbank

Beispiel: System Moby-R von Siemens/WhereNet

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Anforderungen

• Outdoor- und Indoor-Ortung

• Geringe Kosten

• Hohe Genauigkeit

• Problemlose Interoperabilität

• Universelle Einsatzfähigkeit

• Keine Änderung vorhandener Hardware/Infrastruktur

• Hoheit über die eigenen Positionsdaten

Signalstärke-basierte Ortung über WLAN?

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Hot Spots in der City Frankfurt

Quelle: Lindner, Fritsch, Plank, Rannenberg (2004)

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WLAN Abdeckung – Uni Campus Adlershof

2 = #APsi

iAPRSS )(

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Signalstärke-basierte Triangulierung

AP1

RSS1

RSS2

RSS3

AP2

AP3

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Korrelation Signalstärke zu Entfernung

Entfernung in m

Signalstärke in dBm -30-100

0

100

Lineare Näherung

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Probleme

Dämpfung

Streuung

Reflektion

Signal

Radio-Map

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Radio-Map Beispiel

Access Pointrz19

Access Pointrz16

Access Pointrz18

Erdgeschoss Jura/Wirtschaft der Universität RegensburgZellgröße: 1,2 m², Anzahl Messpunkte: 1012

Quelle: Denise Reinert, Uni Regensburg

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Radio Map Tool - Screenshot

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RADAR (Microsoft Research)

Testumgebung RADAR

42,96m x 21,84m

49 Messpunkte

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Signalstärke über der Zeit

Quelle: Tao et al. 2003

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• Signal Emitter (SE)Tags an bekannten Positionen senden periodisch

• SnifferMessen Signalstärke an bekannten Positionen und schicken diese an einen Server (LEE)

• Location Estimation Engine (LEE)berechnet dynamisch die Radio-Map aus den Signalstärkemessungen

AP: SE: Sniffer: LEE:

LEASE (Avaya Labs Research)

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100/133 MHz AMD ElanSC520 CompactFLASH card

1 Serial portOrinoco 802.11b PCMCIA card (in promiscuous mode)

Two 10/100 Mbps Ethernet ports (Power over Ethernet)

Sniffer Prototype

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Institut für Informatik in Berlin-Adlershof

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Positionierungs-Mehrdeutigkeiten

?

?

Access Point

Referenzpunkt

Tatsächliche Position

Schätzung nach k-Nearest-Neighbor

Mittelwert

Nearest- Neigbor

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Genauigkeit

Verfahren Mittlerer Fehler

RADAR (Profiling) ~3m

RADAR (Propagation) ~4.3m

HORUS (Probabilistic) ~2m

LEASE (Dynamic Profiling) ~2m

PlaceLab (Triangulation) ~10m

Ekahau (Profiling) ~1m

WhereNet, Aeroscout (TDOA) ~1m

MagicMap (Hybrid)~10m (Triangulation)

~3m (Profiling)

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Range of (dBm) 0.818-1.179

Mean value of (dBm) 0.993

Propagation constant 2.4

Probability, α 0.5

Number of APs, n 3

Distance between APs 50m

Rn for n=3 and α=0.5 1.549

Minimum uncertainty 1.5m

Theoretisches Optimum

Quelle: Krishnakumar et al. 2005

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Uncertainty as a function

of location

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Minimum Uncertainty

Vs.

Number of APs

Minimum Uncertainty

Vs.

Distance between APs

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Ausblick

• Privacy Enhancing Technologies (PET)• 3D-Triangulation und -Visualisierung• Transparenter Übergang zwischen den Karten• Peer-to-Peer Signalstärke

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Zusammenfassung

• Positionsbestimmung ist Voraussetzung für LBS• Indoor-Positionsbestimmung über WLAN ist in Grenzen

möglich• MagicMap: hybrides Verfahren mit Kooperation für

dynamisches Profiling • Open Source, Point-n-Click-Tool für Experimente• Ebenso für GSM/Bluetooth anwendbar• Download (Windows/Linux):

www.informatik.hu-berlin.de/rok/MagicMap/webstart