MagicMap – Kooperative Positionsbestimmung ¼ber WLAN

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    06-Jan-2016
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MagicMap – Kooperative Positionsbestimmung über WLAN. Peter Ibach Humboldt-Universität Institut für Informatik Lehrstuhl für Rechnerorganisation und Kommunikation. Inhalt. Location Based Services – Heute und Morgen Voraussetzung: Positionsbestimmung Ortungsverfahren - PowerPoint PPT Presentation

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  • MagicMap Kooperative Positionsbestimmung ber WLANPeter IbachHumboldt-UniversittInstitut fr InformatikLehrstuhl fr Rechnerorganisation und Kommunikation

  • InhaltLocation Based Services Heute und MorgenVoraussetzung: PositionsbestimmungOrtungsverfahrenSignalstrke-basierte Ortung ber WLANMagicMap

  • Location Based Services HeuteInfrastructureProviderMobile NetworkOperatorLocationTechnologyProviderMobile DeviceProvider orVendorContentProviderPortalOperatorAdvertisement /PaymentJamba! FinderNavigation Systemskeine Flexibilitt

  • Location Based Services MorgenConnectionPosition SensingSemantic Location DeterminationContentAccountingUMTSBluetoothWLANCell-IDRFIDGPSOntology 3Ontology 2Ontology 1PPTPPVFlatservice instances at disposal (ports)services providing the same interfaces (port types)WLANcomposite service

  • Vision: Konvergenz von Realitt und Virtualittlayers with specific objects and their locationsservices with regional scopeservices associated to specific objects/locationsphysical spaceinformational space

  • Verfgbare WLAN-Netze:

  • Installierte RFID-Chips:

  • Informationsanbieter (Content):

  • GPS-Satelliten:

  • Services auf reale Objekte gemappedWLAN: Local-IP: GPS-Pos: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

  • Dynamic Runtime CompositionWLAN: Local-IP: GPS-Pos: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:Runtime Composition Local-IP GPS-Pos. (Local) Content

  • Dynamic Runtime CompositionWLAN: Local-IP: GPS-Pos: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:Benutzer betritt Gebude... WLAN GPS-Pos. Content (via WLAN)

  • WLAN:RFID:Content: GPS:In einem Gebude:

  • Services im GebudeWLAN: Local-IP: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:

  • WLAN: Local-IP: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:Dynamic Runtime Composition WLAN WLAN-Pos. Content (via WLAN)

  • WLAN: Local-IP: WLAN-Pos: RFID-Pos: Content:Dynamic Runtime Composition WLAN RFID-Pos. Content (via WLAN)

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

    Infrastructure basedClient based

    TriangulationProfilingstaticdynamicPropagation

    DeterministicProbabilisticPlaceLab, Intel/UC BerkeleyHORUS, Uni Maryland RADAR, Microsoft ResearchIMSI CatcherSiemens/WhereNet/Aeroscout MagicMap, HU-Berlin Ekahau LEASE, Avaya Labs ResearchVerfahrenBeispiele

  • Beispiel: System Moby-R von Siemens/WhereNetOrtungs- ServerTrigger (Durchfahrtssensor)Call ButtonVisualisierungs-ClientsWireless AccessPoint100-300mAntennenRFID-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

  • AnforderungenOutdoor- und Indoor-OrtungGeringe KostenHohe GenauigkeitProblemlose InteroperabilittUniverselle EinsatzfhigkeitKeine nderung vorhandener Hardware/InfrastrukturHoheit ber die eigenen PositionsdatenSignalstrke-basierte Ortung ber WLAN?

  • Hot Spots in der City FrankfurtQuelle: Lindner, Fritsch, Plank, Rannenberg (2004)

  • WLAN Abdeckung Uni Campus Adlershof2 = #APs

  • Signalstrke-basierte TriangulierungAP1RSS1RSS2RSS3AP2AP3

  • Korrelation Signalstrke zu EntfernungEntfernung in mSignalstrke in dBm-30-1000100Lineare Nherung

  • ProblemeRadio-Map

  • Radio-Map BeispielAccess Pointrz19Access Pointrz16Access Pointrz18Erdgeschoss Jura/Wirtschaft der Universitt RegensburgZellgre: 1,2 m, Anzahl Messpunkte: 1012Quelle: Denise Reinert, Uni Regensburg

  • Radio Map Tool - Screenshot

  • RADAR (Microsoft Research)Testumgebung RADAR

    42,96m x 21,84m

    49 Messpunkte

  • Signalstrke ber der ZeitQuelle: Tao et al. 2003

  • LEASE (Avaya Labs Research)Signal Emitter (SE) Tags an bekannten Positionen senden periodischSniffer Messen Signalstrke an bekannten Positionen und schicken diese an einen Server (LEE)Location Estimation Engine (LEE) berechnet dynamisch die Radio-Map aus den SignalstrkemessungenAP:SE:Sniffer:LEE:

  • Sniffer Prototype100/133 MHz AMD ElanSC520CompactFLASH card1 Serial portOrinoco 802.11b PCMCIA card (in promiscuous mode)Two 10/100 Mbps Ethernet ports (Power over Ethernet)

  • Institut fr Informatik in Berlin-Adlershof

  • Positionierungs-Mehrdeutigkeiten??Access PointReferenzpunktTatschliche PositionSchtzung nach k-Nearest-Neighbor Mittelwert Nearest- Neigbor

  • Genauigkeit

  • Theoretisches OptimumQuelle: Krishnakumar et al. 2005

    Range of (dBm)0.818-1.179Mean value of (dBm)0.993Propagation constant2.4Probability, 0.5Number of APs, n3Distance between APs50mRn for n=3 and =0.51.549Minimum uncertainty1.5m

  • Uncertainty as a function of location

  • Minimum Uncertainty Vs.Number of APsMinimum Uncertainty Vs.Distance between APs

  • Ausblick

    Privacy Enhancing Technologies (PET)3D-Triangulation und -VisualisierungTransparenter bergang zwischen den KartenPeer-to-Peer Signalstrke

  • Zusammenfassung

    Positionsbestimmung ist Voraussetzung fr LBSIndoor-Positionsbestimmung ber WLAN ist in Grenzen mglichMagicMap: hybrides Verfahren mit Kooperation fr dynamisches Profiling Open Source, Point-n-Click-Tool fr ExperimenteEbenso fr GSM/Bluetooth anwendbarDownload (Windows/Linux): www.informatik.hu-berlin.de/rok/MagicMap/webstart

    Horus: die gesamte Umgebung im Durchschnitt von 4 Aps abgedeckt