AG Kao Betriebssysteme und Verteilte Systeme Institut für Informatik Universität Paderborn

1. AbschlusspräsentationProjektgruppe Location-based Services for Wireless DevicesWS 2004/05 – SS 2005Leitung: Odej Kao, Ulf RerrerExterne Berater: Werner Ahrens, Jörg Littmann Teilnehmer: Tobias Beisel, Frank Brüseke, Stephan Caldewei, Eiko Gosling, Christine Haertl, Jan Hoffmann, Ludger Lecke, Nicolas Lerch, Stephan Müller, Florian Pepping, Christian Platta, Christian Schröder AG KaoBetriebssysteme und Verteilte SystemeInstitut für InformatikUniversität Paderborn

2. Szenario Gerät Position PDA1 (65, 7, 9) PDA2 (28,14,3) ... ... Positionie-rung Dienst-verwaltung Auswahl Dienst 1 2 3    Dienst 1 Dienst 2 Dienst 3 Einführung Einführung Architektur Dienste Fazit

3. Einführung • Die Nutzung von lokationsbasierten Diensten bedingt das Zusammenspiel von drei Komponenten • Mobiles Endgerät • Nutzt lokationsbasierten Dienst • Ermittelt und überträgt Positionsdaten • Location-Server • Ermittelt mit Lokationsalgorithmus die Position des Endgerätes • Lokationsbasierter Dienst • Verwendet ermittelte Position Einführung Einführung Architektur Dienste Fazit

4. Inhalt • Ziele, Anforderungen & Wünsche • Architektur • Dienste • Fazit Einführung Einführung Architektur Dienste Fazit

5. Ziele, Anforderungen & Wünsche • Ziele • Entwicklung einer Architektur für lokationsbasierte Dienste • Lokalisierung von WLAN-Endgeräten • Implementierung von lokationsbasierten Diensten • Anforderungen • Integration und Verwendung des HiPath Location-Serversvon Siemens • Wünsche • Kommunikation zwischen Location-Server und Endgerätüber „WL2 Interaction Protocol“ (für „optiPoint WL2“) Einführung Einführung Architektur Dienste Fazit

6. Ziele, Anforderungen & Wünsche (2) • Siemens Location-Server (HiPath LS) • Ursprünglich für die Positionierung von DECT-Geräten entwickelt • Blackbox (kein Source-Code, nur Benutzerdokumentation verfügbar) • Lokationsalgorithmus unbekannt • Benötigt Offline-Messdaten zur Positionierung • 3 HTTP(S)-Schnittstellen • GetPosXML: Benutzerschnittstelle um Positionierung zu initiieren und Positionsdaten auszulesen • CSTA-XML: Kommunikation mit HiPath DAKS zum Abfragen der Positionsdaten • Webschnittstelle zur Steuerung des HiPath LS per Browser • Endgeräte werden über ihre DECT-ID angesprochen Anpassung für den WLAN-Einsatz notwendig Einführung Einführung Architektur Dienste Fazit

7. Ziele, Anforderungen & Wünsche (3) • WL2 Interaction Protocol • Überträgt Positionierungsanfragen an Endgerätund Positionsdaten an Location-Server • Anfrage und Antwort im „WL2-XML“-Format • Registrierung des Endgerätes beim Location-Server erforderlich • Re-Registrierung (in regelmäßigen Abständen) möglich • De-Registrierung wenn Client abgeschaltet wird • Datenaustausch zwischen Location-Server und Endgerät erfolgt mittels HTTP-POST • Verschlüsselte Datenübertragung über HTTPS mit selbstsignierten Zertifikaten Einführung Einführung Architektur Dienste Fazit

8. Dienst Dienst Dienst Architekturim Detail Minimap: „Zeig mir meine Position an!“ „Da bin ich doch gar nicht!“ Übergebe Positionsdaten an Minimap Position unbekannt? Positioniere Endgerät Sende Karte an Endgerät zurück HTTP(Browser,…) Client Service Manager MapS Endgerät Ermittelt Positions- daten und sendet sie an den LS zurück Erstellt Karte mit Position SOAP Frage Positionsdaten beim Endgerät ab Berechne Position des Endgeräts HTTP (WL2-XML) SOAP Location-Server Positionierung Ermittle Kartenparameter Rufe Kartendienst auf Services & Karten Services & Karten Erzeuge Webseite in ISL Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

9. LBSClientLocation Tracking • Cell of Origin (COO) • Positionierung über aktuelle Zelle • Access Point stellt aktuelle Zelle dar • Positionierungsgenauigkeit ~10m (*) • Received Signal Strength (RSS) • Positionierung über Signalstärke • Signalstärke empfangener Frames wird gemessen • Positionierungsgenauigkeit abhängig vom Lokationsalgorithmus (*) Erfahrungswert bei Messungen in der Fürstenallee Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

10. LBSClientData Collection • indirect remote-positioning • WLAN-Endgerät ermittelt die Positionsdaten die vom Location-Server ausgewertet werden • Verfügbare Daten • Signalstärke (RSS), MAC-Adressen der Access Points • Quelle: Treiber • Scanning (abhängig vom Treiber) • WLAN-Adapter lauscht nach Beacon-Frames (Passive) • WLAN-Adapter sendet Probe-Request-Frames um Access Points zu finden (Active) • remote positioning • Access Points lokalisieren WLAN-Endgerät • erfordert spezielle Access Points / WLAN Sensoren Client Endgerät Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

11. LBSClienttechnische Details • Funktionalität • Signalstärke wird auf Anfrage des Location-Servers ausgelesen und an diesen übermittelt • Eigenschaften • Einfacher Webserver nimmt Anfragen entgegen • Datenübertragung im „WL2-XML“-Format • Re-Registrierung möglich • De-Registrierung über Timeout • Kommunikation über HTTP (HTTPS mit selbstsignierten Zertifikaten als mögliche Erweiterung) • Implementierungen (in C) • Windows XP, Windows CE (ab V4.2), Linux Client Endgerät Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

12. Request generieren RegistrationRequest senden LS RegistrationResponse senden Response parsen Success LBSClient stoppen LBSClientAblaufschema Allgemeiner Ablauf Registrierung beim Location-Server Konfiguration einlesen LBSClient registrieren Webserver starten Messen (Endlosschleife) Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

13. MeasurementRequest empfangen LS LS Request parsen Signalstärke messen und Ø berechnen Response generieren MeasurementResponse senden LBSClientAblaufschema Allgemeiner Ablauf MeasurementRequest verarbeiten Konfiguration einlesen LBSClient registrieren Webserver starten Messen (Endlosschleife) Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

14. LBSClientProbleme & Ergebnisse • Probleme • Client empfängt beim passiven Scannen oft nur wenige Beacon-Frames im Messzeitraum • Ergebnisse/Erkenntnisse • schlechte Positionierungsergebnisse, wenn nur wenige Beacon-Frames empfangen werden • Durch aktives Scannen können mehr Access Points gefunden werden Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

15. Location-ServerTestumgebung • Fürstenallee 11 • Grundfläche: ca. 97m x 53 m • Gebäudehöhe: ca. 14m • Testumgebung • Fünf Access Points auf der Ebene F0 • Je vier Access Points auf den Ebenen F1 und F2 • Ein Access Point auf dem Dach • Messkarte für die Ebenen F0, F1 und F2 • Messraster 2,4m • Offline-Messung mit LBSClient und Netstumbler • Messapparatur bestehend aus Notebook, Lucent WLAN-Antenne und „mobiler Halterung“ Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

16. Location-ServerMesskarte (2) Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

17. Client Bridge Location-Server HiPath LS Positionierung Positionierung Siemens Location-Servertechnische Details • Bridge (eigene Erweiterungen) • Ermöglicht Kommunikation zwischen WL2-fähigem Endgerät und HiPath Location-Server • Remote Locating Interface (eigene Erweiterungen) • SOAP-Schnittstelle zum Service-Manager • Implementiert Teilmenge von GetPosXML WL2-XML CSTA-XML Endgerät Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

18. Siemens Location-ServerProbleme & Ergebnisse • Probleme • Schwierigkeiten bei der Umsetzung von DECT-IDs auf MAC-Adressen • Ergebnisse/Erkenntnisse • Positionierungsergebnisse bis auf ca. 9m genau • Hohe Schwankungen innerhalb des Gebäudes • Keine Verbesserung durch Parameteranpassung am HiPath Location-Server Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

19. UPB Location-Servertechnische Details • Hintergrund • Abläufe im Location-Server und Einflussmöglichkeiten auf Messergebnisse untersuchen • Eigenschaften • Lokationsalgorithmen • RF Fingerprinting • Tracking (mögliche Erweiterung) • Offline-Messdaten für Berechnung der Euklidischen Distanz erforderlich • Datenaustausch über „WL2 Interaction Protocol“ und SOAP UPB LS Positionierung Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

20. UPB Location-ServerProbleme & Ergebnisse • Ergebnisse • Positionierungsgenauigkeit von ca. 3m • Hohe Schwankungen innerhalb des Gebäudes Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

21. Service Manager MapS SOAP Dienst Dienst Dienst Services & Karten Service-Managertechnische Details • Funktion • zentraler Zugriffspunkt für Dienste • Fragt Location-Server nach Positionierungsdaten • Ruft geforderten Dienst mit ermittelten Positionsdaten auf • Eigenschaften • Kommunikation über HTTP/SOAP • Bietet Infrastrukturdienste an • Einfache Session-Verwaltung • Dynamische Kartenerstellung (Größe, einzuzeichnende Objekte) • Fremdpositionierung technische Details Architektur Einführung Architektur Dienste Fazit

22. Dienstetechnische Details • Kartendienst • Stellt Gebäudekarten für andere Dienste zur Verfügung • Minimap • Position des Benutzers anzeigen • Druckservice • Nächsten Drucker auf Karte anzeigen • Datei auf Drucker ausdrucken • Find-a-Friend • Andere Benutzer positionieren Ablaufschema technische Details Dienste EinführungArchitektur Dienste Fazit

23. Druckservice • Schritt 1 • Eigenschaften wählen • Logindaten eingeben • Druckersuche starten • Schritt 2 • Nächster Drucker wird angezeigt • Dokument hochladen • Schritt 3 • Rückmeldung des Druckservices • Druckerpositionnoch einmal ansehen Dienste EinführungArchitektur Dienste Fazit

24. Dienst Dienst Dienst ZusammenfassungErgebnisse HTTP(Browser,…) Client Service Manager MapS Endgerät SOAP HTTP (WL2-XML) SOAP Location-Server Positionierung Services & Karten Services & Karten Fazit EinführungArchitekturDienste Fazit

25. Fazit • Ausblick • Services • Dynamische Aktivierung • Semantische Suche • Routing auf Gebäudekarten • verbesserte Ergebnisvisualisierung • LBSClient • Unterstützung weiterer Plattformen • Location-Server • zusätzliche, alternative Lokationsalgorithmen • Sicherheit • Verschlüsselte Kommunikation über HTTPS • Integration eines Benutzerkonzeptes beim Service Manager Fazit EinführungArchitekturDienste Fazit

26. Ende Vielen Dank! Gibt es noch Fragen? 2. Präsentationmit Live Demo Mittwoch 19.10.2005 16:00 Fürstenallee 11, F0.530