Location Detection und Anwendungen

1. Location Detection und Anwendungen Seminar: Verteilte Systeme und Netzwerkmanagement Frank Loocke 2. Februar 2002 Location Detection und Anwendungen

2. Inhalt • Context und Location Awareness • Lokalisierungs-Techniken • Datenmodelle • Beispiele für Lokationssysteme • Eine Applikation: GUIDE • Fazit Location Detection und Anwendungen

3. Context und Location Awareness Context Awareness Identität Wer / Was? Kerneigenschaften: • Sensorische Kontextaufnahme Aktivität Wie / Was? • Kontextuelle Anpassung • Wiederverwendbarkeit Abgeleitete Location Awareness Kontext-Informationen z.B. Soziale Situation, • Teilgebiet Erreichbare Ressourcen • (zeitl. veränderliche) Anord- nungen / Positionen von Ort Wo? Entitäten im Raum Zeit Wann? Location Detection und Anwendungen

4. Lokalisierungs-Techniken: Triangulation Lateration: Distanzmessung zu 3 Referenzpunkten Schnitt 3er Kugelflächen => P, P´ Phys. Umstände => Ausschluss von P´ • Ermittlung der Distanzen: • Time of Flight: Distanz = Trägergeschwindigkeit * Signallaufzeit • Dämpfung: Signalstärke nimmt mit steigender Entfernung ab Angulation: Prinzipiell wie Lateration, Winkel- statt Distanzmessung Location Detection und Anwendungen

5. Lokalisierungs-Techniken:Proximity (Nähe) • Positionsbeschreibung eines Objektes durch Präsenzerkennung • Ansätze zur Proximitätsermittlung: • Physikalischer Kontakt, Bsp.: Druck- oder Berührungssensoren • Überwachung automatischer ID-Systeme, Bsp: Barcode-Scanner • Überwachung zellularer Bezugspunkte: Registrierung von Objekten in Reichweite der Bezugspunkte eines zellular angelegten kabellosen Netzwerk Location Detection und Anwendungen

6. Lokalisierungs-Techniken: Szenen-Analyse • Standortermittlung durch Auswertung charakteristischer physikalischer Merkmale der Umgebung des beobachtenden Objektes. • Statische Szenen-Analyse: Vergleich Element / Datensatz • Differentielle Szenen-Analyse: Verfolgung von Veränderungen aufeinanderfolgender Beobachtungen. • (theoretischer) Idealfall: • lediglich passive Beobachtungen => keine zusätzliche Infrastruktur • Aber: technisch komplexe mobile Geräte nötig Location Detection und Anwendungen

7. Das geometrische Modell • Datenmodell: n-dimensionale(s) Koordinatensystem(e) • Standorte, lokalisierte Objekte => Koordinatentupel • Vorteile: hohe Informationsgenauigkeit, Wiederverwendbarkeit • Nachteile: kein inhärenter symbolischer Bezug, Koordinatentransformation rechenintensiv Location Detection und Anwendungen

8. Symbolische Modelle (I) • Datenmodell: Menge von (abstrakten) Symbolen und ihren Beziehungen zueinander • Standorte => Datensätze bzw. Mengen • lokalisierte Objekte => Attribute bzw. Mengen-Elemente • Einfache Referenzierung über Namen • Vorteile: Anpassbarkeit, Strukturierbarkeit • Nachteile: nur sehr ungenaue Bestimmung der tatsächlichen physikalischen Position (=> Infrastrukturabhängig) Location Detection und Anwendungen

9. Symbolische Modelle (II) Zellbasiertes (einfaches) Modell: Hierarchisches (azyklisches) Modell: Domänen Zonenbasiertes (exklusives) Modell: Zonen Location Detection und Anwendungen

10. Hybrid-Modelle • Kombination von geometrischem und symbolischem Modell • Nutzung der jeweiligen Vorteile Symbolische Sicht Geometrische Sicht Location Detection und Anwendungen

11. Systemeigenschaften • Positionsermittlung: • absolut / relativ • objektseitig / systemseitig • Identifikation / Klassifizierung von Entitäten: • GUID: Globally Unique ID • Genauigkeit, Reichweite, Umfang • Genauigkeit: Granularität, statistische Präzision • Reichweite • Umfang: bspw. Anzahl Nutzer pro Gerät und Zeit, Anzahl Infrastrukturelemente pro Fläche Location Detection und Anwendungen

12. GPS Technik: Radio Time-of-Flight Lateration Modell: geometrisch Positionierung: absolut, objektseitig Genauigkeit: 1-5 m (zu 95 – 99 %) Reichweite / Umfang: weltweit (21 Satelliten + 3 Ersatz) Einschränkung: nur außerhalb von Gebäuden 4 Satelliten notwendig (Koordinaten u. Zeit), i.d.R. 5-8 sichtbar Location Detection und Anwendungen

13. Differential GPS Prinzip: Beobachtungsdifferenzen sind frei von vielen Fehlern • stationäre Sende-/ Empfangsvorrichtungen mit bekannten Positionen • Fehlerdifferenzen werden an die mobilen Empfänger geleitet Location Detection und Anwendungen

14. Active Bats Technik: Ultraschall Time-of-Flight Lateration Modell: geometrisch Positionierung: absolut, systemseitig Genauigkeit: 9cm (zu 95 %) Reichweite / Umfang: 1 Basis / m² , 25 Berechnungen / Raum u. Sek. Einschränkung: benötigt Decken-Sensor-Gitternetz • Triggern der Bats und Synchronisation der Sensoren durch Controller • Bat sendet US-Impuls an Deckensensoren • Dort Errechnung der Abstände, Weiterleitung an Controller Location Detection und Anwendungen

15. Cricket Location Support System Technik: Ultraschall Time-of-Flight Lateration , Proximity Modell: symbolisch u. geometrisch Positionierung: absolut, objektseitig Genauigkeit: 1,7 qm (zu 100 %) Reichweite / Umfang: 1 beacon / 1,7 m² Einschränkung: keine zentrale Verwaltung • Infrastruktur sendet Funksignale zur Synchronisation und Ultraschall-Signale mit Rauminformationen über sog. beacons • Mobile Objekte berechnen aus der Zeitdifferenz ihre Position • Bei Empfang von nur einem Signal ausreichende (Nähe-basierte) Information Location Detection und Anwendungen

16. Applikation: GUIDE Location Detection und Anwendungen

17. Fazit - Entwicklungsrichtungen • Entwicklungsrichtungen: • Kostensenkung • Reduktion der Infrastruktur • Erweiterbarkeit • Flexibilität • Sensor Fusion • Sicherheit und Datenschutz ! Location Detection und Anwendungen