AG Kao Betriebssysteme und Verteilte Systeme Institut für Informatik Universität Paderborn

Abschlusspräsentation

Projektgruppe Location-based Services for Wireless DevicesWS 2004/05 – SS 2005

Leitung: Odej Kao, Ulf Rerrer

Externe 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 Kao

Betriebssysteme und Verteilte SystemeInstitut für InformatikUniversität Paderborn

Siemens AGCom ESY HD Communication Enterprise SystemsHiPath Development

214.10.05 Projektgruppe Location-based Services

Auswahl Dienst

1

2

3

Szenario

Positionie-rung

Dienst-verwaltun

g

Gerät Position

PDA1 (65, 7, 9)PDA2 (28,14,3)... ...

Dienst 1

Dienst 2

Dienst 3

Einführung Architektur Dienste Fazit

Einführung


Einführung

• Die Nutzung von lokationsbasierten Diensten bedingt das Zusammenspiel von drei Komponenten

1. Mobiles Endgerät Nutzt lokationsbasierten Dienst Ermittelt und überträgt Positionsdaten

2. Location-Server Ermittelt mit Lokationsalgorithmus die Position des

Endgerätes

3. Lokationsbasierter Dienst Verwendet ermittelte Position


Einführung


Inhalt

• Ziele, Anforderungen & Wünsche

• Architektur

• Dienste

• Fazit


Einführung


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-Servers

von Siemens

• Wünsche Kommunikation zwischen Location-Server und Endgerät

über „WL2 Interaction Protocol“ (für „optiPoint WL2“)


Einführung


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 notwendigEinführung Architektur Dienste

FazitEinführung


Ziele, Anforderungen & Wünsche (3)

• WL2 Interaction Protocol Überträgt Positionierungsanfragen an Endgerät

und 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


Location-Server

Positionierung

Client

Architekturim Detail

Services & Karten

Minimap: „Zeig mir meine Position an!“

Frage Positionsdaten beim Endgerät ab

HTTP(Browser,…)

HTTP

(WL2-XML)

Service Manager

Dienst

SOAP

MapS

Dienst Dienst

SOAP

Endgerät

Services & Karten

Übergebe Positionsdaten an Minimap

Position unbekannt?Positioniere Endgerät

Sende Karte an Endgerät zurück

Ermittelt Positions-daten und sendet sie

an den LS zurück

„Da bin ich doch gar nicht!“

Berechne Positiondes Endgeräts

Erstellt Karte mit Position

Ermittle KartenparameterRufe Kartendienst aufErzeuge Webseite in ISL


Architektur



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



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


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


Architektur

Client

Endgerät


LBSClientAblaufschema

Konfigurationeinlesen


LBSClientregistrieren


Webserverstarten

Webserverstarten

Messen(Endlosschleife)


SuccessSuccess

Requestgenerieren

Requestgenerieren

RegistrationRequest

senden

RegistrationRequest

senden

RegistrationResponse

senden

RegistrationResponse

senden

Responseparsen

Responseparsen

LBSClient

stoppen

LBSClient

stoppen

LS

Allgemeiner Ablauf Registrierung beim Location-Server


Architektur


LBSClientAblaufschema





Webserverstarten

Webserverstarten



Allgemeiner Ablauf MeasurementRequest verarbeiten


Architektur

MeasurementRequest

empfangen

MeasurementRequest

empfangen

Requestparsen

Requestparsen

Signalstärke messenund Ø berechnen

Signalstärke messenund Ø berechnen

Responsegenerieren

Responsegenerieren

MeasurementResponse

senden

MeasurementResponse

senden

LS

LS


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


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


Location-ServerMesskarte (2)


Architektur


Client

Positionierung

Location-Server

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-XMLBridge HiPath LS

Positionierung

CSTA-XML


Architektur

Endgerät


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


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


UPB Location-ServerProbleme & Ergebnisse

• Ergebnisse Positionierungsgenauigkeit von ca. 3m Hohe Schwankungen innerhalb des Gebäudes


Architektur

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 1415 16 1718 19 2021 2223 24 2526 27 2829 3031 32

Abweichung in m

% d

er

punkte

HiPath Location-ServerUPB Location-Server


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

Service Manager

Dienst

MapS

Dienst Dienst

SOAP

Services & Karten

technische Details


Architektur


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

technische Details

Ablaufschema


Dienste


Druckservice• Schritt 1

Eigenschaften wählen Logindaten eingeben Druckersuche starten

• Schritt 2 Nächster Drucker

wird angezeigt Dokument hochladen

• Schritt 3 Rückmeldung

des Druckservices Druckerposition

noch einmal ansehen


Dienste


ZusammenfassungErgebnisse

Location-Server

Positionierung

Client

HTTP(Browser,…)

HTTP

(WL2-XML)

Service Manager

Dienst

SOAP

MapS

Dienst Dienst

SOAP

Endgerät

Services & KartenServices & Karten


Fazit


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

ManagerEinführung Architektur Dienste

FazitFazit


Ende

Vielen Dank!

Gibt es noch Fragen?

2. Präsentation mit Live DemoMittwoch 19.10.2005 16:00Fürstenallee 11, F0.530

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