Smartphone based indoor navigation

Smartphone based Indoor-Navigation
Roland Dutzler Graz, 06.06.2013 1
Verteidigung der Masterarbeit
Roland Dutzler
06.06.2013
Betreuer: Dipl.-Ing. Dr.techn. Univ.-Doz. Martin Ebner
Institut für Informationssysteme und Computer Medien

State of the Art Technologies
➢
GPS: GNSS, DGPS, AGPS, PGPS
➢
Infrarot
➢
Bluetooth
➢
Ultra-Wideband
➢
WLAN
➢
RFID
➢
NFC
➢
Inertialsensoren
➢
Kamerabasierte Lösungen
➢
Magnetfeld

Anforderungen Prototyp
➢
Umsetzung für Smartphones
➢
Geeignet für große öffentliche Gebäude
➢
Einkaufszentren, Universitäten, Museen
➢
Möglichst genau und robust
➢
Ermöglicht real-time tracking
➢
Praktisch einsetzbar
➢
Günstige Umsetzung

WLAN Location Fingerprinting (1/2)
➢
Basiert auf dem RSS - Prinzip
➢
2 Phasen
➢
Offline- oder Trainingsphase:
➢
Erstellung der Radio Map
➢
Datenbank von Fingerprints (Positionsinformation + RSS)

WLAN Location Fingerprinting (2/2)
➢
Online- oder Positionierungsphase:
➢
Beliebige Position in definierter Umgebung
➢
Messung der Signalstärken
➢
Vergleich mit der Radio Map
➢
Positionsbestimmung durch ähnlichste Punkte
Radio Map
X

Problem
➢
Anforderung: Große Gebäude
➢
Beispiel Shopping City Seiersberg [1]
➢
Verkaufsfläche: 85.000m²
➢
Bei einer Gridweite von 5m → ~3.500 Messpunkte
➢
Erstellung der Radio Map sehr zeitintensiv und auf aufwendig
[2]

Wissenschaftliche Fragestellung
➢
Ist es möglich so ein System ...
➢
für große Gebäude wie Einkaufszentren ...
➢
mit überschaubarem Aufwand ...
➢
und einer Genauigkeit, um Navigation von einem Punkt zum Beispiel zu
Geschäften zu ermöglichen?
➢
Ziel ist es ...
➢
die Anzahl der Punkte die in der offline Phase gemessen werden sollen
wesentlich zu verringern ...
➢
und dabei dennoch in der online Phase eine Genauigkeit zu erreichen,
die mit einer vollständig gemessenen Radio Map vergleichbar ist.

Optimierungs - Algorithmus
➢
Betrifft nur die Offline- oder Lernphase
➢
2 Teile:
➢
Determine Good Grid Points
➢
Interpolate Fingerprint Measurements
➢
Benötigte Informationen:
➢
Größe und Dimensionen des Gebäudes
➢
Grid bzw. Grid Points
➢
Maßstabsgetreuen Plan des Gebäudes
➢
Exakten Verlauf der Wände
➢
Positionen der Access Points

Messen der vorgeschalgenen Grid Points

Interpolate Fingerprint Measurements
➢
Log- Distance Path Loss Model
➢
Mathematisches Modell um die Ausbreitung von
Signalen zu beschreiben
[3]

Berechnung

Evaluierung
➢
Ziel: Performance des Optimierungs-Algorithmus
➢
Ersparnisse
➢
Genauigkeit
➢
Vergleich vollständig gemessenen Radio Map mit einer
interpolierten Radio Map
➢
In 3 Szenarien: 2 NLOS, 1 LOS

Ergebnisse – Test Scenario I
➢
Fläche: 77m²
➢
Testpunkte: 10
➢
Gridweite: 1m
➢
Grid Points: 66
➢
Ersparnis: 44 Grid
Points → 67%

➢
Fläche: 77m²
➢
Testpunkte: 10
➢
Gridweite: 1m
➢
Grid Points: 66
➢
Ersparnis: 44 Grid
Points → 67%

Ergebnisse – Test Scenario III
➢
Fläche: 1296m²
➢
Testpunkte: 13
➢
Gridweite: 5m
➢
Grid Points: 49
➢
Ersparnis: 48 Grid
Points → 98%

➢
Fläche: 1296m²
➢
Testpunkte: 13
➢
Gridweite: 5m
➢
Grid Points: 49
➢
Ersparnis: 48 Grid
Points → 98%

+ 14%

+ 14%
+ 20%

+ 14%
+ 20%
+ 25%

Fazit und Antwort
➢
Optimierungsalgorithmus legitim
➢
verringert Komplexität
➢
bensprucht weniger Zeit
➢
ein Weg um Radio Maps für große Gebäude zu erstellen
➢
Anzahl der Gridpunkte wird wesentlich verrringert
➢
Genauigkeit vergleichbar mit einer gänzlich gemessenen Radio Map
➢
Verbesserungspotenzial
➢
Log- Distance Path Loss Model – Path Loss Exponent
➢
Distribution and Number of Access Points

Verteidigung der Masterarbeit
Roland Dutzler
06.06.2013
Betreuer: Dipl.-Ing. Dr.techn. Univ.-Doz. Martin Ebner
Institut für Informationssysteme und Computer Medien

Quellen
[1] http://de.wikipedia.org/wiki/Shopping_City_Seiersberg (Zugriff 21.05.2013)
[2] http://www.shoppingcityseiersberg.at/ (Zugriff 21.05.2013)
[3] Mulligan, Jeanette; A Performance Analysis of a CSMA Multihop Packet Radio Network; Master's Thesis;
1997.http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-51997-22830/

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