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Abschlusspräsentation Projektgruppe Location-based Services for Wireless Devices WS 2004/05 – SS 2005 Leitung: Odej Kao, Ulf Rerrer Externe Berater: Werner.

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1 Abschlusspräsentation Projektgruppe Location-based Services for Wireless Devices WS 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 Systeme Institut für Informatik Universität Paderborn Siemens AG Com ESY HD Communication Enterprise Systems HiPath Development

2 Projektgruppe Location-based Services Einführung Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Einführung

3 Projektgruppe Location-based Services Auswahl Dienst Szenario Positionie- rung Dienst- verwaltung Gerät Position PDA1 (65, 7, 9) PDA2 (28,14,3)... Dienst 1 Dienst 2 Dienst 3 Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Einführung

4 Projektgruppe Location-based Services 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 Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Einführung

5 Projektgruppe Location-based Services Inhalt Ziele, Anforderungen & Wünsche Architektur Dienste LIVE Demonstration Fazit Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Einführung

6 Projektgruppe Location-based Services Ziele, Anforderungen & Wünsche Ziele Entwicklung einer Architektur für lokationsbasierte Dienste Lokalisierung von WLAN-Endgeräten Implementierung von lokationsbasierten Diensten Anforderungen & Wünsche der Firma Siemens Integration und Verwendung des HiPath Location-Servers von Siemens Kommunikation zwischen Location-Server und Endgerät über WL2 Interaction Protocol (für optiPoint-WL2 Telefon) Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Einführung

7 Projektgruppe Location-based Services Location-Server Positionierung Client Architektur im 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 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 Position des Endgeräts Erstellt Karte mit Position Ermittle Kartenparameter Rufe Kartendienst auf Erzeuge Webseite in ISL Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

8 Projektgruppe Location-based Services LBSClient Location 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 Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

9 Projektgruppe Location-based Services LBSClient Data Collection remote positioning Access Points lokalisieren WLAN-Endgerät spezielle Hardware erforderlich indirect remote-positioning WLAN-Endgerät ermittelt die Positionsdaten die vom Location-Server ausgewertet werden Verfügbare Daten RSS, MAC-Adressen der Access Points WLAN-Treiber Scanning (abhängig vom Treiber) WLAN-Adapter lauscht nach Beacon-Frames (Passive) WLAN-Adapter sendet Probe-Request-Frames um Access Points zu finden (Active) Client Endgerät Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

10 Projektgruppe Location-based Services LBSClient technische Details Funktionalität / Eigenschaften Signalstärke wird auf Anfrage des Location- Servers ausgelesen und an diesen übermittelt Datenaustausch über das WL2 Interaction Protocol LBSClient registriert sich beim Location-Server Wenige empfangene Access Points (Passive Scanning) Teilweise schlechte Positionierungsergebnisse Verfügbare Plattformen (In C implementiert) Windows XP, Windows CE (ab V4.2) Nutzt NDISUIO Dienst für Zugriff auf WLAN-Adapter Linux basiert auf iwlist Befehl aus dem wireless-tools Paket Client Endgerät Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

11 Projektgruppe Location-based Services Location-Server Testumgebung Fürstenallee 11 Grundfläche: ca. 97m x 53 m Gebäudehöhe: ca. 14m Testumgebung Access Points mit SSID "Uni Paderborn" 13 Access Points auf F0, F1 und F2 Ein Access Point auf dem Dach Messkarte für die Ebenen F0, F1 und F2 Location-Server erfordert Offline-Messungen Messraster 2,4m Offline-Messung mit LBSClient und Netstumbler Messapparatur bestehend aus Notebook, Lucent WLAN- Antenne und mobiler Halterung Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

12 Projektgruppe Location-based Services Location-Server Messkarte (2) Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

13 Projektgruppe Location-based Services Location-Server technische Details HiPath Location-Server (Siemens) Für Einsatz mit DECT entwickelt Anpassung für WLAN erforderlich Lokationsalgorithmus unbekannt Positionierungsgenauigkeit ca. 9m UPB Location-Server (Eigenentwicklung) Abläufe im Location-Server und Einflussmöglichkeiten verstehen Lokationsalgorithmen RF Fingerprinting Tracking (mögliche Erweiterung) Positionierungsgenauigkeit ca. 3m Location-Server Positionierung Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

14 Projektgruppe Location-based Services Service-Manager technische 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 Anpassung der Ausgabe an das Endgerät Service Manager Dienst MapS Dienst SOAP Services & Karten technische Details Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

15 Projektgruppe Location-based Services Kartendienst technische Details MapServer Kalle UMN Mapserver (OpenSource) F0F1F2 Service Manager Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Dienste Dienst Ebenen

16 Projektgruppe Location-based Services Service-Manager & Dienste Ablaufschema Dienstanfrage entgegennehmen Position bei LS erfragen Dienst aufrufen Kartendienst aufrufen Ergebnis- transformation Allgemeiner AblaufPosition beim LS erfragen Anfrage an LS senden Positionsdaten von LBSClient erfragen Position berechnen Position an Dienst senden LS 1A:2B:3C:4D:5E:6F LS (76.5; 5.83; 11.54) Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Dienste

17 Projektgruppe Location-based Services Service-Manager & Dienste Ablaufschema Dienstanfrage entgegennehmen Position bei LS erfragen Dienst aufrufen Kartendienst aufrufen Ergebnis- transformation Allgemeiner AblaufAblauf im Dienst Karte anfordern Dienstanfrage verarbeiten SM Karte erstellen? ja nein Dienstantwort in ISL erzeugen Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Dienste

18 Projektgruppe Location-based Services Service-Manager & Dienste Ablaufschema Dienstanfrage entgegennehmen Position bei LS erfragen Dienst aufrufen Kartendienst aufrufen Ergebnis- transformation Allgemeiner AblaufErgebnistransformation XSL- Transformation für PDA Endgerättyp? Rich / Laptop (HTML) PDA (HTML) XSL- Transformation für Rich-Client Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Dienste XSL- Transformation für Handy Rich / Laptop (HTML) Handy (WML)

19 Projektgruppe Location-based Services Dienste technische Details Minimap Position des Benutzers anzeigen Druckservice Nächsten Drucker auf Karte anzeigen Datei auf Drucker ausdrucken Find-a-Friend Andere Benutzer positionieren technische Details Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Dienste

20 Projektgruppe Location-based Services Dienste Demonstration LIVE DEMO Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit LIVE Demo

21 Projektgruppe Location-based Services Weitere Dienste entwickeln Dienst als Webanwendung konzipieren Steuerung über HTTP-Parameter (Key-Value-Paare) ServiceManager stellt SessionManagement bereit SOAP-Schnittstelle zum ServiceManager Services können in beliebiger Programmiersprache implementiert werden, die SOAP unterstützt. ServiceBase Vorlage für neue Dienste auf Java-Basis wird von uns bereitgestellt Läuft als separater Kontext im Tomcat Detaillierte Informationen auf unserer Website (URL am Ende des Vortrages) Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Fazit

22 Projektgruppe Location-based Services Zusammenfassung Ergebnisse Location-Server Positionierung Client HTTP (Browser,…) HTTP (WL2-XML) Service Manager Dienst SOAP MapS Dienst SOAP Endgerät Services & Karten Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Fazit

23 Projektgruppe Location-based Services 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 Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Fazit

24 Projektgruppe Location-based Services Ende Vielen Dank! Gibt es noch Fragen?

25 Projektgruppe Location-based Services Jetzt ausprobieren! 1.Unsere Homepage besuchen: 2.LBSClient herunterladen, installieren und starten 3.Services testen unter Start der Software auf unserer Website

26 Projektgruppe Location-based Services LBSClient verwendete APIs Windows Windows Management Instrumentation (WMI) Skriptbasierter Zugriff Keine einheitliche Schnittstelle Eingeschränkte Steuerbarkeit (z.B. Intervalle) NDIS User Mode I/O Protokoll (NDISUIO) NDIS = Network Driver Interface Specification Ermöglicht Applikationen im Usermode Verbindungen zum WLAN-Adapter aufzubauen und Operationen auszuführen Besser steuerbar durch Vielzahl an Kommandos benötigt exklusiven Zugriff auf WLAN Adapter Wireless Zero Configuration Dienst muss beendet werden Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

27 Projektgruppe Location-based Services LBSClient verwendete APIs (2) Windows CE WMI nicht unterstützt NDISUIO WZC muss nicht beendet werden NDISUIO muss nicht explizit gestartet werden Lediglich Handle auf NDIS-Treiber benötigt Zugriffe wie in Windows XP Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

28 Projektgruppe Location-based Services LBSClient verwendete APIs (3) Linux Basiert auf dem wireless-tools Paket Anpassung der iwlist Funktion (iw_scanning, iwlist.c) IW_EVENTS SIOCGIWAP MAC-Adresse SIOCGIWRATE Signalstärke SIOCGIWESSID SSID WLAN Device kann automatisch ermittelt oder übergeben werden Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

29 Projektgruppe Location-based Services Location-Server Lokationsalgorithmus RF Fingerprinting Positionsberechnung über Tupel id i,x i,y i,z i (ap 0,s 0 ) i,(ap 1,s 1 ) i,… Offline Phase Messdaten erfassen & Medianberechnung Tupel bilden Signalraum (gespeichert in DB) Online Phase Distanzbestimmung zu allen Punkten im Signalraum Angepasste Metrik und Mittelung der besten Treffer berechnen Position Genauigkeit ~10m (RADAR, Microsoft Research) drei Access Points auf 43,5x22,5m (*) (*) Erfahrungswert aus RADAR-Paper Location-Server Positionierung Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

30 Projektgruppe Location-based Services UPB Location-Server Probleme & Ergebnisse Positionierungsgenauigkeit Siemens Location-Server ca. 9m UPB Location-Server ca. 3m Hohe Schwankungen innerhalb des Gebäudes Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

31 Projektgruppe Location-based Services Service-Manager technische Details Realisierung: Applikationsserver mit Webschnittstelle für Benutzer. Erzeugt geräteabhängiges Markup z.B. wichtig für kleine Displays auf PDAs Dienste liefern geräteunabhängiges Markup (ISL) Wichtige Schnittstellen: Service Manager Coordinate getPosition(MacAddress) ISL doService(Coordinate, Parameters, UploadedFiles) Image getMap(X, Y,..) Coordinate getPosition(MacAddr) Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur

32 Projektgruppe Location-based Services Dienste technische Details Eigenschaften Dienste sind Webanwendungen Anwendungsprotokoll über HTTP-Parameter Sessionverwaltung notwendig Dienste kapseln ihre Daten Druckdienst kennt Positionen der Drucker Find-a-Friend-Dienst realisiert eigene Benutzerverwaltung Dienste können andere Dienste verwenden Infrastrukturdienste des Service-Managers andere Web Services Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Dienste

33 Projektgruppe Location-based Services Location Server Positionierung Positionierungsdauer (t P ) = t C + t T + t X = 5 bis 10s Sammeln von Positionsdaten (t C ): 2s Positionsberechnung (t T ): 2s Nachrichtenlaufzeit (t X ): 1-5s Erkenntnisse Location Tracking über Cell of Origin (COO) erfolgt nur, wenn nicht mehr als ein Access Point empfangen wird Netstumbler findet mehr Access Points über Active Scanning – Signalstärke bleibt gleich Verschiedene WLAN-Adapter lassen sich nahezu gleich gut positionieren Einführung Architektur Dienste LIVE Demo Fazit Architektur


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