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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 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 Fazit Einführung

3 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 Fazit Einführung

4 Projektgruppe Location-based Services Inhalt Ziele, Anforderungen & Wünsche Architektur Dienste Fazit Einführung Architektur Dienste Fazit Einführung

5 Projektgruppe Location-based Services 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 Architektur Dienste Fazit Einführung

6 Projektgruppe Location-based Services 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 Architektur Dienste Fazit Einführung

7 Projektgruppe Location-based Services 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 Architektur Dienste Fazit Einführung

8 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 Fazit Architektur

9 Projektgruppe Location-based ServicesEinführung Architektur Dienste Fazit 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 Architektur

10 Projektgruppe Location-based ServicesEinführung Architektur Dienste Fazit LBSClient Data 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

11 Projektgruppe Location-based Services LBSClient technische 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur Client Endgerät

12 Projektgruppe Location-based Services LBSClient Ablaufschema Konfiguration einlesen Konfiguration einlesen LBSClient registrieren LBSClient registrieren Webserver starten Webserver starten Messen (Endlosschleife) Messen (Endlosschleife) Success Request generieren Request generieren RegistrationRequest senden RegistrationRequest senden RegistrationResponse senden RegistrationResponse senden Response parsen Response parsen LBSClient stoppen LBSClient stoppen LS Allgemeiner AblaufRegistrierung beim Location-Server Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

13 Projektgruppe Location-based Services LBSClient Ablaufschema Konfiguration einlesen Konfiguration einlesen LBSClient registrieren LBSClient registrieren Webserver starten Webserver starten Messen (Endlosschleife) Messen (Endlosschleife) Allgemeiner AblaufMeasurementRequest verarbeiten Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur MeasurementRequest empfangen MeasurementRequest empfangen Request parsen Request parsen Signalstärke messen und Ø berechnen Signalstärke messen und Ø berechnen Response generieren Response generieren MeasurementResponse senden MeasurementResponse senden LS

14 Projektgruppe Location-based Services LBSClient Probleme & 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

15 Projektgruppe Location-based Services Location-Server Testumgebung 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

16 Projektgruppe Location-based Services Location-Server Messkarte (2) Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

17 Projektgruppe Location-based Services Client Positionierung Location-Server Siemens Location-Server technische 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 Bridge HiPath LS Positionierung CSTA-XML Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur Endgerät

18 Projektgruppe Location-based Services Siemens Location-Server Probleme & 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

19 Projektgruppe Location-based Services UPB Location-Server technische 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

20 Projektgruppe Location-based Services UPB Location-Server Probleme & Ergebnisse Ergebnisse Positionierungsgenauigkeit von ca. 3m Hohe Schwankungen innerhalb des Gebäudes Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

21 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 Service Manager Dienst MapS Dienst SOAP Services & Karten technische Details Einführung Architektur Dienste Fazit Architektur

22 Projektgruppe Location-based Services Dienste technische 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Dienste

23 Projektgruppe Location-based Services 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Dienste

24 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 Fazit Fazit

25 Projektgruppe Location-based Services 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 Einführung Architektur Dienste Fazit Fazit

26 Projektgruppe Location-based Services Ende Vielen Dank! Gibt es noch Fragen? 2. Präsentation mit Live Demo Mittwoch :00 Fürstenallee 11, F0.530

27 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 Fazit Architektur

28 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 Fazit Architektur

29 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 Fazit Architektur

30 Projektgruppe Location-based Services UPB Location-Server Lokationsalgorithmus RF Fingerprinting Positionsberechnung über Tupel 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 Bekannte Implementierung RADAR (Microsoft Research) Genauigkeit ~10m drei Access Points auf 43,5x22,5m (*) (*) Erfahrungswert aus RADAR-Paper Einführung Architektur Dienste 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 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 Fazit Dienste

33 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 Messdaten 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 Fazit Dienste

34 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 Fazit Dienste

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


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