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 EbnerInstitut 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



Determine Good Grid 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



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%















Ergebnisse – Test Scenario III




















+ 14%



+ 14%



+ 14%

+ 20%



+ 14%

+ 20%



+ 14%

+ 20%

+ 25%



+ 14%

+ 20%

+ 25%



+ 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 EbnerInstitut 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/

http://de.wikipedia.org/wiki/Shopping_City_Seiersberg

http://www.shoppingcityseiersberg.at/

http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-51997-22830/

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