AG Kao Betriebssysteme und Verteilte Systeme Institut für Informatik Universität Paderborn

Thema 1: Location-based ServicesProjektgruppe Location-based Services for Wireless DevicesWS 2004/05Nicolas Lerch (nicolas@upb.de) AG KaoBetriebssysteme und Verteilte SystemeInstitut für InformatikUniversität Paderborn

Motivation Was ist ein Loction Based Service (LBS)? Was passiert hinter den Kulissen? Welche LBS gibt es schon? Was ist mit Satellitenpositionierungssystemen?

Inhalt • Allgemein • Technik • Satellitenpositionierungssysteme • Beispiele

Was ist ein LBS? Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz Sie sind hier!?! Was ist ein LBS nicht? • Einfach nur Positionsdaten Was ist ein LBS dann? • Dienst mit Hilfe von Positionsdaten veredeln • Dienst funktioniert nur mit Positionsdaten

Wozu die Position? Positionsdaten: • Filter das naheste Hotel finden • Pointer Flottentracking für Spediteure • Starter Fahrer verlässt plötzlich seine Route Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

Beteiligte Meist gibt es vier Beteiligte: • Ziel • Auftraggeber • Netzbetreiber • Serviceanbieter Ziel und Auftraggeber sind oft identisch! Netzbetreiber und Serviceanbieter sind oft identisch! Netzbetreiber Ziel Service Anbieter Auftrag- geber Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

push und pull Pull-Verfahren • Technische Anforderung geht vom Auftraggeber aus Push-Verfahren • Technische Anforderung geht vom Service-Anbieter aus Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

Ablauf 4) Autorisierung 5) Positionierung 2) LBS anfordern Netzbetreiber Service Anbieter • LBS anfordern Ziel/ Auftrag- geber 3) Position anfordern • Ziel und Auftraggeber sind identisch • Daten werden mit pull-Verfahren verteilt 8) LBSAntwort 6) Position 7) LBSAntwort Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

Wertschöpfung Mögliche Grundsätze für die Wertschöpfung • Alle Leistungserbringer bezahlen • Kunden über Kosten des LBS informieren • Rechnungsstellung in Echtzeit • Rückabwicklung im Fehlerfall • Positionsermittlung wird vom Serviceanbieter bezahlt • Serviceanbieter wird vom Kunden bezahlt • Bei Kunden in anderen Netzen bezahlen sich Netzbetreiber gegenseitig Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

Kosten für Positionsinformation 2. Anzahl der Anfragen • einmalige Lokalisierung • Zeitdauer für ein Tracking • Tracking Frequenz Kosten abhängig von: 1. Quality of Service • AnforderungGenauigkeitAntwortzeit • AntwortStatus (Erfolg, letzte bekannte Position, Fehler, Zugriff verboten)Genauigkeit Antwortzeit Alter der letzten bekannten Position Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

Datenschutz • Sehr wichtiges Thema, gerade bei LBS • Schwer zu gewährleisten, da Kunden sich in anderen Netzen anmelden können • In anderen Ländern, andere gesetzliche Grundlagen  Frühzeitig Standards entwickeln Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

Datenschutz • festlegen, welche Daten für LBS benötigt werdenz.B. ist die Cell-ID für den Service-Anbieter unerheblich • Benutzer muss Kontrolle über Positionsbestimmung habenstatisch pro Applikationdynamisch pro Applikationdynamisch pro Positionsanfrage • Hinweis bei jeder Lokalisierung • Logbuch mit erfolgten Lokalisierungen • Genauigkeit der Lokalisierung beeinflussbarBeispiel: Für eine Wettervorhersage reicht die Stadt • Überwachung der Einhaltung in der Hand des Heimnetzanbieters Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz

Positionsbestimmung Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk Grundlegende Techniken • Cell ID • Cell ID mit Sektor • Angle of arrival (AOA) • Received signal strength (RSS) • Time of arrival (TOA) • Roundtrip time of flight (RTOF)

Cell ID • Einfaches Verfahren • Position über die Cell-ID • Genauigkeit abhängig von der Zellengröße • Keine Umrüstung an Basisstationen Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Cell ID mit Sektor • Grobe Positions-bestimmung über Cell-ID • Bessere Genauigkeit über den Sektor • Funktioniert in vielen Netzen nicht Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Angle of arrival Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk • Positionsbestimmung über Eintrittswinkel des Signals • Benötigt mindestens zwei Basisstationen • Große Probleme mit Reflektionen • In vielen Netzen nicht möglich

Recieved Signal Strength • Positionsbestimmung über Signalstärke • Signalstärke wird in vielen Netzen sowieso gemessen • Schwankende Genauigkeit Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Time of arrival • Positionsbestimmung über Zeitpunkte an denen Signal ankommt • Sowohl Basisstationen als auch Client müssen Technik beherrschen • Laufzeit wird von vielen Faktoren beeinflusst • Große Uhrengenauigkeit notwendig Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Roundtrip time of flight • Positionsbestimmung ähnlich wie time of arrival • Problem der großen Uhrengenauigkeit wird umgangen:Client sendet Signal von Basis sofort zurück; da wird gemessen • Problem: „sofort“ nicht immer gleich lang Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Geographische Daten • Für LBS werden geographische Daten benötigt • Aufwendig zu beschaffen und zu pflegenvon lokalen Anbietern und Behördenselbständiges Vermessenerweitern der erhaltenen Informationenregelmäßige Aktualisierung • Die Informationen werden in digitalen Karten gespeichert • Geocoding: Koordinaten zu Position auf der Karte zuordnen und umgekehrt Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Rasterkarten • Informationen auf Gitter von quadratischen Kacheln abbilden • einfache Datenstruktur, daher geringe Ansprüche an Client • gut Standardisiertzum Beispiel mehrere Ebenen in GIF-Bildern • große Datenmengen • nicht beliebig vergrößerbar Bild aus Falk-Stadtplan Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Vektorkarten • komplexe Datenstruktur • Informationen werden als Punkte, Linien und Polygone gespeichert • Probleme bei Flächen ohne klare Grenzen und bei Linien deren Start und Ende nicht im angezeigten Ausschnitt sind • geringe Datenmengen • fast beliebig vergrößerbar Bild von www.map24.de Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Kontrollcenter • Hier entsteht der eigentliche Service • Positionsdaten werden mit den Daten der Karte kombiniert • Komplexität richtet sich nach dem ServiceNavigationssystem muss nur Straßen erkennenNotrufsystem muss auch Gelände erkennen • Daten müssen interpretiert werdenStraße muss als Straße erkannt werden Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Netzwerk • Datenaustausch zwischen allen Beteiligten • meist drahtlos • Positionsbestimmung über das Netzwerk • einfache LBS kommen ohne ausAutonavigationsysteme oft ohne Netzanbindung Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk

Satelliten-positionierungssysteme Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  GPS, Alternativen, GPS notwendig? • 100 % Abdeckung der Erde möglich • zur Zeit funktionsfähig ist nur GPS • teilweise funktionsfähig ist GLONASS • bis 2008 funktionsfähig ist Galileo Bild von www.dtic.mil

GPS Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  GPS, Alternativen, GPS notwendig? • 24 Satelliten, 6 Umlaufbahnen • time of arrival Verfahren • jeder Satellit besitzt mehrere Atomuhren • zu jeder Zeit an jedem Ort 5 Sichtbar • GPS löste altes „Transit“-System ab • Entwickelt und betrieben vom Amerikanischen Verteidigungsministerium Bild von www.colorado.edu

GPS Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  GPS, Alternativen, GPS notwendig? • Standard Positioning Servicezugänglich für jedenauf 100 Meter in 95 % der Fälle (künstlich) • Precise Positioning Serviceverschlüsseltes Signal fürs Militärauf 22 Meter genau in 95 % der Fälle • Verbesserung der Ortung mit Differential GPSEmpfänger mit bekanntem Ort bestimmt PositionAbweichung wird als Korrektursignal ausgesendetGenauigkeit bis auf 1-5 Meter

GLONASS Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  GPS, Alternativen, GPS notwendig? • sollte die russische Antwort auf GPS werden • 24 Satelliten (davon drei Reserve), auf drei Umlaufbahnen • 1982 drei Testsatelliten • 1998 15 Satelliten • 2002 9 Satelliten • bis 2005 16-18 Satelliten • auch damit noch keine vollständige Abdeckung der Erde • Lebensdauer der Satelliten drei Jahre

Galileo Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  GPS, Alternativen, GPS notwendig? • Geplant und betrieben von EU und ESA • 30 Satelliten • 2005 erster Testsatellit, 2006 drei erste Satelliten, 2008 Vollausbau • Kosten ca. 3,6 Mrd. € • Genauigkeit 1-4 Meter bei Empfang eines Korrektursignals, sonst 10 Meter • Kompatibel zu GPS

Ist GPS notwendig? Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  GPS, Alternativen, GPS notwendig? pauschal nicht zu beantworten Ja: • geht draußen überall, auch wo keine Handymasten stehen • große Genauigkeit von GPS teilweise nötig Nein: • Geht nicht in Gebäuden  besser mit Galileo • In Städten Genauigkeit von Netzbasierten Methoden groß

Beispiele Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System • NotdiensteLokalisierung bei Unfällen, E911 • NavigationsdiensteZiel in einer Stadt finden • InformationsdiensteReisedienste (nächste Gaststätte, nächstes Hotel, ...) Gelbe Seiten (Ort einer Einrichtung, wie z.B. Museum) Infotainment (Events in der Nähe, ...) • Aufspürdienstegeklautes Auto finden • AbrechnungsdiensteToll-collect

Find Friend Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System • von AT&T wireless 2001 entwickelt • ermöglicht folgende Dienste:- Relevante Informationen über die Position des Handys eines Freundes oder Familienmitglied liefern- Fahranweisung zu einem POI oder Adresse- Punkte für Business Meetings anbieten • Ein WAP-Browser ähnliches Interface (mMode)

Find Friend - Ablauf Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System • Freunde und Familienmitglieder über Handynummer in friend-Liste eintragen • Alle eingetragenen müssen dies akzeptieren (wie Kontaktliste ICQ) • Dann wird die Person eingetragen

Find Friend - Ablauf Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System Bild aus [1] Der Ablauf auf dem Handy:

Guide Port Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System • Entwickelt von Sennheiser • kann ortsgebunden Audiodaten verteilen • gedacht für Museen, Themenparks und Vorträge • Jeder Besucher bekommt Kopfhörer mit Empfänger

Antenne Sender Identifier Ladestation Empfänger Guide Port - Beispiel Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System  Besucher mit Empfänger und Kopfhörer  Ladestation für die Empfänger am Eingang  Identifier, über den der Empfänger weiß wo er ist  Steuerzentrale mit PC und Sender  Antenne, die die Audiodaten zu den Empfängern überträgt Bild von www.guideport.de

Guide Port - Möglichkeiten Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System • Audioströme live einspielen • Spezielle Audioströme für spezielle Gruppen • Audiostrom im laufenden Betrieb ändern • Logbuchfunktion

Mauterfassungssystem Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System • TollCollect ist ein Konsortium aus DaimlerCrysler, Deutsche Telekom und Cofiroute • sollen System entwickeln, einführen und betreiben • Mauterfassung mit On-Board Units (OBU) • Stütz sich auf GPS und GSM

Toll-Collect - Ablauf Allgemein● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele  Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System Bild von www.toll-collect.de

Fazit Ein Location Based Service ist ein mit Positionsdaten veredelter Dienst. LBS haben sehr komplexe Abläufe. Viele LBS sind schon tagtäglich im Einsatz. Satellitenpositionierung ist eine sinnvolle Ergänzung zu Netzbasierten Positionierungsmethoden

Fragen? Gibt es noch irgendwelche Fragen?

Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

Ende Quellen: • Jochen Schiller, Agnès Voisard, „Location-Based Services“, Morgan Kaufmann, 2004 • Andrew Jagoe, „Mobile Location Services – The Definite Guide“, Library of Congress Cataloging-in-Publication Data, 2002 • www.gsmworld.com • www.gisdevelopment.net • www.toll-collect.de • www.guideport.de

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