Thema 1: Location-based Services
Projektgruppe Location-based Services for Wireless Devices
WS 2004/05
Nicolas Lerch (nicolas@upb.de)
AG Kao
Betriebssysteme und Verteilte Systeme
Institut für Informatik
Universität Paderborn
Motivation
Was ist ein Loction Based Service (LBS)?
Was passiert hinter den Kulissen?
Welche LBS gibt es schon?
Was ist mit Satellitenpositionierungssystemen?
28.10.2003
PG LBS: Location-based Services
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Inhalt
1.
2.
3.
4.
Allgemein
Technik
Satellitenpositionierungssysteme
Beispiele
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Was ist ein LBS?
Was ist ein LBS nicht?
• Einfach nur Positionsdaten
Was ist ein LBS dann?
• Dienst mit Hilfe von Positionsdaten veredeln
• Dienst funktioniert nur mit Positionsdaten
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz
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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
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Beteiligte
Meist gibt es vier Beteiligte:
• Ziel
• Auftraggeber
Ziel
• Netzbetreiber
• Serviceanbieter
Netzbetreiber
Auftraggeber
Service
Anbieter
Ziel und Auftraggeber sind oft identisch!
Netzbetreiber und Serviceanbieter sind oft identisch!
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz
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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
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Ablauf
• Ziel und Auftraggeber sind identisch
• Daten werden mit pull-Verfahren verteilt
4) Autorisierung
5) Positionierung
2) LBS
anfordern
1) LBS
anfordern
Ziel/
Auftraggeber
8) LBS
Antwort
3) Position
anfordern
Netzbetreiber
6) Position
Service
Anbieter
7) LBS
Antwort
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz
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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
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Kosten für
Positionsinformation
Kosten abhängig von:
1. Quality of Service
• Anforderung
2. Anzahl der Anfragen
Genauigkeit
Antwortzeit
• Antwort
Status (Erfolg, letzte bekannte
Position, Fehler, Zugriff verboten)
Genauigkeit
Antwortzeit
Alter der letzten bekannten
Position
• einmalige Lokalisierung
• Zeitdauer für ein Tracking
• Tracking Frequenz
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz
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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
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Datenschutz
• festlegen, welche Daten für LBS benötigt werden
z.B. ist die Cell-ID für den Service-Anbieter unerheblich
• Benutzer muss Kontrolle über Positionsbestimmung haben
statisch pro Applikation
dynamisch pro Applikation
dynamisch pro Positionsanfrage
• Hinweis bei jeder Lokalisierung
• Logbuch mit erfolgten Lokalisierungen
• Genauigkeit der Lokalisierung beeinflussbar
Beispiel: Für eine Wettervorhersage reicht die Stadt
• Überwachung der Einhaltung in der Hand des
Heimnetzanbieters
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Einleitung, Ablauf, Wertschöpfung, Datenschutz
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Positionsbestimmung
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)
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk
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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
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Cell ID mit Sektor
• Grobe Positionsbestimmung über Cell-ID
• Bessere Genauigkeit über
den Sektor
• Funktioniert in vielen
Netzen nicht
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk
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Angle of arrival
• Positionsbestimmung
über Eintrittswinkel des
Signals
• Benötigt mindestens zwei
Basisstationen
• Große Probleme mit
Reflektionen
• In vielen Netzen nicht
möglich
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk
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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
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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
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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
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Geographische Daten
• Für LBS werden geographische Daten benötigt
• Aufwendig zu beschaffen und zu pflegen
von lokalen Anbietern und Behörden
selbständiges Vermessen
erweitern der erhaltenen Informationen
regelmäßige 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
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Rasterkarten
• Informationen auf Gitter von quadratischen Kacheln
abbilden
• einfache Datenstruktur, daher geringe Ansprüche an Client
• gut Standardisiert
zum Beispiel mehrere Ebenen in GIF-Bildern
Bild aus Falk-Stadtplan
• große Datenmengen
• nicht beliebig vergrößerbar
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk
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• 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
Vektorkarten
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk
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Kontrollcenter
• Hier entsteht der eigentliche Service
• Positionsdaten werden mit den Daten der Karte kombiniert
• Komplexität richtet sich nach dem Service
Navigationssystem muss nur Straßen erkennen
Notrufsystem muss auch Gelände erkennen
• Daten müssen interpretiert werden
Straße muss als Straße erkannt werden
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk
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Netzwerk
•
•
•
•
Datenaustausch zwischen allen Beteiligten
meist drahtlos
Positionsbestimmung über das Netzwerk
einfache LBS kommen ohne aus
Autonavigationsysteme oft ohne Netzanbindung
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Positionsbestimmung, Geographische Daten, Kontrollcenter, Netzwerk
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Satellitenpositionierungssysteme
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
•
•
•
•
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 GPS, Alternativen, GPS notwendig?
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GPS
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
•
•
•
•
•
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 GPS, Alternativen, GPS notwendig?
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GPS
• Standard Positioning Service
zugänglich für jeden
auf 100 Meter in 95 % der Fälle (künstlich)
• Precise Positioning Service
verschlüsseltes Signal fürs Militär
auf 22 Meter genau in 95 % der Fälle
• Verbesserung der Ortung mit Differential GPS
Empfänger mit bekanntem Ort bestimmt Position
Abweichung wird als Korrektursignal ausgesendet
Genauigkeit bis auf 1-5 Meter
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 GPS, Alternativen, GPS notwendig?
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GLONASS
•
•
•
•
•
•
•
•
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
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 GPS, Alternativen, GPS notwendig?
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Galileo
• 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
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 GPS, Alternativen, GPS notwendig?
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Ist 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
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 GPS, Alternativen, GPS notwendig?
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Beispiele
• Notdienste
Lokalisierung bei Unfällen, E911
• Navigationsdienste
Ziel in einer Stadt finden
• Informationsdienste
Reisedienste (nächste Gaststätte, nächstes Hotel, ...)
Gelbe Seiten (Ort einer Einrichtung, wie z.B. Museum)
Infotainment (Events in der Nähe, ...)
• Aufspürdienste
geklautes Auto finden
• Abrechnungsdienste
Toll-collect
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Find Friend
• 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)
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Find Friend - Ablauf
1. Freunde und Familienmitglieder über Handynummer in
friend-Liste eintragen
2. Alle eingetragenen müssen dies akzeptieren (wie
Kontaktliste ICQ)
3. Dann wird die Person eingetragen
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Find Friend - Ablauf
Bild aus [1]
Der Ablauf auf dem Handy:
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Find Friend - Ablauf
Bild aus [1]
Der Ablauf auf dem Handy:
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Guide Port
•
•
•
•
Entwickelt von Sennheiser
kann ortsgebunden Audiodaten verteilen
gedacht für Museen, Themenparks und Vorträge
Jeder Besucher bekommt Kopfhörer mit Empfänger
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Guide Port - Beispiel
 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
Sender
Identifier
Ladestation
Antenne
Empfänger
Bild von www.guideport.de
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Guide Port - Möglichkeiten
•
•
•
•
Audioströme live einspielen
Spezielle Audioströme für spezielle Gruppen
Audiostrom im laufenden Betrieb ändern
Logbuchfunktion
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Mauterfassungssystem
• 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
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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Bild von www.toll-collect.de
Toll-Collect - Ablauf
Allgemein ● Technik ● Sat.pos.sys. ● Beispiele
 Allgemein, Find Friend, GuidePort, Mauterfassungs-System
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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
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Fragen?
Gibt es noch irgendwelche Fragen?
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Ende
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
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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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