WLAN-basierte Indoor-Navigation. Was sind die neuen technischen Möglichkeiten?

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung ... 1
1.1 Problemstellung ... 1
1.2 Ziel der Arbeit ... 2
1.3 Abgrenzung des Themas ... 2

2 Definition wichtiger Begriffe ... 3

3 Stand der Technik ... 4
3.1 Sensorgestützte WLAN-Technologie ... 4
3.2 Anwendungsfelder ... 7

4 Fazit ... 9

5 Literatur ... 10

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Durch die rasante Entwicklung der mobilen Geräte, vor allem in Hinsicht auf deren Leistungsfähigkeit, steigen die Möglichkeiten der Navigation mit diesen Geräten. Gerade im Bereich der Indoor Navigation gibt es noch sehr großes Potenzial. Das Problem ist, dass das GPS-Signal innerhalb von Gebäuden nicht vorhanden ist und so keine Navigation mit den normalen Applikationen möglich ist, da diese kein Signal mehr von den Satelliten empfangen, und so die Position des mobilen Gerätes nicht mehr bestimmt werden kann.[1] Bei diesem Problem kommen die technischen Varianten der Indoor Navigation zum Einsatz, welche in dieser Hausarbeit erläutert werden. Die Möglichkeiten der Indoor Navigation haben aber auch ihre Probleme. So ist bei vielen Technologien ein hoher Anschaffungswert vorhanden, da erstmal das Kartenmaterial zur Verfügung gestellt werden muss und dieses meist erstmal digitalisiert werden muss. In vielen Bereichen muss die Technik auch erst nachgerüstet werden, damit wirklich die gewünschte Leistung erreicht wird. Auch die Genauigkeit der Standortbestimmung spielt eine Rolle. So ist es wichtig, dass die Technologie eine hohe Genauigkeit gewährleisten kann, wenn es um die Berechnung der Position geht.[2]

Das Thema hat für uns eine besondere Relevanz, weil in diesen Technologien sehr großes Potenzial steckt und sie es ermöglichen, eine nahtlose Navigation zu gewährleisten, die sich innerhalb von Gebäuden abspielt. Gerade die Vielzahl an Möglichkeiten macht das Thema sehr interessant und es gilt herauszufinden, welche dieser technischen Möglichkeiten wirklich einsatztauglich ist und so interessant für den Nutzer wird.

Die Arbeit soll dem Leser eine Übersicht über die WLAN-basierte Indoor Navigation geben. Darüber hinaus wird aufgezeigt, dass eine solche Navigation innerhalb von Gebäuden bereits möglich ist, und welche Hindernisse es noch gibt.[3]

1.2 Ziel der Arbeit

Die Priorität der Arbeit liegt in der Untersuchung der verschiedenen Möglichkeiten der Indoor Navigation und wie diese in der Zukunft aussehen könnte. Es soll geklärt werden, welche technischen Möglichkeiten es in der Indoor Navigation gibt und wie diese verbessert werden können, um eine noch genauere Navigation in Gebäuden zu gewähren. Es soll gezeigt werden, was mit dem aktuellen Stand der Technik alles möglich ist. Des Weiteren zeigen wir die Entwicklung der Indoor Navigation auf und vergleichen den Stand der Praxis und der Forschung.

1.3 Abgrenzung des Themas

In dieser Arbeit werden ausschließlich Möglichkeiten behandelt, die sich auf die Indoor Navigation beschränken und von der Ortsbestimmung so genau sind, dass eine exakte Navigation möglich ist. Auch passive Möglichkeiten, wie z.B. die Navigation mit RFID-Chips, bleiben außen vor, da diese Technologien zu hohe Anschaffungskosten haben.

Wir gehen auf die WLAN-gestützte Navigation ein, um genauer zu sein, auf die Fingerprinttechnik, da diese, verglichen mit den anderen Möglichkeiten, geringe Anschaffungskosten hat. Des Weiteren ist WLAN weit verbreitet, gerade in Einkaufszentren und Flughäfen, und gewährt so eine hohe Dichte an Signalgebern für die genaue Standortbestimmung.

2 Definition wichtiger Begriffe

Die Indoor Navigation dient der Bestimmung des Standortes innerhalb von Gebäuden, wo kein GPS-Signal vorhanden ist. Unter der Standortbestimmung versteht man die Ermittlung des eigenen Standorts. Dieser Standort dient der restlichen Berechnung des Navigationsprozesses und ist ein wichtiger Bestandteil, deshalb wird er in regelmäßigen Abständen aktualisiert, um eine genauere Navigation zu ermöglichen.[4]

Das Fingerprinting-Verfahren bei der WLAN-Lokalisierung dient der Bestimmung der Position des Nutzers und seines mobilen Gerätes. Dabei werden Fingerabdrücke der Signalstärke des empfangenen WLAN-Routers, hier die BSSI-Werte, in einer Datenbank abgespeichert. Diese werden später bei der Navigation abgerufen und auf Grund der verschiedenen Signalstärken kann der Standort bestimmt werden. Dieses Verfahren wird Fingerprint genannt, weil es jede Konstellation der verschiedenen Signalstärken wie einen Fingerabdruck nur ein einziges Mal gibt.[5]

Gyrosensoren und Beschleunigungssensoren in einem Smartphone dienen der Berechnung der Beschleunigung und Ausrichtung des Handynutzers. Dabei messen die Gyrosensoren mithilfe der Erdanziehungskraft die Rotation des Handys, um so die Beschleunigung, Drehbewegung und Lageänderungen wahrzunehmen. Die Ergebnisse dienen der weiteren Berechnung im Navigationsprozess.[6]

Die Algorithmen in dieser Arbeit dienen der Berechnung des kürzesten Weges. Zu Grunde liegt hier die Natur des Menschen, der immer den kürzesten Weg nehmen will und nicht gerne Umwege in Kauf nimmt. Die Berechnung des Weges erfolgt in den meisten Fällen nach dem Algorithmus von Dijkstra, da dieser immer den optimalen Weg berechnet.[7]

[...]

[1] Vgl. Obermaier, J. (2011), S. 2

[2] Vgl. Obermaier, J. (2011), S. 3

[3] Vgl. Gleim, D. (2012) S. 2

[4] Vgl. Oschatz, A. (2011), S. 6

[5] Vgl. Oschatz, A. (2011), S. 13; Vgl. Teker, U. (2005), S. 91

[6] Vgl. DATACOM Buchverlag (2014)

[7] Vgl. Schwanengel, A. (2010), S. 45