Smartphone based indoor navigation

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Presentation of masterthesis at Graz University of Technology

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Smartphone based indoor navigation

  1. 1. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 1Smartphone based Indoor-NavigationVerteidigung der MasterarbeitRoland Dutzler06.06.2013Betreuer: Dipl.-Ing. Dr.techn. Univ.-Doz. Martin EbnerInstitut für Informationssysteme und Computer Medien
  2. 2. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 2State of the Art Technologies➢GPS: GNSS, DGPS, AGPS, PGPS➢Infrarot➢Bluetooth➢Ultra-Wideband➢WLAN➢RFID➢NFC➢Inertialsensoren➢Kamerabasierte Lösungen➢Magnetfeld
  3. 3. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 3
  4. 4. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 4Anforderungen Prototyp➢Umsetzung für Smartphones➢Geeignet für große öffentliche Gebäude➢Einkaufszentren, Universitäten, Museen➢Möglichst genau und robust➢Ermöglicht real-time tracking➢Praktisch einsetzbar➢Günstige Umsetzung
  5. 5. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 5WLAN Location Fingerprinting (1/2)➢Basiert auf dem RSS - Prinzip➢2 Phasen➢Offline- oder Trainingsphase:➢Erstellung der Radio Map➢Datenbank von Fingerprints (Positionsinformation + RSS)
  6. 6. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 6WLAN Location Fingerprinting (2/2)➢Online- oder Positionierungsphase:➢Beliebige Position in definierter Umgebung➢Messung der Signalstärken➢Vergleich mit der Radio Map➢Positionsbestimmung durch ähnlichste PunkteRadio MapX
  7. 7. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 7Problem➢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]
  8. 8. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 8Wissenschaftliche 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 zuGeschäften zu ermöglichen?➢Ziel ist es ...➢die Anzahl der Punkte die in der offline Phase gemessen werden sollenwesentlich zu verringern ...➢und dabei dennoch in der online Phase eine Genauigkeit zu erreichen,die mit einer vollständig gemessenen Radio Map vergleichbar ist.
  9. 9. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 9Optimierungs - 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
  10. 10. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 10Determine Good Grid Points
  11. 11. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 11Determine Good Grid Points
  12. 12. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 12Determine Good Grid Points
  13. 13. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 13Determine Good Grid Points
  14. 14. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 14Determine Good Grid Points
  15. 15. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 15Determine Good Grid Points
  16. 16. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 16Determine Good Grid Points
  17. 17. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 17Determine Good Grid Points
  18. 18. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 18Determine Good Grid Points
  19. 19. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 19Determine Good Grid Points
  20. 20. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 20Determine Good Grid Points
  21. 21. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 21Determine Good Grid Points
  22. 22. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 22Determine Good Grid Points
  23. 23. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 23Determine Good Grid Points
  24. 24. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 24Determine Good Grid Points
  25. 25. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 25Determine Good Grid Points
  26. 26. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 26Messen der vorgeschalgenen Grid Points
  27. 27. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 27Interpolate Fingerprint Measurements➢Log- Distance Path Loss Model➢Mathematisches Modell um die Ausbreitung vonSignalen zu beschreiben[3]
  28. 28. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 28Berechnung
  29. 29. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 29Berechnung
  30. 30. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 30Evaluierung➢Ziel: Performance des Optimierungs-Algorithmus➢Ersparnisse➢Genauigkeit➢Vergleich vollständig gemessenen Radio Map mit einerinterpolierten Radio Map➢In 3 Szenarien: 2 NLOS, 1 LOS
  31. 31. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 31Ergebnisse – Test Scenario I➢Fläche: 77m²➢Testpunkte: 10➢Gridweite: 1m➢Grid Points: 66➢Ersparnis: 44 GridPoints → 67%
  32. 32. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 32Ergebnisse – Test Scenario I➢Fläche: 77m²➢Testpunkte: 10➢Gridweite: 1m➢Grid Points: 66➢Ersparnis: 44 GridPoints → 67%
  33. 33. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 33Ergebnisse – Test Scenario I➢Fläche: 77m²➢Testpunkte: 10➢Gridweite: 1m➢Grid Points: 66➢Ersparnis: 44 GridPoints → 67%
  34. 34. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 34Ergebnisse – Test Scenario I➢Fläche: 77m²➢Testpunkte: 10➢Gridweite: 1m➢Grid Points: 66➢Ersparnis: 44 GridPoints → 67%
  35. 35. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 35Ergebnisse – Test Scenario III➢Fläche: 1296m²➢Testpunkte: 13➢Gridweite: 5m➢Grid Points: 49➢Ersparnis: 48 GridPoints → 98%
  36. 36. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 36Ergebnisse – Test Scenario III➢Fläche: 1296m²➢Testpunkte: 13➢Gridweite: 5m➢Grid Points: 49➢Ersparnis: 48 GridPoints → 98%
  37. 37. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 37Ergebnisse – Test Scenario III➢Fläche: 1296m²➢Testpunkte: 13➢Gridweite: 5m➢Grid Points: 49➢Ersparnis: 48 GridPoints → 98%
  38. 38. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 38Ergebnisse – Test Scenario III➢Fläche: 1296m²➢Testpunkte: 13➢Gridweite: 5m➢Grid Points: 49➢Ersparnis: 48 GridPoints → 98%
  39. 39. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 39
  40. 40. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 40
  41. 41. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 41+ 14%
  42. 42. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 42+ 14%
  43. 43. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 43+ 14%+ 20%
  44. 44. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 44+ 14%+ 20%
  45. 45. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 45+ 14%+ 20%+ 25%
  46. 46. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 46+ 14%+ 20%+ 25%
  47. 47. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 47+ 14%+ 20%+ 25%
  48. 48. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 48Fazit 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
  49. 49. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 49Smartphone based Indoor-NavigationVerteidigung der MasterarbeitRoland Dutzler06.06.2013Betreuer: Dipl.-Ing. Dr.techn. Univ.-Doz. Martin EbnerInstitut für Informationssysteme und Computer Medien
  50. 50. Smartphone based Indoor-NavigationRoland Dutzler Graz, 06.06.2013 50Quellen[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; Masters Thesis;1997.http://scholar.lib.vt.edu/theses/available/etd-51997-22830/

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