Hauptseminar Überfachliche Grundlagen SS2004 Trends der Mobilkommunikation. Thema Lacation Based Services Hoffnungsträger der Service Provider

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1 Hauptseminar Überfachliche Grundlagen SS2004 Trends der Mobilkommunikation Thema Lacation Based Services Hoffnungsträger der Service Provider Technische Lösungen: Long Zhao Marktübersicht: Roman Grutza

2 Inhaltübersicht: 1 Technik 1.1 Einleitung 1.2 LBS-Systemarchitektur 1.3 LBS im M-Commerce und Wertschöpfungskette 1.4 Technische Aspekte Endgegräte: Voraussetzung einer LBS-Anwendung Location Technologien und die dritte Mobilfunkgeneration (3G) Netzwerkbasierte Technologien Cell-ID Verfahren CGI + TA Verfahren UL-TOA Verfahren MT-basierte Verfahren E-OTD Verfahren A-GPS Verfahren Vergleich 1.5 Anwendung Location Platform / Location Mediation Gateway Anwendungsklassifizierung Lokalisierung Ortsnahe Suche Routing Verkehrnachrichten Werbung Anwendungsbeispiel 1.6 Fazit / Zusammenfassung A. Anhang: Quellen und Links von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 2 -

3 1. Technische Lösungen 1.1. Einleitung: Lacation Based Services: Das Handy kennt den Weg Das neuste Handy besitzt eine Tastatur, ein Display eine Antenne, sogar eine Kamera. Es kann zwar nicht fotografieren, dafür aber die Straßenkarte kennen, die nächtstgelegenen Tankstellen, Hotels und Gaststätten finden und in medizinischen Notfällen selbsttäting Hilfe herbei lotsen. Ein Traum war das nicht. Standortbezogene Dienste, so genannte Location Based Services (kurz: LBS) ermöglichen es. Unter Location Based Services versteht man ortsgebundene Services eines Mobilfunkanbieters, die auf den Aufenthaltsort des Nutzers abgestimmte Informationen liefern. Location Based Services nutzen die Gelegenheit, dass ein eingeschaltetes Handy jederzeit über die Funkzelle, mit der es in Verbindung steht, lokalisiert werden kann. So können die Mobilfunkbetreiber und deren Partner dem Handy-Besitzer auf seine Position bezogene Dienstleistungen und Informationen maßschneidern. In Deutschland stellen heutzutage alle wichtigen Mobilfunkanbieter mit dem Anruf die aktuelle Position des mobilen Teilnehmers bereit. Die Position ist durch die Funkzelle gebeben, in der sich jeder Mobilfunkteinehmer anmeldet LBS-Systemarchitektur Location Based Services bestehen aus drei Komponenten, einem Server, der die Datenbank zur Speicherung der Informationen darstellt (oft eine Geodatenbank, da ortsbezogene Daten benötigt sind), in Verbindung mit einem GIS, einem Client in Form eines Endgerätes, wie einem Laptop, Pocket PC, PDA oder Mobiltelefon, sowie einem Übertragungsweg, meist das Internet (mobil oder über LAN (Local Area Network)), der Client und Server verbindet. von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 3 -

4 Workflow and Systemarchitektur eines LBS 1.3. LBS im M-Commerce und Wertschöpfungskette Das Global Mobile Commerce Forum definiert Mobile Commerce offiziell als: The delivery of electronic commerce capabilities directly into the consumer s device, anywhere, anytime via wireless network. Mobile Commerce bedeutet also, dass der Anwender unabhängig von seinem Standort mit Hilfe von drahtlosen Technologien Zugang zu E-Commerce erhält. Die Handelsbeziehungen beinhalten sowohl das Geschäftsfeld für business-to-comsumer-beziehungen als auch für business-to-business- Beziehungen. Erfolgreiche mobile Dienste werden auf die individuellen Bedürfnisse des einzelnen Kunden zugeschnitten, also personalisiert sein. Seinen von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 4 -

5 Bedürfnissen entsprechend erhält der Nutzer Informationen und Anwendungen geliefert, und zwar genau zu dem Zeitpunkt und an dem Ort, an dem er sie benötigt (zeitliche und örtliche Relevanz). Ein wichtiger Baustein für die Entwicklung innovativer mobiler Internet-Anwendungen sind daher Informationen über den momentanen Aufenthalsort des Nutzers. Die folgende Abbildung zeigt die Positionierung eines LBS im M-Commerce. Die Entwicklung mobiler Datendienste hat bedeutende Auswirkungen auf die Wertschöpfungskette. Zum einen können neue mobile Dienste angeboten, multimediale Inhalte übertragen und mobile Portale betrieben werden. Zum anderen treten eine Reihe neuer Akteure wie z.b. Handelsfirmen, Internet-Portal-Betreiber und Medienunternehmen in die erweiterte Mobilfunk-Wertschöpfungskette ein. In der folgenden Abbildung werden die wichtigsten Akteure am Markt für Mobile Business grob klassifiziert und in das Wertschöpfungsmodell eingeordnet. von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 5 -

6 Überblick Wertschöpfungskette eines LBS im Mobile Business 1.4. Technische Aspekte Endgegräte: Voraussetzung einer LBS-Anwendung Um Location Based Services nutzen zu können, wird an sich kein besonderes Endgerät benötigt, da es auch Location Based Services gibt, die über SMS genutzt werden können. Aber wie man sich sicher gut vorstellen kann, ist es von Vorteil, ein Endgerät zu benutzen, dass vor allem technisch und auch graphisch etwas mehr zu bieten hat, weil damit die Anzahl der möglichen Dienste und Darstellungsarten wächst. Ein PDA besitzt da schon mehr Voraussetzungen, um Location Based Services zu nutzen, aber hier fehlt es wiederum an der Anbindung an ein Telefonnetz oder das Internet, so dass ein PDA alleine nicht ausreicht, um LBS zu nutzen. Es müsste über ein Handy oder einen GPRS-Aufsatz, die es für von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 6 -

7 einige PDA-Modelle gibt, erweitert werden. Dadurch wird jedoch die Handhabung etwas einschränkt. Eine gute Kombination von einfachen Mobiltelefonen und PDA s sind die Smartphones. Darum gibt es auch zwei Varianten, nämlich als Mobiltelephon, das mit einem größeren Display ausgestattet ist und um die Organizer-Funktionen eines PDA s erweitert wurde, z.b. Sony P800/dopod 515, oder als PDA, das um die Funktion der Telefonierens erweitert wurde. z.b dopod 686/ Location Technologien und die dritte Mobilfunkgeneration (3G) Auf dem Gebiet der Location Technologien wird sehr viel Forschung betrieben, welche auch von den Netzbetreibern sehr gut unterstützt wird, da sie sich eine große Rentabilität von den Location Based Services erhoffen. Es gibt schon einige verschiedene Ansätze für die Bestimmung des Standortes, die jedoch alle noch mit kleinen Problemen in der Praxis kämpfen. Trotzdem sind sie schon voll einsatzfähig und auch schon seit längerem in Gebrauch und die Genauigkeit der Standortbestimmung wird immer besser. Aber bessere Location Dienste verlangen auch höhere Datenübertragungsrate, obwohl es kein großes Problem besteht, neue Location Technologie(z.B A-GPS) mit höherer Genauigkeit in GSM(2G) oder GPRS(2.5G)-Netz einzusetzen. Ein einfaches Beispiel ist Fahrzeuge Lokalisierung und Routen. Per GSM oder GPRS werden die Informationen von Straßen nur als reine Texte oder schwarz-weiß Bilde angeboten, wobei es über 3G-Netz auch Farbige Maps mitgeliefert wird. Die zur Lokalisierung mobiler Endgeräte eingesetzten Verfahren lassen sich in von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 7 -

8 zwei Klassen einteilen, abhängig davon, wer die Messung der relevanten Daten vornimmt. Es gibt netzwerkbasierte Verfahren und sogenannte MT-basierte Verfahren, bei denen das mobile Endgerät eine aktive Rolle übernimmt Netzwerkbasierte Technologien Bei diesen Verfahren werden die zur Positionsbestimmung relevanten Daten vom Mobilfunknetzwerk gemessen. Dieses bestimmt dann die Position des mobilen Endgerätes. Netzwerkbasierte Verfahren haben den Vorteil, dass man mit ihrer Einführung eine sofortige, vollständige Marktpenetration erreicht. Dies beruht darauf, dass keine Änderungen an Endgeräten notwendig sind. Allerdings haben diese Technologien den Nachteil, dass sie, verglichen mit MT-basierten Verfahren, ungenauer sind. Im Folgenden werden die derzeit wichtigsten, netzwerkbasierten Verfahren erläutert, nämlich CELL ID, CELL ID + TA, UL-TOA Cell-ID Verfahren Bei diesem Verfahren wird zur Lokalisierung die Cell Global Identity (CGI) verwendet. Dies ermöglicht eine eindeutige Identifizierung der Funkzelle, bzw. Eines Zellsektors., in welcher das mobile Endgerät eingebucht ist. Folgende Abbildung zeigt eine Zelle und Sektoren einer Zelle. Hierbei hat jeder Sektor eine CGI: Dieses Verfahren ist, im Vergleich zu den anderen hier vorgestellten Verfahren, am einfachsten zu implementieren und wird derzeit auch am häufigsten von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 8 -

9 eingesetzt. Allerdings ist es auch die ungenaueste Lokalisierungstechnologie, da Funkzellen in urbanen Gebieten einen Radius von mindestens 100 m haben. In ländlichen Umgebungen können sie auch Größen bis zu 35 km erreichen, was für einige Dienste aber bei weitem nicht genau genug ist. Auch die Funkzellenanordnung spielt eine gewisse Rolle bei der Genauigkeit der Standortbestimmung. Hierbei sollte einmal eine möglichst flächendeckende Versorgung gewärleistet sein. Dann sollten die einzelnen Funkzellen sich möglichst wenig überschneiden, damit die Bereiche, die von den einzelnen Basisstationen abgedeckt werden, möglichst eindeutig voneinander getrennt werden können. Und zuletzt sollten es auch insgesamt möglichst wenige Basisstationen geben, damit die Zuordnung zu den Funkzellen noch leichter ist CGI + TA Verfahren Eine Erweiterung der Ortsbestimmung über die CGI ist die Einbindung des Timing Advance (TA). Dies ist ein Wert, der in der GSM Architektur auch ohne LBS Technologien bestimmt wird. Der TA ist eine Abschätzung der Entfernung des mobilen Endgerätes zur Base Transceiver Station (BTS=Sendemast). Dabei wird diese Entfernung zur Berechnung des TA s in Schritten von 550 m geschätzt. Verwendet man die TA-Information zusammen mit der CGI kann man die Position eines mobilen Endgerätes auf Kreisbögen bzw. Sektoren von 550 m Breite einschränken UL-TOA Verfahren von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen - 9 -

10 Das Uplink Time Of Arrival (UL-TOA) Verfahren beruht auf der Messung von Zeitdifferenzen, die zwischen dem Eintreffen von Funksignalen eines mobilen Endgerätes bei mindestens 3 BTS liegen. Es arbeitet ähnlich wie das nachfolgend beschriebene E-OTD Verfahren. Im Vergleich zu E-OTD wird es sich wohl im GSM Umfeld nicht durchsetzen, da neben weiteren technischen Problemen und hohen Kosten, zur Positionsbestimmung mindestens drei Basisstationen in Reichweite des mobilen Endgerätes nötig sind, bei EOTD dagegen nur drei. Beispielsweise hat Nokia als einer der großen GSM-Netzwerkausrüster das UL-TOA Verfahren gar nicht im Angebot MT-basierte Verfahren Bei diesen Verfahren wird die Messung der zur Positionsbestimmung relevanten Daten vom MT vorgenommen. MT-basierte Verfahren haben, im Vergleich zu netzwerkbasierten, den Vorteil, dass sie deutlich genauer sind. Allerdings sind bei diesem Verfahren Änderungen an Endgeräten oder sogar neue Endgeräte nötig. Dadurch sind diese Verfahren dann auch kostenintensiver, weshalb sie z.b. in Deutschland derzeit kaum eingesetzt werden. Nachfolgend werden zwei bereits realisierbare MT-basierte Verfahren, das E-OTD und das A-GPS Verfahren, näher erläutert E-OTD Verfahren Enhanced Observed Time Difference (E-OTD) berechnet die Position aus den Zeitverzögerungen oder aus den Ankunftszeiten der zeitgleich von mindestens drei Basisstationen gesendeten Signale. Zur Messung lassen sich normale, in der GSM-Übertragung vorkommende Dummy oder Synchronisieungsbursts verwenden. Das System funktioniert auch innerhalb von Gebäuden, kommt jedoch mit Abweichungen bis zu 100 m von der tatsächlichen Position nicht an die Genauigkeit von GPS heran. Für E-OTD müssen die Endgeräte entsprechend adaptiert werden. von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen

11 D-GPS / A-GPS Verfahren Assisted GPS (A-GPS) ist ein vom Mobilfunknetz unterstütztes Lokalisierungsverfahren, welches das Global Positioning System (GPS) benutzt. Um per GPS ein MT lokalisieren zu können, muss dieses GPS-Satellitensignale empfangen können. Jede Basisstation versorgt eine gewisse Anzahl von Zellen. Befindet man sich in einer Zelle weiß die Basisstation den ungefähren Aufenthaltsort des Gerätes. Startet man jetzt eine A-GPS Lokalisierung, vermittelt die Basisstation dem MT die Informationen über die Frequenzen und Positionen derzeit sichtbarer Satelliten, damit MT schnell und korrekt GPS-Sattelliten finden kann. A-GPS hat den Vorteil, daß die Lokalisierung sofort starten kann, da die Koordinaten des Empfängers schon ungefähr bekannt sind. Allerdings hat es auch den Nachteil, dass die Signale der Satelliten nur sehr schwach sind, so dass in Räumen oder dicht bebauten Gebieten fast kein Empfang dieser Signale mehr möglich ist Vergleich Die folgende Tabelle liefert einen Vergleich der Lokalisierungstechnologien bezüglich ihrer Genauigkeit. Technologie Genauigkeit Stadt Genauigkeit Land Cell-ID (CGI) > 100 m < 35 km CGI+TA > 100 m Kreissektor mit 550 m UL-TOA Ca. 150 m Ca. 50 m E-OTD Ca. 200 m Ca. 60 m A-GPS m 3 10 m 1.5. Anwendung Location Platform / Location Mediation Gateway Wenn Sie Location Based Services in das Portfolio Ihres Dienstangebots von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen

12 aufnehmen wollen, benötigen Sie einen nahtlosen Transfer der Location-Informationen vom PLMN (Public Land Mobile Network) zu den mobilen Anwendungen. Als Kernkomponente seines Location-Lösungsportfolios wird die Location Platform angeboten. Die Location Platform verbindet alle Komponenten, welche die Location Based Services ausmachen. Sie ruft die Position des mobilen Geräts aus dem Netz ab und übermittelt diese über eine dedizierte Standardschnittstelle an den Location Enabling Server. Diese zukunftsorientierte Lösung stellt einen sicheren Migrationspfad zu den Mobilfunknetzen der 3. Generation dar und unterstützt die Migration zu hochpräzisen Positionierungstechnologien (E-CGI, E-OTD, A-GPS). Sie unterstützt Roaming und ist nahtlos in das Mobilfunknetz integrierbar. In Verbindung mit dem Location Enabling Server und der GeoToolBox garantiert die Location Platform eine zukunftssichere und hochflexible Lösung für Ihre End-to-End-Dienste. Vorteile: die Migration von 2.5G zu 3G Netzen erfordert keine Änderung der Location Services Vermittlung der Location-Informationen zwischen mobilem Netz und der IP-Welt ermöglicht sofortige LBS-Roaming-Implementierung integriert sich problemlos in Mobilfunknetze klar definierte XML/http-Schnittstelle zum Location Enabling Server für den Zugang zu erweiterter Location-Technologie Charakteristika: reibungslose Migration zur Standard-LCS-Lösung durch Prä-Standard-Schnittstelle von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen

13 unabhängig von Mobilfunktechnologien (GSM, GPRS, UMTS) Protokollierung aller Positionierungsanfragen für spätere Fakturierung garantierte Priorisierung von Positionierungsanfragen für Notfall-Services Teilnehmerstatusabfrage zur Bestimmung der Verfügbarkeit im Mobilnetz Anwendungsklassifizierung Im Wesentlichen stellen Location Based Services auf folgende fünf Grundanwendungstypen ab: - Lokalisierung von Personen Objekten oder Orten -Suche nach nahegelegenen Objekten z.b. Restaurants, Hotels, Einkaufgelegenheiten - Routing - Informationen über Verkehrsanbindung - Werbung Lokalisierung Für Applikationen in diesem Anwendungsbereich ist eine genaue Angabe der Position ausschlaggebend. Unter dem Anwendungsbereich Lokalisierung wird hier das Auffinden von konkreten Objekten, Personen oder Orten verstanden. Die Lokalisierung von Fahrzeugen ist die Basis von Trackinganwendungen, sowie Anwendungen im Bereich Logistik oder Flottensteuerung (wie es z.b. bei UPS zur Paketverfolgung eingesetzt wird). Auch der sogenannte Friendfinder basiert auf dieser Funktionalität. Mit diesen Anwendungen kann man Freunde oder Kinder lokalisieren und bekommt deren Aufenthaltsort übermittelt. Durch die Funktion der Lokalisierung ist es auch möglich geworden, dass eine Vertriebsgesellschaft ihre Vertreter orten und die Polizei gestohlene Fahrzeuge leichter aufspüren kann. Die wichtigste Möglichkeit von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen

14 allerdings, die dieser Anwendungsbereich bietet, ist sicherlich das Lokalisieren von Verunglückten (z.b. Opfer von Lawinenunglücken). Eine der ersten Anwendungen war die Lokalisierung von Alzheimerpatienten in den USA Ortsnahe Suche Wenn einmal die geographische Position des Benutzers festgestellt wurde, ist die naheliegendste Frage, welche Einrichtungen sich in seiner Nähe befinden. Elektronische Yellow-Pages oder andere Dienstleistungsverzeichnisse benutzen spezielle Suchalgorithmen, um Geschäfte, oder Einrichtungen, die sich in einem bestimmten Radius zum Benutzer befinden, aufzuspüren und sie dem Benutzer zu übermitteln. Dienste, die auf dieser Funktion beruhen, sind z.b. Hotelfinder, Restarauntfinder, Suche nach Sehenswürdigkeiten oder auch Location Based Games. Anwendungen die im B2B-Bereich realisiert sind, sind z.b. die Suche nach allen Typen von Unternehmenseinrichtungen, wie z.b. das nächstgelegene freie Firmenauto. Vertreter können sich, durch die Einbeziehung der firmeneigenen Kundendatenbank, die Kunden in der Umgebung ihres aktuellen Aufenthaltsortes anzeigen lassen Routing Routenplanung ist von den verschiedensten Anwendungen im Internet bekannt. Aber auch im mobilen Bereich setzt sich dieser Anwendungsbereich immer mehr durch. Durch die Lokalisierung des Mobilgerätes ist es möglich, ohne vorherige Angabe des Abfahrtsortes, die Route zu einem bestimmten Ziel berechnen zu lassen. Dabei kann man bei einigen am Markt vorhandenen Applikationen unterscheiden, ob man die kürzeste oder die schnellste Strecke bevorzugt. Die Ausgabe an den Benutzer erfolgt entweder über eine Grafik, die die Strecke darstellt, über eine Liste der Einzelstrecken bis zum Ziel, oder eine Kombination aus Grafik und Liste. Routenplanung ist aber nicht nur als eigenständige Applikation zu finden. Ein großer Teil der Location Based Services bietet als zusätzlichen Service die Routenplanung an. Bei O2 von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen

15 Germany Restaurauntfinder kann man sich z.b. direkt nach Auswahl des Resteraunts die Route dorthin anzeigen lassen Verkehrnachrichten Verkehrsnachrichten werden normalerweise dem Benutzer über Radiosender mitgeteilt. Mit Location Based Services ist es möglich, Verkehrsnachrichten in realtime über sein Handy zu erhalten, je nachdem in welchem Gebiet sich der Benutzer gerade aufhält. Damit ist es möglich, aktuelle Verkehrsbehinderungen, ausgelöst durch Baustellen oder Staus, gezielt zu umfahren Werbung Ein weiterer großer Anwendungsbereich fällt auf die lokale, personalisierte Werbung. Bei dieser Art von Werbung werden dem Benutzer, je nachdem wo er sich gerade aufhält, besondere Angebote auf sein Mobilgerät übermittelt. Durch rechtliche Umstände in Deutschland ist es zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht möglich, diese Werbebotschaften ohne vorherige Erlaubnis durch den Benutzer zu versenden. Die Firma McDonalds bietet z.b. solche Werbung seinen Kunden, nach einer Registrierung im Internet, an. So bekommt der registrierte Benutzer jeweils eine SMS auf sein Mobilgerät geschickt, wenn er sich in einem bestimmten Umkreis zu einem Restaurant befindet. Durch diese SMS wird er auch auf aktuelle Tagesangebote hingewiesen Anwendungsbeispiel Folgendes Szenario soll exemplarisch für LBS verwendet werden: Ein Benutzer befindet sich in einer fremden Stadt und möchte sich gerne über sein WAPPortal die nächstgelegenen Restaurants, relativ zu seiner Position anzeigen lassen. Schritt 1: Der Benutzer wählt auf seinem Mobilgerät sein WAP-Portal an und schickt eine Anfrage nach den nächstgelegenen Restaurants ab. Diese von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen

16 WML-Anfrage wird über das WAP-Protokoll zu dem für ihn im Augenblick zuständigen BSC geschickt. Schritt 2: Diese WML-Anfrage wird vom BSC an das WAP-Gateway des GSMNetzbetreibers weitergegeben. Schritt 3: Diese Anfrage wird über HTTP an den Web-Server (bzw. Applikationsserver) des Portalanbieters übermittelt. Schritt 4: Der Applikationsserver verarbeitet nun die Anfrage und fordert beim GMLC (Gateway Mobile Location Center) des Netzbetreibers die Standortdaten des Mobilgerätes, das den Dienst angefordert hat, an. Schritt 5/6/7/8: Willigt der Anwender ein, wird die Lokalisierung durchgeführt. Das GMLC gibt die ermittelten Geokoordinaten an den Applikationsserver weiter. Nach der Positionsbestimmung kann der Applikationsserver mit der eigentlichen Diensteausführung beginnen. Hier ist z.b. der InfoCommerce-Dienst von Locationet, der durch ein Java-Applet realisiert wird und wie eine Internet-Anwendung funktioniert. Diesen kann man dann mit einem entsprechenden Gerät, wie einem PDA oder Smartphone mit größerem Display anschauen und die Funktionalitäten verwenden. Die Standortdaten wurden schon automatisch über den Netzbetreiber oder das GPS an die entsprechende Plattform im Internet weitergeleitet, auf der diese Appikation zur Verfügung steht. Und auch die Daten sind wieder auf dem gleichen Weg zurück zum Kunden gekommen. von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen

17 1.6. Fazit / Zusammenfassung Die Location Based Services sind noch eine relativ neue Dienstleisung, die ständig verbessert wird. Durch die neue Technik werden immer besser und immer mehr Möglichkeiten angeboten. Anhang: Quellen und Links cds/frontdoor/0,2241,de_de_0_1375_rarnrnrnrn,00.html von Long Zhao Location Based Services-Technische Lösungen