Mobilfunk-Ortung. Tilmann Bock Enrico Scholz Stefan Tietz. Präsentation Mobilfunk-Ortung

Transkript

1 Mobilfunk-Ortung Tilmann Bock Enrico Scholz Stefan Tietz

2 2 Inhalt Bearbeiter: Enrico Scholz, Tilmann Bock, Stefan Tietz Einführung und Abgrenzung Mobilfunk Allgemein Ortungsverfahren Rechtliche Situation Location Based Services Praxisbeispiele Vorführung

3 3 Bearbeiter: Enrico Scholz Einführung Was ist Mobilfunk? Drahtlose Übertragung zwischen beweglichen Funkgeräten Was wird übertragen? - Sprache und Daten Wie erfolgt die Übertragung? - Uplink zur Basisstation, Downlink zum mobilen Endgerät Wellenausbreitung im freien Raum -> über große Entfernungen

4 4 Bearbeiter: Enrico Scholz

5 5 Bearbeiter: Enrico Scholz Abgrenzung Was gehört zum Mobilfunk? GSM GPRS UMTS HSPA LTE

6 6 Bearbeiter: Enrico Scholz Abgrenzung Was gehört nicht zum Mobilfunk? im Rahmen des Vortrags Satellitenfunk Bluetooth Wimax WLAN

7 7 Bearbeiter: Tilmann Bock Mobilfunkgenerationen 1G A, B, C Netz ->analog 2G -> erstes digitales Netz-> GSM + Erweiterung wie CSD, Edge, GSM-R, BOS-GSM 3G -> UMTS 4G -> LTE

8 8 Bearbeiter: Tilmann Bock Grundlagen Technologie Zellbasierte Mobilfunknetze - GSM - UMTS - LTE

9 9 Bearbeiter: Tilmann Bock Architektur der Zellen

10 10 Bearbeiter: Tilmann Bock Größe der Zelle GSM -> festdefinierte Zellengröße - GSM900: 100m m - GSM1800: 100m m UMTS: -> atmende Zellen - Pikozelle <= 100m - Mikrozelle <= 1 000m - Makrozelle <= 2 000m LTE -> -> atmende Zellen - flexible Funknetzplanung: Durchmesser der Zellengröße bis zu 5 km

11 11 Bearbeiter: Enrico Scholz Begiffsbestimmung 1. Positionsbestimmung Ein Teilnehmer eines Mobilfunksystems ermittelt durch Kommunikation mit Systemkomponenten die aktuelle geographische Position. 1. Ortung Ein Teilnehmer eines Mobilfunksystems erfährt durch Kommunikation mit Systemkomponenten die aktuelle geographische Position eines anderen Teilnehmers.

12 12 Bearbeiter: Tilmann Bock Allgemeines war als Ergänzung zu GPS gedacht durch den anhaltenden Ausbau der Mobilfunknetze wurde eine Verbesserung der Genauigkeit der Ortung erreicht die Kosten für die Ortung ist in den letzten Jahren gefallen die Ortung lässt sich mit verschiedenen API s erleichtert in die Anwendungsentwicklung integrieren z.b. bei Android mit den Methoden: location.getlongitude() ; location.getlatitude() ;

13 13 Bearbeiter: Tilmann Bock Vorteile geringe Ortungskosten Mobilfunk ist weltweit verbreitet keine Sichtverbindung zu Satelliten notwendig

14 14 Bearbeiter: Tilmann Bock Nachteile ungenau, hohe Schwankungen in der Genauigkeit nicht auf jedem Endgerät lassen sich alle Ortungsverfahren problemlos durchführen

15 15 Bearbeiter: Stefan Tietz Mobilfunkzellen Omnizellen - Rundstrahler - Kreisförmig Sektorzellen - Sektorantennen - 3 Antennen / Mast 120 Winkel

16 16 Bearbeiter: Stefan Tietz COO (Cell Of Origin) auch Cell-ID oder CGI (Cell Global Identity) genannt wird ab GSM genutzt Jeder Funkzelle ist eine Cell-ID zugeordnet Ermittlung der Funkzelle erfolgt über die Basisstation (BTS) VLR (Visitor Location Register) aktueller Standort HLR (Home Location Register) Identifikation der mobilen Teilnehmer

17 17 Bearbeiter: Stefan Tietz COO (Cell Of Origin)

18 18 Bearbeiter: Stefan Tietz COO (Cell Of Origin) Ortungs-Genauigkeit ist abhängig von der Zellengröße - Stadt bei Picozellen etwa 100 m - Land bei Makrozellen ca. 30km Je größer eine Zelle, desto ungenauer keine zusätzliche Hardware notwendig Verbesserung der Messgenauigkeit durch Laufzeitmessung möglich COO-Verfahren kann durch Laufzeitmessung genauer werden

19 19 Bearbeiter: Stefan Tietz COO + TA (Timing Advanced Verfahren) hybrides Ortungsverfahren TA wird in GSM zur Synchronisation zwischen Uplink und Downlink verwendet mehrere Kanäle durch Frequenzmultiplex (FDMA) jeder Kanal ist in 8 Zeitschlitze eingeteilt (Zeitmultiplex TDMA) die Basisstation erwartet die Antwort 3 Zeitschlitze später durch unterschiedliche Signallaufzeiten Kompensation notwendig das mobile Gerät muss 2 x Signallaufzeit früher senden

20 20 Bearbeiter: Stefan Tietz COO + TA maximaler Zeitversatz 233µs TA eingeteilt in 64 Frames 1 Frame 3,7 µs 1TA entspricht ca. 550m maximale Reichweite in GSM-Netzen 35,2 km Probleme sind Reflexionen und Spiegelungen

21 21 Bearbeiter: Stefan Tietz COO + TA

22 22 Bearbeiter: Stefan Tietz TOA(Time of Arrival) mindestens 3 Basisstationen BTS müssen zeitsynchron sein BTS senden zeitgleich Zeitstempel zum Handy Berechnung erfolgt anhand der Signallaufzeiten und den GEO-Koordinaten der Basisstationen Genauigkeit ca. 125m Abweichung von 1µs ± 300m

23 23 Bearbeiter: Stefan Tietz TDOA (Time Difference of Arrival) Netzbasiert ähnlich zu TOA mindestens 3 Basisstationen keine Zeitsynchronisierung notwendig Zeitstempel wird vom MS an alle BTS gleichzeitig gesendet Berechnung: Laufzeitdifferenz Genauigkeit ca m

24 24 Bearbeiter: Stefan Tietz E-OTD (Enhanced Observed Time Difference) Erweiterung TDOA, aber Endgeräte abhängig mindestens 3 Basisstationen zusätzliche Kontrollstationen LMU (Location Measurement Unit) nötig LMU kennt Positionen der BTS LMU empfängt Signale der BTS und berechnet RTD (Realtimedifferenz) MS misst Laufzeit der Funksignale zu den BTS aus Laufzeit und RTD errechnet die MS die Position Genauigkeit ca. 50m - 125m

25 25 Bearbeiter: Stefan Tietz OTDoA (Observed Time Difference of Arrival) LTE und UMTS Gegenstück zu E-OTD MS führt Zeitdifferenzmessung durch (Downlink) LMU benötigt MS based Berechnung erfolgt auf der MS MS assisted Berechnung erfolgt durch ein SRNS (Serving Radio Network Controller) Ortungsgenauigkeit erhöht sich auf 12 bis 50 m

26 26 Bearbeiter: Stefan Tietz AOA (Angle Of Arrival) Winkelbasiertes Ortungsverfahren Berechnung erfolgt im Netzwerk mindestens 2 BTS BTS muss um Antennenarrays erweitert werden breiter Öffnungswinkel Winkel wird durch Laufzeitunterschiede und Phasenlage berechnet mindestens 2 BTS Genauigkeit 300m - 500m

27 27 Bearbeiter: Stefan Tietz RSS(I) (Received Signal Strength (Indikator)) Netzwerkbasiertes Ortungsverfahren Berechnung aus den empfangen Signalstärken des MS keine Hardware Erweiterung notwendig Probleme: - adaptive Signalanpassung der Sender - Verstärkerstufen - keine Sichtverbindung Genauigkeit ca. 150m

28 28 Bearbeiter: Stefan Tietz Fingerprint Ausnutzung der Mehrwegausbreitung unterteilt in 2 Phase Offline-Phase (Einmessen) -Aufteilung des Ortungsbereiches in eindeutige Zellen -Speicherung charakteristischer Signalmuster und ihrer Position in einer Datenbank -Parameter sind z. B. Signalstärke, Signallaufzeit und Cell-ID

29 29 Bearbeiter: Stefan Tietz Fingerprint Online-Phase (Lokalisieren) -Ortung erfolgt durch Vergleich des empfangenen Signalmusters mit den vorher gespeicherten Signalmustern in der Datenbank -der am besten passende Referenzwert ist die genaueste Position Probleme -sehr aufwendig -Umgebung verändert sich Genauigkeit bis 25m möglich

30 30 Bearbeiter: Stefan Tietz Fingerprint Fingerprint Karte des Campus der Polytechnischen Universität Hong Kong

31 31 Bearbeiter: Tilmann Bock Rechtliche Situation Ortung durch Private oder Öffentliche Einrichtungen

32 32 Bearbeiter: Tilmann Bock Private Ortung durch Dritte ( 98 TKG): - ausdrückliche und gesonderte Einwilligung in Schriftform notwendig - wenn geortet, dann muss Information per Textnachricht erfolgen Ortung ohne Erlaubnis: - Bußgeldverfahren nach 149 Abs. 1 (Nr. 17a/17b TKG) - Dienstanbieter muss auch Einwilligung holen Selbstortung: - Textmitteilung entfällt

33 33 Bearbeiter: Tilmann Bock Öffentliche Einrichtungen Polizei Feuerwehr THW

34 34 Bearbeiter: Tilmann Bock Polizei Stille SMS richterlicher Beschluss oder Gefahr in Verzug bezeichnet eine Sachlage, bei der ein Schaden eintreten würde oder ein Beweismittel verloren ginge, wenn nicht an Stelle der zuständigen Behörde oder Person eine andere Behörde oder Person tätig wird reine Absenden einer Stillen SMS sei als isolierte, taktische Maßnahme gesetzlich nicht gesondert geregelt

35 35 Bearbeiter: Tilmann Bock Feuerwehr und THW suchen nach Personen bei Gefahr

36 36 Bearbeiter: Enrico Scholz Location Based Services Dienste die durch Zuhilfenahme von Positionsdaten Informationen vorauswerten dies wird oft kombiniert mit Informationen zur Person oder Zeit

37 37 Bearbeiter: Enrico Scholz LBS - Einordnungen Personenbezogene - Nutzer ortet aktiv, z.b. GoogleMaps oder andere Kartendienste, Restaurant und POI-Apps Gerätebezogene - Gerät wird automatisch geortet bzw. steuert die Ortung, z.b. Flottenortung oder Warenortung

38 38 Bearbeiter: Enrico Scholz LBS- Informationsübermittlung Push - Verfahren - einmaliges Anfragen der Informationen Pull - Verfahren - ständiger Empfang von Informationen

39 39 Bearbeiter: Enrico Scholz Praxisbeispiel Standortbezogene Dienste selektive Informationen für den Endverbraucher reaktive Dienste -> zb RestaurantFinder, Points of Interests proaktive Dienste-> zb Eintritt in ein Ladengeschäft notwendig sind: Endgerät, Positionsbestimmer Ortsbestimmer Dienstanbieter Dienstnutzer

40 40 Bearbeiter: Enrico Scholz Praxisbeispiel Handy-Ortung Wie funktioniert die Handy-Ortung? 1.Möglichkeit Standortbestimmung durch Netzbetreiber 2. Möglichkeit Standortbestimmung durch GPS

41 41 Bearbeiter: Enrico Scholz Praxisbeispiel Handy-Ortung Anwendungsfälle der Handy-Ortung Routing und Navigation via GPS Verfolgung von Behörden Erstellung von Bewegungsprofilen Tracking von Personen ABER: Zustimmung des Nutzers

42 42 Bearbeiter: Enrico Scholz Praxisbeispiel Handy-Ortung Lässt sich ein ausgeschaltetes Handy orten? Einfache Antwort: Nein Ausführliche Antwort: Ja

43 43 Bearbeiter: Enrico Scholz, Tilmann Bock, Stefan Tietz Vorführung

44 44 Bearbeiter: Enrico Scholz, Tilmann Bock, Stefan Tietz Quellen

45 45 Bearbeiter: Enrico Scholz, Tilmann Bock, Stefan Tietz Quellen

46 46 Bearbeiter: Enrico Scholz, Tilmann Bock, Stefan Tietz Quellen ortungs-sms-a html