MOBILFUNKORTUNG. Florian Platen, Wieland Warme, Georg Labbé

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1 MOBILFUNKORTUNG Florian Platen, Wieland Warme, Georg Labbé

2 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 2 Gliederung Begriffsklärung Cell-ID E-OTD AOA TDOA Fingerprinting WLAN-Lokalisierung Assisted GPS Nutzung Allgemein Location Based Services Codebeispiel

3 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 3 Begriffsklärung Positionsbestimmung Ein Teilnehmer eines Mobilfunksystems ermittelt durch Kommunikation mit Systemkomponenten die aktuelle geographische Position. Ortung Ein Teilnehmer eines Mobilfunksystems erfährt durch Kommunikation mit Systemkomponenten die aktuelle geographische Position eines anderen Teilnehmers.

4 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 4 Cell-ID Quelle: [letzter Zugriff: :00]

5 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 5 Cell-ID Genauigkeit ist stark abhängig von der Zellgröße 100m (Stadt) bis 30km (Land) Keine weitere Hard-/Software notwendig Schnelle Positionsbestimmung Optimierung durch Hinzuziehen des Timing Advance Parameters Weitere Verbesserung der Genauigkeit nur durch höhere Dichte an Basisstationen möglich

6 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 6 Circular Lateration Basiert auf der Distanz eines Mobilfunkteilnehmers zur Basisstation Distanz wird durch Zeit- oder Signalstärkenmessung bestimmt Die Distanz bestimmt einen kreisförmigen Streifen um die Basisstation auf dem sich der Mobilfunkteilnehmer befinden kann

7 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 7 Circular Lateration Quelle: [letzter Zugriff: :34]

8 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 8 Hyperbolic Lateration Basiert auf den Distanzdifferenzen zu Basisstationen Nutzt Hyperbeln, um die Position des Mobilfunkteilnehmers zu bestimmen Hyperbeln entstehen aufgrund der Differenzen der Distanz zu zwei Basisstationen Es werden mindestens drei Basisstationen benötigt, um die Position zu bestimmen

9 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 9 Hyperbolic Lateration Quelle: [letzter Zugriff: :34]

10 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 10 Hyperbolic Lateration Quelle: [letzter Zugriff: :34]

11 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 11 E-OTD (Enhanced Observed Time Difference) Methode wird in GSM-Netzen verwendet Dient zur genaueren Positionsbestimmung von Mobilfunkteilnehmern Kann sowohl mit Circular Lateration als auch mit Hyperbolic Lateration implementiert werden MS assisted Berechnung erfolgt im Netzwerk MS based Berechnung erfolgt auf dem Mobilgerät

12 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 12 E-OTD Circular Lateration Es werden benötigt: MOT (Mobile Observed Time) LOT (LMU Observed Time) ε (Taktversatz von LMU und MS) DMB (Distance Mobile to Base Transceiver Station) DLB (Distance LMU to Base Transceiver Station) c (Geschwindigkeit der Funkwelle = Lichtgeschwindigkeit) DMB DLB = c (MOT LOT + ε)

13 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 13 E-OTD Circular Lateration x, y = Position des Mobilfunkteilnehmers x i,y i d Li c t i t MS = Position der Basisstation i = Entfernung der LMU zur Basisstation i = Lichtgeschwindigkeit = Differenz der Signalankunftszeiten von MS und LMU an Basisstation i = Taktversatz von MS und LMU (ε)

14 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 14 E-OTD Hyperbolic Lateration Es werden benötigt: OTD (Observed Time Difference) OTD = t 2 t 1 RTD (Real Time Difference) RTD = t 4 t 3 GTD (Geometric Time Difference) GTD = (d 1 d 2 ) / c OTD = RTD + GTD

15 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 15 E-OTD Benötigt für die Berechnung lediglich Software (keine Hardwareerweiterungen) Aufwendigere Berechnung als Cell-ID Genauere Positionsbestimmung als Cell-ID Bis zu 30 Meter genau, nach oben abhängig von der Dichte der Basisstationen Benötigt LMUs für die Synchronisierung

16 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 16 AoA (Angle of Arrival) Quelle: [letzter Zugriff: :34]

17 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 17 AoA Netzbasiertes Verfahren Theoretisch reichen zwei erreichbare Basisstationen Nicht sehr genau, da Reflektionen die Signale verfälschen Deshalb ist eine Line of Sight empfohlen, die aber sowohl im urbanen Raum, als auch in ländlichen Gebieten schwer realisierbar ist Genauigkeit m

18 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 18 Time Difference of Arrival (TDoA) Verfahren, das Hyperbolic Lateration anwendet Mit Hilfe der Differenz der Ankunftszeiten von Signalen werden Hyperbeln gezeichnet Mindestens drei Basisstationen notwendig, um zwei Hyperbeln zu zeichnen Bei jedem Punkt auf den Hyperbeln ist die Differenz der Laufzeiten der Signale zu zwei Basisstationen konstant

19 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 19 Uplink Time Difference of Arrival (U-TDoA) Basiert auf TDoA und verwendet somit Zeitdifferenzen, um mittels Hyperbel-Lateration die Position zu bestimmen Zusatz Uplink, da die Signale vom Teilnehmer zu den Basisstationen gesandt werden Netzbasiert Vor allem bei UMTS eine hohe Genauigkeit von m

20 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 20 Observed Time Difference of Arrival (OTDoA) Das bei UMTS und LTE verwendete Gegenstück zu E- OTD Zeitdifferenzmessung wird durch das Mobilgerät durchgeführt (Downlink) ue-assisted Messungen werden an den SRNC übertragen ue-based Berechnungen werden vom Teilnehmer selbst durchgeführt

21 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 21 OTDoA Modifikationen der Software der Mobiltelefone und der Hardware der Basisstationen nötig Genauigkeit liegt bei m Problem: Teilnehmer befindet sich zu nah an einer Basisstation Erweiterung OTDoA Idle period down-link, Einführung von Leerlaufphasen Das senkt jedoch die Kommunikationseffizienz und die Kapazität des Down-Links Lösung: Cumulative Virtual Blanking

22 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 22 Fingerprinting (Pattern Matching/Database Correlation) Unterteilt in zwei Phasen Training Aufbau einer Datenbank mit den Fingerabdrücken von Referenzpunkten Ein Fingerabdruck ist ein Vektor, der die Signalstärken der umliegenden Basisstationen beschreibt Je näher die Referenzpunkte, desto höher ist die Genauigkeit

23 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 23 Fingerprinting Positioning Mobilgerät misst die Signalstärke der umliegenden Basisstationen Ermittelter Vektor wird an einen Server übertragen, der den Vektor mit den eingetragenen Referenzpunkten vergleicht Position des Punktes mit den meisten Übereinstimmungen wird zurückgegeben Mobile-assisted, da sowohl Mobilgerät als auch das Netzwerk am Verfahren beteiligt sind

24 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 24 WLAN Lokalisierung Ortungsmechanismen ähnlich GSM-Ortung, per RSSI (received signal strength indication) Positionsbestimmung anhand der Empfangsfeldstärke der einzelnen Router und deren fester Position (Triangulation) steigende Genauigkeit mit steigender Zahl von Hotspots bekannter Position Hilfsmittel zur Positionsbestimmung an Orten mit schlechter GSM-Ausleuchtung (Häuserschluchten, Tunnels, ) Crux: erfordert genaue Kenntnis der Position vereinzelter WLAN-Hotspots -> Sammlung erfordert Datenbank -> Zugriff erfordert Internetzugang Hindernis bei indoor Ortung: genaue Kenntnis über die Gebäudebeschaffenheit Projekte: MagicMap (HU Berlin) OpenWLANMap (freies Projekt unter GNU/FDL Lizenz) Skyhook Wireless (kommerzielle Lösung, Verwendung ua. in iphone, ipad und ipod Touch zwischen 2008 und 2010)

25 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 25 Assisted GPS Verfahren zur Unterstützung der Positionsbestimmung durch GPS unter Zuhilfenahme eines von GPS verschiedenen Übertragungsnetzes GSM-Ortung trägt durch Eingrenzung des Suchbereichs zur Beschleunigung der Positionsbestimmung mittels GPS bei momentan sichtbare Satelliten, geschätzte Signallaufzeiten -> Reduktion des TTFF (time to first fix) einer GPS-Positionsbestimmung Almanach-Aktualisierung wird an Basisstationen ausgelagert, nur Signallaufzeiten werden vom Empfänger berechnet (Almanach sonst auch) Unterscheidung zwischen: netzwerkbasiertem AGPS (Mobile Station Assisted - MSA) Endgerät sendet ermittelte Signallaufzeiten an GSM-Basisstation GSM-Basisstation hält Daten wie Almanach, Ephimeriden und Standort in speziellen AGPS-Servern vor Server berechnet Position anhand der empfangenen Daten Basisstation sendet Positionsdaten an Endgerät zurück terminalbasiertem AGPS (Mobile Station Based - MSB) Endgerät (= Terminal) errechnet Position anhand der vom AGPS-Server vorgehaltenen Daten selbst

26 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 26 Nutzung Allgemein Gründe für Ortung und Positionsbestimmung: Orientierung Finden von Dienstleistungen, Sehenswürdigkeiten, Einrichtungen, bewusste Weitergabe der eigenen Position (an soziale Netzwerke, vereinzelte Personen, Dienstleister, ) Bekanntestes Geschäftsmodell, das Ortung und Navigation einbezieht: location based services

27 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 27 Nutzung Location Based Services... sind standortbezogene Dienste, die auf die aktuelle Aufenthaltsposition abgestimmte Informationen zur Verfügung stellen (bspw. Restaurants, Tankstellen oder Sehenswürdigkeiten). - Gabler Wirtschaftslexikon sind den kontextsensitiven Diensten zuzuordnen, Kontext ist in dem Fall die aktuelle Position bilden immer ein Konglomerat aus Geolokalisierung (Ortungstechnologie), Plattform zur Bereitstellung von Informationen (Internet) und Konsummedium (Endgerät) gesucht wird die Position des Endgerätes, bzw. der SIM-Karte Unterscheidung zwischen: reaktiv Dienst wird durch den Nutzer abgerufen proaktiv Dienst reagiert automatisch aufgrund des Aufenthaltsortes

28 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 28 Nutzung Location Based Services Zusätzlich Unterteilung nach jeweiligem Zweck: Sicherheitsbezogene D. (location - safety) Dienste, die vor allem für Notfälle vorgesehen sind, beispielsweise die Bestimmung und Übermittlung der Position einer Person, die den Notruf gewählt hat. Gebührenbezogene D. (location - billing) Diese Dienste bilden die Grundlage für Tarifmodelle, die bei der Berechnung der Gebühren die Position des Nutzers miteinbeziehen. Informationsbezogene D. (location - information) InfoB. LBS bieten Informationen zu nächstgelegenen Points of Interests (POI) an. Positionsübermittelnde D. (location - positioning) Alle Dienste, die Standortdaten bereitstellen, zur Personen-, aber auch zur Sach- und Güterortung.

29 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 29 Nutzung Location Based Services Beispiel: Eine Person startet eine App auf ihrem Smartphone. Diese App soll die nächstgelegenen Kinos, sowie deren aktuelles Programm anzeigen. Beim Start der App wird die Position des Nutzers ermittelt. Hierzu stehen Schnittstellen und Standard-Funktionen bereit, um auf Applikationsebene auf das GPS-Modul zugreifen zu können. Es wird eine Anfrage an den nächstgelegenen AGPS Server des Providers gestellt. Der AGPS-Server des Providers ermittelt anhand der mitgeteilten Signallaufzeiten die Geokoordinaten des Nutzers und schickt sie an ihn zurück. Die App erhält die errechneten Längen- und Breitengradwerte und baut nun einen HTTP-Request an eine öffentliche Kino- Datenbank auf. Der Request enthält unter anderem die Koordinaten des Nutzers und einen Wert für den Umkreis, in dem nach Kinos gesucht werden soll. Die Datenbank gibt als Response die Geokoordinaten aller Kinos im Umkreis des Nutzers, sowie deren einzelne Programmlisten zurück. In der App wurde mittlerweile eine Karte geladen, auf der der Nutzer in der Mitte als grüner Pfeil angezeigt wird. Um den Pfeil herum werden nun die Kinos in Form von roten Stecknadeln angezeigt. Dazu werden die Geokoordinaten auf der Karte gesucht und markiert. Tippt der User auf eine der Stecknadeln, öffnet sich ein Dialog mit den Informationen über das dort gelegene Kino.

30 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 30 Nutzung Rechtsaspekte Erstellung von Bewegungsmustern stellt eine signifikante Bedrohung der Privatsphäre des Nutzers dar Hierzu Telekommunikationsgesetz (TKG): Nutzer muss der Weitergabe seiner Standortdaten immer zustimmen und seine Einwilligung auch widerrufen können wird in Apps heutzutage zumeist bei der Installation gewährleistet im Rahmen von Telediensten greift zusätzlich das Teledienstdatenschutzgesetz (TDDSG) Daten müssen nach Nutzung gelöscht und dürfen nicht anderweitig weiterverwendet werden

31 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 31 Nutzung Codebeispiel Positionsermittlung mit dem App-SDK für Windows Phone 8/Windows 8 (C# +.NET): Geolocator Objekt erstellen Geoposition Objekt erstellen, als Wert return-value von Geolocator.GetGeoPositionAsync() übergeben aktuelle Längengrad- und Breitengradwerte aus Geoposition-Objekt ableiten und nach Belieben weiterverwenden Quelle: [letzter Zugriff: :59]

32 Florian Platen, Georg Labbé, Wieland Warme 32 Quellen [letzter Zugriff: :30] [letzter Zugriff: :31] [letzter Zugriff: :34] [letzter Zugriff: :40] [letzer Zugriff: :30] [letzter Zugriff: :49] [letzter Zugriff: :05] [letzter Zugriff: :30] [letzter Zugriff: :40] [letzter Zugriff: :10] [letzter Zugriff: :48] [letzter Zugriff: :17] [letzter Zugriff: :22] [letzter Zugriff: :01] [letzter Zugriff: :59]