Grundlagen und Anwendungen von Location Based Services (LBS)

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1 Grundlagen und von Location Based Services (LBS) Dipl.-Ing. Jörg Blankenbach TU Darmstadt Geodätisches Institut

2 Gliederung Was sind Location Based Services? für LBS Endgeräte Kommunikation Positionsbestimmung Dienste und Protokolle Serverkomponenten Fazit und Ausblick

3 Trend zu Mobilen E-Business M-Business = Mobile Business leistungsfähigere mobile Endgeräte Einführung breitbandiger (Mobilfunk)Netze Forderung des M-Business: Alles zu jeder Zeit an jedem Ort mit jedem mobilen Endgerät in Echtzeit Nachfrage nach neuen, innovativen mobilen bzw. mobilen Diensten wächst

4 Wachstumsprognose M-BusinessM Location Based Services gelten laut einer eco- Studie (2003) als erfolgskritisch für M-Business

5 Location Based Services Ortsbezogene mobile Mehrwertdienste Location Services (LS) Mobile Location Services (mls) Location Based Services (LBS) Mobile Location Based Services (mlbs) Location Based Services (LBS) sind mobile Dienste, die dem Anwender auf Grundlage einer Lokalisierung selektive Informationen oder Dienste zur Verfügung stellen.

6 LBS aus Technologischer Sicht mobiles-gis mobiles Endgerät mobiles-internet LBS GIS Internet Web-GIS

7 für f r LBS Sicherheitsbezogene LBS ( safety ) Notfall- und Notrufdienste Pannenhilfe Diebstahlüberwachung Informationsbezogene LBS Verkehr (Stau, Fahrpläne) Veranstaltungen Lokalitäten (POIs: Hotel, Tankstelle, Apotheke, ) Gelbe Seiten Routenplanung

8 für f r LBS Positionsübermittelnde LBS Flottenmanagement Güterverfolgung / Personenverfolgung friend-finder Navigation LBS im Entertainmentbereich Standortbezogene Spiele / Lokale Wettbewerbe Dating Gebührenbezogenes LBS ( billing ) Standortabhängige Tarife ( Homezone )

9 Anwendungsbeispiele für r LBS Flottenmanagement Warentracking Gelbe Seiten Diebstahlverfolgung Suchdienste Spiele medizinische Überwachung ortsspezifische News Business Services Personaleinsatzplanung (Kunden- und Außendienst) Warndienste Navigation ortsspezifische Informationen Parkraummanagement Personentracking Consumer Services Katastrophenmanagement Government Services

10 Informationsdienste für f r LBS Ortsinformation Position des Clients Sachinformationen Allgemeine Informationen Fachinformationen Zusatzinformationen Visualisierung Karten, Piktogramme Routing/Navigation Wegbeschreibungen

11 von LBS

12 - Endgeräte Nokia 9210i Communicator Siemens SX1 Siemens S45 Siemens SX45 HP ipaq PocketPC h5550 NEC N341i Fujitsu Siemens AMILO Pro Siemens SL45i

13 - Endgeräte - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Mobiltelefon (Handy) mittlerweile Standardgerät Personal Digital Assistant (PDA) Kleincomputer mit Office- Smartphone Kombination aus PDA und Handy Notebook mobiler PC Spezialgeräte

14 - Kommunikation - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Privatbereich (IrDA, Bluetooth) Infrarot Data (IrDA Data)! Übertragungsrate: bis zu 16 Mbit/s! Reichweite: max. 1-2 m Bluetooth:! Übertragungsrate: bis zu 723,2 Kbit/s (asynchron)! Reichweite: 10 m (max. 100 m) Nahbereich (WLAN, Home-RF, HiperLAN) erlaubt Infrastrukturmodus Übertragungsrate: 11 Mbit/s (max. 54 Mbit/s) Reichweite: 10 bis 200 m

15 - Kommunikation - Endgeräte - Kommunikation -Position Fernbereich (GSM, GPRS, HCSM, EDGE, UMTS) Wide Area Network (WAN): Mobilfunknetz verschiedene Typen von diversen Anbietern Kennzeichen aller Mobilfunknetze ist der zellulare Aufbau - Dienste/Protokolle - Serverkomp. F7 F6 F2 F1 F5 F3 F4 F2 F5 F7 F6 F2 F1 F5 F5 F3 F4 F7 F6 F3 F2 F1 F5 F3 F4

16 - Kommunikation - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. 1. Generation (1G) analoges A-, B- und C-Netz 2. Generation (2G) digitale Netze in Deutschland basierend auf dem GSM-Standard Erweiterte 2. Generation (2,5 G) basierend auf GSM mit erhöhter Übertragungsrate GPRS, HSCSD, EDGE 3. Generation (3G) Breitbandnetze z.b. UMTS

17 - Kommunikation - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Global System for Mobile Communications (GSM) nutzt den Circuit Switched Data (CSD) Dienst Übertragungsrate: 9,6 Kbit/s (22,8 Kbit/s brutto) Time Division Multiple Access (TDMA) Kostenabrechnung nach Zeit High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) leitungsvermittelt über mehrere GSM-Kanäle Übertragungsrate: 38,4 Kbit/s (57,6 Kbit/s) Kostenabrechnung nach Zeit

18 - Kommunikation - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. General Packet Radio System (GPRS) paketweise Datenübertragung (mult. Kanäle) Übertragungsrate: 50 Kbit/s (171,2 Kbit/s) Kostenabrechnung nach Datenmenge Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) Erhöhung der Zeitschlitze durch verbesserte Modulation Übertragungsrate: 384 Kbit/s (550 Kbit/s) Kostenabrechnung nach Datenmenge

19 - Kommunikation - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Universal Mobile Telecommunications Standard (UMTS) neue Übertragungsart und breitbandige Modulation 3 UMTS-Normen (cdma2000-mc, WCDMA-FDD, WCDMA-TDD) Andere Ausbreitungseigenschaften! neue Infrastruktur! engmaschigeres Netz Übertragungsrate: 384 Kbit/s 1,92 Mbit/s

20 - Positionsbestimmung Positionsbestimmung automatisiert visuell/manuell Satellitengestützt Hauptsysteme Überlagerte Systeme Gebäudeintern Infrarot- Baken Funk- Baken Netzgestützt Funknetze Mobilfunk Ultraschall

21 Netzgestützte tzte Positionsbestimmung - Endgeräte - Kommunikation -Position- - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Privatbereich (Bluetooth) Funkzelle (Position des Empfängers) Genauigkeit: 1 10 m (Größe der Funkzelle) Großes Entwicklungspotenzial Nahbereich (WLAN, HyperLAN, Home-RF) Funkzelle (Position des HotSpots) Genauigkeit: m Verbesserung der Ortung:! Signalstärke! Signalstärkeprofil

22 Netzgestützte tzte Positionsbestimmung - Endgeräte - Kommunikation -Position- - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Fernbereich - Mobilfunknetz Cell of Origin (COO) / Cell Global Identity (CGI)! Position der Basisstation über die Cell-ID! einfaches und schnelles Verfahren! Genauigkeit: abh. von der Zellgröße: 0,1 30 Km Time of Arrival (TOA) / Timing Advance (TA)! Messung der Signallaufzeit in der Basisstation! Problem: Mehrwegeffekte und Reflexionen Messung der Signalstärke! Problem: Abschattung, Topographie

23 Netzgestützte tzte Positionsbestimmung - Endgeräte - Kommunikation -Position- - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Mobilfunknetz (Fortsetzung) Angle of Arrival (AOA)! Messung der Signalrichtung in der Basisstation! mehrere Antennen oder richtungssensitive Antennen in den Basisstationen! Problem: Mehrwegeffekte und Reflexionen COO, TOA/TA und AOA sind zellbasierte Verfahren Kombination aus COO + TOA/TA + AOA denkbar Deutschland: nur COO verfügbar

24 Zellbasierte Verfahren COO COO + TOA COO + AOA COO + TOA + AOA

25 Netzgestützte tzte Positionsbestimmung - Endgeräte - Kommunikation -Position- - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Laufzeitdifferenzen (TDOA). Laufzeitdifferenzen zu mind. 3 Basisstationen Uplink Time (Difference) of Arrival (UL-TOA/TDOA)! Messung in den Basisstationen (Enhanced) Observed Time Difference of Arrival (E-OTD/OTDOA)! Messung im Endgerät (spezielle Endgeräte) Genauigkeit: < 50 m Spatial Reasoning Verbesserung der Positionsermittlung durch Geo- Datenbanken und GIS (Map-Matching)

26 Satellitengestützte tzte Positionsbestimmung - Endgeräte - Kommunikation -Position- - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Global Positioning System (GPS) 24 Satelliten: sichtbar mind. 4 Satelliten liefert geografische Koordinaten (Länge/Breite) Zusatzmodul (GPS-Empfänger) erforderlich! integriert, Modul/Jacket oder extern Probleme:! Abschattung (Topographie, Gebäude)! Mehrwegausbreitung Differentiell korrigiertes GPS (D-GPS) denkbar Genauigkeit: m externer Empfänger (EMTAC)

27 Satellitengestützte tzte Positionsbestimmung - Endgeräte - Kommunikation -Position- - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Wireless Assisted GPS (A-GPS) Übertragung von GPS-Zusatzdaten an das mobile Endgerät über Mobilfunk (GSM)! Näherungskoordinaten, Zeit, sichtbare Satelliten,! D-GPS: Korrekturdaten endgeräte-unterstützt! Auswertung auf dem zentralen Server! Übermittlung der Position an das mobile Endgerät endgeräte-basiert:! Auswertung auf dem mobilem Endgerät Genauigkeit: m

28 Übersicht Positionsbestimmung Land D-GPS Vorstadt RTK GPS Stadtgebiet GPS EOTD Zukunft: Stadtzentrum Innenraum (Gebäude) WLAN A-GPS COO -Hybrid- Lösungen -Bluetooth- Einbindung 0,1 0, K 3K 10K 30K Genauigkeit [m] (eigene Darstellung in Anlehnung an Grigat (2002))

29 Dienste und Protokolle - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Hyper Text Transfer Protocol (HTTP) Wireless Application Protocol (WAP) Protokoll für Internet-Inhalte auf mobilen Endgeräten Short Message Service (SMS) textbasierter Nachrichtendienst Multimedia Messaging Service (MMS) multimediale Dokumente (Text, Bild, Ton) i-mode Entwicklung des japanischen NTT DoCoMo ähnlich zu WAP (mit chtml)

30 - Serverkomponenten

31 - Serverkomponenten - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Portal- und Service Plattform Front-end Funktionen Service Management Funktionen LBS-Support Funktionen Web-Service Web-Server Applikations-Server Geo-Datenbanken Location-Server netzgestützte Positionsermittlung

32 - Serverkomponenten - Endgeräte - Kommunikation -Position - Dienste/Protokolle - Serverkomp. Web-Server HTTP-Server Web-Container Transformator-Engine Applikations-Server LBS-Grunddienste (OpenLS-Spezifikation)! Directory Service! Presentation Service! Gateway Service! Location Utility Service! Route Determination Service Datenbank-Server Inhalt (Content), Navigation, Basisdaten etc.

33 Fazit und Ausblick LBS sind keine Killerapplikationen, sondern werden das mobile Leben erleichtern Ortsbezug stellt einen deutlichen Mehrwert dar Der breite Einsatz von mobilen Diensten erfordert die Akzeptanz durch den Nutzer: technische Aspekte! Endgeräte, Netzinfrastruktur, Interoperabilität etc. psychologische Aspekte! Inhalte, Kosten, Benutzerfreundlichkeit etc. Datensicherheit und Datenschutz! Abhörsicherheit, gläserner Mensch

34 Vielen Dank für f r Ihre Aufmerksamkeit!

35 Anhang: Quellen (Auszug) - Ericsson (2000): Mobile Positioning System, Präsentation auf dem 1. CGALIES Workshop in Brüssel, 2000, - Grigat, M (2002): Innovative Lokalisierungsverfahren in Mobilfunknetzen zur Mobilitätsunterstützung im Bereich des öffentlichen Personenverkehrs, Präsentation auf dem FIV-Symposium in Darmstadt, Nokia (2000): Nokias Vision of Location Implementation, Präsentation auf dem 1. CGALIES Workshop in Brüssel, 2000, - Kiss, C (2003).: Location Based Services Lokalisierungstechnologien,, Datenschutz, Seminararbeit, TU Dresden, Kuhn, J. (2003): Kommerzielle Nutzung mobiler Ergebnisse der Delphi-Studie Mobile Business, Dissertation, Universität Regensburg, Wunderlich, Th. (2001): Ortsbezogene Information jederzeit und überall, Zeitschrift für Vermessungswesen, 126. Jg, Heft 3, S , Stuttgart, Wunderlich, Th., Schäfer, Th. (2003): Neuartige Ortungstechniken - Konzepte und Tatsachen, DVW-Schriftenreihe, Band 45/2004, S , Wißner-Verlag, Augsburg 2004, ISBN Zipf/Strobl (2002): Geoinformation mobil, Wichmann Verlag 2002, Heidelberg, ISBN

36 Anhang: M-Commerce M Hype-Kurve Ernüchterung Wachstum Realität Hype Realismus Tatsächlicher Verlauf (eigene Darstellung in Anlehnung an Kuhn (2003))

37 Anhang: A-GPSA (Quelle: Ericsson (2000))

38 Anhang: TDOA (Quelle: Ericsson (2000))

39 Anhang: Beispiele im Internet Yellow-Map Gelbe Seiten deutschlandweit WLANd-Salzburg Virtueller Informationsdienst für Salzburg Track your kid / track your truck Personen- und Fahrzeugverfolgung