Studie für ein campusweites Positionierungs- und Navigationssystem an der TU Wien basierend auf WLAN

摘要

Ein campusweites Positionierungs- und Navigationssystem für die TU Wien soll durch die Nutzung von WLAN-Signalen und der Positionierungsmethode Fingerprinting realisiert werden. Ziel dieser Studie ist es daher die Verfügbarkeit, Leistungsfähigkeit und Nutzbarkeit von WLAN in ausgewählten Bereichen zu untersuchen. Für diesen Zweck wurden die WLAN-Signalstärken am Karlsplatz, im Freihaus-Bürogebäude sowie in der Universitätsbibliothek unter realen Bedingungen gemessen. Die Messungen wurden dabei statisch, kinematisch und im Stop-and-Go Modus mit sechs verschiedenen Smartphones durchgeführt. Für das Fingerprinting wurde ein probabilistischer Ansatz basierend auf der Berechnung der Mahalanobis-Distanz gewählt. Es hat sich gezeigt, dass die eingesetzten Smartphones die Signalstärken unterschiedlich stark empfangen, weshalb für jedes Smartphone eine Kalibrierung mit einem multivariaten linearen Regressionsmodell durchgeführt wurde. Damit konnte die geräteabhängige Empfangsempfindlichkeit weitgehend ausgeglichen werden, wodurch sich keine großen Unterschiede bei den verschiedenen Smartphones bezüglich der erreichten Genauigkeiten bei den statischen und Stop-and-Go Messungen ergaben. Mit Hilfe einer zusätzlichen Langzeitmessung wurden die Schwankungen der WLAN-Signale analysiert. Diese zeigten große zeitliche Variationen in einem Bereich von bis zu ±5 dBm tagsüber und auch hohes Signalrauschen. Die Analyse der Trainingsmessungen zeigte, dass genügend stabile WLAN-Signale campusweit für die Positionierung mittels Fingerprinting vorhanden sind. Die ermittelten Abweichungen der berechneten Positionen zu den Sollwerten in der Positionierungsphase lagen im Freihaus-Gebäude bei 1,5 bis 3 m. Die mit normaler Schrittgeschwindigkeit abgegangenen Trajektorien konnten damit gut rekonstruiert werden. Eine signifikante Abhängigkeit der Ergebnisse vom Smartphone zeigt sich jedoch bei den kinematischen Messungen durch die unterschiedliche Dauer eines gesamten WLAN Scans. Diese lag durchschnittlich im Bereich von 2,5 bis 4,1 s und kann damit zu unterschiedlichen Genauigkeiten für die kinematische Positionierung je nach verwendetem Endgerät führen, da bei einer längeren Scandauer weniger Messwerte entlang der Trajektorie für eine Interpolation zur Verfügung stehen.