Untersuchung von Szenarien / Konstellationen von Beacon-Anordnungen für die Lokalisierung von Bluetooth-fähigen Geräten II

Beschreibung

Die Messung der Empfangssignalstärke (Received Signal Strength, RSS) ist aufgrund seiner einfachen Implementierung und der Tatsache, dass ein RSS Parameter in den meisten kommerziell verwendeten Funkprotokollen verfügbar ist, die Grundlage für viele Lokalisierungssysteme in Innenräumen. In der Praxis werden diese RSS-Messungen jedoch durch verschiedene physikalische Ausbreitungseffekte wie Abschattung und Mehrwegeausbreitung aber auch durch störende Interferenzen mit anderen Geräten beeinträchtigt. Dies führt insgesamt zu einer weniger robusten und genauen Positionsbestimmung als es mit zeitbasierten Verfahren, wie beispielsweise Time (Difference) of Arrival (TDoA), möglich ist.

Im Rahmen dieses Projektes wurden die Möglichkeiten zur Verringerung der zuvor angesprochenen Beeinträchtigung bei der RSS Messung mittels gerichteter Antennen erforscht. Gerichteter Funk wird in der Regel von Anwendungen genutzt, um die Signalqualität und -stärke zu erhöhen und Störungen außerhalb definierter Bereiche zu unterdrücken. Besonderer Fokus lag dabei auf dem Bluetooth Standard.

Da gängige Verfahren zur Berechnung der Distanz zwischen Sender und Empfänger aus der gemessenen Feldstärke von einer gleichförmigen Abstrahlung ausgehen, können diese Algorithmen nicht für gerichtete Antennen angewendet werden. Vereinfacht betrachtet besteht der mathematische Unterschied darin, dass im Gegensatz zur herkömmlichen Problemstellung die Feldstärke bei gerichteten Antennen von zwei Parametern (Distanz und Winkel) und nicht nur der Distanz alleine abhängt. Daher wurde ein neuartiger Algorithmus entwickelt, der die gemessenen Feldstärken von mehreren gerichteten Antennen kombiniert und daraus die Position des Senders berechnet

Zur Verifikation der entworfenen Algorithmen wurde ein Simulationsframework entwickelt, das die Berechnung und grafische Darstellung von realer und errechneter Position unter Berücksichtigung vereinfachter Ausbreitungscharakteristiken sowie Parametern erlaubt. Die Verifikation wurde über Indoor- und Outdoormessungen mittels kommerziell erhältlichen Bluetooth (BLE) Transceivern sowie gerichteten 60° Antennen durchgeführt. Durch Ausnutzung von Bluetooth-spezifische Charakteristiken, wie etwa dem Frequency Hopping, konnte weiters eine Verringerung von Fading- bzw. Multipath Einflüssen erreicht werden.

** Dieses Projekt wurde von der FFG im Rahmen eines Innovationsschecks gefördert.

Details

Projektzeitraum 01.04.2016 - 31.03.2017
Fördergeber FFG
Förderprogramm Innovationsscheck
Department

Department für Integrierte Sensorsysteme

Zentrum für Verteilte Systeme und Sensornetzwerke

Projekt­verantwortung (Donau-Universität Krems) Dipl.-Ing. Albert Treytl
Projekt­mitarbeit Dipl.-Ing. Thomas Bigler

Publikationen

Bigler, T.; Treytl, A.; Kienmayer, C. (2017). Increasing Localization Robustness using Directional Antennas. IEEE, 2017 22nd IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), 2017: 10.1109/ETFA.2017.8247765

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