Indoor Positionsbestimmung, Tracking und Indoor Navigation mit WLAN

WLAN-Ortung kann sowohl für Indoor Navigation (clientseitige Lösung) als auch für Tracking Lösungen (serverseitiger Ansatz) eingesetzt werden. Die Genauigkeit von Wi-Fi in der Indoor Lokalisierung liegt typischerweise bei 5-15 Metern, da in aller Regel Access Points genutzt werden, deren Position für eine Datenkommunikation optimiert wurde. Die Präzision hängt zudem von der Abschirmung durch Wände, Decken und Personen ab, aber auch von der Anzahl der Access Points. Die Nutzung von Smartphone-Sensoren kann das Ergebnis verbessern und die Bestimmung des Stockwerkes ist ebenfalls möglich.

Die Vorteile dieser Technologie bestehen darin, dass in einigen Fällen die vorhandene Infrastruktur genutzt werden kann und dass aktiviertes WLAN bei der Ortung von Geräten ausreicht, eine Anmeldung ist nicht erforderlich. Die Schwächen sind eine geringere Ortungsgenauigkeit im Vergleich zu Bluetooth Low Energy und die Tatsache, dass iOS-Geräte von der clientseitigen Ortung ausgeschlossen sind. Außerdem sind Wi-Fi-Tags im Vergleich zu Beacons teurer und weniger energieeffizient.

Clientseitiger Ansatz

Bei einer clientseitigen Lösung findet die Lokalisierung direkt in einer App auf dem Endgerät statt. Dieser Ansatz wird vor allem für die Indoor Navigation verwendet. Die Daten können darüber hinaus optional an das Backend weitergeleitet werden, wo sie für Analysezwecke zur Verfügung stehen.

Jeder WLAN-Access Point, ob Kundenhotspot, Router oder internetfähiges Kassensystem, sendet bestimmte Daten aus. Anhand von RSSI (Received Signal Strength Indication) und MAC-Adresse (Media-Access-Control) kann eine App daraus den aktuellen Standort des Endgerätes berechnen. Voraussetzung ist eine Datenbank mit Informationen über die Standorte, mit der diese Daten abgeglichen werden. Dieses Verfahren nennt man Fingerprinting. Es funktioniert aufgrund technischer Restriktionen nur mit Android-Geräten. iOS-Devices sind bei der Indoor Navigation mit WLAN ausgeschlossen.

Infografik Positionsbestimmung WLAN
Infografik: Indoor Positionsbestimmung mit WLAN

Serverseitiger Ansatz

Eine serverseitige Lösung wird implementiert, wenn der Zweck der Ortung beispielsweise darin besteht, Objekte zu verfolgen oder Laufwege zu analysieren. Das System kann auf unterschiedliche Weise eingerichtet werden. In einigen Anwendungsszenarien kann die Lokalisierung auf der bestehenden WLAN-Infrastruktur basieren, während für andere Lokalisierungsprojekte eine Komplettlösung mit infsoft Infrastruktur-Hardware die beste Wahl ist.

Im Vergleich zur Indoor Positionsbestimmung mittels Bluetooth Low Energy (BLE) Beacons, unterliegt die Lokalisierung mittels WLAN jedoch einigen Beschränkungen. Dazu gehört die vergleichsweise ungenaue Positionsauflösung, die geringe Batterielaufzeit und hohe Kosten von Wi-Fi Tags. In vielen Fällen stellt die Ortung mit BLE daher die beste Lösung dar.

Es gibt zwei Ansätze, die eine WLAN-Ortung auf der Grundlage einer bestehenden Infrastruktur ermöglichen. Um dies zu realisieren, können mobile Wi-Fi Tags an Gegenständen angebracht werden oder von Personen in Form von Armbändern getragen werden.

Bei der ersten Variante werden intelligente Wi-Fi Tags eingesetzt, die als Client agieren. Der Tag empfängt Signale von mehreren WLAN Access Points und leitet die Informationen über WLAN an das Backend weiter. Die Position des Tags wird anhand von RSSI (Received Signal Strength Indication) bestimmt. Bei diesem Aufbau wird die Logik zur Berechnung der Position direkt auf dem Wi-Fi Tag oder im Backend abgebildet. Die vorhandenen WLAN Access Points übertragen lediglich Signale, und es ist keine besondere Konfiguration erforderlich.

In der zweiten Variante werden intelligente Access Points mit Location Engine verwendet. In diesem Szenario wird die Logik zur Berechnung der Position auf Ebene der Access Points vorgenommen. Die Access Points empfangen die von den mobilen Wi-Fi Tags ausgesendeten Signale und stellen die Daten der Location Engine des Infrastrukturanbieters zur Verfügung, um die Position zu berechnen. Drittanbieter können über eine Schnittstelle auf die Daten zugreifen.

In den meisten Fällen reicht jedoch die vorhandene Infrastruktur für eine zuverlässige Lokalisierung mit Raumgenauigkeit nicht aus und die Erweiterung der Infrastruktur (zusätzliche unterstützte Access Points, Location Engine des Access Point Providers) kann kostenintensiv sein. Daher bietet der Erwerb einer Komplettlösung von infsoft eine gute Alternative.

Mit der infsoft eigenen Empfänger-Hardware – dem infsoft Locator Node 1400 – kann der Standort von Wi-Fi Tags und WLAN-fähigen Endgeräten unabhängig von deren Hersteller ermittelt werden. Diese Lösung erfordert die Installation von infsoft Locator Nodes in regelmäßigen Abständen im gesamten Gebäude. Die Hardware empfängt dann Signale von mobilen Geräten, die von Personen getragen werden, und von Wi-Fi Tags, die an Gegenständen angebracht werden können. Die Daten werden dann an das Backend gesendet, wo die Position bestimmt wird.

Infografik Serverseitige Positionsbestimmung Locator Nodes Wi Fi
serverseitige Positionsbestimmung mit infsoft Locator Nodes

Grundsätzliche Beschränkungen bei der Verfolgung von Mobilgeräten Mittels WLAN

Je nachdem, ob das Device mit einem WLAN Netzwerk verbunden ist oder nicht, wird die Lokalisierung durch unterschiedliche Restriktionen beeinflusst. Ist der WLAN-Client nicht verbunden, ergeben sich durch das unregelmäßige Aussenden von „Probe Request“ (Scannen nach verfügbaren Access Points), welches vom Betriebssystem gesteuert wird und nicht beeinflusst werden kann, Latenzzeiten von bis zu 5 Minuten. Darüber hinaus kann aufgrund von zufällig generierten, wechselnden MAC-Adressen („MAC Randomization“) das Endgerät bzw. die tatsächliche Anzahl von Geräten in einem Areal nicht immer eindeutig bestimmt werden. Ist das Smartphone mit einem WLAN-Netzwerk verbunden, fallen die Latenzzeiten deutlich geringer aus, solange Traffic über das Netzwerk generiert wird. Außerdem findet kein MAC Randomization statt, wodurch sich das Gerät eindeutig zuordnen lässt. Auf die Positionsgenauigkeit hat die Verbindung mit einem Access Point keine Auswirkungen.

Infografik: Einschränkungen bei serverseitiger Detektion via WLAN

WEITERE ORTUNGSTECHNOLOGIEN

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