Versuchsaufbau

Durch die zum gegenwärtigen Zeitpunkt verfügbare Gerätetechnik sind die techni-schen Parameter vorgegeben. Im Rahmen dieser Arbeit soll darauf aufbauend eine Strategie für den Einsatz entwickelt beziehungsweise Aussagen über die Qualifizie-rung in technischer und wirtschaftlicher Sicht einer solchen Lösung getroffen werden.

Als Basis dafür wurden im Bibliotheksbereich des „Das Tietz“ Messungen mit dem

„Radio Frequency Fingerprint“-Verfahren durchgeführt.

Folgender Versuchsaufbau lag den Tests zu Grunde:

Ein Client befindet sich in Reichweite eines WLAN Netzes. Dieses besteht aus meh-reren „Access-Points“, einen „Access-Point-Controller“, „Gateway“ zum Ethernet und Internet und einer „Location-Appliance“, zum errechnen des Standortes des Clients.

Die Location-Appliance ermittelt den Standort des Endgerätes mittels der „Radio Frequency Fingerprint“-Methode. Wenn ein Client in die Reichweite des WLAN-Netzes kommt, empfängt er die Signalstärken der APs je nach Entfernung und Um-gebung unterschiedlich stark. Anhand vorher gemessener Referenzpunkte, soge-nannte Fingerprints, wird nun ermittelt, an welchem Standort der Client sich wahr-scheinlich befindet (siehe Abbildung 12: Allgemeiner Versuchsaufbau).

3.2.1 Eingesetzte Technik

€Das Tietz• verf‚gt ‚ber ein WLAN-System, in der nachstehende Technik im Einsatz ist:

Ca. 24 im gesamten Haus verteilte €MP-372• (mit 802.11b betriebene) Access-Points von €Trapeze Networksƒ• (im folgendem €Trapeze• genannt), welche folgende Pa-rameter besitzen (vergleiche [TRA07]):

€ Dual-radio 802.11a und 802.11b/g Access Point mit Dual-Ethernet,

€ Interne Dualband Antennen und weibliche SMA Anschl‚sse f‚r 802.11a (5 GHz) und 802.11b/g (2.4 GHz) externe Antennen

Als WLAN-Controller fungiert der €Mobility Exchange MX-200R• von Trapeze. Dieser ist f‚r das Management der Access-Points, die Sicherheit (Verschl‚sselung des WLANs) und den Zugang der Nutzer verantwortlich. Weiterhin stellt er Services und die Verbindung zum Gateway bereit und somit zum Ethernet und Internet her.

Zur besseren Bedienung des komplexen Ger„tes ist die €Ringmaster Tool Suite•, ebenfalls von Trapeze, im Einsatz. Diese erleichtert die Planung, Konfiguration und das Monitoring des Wireless LANs.

Da die WLAN-Umgebung ausschlie…lich mit Technik des Markenherstellers €Trape-ze• realisiert wurde, bietet es sich an, auch die Tracking-Hard- und Software dieses Herstellers zu verwenden. Dadurch sollen Probleme beim Zusammenspiel unter-schiedlicher Hardware verschiedener Hersteller ausgeschlossen werden und ein m†glichst genaues und repr„sentatives Ergebnis erlangt werden.

In diesem Sinne soll die €Location-Appliance LA-200• von Trapeze in das System integriert werden. Mit Hilfe der €LA-200• soll ein serverseitiges Tracking mittels dem

€RF Fingerprint•-Verfahren verwirklicht werden.

Der Hersteller beschreibt das Ger„t wie folgt (vergleiche [TRA09]):

se applications such as asset tracking, locationsensitive content delivery, location-aware security as well as a wealth of custom applications that integrate voice and data with location-aware identity-based networking. […] „

Über die Geschwindigkeit und Genauigkeit des Trackings werden folgende Angaben in [TRA09] gemacht (siehe Tabelle 1: LA-200):

Tabelle 1: LA-200

LA-200

Genauigkeit auf 10 Meter: 99 %

Genauigkeit auf 5 Meter: 97 %

Genauigkeit auf 3 Meter: 95 %

Mittlere Tracking-Geschwindigkeit: 30 Sekunden Schnellste Tracking-Geschwindigkeit: 10 Sekunden

Anzahl verfolgbarer Clients 4000 Stück

Der Hersteller Trapeze gibt für eine Positionsbestimmung eine Genauigkeit auf zehn Meter mit 99% an. Fünf Meter werden noch mit 97% erkannt und auf drei Meter ge-nau mit 95%. Allerdings werden keine Angaben zur Testumgebung gemacht. Dem-nach lässt sich nicht erkennen, ob die Angaben nur für eine bestimmte Umgebung oder generell für WLANs gelten.

3.2.2 Lokalität

Die Testumgebung befindet sich in der dritten Etage des Kulturkaufhauses „Das Tietz“ in Chemnitz. Die Stadtbibliothek Chemnitz ist dort ansässig.

„Das Tietz“ ist – wie bereits erwähnt – ein ehemaliges Kaufhaus, indem es viele Freiflächen und einen Lichthof gibt. In den Freiflächen stehen in der Bibliothek circa aller fünf Meter Stützsäulen. Bücherregale, Tische und Möbel sind im Abstand von etwa zwei Metern und in der gesamten Etage verteilt.

3.2.3 Arbeitsweise des Verfahrens

Die Standortbestimmung der LA-200 basiert auf dem „RF Fingerprint“-Verfahren (siehe auch 2.5.5 Radio Frequency Fingerprinting). Die Standorte der Clients werden hierbei mit Hilfe von Referenzdaten, sogenannte Fingerprints, ermittelt. Bei dieser Methode gibt es zwei grundlegende Phasen. Zum einen die „Offline Phase“, in der die Referenzpunkte gesetzt werden und zum anderen die „Online Phase“, welche der Lokalisierung der Endgeräte dient.

Offline Phase

Um verwertbare Referenzdaten zu schaffen, müssen drei Schritte durchgeführt wer-den: Die Zuordnung von Lokalen, die Erstellung der Fingerprints und eine anschlie-ßende Fehlerauswertung und Evaluierung der Messdaten.

Als Erstes muss die Lokalität, in der eine Standortbestimmung durchgeführt werden soll, in Bereiche unterteilt werden. Diese stellen die Standorte der zu lokalisierenden Geräte dar. Die Größe der Lokale hängt nach Herstellerangaben von der jeweiligen Einsatzumgebung ab. Access-Point-Dichte, bauliche Gegebenheiten und Umweltein-flüsse beeinflussen die Genauigkeit maßgeblich (siehe auch Tabelle 1: LA-200). Als Richtgrößen wurden Lokalgrößen zwischen 9 und 50 m² vom Hersteller genannt.

Wenn die Lokale eingeteilt sind, müssen Referenzpunkte erstellt und gemessen werden. Diese sollten im Abstand von zwei bis vier Metern gesetzt und gleichmäßig verteilt werden. So wird eine Abdeckung des gesamten Lokales garantiert. An den einzelnen Punkten werden nun Signalstärkemessungen durchgeführt. Dazu muss sich ein WLAN-fähiger Client an diesem Punkt befinden. Mittels MAC Adresse wird dieser von der LA-200 eindeutig identifiziert.

Die Location-Appliance erfasst die Signalstärke des Clients an den Access-Points und erstellt daraus einen für den Referenzpunkt typischen Fingerabdruck. Zu diesem Zweck sollten alle Access-Points auf einen gleichen Kanal geschalten werden (nach Angaben von Trapeze). Ohne diese sind nur kaum verwertbare Ergebnisse zu

errei-gen Lokal zugeordnet. In den Messunerrei-gen sollten laut Trapeze mindestens sechs bis acht Access-Points einbezogen sein.

Wenn alle Fingerprints erzeugt wurden, können diese einer Evaluierung unter-zogen werden. Die LA-200 vergleicht die Punkte und untersucht sie auf Ähn-lichkeit und Fehler. Haben Referenz-punkte in unterschiedlichen Lokalen zu große Übereinstimmungen (über zehn Prozent), wird empfohlen diese zu löschen und gegebenenfalls noch ein-mal neu einzumessen. Je unterschied-licher sie zueinander sind, umso ein-deutiger kann in der „Online Phase“ ein Client einem bestimmten Lokal zuge-ordnet werden.

Online Phase

Nachdem alle Referenzpunkte der Lokale korrekt erstellt und evaluiert sind, ist das System bereit für die „Online Phase“, in der nun die Standortbestimmung der Endge-räte erfolgt.

Die LA-200 erstellt zu diesem Zweck Fingerprints von Clients, die sich im Sichtbe-reich der Access-Points befinden und vergleicht diese mit denen der Referenzpunk-te. Der Client wird dann dem Lokal zugeordnet, in dem die höchste Ähnlichkeit auf-getreten ist. Falls keine Übereinstimmung mit den vorhandenen Punkten gefunden werden kann, wird er dem „Elsewhere“ zugeordnet. In diesen fallen alle Engeräte, die keinem Bereich zugeordnet werden können, da sie sich beispielsweise außerhalb der eingemessenen Lokale befinden.

Das Tracking erfolgt mit einer mittleren Geschwindigkeit von 30 Sekunden (siehe Tabelle 1: LA-200).

Tabelle 2: Messung ohne Gleichschaltung Zeit in min Lokal Soll Lokal Ist

0 bis 1 A EW