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Approximative Indoor-Lokalisierung von RFID ... - Gernot A. Fink

Approximative Indoor-Lokalisierung von RFID ... - Gernot A. Fink

2 1.1 Ubiquitous

2 1.1 Ubiquitous Computing der immer stärker in den Alltag des Menschen integriert wird. Dabei unterstützt der Computer den Menschen in einer unauffälligen und unaufdringlichen Weise bei Alltags- und Routineaufgaben, so dass der Mensch sich auf neue Ziele konzentrieren kann. Dabei sollen miniaturisierte Computer und Chips möglichst unsichtbar in viele Gegenstände eingebaut werden, so dass diese informatisiert“ werden und eine Möglichkeit der Kommunikation ” mit diesen Gegenständen existiert. Der Mehrwert an Informationen und Diensten entsteht dann durch die Vernetzung dieser Gegenstände. Weiser erklärt das Ubiquitous Computing-Paradigma zum Gegenstück des Virtual Reality- Paradigmas: Virtual Reality versucht, die reale Welt im Computer nachzubilden. Dagegen soll in einer Ubiquitous Computing-Welt der Computer die reale Welt unsichtbar mit neuen Diensten bereichern. Der Weg zum Ubiquitous Computing wird durch die folgenden technischen Fortschritte ermöglicht [37]: • Miniaturisierung von Chips. Grundlage des Ubiquitous Computing ist der Computer, jedoch so klein und kostengünstig, dass er massenhaft und möglichst unsichtbar verbaut werden kann. Zusammen mit ebenfalls miniaturisierten Sensoren erhalten viele nichtelektrische oder nicht-elektronische Geräte eine digitale Informationsverarbeitung. Die Miniaturisierung führt dann schließlich zur Mikrosystemtechnik und zur Nanoforschung. Ziel dieser Forschung ist es, dass Sensoren und Chips mit bloßem Auge nicht mehr zu erkennen sind. • Drahtlose Kommunikation. Durch die Entwicklung von Funktechnologien wie Bluetooth (s. Abschnitt 2.1.4) werden erst die Kommunikations- und Sensornetzwerke möglich, die mit Kabel zu unpraktisch wären. Denn selbst wenn viele Gegenstände eine digitale Informationsverarbeitungsschnittstelle besitzen, ist eine wirklich allgegenwärtige digitale Präsenz praktisch nicht möglich, wenn die notwendige Kommunikation kabelgebunden ist. • Materialwissenschaften. Durch Fortschritte beispielsweise in der Polymer-Forschung könnte es möglich sein, Computer in alltagsgebräuchliche Formen zu bringen, um sie noch unauffälliger zu gestalten. Entwicklungsgruppen erforschen das Potenzial, das diese Technologien bieten und wollen es in neue Anwendungen und Dienste im Geiste des Ubiquitous Computing umsetzen. Das Oxygen- Projekt des MIT 1 präsentiert beispielsweise ein menschenzentriertes Leitmotiv, unter dem es eingebettete Systeme, Netzwerktechnologien und Benutzerschnittstellen entwickelt. Der Fokus soll weg von maschinenorientierten hin zu benutzerfreundlichen Anwendungen gelenkt werden. Während viele Ideen bislang eher visionär erscheinen, haben sich die Lokalisierungstechnologien in der Welt des Ubiquitous Computing bereits als wichtige Schlüsseltechnologie etabliert. Dies 1 MIT Project Oxygen - Pervasive, Human-Centered Computing. http://www.oxygen.lcs.mit.edu

1 Einleitung 3 liegt vor allem daran, dass die Kenntnis eines Standortes eine wesentliche Rolle im Kontext- Konzept spielt. Das Ubiquitous Computing-Paragdima hat das Ziel, menschenzentrierte Umgebungen mit computergestützen Anwendungen und Diensten zu schaffen. Dafür ist es unerlässlich, Ubiquitous Computing-Systemen Informationen über die Welt zukommen zu lassen, die Menschen auf natürliche Weise mit den Sinnesorganen wahrnehmen. Diese Informationen definieren den sogenannten Kontext“, in den jede Aufgabe und Tätigkeit eingebettet ist [45]. ” Hierbei werden implizit bestimmte Typen von Informationen je nach Anwendung und Aufgabe als unterschiedlich wichtig angesehen. Mögliche relevante Informationen für den Kontext werden wie folgt kategorisiert [7]: • Identity Awareness beschreibt die Identität einer Person oder eines Objekts. • Position Awareness beschreibt den Standort einer Person, eines Objekts oder einer Situation. • Time Awareness beschreibt die zeitlichen Zusammenhänge einer Situation. • Activity Awareness beschreibt die Aufgabe und die damit verbundenen Handlungen des Benutzers. • Objective Awareness beschreibt das eigentliche Ziel des Benutzers. Für die Anwendung Indoor-Lokalisierung sind beispielsweise Identity, Position und Time Awareness entscheidend. Die Position Awareness ist eine grundlegende Information für viele Anwendungen, und Lokalisierungstechnologien ermöglichen es, Menschen und Maschinen diese Ortsinformationen zu liefern. Grundlagen der Lokalisierung und bereits existierende Lokalisierungssysteme werden in Kapitel 2 vorgestellt. 1.2 Problemstellung Wie in Abschnitt 1.1 dargelegt ist, hat im Hinblick auf das Ubiquitous Computing-Paradigma die Positionsbestimmung einer Person oder eines Objekts eine fundamentale Funktion, die für viele Anwendungen und Dienste benötigt wird. Bekannte Anwendungen sind beispielsweise automatische Navigationssysteme für Fahrzeuge und das Verfolgen von Warenströmen in der Logistik. Die Methoden und Techniken, mit denen eine Position bestimmt werden können, sind seit der Antike bekannt. Sie sind prinzipiell sowohl für die Outdoor- als auch für die Indoor-Lokalisierung geeignet. Dennoch ist die Indoor-Lokalisierung ein junges Forschungsgebiet. Die Gründe dafür liegen in den Besonderheiten des Indoor-Szenarios, wobei sich die Gründe oft wechselseitig beeinflussen:

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