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

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

8 2.1 Signaltechnologien

8 2.1 Signaltechnologien zur Lokalisierung von Ultraschall-Systemen in häuslichen Bereichen nicht in Frage kommt [35]. 2.1.2 Infrarotstrahlung Infrarotstrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, deren Wellenlänge zwischen der des sichtbaren Lichts und der von Mikrowellen liegt. Infrarotstrahlung wird auch zur drahtlosen Kommunikation verwendet. Dabei wird die Strahlung moduliert, um Daten zu kodieren. Infrarotsysteme haben den Vorteil, dass die Infrarot-Technologie ausgereift ist. Daher ist sie kostengünstig verfügbar [35]. Ein weiterer Vorteil von Infrarotsystemen ist der Einsatz an Orten, die eine hohe elektromagnetische Strahlung vorweisen oder wo elektromagnetische Strahlung wie Funk unerwünscht ist. Dafür ist die Reichweite mit typischerweise bis zu 5 m ebenfalls begrenzt, was wie bei Ultraschall (s. Abschnitt 2.1.1) zu einer hohen Sensordichte führen kann. Infrarotsignale werden von den meisten Oberflächen im Indoor-Bereich reflektiert. Bei aktiven Infrarot-Systemen muss daher das Multipath-Problem berücksichtigt werden. Bei passiven Infrarot-Systemen muss sich das gesuchte Objekt thermal von der Umgebungstemperatur abheben, da es sonst nicht entdeckt werden kann. 2.1.3 Optische Systeme Optische Lokalisierungssysteme benutzen Kameras, um Bilder in regelmäßigen Abständen aufzunehmen. Diese werden dann mittels Bildverarbeitungsverfahren automatisch durch einen Computer ausgewertet. Obwohl die Kameras an sich immer günstiger werden, ist dieses Verfahren nicht massentauglich, weil eine hohe Rechenleistung für die mitunter komplexen Bildverarbeitungsverfahren benötigt wird [35]. 2.1.4 Funktechnologien Im Outdoor-Bereich hat sich Funk als Standardtechnologie durchgesetzt. Dies verdankt die Technologie der Tatsache, dass Funkwellen eine viel höhere Reichweite als beispielsweise Infrarot oder Ultraschall besitzen. Funkwellen durchdringen viele Materialien, die von Infrarot und Ultraschall reflektiert oder absorbiert werden, was die Nutzbarkeit von Funk-Lokalisierungssystemen erhöht. So müssen beispielsweise Funksender keine Sichtlinie zum Empfänger besitzen, während bei Infrarotsystemen eine Sichtlinie zur Erkennung zwingend erforderlich ist. Dafür ist die Funktechnologie besonders anfällig für Multipath-Effekte, welche einen störenden Einfluss auf Messergebnisse haben. Der technische Aufwand ist in der Regel höher als bei Infrarot und Ultraschall, weil bei Laufzeitmessungen (s. Abschnitt 2.2.3) durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit von Funkwellen von ca. 300000 km/s sehr hohe zeitliche Auflösungen erforderlich sind. Auch sind metallische Hindernisse ein Problem für die Funktechnologie, da metallische Oberflächen die Funkwellen reflektieren [22].

2 Grundlagen der Lokalisierung 9 Folgend werden existierende Systeme vorgestellt, die auf der Funktechnologie basieren und am häufigsten für Lokalisierungsdienste in Betracht gezogen werden. Wireless LAN (WLAN, IEEE 802.11) Durch die starke Verbreitung von WLAN innerhalb von Gebäuden hat die Lokalisierung über WLAN in den letzten Jahren starken Zuspruch in der Forschung gefunden. Die WLAN Access Points in einem Gebäude haben eine zellulare Struktur und bilden die Basisstationen des WLAN-Netzes, ähnlich dem Mobilfunknetz GSM. Jeder Access Point deckt einen begrenzten Bereich des Netzes ab. Da die Reichweite von WLAN im Inneren von Gebäuden bis zu 50 m beträgt, kann man mit wenigen Access Points größere Flächen abdecken. Zur Lokalisierung werden überwiegend zwei Verfahren benutzt: Trilateration und tabellenbasiertes Verfahren (s. Abschnitt 2.2.3 und 2.2.2). Der Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass man eine oft bereits existierende WLAN-Infrastruktur nutzen kann, um einen Lokalisierungsdienst anzubieten. Nachteilig ist, dass sich die Kalibrierung als aufwändig gestaltet und bei Änderungen am Gebäude (Umbauten) oder an der WLAN-Infrastruktur (Hinzufügung, Verschiebung oder Entfernung von Access Points) eine erneute Kalibrierung erforderlich ist. Auch ist eine Interferenz der Messergebnisse durch andere Funkquellen möglich, da auch andere Funktechnologien (z.B. Bluetooth, RFID) im WLAN-Frequenzbereich um 2,4 GHz arbeiten [26]. Bluetooth Bluetooth ist eine Funktechnologie, die es ermöglicht, Netzwerke für Sprach- und Datenübertragungen im Kurzstreckenbereich aufzubauen [55]. Bluetooth benutzt das 2,4-Ghz-Band wie WLAN und sieht eine Sendeleistung von 1 mW bis 100 mW vor. Damit kann es Reichweiten von typischerweise 10 m bis maximal 100 m erreichen. Durch die starke Verbreitung von Bluetooth, insbesondere in mobilen Geräten, ist diese Technologie für die Lokalisierung interessant geworden. Bluetooth-Geräte sind in der Regel sowohl Sender als auch Empfänger in einem Gerät und besitzen eine eindeutige Hardware-ID. Somit ist es möglich, ein Bluetooth-Gerät sowohl als Referenzpunkt (für stationäre Bluetooth-Geräte) als auch als zu verfolgendes Objekt (für mobile Geräte) zu nutzen. Zur Lokalisierung werden in der Regel die Nachbarschaftserkennung (s. Abschnitt 2.2.1) oder die Trilateration über die Signalstärke verwendet (s. Abschnitt 2.2.3). Die Genauigkeit ist ähnlich wie bei der Lokalsierung mittels WLAN (s. 2.1.4) durch die lose Korrelation zwischen Signalstärke und tatsächlicher Entfernung begrenzt [55]. Es gibt weiterhin Entwicklungen in der Bluetooth-Technologie, die diese Korrelation noch weiter belasten [36].

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