FELHŐ ALAPÚ HELYMEGHATÁROZÓ SZOLGÁLTATÁS KIFEJLESZTÉSE MOBIL ESZKÖZÖK SZÁMÁRA

Átírás

1 infokommunikációs technológiák FELHŐ ALAPÚ HELYMEGHATÁROZÓ SZOLGÁLTATÁS KIFEJLESZTÉSE MOBIL ESZKÖZÖK SZÁMÁRA

2 BEVEZETÉS Probléma felvetés beltéri vs. kültéri lokalizáció elterjedtsége már több mint egy évtizede a WiFi eszközök terjedése megállíthatatlan léteznek ezekre épülő lokalizációs megoldások is (pl. Cisco) beltéri lokalizációra épülő szolgáltatások piaca még mindig nagyságrendekkel a kültéri, GPS-alapú megoldások elterjedtsége alatt van beltéri lokalizáció jellegéből adódó nehézségek a jelenlegi megoldások nagyon érzékenyek a szolgáltatási környezet változásaira (bútorok/ajtó helyzete vagy módosuló lokalizációs infrastruktúra) a helyiségben tartózkodó felhasználók számára (pl. csúcsidő egy metró aluljáróban) nehézkes és időigényes menedzsmentet igényelnek (pl. fingerprint-alapú megoldásoknál az épület aprólékos feltérképezése) 2

3 BEVEZETÉS Jelenlegi megoldások Napjaink beltéri lokalizációs kutatási irányzatai: lokalizációs infrastruktúra használata (épületen belüli WiFi AP-k) az egyre elterjedtebb inerciális szenzorok (IMU) bevetése (gyorsulásmérő, giroszkóp, magnetométer) mozgási pályák építése ún. dead-reckoning (DR) algoritmusokkal, ezek ötvözése a lokalizációs infrastruktúra felhasználásával Hátrányaik még mindig nagyban igénylik a lokalizációs infrastruktúra jelenlétét (pl. WiFi AP-k) nem rendelkeznek olyan mechanizmusokkal melyek az automatizált működést (a változások nyomon követését), a szolgáltatás robusztusságát és fenntarthatóságát a kellő szintre tudnák emelni Megoldás a jelenlegi eszközpalettát (rádiófrekvenciás lokalizáció, dead-reckoning) tovább szélesítve bevezetni az infrastruktúra nélküli megoldásokat (metró, alúljárók) ezeket kombinálva az infrastruktúra alapú megoldásokkal új, hibrid lokalizációs megoldások kidolgozása 3

4 BEVEZETÉS Célunk a beltéri lokalizációs szolgáltatások kutatása a következő szempontok mentén: Robusztosság olyan megoldásokat vizsgálunk, melyek nagyfokú robusztusságot és kellő mértékű lokalizációs QoS-t tudnak garantálni erősen heterogén szolgáltatási körülmények között is Heterogenitás több típusú lokalizációs szcenáriót megvizsgálása, melyek különböző igényeket és lehetőségeket rejtenek a felhasználandó mechanizmusok tekintetében metrók/aluljárók környezete: ahol a lokalizációs infrastruktúra (WiFi AP-k) jelenléte nem feltételezhető bevásárlóközpontok/plázák: ahol bár feltételezhető lokalizációs infrastruktúra, de a QoS-e gyakran változhat, mivel a topológiája gyakran változhat viszont ennek menedzsmentje nem megoldott. Technológia elterjedtsége csak a nagyközönség számára is elérhető eszközökre szeretnénk alapozni a szolgáltatásokat: csak mobil eszközökre Hibrid lokalizációs eszközpark létrehozása mely segítségével a lokalizációs szolgáltatások képesek a különböző szcenáriók kihívásainak megfelelni 4

5 FELADATOK Megvalósítandó főbb algoritmusok/építőelemek: RF infrastruktúra alapú lokalizációs algoritmusok/megoldások melyek nem igénylik a lokalizációs infrastruktúra hosszadalmas feltérképezését vagy menedzsmentjét, képesek egy DR-alapú megoldással kombinálva kellő szintű lokalizációs QoS elérésére Ehhez megvizsgáljuk a lehetséges lokalizációs módszereket, kidolgozunk egy, a hibrid lokalizációs keretrendszerbe beilleszthető modellt és megvizsgáljuk a modell tulajdonságait valós környezetben Szenzor-alapú lokalizációs algoritmusok/megoldások a DR-alapú helymeghatározás mellett itt fontos szerepet kap az aktivitás detekciós algoritmusok kutatása is a beltéri topológia jellegzetességek felismerése (pl. mozgólépcsők) és ezek alapján a pozíció pontosítása (főleg metrók esetén fontos, de a plázában is segíthet) a különböző DR hibák (irány, útvonalhossz) kezelésére, korrigálása a DR és az aktivitás detekciós algoritmusok kölcsönhatásának vizsgálatára a szenzor-alapú helymeghatározás beillesztése a hibrid lokalizációs modellbe 5

6 FELADATOK Hibrid lokalizációs modell és keretrendszer fúzionált lokalizációt valósít meg (IMU + aktivitás detekció + WiFi) a keretrendszer kliensszerver alapú modelljében szerepe az infostruktúra menedzsmentjéhez szükséges információk begyűjtése és feldolgozása: az RF infrastruktúra (WiFi AP-k), DR és aktivitás detekciós információk elemzése, amikből egy konzisztens infostruktúra létrejön. Mobil mozgási és lokalizációs middleware az okostelefon platformjára optimalizált képes a hibrid lokalizációs keretrendszerrel interakcióba lépni és ennek segítségével az alkalmazások számára a kellő lokalizációs QoS-t garantálni a különböző szenzor adatok begyűjtését és mobil-oldali feldolgozását, másrészt a keretrendszer részeként egy mobil kommunikáció alapú kliens-szerver interakciót valósít meg hozzá kapcsolódik a navigációs alkalmazás, ami a felhasználói interfészt (GUI), a személyre szabható profilt és a navigációs szolgáltatás felsőbb szintű funkcióit fogja megvalósítani 6

7 FELADATOK Lokalizációs szolgáltatások keretrendszerének architektúrája ahol az elosztott mobil és szerver-alapú lokalizáció, az adatgyűjtés, az igényelt szolgáltatások és az igénylő alkalmazások egy integrált egésszé fognak szerveződni. Itt történik a lokalizációs infostruktúrát és a felhasználói profilokat alkotó adatok menedzsmentje a hibrid lokalizációs algoritmusok szerver oldali megvalósításának integrálására a szolgáltatások üzemeltetőjének menedzsment és bizonyos vizualizációs (infostruktúra szerkezete, lokalizáció megjelenítése tesztelésekhez) feladatokat is biztosítania kell. Infostruktúrák a felhasználói nyomvonalak, melyek a IMU-alapú DR algoritmusok kimeneteléből keletkeznek digitális térkép az épületről (ha rendelkezésre áll) és PoI-k a fontosabb helyszínekről lokalizációs infrastruktúra: WiFi AP-k paraméterei, pozíciójuk. jellegzetes, felismerhető beltéri topológiai pontok (lépcső, mozgólépcső, lift): jellemzésük, pozíciójuk 7

8 EREDMÉNYEK RF infrastruktúra alapú lokalizációs algoritmusok/megoldások Az elérhető átlag hiba a lokalizáció során: 3,34 3,52 méter valószínűségi térkép alapú lokalizáció esetében, 3,84 4,05 méter háromszögelés esetében, legközelebbi három jelforrás adatait alkalmazva. 8

9 EREDMÉNYEK Szenzor-alapú lokalizációs algoritmusok/megoldások 9

10 EREDMÉNYEK Szenzor-alapú lokalizációs algoritmusok/megoldások 10

11 EREDMÉNYEK Keretrendszer 11

12 EREDMÉNYEK Mobil middleware 12

13 FELADATOK ÜTEMEZÉSE RF infrastruktúra alapú lokalizációs algoritmusok/megoldások rádiófrekvenciás lokalizációs megoldások keresése, szakirodalom kutatása, használható technológiák tanulmányozása és bemutatása Mérési környezet és metodika kidolgozása, RF mérések lebonyolítása Range-only alapú lokalizációs algoritmus implementációja és vizsgálata Szenzor-alapú lokalizációs algoritmusok/megoldások Dead-Reckoning módszerek szakirodalmának tanulmányozása; DR zónák és felismert mozgástípusok rendező algoritmusának kidolgozása, implementálása Trajektória korrekciós algoritmus implementációja és vizsgálata Hibrid lokalizációs modell és keretrendszer Hibrid lokalizációs szolgáltatások koncepciója, keretrendszer és mobil middleware megtervezése Keretrendszert alkotó szoftver modulok megismerése és integrációja több felhasználós üzemmód implementációja felhasználó menedzsment front/back-end implementációja 13

14 FELADATOK ÜTEMEZÉSE Mobil mozgási és lokalizációs middleware mozgási és lokalizációs middleware koncepciója, lokalizációs middleware tulajdonságainak kidolgozása, bemutatása okostelefon platformok vezetéknélküli technológiáinak megismerése, middleware RF lehetőségeinek megismerése, dokumentálása okostelefon kommunikációs képességeinek megismerése, lehetőségek vizsgálata a keretrendszerbeli adatcserére, tanulmány mobil alkalmazások és middleware lehetséges platformjainak, megvalósíthatóságának a tanulmányozása, dokumentálása Kiválasztott lépésszámláló és orientációs algoritmusok implementációja a middleware-be Lokalizációs szolgáltatások keretrendszerének architektúrája a lokalizációs módszerek szerver oldali támogatása, kliens-szerver összekapcsolása az algoritmusok szempontjából, tanulmány Hibrid lokalizáció komponenseinek implementációja, szerver oldali integráció megkezdése Infostruktúrák Szakirodalom kutatás, koncepció kidolgozása, lehetséges technológiák/megoldások tanulmányozása, adatstruktúrák megtervezésének elkezdése 14

15 RÉSZTVEVŐK Projektben résztvevő személyek és feladataik: Török Attila (kutató) Feladata a hibrid lokalizációs keretrendszer és szolgáltatások koncepciójának a kidolgozása, a rendszer megtervezése, a kutatások irányítása és a szoftveres vezetőkkel való kapcsolattartás. Az infostruktúrák megtervezése és a térképépítő algoritmusok kidolgozása, modellezése szintén az ő feladatköre Dezső Géza (kutató) Feladata a kutatások alapján kidolgozott szenzor-alapú (IMU jelfeldolgozási, dead-reckoning és aktivitás detekciós) lokalizációs algoritmusok valós környezetre optimalizált változatának megtervezése és implementálása. Tóth Emil (fiatal kutató) Feladata a lehetséges rádiófrekvenciás lokalizációs technológiák és megoldások kutatása és vizsgálata, továbbá egy, a céljainkra alkalmas megoldás kidolgozása, a létrejött modell beilleszthetőségének tanulmányozása a megvalósítandó hibrid lokalizációs szolgáltatás igényeinek alapján. 15

16 RÉSZTVEVŐK Nagy András (fiatal kutató) Feladata a hibrid lokalizációhoz szükséges okostelefon szenzor alapú megoldások (IMU jelfeldolgozás, dead-reckoning, aktivitás detekció) kutatása, kidolgozása és beilleszthetőségük vizsgálata a megvalósítandó hibrid lokalizációs keretrendszerbe. Baksa Anita (kutató) Feladata a kutatások alapján kidolgozott RF adatgyűjtési és lokalizációs algoritmusok valós környezetre optimalizált változatának implementálása. Baksa Attila (kutató) Feladata a mobil alkalmazás kidolgozása és implementációja, a mobil navigációs GUI megtervezése és implementációja. Koltai Gábor (kutató) Feladata a hibrid lokalizációs modell és a szenzor fúziós algoritmusok implementálása a mobil kliens oldalon 16

17 RÉSZTVEVŐK Baksa Róbert (kutató) Feladata a lokalizációs szolgáltatások keretrendszerének és a szerver oldali szolgáltatási és menedzsment moduljainak a megtervezése és implementációja. Erdei Csaba (kutató) Feladata a kutatások során létrehozott hibrid modell szerver oldali szoftveres megvalósítása a keretrendszer környezetében; az integrált lokalizációs szolgáltatás vizsgálata és tesztelése a hibrid lokalizációs szolgáltatás szempontjából. 17

18 infokommunikációs technológiák KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!