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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Lokalisierung von Telekommunikationsgeräten
in Gebäuden und/oder im Freien mittels Kurzstreckenfunk,
insbesondere auf die Lokalisierung von Mobilfunkgeräten
bzw. Mobilfunkendgeräten, die eine Kurzstreckenfunkschnittstelle,
insbesondere eine Bluetooth-Schnittstelle, aufweisen.
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Kabelfreie
Netzwerktechnologien finden sich heute in allen Bereichen des öffentlichen
Lebens und der Automatisierungstechnik. Die Dimensionen lassen sich
bei einem Blick auf die Mobilfunkindustrie erahnen. Beispielsweise
liegt der Verbreitungsgrad von Bluetooth unter den Endkonsumenten
bei ca. 90%. Der gesamte Wirelessmarkt kann auch weiterhin mit hohen
Zuwachsraten rechnen. UMTS ist aktiv in den Markt eingeführt
und auch im industriellen Umfeld werden entsprechende Produkte angeboten.
Dienste zur Lokalisierung und/oder Navigation von Personen und/oder
Objekten werden zunehmend wichtiger und finden eine breitere Anwendung
und eine wachsende Nachfrage.
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Es
sind zur Lokalisierung und/oder Navigation von mit Telekommunikationsgeräten
ausgerüsteten Personen und/oder Objekten aus dem Stand
der Technik Verfahren bekannt, die auf sogenannten zellenbasierten
Verfahren oder aber einer Auswertung der Laufzeit bzw. der Signalstärke
von durch die Telekommunikationsgeräte ausgesandten Signalen oder
durch diese empfangenen Signalen beruhen.
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Aus
der Druckschrift
DE
10 2004 035 531 B4 ist eine Vorrichtung zum Ermitteln einer
aktuellen Position eines mobilen Geräts in einer Umgebung
bekannt, wobei in der Umgebung zumindest ein Sender angeordnet ist
und wobei die Vorrichtung zur Ermittlung der aktuellen Position
eine Einrichtung zum Liefern einer kartographischen Karte der Umgebung, eine
Einrichtung zum Ermitteln eines Feldstärkewertes, eine
Einrichtung zum Ableiten eines erreichbaren Referenzpunktes und
einen Vergleicher zum Vergleichen des Feldstärkewertes
mit einem Feldstärkereferenzwert an dem erreichbaren Referenzpunkt aufweist.
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Es
ist hierbei nachteilig, dass für jede gegebene geographische
Konfiguration aus einem Sender und einer Umgebung ein eigens hierfür
zu ermittelnder Feldstärkereferenzwert gemessen oder errechnet
werden muss, was den Aufwand zur Durchführung eines Lokalisierungsvorgangs
bzw. eines Navigationsvorgangs bei einer Änderung der Konfiguration
aus dem Sender oder einer Anordnung von Sendern und der Umgebung
des Senders oder der Mehrzahl von Sendern aufwändig und
teuer gestaltet.
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Das
sogenannte Fingerprinting-Verfahren kann als ein signalstärkebasiertes
Lokalisierungsverfahren aufgefasst werden. Es wird hierbei zwischen einer
Kalibrierungs- oder Trainingsphase und einer Arbeitsphase unterschieden.
Häufig werden auch die Begriffe Offline Modus und Online
Modus verwendet. In der Trainingsphase wird eine Kalibrierung des
Systems auf die Einsatzumgebung vorgenommen. Hierzu werden für
möglichst viele äquidistante Punkte mehrfach die
Signalstärken aller Basisstationen im Umfeld gemessen und
die Ergebnisse gemittelt in einer Datenbank abgelegt. Auf diese
Weise entsteht die sogenannte Radio Map, die zwangsläufig
von den Gegebenheiten der konkreten Konfiguration (insbesondere
der Verteilung der feststehenden Basisstationen sowie sonstiger
räumlicher Gegebenheiten) abhängt. Idealerweise
wird bei der Kalibrierung auch die Orientierung des Benutzers berücksichtigt,
um spätere Verfälschungen durch einen menschlichen Körper
oder andere Objekte in der Sichtverbindung zu einer Basisstation
zu kompensieren. Zur Ermittlung der Position, werden die in der
Arbeitsphase bemessenen Werte mit den Fingerabdrücken aus
der Datenbank verglichen und der Punkt mit der größten Übereinstimmung
als Position angenommen. Die Genauigkeit hängt dann im
Wesentlichen von der Anzahl, der in der Trainingsphase gewonnenen
Fingerabdrücke, sowie den Schwankungen der Signalstärke
ab. Zur Berechnung der Übereinstimmung von gemessenen Werten
und Fingerabdrücken aus der Radio Map gibt es eine Reihe
von Algorithmen, beispielsweise der Euklidische Abstand, der K-Nearest-Neighbour
Algorithmus.
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Ein
weiteres Beispiel für die Anwendung kabelloser Netzwerktechnologien
zur Lokalisierung ist ein modernes Krankenhaus. Mobilität
ist einer der Schlüsselbegriffe in der modernen Krankenhauswelt. Nahezu
alles ist dort ständig in Bewegung: Ärzte, Pflegepersonal,
Patienten, sonstiges Personal aber auch Betten und medizinisches
Gerät. Einem derart hohen Mobilitätsbedürfnis
stehen festinstallierte Rechner und kabelgebundene Vernetzungen
von Geräten natürlich entgegen. Aus diesem Grund
gehören Krankenhäuser zu den Vorreitern bei der
Installation drahtloser Netze. Hier spielen gerade die Technologien
WLAN und Bluetooth eine entscheidende Rolle, da sie im 2,4 GHz Band
arbeiten und so für die meisten Krankenhausbereiche unkritisch
sind. Mit der genannten Mobilität geht auch ein nicht unerheblicher
logistischer Aufwand einher. So ist es für einen geregelten
Klinikablauf in der Regel erforderlich zu wissen wo sich Betten
und medizinische Geräte befinden. Es gibt sogar teilweise
Vorschriften, dass bestimmtes medizinisches Gerät lückenlos
zu überwachen ist, beispielsweise in den USA. In diesem Fall
wird häufig auf RFID Lösungen zurückgegriffen, mit
denen zumindest auf Raumebene genau lokalisiert werden kann. Die
bisher existierenden Systeme würden mehrheitlich schnell
an ihre Grenzen stoßen, wenn neben sich nur selten bewegenden
Objekten auch noch Personen (Personal und Patienten) überwacht
werden soll. Es handelt sich darüberhinaus bei den existierenden
Systemen in der Regel um proprietäre Lösungen
eines Teilproblems. Einen ganzheitlichen Lösungsansatz
der alle genannten Aspekte abdeckt gibt es bisher noch nicht.
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Bei
bekannten Verfahren gibt es zwar die Einbeziehung von sogenannten
Consumergeräten in ortsbezogene Dienste, die Identität
eines Benutzers wird hierbei allerdings höchstens durch
Abfrage eines Passworts überprüft. Ein Konzept
mit einer automatischen Überprüfung ähnlich
zu RFID ist nicht vorgesehen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Lokalisierungssystem
und ein Verfahren zur Lokalisierung wenigstens eines mobilen Telekommunikationsgeräts
mittels Kurzstreckenfunk vorzuschlagen, das die Nachteile des Standes
der Technik nicht aufweist und mit vergleichsweise einfachen und
kostengünstigen Mitteln eine Lokalisierung und/oder eine
Navigation und/oder eine Nachführung von mobilen Telekommunikationsgeräten
erlaubt, wobei es sich insbesondere auf der Seite der mobilen Telekommunikationsgeräte
um solche Geräte handelt, die in großer Zahl sowie
ohne Zusatzkosten bereits bei potentiellen Benutzern bereits zur
Verfügung stehen, wobei ferner auf der Seite der mobilen
Telekommunikationsgeräte keine speziellen Konfigurationen
und/oder aufwändigen und kostspieligen Modifikationen erforderlich
sind und wobei auch auf der Seite der feststehenden Telekommunikationseinheiten
auf bewährte Schnittstellen für den Kurzstreckenfunk
zurückgegriffen werden kann.
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Lokalisierungssystem zur
Lokalisierung wenigstens eines mobilen Telekommunikationsgeräts
mittels Kurzstreckenfunk, wobei das Lokalisierungssystem wenigstens
eine feststehende Telekommunikationseinheit aufweist, wobei dem
Lokalisierungssystem wenigstens ein Datenspeicher zugeordnet ist,
wobei das Lokalisierungssystem zur Bestimmung der Signalstärke des
Telekommunikationsgeräts durch die Telekommunikationseinheit
konfiguriert ist, wobei der Datenspeicher eine Kalibrierungsinformation
aufweist, wobei die Kalibrierungsinformation dem Typ des Telekommunikationsgeräts
oder dem Typ des Telekommunikationsgeräts und dem Typ der
Telekommunikationseinheit zugeordnet ist und wobei das Lokalisierungssystem
zur Lokalisierung des Telekommunikationsgeräts in Abhängigkeit
der Kalibrierungsinformation und der durch die Telekommunikationseinheit bestimmten
Signalstärke des Telekommunikationsgeräts konfiguriert
ist. Es ist hierdurch mit einfachen Mitteln möglich, eine
Lokalisierung bzw. eine Ortung eines mobilen Telekommunikationsgeräts
durchzuführen, d. h. eine (absolute) Positionsbestimmung
relativ zur (feststehenden) Telekommunikationseinheit. Insbesondere
ist es erfindungsgemäß vorteilhaft möglich,
eine Lokalisierung bzw. Ortung des mobilen Telekommunikationsgeräts
mit einer Genauigkeit in einem Bereich von plus minus einem Meter
bis plus minus drei Meter, bevorzugt in einem Bereich von plus minus
einem Meter bis plus minus zwei Meter, möglich.
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Die
Aufgabe wird ferner auch gelöst durch ein Lokalisierungssystem
zur relativen Lokalisierung eines mobilen Telekommunikationsgeräts
und wenigstens eines weiteren mobilen Telekommunikationsgeräts
mittels Kurzstreckenfunk, wobei das Lokalisierungssystem wenigstens
eine feststehende Telekommunikationseinheit aufweist, wobei dem
Lokalisierungssystem wenigstens ein Datenspeicher zugeordnet ist,
wobei das Lokalisierungssystem zur Bestimmung der Signalstärke
des Telekommunikationsgeräts und zur Bestimmung der Signalstärke
des weiteren Tele kommunikationsgeräts durch die Telekommunikationseinheit
konfiguriert ist, wobei der Datenspeicher eine Kalibrierungsinformation
und eine weitere Kalibrierungsinformation aufweist, wobei die Kalibrierungsinformation
dem Typ des Telekommunikationsgeräts oder dem Typ des Telekommunikationsgeräts
und dem Typ der Telekommunikationseinheit zugeordnet ist, wobei
die weitere Kalibrierungsinformation dem Typ des weiteren Telekommunikationsgeräts
oder dem Typ des weiteren Telekommunikationsgeräts und
dem Typ der Telekommunikationseinheit zugeordnet ist und wobei das
Lokalisierungssystem zur relativen Lokalisierung des Telekommunikationsgeräts
und des weiteren Telekommunikationsgeräts in Abhängigkeit
der Kalibrierungsinformation, der weiteren Kalibrierungsinformation
und der durch die Telekommunikationseinheit bestimmten Signalstärke
des Telekommunikationsgeräts und des weiteren Telekommunikationsgeräts
konfiguriert ist. Es ist hierdurch mit einfachen Mitteln möglich,
eine relative Lokalisierung zweier (oder auch mehrerer) mobiler Telekommunikationsgeräte
durchzuführen, um beispielsweise die Frage zu beantworten,
welches der wenigstens zwei (aber in der Praxis durchaus auch mehreren)
mobilen Telekommunikationsgeräte näher an der
feststehenden (bzw. hinsichtlich ihrer Position zumindest bekannten)
Telekommunikationseinheit momentan positioniert ist.
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Die
Lokalisierung von technischen Systemen und Personen mit Kurzstreckenfunk
bietet weitreichende Anwendungsmöglichkeiten. Dies zeigt
sich nicht zuletzt in den vielfältigen Anstrengungen im
Bereich Museumsführer, POI-Führer (Point-Of-Interest-Guides)
oder dem digitalen Krankenhaus. Weitere Anwendungen betreffen die
Gebäudeautomation, insbesondere bei der Wartung und/oder
der Überwachung von Gebäudefunktionen, Anwendungen
in einem Büroumfeld, etc. Eines haben die bekannten Lösungen
gemeinsam: sie benötigen spezielle Endgeräte bzw.
Hardwareerweiterungen. Diese und einige andere Hürden werden
erfindungsgemäß mittels eines einheitlichen, auf
Kurzstreckenfunk gemäß eines Funkstandards, beispielsweise
Bluetooth und WLAN, basierenden Kommunikations- und Lokalisierungssystems überwunden.
Mit über 1,5 Milliarden Geräten bietet sich Bluetooth
an, da es inzwischen kaum ein aktuelles Telekommunikationsgerät
im Endbenutzermarkt (Consumergerät) gibt, das auf diese
leistungsfähige Kommunikationsschnittstelle verzichtet. Ein
wesentlicher Aspekt bei Bluetooth ist die weltweit einheitliche
Standardisierung und Zertifizierung bis hin zur Software- Anwendungsschicht.
Verschlüsselung und Authentifizierung nach dem Stand der
Technik ist obligatorisch. Der spezifische Funktionsumfang für
spezielle Gerätegruppen wird in Profilen umgesetzt. Die
Schnittstelle zwischen Bluetooth-Controller und Host-System ist
bei Bluetooth standardisiert. Der Verzicht auf proprietäre
Technologien stellt einen maßgeblichen Vorteil gegenüber
anderen Systemen dar. Die Spezifikation bietet unterschiedliche HCl-Schnittstellen
an, welche die Grundlage für die Interoperabilität
von Bluetooth-Controllern bietet. Zurzeit sind verschiedene HCl-Schnittstellen
durch die Bluetooth-SIG (special interest group) definiert. Eine
Besonderheit bilden die Module rund um die BlueCore Chips der britischen
Firma Cambridge Silicon Radio (CSR). CSR ermöglicht mit
dem BCSP (Bluecore Serial Link Protocol) den Zugriff auf typische
Host-Layer-Protokolle, die bei den BlueCore-Chips auf dem Controller
ablaufen können. Dieser Sonderweg ermöglicht die
Integration von Bluetooth-Modulen ohne auf die Rechenleistung des Hostcontrollers
zurückgreifen zu müssen.
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Mit
Bluetooth ULP/Bluetooth Low Energy steht eine neue Funktechnologie
für energieeffiziente Anwendungen bereit, die bei einer Übertragungsrate von
1 MBit/s nur zwischen 10% und 25% des Energieverbrauchs eines Standard
Bluetooth Geräts hat. Damit eignet es sich besonders für
kleine und batteriebetriebene Geräte. Anwendungsgebiete
sind z. B. die Integration in Sportgeräte, Sensornetzwerke,
die Vernetzung von Home- und Officegeräten sowie die Patientenüberwachung.
Der niedrige Energieverbrauch wird zu großen Teil durch
den geringen Duty Cycle von gerade einmal 1% erreicht. Bei der Spezifikation
von Bluetooth ULP wurde sehr viel Wert auf die Konvergenz und die
Koexistenz von Bluetooth ULP und Standard Bluetooth gelegt. So gibt
es neben den sogenannten Standalone Geräten, die nur ULP Funktionalität
beinhalten auch noch Dual-Mode Geräte, die sowohl Standard
Bluetooth als auch Bluetooth ULP Funktionen anbieten. So können
Dual-Mode Geräte als Gateways zu überlagerten
Kommunikationssystemen dienen oder ULP Geräte in eine bereits
vorhandene Infrastruktur einbinden.
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WLAN
erfreut sich generell einer großen Akzeptanz und eignet
sich bestens für die stochastische Übertragung
großer Datenmengen. Als hemmend wird häufig der
große Administrationsaufwand bei der Nutzung hoher Sicherheitsmechanismen
und ausgedehnten Netzwerken empfunden. Hier greift die Erfindung
ein, um ein Lokali sierungssystem und damit eine leistungsfähige
Infrastruktur zu schaffen, die zumindest folgende Benutzungsszenarien (Use-Cases)
betrifft:
- – unscharfe Lokalisierung
und Identifizierung von Personen und Objekten auf der Basis von
Standard Bluetooth-Technologie in Consumergeräten (Mobiltelefon,
PDA, Laptop etc.),
- – kostenoptimierte Bluetooth-ULP-Tags (BUTs),
- – Bereitstellen von elektronischen, lokalisierungsabhängigen
Inhalten (Content) auf mobilen Endgeräten anhand einer
sicheren Identifikation sowie auf der Basis von relevanten Ortsinformationen
durch Dienste, insbesondere Webbasierte Push-Dienste (Push-Services),
- – Bewegungsverfolgung (Tracking) von Personen und Objekten
zur Erfassung von Bewegungsprofilen und/oder von Nutzungsverhalten,
insbesondere zu Abrechungszwecken,
- – automatische Verwaltung von Kommunikationsbeziehungen
und Gerätestammdaten durch qualifizierte übergreifende
Sicherheitsmechanismen und Authentifizierzungsdienste,
- – Beschreibung von Benutzer- und Bewegungsprofilen
für die Überwachung gültiger und gefährlicher
Bewegungsmuster.
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Ein
wesentlicher Teil der Erfindung ist eine Lokalisierungsinfrastruktur
bzw. ein Lokalisierungssystem mit zumindest raumgenauer Auflösung.
Aufgrund der nur unzureichenden Lokalisierungseigenschaft von Standardfunk
wie WLAN und Bluetooth bietet die Erfindung eine Dienstleistungsstruktur,
welche die technologischen Möglichkeiten nutzt und mit einer
intelligenten Heuristik versieht. Hierbei ist eine raumbezogene
Modellstützung vorgesehen, welche eine Lokalisierung insbesondere
ausschließlich auf die tatsächlich begehbaren
und befahrbaren Flächen beschränkt.
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Verfahren
zur Positionsbestimmung betreffen beispielsweise die absolute Positionsbestimmung,
bei der ein Satz kartesischer Koordinaten (x, y, z) unabhängig
von vorhergehenden Positionen zu ermitteln ist, und die relative
Positionsbestimmung, bei der eine Ausgangsposition in das Ergebnis
eingeht. Die sogenannte „Cell of Origin”-Positionsbestimmung
ist ein Verfahren, das die Existenz zellularer, nicht überlappender
Netze voraussetzt. Dabei wird dem mobilen Gerät die Position
der Basisstation, in deren Reichweite es sich befindet zugeteilt.
Die Genauigkeit hängt dabei von der Reichweite der eingesetzten
Funktechnologie ab. Gerade Bluetooth Sendeklasse 3 mit einer Reichweite
von ca. 10 m eignet sich für derartige Systeme. Auch im
Indoor-Bereich lässt sich Cell of Origin gut anwenden,
da die Sendeleistungen häufig nicht ausreichen um Wände
zu durchdringen und man so Zellen in Raumgröße
erhält. Signalstärkebasierte Verfahren schließen
aufgrund der am Empfänger gemessenen Signalstärke auf
die Distanz zwischen Sender und Empfänger. Grundvoraussetzung
ist eine bekannte und konstante Sendeleistung. Die Empfangene Signalstärke
wird entweder direkt oder über einen sogenannten „Receive
Signal Strength Indicator” (RSSI) abgebildet. Für
die Auswertung wird davon ausgegangen, dass die Signalstärke
im Quadrat der Entfernung abnimmt, das sogenannte „Pathloss
Modell”. In realen Systemen kommen jedoch noch andere Einflüsse
hinzu, die das Messergebnis erheblich beeinflussen können,
beispielsweise Reflexionen, Multipfadausbreitungen, Dämpfungen
durch Personen und Objekte. Ein weiterer Einfluss betrifft die Schwankung
der Sendeleistung bei verschiedenen Gerätemodellen. Erfindungsgemäß kann
die Genauigkeit der Ortsbestimmung bzw. Lokalisierung überraschenderweise erheblich
verbessert werden, wenn man einen solchen Einfluss misst und berücksichtigt.
Dies findet erfindungsgemäß dadurch statt, dass
in Abhängigkeit des Gerätetyps der (zu lokalisierenden)
mobilen Station (Telekommunikationsgerät) oder in Abhängigkeit des
Gerätetyps sowohl der (zu lokalisierenden) mobilen Station
als auch der feststehenden Station eine Kalibrierungsinformation
(bzw. einen abstandsabhängigen und gerätespezifischen
Verlauf einer Kalibrierungsinformation) zunächst (mittels
einer Eichmessung) ermittelt und anschließend beim Betrieb des
Lokalisierungssystems berücksichtigt wird. Sind auf diese
Weise genauere Informationen über den (absoluten oder relativen)
Abstand einer mobilen Station oder einer Mehrzahl von mobilen Stationen relativ
zu einer oder einer Mehrzahl von feststehenden Stationen bekannt,
ist es erfindungsgemäß auch möglich,
dass mittels einer Trilateration die Position der mobilen Station
im zweidimensionalen Raum berechnet wird. Für eine Positionsbestimmung
im dreidimensionalen Raum sind vier feststehende Stationen erforderlich.
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Eine
gemischte Bluetooth, WLAN und Ethernet-Infrastruktur kann beim erfindungsgemäßen
Lokalisierungssystem für die jeweiligen Aufgabengebiete
Lokalisierung und Authentifizierung als auch Datenübertragung
und Backbonerouting Anwendung finden. Zur Infrastruktur bzw. zum
Lokalisierungssystem gehört eine fest installierte Telekommunikationseinheit,
bevorzugt jedoch eine Mehrzahl von fest installierten Telekommunikationseinheiten
bzw. weiteren Telekommunikationseinheiten (feststehende Stationen).
Diese werden nachfolgend auch als Locating-Devices, so genannte
BTLs (Bluetooth Locator) bezeichnet. BTLs können für
ihren Bereich, in der Regel ein Zimmer oder ein anderer umschlossener Raum
(oder aber auch ein Teil eines Freigeländes) ein autonomes
oder Server-basiertes Ranging durchführen, d. h. eine Lokalisierung
von mobilen Telekommunikationsgeräten durchführen.
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Erfindungsgemäß kann
beispielsweise ein zentraler Server Teil des Lokalisierungssystems
bzw. eines Dienstsystems sein, der eine sogenannte ALI-Einheit (Authorisation,
Localisation, Information-Einheit bzw. ALI-Server) aufweist, wodurch
die Heuristik vollkommen transparent genutzt werden kann und für
einen Benutzer des Systems damit unsichtbar bleibt. Große
Datenmengen werden beispielsweise über Push-Web-Services
wie z. B. Ajax zur Verfügung gestellt. Für die
Kommunikation mit reinen Bluetooth-ULP-Embedded-Geräten
ist eine virtuelle Punkt-zu-Punkt-Kommunikation zum Server vorgesehen.
Hierdurch kann beispielsweise eine Anwendung in einem Krankenhausumfeld
realisiert werden.
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Mobile
Telekommunikationsgeräte (nachfolgend auch als mobile Stationen
bezeichnet) sind typischerweise Webtablets, Mobiltelefone und PDAs, in
einer Krankenhausumgebung beispielsweise für die Lokalisierung
von Ärzten und Patientenakten. In einer Krankenhausumgebung
sind die BUTs beispielsweise für die Verwaltung von medizinischen Geräten,
Betten und anderen Großgeräten vorgesehen. Die
Nutzung der Bluetooth-ULP-Technologie ermöglicht darüber
hinaus auch die Nutzung von medizinischen Bluetooth-Geräte
wie z. B. Pulsmesser und EKG die neben der Datenübertragung
auch eine raumgenaue Lokalisierung der Patienten zulässt. Black-List-Bewegungslisten
lassen sich beispielsweise sinnvoll bei der Überwachung
von Demenzkranken einsetzen.
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Erfindungsgemäß ist
es besonders bevorzugt, dass die Kalibrierungsinformation in Abhängigkeit
der Distanz zwischen dem mobilen Telekommunikationsgerät
und der Telekommunikationseinheit vorliegt und/oder dass die weitere
Kalibrierungsinformation in Abhängigkeit der Distanz zwischen
dem weiteren mobilen Telekommunikationsgerät und der Telekommunikationseinheit
vorliegt, wobei die Kalibrierungsinformation und/oder die weitere
Kalibrierungsinformation insbesondere als sogenannter RSSI-Wert
(Received Signal Strength Indication) und insbesondere mittels einer
Eichmessung erhoben vorliegt. Hierdurch kann in besonders einfacher
und effizienter Weise eine Abschätzung der Entfernung zwischen
dem Telekommunikationsgerät und der Telekommunikationseinheit
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Ferner
ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass
das Lokalisierungssystem zur Identifizierung des Telekommunikationsgeräts
oder zur Identifizierung des Telekommunikationsgeräts und des
weiteren Telekommunikationsgeräts konfiguriert ist. Hierdurch
kann es erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen
sein, dass die Identifizierung und/oder sogar eine Authentifizierung
des Benutzers des Telekommunikationsgeräts transparent
durchgeführt wird, d. h. dass keine Benutzeraktivität
erforderlich ist und somit die Identifizierung (und ggf. die Authentifizierung)
automatisch erfolgt.
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Weiterhin
ist es erfindungsgemäß besonders vorteilhaft,
dass das Lokalisierungssystem eine weitere feststehende Telekommunikationseinheit
aufweist, wobei das Lokalisierungssystem zur Lokalisierung des mobilen
Telekommunikationsgeräts in Abhängigkeit der durch
die weitere Telekommunikationseinheit bestimmte Signalstärke
des Telekommunikationsgeräts konfiguriert ist oder wobei
das Lokalisierungssystem zur relativen Lokalisierung des Telekommunikationsgeräts
und des weiteren mobilen Telekommunikationsgeräts in Abhängigkeit
der durch die weitere Telekommunikationseinheit bestimmten Signalstärken
des Telekommunikationsgeräts und des weiteren Telekommunikationsgeräts
konfiguriert ist. Hierdurch kann die Lokalisierung des Telekommunikationsgeräts
mit einer größeren Genauigkeit erfolgen, so dass
bei einem Funkkontakt des mobilen Telekommunikationsgeräts
(und/oder des weiteren mobilen Telekommunikationsgeräts)
sowohl mit der Telekommunikationseinheit als auch mit der weiteren Telekommunikationseinheit
eine bessere Lokalisierung möglich ist.
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Weiterhin
ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die feststehende
Telekommunikationseinheit und/oder die weitere feststehende Telekommunikationseinheit
eine Bluetooth ULP Schnittstelle und eine Bluetooth 2.0 Schnittstelle
(Dual-Mode-Bluetooth-Schnittstelle) aufweist. Damit sind die Telekommunikationseinheiten
(nachfolgend auch als BTLs bezeichnet) bevorzugt sogenannte „Dual
Stacked”, Bluetooth und Bluetooth-ULP, Geräte,
welche die Abstände zu mobilen Bluetooth-Geräten
abschätzen können. Dabei wird auf ein Verfahren
zur Auswertung der Signalpegel und des RSSI (Receive Signal Strength
Indicator) zurückgegriffen, welches die entstehende Unschärfe
berücksichtigt. Die BTLs sind bevorzugt über ein
Ethernet oder WLAN Backbone verbunden und kommunizieren mit dem
zentralen ALI (Autorisation, Location und Information) Server. Als
Identifikationsobjekte (d. h. mobile Station oder Telekommunikationsgeräte)
kommen konventionelle Bluetooth-Consumer-Produkte wie Mobilephone, Headset,
PDA oder Laptop sowie Bluetooth-ULP-Produkte in Frage, wie etwa
sogenannte bidirektional kommunizierende Bluetooth-ULP-Tags (BUT),
die vergleichbar zu RFIDs verwendet werden können. Durch
die erfindungsgemäß hohe Kommunikationsleistung
und eine ausgeklügelte Architektur können die
mobilen Geräte, beispielsweise Mobiltelefon, PDA, etc.,
auch komplexe Datenmengen verwalten und kommunizieren, und somit
umfangreiche Datenblätter transportieren – sie
sind als dezentrale Gerätestammdaten mit Historie nutzbar.
BUTs und Bluetooth-Consumer-Devices werden zusammen mit den stationären
Geräten in einem gemeinsamen multidimensionalen Modell
geführt, sodass die Lokalisierung robust gegen Vernachlässigung
der dritten Dimension ist. Hierbei ist erfindungsgemäß ein
geeignetes und robustes Kommunikations- und Bewegungsmodell vorgesehen,
das die Autorisierung und Identifikation von genau vorbestimmten,
zufälligen oder allen verfügbaren Geräten
zulässt. Aus dem Blickwinkel von Sicherheitsaspekten ist
unter allen Umständen zu vermeiden, dass nicht zulässige
Daten aufgrund der Lokalisierung auf das mobile Gerät eingespielt
werden. Eine Authentifizierung und Autorisierung auf Hardwareebene
ist hierbei obligatorisch. Als Besonderheit ist erfindungsgemäß jedoch die
zentrale Administration der Zugriffsrechte und Authorisationsdaten
vorgesehen. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen,
ein Bewegungsprofil (etwa von Personen oder von Gegenständen)
vollständig zu erfassen. Geräte oder Personen
sollten nicht einfach verschwinden können, bzw. das Verschwinden
soll erfindungsgemäß sicher detektiert werden können.
Datenkonformität. Erfindungsgemäß ist
die Datenkonformität relevant. Das bedeutet, dass erfindungsgemäß die
Bluetooth-Geräte bzw. Objekte bevorzugt nur diejenigen
Daten bekommen, die ihnen per Profil zugebilligt werden. Mit der
erfindungsgemäßen Implementierung wird die Datenkonformität sicher
gestellt, dass nämlich ein bestimmtes Gerät zu einer
Zeit nur eine bestimmte Information besitzt. Die Anwendungssicherheit
bezieht sich damit nicht nur auf eine einfache Autorisierung sondern
viel mehr auf eine Abhängigkeit von Zeit, Ort und Autorisierung.
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Erfindungsgemäß ist
es ferner bevorzugt, dass das Lokalisierungssystem den Datenspeicher umfasst.
Hierdurch kann das erfindungsgemäße Lokalisierungssystem
bzw. das Dienstsystem besonders einfach und kostengünstig
realisiert werden.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Lokalisierung wenigstens eines mobilen Telekommunikationsgeräts gegenüber
wenigstens einer feststehenden Telekommunikationseinheit mittels
Kurzstreckenfunk, wobei die Signalstärke des Telekommunikationsgeräts durch
die Telekommunikationseinheit bestimmt wird, wobei das Telekommunikationsgerät
in Abhängigkeit von einer Kalibrierungsinformation und
der durch die Telekommunikationseinheit bestimmten Signalstärke des
Telekommunikationsgeräts lokalisiert wird und wobei in
einem der Lokalisierung zeitlich vorangehenden Verfahrensschritt
mittels einer Eichmessung die Kalibrierungsinformation dem Typ des
Telekommunikationsgeräts oder dem Typ des Telekommunikationsgeräts
und dem Typ der Telekommunikationseinheit zugeordnet wird.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ferner ein
Verfahren zur relativen Lokalisierung eines mobilen Telekommunikationsgeräts
und wenigstens eines weiteren Telekommunikationsgeräts
gegenüber wenigstens einer feststehenden Telekommunikationseinheit
mittels Kurzstreckenfunk, wobei des Telekommunikationsgeräts
und des weiteren Telekommunikationsgeräts durch die Telekommunikationseinheit
bestimmt wird, wobei das Telekommunikationsgerät und das
weitere Telekommunikationsgerät in Abhängigkeit
einer Kalibrierungsinformation, einer weiteren Kalibrierungsinformation
und der durch die Telekommunikationseinheit bestimmten Signalstärke
des Telekommunikationsgeräts und des weiteren Telekommunikationsgeräts relativ
lokalisiert werden, wobei in einem der relativen Lokalisierung zeitlich
vorangehenden Verfahrensschritt mittels Eichmessung sowohl die Kalibrierungsinformation
dem Typ des Telekommunikationsgeräts oder dem Typ des Telekommunikationsgeräts
und dem Typ der Telekommunikationseinheit zugeordnet wird als auch
die weitere Kalibrierungsinformation dem Typ des weiteren Telekommunikationsgeräts oder
dem Typ des weiteren Telekommunikationsgeräts und dem Typ
der Telekommunikationseinheit zugeordnet wird.
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Besonders
bevorzugt ist es erfindungsgemäß, dass zur Lokalisierung
wenigstens des mobilen Telekommunikationsgeräts oder zur
relativen Lokalisierung des mobilen Telekommunikationsgeräts
und des weiteren Telekommunikationsgeräts mittels Kurzstreckenfunk
zusätzlich die Signalstärke des Telekommunikationsgeräts
durch eine weitere Telekommunikationseinheit bestimmt wird. Hierdurch kann
die Lokalisierung des Telekommunikationsgeräts mit einer
größeren Genauigkeit erfolgen, so dass bei einem
Funkkontakt des mobilen Telekommunikationsgeräts (und/oder
des weiteren mobilen Telekommunikationsgeräts) sowohl mit
der Telekommunikationseinheit als auch mit der weiteren Telekommunikationseinheit
eine bessere Lokalisierung möglich ist.
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Ferner
ist es erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass
zur Lokalisierung des Telekommunikationsgeräts oder zur
relativen Lokalisierung des Telekommunikationsgeräts und
des weiteren Telekommunikationsgeräts der RSSI-Wert (Received
Signal Strength Indication) gemessen wird. Hierdurch kann in besonders
einfacher und effizienter Weise eine Abschätzung der Entfernung
zwischen dem Telekommunikationsgerät und der Telekommunikationseinheit
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Weiterhin
ist es ebenfalls besonders bevorzugt, dass während der
Durchführung der Eichmessung die Kalibrierungsinformation
in Abhängigkeit der Distanz zwischen dem Telekommunikationsgerät und
der Telekommunikationseinheit bestimmt wird und/oder dass die weitere
Kalibrierungsinformation in Abhängigkeit der Distanz zwischen
dem weiteren Telekommunikationsgerät und der Telekommunikationseinheit
bestimmt wird, wobei die Kalibrierungsinformation und/oder die weitere
Kali brierungsinformation insbesondere als RSSI-Wert (Received Signal Strength
Indication) bestimmt wird.
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Erfindungsgemäß ist
es ferner auch bevorzugt, dass das Telekommunikationsgerät
oder das Telekommunikationsgerät und das weitere Telekommunikationsgerät
identifiziert werden. Hierdurch kann es erfindungsgemäß insbesondere
vorgesehen sein, dass die Identifizierung und/oder sogar eine Authentifizierung
des Benutzers des Telekommunikationsgeräts transparent
durchgeführt wird, d. h. dass keine Benutzeraktivität
erforderlich ist und somit die Identifizierung (und ggf. die Authentifizierung)
automatisch erfolgt.
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Ein
weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft ein Dienstsystem
mit einem erfindungsgemäßen Lokalisierungssystem
oder zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens, wobei das Dienstsystem zum Datenaustausch mit dem Telekommunikationsgerät über
eine Funkschnittstelle ausgebildet ist, wobei die Funkschnittstelle
die Kurzstreckenfunkschnittstelle des Lokalisierungssystems oder
des Lokalisierungsverfahrens ist oder wobei die Funkschnittstelle
eine davon unterschiedliche Funkschnittstelle, insbesondere eine WLAN-Funkschnittstelle,
ist.
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Weitere
Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden anhand
von beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 und 2 schematische Übersichten des
erfindungsgemäßen Dienstsystems mit dem erfindungsgemäßen
Lokalisierungssystem,
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3 ein
schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
einer Telekommunikationseinheit,
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4 und 5 schematische
Darstellungen von Telekommunikationsgeräten und Telekommunikationseinheiten,
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6 eine
beispielhafte Abbildung verschiedener Kalibrierungsdaten für
verschiedene Typen von Telekommunikationsgeräten und
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7 und 8 schematische Übersichten des
erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems.
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In
den 1 und 2 ist jeweils eine schematische Übersicht
des erfindungsgemäßen Dienstsystems 200 mit
dem erfindungsgemäßen Lokalisierungssystem 100 abgebildet.
In den 7 und 8 ist jeweils eine schematische Übersicht
des erfindungsgemäßen Lokalisierungssystems 100 abgebildet.
Das Lokalisierungssystem 100 stellt eine Infrastruktur
(nachfolgend auch als stationäre Infrastruktur bezeichnet)
bereit, welche wenigstens eine Telekommunikationseinheit 10,
bevorzugt jedoch eine Mehrzahl von Telekommunikationseinheiten 10, 11, 12 aufweist.
Die feststehenden Telekommunikationseinheiten 10, 11, 12 werden
im Folgenden auch als Referenzpunkte bzw. als Funkknoten bzw. als
stationäre Geräte bezeichnet und sind beispielsweise
verschiedenen Räumen 15 zugeordnet bzw. in verschiedenen
Räumen angeordnet. Zur Unterscheidung dieser hinsichtlich
ihrer Lokalisierungsfunktionalität im Wesentlichen gleichen
Telekommunikationseinheiten 10, 11, 12 wird
im Folgenden auch von einer Telekommunikationseinheit 10 und
einer weiteren Telekommunikationseinheit 11 gesprochen.
Die stationäre Infrastruktur besteht im Wesentlichen aus
den Referenzpunkten für die Lokalisierung, sowie bevorzugt einem
zentralen Server mit angeschlossener Datenbank bzw. Datenspeicher 18 für
die Benutzer- und Geräteverwaltung. Hinzu kommen die WLAN
und Ethernet Netzwerke zum Vernetzen der Referenzpunkte mit dem
Server und zum Transport von Daten zu mobilen Geräten.
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Das
erfindungsgemäße Dienstsystem 200 und
das erfindungsgemäße Lokalisierungssystem 100 ist
vorgesehen, um mit mobilen Telekommunikationsgeräten 20, 21, 22, 23, 24 zusammenzuwirken. Die
mobilen Telekommunikationsgeräte werden nachfolgend auch
als mobile Stationen bzw. mobile Geräte bzw. als Tags bezeichnet.
Die Telekommunikationsgeräte 20, 21, 22, 23, 24 müssen
nicht zwingend (können jedoch) ständiger Teil
des Lokalisierungssystems 100 bzw. des Dienstsystems 200 sein. Beispielsweise
kann ein Telekommunikationsgerät 20 zusammen mit
einem Benutzer bewegt werden und Teil des Lokalisierungssystems 100 sein
(bzw. in das Lokalisierungssystem eingeloggt sein), sofern sich
der Benutzer beispielsweise im Gebäude befindet, das mit
dem Lokalisierungssystem ausgerüstet ist. Wenn ein solcher
Benutzer ein solches Gebäude verlässt bzw. sich
außerhalb der Kurzstreckenfunkreichweite des Lokalisierungssystems 100 bewegt, verliert
das Telekommunikationsgerät 20 die Verbindung
zum Lokalisierungssystem 100.
-
Funkknoten
können erfindungsgemäß alle bekanten
Systeme sein, die Masterfunktion und ggf. Netzwerkverbindung (kabelgebunden
oder Funk) haben; wie z. B. technische Systeme, Personalcomputer,
Laptops oder vergleichbare Rechnersysteme, Infrastrukturkomponenten
wie Switches, Router oder sonstiges. Die stationären Geräte
(bzw. ein Teil davon) können erfindungsgemäß insbesondere
als sogenannter Bluetooth-Locator (BTL) ausgebildet sein. Ein solcher
ist im mittleren Teil der 3 als schematisches
Blockschaltbild dargestellt und im linken und rechten Randbereich
der 3 beispielhaft bildlich dargestellt. Der grundsätzliche
Aufbau eines solchen BTLs sieht bevorzugt vor, dass sowohl eine
Lokalisierungsfunktionalität LOC als auch eine Identifizierungsfunktionalität
ID vorhanden ist und damit der BTL als Referenzpunkt für
die Lokalisierung und die Identifikation dienen kann. Solche BTLs
weisen bevorzugt ein Dual-Mode Bluetooth Modul auf, sodass keine
zusätzliche Infrastruktur allein für Bluetooth ULP
erforderlich ist. Dadurch ist die Konvergenz zwischen (mit herkömmlicher
Bluetooth-Schnittstelle ausgerüsteten) Consumergeräten
als mobile Geräte und Bluetooth-Tags als mobile Geräte
hergestellt. Da Bluetooth und Bluetooth ULP unterschiedliche Schnittstellen
zu Anwendungen anbieten, ist es erfindungsgemäß vorgesehen,
dass ein Bluetooth-Locator (BTL) eine sogenannte Convergence Layer 40 aufweist,
wodurch eine einheitliche Schnittstelle für den Lokalisierungsdienst
LOC und den Identifikationsdienst ID bereitgestellt wird (vgl. 3).
-
Mobile
Geräte können erfindungsgemäß alle Geräte
sein, die Funkkommunikation beinhalten dazu gehören insbesondere
Mobiltelefone, Consumergeärte, Handys, PDAs, Mobile PCs
oder spezielle Funktags. Consumergeräte wie Handys und
PDAs zeichnen sich zum einen durch ihre hohe Verbreitung aus, zum
anderen sind sie heutzutage in der Lage auch vergleichsweise komplexe
Anwendungen auszuführen. Sie eignen sich daher besonders
für die Realisierung komplexer Anwendungsfälle
bzw. der Bereitstellung komplexer Dienste im Dienstsystem 200.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass Spezialfunktionen
für diese Dienste für das Beispiel von Mobiltelefonen
(Handys) mit Hilfe beispielsweise der Java Micro Edition bzw. dem
.net Compact Framework für windowsbasierte Geräte
implementiert werden. Da erfindungsgemäß nicht
nur Personen mit eigenem Handy oder PDA überwacht und in
das Dienstsystem 200 bzw. Lokalisierungssystem 100 integriert
werden sollen, sondern auch Gegenstände, ist zudem die
Entwicklung kostengünstiger Bluetooth ULP Tags (sogenannte
BUTs) vorgesehen, die beispielsweise an diesen Gegenständen
befestigt werden oder in diese integriert werden. Da es sich hierbei
um batteriebetriebene Systeme handelt, deren Akkus im Gegensatz
zu den von Handys nicht regelmäßig geladen werden
können, spielt der Energieverbrauch und die Energiegewinnung
eine entscheidende Rolle. Normale Bluetooth Geräte scheiden aus
diesem Grund für die Tags aus. Die neue Bluetooth ULP Technologie
setzt genau hier an und bietet als Kommunikationstechnologie für
die geplanten wiederverwendbare Schreib- und Lese-Tags an.
-
In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel eines stationären Geräts 10 und
eines mobilen Geräts 20 dargestellt. In 5 sind
die Infrastrukturkomponenten des erfindungsgemäßen
Lokalisierungssystems dargestellt, nämlich im oberen Teil
Beispiele für stationäre Geräte und im
unteren Teil Beispiele für mobile Geräte.
-
Eine
automatische Identifikation und Authentifizierung von Benutzern
ist für viele Anwendungsfälle vorteilhaft. Der
heute übliche Weg mit Benutzernamen und Passwort ist umständlich,
Passwörter werden vergessen und stellen ein potenzielles
Sicherheitsrisiko dar, weil häufig einfach zu erratende
Passwörter verwendet werden, die sich der Benutzer leicht
merken kann. Erfindungsgemäß ist die Implementierung
eines zweistufigen Identifikations- und Authentifikationssystems
vorgesehen. In der ersten Stufe erfolgt die Identifizierung des
Benutzers durch die Bluetooth Adresse seines BUTs oder Handys oder
sonstigen mobilen Geräts. Dies kann für einfache
Anwendungsfälle bereits ausreichen. Ist ein höherer
Sicherheitslevel erforderlich, wird der Benutzer aufgefordert seine
Identität durch die Übertragung einer Benutzerkennung
zu bestätigen. Damit dieser Übertragungsvorgang
sicher abläuft wird die Kennung verschlüsselt übertragen.
Der ganze Vorgang läuft erfindungsgemäß automatisch
und ohne Benutzereingriff ab. Durch die gemeinsame Datenbasis mittels
des Datenspeichers 18 ist es erfindungsgemäß vorteilhaft
möglich, dass ein gemeinsames Geheimnis verteilt werden
kann und eine eindeutige Autorisierung und Authentifizierung möglich
ist. Das mobile Gerät hat einen Fingerprint und eine charakteristische
Eigenschaft. Darüber hinaus sind die üblichen
Verfahren mit verteilten Schlüsseln für eine hohe
Sicherheit möglich. Dienste von Geräten und Funkknoten
sind nur mit entsprechender Autorisierung und Authentifizierung
erlaubt. Für den Einsatz von Bluetooth spricht erfindungsgemäß,
dass Bluetooth weltweit eindeutige 48-Bit Adressen verwendet. Anhand
dieser Adressen kann ein Gerät und damit in vielen Fällen
auch sein Benutzer eindeutig identifiziert werden. So lässt
sich z. B. der Zugang zu einer Applikation beschränken
oder man kann zusätzliche Informationen zu einem Benutzer
wie z. B. Namen oder Telefonnummer aus einer Datenbank abrufen.
-
Die
erfindungsgemäße Lokalisierung eines mobilen Geräts
bzw. eines mobilen Telekommunikationsgeräts 20 bzw.
die relative Lokalisierung eines mobilen Telekommunikationsgeräts 20 und
wenigstens eines weiteren mobilen Telekommunikationsgeräts 21 erfolgt
mittels Kurzstreckenfunk, insbesondere mittels Bluetooth, und geschieht
insbesondere auf Basis der Eingangssignalstärke eines Empfängers (der
feststehenden Telekommunikationseinheit 10), die insbesondere
durch den RSSI-Wert (Received Signal Strength Indication) abgebildet
wird und über die Funktionen des Bluetooth-Stack zugänglich
ist. Prinzipiell nimmt die Signalstärke quadratisch mit
der Entfernung ab. Hierdurch lassen sich im nahen Umfeld sehr gut
Funkgeräte detektieren, wenn die Empfindlichkeit vorher
bekannt ist. Der RSSI-Wert kann bei Bluetooth die Werte von –127
bis +20 annehmen. Aufgrund des ermittelten RSSI-Wertes kann nun
die Entfernung zwischen zwei Bluetooth-Geräten abgeschätzt
werden, d. h. das mobile Gerät lokalisiert werden bzw.
eine relative Lokalisierung mehrerer lokaler Geräte durchgeführt
werden. Hierbei gilt: je genauer die Informationen über
die Signalausbreitung sind, desto genauer kann auch die tatsächliche
Entfernung bestimmt werden. Für eine genaue Lokalisierung sind
erfindungsgemäß mehrere festinstallierte Basisstationen
(Telekommunikationseinheit 10 und weitere Telekommunikationseinheit 11)
bevorzugt, deren Ergebnisse erfindungsgemäß kombiniert
werden können. Bluetooth beinhaltet seit Version 2 Funktionen zur
Ermittlung des RSSI-Werts während der Gerätesuche
(Inquiry). Der RSSI-Wert wird während der Antwort des gefundenen
Geräts an den Initiator der Gerätesuche, bei der Übertragung
des FHS-Pakets (Frequency Hopping Synchronization), durch den Initiator
des Inquirys ermittelt. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass ein
aktives Eingreifen auf der Seite des mobilen Geräts, also
beispielsweise des Handybenutzers, an dieser Stelle nicht erforderlich
ist und Passanten, die sich nur zufällig in Reichweite
des stationären Geräts befinden, unbehelligt bleiben.
Beispielsweise wird über einen Zeitraum von 6,4 s (einstellbar
in Schritten von 1,28 Sekunden) nach Bluetooth Geräten
im Umfeld gesucht. Gefundene Geräte antworten dem Initiator
einer Gerätesuche mit dem FHS Paket. Die Ankerknoten ermitteln
zu jedem FHS Paket den RSSI und teilen ihn an den Server mit. Der Server
berechnet anschließend die Position.
-
Erfindungsgemäß ist
es nicht zwingend erforderlich, die exakte Entfernung zwischen zwei
Geräten (beispielsweise in Metern) zu ermitteln (absolute
Lokalisierung), sondern es reicht aus, von mehreren (mobilen) Geräten
im Umkreis eines (feststehenden) Senders dasjenige zu identifizieren,
welches den geringsten Abstand zum (feststehenden) Sender hat, um
so auf den jeweiligen Raum zuschließen. Das kann auf Basis
des RSSI-Werts geschehen. Die Bluetooth-Spezifikation sieht vor,
dass der RSSI-Wert mit einer Genauigkeit von ±6 dBm zu
bestimmen ist. Aufgrund von vergleichsweise großen Schwankungen
bei der Leistung verschiedener Bluetooth-Module in mobilen Geräten
wie beispielsweise einzelnen Handys wird die Lokalisierung der mobilen Geräte
erschwert. Außerdem nimmt mit zunehmender Entfernung der
Geräte zum Sender (stationäres Gerät)
die Streuung der RSSI-Werte der einzelnen Geräte stark
zu. Diese Faktoren erschweren die Messung der genauen Abstände
zum Sender. Wenn sich allerdings die Abstände mehrerer
mobiler Geräte zum feststehenden Sender um eine Mindestdifferenz (von
beispielsweise 50 cm bis 150 cm, bevorzugt 100 cm) unterscheiden,
kann in den meisten Fällen das richtige Gerät
als dem feststehenden Sender nächstgelegenes Gerät
erkannt werden. Für typische ortsbezogene Dienste gemäß der
vorliegenden Erfindung sind Genauigkeiten von 100 cm ausreichend. Für
komplexere Anwendungen, wie z. B. fahrerlose Transportsysteme in
der Logistik, ist Bluetooth Ranging mit Standard-Bluetooth-Komponenten
jedoch nur mit verbesserter Lokalisierung geeignet.
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Erfindungsgemäß wird
vorgeschlagen, die Lokalisierung zu verbessern, indem die Schwankungen
zwischen den verschiedenen mobilen Geräten (beispielsweise
Handymodellen) dadurch ausgeglichen werden, dass für jeden
Gerätetyp ein Korrekturfaktor bzw. eine Kalibrierungsinformation
ermittelt wird, der (bzw. die) dann in die Auswertung des RSSI-Wertes
mit einbezogen wird. Die Ermittlung eines solchen Korrekturfaktors
bzw. einer solchen Kalibrierungsinformation erfordert empirische
Messungen zumindest für jeden Typ von mobilem Gerät,
ggf. auch für jede Kombination von mobilem Gerät
und stationärem Gerät. Beispielhafte Kalibrierungsdaten für
verschiedene Modelle bzw. Typen von Mobilfunkgeräten sind
in 6 in Abhängigkeit des Abstands (in Zentimeter)
zum stationären Gerät (Abszisse) dargestellt.
Die Ordinate gibt den RSSI-Wert an.
-
Um
die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Lokalisierung zu
verbessern, bzw. das Lokalisierungsergebnis zu bewerten, können
erfindungsgemäß zusätzliche statistische
Auswertungen auf historischen Daten vorgenommen werden. Das Ergebnis soll
ein Konfidenzvektor sein, aus dem hervorgeht, wie wahrscheinlich
es ist, dass sich der Benutzer an der ermittelten Position befindet.
So ist es im Allgemeinen unwahrscheinlich, das sich ein Benutzer
der sich vor ein paar Sekunden noch in der fünften Etage befand
auf einmal in der sechsten gefunden wird. Es sei den er befindet
sich gerade im Fahrstuhl. Für die statistische Auswertung
ist es notwendig, zu jedem Benutzer in einer Datenbank zu protokollieren,
wo dieser sich zu welcher Zeit befunden hat. So ist es z. B. denkbar
die Bewegungsrichtung eines Benutzers zu erfassen und so durch Vergleich
mit seinem früheren Verhalten sein Ziel zu bestimmen. Sämtliche
Lokalisierungsergebnisse werden anschließend in diesem
Zusammenhang bewertet und eine Wahrscheinlichkeit für die
Richtigkeit der ermittelten Position angegeben.
-
Die
Lokalisierung mittels „nächste-Nachbar-Lokalisierung” von
einem Funkknoten aus erfolgt erfindungsgemäß mit
einem ersten Schritt, bei dem eine insbesondere aufgrund der Daten
einer durchgeführten Eichmessung erstellte Kalibrierungsinformation
generiert wird, und mit einem zweiten Schritt, bei dem die gemessene
Kalibrierungsinformation für den laufenden Betrieb der
mobilen Geräte mit der Infrastruktur, insbesondere zur
genaueren Lokalisierung, verwendet werden. Der erste Schritt umfasst die
folgenden Teilschritte a) bis d):
- a. Geräte
werden explizit an einem Funkknoten angemeldet, oder ein Funkknoten
identifiziert ein neues Gerät, das angemeldet werden soll.
- b. Es erfolgt ein Kalibrierungsprozess, bei dem aus einem bekannten
Abstand, das Linkbudget und die Geräteidentität
in der Infrastruktur gespeichert wird.
- c. Die Dienstmerkmale des Geräts werden in der Infrastruktur
hinterlegt
- d. Es werden gemeinsame Geheimnisse von Gerät und Funkknoten
in der Infrastruktur hinterlegt
-
Der
zweite Schritt umfasst die folgenden Teilschritte a) bis f)
- a. Funkknoten suchen Geräte
- b. Wenn Funkknoten Geräte gefunden haben kann der Abstand
von Geräten zu Funkknoten relativ genau geschätzt
werden, so dass im Nahfeld (< 5
m) eine sehr gute Unterscheidung auch mehrere Geräte bzw.
Funkknoten von einem Gerät möglich wird.
- c. Funkknoten wissen anhand der Dienstmerkmale des Geräts
i.
welche Dienste auf dem Funkknoten ausgeführt werden
ii.
welche Dienste auf dem Gerät ausgeführt werden
sollen oder
iii. welche Daten das Gerät benötigt
- d. Geräte wissen anhand der Dienstmerkmale des Funkknotens
i.
Welche Dienste auf dem Funkknoten ausgeführt werden
ii.
Welche Dienste auf dem Gerät ausgeführt werden
iii.
Welche Daten der Funkknoten benötigt
- e. Sowohl Funkknoten als auch Gerät besitzen ein gemeinsames
Geheimnis, so dass die Dienstmerkmale und die Autorisierung von
Geräten und Funkknoten unterschiedlich sein können.
- f. Neue Funkknoten können die Daten aus der Infrastrukturdatenbank
beziehen.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird Bluetooth nur für die Lokalisierung
eingesetzt. Der Datenaustausch läuft über WLAN.
Es wird gemäß der vorliegenden Erfindung davon
ausgegangen, dass die eigentliche Bedienung beispielsweise einer Gebäudefunktion
mittels eines PDAs über WLAN erfolgt, das in den meisten
Gebäuden wie Bürogebäuden, Krankenhäusern
oder dergleichen sowieso vorhanden ist. Der Zugriff findet direkt
auf die Webschnittstelle des Gebäudeautomatisierungssystems statt.
Bluetooth wird in diesem Szenario nur zur Ortung eingesetzt; ein
Informationsaustausch per Bluetooth ist nicht vorgesehen. Dazu werden
sämtliche Räume mit Bluetooth-Modulen der Version
2.0 versehen, die per Ethernet mit dem zentralen Gebäudemanagementserver
verbunden sind. Auf den feststehenden Geräten läuft
eine Applikation, die auf ein Kommando des Gebäudeautomatisierungssystems
hin einen „Inquiry_with_RSSI-Befehl” startet.
Dabei handelt es sich um eine gewöhnliche Bluetoothgerätesuche
mit dem einzigen Unterschied, dass zu jedem gefundenen Gerät
auch noch der RSSI-Wert ermittelt wird.
-
Die
zentrale Speicherung und Verwaltung von Geräten ermöglicht
einen differenzierten Zugriff auf die Dienste der Geräte
und Funkknoten. Insbesondere in einem Umfeld von Funkknoten können Dienstmerkmale
der nächsten Geräte oder anwesender Geräte
genutzt werden oder es kann durch die Anwesenheit von einem oder
mehreren Geräten ein Dienst eines Funkknoten genutzt werden.
Hierbei ist eine kombinierte oder eine ausschließende Dienstaktivierung
möglich und gewünscht.
- 1.
Dienstmerkmal auf Funkknoten wird bei Anwesenheit von A und B ausgelöst
- 2. Dienstmerkmal wird ausgelöst bei A oder B
- 3. Dienstmerkmal wird ausgelöst bei nicht A
- 4. Alle Logiken können Vieraugenprinzip/Mehraugenprinzip,
n-Schlüsselprinzip oder Ausschließung realisieren.
-
Als
Nächste-Nachbar-Funktionen sind verschiedene Möglichkeiten
gegeben, die beispielhaft in 8 schematisch
dargestellt sind. Beispielsweise ist es möglich, dass ein
Telekommunikationsgerät 20 näher an einer
Telekommunikationseinheit 10 ist und einen Dienst mit der
Telekommunikationseinheit 10 eingeht. Weiterhin ist es
möglich, dass das weitere Telekommunikationsgerät 21 beispielsweise
näher an einer weiteren Telekommunikationseinheit 11 ist und
einen Dienst mit der weiteren Telekommunikationseinheit 11 eingeht.
Ferner ist es möglich, dass die Telekommunikationseinheit 10 weiß,
dass das weitere Telekommunikationsgerät 21 in
der Nähe ist und das Telekommunikationsgerät 20 näher
(an der Telekommunikationseinheit 10) ist. Damit können
gezielt Dienste angesprochen werden.
-
Die
vorliegende Erfindung eignet sich zur Anwendung in vielen Anwendungsfällen,
wobei nachfolgend eine kleine Auswahl angegeben wird. Zur Implementierung
verschiedener Anwendungen kann auf eine Vielzahl von Programmierwerkzeugen
zurückgegriffen werden. Beispielsweise bietet die Programmiersprache
Java die Möglichkeit plattformunabhängige Programme
für eine Vielzahl unterschiedlicher Systeme zu schreiben.
Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit Spezialfunktionen
in eigene Programme auszulagern und diese Funktionen dann „on
Demand” herunterzuladen und in das erfindungsgemäße
Dienstsystem 200 zu integrieren. Für die beschriebenen
Anwendungsfälle heißt das, dass die Auswahl der
jeweils passenden Applikation beispielsweise anhand von Benutzer,
Autorisierungslevel und benötigter Serviceart erfolgt.
-
Das
erfindungsgemäße Lokalisierungssystem, das erfindungsgemäße
Dienstsystem und das erfindungsgemäße Verfahren
kann beim Finden von Personen und Objekten beispielsweise in einem
Gebäude Anwendung finden: Ein modernes Gebäudemanagement
stellt eine große logistische Aufgabe dar. Durch die hohe
Mobilität ist es schwer einen Überblick darüber
zu behalten wo sich Geräte, oder Personal befinden. Insbesondere
trifft das auf Krankenhäuser zu. Bisher wurden Betten oder
andere Gerätschaften häufig mit Barcodes oder
proprietären RFID Systemen verwaltet. Eine Ortung von Personen
findet praktisch nicht statt. Die erfindungsgemäße
Infrastruktur ist in der Lage beide Fälle mit den konvergenten
Technologien Bluetooth und Bluetooth ULP abzudecken.
-
Das
erfindungsgemäße Lokalisierungssystem, das erfindungsgemäße
Dienstsystem und das erfindungsgemäße Verfahren
kann ferner bei der Zugriffssteuerung an Rechnern Anwendung finden: Computer übernehmen
heutzutage eine Reihe von Aufgaben, von denen ein geregelter Arbeitsablauf und
nicht selten die Sicherheit von Personen abhängen. Um Manipulationen
zu verhindern unterliegen derartige Geräte einem Zugriffsschutz,
der es darüberhinaus erlaubt bestimmte Benutzergruppen
zu unterscheiden beispielsweise Administrator, einfacher Benutzer,
Gast. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Infrastruktur
soll jetzt ein Benutzer automatisch eingeloggt werden sobald er
den Raum mit dem Rechner betritt und ausgeloggt werden wenn er den Raum
verlässt. Umständliche manuelle Logins und Logouts
an unterschiedlichen Rechnern entfallen.
-
Das
erfindungsgemäße Lokalisierungssystem, das erfindungsgemäße
Dienstsystem und das erfindungsgemäße Verfahren
kann ferner bei der Zeiterfassung für Abrechnungen Anwendung
finden: Viele Dienstleistungen werden Heute auf Zeitbasis abgerechnet,
beispielsweise die Arbeitszeiten von Personal oder die Belegung
von bestimmten Räumen. Die Lokalisierungsinfrastruktur
ist in der Lage die Position einer Person in regelmäßigen
Abständen festzustellen. Für diesen Anwendungsfall
werden die Daten in einer Datenbank protokolliert um z. B. später sagen
zu können wie lange dieser Benutzer einen Konferenzraum
belegt hat. Es ist zudem geplant dieselbe Technik auch für
die Zeiterfassung von Behandlungen im Krankenhaus einzusetzen.
-
Das
erfindungsgemäße Lokalisierungssystem, das erfindungsgemäße
Dienstsystem und das erfindungsgemäße Verfahren
kann ferner in einem Krankenhaus für ortsabhängige
Krankenblätter Anwendung finden: In modernen Krankenhäusern
haben die Ärzte heute schon vielfach die Möglichkeit
mit einem PDA drahtlos auf die Krankenblätter ihrer Patienten
zuzugreifen. Momentan ist es hierzu notwendig das gewünschte
Krankenblatt manuell auszuwählen. Dieser Auswahlvorgang
soll automatisiert werden, indem der Patient, der sich im gleichen Raum
wie der Arzt befindet lokalisiert wird und der Arzt nur noch diese
eine Akte angezeigt bekommt, bzw. bei Mehrbettzimmern eine reduzierte
Auswahlliste, die nur noch die Patienten aus dem aktuellen Raum
enthält. Da Krankenblätter hoch sensible Daten
enthalten muss sich der Arzt durch den oben beschriebenen zweistufigen
Identifikationsvorgang für den Zugriff autorisieren.
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Das
erfindungsgemäße Lokalisierungssystem, das erfindungsgemäße
Dienstsystem und das erfindungsgemäße Verfahren
kann ferner in der Gebäudeautomatisierung Anwendung finden:
Durch ihre gesteigerte Leistungsfähigkeit können
mobile Geräte wie Handys und PDAs in eine bereits vorhandene
Infrastruktur zur Gebäudeautomation integriert werden.
Derartige Geräte werden in der Regel von Hausmeistern bei
Rundgängen durch das Gebäude genutzt. In einem
solchen Szenario sind in den meisten Fällen nur die Funktionen
des Raums in dem man sich aktuell befindet interessant. Dazu sollte
eine automatische Lokalisierung des mobilen Geräts erfolgen
und in Abhängigkeit vom Ergebnis die passende Webseite
bereitgestellt werden. Hierbei ist eine raumgenaue Auflösung
ausreichend.
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Bei
den Location based Services in der Gebäudeautomation betritt
der Benutzer in einem ersten Schritt einen Raum, sein PDA ist mit
dem örtlichen WLAN verbunden und der Benutzer fordert beim
zur Middleware gehörenden Webserver eine generische Webseite
an. Der Webserver zum Gebäudeautomatisierungssystem muss
jetzt zunächst ermitteln, in welchem Raum sich der Benutzer
befindet, um ihm in einem zweiten Schritt die passende Webseite
zukommen zulassen. Zuvor überprüft er jedoch,
ob sich der PDA in der Liste der registrierten Geräte befindet.
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Auf
diese Weise wird ein unbefugter Zugriff auf das Gebäudeautomatisierungssystem
verhindert. Außerdem lassen sich so auch Benutzer identifizieren
und mit unterschiedlichen Rechten ausstatten. Um den PDA zu finden
veranlasst der Server in einem dritten Schritt in allen Räumen,
die im Empfangsbereich des WLAN-Accesspoints liegen über den
sich der PDA eingewählt hat eine Bluetoothgerätesuche.
Nach Abschluss der Gerätesuche senden in einem vierten
Schritt alle Bluetoothmodule ihr Ergebnis an den Server. Die Auswertung
der Ergebnisse gestaltet sich folgendermaßen, der Server
geht davon aus, dass sich der PDA in dem Raum befindet, in dem die
Signalstärke am Größten ist. Anschließend wird
die zum Raum passende Webseite in einem fünften Schritt
an die mobile Station geschickt. Der Benutzer ist jetzt in einem
sechsten Schritt in der Lage die Funktionen des Raums in dem er
sich gerade befindet zu bedienen. Dabei werden ihm auf seinem PDA
ständig die aktuellen Zustände der Lampen, Jalousien
und anderer Geräte angezeigt. Zustandsänderungen
werden ihm beispielsweise per Ajax übermittelt. Das Gebäudeautomatisierungssystem
nimmt die Befehle des Benutzers in einem siebten Schritt entgegen
und gibt sie an die passende Steuerung weiter. An der Steuerung
kann z. B. ein DALI- oder EIB/KNX System hängen, dass für
den Benutzer transparent ist.
-
Das
erfindungsgemäße Lokalisierungssystem, das erfindungsgemäße
Dienstsystem und das erfindungsgemäße Verfahren
kann ferner bei der Fernwartung von Maschinen Anwendung finden:
Beispielsweise kann ein Automatisierungsgerät selbsttätig
ein Servicegerät suchen und automatisch die notwendige
Diagnose- bzw. Serviceanwendung auf das Servicegerät laden.
Als Diagnosegerät kommt jedes moderne Mobiltelefon in Frage,
dass über Bluetooth und die aktuellen Java Packages verfügt.
Weitere Installationen sind auf den Endgeräten nicht erforderlich.
Der Digitale Maintenance Server (DMS) identifiziert das mobile Endgerät
anhand seiner Bluetooth-Identität und baut aktiv die Verbindung
zu der zugehörigen Telefonnummer auf. Hierdurch ist eine maximale
Sicherheit gewährleistet. Der Funktionsablauf umfasst die
folgenden Punkte: In einem ersten Schritt identifiziert eine Maschine
für sich einen Wartungsfall und sucht einen Servicetechniker
im Umfeld. Durch eine Bluetooth-Inquiry Nachricht wird in einem
zweiten Schritt das nächstbefindliche Servicegerät
erkannt, insbesondere anhand der Bluetooth-Identität und
der Signalstärke. Die identifizierten Daten werden in einem
dritten Schritt unmittelbar an einen im Intranet bzw. im Internet
verfügbaren Digitalen Maintenance Server (DMS) weitergeleitet. Dieser
hat die Aufgabe, anhand der Bluetooth-Adresse und der Maschinen-ID
in einem vierten Schritt eine geeignete Anwendung auszuwählen,
die den Servicefall lösen kann. Mit diesen Informationen
wird das mobile Servicegerät in einem fünften
Schritt per SMS angerufen. Die aktuelle Technik der Mobilfunkgeräte macht
es möglich, dass durch die SMS unmittelbar ein Verbindungsaufbau
zwischen dem Servicegerät und dem DMS in einem sechsten
Schritt per UMTS oder GPRS eingeleitet wird, der es ermöglicht
die erforderliche Anwendung in einem siebten Schritt automatisch
von dem Server zu laden, sollte sie noch nicht auf dem Servicegerät
verfügbar ein. Durch die Notwendigkeit signierte Java MIDlets
zu verwenden und die aktive Rolle des Maintenance Servers und nicht
des Servicegeräts ist eine maximale Sicherheit für
alle Anwendungen gegeben.
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Das
erfindungsgemäße Lokalisierungssystem, das erfindungsgemäße
Dienstsystem und das erfindungsgemäße Verfahren
kann ferner bei der Lokalisierung von Transportfahrzeugen Anwendung
finden: In modernen Fabriken nimmt der Punkt Logistik eine wichtige
Position ein. Heutzutage können sich mehrere Transportsysteme
in einer Fabrik im Einsatz befinden, welche sich um den Transport
von benötigten Teilen kümmern. Die Transportsysteme,
ob nun fahrerlos oder mit Fahrer, müssen mit neuen Fahraufträgen
versorgt und gegebenenfalls ferngesteuert werden. Hinzu kommt, dass
diese Fahrzeuge gewartet und die Fahrzeugdaten überwacht
werden müssen. Das erfindungsgemäße Dienstsystem
bietet die Möglichkeit, die Fahrzeuge via Bluetooth zu
warten, zu steuern und Fahrzeugdaten zu schicken oder auszulesen.
Zusätzlich kann auch hier die Lokalisierungsunktion zur
Positionsbestimmung des Fahrzeuges genutzt werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004035531
B4 [0004]