Funktionsweise

Die Funktionsweise von MaWIPS unterteilt sich in zwei Phasen, welche zur jeder Zeit zur Verfügung stehen. Nachfolgend werden die beiden Hauptfunktionen (Phasen) beschrieben.

Die Positionsbestimmung wird bei der Anwendung von tabellenbasierten Algorithmen in zwei Phasen unterteilt. In der ersten und wichtigsten Phase, der sogenannten Trainingsphase (Offline-phase), werden Referenzdaten gesammelt. Die zweite Phase, genannt Positionierungsphase (Online-phase), berechnet die unbekannte Position anhand von aktuellen Messdaten und den ermittelten Daten aus der Trainingsphase.

Trainingsphase

Um eine Indoor Positionierung mit MaWIPS zu realisieren, muss vorher eine Trainingsphase stattfinden. Das bedeutet, dass in einem Operationsgebiet Messdaten an vorbestimmten Positionen aufgenommen. Hierbei handelt es sich um die Signalstärken der einzelnen Access Points, die über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden. Über die jeweiligen Signalstärken wird der Mittelwert gebildet und in einem Datentupel der Form (ID; Posj; (APj, SSj)i) in eine Tabelle abgelegt. Die ID bezeichnet die Identifikationsnummer des Eintrages und Posj beschreibt die zugeordneten physikalischen Koordinaten (x,y,z). Das Tupel (APj, SSj)i bezeichnet jeweils einen Access Point (APj) sowie die dazugehörige Durchschnittssignalstärke SSj. Da die Anzahl der Tupel abhängig ist von den empfangenen Access Points, hat das Datentupel eine flexible Größe. Dieses sogenannte Signalstärkemuster wird für jede weitere Position gespeichert, sodass ein Gitternetz über dem einzumessenden Gebiet entsteht.

Trainingsphase

Oben stehende Abbildung zeigt ein Gitternetz für ein begrenztes Operationsgebiet mit drei Access Points und schwarz dargestellten Messpunkten. Die einzelnen Datentupel werden auch als Fingerabdruck (engl. Radio-Fingerprint) bezeichnet, da diese meist einen Messpunkt eindeutig identifizieren. Das setzt jedoch einen günstig gewählten Abstand zwischen den Punkten voraus, um einen signifikanten Unterschied feststellen zu können. Von Microsoft Research wurde ein Abstand zwischen zwei und vier Meter als geeignet beschrieben und eine Mindestanzahl von drei Access Points vorausgesetzt. Weiterhin wurde eine komplexe Umgebung als Vorteil erachtet, da eine hohe Anzahl von Wänden ein individuelles Signalmuster entstehen lässt. Daraus lassen sich in der Positionierungsphase bzw. auch als Onlinephase bezeichnet, gute Ergebnisse erzielen.

Nachteil der Trainingsphase, die oft als Offlinephase bezeichnet wird, ist der hohe Aufwand. Es muss das gesamte Operationsgebiet eingemessen werden, was zum Beispiel bei großen Gebäuden sehr aufwendig ist. Bei Änderung der Umgebung muss dieser Vorgang teilweise wiederholt werden. Jedoch bietet diese Vorgehensweise im Weiteren ein hohes Maß an Genauigkeit.

Die Aufnahme der Messpunkte erfolgt direkt mit MaWIPS und können sofort verwendet werden. Um die Messpunkte auszuwerten, anzupassen oder den MLP Algorithmus zu initialisieren existiert für diesen Fall eine Desktopanwendung, welche unter Downloads zu finden ist.

Messpunktanalyse-Tool

Positionierungsphase

Nach erfolgter Trainingsphase kann durch die Positionierungsphase eine unbekannte Position bestimmt werden. Dazu wird eine Momentanmessung von Signalstärken an der zu bestimmenden Stelle durchgeführt. Das aufgenommene Signalmuster, welches den gleichen Aufbau wie die Referenzdaten aus der Trainingsphase aufweist, wird mit diesen verglichen. Wird kein eindeutig passender Eintrag gefunden, kann durch unterschiedliche Approximationen der gesuchte Standort berechnet werden. Dazu können verschiedene Algorithmen eingesetzt werden, die unter Algorithmen beschrieben werden.