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WLAN-Lokalisierung

In diesem Projekt werden ausschließlich Fingerprinting-Verfahren eingesetzt. Dabei werden an verschiedenen Positionen in der Umgebung Fingerabdrücke der empfangenen Signalstärken (RSSI RSSI: Received Signal Strength Indication
Indikator für die Empfangsleistung in kabellosen Kommunikationsnetzen
(im WLAN in dBm gemessen)
-Werte) in einer Datenbank abgespeichert. Die Datenbank wird bei diesen Verfahren als Radio Map Radio Map: Datenbank, in der die Koordinaten der Referenzpunkte und die der zugehörigen empfangenen Signalstärken abgespeichert werden (Für die globale Lokalisierung mobiler Endgeräte) bezeichnet. Sie wird für die Berechnung der Position und Orientierung des Roboters verwendet. Die Positionsberechnung mit einer Radio Map teilt sich in zwei Phasen auf: Die Kalibrierungsphase und die Lokalisierungsphase. Zunächst werden in der Kalibrierungsphase Referenzpunkte gemessen. Dabei werden im Kartenmaterial der Umgebung, in der später die Berechnung der Position durchgeführt werden soll, Signalstärkemessungen an den Referenzpunkten durchgeführt. Die Granularität der benötigten Referenzpunkte hängt von der Umgebung und dem in der Lokalisierungsphase verwendeten Algorithmus ab. Für den Referenzpunkt werden die Koordinaten der Position im Kartenmaterial der Umgebung, die BSSIDs BSSID: Basic Service Set ID
Eindeutige Bezeichnung eines Access Points im WLAN (in der IEEE 802.11 WLAN Spezifikation die MAC-Adresse)
und die empfangenen RSSI-Werte der Access Points abgespeichert. Die abgespeicherten Daten werden als Radio Map bezeichnet. Häufig wird auch bei den Referenzpunkten von "Fingerabdrücken" gesprochen. Sind alle benötigten Referenzpunkte abgespeichert, ist die Kalibirierungsphase beendet.

In der Lokalisierungsphase kann nun mit den in der Radio Map abgespeicherten Daten die Position (und auch die Orientierung) berechnet werden. Dafür werden die Daten aus der Kalibrierungsphase mit den aktuell zum Zeitpunkt der Positionsberechnung empfangenen RSSI-Werten und BSSIDs der Access Points abgeglichen. Nun kann der Referenzpunkt mit der kleinsten Distanz der RSSI-Werte als aktuelle Position festgelegt werden. Ein solches Verfahren ist allerdings stark abhängig von der Granularität und Abstände der Referenzpunkte in der Radio Map. Aus diesem Grund werden die Punkte in der Radio Map mit verschiedenen Verfahren interpoliert, so dass mit den in der Lokalisierungsphase empfangenen RSSI-Werten interpolierte Positionen im Kartenmaterial berechnet werden können. Die Abbildung 1 zeigt den Ablauf einer Positionsberechnung mit einer Radio Map.

Abbildung 1: Positionsberechnung mit einer interpolierten Radio Map