PhD Theses at KOM

Viewer-Centric Mobile Services

Farid Zaid

Thursday December 16, 2010

English abstract:

With the increased integration of high-end GPS units in mobile devices, combined with the integration of orientation sensors like digital compasses and accelerometers, a new class of mobile Location-based Services (LBS) is emerging: the viewer-centric mobile services. With focus on viewer-centricity, viewer-centric mobile services aim at providing the user with information and services that are not only relevant to her current location, but also relevant to her field-of-view. Therefore, a viewer-centric service where a restaurant is located in her viewing range, what food menu it is offering etc., all by pointing the mobile device to scan the surrounding objects.

The main goal of this thesis is to develop a framework for viewercentric mobile services and a query model, with main focus on modeling viewer-centric queries from the GPS and orientation sensors existing in modern mobile devices. As these sensors, regardless of their fabrication quality, do suffer from runtime uncertainties, e.g. blockage of GPS signal by buildings, distortion of magnetic field due to nearby metallic structures, a key concept of the proposed framework, iVu.KOM, is to recognize the effects of such uncertainties on the overall accuracy of the modeled queries and to offer a means to correct the queries, when needed.

As the view of the user is also affected by obstacles, e.g. buildings, that exist in the user’s surrounding and limit the viewing range, the framework aims as well at efficient execution of the viewer-centric queries against the world geometry model. For this purpose, the proposed iVu query model suggests to include in the query result both the retrieved points of interest and a simplified description of the surrounding geometry. This query model allows executing the queries promptly on the client and with minimal need to contact the server, even when the visibility changes due to user’s motion.

To evaluate the feasibility of the proposed framework and model, a prototypical implementation of iVu.KOM was realized for a modern mobile platform featuring the required sensors and toolkit support. The prototype was evaluated under real world conditions in carefully selected test environments.

Additionally, the thesis investigates the usage of participatory sensing for positioning purposes. Here, WBroximity is proposed as a positioning solution that uses both WLAN and Bluetooth fingerprints, which are collected through participatory sensing. This aims at cutting the extra costs needed to employ special personnel for this task, and allowing the system coverage to expand to wherever participants reach. WBroximity was evaluated through simulation and a prototypical realization. Moreover, WBroximity can be seamlessly used by iVu.KOM as a location provider, specially in indoor environments where other location providers, like GPS, can fail.

German abstract:

Betrachter-zentrierte Mobile Dienste (Viewer-centric Mobile Services) bezeichnen eine neue Generation von Ortsbezognen Diensten (Location-based Services - LBS), wobei die Informationen bzw. Dienste anhand nicht nur des Ortes des Benutzers, sondern auch seiner Blickrichtung angepasst sind. Diese Entwicklung ist heutzutage dank der zunehmenden Integration von GPS Empfängern und Orientierungssensoren wie Kompassen und Beschleunigungssensoren in den modernen mobilen Geräten möglich. Durch die Kombination von diesen Sensoren lässt sich die Blickrichtung einfach modellieren. Damit wird es möglich, solche Anfragen wie "was bietet heute dieses Restaurant" einfach durch das Zeigen auf das Gebäude durchzuführen.

Trotz der Fortschritte in der Anfertigung von in den mobilen Geräten eingebetteten Sensoren, leiden diese Sensoren unter unvermeidbaren dynamischen Fehlerquellen. Zum Beispiel wird der Empfang eines GPS-Signals normalerweise durch die Gebäude verhindert. Ebenso unterliegt ein Kompass Störeinflüssen durch das nebenstehende Metall und die elektrischen Leitungen. Somit wird die Genauigkeit einer Betrachter-zentrierten Anfrage, die auf Basis dieser Sensoren aufgebaut ist, nachlassen.

In dieser Arbeit wird daher ein Framework sowie ein Anfragemodell zur Unterstützung von Betrachter-zentrierten Mobilen Diensten entwickelt. Als Hauptziel hat dieses Framework, den Einfluss von Sensorenungenauigkeiten auf die modellierten Anfragen zu erkennen und dagegen zu reagieren. Da die Sichtbarkeit von Objekten auch allgemein von der umliegenden Geometrie beeinflusst ist, visiert dieses Framework an, die Anfragen gegen ein Geometriemodell effizient auszuführen. Dafür wird das iVu Model als ein Anfragemodell entwickelt, das es ermöglicht, in der Antwort der Anfrage sowohl den Inhalt (Points of Interest- POI’s) als auch eine vereinfachte Darstellung der Geometrie einzubinden. Da die Geometrie auch schon im Model enthalten ist, muss das mobile Gerät signifikant seltener den Dienst kontaktieren, um die Anfrage auszuführen.

Die Realisierbarkeit des vorgeschlagenen Frameworks, iVu.KOM, wird durch eine prototypische Realisierung auf Basis der Android- Plattform gezeigt. Der Prototyp wurde mit echten Sensordaten und unter realen Bedingungen getestet.

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