MIT erstellt ein erstaunlich genaues Indoor-GPS mit Wi-Fi

Ein kürzlicher Durchbruch von Forschern des MITs Computer Science and Artificial Intelligence Lab (CSAIL) könnte bedeutend sein, da sie eine Methode entwickelt haben, um benachbarte Wi-Fi-Geräte, einschließlich Smartphones, auf wenige Zentimeter genau zu lokalisieren.

Bestehende Positionierungssysteme basieren in der Regel auf speziellen Beacons oder darauf, die Position einfach durch das Abhören von Wi-Fi-Zugangspunkten zu bestimmen. Außerdem haben sich solche Global Positioning System (GPS)-Satellitentechnologien zunächst als teuer erwiesen und sind zweitens alles andere als genau.

Die neue Technologie, genannt Chronos, nutzt jedoch Wi-Fi-Signale, um die genaue Position der Geräte zu bestimmen, die sie senden. Chronos funktioniert, indem zwei Wi-Fi-Geräte, ein Sender und ein Empfänger, gleichzeitig zwischen den 35 Wi-Fi-Frequenzbändern im Bereich von 2,4 Gigahertz bis 5,8 GHz wechseln. Die Rate, mit der sich die Signale in der Phase ansammeln, unterscheidet sich natürlich bei jeder Frequenz. Der Sender wechselt alle 2 bis 3 Mikrosekunden zwischen den Bändern, was es ihnen ermöglicht, die natürlichen Unterschiede in der Phase jedes Signals zu vergleichen und herauszufinden, wie lange die Signale gebraucht haben, um zu reisen, was es ihnen wiederum ermöglicht, die Entfernung zu bestimmen.

Da die meisten modernen Smartphones und Laptops mehrere Wi-Fi-Antennen haben, kann Chronos nicht nur die Entfernung bestimmen, sondern auch die Richtung des anderen Geräts, indem es dessen genaue relative Position im Raum erkennt. Es wird behauptet, dass Chronos Geräte mit einer Genauigkeit von 65 cm (oder etwa 10-mal so genau wie GPS) lokalisieren kann, wobei nur handelsübliche Wi-Fi-Karten verwendet werden, was viel genauer ist als GPS. Daher ist es nützlich für die Arten von Anwendungen, die jetzt und in Zukunft zunehmend innerhalb von – insbesondere im Kontext des Internet der Dinge (IoT) – erforderlich sein werden.

Die MIT-Forscher, Doktorand Deepak Vasisht und Professorin Dina Katabi, stellen sich vor, dass Chronos verwendet wird, um Menschen in Smart Homes zur Steuerung der Beleuchtung zu zählen, um passwortfreies Wi-Fi in Cafés anzubieten (während Freeloader draußen ausgeschlossen werden) und damit Roboter sicher um Menschen herum operieren können.

„Da Wi-Fi weit verbreitet und in jedem Handy vorhanden ist, wäre es gut, diese erstaunliche Technologie für so viele Anwendungen wie möglich zu nutzen“, sagte Katabi gegenüber IEEE Spectrum.

Es gibt jedoch einige Einschränkungen. Auch wenn Chronos auf bestehenden Wi-Fi-Geräten nur mit einer App (oder einem Firmware-Upgrade für einen Zugangspunkt) betrieben werden kann, muss jedes Gerät eine einmalige Distanzanpassung durchlaufen. Da Chronos etwa ein Zehntel einer Sekunde benötigt, um alle Wi-Fi-Bänder zu durchlaufen, sinkt die Genauigkeit, wenn sich die Geräte während dieser ersten Einrichtung relativ zueinander bewegen.

Muss man also sein Smartphone auf eine Theke – oder auf einen Tisch im Food Court, wenn man im Einkaufszentrum ist – legen, damit es perfekt still bleibt? „Gehen ist in Ordnung, aber wir sprechen nicht von jemandem in einem Auto“, sagt Katabi. „Für eine Drohne ist es jedoch tatsächlich besser, wenn sie sich bewegt. Da ihre Bewegung kontrolliert ist und man die Geschwindigkeit kennt, kann man diese Informationen in einer Rückkopplungsschleife nutzen, um die Ergebnisse zu verbessern.“

Chronos wurde von Vasisht und Katabi an einem AscTec Hummingbird-Quadcopter getestet, der mit einer Intel 5300 Wi-Fi-Karte und einer Go-Pro-Kamera ausgestattet war. Die Drohne wurde so positioniert, dass sie 1,4 Meter von einem Netbook entfernt blieb und Fotos des Computers machte, während sie sich bewegte. Chronos konnte die Drohne innerhalb von nur 4 cm ihrer programmierten Entfernung halten.

Um die Auflösung von Chronos weiter zu verbessern und Funktionen wie Geo-Fencing zu entwickeln, die virtuelle Grenzen setzen, sind die nächsten Schritte für Vasisht und Katabi. Die Forscher führen Gespräche mit dem MIT über die Kommerzialisierung der Technologie.

Quelle: IEEE Spectrum