NFC TEKNOLOJİSİ KULLANILARAK İÇ MEKAN NAVİGASYON SİSTEMLERİNİN GELİŞTİRİLMESİ BÜŞRA ÖZDENİZCİ , KEREM OK , BÜŞRA COŞKUN, MEHMET N. AYDIN BİLGİ TEKNOLOJİLERİ DEPERTMANI,IŞIK ÜNİVERSİTESİ.İSTANBUL TÜRKİYE vedatcoskun@ısıkun.edu.tr Özet- Mevcut iç mekan navigasyon sistemleri zayıf olmasından dolayı kaliteli sonuçlar vermemektefarklı teknikler ve kullanılabilirlik problemleriyle dir. yüzleşmektedir.Bu çalışmamızda iç mekan navigasyo- İç mekan navigasyon sistemleri gps kullanımına nuna dayalı günümüz iç mekan novigasyon sistemler- elverişli olmayan mekanlardan dolayı son zamaninin sorunkarını ortadan kaldıran NFC Internal olarak larda bir araştırma haline gelmiştir. Çeşitli teknoloadlandırılan NEAR FIELD COMMUNICATİON (NFC) jiler denenerek iç mekan navigasyonu için mükemyi sunuyoruz. NFC INTERNAL içmekan navigasyon sis- mel sonuçlar veren yeni tasarımlar üretilmektedir.İç temleri için kolay data aktarımı sadece dokunarak etike-mekan navigasyon sistemleri için mevcut çözümler tleme ve bilgileri bina veya complex üzerine yaymaya genellikle sensör ağları gibi ağ teknolojisine dayolananak tanır.Önerilen sistem birkaç faydaya ve bu anan navigasyon sistemlerini temel alan ağlar olarak sistemlerin kullanılabirliğini artırma potansiyeline sa- gruplandırılabilirler ve bağımsız navigasyon sistemleri hip.Bu sistemin gereksinimlerini tartışıp NFC Internal kullanıcıya has noktalar oluşturmaya olanak sağlar. in kullanılacağı durmulardaki evreleri açıklayacağız. Ağ sistemi Bluetooth ,Ultra Wide Band (UWB),WiI.GİRİŞ Fi veya Radio Frequencsy Identification (RFID) Navigasyon başlangıç noktasından başlayıp bir yol teknolojilerinin kullanımına dayalıdır. Doğru pozüzerinde seyahat edip tanımlanan noktaya varmaktır. isyon bilgilerinin elde edilmesi doğru teknolojinin Navigasyon sistemleri belirlenmiş rota üzerinde kullanılmasına bağlıdır. Wi-Fİ ve UWB , Bluetooth ve hareket ederken pozisyon ve yön okuma , kontrol RRFID e göre daha yüksek hassasiyet sağlar.;Bluetooth etme ve güncelleme ye imkan verir.Eğer rotadan bir pozisyon doğruluğu kullanılan hücre miktarına göre sapma meydana gelirse yeniden rotaya yönlendirilir değişen ve pahalı alıcılar gerektiren uyumlu kısa veya rota yeniden düzenlenir. PDA (işletim sismesafe ileetişim teknolojisi için bir örnektir.RFID temine sahip cep telefonu),taşınabilir cihazlar veya teknolojinde ise , pozisyon doğruluğu etiketlerin aktif kişisel navigasyon sistemlerinin herkes tarafından veya pasif hemde miktarına göre değişiklik gösterkullanılması ve navigasyon sistemlerinin bu cihamektedir.RFID e dayanan mevcut iç mekan navizlar üzerinde kullanılabilmesinden beri dışmekan gasyon çözümleri genellikle aktif RFID etiketlemsi ölçüm sistemlerinin kullanımı ve talep inanılmaz bir kullanımına ve daha iyi sonuç almak için ise geniş şekilde artmaktadır bugünlerde.Dış mekan ölçüm aktif RFUD etiketi kullanımına dayanmaktadır. Pasif sistemleri genellikle Global Pozisyon Sistemine (GPS) etiketlerin aksine aktif etiketler verici mesafesini dayanmaktadır ki GPS uzay tabanlı navigasyon uydu artırmak amacıyla gömülü bataryalar içerirler.Aksistemidir ve hemen hemen bütün hava koşullarında tif RFID etiketine dayalı çözümlerin dezavantajı ise ve yeryüzünde veya havada olunduğuz müddetçe yüksek kullanım maliyetidir.bu alanda çalışmak etkin güvenilir konum bilgisi sunar. GPS dış mekan ölçüm bir izleme sistemi sağlamadığını ortaya koymaktadır. sistemleri kapalı mekanlarda uydularla bağlantının Wi-Fi ve UWB teknolojileri kendi sınırlamalarına bile
sahipler.UWB bazı teknik sorunların yaşandığı yerde ana fikri nfc özellikli cep telefonları tarafından çok iyi bir çözümdür. kullanıcılara yönlendirilir. Mobil cihaz ,hisse koordiRFID etiketine dayalı çözümlerin dezavantajı ise nat verilerinin uygulaması ve nfc etiketlerinin geçerli yüksek kullanım maliyetidir.bu alanda çalışmak konumunu toplar. etkin bir izleme sistemi sağlamadığını ortaya Böylece ,kullanıcı Binanın içinde yayılan mobil cihaz koymkatadır.Wi-Fi ve UWB teknolojileri kendi etiketlerine dokunarak binanın içindeki gerçek konusınırlamalrına bile sahiplerdir.UWB bazı teknik munu belirleyebilir. sorunların yaşandığı yerde çok iyi bir çözümdür. Bu yazının geri kalanı şu şekilde organize edilmiştir. Diğer popüler yöntemler DR(dead reckoning) Bölüm 2 ,nfc kapalı navigasyon tabanlı çözüm, sismetodlarına dayanan yöntemlerdir. Haritada bir tem tasarımı ve sistemin uygulanması ile birlikte kişinin yeri belirtileceği zaman iki farklı pozisyon sunulur.Bölüm 3 raporların sonucunu ve gelecekteki bilgisi ortaya çıkar. Konumsal pozisyon bilgilemeçalışmaları vurgulamaktadır. lerinin düzenlenmesinde yardımcı elemanların II.NFC internal numaralandırması kullanılır, örnek olarak uydular. NFC iki yönlü kısa mesafeli kablosuz iletişim teknoloTahmini güncel pozisyon son değiştirilen pozisyon jisidir.Birkaç santimetre de yakın iki cihaz arasında ,rota ,hız ve bilginin alım zamanıyla işlenmesi için iletişim oluşur.13.56 MHz sinyal ile bant genişliği 424 harcanan zamanarasındaki fark göz önünde bulundu- Kbit/s den fazla değildir. rularak hesaplanır.DR metodu kullanan navigasyon NFC teknolojisi radyo frekans tanımlama teknolojisi sistemleri bu yöntemleri temel alır.DR elektronik merkezlidir ve ivme ölçer ,manyetometreve baro metreden oluşan Bir tarafta cep telefonu ile iletişimin oluştuğu yeElektro Mekanik Sensör (EMS) ler kullanır.Navigasy- rde kart emulasyonu , okuyucu/yazıcı ve başı başına onda kullanılan DR nin en büyük dezavantajı büyük çalışma modları işleyebilir ve nfc okuyucu pasif bir hatalarla karşılaşınca ki sistem performansıdır.Hatalar RFID etiketi veya diğer tarafta sırasıyla bir cep telefoyapılan hesaplamaları bile etkilemektedir.Diğer bir nudur. bağımsız ise mevcut GPS teknolojisinin yardımıen NFC internal çok basit ve kullanımı kolaydır geniş çalışma alanı ağına sahipolan A-GPS dir.A-GPS .Kullanıcının sadece bir nfc özellikli mobil cihaz ile içmekan gps sinyalleri referans vericiye bağlı olan taşıması ve kullanması gerekir. yardımcı veri serveri ile doğrudan en faydalı şekilde Kapalı navigasyon uygulamasında önceden şebeke işlenmektedir. bununla birlikte bazen sinyal gücü çok üzerinden akıllı kart yüklenmiş olmalıdır. düşük olabiliyor. İç mekan navigasyon sistemlerinde Bina veya alana girmeden hemen önce kapalı harita limit yüksek maliyet ve karışık sistemlerle belirlenir. bilgilerini içeren url , kulanıcının sadece url etiketine Ayrıca mevcut konum sistemlerinin çoğu büyük dokunma ihtiyacıdır. bninalarda doğru pozisyon bilgisine ulaşmaya olanak Websitesindeki harita mapserver ler tarafından sağlamaktadır kullanıcının mobil cihazına şebeke üzerinden indirileBu nedenle , Verimli ve düşük maliyetli bir kapalı bilir. navigasyon sisteminde kapalı büyük binalardan oluşan (harita bilgilerini içeren bir web sunucusu ) birçok odalar , zeminler ve geniş koridorlar fazlasıyla Kapalı navigasyon uygulaması cep telefonu üzerinden gereklidir. otomatik olarak başlar ve daha sonra bu harita bilgKapalı ortamlar için navigasyon sistemleri herhangi ilerini kullanır. bir zamanda arzu edilebilir. Kullanıcı binanın içinde hedefin varış noktasını Mesela , binaya giren bir kişi ilk olarak binada fazla seçerek kapalı navigasyon uygulaması ona hedefe zaman harcamadan ofisinin içine gitmek isteyebilir. uygun bir yol sağlar. Böyle durumlarda üniversite kampusleri , havaalanları, hastane siteleri ve alişveriş merkezleri Kullanıcı salonlarında gezinirken haritadaki mevcut vb çok yaygındır. Kullanıcı dostu kapalı navigasyon konumu düzeltmek için ve sonra talimatları hedefe sisteminde binlerce odadan oluşan büyük binalardaki kendi konumunu yeniden yönlendirmek için veya gerrehber kişiler bu gibi durumlarda yararlı olabilir. ekli olduğu gibi hedefe yeni bir rota oluşturmak için Bu çalışmada gelişmekte olan kısa menzilli kablosuz bina üzerine yayılmış referans etiketlerine dokunabililetişim teknolojisinden yararlanılan düşük maliyetli irsiniz kapalı navigasyon sistemi olarak adlandırılan nfc in- Nfc teknolojisinin diğer tüm mevcut çözümler ile ternal yenilik sunar ; yakın alan iletişimi . karşılaştırıldığında kapalı navigasyon sistemleri için sorunsuz bir çözüm olduğuna inanıyoruz. Ayrıca kapalı navigasyon uygulamasını yerleştirirken NFC internal kullanımını ek durumların yanında
A.System design (sistem tasarımı) 1)Spatial information maps: mekansal bilgi haritaları Mevcut kapalı harita veritabanları genelde cad sistemleri tarafından geliştirilen 2 d grafik temsillerine dayanmaktadır. Kapalı bir ortamda cad çizimleri ile binada her kat zemin haritalarına ayrılabilir ve cad çizimi ile kat planında daha fazla açıklama ile duvarlar , kapılar,asansörler ,ve merdivenler gibi yapısal özellikler mekansal bilgi haritalarına dönüştürülebilir. Her biri ayrı bir mekansal bilgi haritası , referans noktaları olarak 2d kartezyen koordinat sistemi kullanılan ,vektör mekansal veri yapısı içinde ifade edilmiştir ve her harita benzersiz bir kat tanımlayıcı ile iç ortam mapserver de saklanır ve aynı zamanda kapalı bir kompleks veya kampus ise eşsiz bir bina tanımlayıcıdır. 2)Reference tags for nfc internal (nfc dahili referans etiketleri) genişletebiliriz. Mevcut açık navigasyon sistemleri ve Kapalı ortamda gezinmek için, nfc iç erişilebilir tüm NFC internal birleşebilir ve çözüm olarak daha yüksek yolları hesaplamak için mekansal bilgiye ihtiyaçları vardır.Kapalı ortamdaki binalar yada yapı komplekbir işlevsellik sağlar. Bugünlerde evde kalan yeni bir öğrenci varsayalım sleri gibi çok sayıda model referans etiketleri var.Bu referans etiketleri her odada , asansör ve merdiven ve onun ders kayıt işlemini gerçekleştirmek için girişlerinde ve koridorlarda yerleştirilir. danışmanını karşılaması gerekli fakat o şehirdeki Bu etiketlerin sayısı, boyutu yanı sıra bina yapısı ve üniversite kampusünün yerini , ne de kampusteki karmaşıklığına bağlıdır danışmanının ofisini nerden bilsin.Böyle bir duHer bir Referans Etiketi için hedef noktaları kolayca rumda kullanıcı ihtiyaçları açık havada bir gps bulmasını mümkün kılacak bilgiler kullanılır,ve herbir tabanlı mobil navigasyon sistemi içeren ve ayrıca Refferans Etiketi mekan tanımlayıcı,zemin tanımlayıcı kapalı navigasyon uygulaması içeren nfc özellikli mobil cihaz gerektirir.Öğrenci danışmanın adını ve ve vektör mekansal veriden oluşan konum bilgileri içerir. üniversite kampüsünün adını girerek işleme başlar. Biz raster veri yapısı yerine bir vektör mekansal veri GPS merkezli mobil navigasyon uygulaması üniyapısı kullanıyoruz.Vektör mekansal veri yapısının versite kampüsüne ulaşıncaya kadar öğrenciyi kullanımı topolojiyi verimli kodlamaya ve ağ yönlendirir.Alanı çevreleyen haritada öğrencilerin mevcut konumu mobil cihaz ekranında gösterilir ve bağlantılarının etkili bir şekilde istihdam edilmesine olanak sağlıyor.Böylece doğru konumlandırma kampüse ulaşım ayrıca belirtilmiştir. Öğrenci yapılıyor. hedefe hareket ettikçe eşlenen alan ve öğrencilerin 3)NFC Internal için Algoritma: konumu harita üzerinde dinamik olarak güncelle[3] de görüldüğü gibi,Hızlı ve güvenilir bir grafik denir.GPS tabanlı mobil navigasyon sistemleri ayrıca rivasyon algoritması ile,MapServer’dan indirilmiş olan öğrencinin yanı sıra konuşarak rehberlik hizmetleri sağlayabilir.Öğrenci üniversite kampüsüne ulaştığında haritalar topolojik ilişkileri ile bağlantı düğüm modeline dönüştürülme ihtiyacı duyar.Bir bağlantı/düğüm onun ihtiyacı ,kapalı harita bilgilerini almak ve modeli koridor,yol,yön,binalar arasındaki yol,oda, gezinmek için sadece url etiketine dokunmaktır. salon,merdiven,asansör,ilgili kapıdan oluşur.kapalı Harita mapserver indirildikten sonra dış mekan uygulamaları ile hızlı hedef bilgilerini paylaşan , mo- navigasyon uygulaması bu bağlantı düğümünü kullabil cihazda kapalı uygulama ile sorunsuz bir çözüm- narak bulunan nokta ile hedef arasındaki en kısa yolu dür.Bu yüzden , öğrencinin hedef adresi tekrar girmesi bulur.[8] başlangıç ve bitiş noktaları verildiği anda,En uygun rota hesaplaması Dijkstra nın kaynak-sink(tam gerekmez. Şimdi, kullanıcı olarak yukarıda açıklandığı gibi ref- karşılığı kelime yok manası : sistemden alan ama siserans etiketlerine dokunarak kampüs içinde gezinmek teme geri vermeyen nokta,kaynak zıddı) problemlerini çözen algoritmasına dayalıdır[3]t için başlayabilirsiniz..t
B.NFC ınternal nasıl çalışır Bu bölümde NFC internalın nasıl çalıştığı detaylı olarak anlatılır.NFC internal 2 aşamadan oluşmaktadır;kapalı navigasyon sisteminin başlatılması ve hedefe navigasyon.Daha önce açıklandığı gibi,Asıl sorun hedeflenen bir noktaya ulaşmaya ihtiyacı olan ama bu yerin konumunu tam olarak bilmeyen kullanıcı ile başlar.Böyle bir durumda,kişinin NFC İnternal uyumlu mobil cihazındaki NFC ınternal ile buradaki aşamaları takip etmesi gerekir. 1) NFC İnternal’in başlatılması 1.Şekil 1’de görüldüğü gibi,kullanıcı URL si Mapserverda kapalı harita bilgilerini içeren URL etiketine dokunur.Bu etiket binanın girişine yerleştirilir.URL Etiketine dokunulurken NFC özelliğine sahip mobil cihaz adresi alır. 2.Mobil cihaz OTA ile URL’ye bağlanır ve MapServer daki harita bilgilerini ister.Ve harita bilgisi daha sonra
mobil cihaza yüklenir. 3.Harita yüklendikten sonra,hafıza kartındaki kapalı navigasyon uygulaması otomatik olarak başlar ve harita verilerini 2D ağ gibi bağlantı düğüm modeline toplojik bağlantılar ile dönüştürür. 4.Uygulama kullanıcıya varış noktasını girmesini ister. Kullanıcı sadece kişinin adını girerek varış noktasını belirler. 5.Uygulama Dijkstra’nın kısa yol algoritmasını kullanarak en iyi güzergahı hızlı şekilde hazırlar.2 2)Hedefe Gitme Rota hesaplandıktan sonra,uygulama kullanıcıyı hedefe doğru yönlendirmeye başlar.Kullanıcı yol boyunca ilerlerken,doğrulamak için herhangi bir referans noktasına temas edebilir.Kullanıcını bu değerli yardımı almak için tek yapması gereken yol üzerindeki bir referans noktasına temas etmesidir.Temas anında referans etiketindeki konum verileri kapalı navigasyon uygulmasına aktarılır.Etiket üzerindeki bilgilerinde
kullanıcının mevcut konumunu gösterdiği açıktır. gasyon çözümleriyle karşılaştırılmasında NFC aşağıda Uygulama bu bilgiyi kullanıcının belirlenen güzergah sıralanan bir çok avantaja sahiptir: üzerinde olup olmadığını kontrol etmek için kullanır. Ucuz pasif etiketler kullanarak iç mekan naviUygulama kullanıcıyı yönlendirmek için sağ,sol,geri gasyon sistemleri maliyetini azaltır. vb. kolayca takip edilecek basit formlar kullanır. Tepki süresini en aza indirir,çünkü NFC Ayrıca yukarı aşağı merdiven yada asansör kullanımı etiketinden veriyi mobil cihaza transfer etmek için sağlayan özel tabanı vardır.Bu yönergeler mobil gereken süre ve uygulamaya yeni yol üretmek için cihazın ekranında görüntülenir. gereken süre azdır. Şekil 2 de gösterilen basit duruma konsantre olalım. Tam konum ve yön belirleme bilgisi sağlar,bu Bu senaryoya göre,kullanıcı A ofisine yönlendirilmek nedenle gidilecek yere kullanıcının yönlendirilmesi istiyor.Ve bu amaç için binanın içinde navigasyona kolaylaştırılır. başlıyor.Yoluna devam ederken gördüğü ilk refer Gerekli bir sunucu veya yönlendirme konum ans etiketine temas ediyor.Sonra etiketteki konum terminalini seçer,bu nedenle kullanıcının konum verileri mobil cihazdaki uygulamaya aktarılır(adım gizliliği garanti edilir. 1).Yani,uygulama kullanıcının planlanan güzergah üz- Kullanıcı için onun konum verileri üzerinden erinde olmasını hesaplar ve ilk talimatı verir;’’25 metre özel kontrol sağlar devam edin,sağa dönün’’.Benzer şekilde kullanıcı Diğer taraftan önerilen sistemde bir kısıtlama vardır. rotasındaki başka bir referans etiketine dokunur ve Sistemde kullanıcı NFC etiketine dokunarak konum uygulama kullanıcın hala planlanan yol üzerinde bilgisini öğrenebildiği halde hareket halinde konum olduğuna bakar ve kullanıcıya bilgileri aktarır(adım2). bilgisi sağlanamaz. Kullanıcın rotasından şaşma ihtimali vardır.Mesela Tam olarak bizim düşündüğümüz şu ki ; önerilen A ofisine doğru rotasında olmayan bir referans etike- sistem kullanım için oldukça basittir ve kullanıcı için tine dokunabilir(adım 1).Konum verilerinin aktarımı birçok faydaya sahiptir.Ayrıca NFC teknolojisini iç ile,uygulama kullanıcının yolunda olmadığını hesaplar mekan navigasyon sistemlerinde kullanmak ve A ofisine yeni en yakın yolu hesaplar ve kullanıcıya bu sistemlerin kullanılabilirliğini artıran bir potanyeni talimatı verir:’’50 metre düz devam edin’’.Bensiyele sahiptir. zer şekilde kullanıcı ofis A ya giden yeni rotasındaki yeni referans etiketlerine temas eder ve uygulama kullanıcın kesinlikle doğru yol üzerinde olduğunu hesaplar ve kullnıcıya yeni talimatı verir(adım2).Kullanıcı hedef noktasına,A ofisine ulaştığı anda uygulama hedefe ulaşıldığını söyler ve süreç tamamlanır.t hedefe ulaşıldığını söyler ve süreç tamamlanır. III.SONUÇ Bu yazı,akıllı ve bağlam duyarlı(context-aware) ortamlar yaratmaya yardım eden yeni,güvenilir ve kesintisiz iç mekan navigasyon çözümlerini sunmaktadır. NFC teknolojisini iç mekan navigasyon sistemlerinde kullanmak bu sistemlerinin kullanılabilirliğini artıran bir potansiyele sahiptir.Diğer var olan iç mekan navi-
Bu çalışmanın gelecek eklerinde kullanılabilirlik,performans testleri ve teknik konuların değerlerindirilmesi gibi kullanıcılar için faydalı talimatların üretimini daha fazla kolaylaştırmak için çalışacağız. REFERANSLAR [1] T. Ishikawa, H. Fujiwara, O. Imai, and A. Okabe, “Wayfinding with a GPS-based mobile navigation system: A comparison with maps and direct experience,” Journal of Environmental Psychology, vol. 28, pp. 74-82, March 2008. [2] Wikipedia, Global Positioning System, Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Global_Positioning_System . Access date: 10 October 2010. [3] P.-Y. Gilliéron, and B. Merminod, “Personal navigation system for indoor applications,” in Proc. 11th IAIN World Congress, Berlin, 2003. [4] V. Renaudin, O. Yalak, P. Tomé, and B. Merminod, “Indoor navigation of emergency agents,” European Journal of Navigation, vol. 5, pp. 36-45, July 2007. [5] R. Ivanov, “Indoor navigation system for visually impaired,” in Proc.Int. Conf. . on Computer Systems and Technologies, Sofia, 2010, pp. 143-149. [6] P. Ruppel, and F. Gschwandtner, “Spontaneous and privacy-friendly mobile indoor routing and navigation,” in Proc. 2nd Workshop on Services, Platforms, Innovations and Research for New Infrastructures in Telecommunications, Lübeck, 2009, pp. 2574-2583. [7] A. K. L. Miu, “Design and Implementation of an Indoor Mobile Navigation System,” M.S. thesis, Dept. Electrical Engineering and Computer Science, Massachusetts Institute of Technology, USA, 2002. [8] P.-Y. Gilliéron, D. Büchel, I. Spassov, and B. Merminod, “Indoor Navigation Performance Analysis,” in Proc. 8th European Navigation Conference GNSS,
BPG TEZ MERKEZİ’NDE TERCÜME EDİLMİŞTİR Bilim ve Proje-Beyruni ve Piri Reis-GRUBU BPG http://www.facebook.com/groups/140187736039558?ap=1
ORJİNALİ: http://nfclab.isikun.edu.tr/papers/NFCInternal.pdf