Scalable positioning of commodity mobile devices using audio signals

Abstract

This thesis explores the problem of computing a position map for co-located mobile devices. The positioning should happen in a scalable manner without requiring specialized hardware and without requiring specialized infrastructure (except basic Wi-Fi or cellular access). At events like meetings, talks, or conferences, a position map can aid spontaneous communication among users based on their relative position in two ways. First, it enables users to choose message recipients based on their relative position, which also enables the position-based distribution of documents. Second, it enables senders to attach their position to messages, which can facilitate interaction between speaker and audience in a lecture hall and enables the collection of feedback based on users’ location. In this thesis, we present Sonoloc, a mobile app and system that, by relying on acoustic signals, allows a set of commodity smart devices to determine their relative positions. Sonoloc can position any number of devices within acoustic range with a constant number of acoustic signals emitted by a subset of devices. Our experimental evaluation with up to 115 devices in real rooms shows that – despite substantial background noise – the system can locate devices with an accuracy of tens of centimeters using no more than 15 acoustic signals.

Diese Dissertation befasst sich mit dem Problem, eine Positionskarte von sich am gleichen Ort befindenden mobilen Geräten zu berechnen. Dies soll skalierbar, ohne Verwendung von spezialisierter Hardware oder Infrastruktur (ausgenommen einfache WLAN- oder Mobilfunkzugang) erfolgen. Bei Veranstaltungen wie Meetings, Diskussionen oder Konferenzen kann eine Positionskarte die Benutzer bei spontaner Kommunikation mithilfe der relativen Positionen in zweierlei Hinsicht unterstützen. Erstens ermöglicht sie den Benutzern, die Empfänger von Nachrichten aufgrund deren Position zu wählen, was auch eine positionsabhängige Verteilung von Unterlagen erlaubt. Zweitens ermöglicht sie den Sendern, ihre Position in die Nachrichten zu integrieren, was eine Interaktion zwischen Referent und Zuhörer in einem Hörsaal und die Sammlung von positionsabhängigen Rückmeldungen erlaubt. In dieser Dissertation stellen wir die Mobile-App und das System Sonoloc vor, das mithilfe von Tonsignalen erlaubt, die relative Position handelsüblicher, intelligenter Geräte zu bestimmen. Sonoloc kann eine beliebige Zahl von Geräten innerhalb des Hörbereichs durch eine gleichbleibende Zahl von Tonsignalen, die von einer Teilmenge der Geräte gesendet werden, lokalisieren. Unsere experimentelle Analyse mit bis zu 115 Geräten in echten Räumen zeigt, dass das System trotz signifikanter Hintergrundgeräusche unter Verwendung von bis zu 15 Tonsignalen mit einer Genauigkeit von wenigen Dezimetern Geräte lokalisieren kann.