Architektur eines verteilten skalierbaren Lokationsdienstes

Anwendungen mit Ortsbezug bieten Informationen oder Dienste an, die abhängig sind von der aktuellen geographischen Position ihrer Benutzer oder anderer mobiler Gegenstände, wie Fahrzeuge oder Bürogegenstände. Durch die Nutzung dieser Kontextinformation können dem Benutzer situationsgerecht relevante Informationen und Dienste angeboten werden, anstatt ihn mit Informationen zu überfrachten. Da dies besonders wichtig für die wachsende Anzahl kompakter mobiler Endgeräte wie Mobiltelefone und PDAs ist, werden Anwendungen mit Ortsbezug als wichtiges Argument für die Datendienste der kommenden Mobilfunkgeneration gesehen. Fortgeschrittene ortsbezogene Anwendungen verarbeiten hochgenaue geographische Positionsinformationen, wie sie durch moderne Positionierungssensoren bereitgestellt werden, und bieten eine Funktionalität, die über das einfache Betrachten der aktuellen Position eines Benutzers hinausgehen, z. B. indem sie alle mobilen Objekte bestimmen, die ein bestimmtes geographisches Gebiet betreten haben. Eine Betrachtung existierender Technologien wird zeigen, dass diese nicht für die dafür notwendige zentrale Verwaltung der Positionsinformationen mobiler Objekte geeignet sind. In dieser Arbeit wird ein generischer skalierbarer Lokationsdienst vorgestellt, der speziell mit dem Ziel entwickelt wurde, die hochdynamischen Positionsinformationen für eine große Anzahl mobiler Objekte zu verwalten. Der Lokationsdienst kann als Infrastrukturkomponente von ortsbezogenen Anwendungen genutzt werden und sein Dienstmodell ist speziell auf die besonderen Eigenschaften von Positionsinformationen, wie deren Dynamik und eine unterschiedlich hohe Genauigkeit, ausgelegt. Die Skalierbarkeit des Dienstes wird durch eine hierarchische, verteilte Architektur auch für eine sehr große Anzahl von mobilen Objekten und Klienten sichergestellt. Um den Lokationsdienst darüber hinaus in die Lage zu versetzen, mit den häufigen Aktualisierungen zurechtzukommen, die sich aus der hochdynamischen Natur der Positionsinformationen ergeben, wird eine spezielle Datenhaltungskomponente vorgeschlagen, die auf einer sehr effizienten Hauptspeicherdatenbank basiert. Eine wichtige Voraussetzung für den Lokationsdienst sind effiziente Protokolle zur Übertragung von Positionsinformationen, deren Untersuchung ein zweiter Schwerpunkt dieser Arbeit ist. Zu diesem Zweck wird eine umfassende Klassifizierung dieser Protokolle erarbeitet und die sich ergebenden Protokollklassen werden mittels Analyse und Simulation hinsichtlich ihrer Effektivität und Effizienz für typische Einsatzbedingungen verglichen. Innerhalb der Klasse der sogenannten Koppelnavigationsprotokolle, die sich dabei als besonders Erfolg versprechend herausgestellt hat, wird ein spezielles kartenbasiertes Koppelnavigationsprotokoll entwickelt, mit dem Ziel, den erforderlichen Nachrichtenaufwand weiter zu reduzieren. Simulationsergebnisse und Experimente an einer prototypischen Implementierung des Lokationsdienstes zeigen die Machbarkeit und die Leistungsfähigkeit der beschriebenen Mechanismen. So lässt sich mit dem betrachteten kartenbasierten Koppelnavigationsprotokoll bis zu 91% des Nachrichtenaufwands gegenüber bisher eingesetzten Protokollklassen einsparen. Für den Lokationsdienst selbst zeigen die Ergebnisse, dass dieser Anfragen und Aktualisierungen effizient und skalierbar bearbeiten kann. Bereits auf einfacher Hardwarebasis ist unser Prototyp in der Lage, auf jedem einzelnen Lokations-Server über 500 Aktualisierungen pro Sekunde zu verarbeiten.