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Realisierung einer Bluetooth-basierten Bake zur Ortserkennung mobiler Endgeräte

 
: Drechsler, K.
: Grimm, M.

Darmstadt, 2003, 102 pp.
Darmstadt, TU, Dipl.-Arb., 2003
German
Thesis
Fraunhofer IGD ()
wireless communication; network protocol; realtime system; embedded system; computer security

Abstract
Eine der Hauptaufgaben des Mobile Computing besteht darin, den Kontext des Benutzers zu erkennen. Nur so lassen sich Context Aware Services verwirklichen, also Dienste, die dem Benutzer in Abhängigkeit seiner aktuellen Umgebung angeboten werden. Die Umgebung eines Benutzers wird durch viele Attribute beschrieben. Dazu gehört auch der aktuelle Aufenthaltsort. Zu den bedeutendsten Ansätzen der Ortserkennung im Innenbereich gehört die Verwendung von Infrarot-Baken. Diese senden ein meist statisches Signal, das vom Empfänger als Identifikation eines Ortes interpretiert werden kann. Ein wesentlicher Nachteil dieser Baken ist aber die Eigenschaft, daß die Erkennung des Signals Sichtkontakt zwischen Endgerät und Bake voraussetzt. In den letzten Jahren gewinnt die auf Funk basierende Bluetooth-Technologie immer mehr an Bedeutung und ist zunehmend in mobilen Endgeräten vorzufinden. Es liegt somit nahe diese Technologie zur Ortserkennung einzusetzen, um damit die Nachteile der Infrarot-Baken zu vermeiden. Das Ziel dieser Diplomarbeit war die Realisierung einer Bluetooth-basierten Bake als embedded system, welche zur Ortserkennung mobiler Endgeräte eingesetzt werden kann. Neben dem Hardwareentwurf bestand ein wichtiger Teil der Arbeit darin, einen minimalen Bluetooth-Protokollstack zu implementieren, welcher mit den knappen Ressourcen des Mikrocontrollers auskommt. Ausserdem musste ein Konzept für die Funktionsweise der Bake gefunden werden, da Bluetooth verbindungsorientiert arbeitet und ein Broadcast nicht möglich ist. Gelöt wurde dieses Problem durch Implementierung eines Pseudobroadcast, bei dem zu jedem gefundenen Endgerät nacheinander eine Verbindung aufgebaut wird, um Ortsinformationen zu übertragen. In Tests funktioniert diese Methode sehr zuverlässig. Ein weiterer Teil dieser Diplomarbeit galt der Konzeptionierung einer Distanz-Schätzung zwischen Sender und Empfänger auf Basis der Signalstärke. Es wird ein Modell vorgestellt, welches die Signalausbreitung mathematisch beschreibt und auf Probleme und deren mögliche Lösungen hingewiesen. Beispielsweise erreicht ein Funksignal aufgrund von Reflexionen den Empfänger üblicherweise über mehrere Wege. Wird nun die Stärke des Signals gemessen, dann ist das Ergebnis erheblich davon abhängig, welchen Weg das gemessene Signal zurückgelegt hat. Es läßt sich aber nicht feststellen, welches Signal man gemessen hat, weswegen man mit Ungenauigkeiten bei der Distanz-Berechnung rechnen muß, die sich höchstens algorithmisch verbessern lassen. Zusätzlich beschreibt diese Diplomarbeit Sicherheitsprobleme, die bei der Nutzung der Bluetooth-basierten Bake auftreten können. Dazu gehört der Täuschungsangriff, bei dem ein Angreifer Baken installiert, die einem Empfänger falsche Ortsinformationen senden, um diesen so durcheinander zu bringen. Um diesen Angriff abzuwenden wird eine Lösung beschrieben, bei der die Baken gegenüber einem Endgerät über einen sicheren Kanal "Vor-Authentifiziert" werden. Bei jedem Kontakt mit einer Bake wird dann ein Challenge-Response-Protokoll verwendet, um das Endgerät von der Echtheit der folgenden Ortsinformationen zu überzeugen.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-18709.html