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+Analyse und Implementierung eines BLE-basierten Indoor-Navigationssystems
+unter realen Gebäudebedingungen
+
+Bachelorarbeit an einer Fachhochschule
+
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+1. Projektvorstellung
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+Problemstellung und Motivation
+
+Die satellitengestützte Navigation versagt in Innenräumen zuverlässig. In großen
+öffentlichen Gebäuden – etwa Behörden, Kliniken oder Hochschulen – fehlt es an einer
+praktikablen Lösung zur Orientierung und Navigation. Bluetooth Low Energy (BLE) bietet
+als energieeffiziente, kostengünstige Funktechnologie eine vielversprechende Grundlage
+für Indoor-Lokalisierung. Darüber hinaus kann ein solches System durch gezielte
+Anpassungen – etwa Audio-Feedback oder Screenreader-Kompatibilität – den Alltag von
+Menschen mit Behinderung erheblich erleichtern. Die praktische Zuverlässigkeit eines
+BLE-basierten Ansatzes unter realen Gebäudebedingungen muss jedoch systematisch
+untersucht werden.
+
+Forschungsfrage und Zielsetzung
+
+Die Arbeit untersucht die Frage: Wie zuverlässig kann eine BLE-basierte
+Indoor-Navigation eine kontextbasierte Orientierung in öffentlichen Gebäuden
+ermöglichen? Ziel ist die Entwicklung und messtechnische Evaluation eines
+funktionsfähigen Prototyps, der mittels ESP32-basierter iBeacons und einer
+Android-Applikation die Position eines Nutzers innerhalb einer Gebäudeetage schätzt.
+Die Arbeit versteht sich als technische Machbarkeitsstudie mit Fokus auf die
+elektrotechnischen Aspekte der BLE-Funkübertragung.
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+Kernpunkte
+
+- RSSI-basierte Distanzschätzung mittels Log-Distance Path Loss Model
+- Mehrstufige Signalfilterung (Kalman-Filter, EMA, gleitender Mittelwert)
+  mit Ausreißer-Erkennung
+- Dreistufige Positionsberechnung: IDW-Schwerpunkt, Gauß-Newton-Trilateration,
+  adaptives Blending
+- Quantitative Evaluation von Zuverlässigkeit, Stabilität und Latenz
+  unter realen Raumbedingungen
+- Klare Abgrenzung: keine sicherheitskritische oder medizinische Anwendung
+
+
+2. Konzept zur Umsetzung
+
+Technischer Ansatz
+
+Das System nutzt mehrere ESP32-Mikrocontroller als iBeacon-Sender, die in bekannten
+Positionen über eine gesamte Gebäudeetage verteilt installiert werden. Die Anzahl
+der Beacons richtet sich nach der Etagengröße und dem gewünschten Abdeckungsgrad.
+Eine native Android-Applikation empfängt die BLE-Advertisements, extrahiert die
+RSSI-Werte und berechnet daraus die Nutzerposition. Die Distanzschätzung basiert auf
+dem Log-Distance Path Loss Model mit umgebungsspezifisch kalibrierten Parametern
+(Referenz-RSSI bei 1 m, Pfadverlustexponent).
+
+Evaluationsstrategie
+
+Die Evaluation umfasst systematische Messreihen in realen Räumen der Fachhochschule.
+Bewertet werden Positionsgenauigkeit (Abweichung zur Referenzposition), Stabilität
+(Varianz über Zeit), Latenz (Reaktionszeit auf Positionsänderungen) sowie der Einfluss
+von Hindernissen, Personenbewegungen und Mehrwegeausbreitung. Die Kalibrierungsparameter
+werden empirisch bestimmt.
+
+
+3. Fazit und Ausblick
+
+Die Arbeit liefert eine fundierte Bewertung der praktischen Einsetzbarkeit BLE-basierter
+Indoor-Lokalisierung. Der entwickelte Prototyp und die dokumentierten Messergebnisse
+können als Grundlage für weitergehende Arbeiten dienen – etwa die Erweiterung auf
+Zonenklassifikation, die Integration von Gebäudeplänen, die Umsetzung auf weiteren
+Plattformen oder die barrierefreie Gestaltung für Menschen mit Behinderung.
+
+
+4. Materialliste
+
+Gewähltes Board: Seeed Studio XIAO ESP32-C3 (113991054)
+
+Der XIAO ESP32-C3 ist ein ultrakompaktes Entwicklungsboard (21 × 17,8 mm) auf
+Basis des ESP32-C3 (RISC-V). Es unterstützt BLE 5.0 und Bluetooth Mesh mit
+einer konfigurierbaren Sendeleistung von bis zu +21 dBm. Die maximale
+Signalreichweite beträgt unter idealen Bedingungen (freie Sichtlinie) ca.
+100–150 m. In Innenräumen mit Wänden, Möbeln und Personen reduziert sich die
+nutzbare Reichweite auf ca. 15–30 m. Für eine zuverlässige Positionsbestimmung
+sollten Beacons in einem Abstand von ca. 8–12 m zueinander platziert werden,
+da an jedem Punkt mindestens drei Beacons empfangbar sein müssen.
+
+Weitere Vorteile des XIAO ESP32-C3:
+- USB-C-Anschluss
+- Integriertes Lademanagement für LiPo-Akkus (380 mA Schnellladung)
+- U.FL-Anschluss für externe Antenne (optional, für größere Reichweite)
+
+Beispielrechnung für eine typische FH-Etage (ca. 50 m × 20 m):
+- Bei einem Raster von ca. 8–12 m Abstand werden ca. 10–15 Beacons benötigt.
+
+Stromversorgung über LiPo-Akku
+
+Da nicht an jedem Montageort eine Steckdose verfügbar ist, werden alle Beacons
+über LiPo-Akkus betrieben. Der XIAO ESP32-C3 verfügt über ein integriertes
+Lademanagement, sodass 3,7-V-LiPo-Akkus direkt an das Board angeschlossen und
+über USB-C geladen werden können. Der Stromverbrauch im BLE-Advertising-Modus
+hängt stark vom Advertising-Intervall ab: Bei einem Intervall von ca. 1 s und
+Nutzung von Light-Sleep zwischen den Sendungen liegt der Verbrauch bei ca.
+10–30 mA. Mit einem 3000-mAh-LiPo-Akku ergibt sich eine theoretische Laufzeit
+von ca. 4–12 Tagen pro Beacon. Für den laufenden Messbetrieb sollten
+ausreichend Ersatz-Akkus eingeplant werden, um während des Ladens den Betrieb
+aufrechtzuerhalten.
+
+3D-gedruckte Gehäuse (PETG)
+
+Für eine saubere und geschützte Montage werden Gehäuse aus PETG im 3D-Druck
+gefertigt. PETG eignet sich durch seine Schlagfestigkeit und Temperatur-
+beständigkeit gut für den Einsatz in Gebäuden. Durch die kompakte Größe des
+XIAO ESP32-C3 können die Gehäuse sehr klein ausfallen (Board + LiPo-Akku).
+Ein Gehäuse benötigt ca. 20–30 g Filament. Für 15 Gehäuse inklusive
+Druckfehlern und Testdrucken sollte ca. 400–600 g PETG eingeplant werden
+(eine Standardspule fasst 1 kg).
+
+Materialliste (Preise sind ungefähre Richtwerte, Stand 2025/2026)
+
+Komponente                          Anzahl      Stückpreis    Gesamt
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+Seeed XIAO ESP32-C3 (113991054)     15          ca. 6 €       ca. 90 €
+LiPo-Akku 3,7 V / 3000 mAh         15          ca. 8 €       ca. 120 €
+LiPo-Akku 3,7 V / 3000 mAh (Ers.)  8           ca. 8 €       ca. 64 €
+USB-C-Kabel (kurz, zum Laden)       5           ca. 3 €       ca. 15 €
+PETG-Filament 1 kg (1,75 mm)        1           ca. 22 €      ca. 22 €
+Befestigungsmaterial (Set)           1           ca. 15 €      ca. 15 €
+Maßband / Laser-Entfernungsmesser   1           ca. 30 €      ca. 30 €
+---------------------------------------------------------------------------
+Geschätzte Gesamtkosten                                       ca. 356 €
+
+Hinweise:
+- Android-Smartphone (BLE-fähig) wird als vorhanden vorausgesetzt.
+- Der XIAO ESP32-C3 ist u. a. bei Botland (ca. 5,90 €), Seeed Studio,
+  Mouser und DigiKey erhältlich.
+- LiPo-Akkus sind bei Elektronik-Händlern und auf Amazon verfügbar.
+  Auf passenden JST-Stecker (1,25 mm oder 2,0 mm) achten.
+- Bei Nutzung eines vorhandenen 3D-Druckers fallen nur Filamentkosten an.
+- Gesamtkosten können je nach Bezugsquelle zwischen ca. 250 € und 400 €
+  variieren.