用于定位移动设备的方法和装置与流程

文档序号:11160482
用于定位移动设备的方法和装置与制造工艺

本公开涉及定位,即,基于无线节点的网络确定移动设备的位置的过程。



背景技术:

在室内定位系统中,可以相对于包括多个无线参考节点(有时也被称为锚节点)的位置网络,来确定诸如移动用户终端之类的无线设备的位置。这些锚是其位置先验已知的无线节点,其典型地被记录在位置数据库中,可以查询该位置数据库以查找节点的位置。因此,锚节点充当用于定位的参考节点。获取在移动设备和多个锚节点之间传输的信号的测量值,比如相应信号的RSSI(接收信号强度指示符)、ToA(到达时间)和/或AoA(到达角)。给定来自三个或更多节点的这种测量值,然后可以使用诸如三边测量、多边测量或三角测量之类的技术相对于位置网络确定移动终端的位置。给定移动终端的相对位置和锚节点的已知位置,这进而允许按照更绝对的方面(more absolute terms)确定移动设备的位置,例如,相对于地球或地图或楼面布置图(floorplan)。

另一定位技术是基于已知环境的“指纹”(fingerprint)来确定移动设备的位置。该指纹包括数据点集合,每个数据点与遍及所讨论的环境中的多个位置中的一个相应位置相对应。在训练阶段期间,通过如下操作来生成每个数据点:将无线设备放置在相应位置处,获取从该相应位置处的范围内的任何参考节点接收的或由其接收的信号的测量值(例如,诸如RSSI之类的信号强度的度量)以及将这些测量值与该相应位置的坐标一起存储在位置服务器中。该数据点与其它这样的数据点一起存储,以建立在环境内的各种位置处经历的信号测量值的指纹。一旦部署,存储在指纹中的信号测量值然后可以与期望获知其位置的移动设备当前所经历的信号测量值进行比较,以便估计移动设备相对于指纹中点的对应坐标的位置。例如,这可以通过如下方式来完成:近似确定设备位于具有最紧密匹配的信号测量值的数据点的坐标处,或者在具有最紧密匹配该设备当前经历的那些信号测量值的信号测量值的数据点的子集的坐标之间进行插值。通过将测试设备系统地放置在环境中的各种不同位置处,在部署指纹之前,可以在专用训练阶段中对指纹进行预训练。可替换地或附加地,可以通过在正在进行的训练阶段中接收由实际用户的实际设备经历的信号测量值的提交来动态地建立指纹。

除了室内定位之外,还已知其它类型的定位系统,诸如GPS或其中卫星网络充当参考节点的其它基于卫星的定位系统。给定来自多个卫星的信号测量值和那些卫星的位置的知识,可以基于类似原理确定移动设备的位置。

可以根据“以设备为中心”的方法或以“以网络为中心”的方法,来执行对移动设备的位置的确定。根据以设备为中心的方法,每个锚节点或参考节点发射相应信号,该信号可以被称为信标或信标设置信号(beaconing signal)。移动设备获取它从锚节点接收的信号的测量值,从位置服务器获得那些节点的位置,并且在移动设备本身处执行计算以确定其自己的位置。另一方面,根据以网络为中心的方法,锚节点用于获取从移动设备接收的信号的测量值,并且诸如位置服务器之类的网络的元件执行计算以确定移动设备的位置。混合或“辅助”方法也是可能的,例如,其中移动设备获取原始的测量值,但将它们转发到位置服务器以计算其位置。

存在为什么能够检测无线设备的位置是合期望的各种理由,诸如以便提供基于位置的服务。比如,在发现移动设备位于与照明或其它有用设施(utility)相关联的特定空间区域或地区中的情况下,定位系统的一个应用是自动地向无线移动设备提供对诸如照明系统之类的有用设施的控制的访问。例如,在发现无线用户设备位于房间内并且请求访问的情况下,可以向该设备提供对房间中的照明的控制的访问。一旦无线用户设备已经被定位并且被确定为在有效区域内,则经由照明控制网络向该设备提供控制访问。基于位置的服务或功能的其它示例包括室内导航、基于位置的广告、服务警报或提供其它位置相关信息、用户跟踪、资产跟踪、或者支付道路通行费或其它位置相关支付。例如,如果智能电话可以位于商店环境中,则可以根据其位置将感兴趣的广告发送到移动电话。



技术实现要素:

由于可用锚节点的较小数量和/或在移动设备和锚节点之间有限的业务量,定位技术在精度和延迟方面的性能常常受到限制。

比如,对于这些技术的性能的一个限制因素可以是由于无线电传播特性,RSSI具有随机性质的事实。因此,当仅存在少量RSSI测量值可用时,这些系统的精度有时可能受到限制。因此,可能合期望的是收集更多的RSSI以实现更高的精度。常规地,为了收集RSSI,必须在移动设备与锚节点中的每个锚节点之间进行直接无线电通信分组交换。这意味着在我们想要在具有大量锚节点的系统中收集大量RSSI的情况下,将会存在洪泛通信信道的大量的数据业务量。

另一潜在的限制因素可以是锚节点的数目。许多现有的解决方案使用少量的锚节点。比如,在基于Wi-Fi的网络中,通常是使用接入点(AP)作为锚节点。AP是锚节点的自然选择,因为它们典型地具有固定和已知的位置,并且尤其在基础设施模式下,大多数数据业务量通过AP。然而,典型地,AP部署的密度相当低。在实践中,移动设备正常可以仅与几个AP设立链路。因此,定位精度常常受到较少数量的可用锚节点的限制。

随着无线无线电通信的进步,存在越来越多的连接的系统,其中可以用作锚节点的通信节点的密度在增加。例如,已经提出利用结合到照明系统的多个照明器中的每个照明器中的无线节点,使得每个照明器还充当用于定位的锚节点。然而,仍然待解决的一个问题是如何在实践中可以从密集锚节点收集显著数目RSSI,优选地,无需对网络洪泛过量的业务量。

因此,诸如室内位置网络之类的位置系统的性能常常受困于缺乏充分捕获来自足够数目锚节点的RSSI数据(或其它这样的信号测量值)。将会合期望的是提供对这些问题的解决方案。

根据本文中所公开的一个方面,教导了一种方法,其中作为位置网络的至少一部分,提供了一种用于向移动设备无线地传输的触发节点以及用于从移动设备无线地接收多个监听节点(即,接收锚节点)。该方法包括:使用触发节点向移动设备无线地传输触发信号,触发信号被配置成使移动设备响应于接收到触发信号而无线地发射响应信号;以及使用监听节点来监听响应于触发信号而从移动设备传输的响应信号。在从移动设备无线地接收响应信号的多个监听节点中的每个相应的监听节点处,获取在相应监听节点处接收的响应信号的相应测量值。然后可以执行定位,以基于所述测量值中的一个或多个测量值来确定移动设备的位置。

由于从移动设备发射的信号不仅仅依靠机会,而是由来自触发节点的信号显式触发,因此可以确保所发射的信号的至少一定合期望数目个实例可用于在定位中使用。

在实施例中,除非当由所述触发信号触发时,否则不从移动设备发射所述响应信号。即,移动设备仅响应于从触发节点接收到触发信号而发射响应信号。这可以帮助防止网络被过多的信号洪泛。

本文中认识到的影响诸如室内定位系统之类的定位系统的性能特征的另一考虑是,如果RSSI或其它这样的测量值随着时间而被更均匀地收集,而不是以突发模式收集,则可以实现更平滑的定位结果。例如,如果RSSI的收集依赖于从诸如移动电话之类的移动设备发起的通信业务量,则业务量几乎不会随时间而被均匀分布。因此,可能合期望的是能够以规则的间隔而不是以突发方式或者取决于通信节点的实际业务量来收集RSSI。

因此,在实施例中,触发节点以规则的间隔周期性地传输触发信号,从而使移动设备在每次其接收到触发信号时(并且因此也是周期性地)无线地发射响应信号。

在实施例中,来自移动设备的响应信号可以寻址到目标目的地(例如,触发节点),并且监听节点不是响应信号的目标目的地。即,即使响应信号没有寻址到监听节点,监听节点也“侦听”(sniff)响应信号。

在实施例中,监听节点不是接入点。例如,监听节点中的每个监听节点可以合并到相应照明器中。

在实施例中,所触发的响应信号可以是用于定位目的的专用信号。尽管如此,还可能合期望的是通过布置所有监听锚节点来捕获(“侦听”)从移动设备发射的所有信号(例如,所有分组),无论是专用定位信号还是诸如用户业务量之类的其它信号,以进一步增加可用于定位的信号测量值的数目。

在又一实施例中,除了所述响应信号之外,移动设备还可以无线地发射一个或多个其它信号;并且即使监听节点没有被寻址到的情况下,监听节点中的每个监听节点可以监听响应信号和所述其它信号,以便获取响应信号和其它信号中的至少一个其它信号的相应的测量值,以用于执行所述定位。在这种情况下,在一个特别有利的实施例中,触发节点可以响应于确定移动设备在预先确定的时间窗口内没有发射任何所述其它信号(并且优选地仅响应于此)而向移动设备无线地传输触发信号。

在实施例中,可以检测移动设备与另一个实体的接近度,并且响应于检测到移动设备在另一实体的预先确定的接近度内,触发节点可以向移动设备无线地传输触发信号。

在实施例中,触发节点可以用于检测移动设备的用户和/或移动设备与另一实体的接近度,并且响应于检测到用户和/或移动设备在另一实体的预先确定的接近度内,而向移动设备无线地传输触发信号。根据本文中所公开的另一方面,提供了一种装置,包括:控制器,其被配置成控制触发节点向移动设备无线地传输触发信号,该触发信号被配置成使移动设备响应于接收到触发信号,无线地发射要由位置网络的多个监听节点接收的响应信号;以及位置引擎,其被配置成接收在所述多个监听节点的至少一些处接收的响应信号的相应测量值,并且执行定位以基于所述测量值中的一个或多个测量值确定移动设备的位置。

根据本文中所公开的另一方面,提供了一种用于确定移动设备的位置的位置网络,该位置网络包括:触发节点,其被配置成向移动设备无线地传输触发信号,该触发信号被配置成使移动设备响应于接收到触发信号而无线地发射响应信号;以及多个监听节点,其被配置成监听响应于触发信号从移动设备传输的响应信号,并且从而在从移动设备无线地接收响应信号的多个监听节点中的每个相应的监听节点处,获取在相应监听节点处接收的响应信号的相应测量值;以及位置引擎,其被配置成执行定位以基于所述测量值中的一个或多个测量值确定移动设备的位置。

根据本文中所公开的另一方面,提供了一种计算机程序,其被存储在一个或多个计算机可读存储介质上和/或可从计算机网络下载,并且被配置成当在一个或多个处理器上运行时执行以下操作:控制触发节点向移动设备无线地传输触发信号,该触发信号被配置成使得移动设备响应于接收到触发信号而无线地发射要由位置网络的多个监听节点接收的响应信号;以及位置引擎,其被配置成接收在所述多个监听节点的至少一些处接收的响应信号的相应测量值,并且执行定位以基于所述测量值中的一个或多个测量值确定移动设备的位置。

附图说明

为了帮助理解本公开以及示出如何实施实施例,通过示例的方式参考附图,在附图中:

图1是包括室内定位系统的环境的示意性表示,

图2是用于提供基于位置的服务的系统的示意性框图,

图3是包括另一室内定位系统的环境的另一示意性表示,

图4是消息格式的示意性框图,以及

图5是定位系统的示意性框图。

具体实施方式

图1图示了根据本公开的实施例的安装在环境2中的定位系统的示例。环境2可以包括:室内空间,该室内空间包括例如家庭、办公室、车间、商场、餐厅、酒吧、仓库、机场、车站等的一个或多个房间、走廊或大厅;或诸如花园、公园、街道或体育场之类的室外空间;或诸如凉亭、塔或大帐篷之类的覆盖空间;或诸如车辆的内部之类的任何其它类型的封闭的、开放的或部分封闭的空间。作为图示,在图1的示例中,所讨论的环境2包括建筑物的内部空间。

定位系统包括位置网络4,该位置网络包括以锚节点6形式的多个参考节点,每个锚节点安装在定位系统将在其中操作的环境2内的不同的相应固定位置处。为了图示目的,图1仅示出了给定房间内的锚节点6,但是将领会,网络4可以例如进一步延伸遍及建筑物或建筑群(complex),或者跨越多个建筑物或建筑群。在实施例中,定位系统是包括位于室内(在一个或多个建筑物内)的至少一些锚节点6的室内定位系统,并且在实施例中,这可以是其中锚节点6仅位于室内的纯室内定位系统。但是在其它实施例中,不排除网络4在室内和/或室外延伸,例如,还包括位于诸如校园、街道或广场之类、覆盖建筑物之间的空间的室外空间上的锚节点6。

在又一实施例中,只要参考节点6的位置仍然是能够获知的,这些参考节点6不一定需要安装在固定位置处或不一定需要是室内定位系统的专用锚节点。例如,参考节点可以替换地是WLAN的接入点12或用于辅助的定位目的的蜂窝网络的基站,或者可以是已经定位的其它移动设备,或甚至是基于卫星的定位系统的卫星。以下将根据作为室内定位系统等的锚节点的参考节点6进行描述,但是将领会的是,不一定在所有可能的实施例中都是这种情况。还有,尽管根据无线无线电来描述本公开,但是所公开的技术可以应用于诸如可见光、超声波或其它声波等之类的其它模态。

环境2中居住着具有无线设备8的用户10,该无线设备8被设置在他或她的人的周围(例如,携带或在包或口袋中)。无线设备8可以采取诸如智能电话或其它移动电话、平板电脑或膝上型计算机之类的移动用户终端的形式。在给定时间,移动设备8具有可以使用位置网络4确定的当前物理位置。在实施例中,可以假定移动设备8的位置基本上与用户10的位置相同,并且在确定设备8的位置时,它实际上可以是感兴趣的用户10的位置。另一示例是设置在要跟踪的存在或对象周围(例如,附着到对象或放置在其中)的移动跟踪设备。示例可以是汽车或其它车辆、或包装箱、盒或其它容器。以下将根据移动用户设备来描述,但是将理解这不一定限制在所有实施例中,并且最一般地,设备8可以是可能在不同位置或要确定的至今未知位置处被发现的任何无线设备。进一步地,移动设备8的位置可以与相关联的、该移动设备8被设置在其周围的用户10、存在或对象的位置可互换地引用。

参考图1和图2,环境2可选地包括至少一个无线接入点、路由器或网关12等,从而使得能够与位置服务器14(包括在一个或多个站点处的一个或多个服务器单元)通信。放置一个或多个无线接入点12,使得锚节点6中的每个锚节点在至少一个这样的接入点或网关12的无线通信范围内。以下将根据一个接入点12来描述,但是将领会的是,在实施例中,可以使用分布在整个环境2中的一个或多个接入点、无线路由器和/或网关等或者用于与服务器14通信的任何其它手段,来实现相同功能。无线接入点或网关12(等)耦合到位置服务器14,无论是诸如经由本地有线或无线网络之类经由本地连接,还是经由广域网或诸如因特网之类的互联网络。无线接入点或网关12被配置成根据诸如Wi-Fi、Zigbee或蓝牙之类的短距离无线电接入技术来操作,通过使用该短距离无线电接入技术,锚节点6中的每个锚节点能够经由无线接入点或网关12无线地通信并且因此与位置服务器14通信。可替换地,环境2不必包括任何无线接入点、路由器或网关12等。在这种情况下,节点可以彼此通信并且直接地或经由网状网络等与位置服务器通信。作为另一可替换的示例,不排除锚节点6可以提供有与位置服务器14的有线连接,但是以下将根据经由接入点12等的无线连接来描述。下文的一些实施例可以根据经由无线接入点或网关12的通信来描述,但是将领会这不限于所有可能的实施例。

移动设备8还能够使用相关的无线电接入技术(例如,Wi-Fi、Zigbee或蓝牙)经由无线接入点或网关12(等等)进行通信,并且由此与位置服务器14进行通信。可替换地或附加地,移动设备8可以被配置成经由诸如无线蜂窝网络(诸如根据一个或多个3GPP标准操作的网络)之类的其它手段与位置服务器14通信。进一步地,移动设备8能够与恰好在范围内的锚节点6中的任一锚节点无线地通信。在实施例中,该通信可以经由与用于与接入点或网关12通信的相同的无线电接入技术(例如,Wi-Fi、Zigbee或蓝牙)来实现,但是不一定在所有可能的实施例中都是这种情况,例如,在移动设备8和锚节点6之间的传输可以可替换地使用一些专用定位无线电技术。

一般地,下文描述的任何通信均可以使用用于在相应实体6、8、12、14之间进行通信的上述选项或其它选项中的任一个来实现,并且为了简洁,不必每次都重复各种可能性。

锚节点6和移动设备8之间的信号是其测量值被用于确定移动设备8的位置的信号。在以设备为中心的方法中,锚节点6每一个都广播信号并且移动设备8监听,从而检测当前在范围中发现的那些信号中的一个或多个,并且获取每个信号的相应信号测量值。所获取的来自每个所检测到的锚节点6的相应信号的相应测量值可以例如包括信号强度(例如,RSSI)、飞行时间(ToF)、到达角(AoA)和/或随距离或位置变化的任何其它特性的测量值。

在以网络为中心的方法中,移动设备8发射信号并且锚节点6监听,从而检测到当前在范围中的那些节点6中的一个或多个处的信号的实例。所获取的来自移动设备8的信号的每个实例的相应测量值可以包括信号强度(例如,RSSI)或飞行时间(ToF)、到达角(AoA)和/或随距离或位置变化的任何其它特性的l量度。在混合方法的示例中,节点6可以获取测量值,但是然后将它们发送到移动设备8,或者移动设备8可以获取测量值,但是将它们发送到位置服务器14。

可以通过建立单向传输延迟或双向传输延迟(往返时间,RTT)来获得飞行时间测量值。如果网络中的所有相关元件具有同步时钟或者可以参考公共时钟,则单向延迟的测量值可能就足够了。在这种情况下,移动设备8可以使用单个消息传输来发起测量,向消息添加传输的时间戳(时间或时间+日期)。另一方面,如果测量不是基于同步时钟或公共时钟,则锚节点或参考节点6仍然可以通过从移动设备8反弹回(bounce)单个消息并且确定往返飞行时间来执行测量。后者可以涉及来自尝试测量的节点的协调。

在信号强度测量值的情况下,还存在用于实现这些的不同选项。根据信号强度确定距离是基于在源和目的地之间(在这种情况下,是移动设备8和锚节点或参考节点6之间)信号强度在空间内的减小。这可以例如基于所接收的信号强度与所传输的信号强度的先验知识(即,如果已知或假设节点6或移动设备8总是以给定强度进行传输)的比较,或者与嵌入信号本身中的所传输的信号强度的指示的比较,或者与被传达到经由另一信道(例如,经由位置服务器14)获取测量值的节点6或设备8的所传输的信号强度的比较。

这些方法或其它方法中的任一个方法或其组合可以与本文中所公开的系统结合地应用。无论选择什么方法,一旦这样的信号测量值可以从多个锚节点6中的每个锚节点获得或者可以在该处获得,那么就可以使用诸如三边测量、多边测量、三角测量和/或基于指纹的技术之类的技术来确定移动设备8相对于位置网络4的位置。

另外,例如从位置服务器14所维护的位置数据库或者根据存储在节点本身中的每个锚节点6的相应位置,已知锚节点6(或更一般地,参考节点)的“绝对”位置(例如,在以设备为中心的方法中,从每个相关节点传达到移动设备8)。绝对位置是节点在物理环境或框架中的物理位置,其例如根据地理位置(诸如地球或地图上的位置,或建筑物或建筑群的楼面布置图上的位置,或任何现实世界的参考标架)已知。

通过将移动设备8的相对位置与在计算中使用的锚节点6的已知位置相组合,然后可能确定移动设备8的“绝对”位置。再次,绝对位置是设备在物理环境或框架中的物理位置,例如,根据地球或地图上的位置,或者建筑物或建筑群的楼面布置图上的位置,或者具有比仅仅知道相对于单独位置网络4的位置更广泛的意义的任何更有意义的现实世界参考标架的地理位置。

在实施例中,节点6的绝对位置可以以人类可理解的形式存储和/或移动设备8的绝对位置可以以人类可理解的形式输出。例如,这可以使得能够向用户10提供他或她的位置的有意义的指示,和/或可以使得基于位置的服务的管理员能够定义用于准许或禁止访问服务或者服务的各方面的规则。可替换地,节点6和/或移动设备8的位置可能仅以计算机可读形式而表达,例如,以便在基于位置的服务的逻辑内部使用。

在其它实施例中,不排除该位置仅相对于位置网络4,6而表达,而非作为更有意义的“绝对”位置。例如,如果每个锚节点6与相应照明器集成在一起或位于同一位置,并且为了控制那些照明器的目的而确定位置,则在一些实施例中,可能仅需要确定用户相对于由这些照明器的锚节点定义的点的框架的位置(尽管在其它类似的布置中,可能仍然合期望的是相对于建筑物的楼面布置图等来定义照明控制区域)。

在以设备为中心的方法中,移动设备8通过查询位置服务器14(例如,经由无线接入点或网关12)来查找相关节点6的位置,或者可替换地可以一起接收相应位置以及来自每个节点6的信号。然后,移动设备8执行计算以在设备8本身处确定它自己的位置(相对于位置网络4和/或绝对地)。另一方面,在以网络为中心的方法中,节点6将它们获取的信号测量值提交给位置服务器14(例如,经由无线接入点或网关12),并且位置服务器14在服务器14处执行设备的位置(再次,相对于位置网络4和/或绝对地)的计算。在辅助或混合方法的示例中,移动设备8可以获取来自节点6的信号的测量值,但是以原始或部分经处理的形式将它们提交给位置服务器14,以用于在那里执行或完成的计算。

典型地,需要来自至少三个参考节点的信号测量值,但是如果考虑其它信息,则有时可能基于两个节点消除不可能或未必有的解。例如,如果假定位置被约束到单个水平(例如,建筑物的地面或给定楼层),则来自任何一个给定节点6的测量值定义了移动设备8可能所在的点的圆。两个节点给出两个圆,其交点给出移动设备8可能定位在的两个可能的点。三个节点和三个圆足以在三个圆的交点处给出明确的解(尽管更多的可以用于提高精度)。然而,在仅有两个节点的情况下,有时可能将那些点中的一个作为不可能或未必有的解而扣除(discount),例如,作为用户10不能访问或者不可能到达的地区中的点,或者与用户10的绘制的轨迹(路径)不一致的点(通过“航位推算”消除)。关于三维定位可以进行类似的评论:严格地需要定义四个球的四个节点来获得明确的解,但是如果可以调用附加信息,则有时可以基于更少的节点进行估计。假设用户10被约束到特定水平,约束到二维问题是这样的信息的示例。作为另一示例,可以假定在多个分离楼层中的一个楼层上找到用户10,和/或可以使用航位推算类型方法来消除用户路线中不太可能的跳跃。

无论通过何种技术确定位置,然后都可以使用该位置来评估移动设备8是否被授权访问一些基于位置的服务或其它这样的功能。为此,提供了一种服务访问系统16,其被配置成根据移动设备8的绝对位置,有条件地授予对服务的访问。在以设备为中心的方法中,移动设备8通过经由无线接入点12的连接或诸如蜂窝连接之类的其它手段,向服务访问系统16提交其已确定的绝对位置(例如,根据全局坐标、地图坐标或楼面布置图上的坐标)。然后,服务访问系统16评估该位置,并且在该位置与服务条款(以及恰好要实现的任何其它访问规则,例如,还验证用户10的身份)一致的条件下,授权移动设备8访问服务。在以网络为中心的方法中,位置服务器14将所确定的移动设备8的绝对位置提交给服务访问系统16,例如,经由通过本地有线或无线网络和/或通过诸如因特网之类的广域网或互联网络的连接。可替换地,位置服务器14可以向移动设备8发送绝对位置,然后移动设备可以将其转发到服务访问系统16上。在另一可替换的示例中,服务可以直接从位置服务器14提供,或者甚至可以在运行于移动设备8本身上的应用上实现。

以下是可以按照本公开的实施例提供的位置相关服务或功能的一些示例:

·允许从移动设备8上运行的应用控制诸如照明之类的有用设施,其中,当发现用户位于给定房间或地区中时,用户只能控制该房间或地区或者可能是相关联的地区中的照明或有用设施;

·向移动设备8提供诸如室内导航服务之类的导航服务(在这种情况下,位置相关功能至少包括:向在移动设备8上运行的应用提供设备的绝对位置,例如,然后该应用可以使用该绝对位置在楼面布置图或地图上显示用户的位置);

·向移动设备8提供基于位置的广告、警报或其它信息,例如,当用户10走过博物馆时,向设备8提供关于展品的信息,当用户10走过商店或商场时,向设备8提供关于产品的信息,只有当存在于医院或医院内的特定地区内部时,才向设备8提供对医疗数据的访问,或者只有当在物理上存在于电影院等内时,才向设备8提供对补充媒体材料的访问;和/或

·在设备8存在于某个区域的条件下,从移动设备接受位置相关的支付,例如,商店支付、道路通行费支付、“开车付费”汽车租赁或会场或景点的门票费。

比如,在实施例中,服务访问系统16被配置成控制对安装或以其它方式设置在环境2中的照明网络的访问。在这种情况下,环境2包括多个照明器(未示出)和包括访问系统16的照明控制系统。照明器例如可以安装在天花板和/或墙壁中,和/或可以包括一个或多个独立式单元。照明器被布置成从控制器接收照明控制命令。在实施例中,这还可以使用锚节点6和/或移动设备8用来与无线接入点或网关12通信的相同无线电接入技术和/或使用用于在移动设备8和锚节点6之间传达信号以便获取位置测量值的相同的无线电接入技术(例如,Wi-Fi或Zigbee)经由无线接入点12来实现。可替换地,照明控制器可以通过其它手段与照明器通信,例如,通过单独的有线或无线网络。无论哪种方式,照明控制器的访问系统16被配置有一个或多个位置相关的控制策略。例如,控制策略可以定义;仅仅当用户在诸如房间之类的某些区域内或在某个定义的附近区域内被发现时,用户10只能使用他或她的移动设备8来控制该区域中的灯。作为另一示例控制策略,移动设备8仅控制在用户的当前位置的特定附近内的那些照明器。

关于安全性,假如定位消息在定位系统4、6、14内部分布,则安全性可能比较不是个问题;但是在例如双向飞行时间消息(RTT)的情况下,或者在通过公共网络传输报告的情况下,向它们提供时间戳(测量时间)或随机数和/或“散列”消息(数字签名)以阻止对网络主干上的任何重放攻击可能是有利的。对发送到位置服务器14的测量报告也可以这样做。这些措施不是必要的,但是在实施例中可能是合期望的,特别是如果基于位置的服务或功能易于滥用或涉及金融交易等。

注意,图2在所有方向上示出了箭头以说明以设备为中心或以网络为中心的方法的可能性,但是在任何给定的实现方式中,并非所有示出的通信都需要是双向的或确实存在。通过比较,描述了以网络为中心的方法、以设备为中心的方法和辅助的方法,但是以下实施例将涉及以网络为中心的方法或混合方法,在以网络为中心的方法中,位置网络4的锚节点6获取从移动设备8接收的信号的测量值,并且位置服务器14或其它网络元件基于这些测量值执行定位计算,在混合方法中锚节点6获取来自移动设备8的信号的测量值但将测量值返回到移动设备8用于要在那里执行的定位计算。在这两种场景下,锚节点6中的每个锚节点充当监听要从移动设备8接收的信号的“监听”节点。因此,在下文中,锚节点可以被称为监听节点或“侦听器”(出于将可能变得清楚明显的原因)。执行定位的计算实体可以被称为定位引擎,其可以以软件和/或硬件实现,无论在位置服务器14处或其它网络元件处(以网络为中心的方法)还是在移动设备8(混合方法)处。

如所提及的,诸如室内位置系统之类的位置系统的性能常常因为缺乏在足够数目锚节点6处对RSSI数据(或其它这样的信号测量值)的充分捕获而变差。合期望的是提供一种对这种问题的解决方案,但是优选地不要对通信网络洪泛太多通信。

以下提供了通过如下方式来增强室内位置网络或其它这样的位置系统的性能的系统和方法:提供用于外部控制来自移动设备的用于定位目的的信号的出现的机制,并且在实施例中还利用已经由移动设备8为了其它目的(诸如用于传达用户内容)而传输的其它业务量的可用性。

参考图3和图5,该系统包括三个部分。第一部分是触发节点18。触发节点18被布置成向每个目标移动设备8发送触发信号,每个目标移动设备8通过发射信号进行反应。第二部分包括若干个无线电接收器、监听锚节点6,它们被配置作为“侦听器”。每个侦听器6的功能是从所发射的信号确定移动设备8的标识并且在侦听器6处导出RSSI(或者导出适合用于定位的另一这样的测量值,以下将根据RSSI来描述,但是将领会这不是限制性的)。最后,所有RSSI数据被传达到汇聚节点28,该汇聚节点28连接到位置引擎30以计算每个目标移动设备8的位置。位置引擎30可以在位置服务器14(以网络为中心的方法)或在移动设备8(混合方法)、或在触发节点18或另一节点、或这些节点的任何组合处实现。其可以以存储在服务器14、移动设备8和/或其它节点的一个或多个存储器中的软件实现,并且被布置成在服务器14、移动设备8和/或其它节点的一个或多个处理器上执行;或者可以以专用硬件电路或诸如PGA或FPGA之类的可配置或可重配置电路或这些可能性的任何组合实现。

为了详细说明,在位置网络4以及监听锚节点6内,还提供了触发节点18。触发节点18的作用是向每个移动设备8发送通信分组,其中每个分组包括触发消息,以便触发来自目标移动设备8的无线响应。触发节点18被配置成在控制器19的控制下传输触发分组,其可以例如在触发节点18或位置服务器14或其它地方处实现。该控制器19可以以存储在服务器14、触发节点18和/或其它节点的一个或多个存储器中的软件实现,并且被布置成在服务器14、触发节点18和/或其它节点的一个或多个处理器上执行;或者可以以专用硬件电路或诸如PGA或FPGA之类的可配置或可重配置电路或这些可能性的任何组合实现。

每个触发分组可以被广播到在范围内的任何设备,包括一个或多个目标移动设备8,或者可替换地,每个触发分组可以被寻址到触发节点8已经在环境2内检测到的特定目标移动设备8。无论哪种方式,这触发响应被移动设备8发射,以便如信标一样工作,通过该信标移动设备8的位置可以由位置网络4检测。移动设备8的该响应可以被广播或者可以寻址到触发节点18。在后一种情况下,响应仍然会被环境2中的监听锚节点6中的至少一些监听锚节点检测到,在实施例中,该监听锚节点6被配置成“侦听”来自移动设备8的任何信号,即使该信号没有寻址到它们(马上将更详细地讨论)。

原则上,网络中的任何通信节点可以充当触发节点18。比如,WiFi网络的一个可能的选择是将接入点(AP)12(或多个AP中的一个)配置成充当触发节点18,因为在基础设施模式下所有数据业务量无论如何都将通过AP。即,在实施例中,触发节点18包括用于经由用于传输触发信号的相同无线接入技术(例如,Wi-Fi或ZigBee)向诸如移动设备8之类的用户设备提供对另一通信网络(诸如因特网)的访问的接入点。因此注意,尽管在图3的示意图示中分离地示出元件12和18,但是在实施例中,它们实际上可以合并在同一单元中并且表示该同一节点的不同功能。可替换地,不排除触发节点18实际上可以是分离的节点,即,AP或网关12之外的节点,例如,仅仅针对该目的而引入的专用触发节点,或诸如配备Wi-Fi、ZigBee或蓝牙的照明器之类的另一类型的节点。

在实施例中,触发节点18被配置成(在其控制器19的控制下)以规则间隔(即,周期性)发送触发分组,以使得所有侦听器节点6也可以以规则间隔获得RSSI。相比于基于突发模式的业务量(诸如通常由移动设备发起的自然业务量模式),这样定期收集RSSI可以提供更稳定和平滑的位置结果。进一步地,在实施例中,间隔的持续时间可以被布置成与精度和延迟等方面的可实现的定位性能直接相关。在一些特别有利的实施例中,间隔的持续时间可以基于诸如精度和/或延迟之类的定位性能要求来调节。比如,在紧急情形下,需要比正常情形更高的精度或更低的延迟来确定移动设备的位置,并且缩短触发信号之间的传输间隔,以使得可以在相对更短的时间内获得更多的RSSI测量值。

移动设备8包括本地控制器9,该本地控制器可以以存储在移动设备8的一个或多个存储器中的软件实现,并且被布置成用于在移动设备的一个或多个处理器上执行,或者可以以专用硬件电路或者诸如PGA或FPGA之类的可配置或可重配置电路或这些可能性的任何组合实现。当从触发节点18发送的触发消息被移动设备接收时,控制器9被配置成识别该触发消息,并且响应于每当从触发节点18接收到触发消息时,通过控制移动设备8无线地发射信号来相应地做出反应。如果定期传输触发信号,则这将导致移动设备8响应于每个触发分组发射响应信号,并且因此也以基本上规则的间隔利用响应信号做出响应。

在一个示例实现方式中,触发消息可以以由用于Wi-Fi网络的网络“试通”(ping)命令(在触发节点18的控制器19处执行)发起的ICMP(因特网控制消息协议)消息的形式来传输。在这种情况下,来自移动设备8的响应信号采取试通响应消息的形式。然而,将领会的是,这仅仅是一个示例,并且在其它实施例中,可以使用诸如TPC请求/报告之类的其它使用方法。

在实施例中,“侦听器”节点6实际上是配置有附加的“侦听”功能的网络中的正常和/或预先存在的无线通信客户端节点。根据该功能,每个侦听器节点6监听从移动设备8到触发节点18的响应消息,并且估计在相应侦听节点6处的相应信号强度(RSSI)。

考虑在系统中具有许多节点6的无线连接的系统。这些节点6被部署在环境2中的各种位置周围,并且能够经由WiFi、ZigBee等彼此无线地通信。例如,这些节点6可以是无线连接的灯具、接入点、计算机、无线扬声器等。这些节点6的位置是固定的和已知的。它们中的每一个可以具有它们自己的预先存在的用于配备有它们的无线通信能力(例如,Wi-Fi或ZigBee)的目的,诸如以便在节点包括灯具的情况下,允许无线控制所发射的光的颜色和/或调光水平。在实施例中,节点6的这种无线能力被利用,以使得它们还用于充当定位目的的锚节点。然而,定位不需要是它们为其配备有无线通信能力(例如,Wi-Fi或ZigBee)的主要目的,并且在实施例中其确实不是主要目的。还要注意,在实施例中,用作锚节点的节点6中的一些或全部节点不是接入点(AP),即,不向诸如移动设备8之类的用户设备提供对诸如因特网之类的任何其它通信网络的无线访问(例如,替代地它们是具有无线能力的照明器)。可替换地,不排除这些节点6中的一些或全部可以是接入点。

注意,AP的概念仅适用于Wi-Fi系统的示例。然而,本公开的范围不限于任何特定的无线电技术。更一般地,包括触发节点、移动设备、锚节点、汇聚节点等的任何所涉及的节点可以是正常站或无线客户端节点。

每个通信节点6具有唯一标识(ID),诸如IP地址或MAC地址等。用于每个通信节点6接收数据的常见做法如下。如图4所图示的,典型地,每个所传输的分组包括报头20和有效载荷22。报头20包括作为分组源的源的ID的源ID 24、以及作为分组的目的地的ID的目的地ID 26。每个通信节点监听环境2中的无线电波。一旦每个节点接收到分组,其检查目的地ID是否是其自身ID。如果是,则通信节点解码分组有效载荷22内的数据的其余部分。如果不是,则该节点简单地丢弃分组或将分组转发到其它节点,而不查看分组其余部分。

在实施例中,可以通过改变正常接收策略,在监听节点6中实现“侦听”,具体如下。一旦发现分组,无论目的地ID如何,每个监听节点6检查分组报头中的源ID,并且基于分组报头20或整个分组20,22估计接收信号强度(例如,RSSI),而不解码分组的其余部分。如果目的地ID与节点6不相同,则数据分组的其余部分不管怎样可以被加密,并且对于节点6而言是不可理解的。然而,监听节点6不需要理解内容,而是仅仅测量接收的信号强度。以这种方式,每个侦听器节点6充当锚节点,并且即使在移动设备8和监听节点6之间没有直接通信(即,即使移动设备8没有特别将任何通信寻址到监听节点6),它也可以关于任何移动设备8收集RSSI。在这个意义上,监听节点6可以被说成是“侦听”来自移动设备8的组合(即使期不是意图用于此)。

注意,在常规位置系统中,设备发射被广播(即,没有寻址到任何特定目的地)的信标信号。然而,在本公开的实施例中,来自移动设备的响应信号可以不是广播信号,而是寻址到特定目的地,例如,触发节点,但是尽管如此,锚节点6(参考的节点)被配置成无论如何都监听信号,即使没有寻址到它们。因此,词语“侦听器”可以在本文中用于指代参考节点。

来自各种不同的侦听器节点6的RSSI由相应侦听器节点6发送到汇聚节点28。汇聚节点28的作用是从检测来自移动设备的信号的所有侦听器节点6收集所有RSSI,并且将它们发送到位置引擎30以实际计算一个或多个移动设备8的位置。汇聚节点28可以是网络的任何合适的节点,无论是针对该目的而引入的专用汇聚节点还是已经描述的其它节点中的一个,诸如接入点12或触发节点18或其它某个其它节点(因此,尽管在图3和图5的示意图中被标记和/或单独示出,但是在实施例中,元件28和12和/或18可以表示合并在同一单元中的不同功能)。

在位置引擎30处可以使用各种不同的位置算法(诸如三边测量、指纹法或无线电分区等);可以基于任何合适的测量值(诸如RSSI或飞行时间)。还要注意,定位仅需要基于来自听到响应的节点的测量值中的至少一些测量值(即,其不一定必须使用所有的可用测量值)。

在实施例中,触发节点18和监听(侦听器)锚节点6是不同类型的节点。触发节点18可以与监听节点6分离,因为触发节点18不获取来自移动设备8的触发的响应信号的任何所述测量值,并且监听节点6不发送将使移动设备8发射响应信号的任何触发信号;或者触发节点18也可以用作监听节点6中的一个监听节点,但是监听节点6的其余部分不发送将使移动设备8发射响应信号的任何触发信号。

系统图在图5中图示,其中实线连接指示“真实”目标通信链路(到所寻址的目的地),而虚线指示侦听通信链路(不到所寻址的目的地)。

在实施例中,由移动设备8响应于触发而发射的信号是用于定位目的的专用信号,即,它不包含任何用户内容,也不包含除了用于定位的目的之外的任何控制信息。

优选地,移动设备8被配置成(在其控制器9的控制下)使得它将仅响应于从触发节点18接收到触发信号而传输响应信号,否则不传输响应信号。这样,由触发节点18触发的发射的外部控制不仅可以确保存在用于位置的足够消息,而且还不存在过多消息被传输,否则的话,过多消息可能导致无线网络上的拥塞。

还要注意,在实施例中,侦听器节点6不限于仅响应于来自触发节点18的触发信号,来检测从移动设备8发送的响应信号以及获取其测量值。相反,移动设备8可以传输用于除了定位之外的目的而传输的用户内容和/或控制信号的形式的其它业务量(该业务量不必等待被触发信号触发);并且侦听器节点6优选地被配置成检测来自移动设备8的、包括这种其它非定位业务量的任何信号并且获取其测量值,并且将这些报告给位置引擎30(经由汇聚节点28)以包括在定位计算中。即,用于定位的信号测量值取自自然业务量和所触发的业务量两者。

在另外的实施例中,系统可以被布置成实现触发节点18和侦听器节点6之间的协作程度。在这种情况下,侦听器节点6被布置成从触发节点18的控制器19接收指示,该指示指明触发信号何时已被发送到移动设备8。基于此,侦听器节点6被配置成使得它们仅在触发器节点18发送触发消息之后不久的短时间窗口内“侦听”消息。对于其余时间,侦听节点被配置成关闭到省电模式,这提供了智能搜索策略,通过该智能搜索策略,只有最近没有通信的设备8被触发,因此,通过在触发节点18和侦听节点6之间进行协作,可以实现附加的节电。

在又一实施例中,系统被布置成检测移动设备8与某个其它实体的接近度,并且触发节点18被配置成(在其控制器19的控制下)响应于检测到移动设备8在另一实体的预先确定的接近度内(并且在实施例中仅响应于此),无线地向移动设备传输所述触发信号。例如,另一实体可以是存在传感器(未示出),诸如用于检测用户10接近传感器的红外传感器或超声传感器,其中存在传感器位于触发节点18附近或侦听器节点6之间的中心或其它方式下的代表性位置,以使得与存在传感器的接近度指示移动设备8处于用于基于所讨论的环境2中的侦听器节点6执行定位的合适位置。作为另一示例,位置引擎30可以被配置成基于可能包括根据基本定位对移动设备的路径的推断的先前测量值,获得初始的粗略位置,并且这可以用于确定移动设备8和触发节点18或侦听器节点6中的一个或多个侦听器节点之间的接近度。无论通过何种手段,实现接近度检测,当已知移动设备8接近另一“标志”实体时,则触发节点8通过触发接近标志实体的设备8开始测量。这可以以允许快速三角测量、三边测量等的方式执行,例如,一旦来自两个侦听器节点6的RSSI数据已知,位置引擎30就基于已知拓扑和RSSI1和RSSI2挑选第三个侦听器节点。

将领会的是,上述实施例仅仅作为示例进行描述。

按照上文所讨论的内容,本文中公开的技术有利地将触发节点引入到无线网络中,以便辅助定位。已经公开了各种概念,包括:(i)网络中的节点,查看网络中的通信(以及,预定并不是发送给它们的那些)以确定到其它节点的RSSI测量值,并且组合这些RSSI值以确定相对位置;(ii)触发节点向其它节点发送触发消息以触发响应(触发还执行RSSI测量),并且确定到其它节点的RSSI;和(iii)二者可以有利地组合,因为这样可以“调谐”触发设备的消息,以便仅触发来自例如不活跃的设备的响应。在实施例中,可以单独使用,或甚至更有利地与(ii)或与(ii)和(iii)组合使用技术(i)。

进一步地,注意,尽管已经根据某些无线通信标准(诸如Wi-Fi和ZigBee)公开了上述内容,但是这些不是限制性的,并且本文中所公开的定位技术可以使用任何无线标准或专有无线协议来实现。进一步地,本公开的范围不限于任何一种特定类型的定位计算,并且各种示例本身将被本领域技术人员领会,例如,三角测量、三边测量、多边测量或指纹法。本公开的范围也不限于将RSSI或所接收的信号强度的其它度量用作用于执行定位的测量值,诸如飞行时间之类的其它类型的测量值是可能的。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求,本领域技术人员在实施要求保护的本发明时可以理解和实现公开的实施例的其它变型。在权利要求中,词语“包括”不排除其它元件或步骤,并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其它单元可以实现权利要求中记载的若干项的功能。仅仅某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中这个事实并不表明不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以在合适的介质上(诸如与其它硬件一起或作为其一部分而提供的光学存储介质或固态介质)存储/分发,但是该计算机程序也可以以其它形式分发,诸如经由因特网或其它有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

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