用于高能效位置感测的设备和方法
【专利摘要】用于高能效位置感测的设备和方法。一种用于移动装置的高能效位置感测的设备，包括：方位感测模块，用于感测所述移动装置的方位；一个或多个位置感测模块，用于感测所述移动装置的位置；控制模块，用于控制所述方位感测模块以使其反复地感测所述移动装置的方位，其中所述控制模块控制所述一个或多个位置感测模块，从而如果所感测的方位指示所述移动装置的方位变化，则所述一个或多个位置感测模块中的至少一个被开启，其特征在于，所述方位感测模块感测所述移动装置的方位的频率按照所述移动装置的用户的行为模式根据时间而改变，从而在行为模式对应于较低活动的时间，采样频率较低，并且在行为模式对应于较高活动的时间，采样频率较高。
【专利说明】用于高能效位置感测的设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于高能效位置感测的设备和方法。
【背景技术】
[0002]在美国关于人类活动模式的调查已揭示:人们在封闭的建筑物中花费他们的时间的大约87%。由于欧洲和亚洲的居民具有类似于美国人的生活模式，所以这应该也适用于全世界的移动电话用户。仅在用户正在从一个位置移动到另一位置期间需要位置感测。
[0003]在旅行的开始和结束的检测方面存在几种解决方案。简单直接的方法比较当前位置与先前位置。应用必须定期地从GPS或利用WIFI扫描结果从中央位置服务提供商(诸如，Google)获取位置。如果两个位置之间的距离小于给定阈值，则移动对象被视为是静止的。如果移动对象静止了一段时间，但距离突然大于阈值，那么我们知道，用户已离开先前位置。GPS或者无线通信是很耗能的。这种方法将消耗大量的电池以检测位置变化。与所有的时间连续位置感测相比，这种方法的电池寿命节省并不显著。这种方法的其它缺点是GPS信号的室内可用性问题以及由3G/LTE无线网络使用引起的帐单。
[0004]以上方法的改进方案使用802.1lffIFI热点SSID和它们的信号强度作为一个地点的环境足迹(footprint)。根据这种方案，电话定期地扫描周围的WIFI热点并比较扫描结果与前一扫描结果。如果差异足够大，则推断移动对象已经离开先前地点。再一次地，WIFI扫描是很耗能的。
[0005]另一方案使用GSM小区ID作为位置变化的度量。这种方法是非常高能效的，但具有几个严重的缺点:首先，GSM小区的大小在不同的地理位置不同。在农村区域，仅有一个小区，或者根本没有小区。在这些区域，移动检测的等待时间因此会非常长，并且该方法在实践中在这些地区不适用。但即使对于具有(小的)小区的高密度覆盖的区域，这种移动检测的方案的等待时间仍然会很长。
[0006]在用户的移动的检测方面常用的另一仪器是加速度计。与当对象移动时的加速度计振荡的幅度相比，当电话不活动时，加速度计振荡的幅度小。根据加速度计振荡幅度，移动电话打开或关闭位置传感器。利用加速度计的连续感测仍然是电池的沉重负担。通常采用工作循环(duty cycling)技术(即,在正常情况下用一半频率感测)。然而，如果采样频率太低，则加速度计可能不能捕捉用户的移动(如果用户偶然地在采样的时刻是静止的，则加速度计的振荡幅度将会减小到正常范围)。考虑到这种约束，对于较长室内时间的移动检测的任务而言，加速度计方案的节能仍然不令人满意。
[0007]因此，希望提供一种用于检测和/或跟踪移动装置的移动的能效更高的方案。
【发明内容】
[0008]根据一个实施例，提供一种用于移动装置的高能效位置感测的设备，所述设备包括:方位(orientation)感测模块，用于感测所述移动装置的方位；一个或多个位置感测模块，用于感测所述移动装置的位置；控制模块，用于控制所述方位感测模块以使其反复地感测所述移动装置的方位，其中所述控制模块控制所述一个或多个位置感测模块，从而如果所述感测的方位指示所述移动装置的方位变化，则所述一个或多个位置感测模块中的至少一个被开启，其特征在于，所述方位感测模块感测所述移动装置的方位的频率按照所述移动装置的用户的行为模式根据时间而改变，从而在行为模式对应于较低活动性时，采样频率较低，并且在行为模式对应于较高活动性时，采样频率较高。
[0009]使用方位感测模块作为用于开启位置感测模块的触发器能够基于活动检测实现位置感测模块的高能效使用。由此，通过把位置跟踪限制于已检测到电话的活动的那些时间段，能够降低位置跟踪的能耗。
[0010]基于测量的用户行为来调整方位变化检测能够进一步实现功耗的降低。
[0011]根据一个实施例，如果基于由所述一个或多个位置感测模块感测的位置或者由所述方位感测模块感测的所述方位确定了所述移动装置未移动，则所述控制模块关闭所述一个或多个位置感测模块中的至少一个。
[0012]在不活动的情况下的关闭降低了位置感测模块的能耗。
[0013]根据一个实施例，基于两个磁场矢量测量值的角度差来检测方位变化。这是高能效活动检测，因为它基于仅比较两个测量值。
[0014]根据一个实施例,通过随着时间记录感测的方位指示从不活动状态到活动状态的变化的频率，针对所述移动装置的用户测量所述行为模式。
[0015]这是随着时间的可能活动检测的实现方式。
[0016]根据一个实施例，所述设备包括具有较低能耗的第一位置感测模块和具有较高能耗的第二位置感测模块，并且其中如果所述方位感测模块指示方位变化，则所述第一位置感测模块被开启，并且其中如果所述第一位置感测模块指示所述移动装置离开某位置或者区域，则所述第二位置感测模块被开启。
[0017]这能够实现两级位置感测，一级由基于方位变化的活动检测触发或开启，并且第二级由移动检测触发或开启。这能够实现能耗的进一步降低。
[0018]根据一个实施例，所述第一位置感测模块具有比所述第二位置感测模块低的能耗，和/或其中所述第一位置感测模块具有比所述第二位置感测模块低的准确性。
[0019]以这种方式，能够以优选的方式实现两级方案。
[0020]根据一个实施例，提供一种用于移动装置的高能效位置感测的方法，所述方法包括:由方位感测模块反复地感测所述移动装置的方位；如果所述感测的方位指示所述移动装置的方位变化，则开启一个或多个位置感测模块；其特征在于，所述方位感测模块感测所述移动装置的方位的频率按照所述移动装置的用户的行为模式根据时间而改变，从而在行为模式对应于较低活动性的时间，采样频率较低，并且在行为模式对应于较高活动性的时间，采样频率较高。
[0021]这是根据本发明的实施例的方法的合适的实现方式。
[0022]根据一个实施例，提供一种计算机程序，该计算机程序当在计算机上执行时使所述计算机能够执行根据本发明的实施例之一的方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1示意性地示出根据本发明的实施例的状态。[0024]图2示意性地示出根据本发明的实施例的活动检测。
【具体实施方式】
[0025]用户行为的观察显示:在多数时间，电话是绝对静止的，或者电话的物理状态变化低。当用户在睡觉、工作、吃饭或者休息时，电话可能放在桌子上，放在包中，或者放在口袋中。在这些情况下，不必更新位置。根据一个实施例，该用户行为能够由移动电话或移动装置利用，该移动电话或移动装置包括用于感测所述移动装置的方位的方位感测模块(诸如，例如磁力计)、用于感测所述移动装置的位置的一个或多个位置感测模块(诸如，例如GPS传感器和/或WiFi小区检测机构和/或蜂窝电话小区检测机构)。它还包括控制模块，该控制模块用于控制所述方位感测模块以使其反复地感测所述移动装置的方位，其中控制模块控制所述一个或多个位置感测模块，从而如果所述感测的方位指示所述移动装置的方位变化，则所述一个或多个位置感测模块中的至少一个被开启。
[0026]通过这种机制，移动电话能够被方位传感器触发，从休眠模式被“唤醒”。
[0027]另一方面，如果基于由所述一个或多个位置感测模块感测的位置或者由所述方位感测模块感测的所述方位，(由所述控制模块)确定了移动装置没有移动，则控制模块关闭所述一个或多个位置感测模块中的至少一个。
[0028]实现这种方法的装置或模块能够被用作位置感测机器设计的有利的部件。由位置感测模块执行的连续位置感测的巨大电池消耗是阻碍接受基于位置的移动应用的关键因素。当电话所有者静止时利用高耗能的位置传感器对电话的位置的频繁采样是电池的巨大浪费。该方法能够通过暂停不必要的位置更新来提高当用户处于低活动模式时的位置感测的能量效率。
[0029]利用这种方案，存在使电话进入完全休眠模式的机会。根据一个实施例，提供一种具有位置感测模块以及方位感测模块的电话。根据一个实施例的电话能够被置于节能或者“休眠”模式，在该模式下所有传感器(包括位置感测模块，根据一个实施例，甚至还包括方位感测模块)和CPU被关闭并且所有资源已被释放。在休眠模式下，方位感测模块仅定期地“唤醒”以检查电话的方位是否已改变，电话的方位改变是电话用户已离开低活动状态并且准备好移离该地点的指示。由此使在休眠模式下的能耗最小化。根据另一实施例，仅位置感测模块被置于休眠模式，并且方位感测模块保持活跃而非被反复地“唤醒”，但是仅反复地“测量”方位。
[0030]方位变化能够由方位感测模块(诸如,方位传感器)测量。这种方位传感器可由磁力计实现，磁力计在现今是几乎所有的智能电话的标准部件。与在移动电话不处于休眠模式的情况下磁力计检查方位的频率为“高”或“较高”相比，在休眠模式下，磁力计检查方位的频率为“低”。术语“低”意味着频率能够降低至方位变化检测的等待时间仍可接受的程度(并且由此位置变化检测的等待时间也仍可接受，因为方位变化触发位置感测模块的开启)。“低频率”的实现方式可按照这样的频率进行采样，例如每分钟一次，每一至10分钟一次，每十至三十分钟一次，或者每小时一次。频率为“高”或“较高”的实现方式仅仅是与频率被设置为“低”的实现方式的情况相比被设置得更高的频率。“高”或“低”的频率的具体值可由本领域技术人员根据情况来选择，同时考虑到随着频率降低，节能也提高以及对应等待时间增加。[0031]基于以上方案，根据一个实施例，提供一种用于位置感测的节电技术，该技术每当电话处于不活动状态(通过在方位变化方面未发生变化来检测到这一点，根据一个实施例，还通过在位置变化方面未发生变化来检测到这一点)时见机地暂停电话的位置感测模块(或多个位置感测模块)。磁力计用于检测电话的方位变化，并且它定期地在后台运行。
[0032]根据一个实施例，通过比较在不同的时间采样的两个3D磁场矢量的角度变化，能够检测电话是否已经移动。
[0033]换句话说，基于两个磁场矢量测量值的角度差来检测方位变化。如果电话的方位有一段时间未改变，则根据一个实施例，移动检测被暂停，并且使电话进入休眠模式。如果电话处于休眠模式并且检测到方位变化，则电话被“唤醒”并且将会恢复移动检测。
[0034]电话的方位变化的检查是高能效移动检测或者“移动指示”。尽管与其它移动传感器(像是GPS)相比磁力计消耗很少的能量，但它仍然是优选地能够进一步被降低的能量开销。
[0035]根据一个实施例，通过对磁力计使用自适应采样频率方法，进一步降低执行方位变化检测的能耗。根据一个实施例，当电话在短时间内(例如，在夜晚)不太可能移动时，通过把(方位传感器的)检测频率设置为“极低”(仅与“低”相比)来降低检测频率。另一方面，在根据电话所有者的历史移动模式该所有者通常离开一地点的时间期间(例如，在早晨)，(方位传感器的)检测频率被设置得较高，例如设置为“高”，代替“低”或者“极低”。“高”、“低”和“极低”的检测频率的具体值可由本领域技术人员根据情况来选择。
[0036]根据一个实施例，方位感测模块感测所述移动装置的方位的频率按照所述移动装置的用户的行为模式根据时间而改变，从而在行为模式对应于较低活动的时间，采样频率较低，并且在行为模式对应于较高活动的时间，采样频率较高。
[0037]为了识别用户的行为模式，根据一个实施例，随着时间测量用户的移动模式以识别随着时间的移动的可能性。然后基于测量的移动模式及其对应的移动的可能性调整根据一个实施例的方位传感器的检测频率，从而在移动的可能性较高的时间，检测频率被设置为较高值，并且在移动的可能性较低的时间，方位传感器的检测频率被设置为较低值。换句话说，根据一个实施例，方位传感器的检测频率被控制为使其与测量的用户的活动模式关联。
[0038]与现有技术相比，迄今为止描述的实施例提供了几个优点。
[0039]与已知解决方案相比，描述的方案的能耗由于下面的原因而极低:
[0040](I)磁力计是低功率传感器。
[0041](2)磁力计能够“记住”方位。当电话的方位改变时，它将会被反映在当前3D-矢量和先前测量的3D-矢量之间的角度的变化上。然后，它停留在该方向上，直至电话的方位再次改变。与之相比，加速度计活动水平必须被不断地询问以检测变化。因此，所提出的使用由磁力计的方位变化测量触发另一位置传感器的开启或关闭的方案能够使电话完全改变为休眠模式(包括关闭磁力计)，而基于加速度计的方法不能这样做。
[0042]根据一个实施例，提供具有较低能耗的第一位置感测模块和具有较高能耗的第二位置感测模块，并且其中如果所述方位感测模块指示方位变化，则所述第一位置感测模块被开启，并且其中如果第一位置感测模块指示所述移动装置离开某位置或者区域，则所述第二位置感测模块被开启。[0043]第一位置感测模块可被视为“移动检测模块”，其具有比例如精确的位置传感器(诸如，GPS)低的准确性，但另一方面具有比GPS传感器低的功耗并且仍然适合检测移动装置是否已经“离开某一地点”(比如建筑物)。“第一位置感测模块”可因此在移动装置正在移离相对封闭的地点(比如建筑物)的意义上被视为检测“旅程的开始”的“移动检测模块”。根据一个实施例的“移动检测模块”的实现方式比较“环境足迹”以验证对象是否停留在某一位置。能够使用的这种环境足迹的例子是位置、噪声水平和特征，比如WIFI热点和信号强度、GSM小区ID等。用作移动检测模块的“第一位置感测模块”可因此由能够感测位置、噪声水平和特征(比如WIFI热点和信号强度、GSM小区ID等)中的一种或多种的任何模块实现。[0044]第一位置检测模块随后基于由方位感测模块执行的活动检测而被开启。以这种方式，能够实现能够检测移动装置是否从某一地点(比如建筑物)“移离”的“移动检测”。为了这个目的，“移动检测模块”(第一位置感测模块)反复地执行检测并判断是否存在在移动装置离开一位置的意义上的“移动”。
[0045]如果检测到这种“移动”，则根据一个实施例，第二位置感测模块被开启，根据一个实施例，第二位置感测模块具有更高的准确性和/或更高的功耗。使用该第二位置感测模块，随后能够跟踪移动装置的“旅程”。
[0046]因此，根据一个实施例，按两级执行位置感测，由第一位置感测模块执行的“第一位置感测”和由第二位置感测模块执行的第二级位置感测，第一位置感测模块适合检测“移动的开始”(“移动检测”)并且通过检测到方位变化而被开启，一旦已由第一位置感测模块检测到这种移动，第二位置感测模块被开启。根据一个实施例，第二位置感测模块可以是GPS传感器。
[0047]此外，利用这种两级方案，移动检测的等待时间也低，因为在多数情况下在移动对象离开该地点之前，检测装置从一个位置到另一位置的移动的移动检测器(第一位置感测模块)已被开启。在这种情形中，移动检测的等待时间与使用的移动检测方法相符。即使在用户握住他的手机并立即离开(即，在由第一位置感测模块执行的下一“移动测量”发生“之前”)的少有情况下，通过基于对用户的历史日常生活模式(用户行为)的观察智能地调整方位感测模块的感测频率，能够在统计上降低等待时间。利用这种方案，在用户位于室内的大块的时间中，根据一个实施例，感测移动的传感器能够被关闭，并且使电话休眠以节省能量。因此，在这种一般位置感测方案中遗漏旅程的开始片段的可能性低。
[0048]如上所述，根据一个实施例，提供两级位置感测，并且第一位置感测模块是“移动检测器”。通过仅当由方位传感器检测到活动时开启移动检测传感器，移动检测传感器的采样频率能够较低以避免该传感器的能耗和关联的CPU计算成本。
[0049]现在，将描述一些另外的实施例，这些实施例证明了用于在感测和处理位置数据时(特别是当电话在地理位置上处于静止时)降低能量浪费的功率管理技术。所提出的方案使用活动状态描述电话的移动行为，并使用功率状态描述在不同活动状态下的功率管理策略。功率状态对应于活动状态。
[0050]移动对象具有下面的三种活动状态:
[0051]?途中(Enroute):移动对象正从一个地理位置移动到另一地理位置。两个位置之间的距离足够大，从而它们不能在语义上被视为一个地点。[0052]?静止(Static):移动对象可能移动。然而，该移动局限在小的地理区域中。地理位置在一个语义地点内。
[0053].不活动(Inactive):在该状态下,移动对象的方位变化会很小。
[0054]对应地，用于移动对象的位置感测机器具有四种功率状态:
[0055].活动(Active):感测机器打开一个或多个位置传感器以对位置进行采样(特别地，根据一个实施例，“第二位置感测模块”被打开)。
[0056].待机(Standby):感测机器关闭位置传感器(第二位置感测模块)并定期地打开移动检测传感器(第一位置感测模块)。当第一位置感测模块(移动检测器)检测到移动对象已离开地理位置时，第二位置感测模块被“开启”并且准备好开始位置感测。
[0057]?休眠(Sle印):感测机器关闭位置传感器(第一位置感测模块和第二位置感测模块)并停止检测位置变化。仅低功率活动检测传感器(方位传感器)被定期地唤醒来检测电话的方位变化。
[0058]?深度休眠(De印sleep):与休眠状态相同。然而，活动检测频率甚至更低。
[0059]图1示意性地示出活动状态和对应的功率状态。一个功率状态对应于一个活动状态。“活动”对应于状态“途中”。“待机”对应于状态“静止”。“休眠”或“深度休眠”对应于状态“不活动”。当移动对象的活动状态改变时，根据一个实施例的功率管理状态也被调整。根据一个实施例，移动检测器(第二位置感测模块)和活动检测器(第一位置感测模块)被用于检测如图1中所示的活动状态的转变。
[0060]尽管在下面的描述中将会解释活动检测器(方位感测模块)和休眠策略，但首先将会简要地介绍移动检测器(即，“第一位置感测模块”)。根据一个实施例的移动检测器比较环境足迹以验证对象是否停留在一个位置。如果移动检测器检测到相对于先前时间在当前时间\的环境足迹有显著变化，则移动检测器使活动状态从“静止”移动到“途中”。如果它未检测到变化，或者如果变化低于某一阈值，则对象的活动状态转变为“静止”。为了实现检测环境足迹的移动检测器，能够使用用于检测位置、噪声水平、比如WIFI热点和信号强度、GSM小区ID等的特征的检测器。
[0061]活动检测器用于以类似方式检测移动对象的活动或不活动。在一个实施例中，电话的方位的检测用于实现活动检测器。作为所有者的个人所有物，电话的方位的变化是所有者的活动水平的良好指示器。同时，方位不是无状态的，并且在变化已发生之后，检测间隔能够为任意长。方位感测模块能够休眠任何时长，然后醒来，并且仍然能够检测变化。这种特性在本方案中为节能提供了很大潜力。
[0062]通过使用磁力计来实现活动检测器。令(xt，yt，zt)为在时间t从磁力计读取的磁场矢量。智能电话释放所有资源并休眠At时间。令(xt+M，yt+Af ζ?+Δ?)为在时间t+Δ?的磁场矢量。如图2中所示，两个矢量的角度是
【权利要求】
1.一种用于移动装置的高能效位置感测的设备，所述设备包括: 方位感测模块，用于感测所述移动装置的方位； 一个或多个位置感测模块，用于感测所述移动装置的位置； 控制模块，用于控制所述方位感测模块以使其反复地感测所述移动装置的方位，其中所述控制模块控制所述一个或多个位置感测模块，从而如果所述感测的方位指示所述移动装置的方位变化，则所述一个或多个位置感测模块中的至少一个被开启， 其中，所述方位感测模块感测所述移动装置的方位的频率按照所述移动装置的用户的行为模式根据时间而改变，从而在行为模式对应于较低活动的时间，采样频率较低，并且在行为模式对应于较高活动的时间，采样频率较高。
2.如权利要求1所述的设备，其中，如果基于由所述一个或多个位置感测模块感测的位置或者由所述方位感测模块感测的所述方位确定了所述移动装置没有移动，则所述控制模块关闭所述一个或多个位置感测模块中的至少一个。
3.如权利要求1所述的设备，其中，基于两个磁场矢量测量值的角度差来检测方位变化。
4.如权利要求1所述的设备，其中，通过随着时间记录感测的方位指示从不活动状态到活动状态的变化的频率，针对所述移动装置的用户测量所述行为模式。
5.如权利要求1所述的设备，其中 所述设备包括具有较低能耗的第一位置感测模块和具有较高能耗的第二位置感测模块，并且如果所述方位感测模块指示方位变化，则所述第一位置感测模块被开启，并且如果所述第一位置感测模块指示所述移动装置离开某位置或者区域，则所述第二位置感测模块被开启。
6.如权利要求5所述的设备，其中 所述第一位置感测模块具有比所述第二位置感测模块低的能耗，并且/或者 所述第一位置感测模块具有比所述第二位置感测模块低的准确性。
7.一种用于移动装置的高能效位置感测的方法，所述方法包括: 由方位感测模块反复地感测所述移动装置的方位； 如果所述感测的方位指示所述移动装置的方位变化，则开启一个或多个位置感测模块； 其中，所述方位感测模块感测所述移动装置的方位的频率按照所述移动装置的用户的行为模式根据时间而改变，从而在行 为模式对应于较低活动的时间，采样频率较低，并且在行为模式对应于较高活动的时间，采样频率较高。
8.如权利要求7所述的方法，其中，如果基于由所述一个或多个位置感测模块感测的位置或者由所述方位感测模块感测的所述方位确定了所述移动装置没有移动，则关闭所述一个或多个位置感测模块中的至少一个。
9.如权利要求7所述的方法，其中，通过随着时间记录感测的方位指示从不活动状态到活动状态的变化的频率，针对所述移动装置的用户测量所述行为模式。
10.如权利要求7所述的方法，其中 所述移动装置包括具有较低能耗的第一位置感测模块和具有较高能耗的第二位置感测模块，并且如果所述方位感测模块指示方位变化，则所述第一位置感测模块被开启，并且如果所述第一位置感测模块指示所述移动装置离开某位置或者区域，则所述第二位置感测模块被开启。
11.如权利要求10所述的方法，其中 所述第一位置感测模块具有比所述第二位置感测模块低的能耗，并且/或者 所述第一位置感测模块具有比所述第二位置感测模块低的准确性。
12.一种包括计算机可读介质的制品，所述计算机可读介质上包括或存储或实施有计算机程序代码，所述计算机程序代码当在计算机上执行时使所述计算机能够执行一种方法，该方法包括: 由方位感测模块反复地感测所述移动装置的方位； 如果所述感测的方位指示所述移动装置的方位变化，则开启一个或多个位置感测模块； 其中，所述方位感测模块感测所述移动装置的方位的频率按照所述移动装置的用户的行为模式根据时间而改变，从而在行为模式对应于较低活动的时间，采样频率较低，并且在行为模式对应于较高活动的时间，采样频率较高。
【文档编号】H04M1/73GK103582093SQ201310337927
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月6日 优先权日:2012年8月9日
【发明者】M·路塞, 曹虎, B·苏维勒, M·玛斯 申请人:株式会社Ntt都科摩