本申请要求于2016年10月10日提交的标题为“distributedmulti-bandwirelessnetworkingsystem”的美国临时专利申请62/406,325的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本申请通常涉及室内跟踪对象，特别是通过使用无线信号技术。
背景技术：
基于卫星的定位系统(例如gnss(全球导航卫星系统))可以提供接收设备的有效全球位置估计(在几米内)。越来越多的这样的系统被用于在诸如导航、安全、电子商务等的许多应用中提供基于位置的服务。诸如gnss的卫星定位系统通常依赖于在接收设备和发射卫星之间的相对清晰的视线(los)。因此，尽管在室外有效，卫星定位系统有效地估计位于室内的接收装置的位置的能力受到限制。
技术实现要素：
在多频带(例如，三频带)无线网络系统的上下文中描述了本发明的实施例。在一些实施例中，多频带无线网络系统包括通过专用无线通信信道或“回程”互连的多个无线网络设备。至少一个无线网络设备连接到互联网并用作路由器。由多个无线网络设备形成的多频带无线网络为客户端设备提供广泛的无线覆盖。
引入了使用上述多频带无线网络的设备和对象的室内定位和跟踪的技术。在一个实施例中，系统的多个无线网络设备经由专用回程进行协调，例如以管理从无线网络设备接收的指示客户端设备或对象的位置的信号的时间同步。通过经由专用回程协调无线网络设备并将定位过程应用于接收到的信号，确定客户端设备或对象的位置。
附图说明
图1是示出在多频带无线网络系统中的两个节点之间建立的回程链路的框图。
图2显示了北美5ghz信道分配。
图3显示了欧洲的5ghz信道分配。
图4是示出使用到达时间(toa)测量进行定位的技术的图。
图5是示出使用三边测量的定位技术的图。
图6是示出使用蓝牙和wifi跟踪设备的技术的图。
图7是示出基于到达角(aoa)测量的使用三角测量的定位技术的图。
图8是示出用于无装置的被动定位的示例性技术的图。
图9示出了用于定位多频带无线网络系统中的节点的位置的示例图形用户界面(gui)。
图10是示出用于确定多频带无线网络系统中的节点的位置的技术的图。
图11是使用多频带无线网络系统的室内定位的示例系统的图。
图12是使用多频带无线网络系统的室内和室外定位的示例系统的图。
图13示出了显示设备或对象的确定位置的视觉指示符的示例图形用户界面(gui)。
图14a是示出用于跟踪位于室外的宠物的处理流程的示例系统的图。
图14b是图14a的示例系统的图，其示出了当宠物位于室内时跟踪宠物的处理流程。
图15示出了用于对设备或其他对象的移动进行建模的一阶hmm的示例。
图16示出了用于多频带无线网络系统中的节点之间的协调和时间测量同步的hmm模型。
图17是可以实现本公开中描述的至少一些操作的处理系统的示例的图。
具体实施例
概述
使用诸如gnss的基于卫星的定位系统的室内定位呈现挑战性，因为这样的系统通常依赖于接收设备和发射卫星之间的相对清晰的视线(los)。
为了解决这个挑战，本公开介绍了利用基础设施来提供广泛的无线网络覆盖的室内位置和跟踪系统。具体地说，引入了一种使用多频带无线网络系统来实现移动设备和其他物理对象的室内定位和跟踪的技术。本文所用的术语“位置”和“定位”应理解为包括诸如“位置”、“定位”、“定向”、“定向的”等的术语。术语“跟踪”可以被理解为在某些上下文中与“定位”同义，或者可以具体地暗示跟踪随时间变化的位置。在一个实施例中，多频带无线网络系统包括在无线网状网络中形成节点的多个无线网络设备。多频带无线网络系统的节点互连并经由包括专用无线通信信道的回程相互通信。多个节点通过包括一个或多个无线通信信道的前传共同地向客户提供广泛的覆盖。本文描述的系统可以利用使用多种通信协议，例如wifi或蓝牙的多种定位技术。设备之间的协调，例如用于时间同步，可以通过专用回程进行。
本文中描述的用于室内定位和跟踪的技术可以应用于许多不同的领域，例如宠物跟踪、资产跟踪(例如，电话跟踪，商场资产跟踪等)、室内导航、资产故障排除、无线网络配置和校准、入侵检测、各种分析。
多频无线网络系统
本发明的实施例在多频带(例如，三频带)无线网络系统的上下文中描述。在一些实施例中，多频带无线网络系统包括多个无线网络设备。至少一个无线网络设备连接到互联网并用作路由器。剩余的无线网络设备用作通过无线信道(即，频带)无线连接到路由器的卫星，该无线信道专用于无线网络设备之间的通信(即，专用回程)路由器和卫星向诸如台式计算机、膝上型计算机、平板电脑、移动电话、可穿戴智能设备、游戏主机，智能家居设备等的客户端设备提供无线网络连接(例如，wi-fi连接)。路由器和卫星一起向客户端设备提供具有广泛覆盖的单个无线网络。多频无线网络系统动态优化与客户端设备的无线连接，无需重新连接。多频无线网络系统的一个例子是
多频带无线网络系统的无线网络设备可以包括用于多个无线频带的无线电组件，例如2.5ghz频带，5ghz低频带和5ghz高频带。在一些实施例中，频带中的至少一个可专用于系统的无线网络设备之间的无线通信。系统的无线网络设备之间的这种无线通信在本文中被称为“回程”通信。任何其他频带可用于系统的无线网络设备和连接到系统的客户端设备之间的无线通信。系统的无线网络设备和客户端设备之间的无线通信在这里被称为“前传”通信。
图1是示出在多频带无线网络系统中的两个节点之间建立的回程链路的框图。本文中的术语“节点”可以指用于无线通信信号的发送和/或接收的任何设备。例如，节点可以包括wifi接入点(ap)、wifi基站、蓝牙设备、信号中继器、信号监视器等。在一些实施例中，多频带无线网络系统可以被实现为具有多个节点的网状网络，其包括网状网络中的网格点。然而，本领域技术人员将理解，本文描述的技术可以容易地在其他类型的网络配置中实现，例如环形，星形等。如图1所示，作为多频带无线网络系统中的节点操作的两个ap100a和100b分别包括多个无线电120a、122a、124a和120b、122b、124b。如图1所示，多个无线电可以包括在2.5ghz频带、5ghz低频带和5ghz高频带上操作的无线电。ap100a和100b使用一些无线电与各种客户端130、132、134和136进行通信。在一些实施例中，每个ap处的至少一个无线电用于在ap之间建立专用的回程110。本领域技术人员将理解，每个ap的ap和无线电的数量可以根据实现而变化。
除了常规的wlan服务(例如，去往或来自网关和互联网的数据分组转发)之外，在多个实现中，多频带无线网络系统中的节点可以使用专用的回程链路来执行其他功能，例如控制和管理功能(例如协调漫游决策)。另外，或作为替代，这样的回程链路可以用于提供更多的吞吐量和/或为网状网络提供容错，例如提供针对暂时干扰的冗余等。如本公开所介绍的，这样的专用回程链路也可以用于执行与室内跟踪相关的某些功能，例如信号协调和时间同步的管理。
如前所述，在一些实施例中，多频带无线网络系统中的节点可以包括用于三个无线频带的无线电组件，特别是2.5ghz频带、5ghz低频带和5ghz高频带。在一些实施例中，多频带无线网络系统默认5ghz高频带专用于回程通信，并且使用2.4ghz频带和5ghz低频带用于与客户端设备进行前传通信。例如，当2.4ghz频带用于前传通信时，系统的每个节点可以在2.4ghz频带的不同信道上工作。在此上下文中的每个频带可以包括多个信道。
如果专用回程信道(例如，5ghz高频带中的信道)下降，则2.4ghz频带可用于系统节点之间的回程通信。例如，如果以卫星模式工作的节点检测到5ghz高频段的回程信道不再可用(例如，由于强干扰)，节点的2.4ghz无线电组件切换到扫描模式以寻找在2.4ghz信道之一的上行链路连接，而另一个节点在路由器模式下工作。
如果存在可用于节点的多个干净信道，则节点可以选择与附近的其他节点较少干扰的干净信道。可以基于干扰、ap的数量和/或其他参数的函数来定义客户端信道。如果信道的函数小于阈值，则信道是干净的信道。有各种方法来检测附近的节点。例如，节点之间的网络拓扑可以用于检测附近的单元。来自其他节点的信标功率可用于检测附近的节点。在一些实施例中，节点可以使用网络拓扑和信标功率的组合来检测附近的其他节点。
节点可以通过专用回程信道与其他节点通信前传信道选择。在一些实施例中，具有较高优先级网络业务的节点可以在比其他节点选择前传信道时具有更高的优先级。
多频带无线网络系统可以以集中方式或分布式方式做出关于前传信道选择的决定。以分布式方式，每个节点可以为自己决定信道选择。例如，在一些实施例中，基站节点可以首先选择前传信道。然后每个卫星节点可以在卫星节点与基站节点建立回程链路之后选择前传信道。该系统可以基于预定义的调度或选择标准来优化信道选择。在一些实施例中，处理较高优先级的网络业务的节点在系统启动期间或在调度的信道优化期间可以在选择前传信道方面具有比其他节点更高的优先级。
以集中的方式，基站节点对系统的所有其他节点做出信道选择的决定。每个卫星节点与基站节点建立专用的回程链路，并扫描前传频带中的信道。每个卫星节点将关于前传信道候选的详细信息发送到基站节点。详细信息可以包括例如在前传频带上的所有信道上的扫描结果以及在前传频带中的所有信道上的干扰。基站节点可以随着时间的推移周期性地对信道选择进行集中决定。
该系统的单元还可以使用5ghz信道用于前传通信。图2和图3显示了北美和欧洲的5ghz信道分配。5ghz信道中的一些需要动态频率选择(dfs)机制，以允许设备共享信道(称为dfs信道)。特别地，设备需要对分配给雷达系统的信道具有dfs功能，以便这些设备不会对雷达造成干扰。
如果系统的特定节点不具有避免雷达干扰的dfs能力，则该节点可能被限制为选择非dfs5ghz信道，例如信道#36、40、44、48，作为在unii-1上的主要的80mhz信道。如果系统具有比数据帧更多的控制帧，并且大多数情况是一个ap是活跃的，节点可以保持80mhz带宽并改变主信道。可选地，例如在商业使用或繁忙的家庭使用，节点可以减少带宽以适应信道规划。例如，根据系统节点的总数，节点可以将带宽降低到40mhz或20mhz。
如果系统的节点确实具有dfs能力，则该单元可以选择对前传通信使用是干净的dfs信道。系统的节点可以使用不同的80mhz信道进行前传通信，因为如图2所示，存在可用的多个80mhz信道。
类似于2.4ghz的情况，系统可以以集中方式或分布式方式进行5ghz信道选择。信道选择可以使用具有不同带宽的不同信道。例如，节点可以在两个80mhz信道中，或在四个40mhz信道中，或在八个20mhz信道中，或在一个80mhz信道和两个40mhz信道的组合中，或一个80mhz信道、一个40mhz信道和两个20mhz信道的组合等中进行选择。带宽选择可以根据用例和负载量进行。例如，如果一个节点(例如，ap)具有许多客户端和大量业务，则该节点可以接收更多的信道。
如果系统使用5ghz高频带进行回程通信，则北美地区仅有一个80mhz信道可用，如图2所示。系统可以决定减少带宽，从而增加可用信道的数量。例如，如果80mhz回程信道的一部分非常繁忙，则系统可以将带宽降低到40mhz或20mhz。该系统可以以集中方式决定回程。换句话说，所有节点都进行信道扫描，并向基站节点发送关于信道的详细信息。基站节点进行回程的决定和向卫星节点广播回程信道信息。如果dfs信道可用于回程通信，则系统可以使用这些dfs信道。例如，如图2所示，在北美可以有两个80mhz的dfs信道。对于欧洲，如图3所示，所有的5ghz信道都是dfs信道。系统可以根据dfs信道可用性和信道利用率参数以及功率级别选择最佳dfs信道。
使用多频无线网络系统进行室内定位跟踪
多频带无线网络系统可以通过使用各种无线通信协议，例如，wifi、蓝牙和/或蓝牙低能量(ble)使用各种定位技术。各种定位技术可以包括例如到达时间(toa)，到达时间差(tdoa)，往返时间(rtt)，到达角(aoa)和接收信号强度(rss)。此外，可以使用实现tdoa和aoa、toa和rss或tdoa和rss的多种技术的混合定位系统来提高准确性。
到达时间(toa)测量将信号从信号发射器发送到信号接收器的时间。例如，与多频带无线网络系统进行无线通信的客户端设备可以发送由多频带无线网络系统的多个节点(例如，ap)中的一个或多个接收的信号，反之亦然。在一些情况下，从客户端设备发送的信号可以包括时间戳，然后与在特定节点上接收的时间戳一起使用，以计算信号的传播的经过时间。利用已知的信号速度(无线电信号情况下的光速)，可以计算出发送设备与接收节点之间的距离。
图4示出了使用toa测量来确定使用三边测量(稍后描述)的客户端设备的位置的概念。如图4所示，信号在初始时刻(tstart)起始于未知位置m，并且分别在时刻tstart+τ0、tstart+τ1、tstart+τ2、和tstart+τ3在已知位置z0、z1、z2和z3的多个节点处接收。在这样的实施例中，执行节点之间的时间同步以测量到达每个节点的时间上的相对延迟。
到达时间距离(tdoa)在概念上类似于toa，除了它指的是从不同接收点获取两个toa测量值的差异。tdoa可能特别适用于从信号发射器传输时间未知的无源系统。
往返时间(rtt)是指待发送信号的测量时间长度加上确认信号被接收的时间。例如，在一个实施例中，触发信号可以由多频带无线网络系统的节点发送到客户端设备，然后客户端设备响应地发送确认信号。类似地，客户端设备可以通过发送由多频带无线网络系统中的多个节点中的一个或多个节点获得的触发信号来启动，然后使其发送响应。在任一情况下，可以测量从触发信号发送到接收响应时间的相对延迟(即，rtt)。
与toa相比，rtt可以用于避免同步信号传输和接收的需要。该系统可以使用均方误差的线性回归作为模型，其将rtt的统计估计器与视距(los)或非视距(nlos)中的两个无线单元之间的实际距离最好地关联起来。找到最好地拟合该模型的统计估计器，目的是提高距离估计中的精度。
接收信号强度(rss)或接收信号强度指示(rssi)是接收信号中存在的功率的度量。给定已知的信号传输功率，在某些情况下，测量的rss或rssi可用于计算到传输点的距离。测量的rss或rssi可以取决于绝对距离以外的许多因素，例如室内空间的特征(例如几何形状，材料等)以及影响大气的衰减效应的环境特性如温度和湿度。因此，在一些情况下，基于在多个节点处接收到的信号来测量相对rssi可能是有益的。
如上所述，可以使用诸如toa、tdoa、rtt和rss的多种技术来估计发送和接收位置之间的距离。给定这样的测量，可以计算位置，例如使用三边测量。图5示出了三个节点502a、502b和502c的示例网络500。如前所述，这些节点可以是多频带无线网络系统的一部分，并通过专用回程相互通信。如图所示，三个节点502a、502b和502c分别位于已知的位置a、b和c。在一个实施例中，前述技术中的一个或多个(例如，被应用于基于通过前传通信链路传输的信号来测量到客户端设备的距离。从每个节点502a、502b和502c到客户端设备的测量距离分别表示为图5中的504a、504b和504c。换句话说，从单个节点的角度来看，客户端设备可能位于给定圆的任意点上，其半径与到客户端设备的测量距离相等。然而，考虑到所有三个节点的距离测量，可以确定一个特定的位置，因为它将与所有三个圆504a、504b和504c的单个的交点d相一致。
尽管在图5中未示出，单个tdoa测量将沿着双曲面或双曲线放置信号发射器，且其两个接收传感器位于焦点处。与使用toa的上述三边测量一样，发射器的位置可以被解析为与三个接收传感器之间的基于tdoa测量的三个双曲线的交点相一致。
用于使用三边测量的定位的上述技术可以基于通过使用任何无线协议，例如wifi、蓝牙、ble等发送的信号。例如，在一个实施例中，系统可以在客户端设备506和节点502a-c之间利用蓝牙或ble信号以基于例如toa，tdoa、rtt和rss等来估计距离。同时，系统可以利用专用wifi通信链路(例如，在5ghz高频带)上的回程通信进行协调和时间测量。换句话说，可以通过专用回程执行蓝牙/ble的时间同步的管理。例如，图6示出了系统600，其中客户端设备606在蓝牙信道上的多个节点602a-c的范围内并且与多个节点602a-c通信(如分别由实线同心圆608a-c所示)，而多个节点602a-c彼此之间通过wifi通信(分别由虚线同心圆610a-c表示)。普通技术人员将认识到这只是一个例子，并且其他实施例可以被不同地配置。
在一些实施例中，系统可以利用邻近度估计技术(例如，使用蓝牙或ble)来检测设备(例如，客户端设备)何时在多频带无线网络的一个或多个节点的特定范围之内或之外。例如，图6中的一个或多个节点602a-c可检测(例如，使用ble)，即使设备606尚未连接到多频带无线网络并且因此在技术上不是客户端，设备606仍处于特定邻近度内。在一些实施例中，系统可以识别最靠近设备606的节点来执行邻近度估计。类似于如上所述，可以通过专用无线回程来协调多个节点(例如，通过使用蓝牙或ble)的邻近度估计(例如，基于toa，rssi等)以确定设备606的位置。在一些实施例中，系统可以检测设备何时已经移动到特定范围之外并且使得设备切换到替代的定位系统(例如，gps)。在引起切换到gps的同时，系统还可以发信号通知设备关闭诸如wifi和蓝牙等的能源资源重型系统，直到设备回到室内定位的范围内。
到达角(aoa)是指在接收器处测量的传播信号的入射角。通过确定多个已知位置处的发射信号的入射角，可以通过通常称为三角测量的过程来解析发射器的位置。图7示出了示出该概念的示例性网络700。如图7所示，示例网络700包括多个节点702a、702b和702c。如前所述，并且类似于图5的系统500，这些节点可以是多频带无线网络系统的一部分，并且在通过前传通信信道向客户端设备提供广泛的覆盖的同时通过专用无线回程相互通信。如图所示，多个节点702a、702b和702c(分别)位于已知的位置a、b和c。尽管在示例系统700中示出了三个节点，但是这不被解释为限制。例如，三角测量背后的概念可以类似地应用于已知位置处的两个节点或已知位置处的三个以上节点。
在图7所示的示例系统700中，客户端设备706已经广播了信号，然后该信号在每个节点702a-c处被接收。在某些情况下，客户端设备的广播信号可能是前传通信信道上的一般无线通信的一部分。在一些情况下，一个或多个节点702a-c可以向客户端设备706发送触发信号，客户端设备706响应于该触发信号，广播信标信号。在任何情况下，可以针对每个节点702a-c处的接收信号进行aoa确定。如图7所示，入射信号的aoa在节点702a、702b和702c(分别)被表示为θa，θb和θc。在每个节点使用测量的aoa，可以解析客户端设备706的未知位置d。
可以应用一种或多种技术来确定接收器处的入射信号的aoa。例如，可以使用在接收机处的多个天线的阵列来确定aoa，并且在形成阵列的多个天线中的每一个处计算tdoa。在一些情况下，发射的信号可以包括波束形成的rf传输。在这样的例子中，可以通过检测在接收机上的天线阵列上的相位和功率电平的差异来确定aoa。
无线通信信号也可以应用于无设备的无源定位和跟踪。换句话说，在某些情况下，对象的定位和跟踪可能不依赖于包括用于从多频带无线网络的节点发送和接收无线信号的设备的对象。图8示出了示出该概念的示例性系统800。如图8所示，示例网络800包括多个节点802a、802b和802c。示例网络还包括多个信号监视器810a、810b、810c。尽管如图8所示作为分立组件，单个监视器810a-c可以是节点802a-c的一部分。如前所述，并且类似于图5的系统500，这些节点可以是多频带无线网络系统的一部分，并且通过前传通信信道向客户端设备提供广泛的覆盖，而通过专用无线回程相互通信。如图所示，多个节点802a、802b和802c(和相关联的无线信号监视器810a-c)(分别)位于已知位置a、b和c。虽然在示例系统800中示出了三个节点，但是这不被解释为限制。
在示例场景中，对象806(例如，人)通过由节点802a-c的系统形成的多频带无线网络。当对象806通过多频带无线网络时，一个或多个信号监视器810a-c可以检测由于通过物理对象806引起的干扰而由节点802a-c发送的rf信号的特性的变化。使用定位算法，rf信号域中的这种改变可以被确定为对应于在相对于节点802a-c和信号监视器810a-c的知道位置的位置d处的特定对象的存在。再次，节点802a-c(和监视器810a-c)的信号传输和监视的协调可以经由这些设备通信的专用无线回程来执行。
如先前所暗示的，对设备或其他一些的室内跟踪可以涉及首先确定形成多频带无线网络的一个或多个节点的位置。可以使用各种技术来确定节点的位置。例如，在一些实施例中，可以基于经由计算设备接收的用户输入来定义包括多频带无线网络的一个或多个节点的位置。图9示出了经由计算设备960(例如，如所描绘的平板设备)的示例性图形用户界面(gui)950的示例显示。示例gui950包括示例性平面图930的显示，用户可以通过该gui来定义形成网络的一个或多个节点的位置。例如，如图9所示，通过与示例gui950的交互，用户可以将该一个或多个节点的图形表示902a-c放置在空间内的它们的相应位置处。
图9中描绘的gui950可以由在设备960处实例化的应用来生成和显示。设备960可以是与由图形元素902a-c表示的一个或多个节点通过前传通信信道进行通信的客户端设备。在一些实施例中，基于用户输入确定位置，并将其发送到一个或多个节点中的每一个，发送到通过网络进行通信的另一计算设备，或发送到远程服务器。
替代地或额外地，基于无线信号的先前描述的定位技术中的任何一个或多个可以用于确定形成多频带无线网络的节点中的一个或多个节点的位置。例如，如图10所示，可以将任何一种或多种定位技术(例如，toa、tdoa、aoa、rssi、rtt等)应用于在示例系统1000的节点1002a-c之间传输的信号，以将这些节点中的一个或多个相对于彼此定位。用于定位节点的信号可以通过任何前传或专用回程信道传输。同样，可以通过专用回程执行定位信号的时间同步的协调和管理。
可以在包括多频带无线网络的任何一个或多个节点处执行确定设备或对象的位置的过程，或者可以在连接到网络的一个或多个其他计算设备处执行。例如，在一些实施例中，可以在本地聚合服务器和/或远程服务器处执行位置确定和/或跟踪。图11示出了通过在示例系统1100的上下文中的示例性过程流程，其示出了如何在远程服务器处执行处理。
如图11所示，在第一步骤中，连接到多频带无线网络的客户端设备1106发送由网络的一个或多个节点1102a-d接收的定位请求。图11示出了来自客户端设备1106的定位信号被特定地在节点1102a和1102b处接收，客户端设备处于节点1102a和1102b的信号范围内。如前所述，该定位信号(例如，请求)可以在多频带无线网络的一个或多个前传通信信道上发送。注意，在某些情况下，响应于接收到来自节点1102a-c中的一个或多个的触发信号，客户端设备1106发送定位信号。
由客户端设备1106发送的定位信号可以包括诸如简单信标信号的任何类型的无线传输或包括与设备的位置有关的特定数据的传输。例如，在一些实施例中，设备本身可以包括被配置为确定设备的位置的系统，例如gps接收器、邻近感测设备、光学感测设备、运动感测设备(例如，加速度计、陀螺仪、惯性测量单元(imu)等)。在这种情况下，客户端设备可以作为定位信号的一部分传输由这些系统生成的可用于解析设备位置的任何信息。在任何情况下，定位信号可以被理解为指示设备1106的位置，即使其仅仅是可以用于定位的简单信标信号，例如通过使用toa、tdoa、aoa、rssi等等。
在步骤2，接收位置信号的节点1102a和1102b例如经由专用回程通信信道将信号转发到本地聚合服务器1110。可选地或额外地，在节点1102a或1102b任一处接收的定位信号可以在该节点处被处理，例如以确定与toa、tdoa、aoa、rssi、rtt等相关的任何信息。作为处理的结果确定的该信息然后再次作为指示客户端设备1106的位置的信号被转发到聚合服务器1110。
在步骤3，聚合服务器1110聚合从一个或多个节点接收的任何信息，并将聚合的信息转发到远程计算服务器1120，以便根据接收的信息进行处理以确定客户端设备1106的位置。将信息转发到远程计算服务器1120可以经由任何一种或多种任何类型的私有和/或公共网络(例如，互联网)。在一些实施例中，聚合接收到的信息的过程可以包括通过专用回程信道协调多个节点之间的时间同步。通过管理时间同步，可以将一个或多个定位算法应用于所接收的信息以确定客户端设备1106的位置。
在步骤4，一旦确定了客户端设备1106的位置，那么该位置可以通过几种不同的机制使其可用。例如，如图11所示，指示所确定的位置的信号可以由远程计算服务器1120例如经由节点1102a-d提供的多频带无线网络覆盖传输到客户端设备1106。在一些情况下，该步骤可以包括通过客户端设备1106的显示来显示位置的图形指示，例如作为指示位置的实时地图。可选地或额外地，所确定的位置可以由连接到多频带无线网络和/或任何其他计算机网络的任何另外的计算设备访问。
注意，图11所示的处理流程是为了说明的目的而提供的一个例子，不应被解释为限制。用于确定客户端设备1106或任何其他对象的位置的类似过程可以使用比如关于图11所描述的更少或更多的步骤来执行，和/或比图11更少或更多的组件来执行。例如，在一些实施例中，聚合信息、协调时间同步和/或确定位置的步骤可以，在一些实施例中，在节点1102a-d中的任何一个或多个处执行，而不是专用聚合服务器1110或远程计算服务器。例如，节点1102a-d之一可以是包括用于执行这种动作的附加计算机处理资源的基站节点。类似地，可以在诸如聚合服务器1110的本地计算设备上执行聚合信息、协调时间同步和/或确定位置的步骤，而不是转发到远程计算服务器1120。另外，关于图11描述的示例的过程流程可以被执行以代替确定例如如关于图10所描述的节点1102a-d中的任何一个或多个的位置。
用于室内定位和跟踪的系统(例如，使用多频带无线网络)可以被配置为与室外定位系统集成，以随时提供无缝跟踪。图12示出了在示例系统1200的情况下的示例性过程流程，其示出了如何配置这样的集成。
在图12所示的情况下，设备1206最初在由虚线框1280指示的建筑物的外部。在外部，设备1206可以利用任何可用的定位系统来确定其位置。例如，在步骤1，设备1206可以从gps卫星1270接收用于确定设备的全局位置的gps信号。
如前所述，一旦移动设备1206进入建筑物1280，由于来自卫星的gps信号的干扰，基于卫星的定位系统的gps变得不可靠。因此，在进入建筑物时，可以使用先前描述的任何室内跟踪技术来处理设备1206的定位。例如，如图12所示，示例系统1200包括由位于建筑物1280内的多个节点1202a-d组成的多频带无线网络，其可用于室内跟踪。
在实施例中的步骤2，设备1206发送由网络的一个或多个节点1202a-d接收的定位请求。例如，响应于确定基于卫星的定位不再可用，定位请求可以由设备1206发送。图12示出了客户端设备1206的定位信号被特定地在客户端设备处于信号范围内的节点1102c和1102d处接收。如前所述，该定位信号(例如，请求)可以在多频带无线网络的一个或多个前传通信信道上发送。
在另一个实施例中，多频带无线网络可以检测到客户机设备1206来到范围内。例如，当设备1206进入建筑物1280时，其进入范围并且由节点1202d之一例如使用ble检测到。响应于接近检测，范围内的节点1202a-d中的一个或多个传送触发信号，使得设备1206在步骤2发送定位信号。
在任一情况下，一旦进入内部，确定和跟踪客户端设备的位置可以类似于如关于图11所描述的那样执行。例如，在步骤3，接收位置信号的节点1202c和1202d例如经由专用回程通信信道，将该信号转发到本地聚合服务器1210。在步骤4，聚合服务器1210聚合从一个或多个节点接收的任何信息，并将聚合的信息转发到远程计算服务器1220，以便根据所接收的信息进行处理以确定设备1206的位置。一旦确定位置，在步骤5，计算服务器1220经由多频带无线网络将例如位置的信号发送到设备1206。
再次，图12中描绘的处理流程是为说明性目的而提供的一个例子，不应被解释为限制。用于确定设备1206或任何其他对象的位置的类似过程可以使用比如关于图12所描述的更少或更多的步骤来执行，和/或比图12更少或更多的组件来执行。例如，在一些实施例中，聚合信息、协调时间同步和/或确定位置的步骤可以在节点1202a-d中的任何一个或多个处执行，而不是专用聚合服务器1210或远程计算服务器1220中执行。例如，节点1202a-d之一可以是包括用于执行这种动作的附加计算机处理资源的基站节点。类似地，可以在诸如聚合服务器1210的本地计算设备执行聚合信息、协调时间同步和/或确定位置的步骤，而不是转发到远程计算服务器1220。此外，设备1206的室外定位可以涉及未描绘的其他定位技术，例如蜂窝无线信号、惯性测量、视觉测距等。
关于图5-12描述的系统可以使用不同的协议进行定位和跟踪。例如，如图12所示，节点1202a-d中的任一个可以在发送到客户端设备1206的请求中使用各种协议来与其他节点1202a-d进行一组定时测量。例如，如果rssi用于定位，则802.11k可以与标准化的rssi测量一起使用。在某些情况下，可以使用802.11u来解决e911的位置识别要求。此外，可以使用802.11v，因为它提供用于在给定网络周围发送rssi+地理位置(来自gps/agps)的格式。
在一些实施例中，还可以使用ieee802.11下的精细定时测量(ftm)协议。例如，客户端设备1206可以请求节点1202a-d之一来共享其位置(例如，以纬度/经度坐标或作为民用地址)。作为响应，节点1202a-d可以与请求设备1206共享包括其在地面之上的相对高度(例如，楼层数量或海拔)的位置信息。节点1202a-d可以共享一组节点位置，形式为“邻居报告”，这可以显著提高数据交换的效率。节点1202a-d可以向设备1206发送请求以与其他节点1202a-d进行一组定时测量。节点1202a-d可以向设备1206发送请求以报告其位置。设备1206可以向节点1202a-d发送请求以共享uri或域名以获得附加辅助或地图和映射数据。设备1206和节点1202a-d可以协商以在预先安排的时间调度定时测量，并且使用这样的定时测量来进行位置估计。在一些实施例中，使用所描述的室内跟踪系统进行的位置确定可以与使用其他手段，例如gps进行的位置确定相组合。在一些其他实施例中，系统还可以基于ip地址或已知ssid(服务集标识符)跟踪位置。
可以经由计算设备的显示器输出特定设备或对象的确定的位置以作为视觉指示符用于显示。图13示出了经由计算设备1360(例如，如所示的平板设备)的示例图形用户界面(gui)1350的示例显示。示例gui1350包括示例性地图或平面图1330的显示，通过该显示可以例如通过视觉指示器1306来指示特定设备或对象的确定位置。该示例中的设备1360可以是由元件1306指示的位置处的设备或者可以是通信地耦合到室内跟踪系统的另一设备。
如前所述，本文所述的用于定位和跟踪的技术可以应用于多个不同的领域。图14a-14b示出了示例性处理流程，其示出了在特定区域，即宠物跟踪中应用这些技术。类似于关于图11和12描述的系统，图14a-14b所示的系统包括由位于建筑物结构1480内的多个节点1402a-d形成的多频带无线网络系统。如前所述，可以通过使用多频带无线网络系统来实现室内定位和跟踪。如图14a-14b进一步所示，建筑结构1480外部的定位和跟踪可由诸如由卫星1470所示的gps系统的其它系统来处理。
图14a示出了当宠物在建筑物结构1480之外并且因此可能超出多频带无线网络系统的节点1402a-d的范围时跟踪宠物1406的示例性过程流程。如图14a所示的例子中，宠物1406可以包括一个或多个设备以便于室内和室外跟踪。例如，宠物1406可以具有包括gps接收器、蜂窝(例如lte)收发器、wifi收发器、蓝牙收发器、ble收发器和处理组件中的一个或多个的项圈。可选地或额外地，这些组件中的一个或多个可以并入植入宠物1406中的芯片中。
在图14a所示的示例场景中，宠物1406至少包括用于接收来自gps卫星1470的信号的gps接收器和用于在宠物1406在外部时经由蜂窝网络进行通信的蜂窝收发器。请注意，当宠物1406在外部时，未使用的组件(如蓝牙收发器)可以自动关闭以节省能量。
如图14a所示，在步骤1中，来自一个或多个gps卫星1470的gps信号由固定在宠物1406上的设备接收并用于确定宠物1406的位置。注意，尽管使用gps作为示例，但任何可用的定位系统也可以使用。
在步骤2，宠物1406的确定的位置例如经由蜂窝网络1490被发送到远程服务器1420。再次地，尽管使用蜂窝网络作为示例，但是用于无线通信的任何其他可用的装置可以是也被利用。
在步骤3，宠物1406的所确定的室外位置，例如通过向用户设备1408发送，使得可访问。在该示例中，用户设备1408可由宠物1406的所有者操作。类似于如关于图13所述，宠物1406的位置可以通过设备1408的显示器被视觉地指示为，例如，在物理环境的视觉地图上的连续更新的标记覆盖。
图14b示出了位于一点处的图14a所示的情景的延续，宠物1406在该点处进入建筑结构1480。在14b所描绘的场景中，当宠物1406进入建筑结构1480时，由于形成建筑结构1480的材料的干扰，来自gps卫星1470的信号可能不可靠。因此，在一个实施例中，固定到宠物1406的设备可以在步骤6发送在结构1480内的多频带无线网络系统的一个或多个节点1402a-d处接收的定位信号(即，请求)。
在一些实施例中，响应于检测到不良的gps接收(即，接收的gps信号低于阈值信号强度)，在步骤6发送的定位信号可由宠物1406处的设备触发。可选地，或者额外地，多频带无线网络可以检测宠物1406进入范围内。例如，当宠物1406进入建筑结构1480时，它进入到节点1402c-d之一的范围并由节点1402c-d之一检测，例如使用ble。响应于邻近度检测，在宠物1406的范围内的节点1402a-d中的一个或多个发送触发信号，其使得固定到宠物1406的设备在步骤6发送定位信号。
在一些实施例中，为了节省电力，响应于检测到接收不良和/或室内定位被多频带无线网络系统接管，被附着到宠物1406的设备可以关闭诸如gps接收机的未使用系统的电源。可选地或者额外地，响应于检测到宠物1406在节点1402a-d中的至少一个的范围内，多频带无线网络系统可以向与宠物相关联的设备发送信号以将未使用的系统如gps的电源关闭。
在任何情况下，一旦进入内部，确定和跟踪宠物1406的位置可以类似于关于图11和12所描述的那样进行。例如，在步骤7，节点1402c和1402d(即，接收位置信号的那些)将信号例如经由专用回程通信信道转发到本地聚合服务器1410。在步骤8，聚合服务器1410聚合从一个或多个节点1402a-d接收的任何信息，并将聚合的信息转发到远程计算服务器1420，以便根据接收到的信息进行处理以确定宠物1406的位置。一旦确定位置，在步骤9，计算服务器1420使得其他设备能够访问确定的宠物1406的位置。例如，如图14b所示，计算服务器1420可以经由计算机网络(例如，互联网)将确定的宠物1406的位置发送到用户设备1408。在该示例中，用户设备1408可以由宠物的所有者1406操作。宠物1406的位置可以通过设备1408的显示被视觉地指示为，例如，建筑结构1480的可视平面图上的连续更新的标记覆盖。在一些实施例中，计算服务器1420可以替代地发送确定的位置返回到固定到宠物1406的设备，然后固定到宠物1406的设备可以通过例如经由任何计算机网络(例如，互联网)使用户设备1408可访问该确定的位置。
在一些实施例中，室内跟踪可以涉及设备配置文件，例如，以区分多个跟踪设备和/或跟踪和预测运动模式。例如，可以使用通用属性(gatt)配置文件来描述连接到多频带无线网络的配置设备。
室内跟踪系统可以随着时间跟踪配置的设备以识别运动模式，这可以用于帮助将来确定当前位置。机器学习可以应用于这种情况中，以协助跟踪和模式识别。例如，隐藏马尔可夫模型(hmm)来建模跟踪设备或对象的运动。图15示出了用于对设备或其他对象的移动进行建模的一阶hmm的示例。在图15所示的例子中，术语/t可以表示特定的属性，而ot可以表示rssi或toa。机器学习也可用于协调和时间测量。图16示出了用于协调和时间测量的hmm模型。例如，给定一组rssi变化趋势，v＝fv1，v2，…，vm和确定的hmm，可以通过采用维特比算法来估计隐藏位置序列l＝fi1，i2，…，in。
示例计算机实现
图17是示出可以实现本公开中描述的至少一些操作的处理系统1700的示例的框图。处理系统1700可以包括通信地连接到总线1716的一个或多个中央处理单元(“处理器”)1702、主存储器1706、非易失性存储器1710、网络适配器1712(例如，网络接口)、显示器1718，输入/输出设备1720、控制设备1722(例如，键盘和指点设备)、包括存储介质1726的驱动单元1724和信号生成设备1730。总线1716被示出为抽象概念，其代表任何一个或多个的单独的物理总线、点对点连接，或通过适当的桥接器、适配器或控制器连接的两者。因此，总线1716可以包括例如系统总线、外围组件互连(pci)总线或pci-express总线、超传输或工业标准架构(isa)总线、小型计算机系统接口(scsi)总线、通用串行总线(usb)、iic(i2c)总线或电气和电子工程师协会(ieee)标准1394总线，也称为“火线”。总线还可负责中继网络设备的组件，如交换结构，网络端口，工具端口等之间的数据(例如，通过全双工或半双工线)。
在各种实施例中，处理系统1700可以是服务器计算机、客户计算机、个人计算机(pc)、用户设备、平板pc、膝上型计算机、个人数字助理(pda)、蜂窝电话、iphone、ipad、黑莓、处理器、电话、网络设备、网络路由器、交换机或网桥、控制台、手持控制台、(手持)游戏设备、音乐播放器、任何便携式、移动式手持设备或能够执行指定由计算系统采取的动作的一组指令(顺序地或其他方式)的任何机器。
虽然主存储器1706、非易失性存储器1710和存储介质1726(也称为“机器可读介质”)被示为单个介质，但术语“机器可读介质”和“存储介质”应该被认为包括存储一组或多组指令1728的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读介质”和“存储介质”还应被视为包括能够存储、编码或携带由计算系统执行的一组指令的任何介质，并使计算系统执行本公开实施例的任何一种或多种方法。
通常地，为了实现本公开的实施例而执行的例程可被实现为操作系统或特定应用、组件、程序、对象、模块或被称为“计算机程序”的指令序列的一部分。计算机程序通常包括在计算机中的各种存储器和存储设备中的不同时间设置的一个或多个指令(例如，指令1704、1708、1728)，并且当由一个或多个处理单元或处理器1702读取和执行时，使处理系统1700执行实现涉及本公开的各个方面的元件的操作。
此外，虽然已经在完全运行的计算机和计算机系统的背景下描述了实施例，但是本领域技术人员将理解，各种实施例能够作为各种形式的程序产品发布，并且无论使用何种特定类型的机器或实际分布的计算机可读介质，本公开均适用。
机器可读存储介质、机器可读介质或计算机可读(存储)介质的进一步示例包括可记录型介质，例如易失性和非易失性存储器设备1610、软盘和其它可移动磁盘、硬盘驱动器、光盘(例如，光盘只读存储器(cdr0m)，数字通用盘(dvd))以及诸如数字和模拟通信链路的传输类型介质。
网络适配器1712使得处理系统1700能够通过处理系统1700和外部实体所支持的任何已知和/或方便的通信协议，调节处理系统1700外部的实体(诸如网络设备)与网络1714中的数据。网络适配器1712可以包括网络适配器卡、无线网络接口卡、路由器、接入点、无线路由器、交换机、多层交换机、协议转换器、网关、桥接、桥接器、路由器、集线器、数字媒体接收器和/或中继器中的一个或多个。
网络适配器1712可以包括防火墙，其在一些实施例中可以管理和/或控制计算机网络中的访问/代理数据的许可，并且跟踪不同机器和/或应用之间的不同级别的信任。防火墙可以是具有硬件和/或软件组件的任何组合的任何数量的模块，其能够在特定的一组机器和应用、机器和机器和/或应用和应用之间执行预定的一组访问权限，例如，以控制这些不同实体之间的业务和资源共享流。防火墙可以另外管理和/或访问访问控制列表，该访问控制列表详细描述许可权，包括例如个人、机器和/或应用对对象的访问和操作权限以及许可权利可用的情况。
如上所述，这里介绍的技术可以通过例如可编程的电路(例如，一个或多个微处理器)来实现，其以软件和/或固件编程，完全以专用硬连线(即，不可编程)电路，或以组合或这些形式实现。专用电路可以是例如一个或多个专用集成电路(asic)、可编程逻辑器件(pld)，现场可编程门阵列(fpga)等的形式。
注意，上述任何实施例可以与另一个实施例组合，除了以其他方式说明的范围之外，或者任何这样的实施例在功能和/或结构上可能互相排斥。
虽然已经参考具体示例性实施例描述了本发明，但是将认识到本发明不限于所描述的实施例，而是可以在所附权利要求的精神和范围内进行修改和变更来实施。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。