用于无线网络的协同定位的制作方法

专利名称：用于无线网络的协同定位的制作方法
用于无线网络的协同定位
相关申请
这 <分申^青要求2006年10月25日以 "COOPERATIVE LOCALIZATION FOR UWB NETWORKS"为题申i青的美国专利 临时申请第60/854,393号的利益。上述申请的全部教导在此通过 引证被并入。
背景技术：
位置i人知才支术有才艮本改变计算、网全各月良务、传感器网络和许 多其它商业、军事和社会应用的潜能。定位可能用来寻找无线电 装置在网络中的位置。所述的网络可能包括若干无线电装置(一皮 称为代理)和若干支撑点。支撑点(例如，网络基站)通常可能有一 些它们在网^各内的位置的信息，而代理通常可能有一点点或没有 它们在网络内的位置的信息。
用来确定4戈理在网全各中的位置的一种已知4支术是集中式定 位。在集中式定位中，网络的每个节点(例如，支撑点和代理)将 它收集的相对定位测量结果发送到中央处理器。中央处理器可能 使用乂人每个节点获得的 一组测量结果确定网全各中所有节点的位 置，举例来说，通过在那组测量结果上4吏用优化函凄t。
大多翁:玉见在的定4立方法利用另 一种已知的一皮称为非协同定 位的定位:技术。在非协同定位方法中，没有^理之间的沟通；只 存在代理和支撑点之间的沟通。在定位过程中，代理为了确定它的位置可能需要在与多达三个支撑点沟通的范围内。因此，为了 使代理给它自己定位，可能需要使用若干支撑点，保证每个代理 有机会存耳又足够的ft据确定它的位置。因此，为了给所有的代理 定位，非协同定位可能需要高密度的支撑点或长距离高功率的支 撑点传输。
第三种已知的定位冲支术是协同定位。在协同定位中，代理之 间的沟通^皮允许，乂人而除去对所有的代理在多个支撑点的通信范 围内的需求。因此，代理可能为其它的代理充当虚拟支撑点。因 为每个代理都有较多的可用信息，所以协同定位可能提供较高的 准确性和较大的覆盖范围。

发明内容
虽然现有#支术的协同定位方法々是供超越当前的集中定位和 非协同定位方法的进步，^f旦是这些现有^支术的协同定位方法仍然 包括若干不足。现有4支术的协同定位方法通常只允许单 一位置估 计从节点到节点交换。单 一估计的使用可能将不准确性带入到定 位计算中。此外，现有^支术的协同定位方法只利用对称的^t据组， 例如，节点到节点的距离判断。现有4支术的协同定位方法还要求 网络中所有的节点都是同种的，在这种情况下处理信号度量(例 如，收到的信号强度)可能被节点在与等同类型的其它节点的沟 通中获得。另外，在现有技术的协同定位方法中，每个节点使用 相同的程序或算法估计信号度量通常是必要的，借此使每个节点 包括同 一 的石更件和寿欠件能力成为必需的。
在本发明的范例实施方案中，通过允许代理和支撑点传输其 可能位置的概率，利用协同定位技术获得代理在网络系统中的可 能位置分布。在本发明的实施方案中，异种节点和异种处理方法 可能^皮用来处理对称的和非对称的数据组，这可能大大#是高定位能力。在本发明的另一个实施方案中，因数图表理论可能用来研 发全面协同定位方法以确定网络中所有节点的估计位置。
在本发明的实施方案中，描述了在无线网会各中自动识别无线 电装置位置的系统和对应的方法。该系统可能包括配置成计算代 表无线电装置在无线网络内的至少一个可能位置的分布的至少 一个转换信念的计算单元。至少 一个转换信念可以是与无线电装 置收到的来自至少一个其它无线电装置的无线电信号相关联的 任意信号度量的函数。分布可以是概率密度或质量函数。该系统 可以进一步包4舌配置成随着至少一个專争换信念变化确定自身信 念的信念确定单元和配置成随着自身〗言念变4匕识别自己在无线
网乡备内的^f立置的i口、别单元。
无线网全备可以是随时间改变的。具体i也i兌，至少多个其它无 线电装置的子集可以相对于多个其它无线电装置的至少一个其 它子集是移动的，而且各自的估计单元、转换单元、信念确定单 元和识别单元可能一皮进一步配置以解决移动性。
多个其它无线电装置的至少子集的各自的估计单元可以净皮 配置以估计第一类型的任意信号度量，而多个其它无线电装置的 至少一个其它子集的各自的估计单元可能被配置以估计第二类 型的任意信号度量。任意信号度量可以是所述的无线电装置相对 于至少一个其它无线电装置的特性，而且该特性可能选自角度、 距离、连接性、位置、姿态、速度和角速度信息。与第一类型的 任意信号度量相对应的特性相对于与第二类型的任意信号度量 相对应的特性可以是非对称的。
转换单元可以被进一步配置以转换至少 一个信念，而确定单 元可以-敗配置成基于因数图解原则确定自身信念。转换单元也可 能被进一步配置成自己解决与估计任意信号度量有关的能力。确定单元可以净皮进一步配置以更新先前确定的自身4言念或 确定新的自身4言念。识别单元可以纟皮进一步配置成识别至少一个 其它无线电装置在无线网络中的位置。


通过下面结合附图举例说明的本发明的范例实施方案的更 具体的描述，上述内容将是显而易见的，在这些附图中相似的参 考符号在不同的视图中自始至终表示同一部份。这些附图不必依 比例绘制，而是把重点放在举例说明本发明的实施方案上。
图1和图2是依照本发明的范例定位方法和对应装置所应用 的环境的内务才喿作一匡图3A-3C是举例说明在无线电装置和至少一个其它无线电装 置之间的相对位置属性(ARP)范例的图表；
图4是表现图2所示网络的因数图范例的图表；
图5是在图2的节点中4吏用的范例^立置处理器的示意图；而
图6是依照本发明的范例实施方案描述协同定位方法的范例 操作的流程图。
具体实施例方式
本发明的范例实施方案描述如下。
图l提供以各种不同的移动装置或代理103a-103h为特色的使 用集中定位方法的户内环境100的平面图的范例。^理可能是， 举例来i兌，在4叟寻和才爰救任务期间与个别消防员相关耳关的无线电装置。该无线电装置可能是移动装置并因此有时位置是未知的。
无线电装置可能完全依靠"支撑点"(例如，无线4妄入点)105a-105c 和中央定位计算单元109来确定它们各自的^f立置。支撑点可能一皮 放在固定的已知位置。支撑点可以发送和接收来自附近代理的信 号来尝试根据距离(例如，从支撑点到代理的距离)的估计为各种 不同的^理4是供位置判断。支撑点也可以一皮配置成经由连4妻 107(该连^妻可以是无线连^妄)与中央定位计算单元109通4言。为了 使代理能够4昔助集中定位方法来确定它的位置，各种不同的支撑 点可能将收到的来自代理的信息发送到中央定位计算单元。该中 央单元109可能计算每个代理在无线网络中的估定的位置。虽然 集中定位方法可以用来提供可靠的位置判断，4旦是这个方法有要 求所有的计算在单一位置完成的不足。
图2举例说明利用非协同定位方法的网络范例。网络200包括 三个可以充当支撑点的网络基；也无线电收发才几站("基 站，，)(BTS3、 BTS4和BTS5)。网络基站或支撑点可以每个都有它 们各自4立置的知识。网会备也可以包4舌若干移动站(MS)，例如，可 以充当^理的移动电话(例如，MS1和MS2)。移动电话或代理可 以有一点点或没有它们各自^立置的^f言息。此外，4义理也可以是在 网络中到处移动的；因此，^理可能有可变的^f立置。人们应该领 会到支撑点和代理不分别局限于基站和移动电话，也可以是任何 形式的无线电装置，其中基站被包括在无线电装置的这一定义之 中，即使基站通常与网络是有线连接的。人们还应该领会到支撑 点和 理两者可以都是移动的。
在非协同定4立方法中，4戈理在确定它们的网络位置时只与支 撑点通信。举例来i兌，考虑代理MS1在网络中位于它只能与支撑 点BS3和BS5沟通的位置(即，代理MS1不在与支撑点BS4通信的 范围内)的情形。因此，在与支撑点BS3通信时，代理MS1可以获得来自支撑点的信息包(未展示)。在图2提供的范例中，与信息包
相对应的无线电信号可以将代理MS1的相对位置属性(ARP)估计 的信号度量提供给支撑点BS3。
4言号度量可以以一个或几个因凄t为基础，例如^氐达时间、 抵达时差、接收信号强度、抵达角度、多普勒频移和连接性。这 些信号度量可能提供关于相应的发射器和接收器之间的相对位 置(ARP)的信息。举例来说，为了估计距离的ARP,可能4吏用信 号度量抵达时间、抵达时差、往返飞行时间、接收信号强度和跳 变计数(hop-count)。为了估计角度的ARP，可能使用信号度量抵 达角度，或可能使用表示天线转向的信息。为了估计连接性的 ARP，可能使用信号度量接收信号强度(RSS)。
图3A-3C纟是供ARP信息的范例形式，该ARP信息可能描述连 接性(图3A;将代理MS 1的可能位置限制在圓盘的交叠区域内， 每个圆盘有以支撑点BS3和BS5为圓心的已知半径)、距离(图3B; 将代理MS 1的可能位置限制在圓的交叠圓周部分，每个圆分别有 以支撑点BS3和BS5为圓心的已知半径)或角度(图3C;将代理MS1 的可能位置限制在离开支撑点BS3或BS5的一组线上)。各种不同 的其它ARP可以是基于信号度量数据(例如，描述节点的位置、姿 态、速度和角速度信息的ARP)获得的。
距离的ARP是对称的。举例来说，从节点A到节点B的距离等 于从节点B到节点A的距离。角度和连接性的ARP可能是不对称 的，因为从节点A到节点B的角度或连接性可能不等同于从节点B 到节点A的角度或连接性。
在图2提供的范例中，接收信号强度的信号度量可以用来估 计^巨离的只于^尔的ARP。《会定ARP估计，代i理MSl可以确定它4立于距支撑点BS3在特定的距离或半径处。给定支撑点BS3提供的信 息，^理MS 1的可能4立置可以用虚线圓周201表示。
代理MS1从支撑点BS5获取距离信息，这样围绕BS5的虚线圆 周202就表示MS1相对于支撑点BS5所有的可能位置。因此，代理 MS1的真实位置可能被限制在两个虚线圆周201和202的交点上。 因此，这可能导致代理MS1的两个可能的位置203和205。因为代 理MS1不在三个支4掌点的通4言范围内，所以MSl不能够p舉一i也确 定它自己的位置。
因为代理MS2只在支撑点BS4和BS5的通信范围内，所以代理 MS2也可能无法唯一地确定它自己的位置。代理MS2的可能位置 207禾口209只于应于虚纟戋圓周206寺口208的交,泉。
另 一种确定无线装置位置的方法可以借助协同定位。在协同 定位中，^理可以通过交换它们的位置估计与支撑点和其它4戈理 通信。因此，代理可以作为虚拟支撑点。代理和支撑点可能被视 为节点，每个节点可能有能力与其它节点通信，而不管它们的类 型。代理之间的通信消除了对所有的代理都在一个或多个支撑点 的范围内的需求。
然而，现有4支术的切、同定位方法包^"若干不足。现有纟支术的 协同定位方法只允许每次发送一个位置估计。现有寺支术的协同定 位方法也受到限制，因为现有技术的方法只考虑到使用对称的 ARP(例如，基于距离的测量)。此外，现有4支术的协同定位方法 通常要求所有的网络节点是异种的，每个节点接收和发射导致同 一类型的ARP的信号。异种节点也需要相似的硬件和软件能力以 允许以相似的方式处理位置估计。在本发明的范例实施方案中，通过允许代理和支撑点传输描 述可能多个位置的概率特征的分布来利用协同技术获得代理在 网络系统中的可能位置。在本发明的实施方案中，信号度量可以
用来获得对称的和不对称的ARP。因此，依照本发明实施方案， 协同定位方法可能使用技术上已知的任何ARP而且不仅仅局限 于距离的ARP。人们还应该领会到技术上已知的任何信号度量和 ARP都可能#皮用在本发明的任何范例实施方案中。
在本发明的另 一个实施方案中，系统的节点可能是异种的， 因此允许每个节点通过利用可以是非对称的、数值不等的和属于 不同类型的ARP来估计位置。依照本发明的范例实施方案，网络 的异种节点也可能包括从一 节点到另 一 节点不同的硬件和软件 系统。在本发明的另一个实施方案中，因数图表理论可能用来研 发全面协同定4立方法以确定所有节点在网全各中的估计位置。
图4是举例说明表示图2所示网络的因数图解的顶视图。图5 代表在图2中的每个代理身上可以发现的位置处理器的示意图。 图6是举例说明可仿效的协同定位方法的可能的操作的流程图。 图4-6分别描述依照本发明的范例实施方案用于协同定位的数学 的、硬一件的和專tf牛的方法。
因数图解可以^是供了 一种直观的方式来表示和理解多变量 函数。因数图解可以将整体函数表达为因数的产物或局部函数。 通过举例说明哪个因数取决于哪个变量，因数解图展示整体函数 的变量如何通过分享的局部函数相互依赖的。
在本发明的范例实施方案中，因数图解可以是从在给定收集 的信号度量Z的情况下表示所有的节点在网络中的可能位置的接 合点经验概率分布p(Xi，...,XN i Z)中获得的，其中N等于网络中的 节点总数。接合点经验分布可以被表示成<formula>formula see original document page 14</formula>
其中Zj—i可能是节点i从节点j发射的信号获得的信号度量。函 数p(Zj —i I Xi,Xj)是取决于节点i和j的位置的信号度量的分布。
在获得结合点经验概率分布P(Xh...，XN I Z)的表达时，和-积
算法(SPA)(也被称为信念传播)可能被用在所产生的因数图解上 确定用于所有的节点i的边缘经验分布p(xi I Z)的近似值。这些边 缘经验分布近似值可以被网络中每个节点用来估计它自己的位 置Xi。边缘经验分布p(Xi I Z)的这些近似值也可能使用下面更详细 地描述的因数图解理i仑映射到实际网络。
在图4提供的范例中，图2所示的网络的五个节点BS3、 BS5、 BS4、 MS1和MS2可以分另'J与用方才匡403、 415、 411、 407和419 加亮的子曲线图相关耳关。节点MS1、 MS2、 BS3、 BS4和BS5的可 能位置可以#皮分别表示为标注X广Xs的因凄史图解的边缘。代理节 点MSl和MS2的可能位置(分别为Xi和X2)可以是由邻近节点发送 的信息提供的。获得可能位置的操作可以在因数图解400中用顶 点表示，下面将更详细地描述。
在本发明的范例实施方案中，协同定位方法的第 一才喿作可以 是设定网络中所有节点的信念初值(601)。在i殳定初值时，支撑点 和代理的信念可以被设定为等于它们各自的边缘先验分布p(Xi)。 边缘先验分布P(Xi)是变量Xj(节点i的可能位置)的函数。边缘先验
分布p(Xi)可以反映节点i在定位程序开始之前可能有的信息。用 于网络中每个节点BS3、 BS5、 BS4、 MS1和MS2的边缘先验分布 是分另'H乍为丁贞,泉401、 413、 409、 405禾口417冲示-主的。因为支撑点BS3、 BS5和BS4有它们各自的位置知识，所以这 些支撑点可以以狄喇克(Dirac delta )分布的形式将它们的信念初 值设定到先-验分布上。Dirac delta分布是为唯一的一个位置(该位 置对于相应的支撑点是已知位置)定义非零概率的函lt。人们应 该领会到在网络中可能有这样的支撑点，该支撑点可以总是没有 关于它们的^f立置的全部知识；因此，有关于其^f立置的部分知识的 支撑点的先验分布可以呈包括任意形状的分布形式。
代理MS 1和MS2可以以均匀分布的形式将它们的信念初值设
置有相等的概率值，因为代理最初可能没有关于它自己的位置的 知识。代理也可能有关于它们的位置的部分知识，借此使先验分 布有任意的形状。代理也可能有关于它们的位置的全部知识，这 将导致用Dirac delta分布定义的先马全分布。
人们应该领会到代理和支撑点可以有任何上述的分布和技 术上已知的任何其它分布。人们还应该领会到代理和支撑点不需 要全有相同的分布，因为可以有 一 些4戈理和和支撑点与其它的代^ 理和支撑点相比有较多的关于它们各自的位置的知识。
在一个实施方案中，在i殳定网络中所有的节点的信念初值之 时，重复凄t值可能^皮i殳定或确定(603)。重复婆W直可以定义协同定 位方法可能被网络中每个节点执行的次数。最大的重复数值"最 大(max)"可以^皮动态地设定成网络的运行时间。因此，网络 可以:故配置成坚持不懈i也追踪和确定与网络相关耳关的各种装置 的位置。人们应该领会到并非所有的节点都可以参加每次重复。
一旦重复已被定义，如果最大的重复价值'max'已经被到达， 系统可能频繁;也或连续i也监测重复"L"的当前j直以确定最大的 重复值"max"是否已达到(605)。如果确定最大的重复值"max"已达到，该定位系统可能一皮引向结束(607)。否则，网络中的节点 或节点系统可以继续重复协同定位(609)。首先，该系统可以被配 置成更新所有网络节点的自身信念(611)。自身信念的更新可能以 节点的移动性为基础，而且可以依靠技术上已知的任何技术，例 如，惰性测量单元或陀螺仪。代理和支撑点两者可以都有能力移 动。人们应该领会到在至少 一个实施方案中并非所有的网络节点 都一皮更新；所以，在这样的实施方案中每次只有某个节点子集祐L 更杀斤。因jt匕，分别才示注为顶点401、 413、 409、 405详口417的每个 节点BS3、 BS5、 BS4、 MS1禾口MS2的边纟彖先马全分布p(xi)可以一皮 适当地更新。
此外，在此期间，新的节点可以在进入网《各的时^f'矣^皮发现， 或当前的节点可以在离开网络时被发现，因此改变因数图解的配 置(例如，与进入网络的节点相对应的新的子曲线图可能#皮添加 到该因数图解中，或离开网络的节点的子曲线图可能^皮除去)。 因此，因数图解的拓朴可能在协同定位程序的有效期中自始至终 随着网络拓朴改变而改变。
接下来，所有的网络节点图解广播它们当前的自身信念 (613)。这广4番可以是与SPA的4吏用一起实现的。SPA可能是作为 传递因数图解的讯息应用的，以便获得用于每个网络节点的边缘 经验分布p(Xi I Z)的近似值。边缘经验分布(Xi I Z)可以用自身信 念b(Xi)近似。
举例来i兌，在图4所示的因^t图解中，支撑点BS3可以将它的 自身信念b(X3)421传输给代理MSl，因为代理MS1在支撑点BS3 的通信范围中。同样，代理MS1可以充当虚拟支撑点并且将它的 自身信念b(xi)423传输给代理MS2，因为代理MS1在代理MS2的通 信范围内。同样，代理MS2也可能充当虚拟支撑点并且将它的自 身信念b(x。 425传输给代理MS1。支撑点BS4在代理MS2的通信范围中并因此可能将它的自身信念b(x4)427传llT^H、理MS2。支 撑点BS5在只于^^里MS 1和^R理MS2两者的通4言范围中并因此可以 3夺它的自身4言念b(x5)428和429分另'H专车lr纟合^R^里MSl禾口^R^里MS2。
在与支撑点BS5相关联的子曲线图415中，等式顶点431可以 是在将自身信念发送给多个节点的时候使用的。同样，代理MS1 和MS2的子曲线图407和419也分别包括等式顶点431，因为那些 代理在与多个节点通信。
人们应该领会到节点可以在广播周期期间发送和接收多个 讯息包。举例来i兌，如果节点A估计往返时间的信号度量，节点 A可以将信息包发送给节点B ，而且节点B可以把信息包送回节点 A。
在每个网络节点广播自身信念之时，每个节点可以个别地使 用位置处理器500根据广播的信念计算新的自身信念。首先，节 点可以^昔助天线503^妻收来自其它网络节点的广4番信念501 (617)。每个节点可以在接收信念的节点的通信范围内接收来自若 干节点的若干广播信念505。
在收到来自邻近节点的信念之后，节点可以开始产生转换信 念的程序(619)。在产生转换信念的程序中，节点的位置处理器可 以4是供配置成4妄收一皮传IIH言念501的估计单元507,以Y更估计该节 点与至少一个其它网络节点有关的任意信号度量。任意信号度量 是可以属于任何类型或lt值的信号度量(例如，可以^吏用的信号 度量的类型不局限于对称的或同种的信号度量)。估计的任意信 号度量509可以是从至少 一个节点收到的信念信号的函数。
人们应该领会到如果任意信号度量已^皮同一传输节点从之 前的重复或在定4立禾呈序的开始之前估定，那么新的4壬意〗言号可以该领会到网络节点可能是异种
的，以致/人估定的信号度量获得的ARP估计可能乂人一节点到另一 节点4吏用不同的类型和/或教:值。
此外，网纟各节点也可以是异种的，以致每个节点可以4吏用不 同技术或程序估计信号度量。人们还应该领会到信号度量和ARP 可以是通过分4斤方法、It字方法或统计方法的 <壬 <可组合估计的。 人们还应该领会到每个节点可以独立于其它网纟各节点估计信号 度量。举例来i兌，节点A可以在不知道其它网纟各节点的一皮估计信 号度量情况下估计来自收到的讯息的信号度量。
一旦已经提供任意信号度量509,这个信号度量可以被传送 给转换单元511 ，以便根据已估计的任意信号度量509提供转换信 念513。每个网全各节点可以有多个估计和转换单元或可能一皮配置 成同时确定每个收到的输入信念501的转换信念513的计算单元 515。作为一K戈，估计和4争纟奂单元或计算单元515可以4皮配置成继 续确定每个收到的输入信念501的转换信念513。人们应该领会 到，从另一个节点转送的信念可能被当前节点用来估计若干信号 度量，后者可能依次用来描述若干APR。
转换信念的产生可以用图4估支数学解释。举例来说，在代理 MS1中，起因于从支撑点BS3传送给代理MS1的自身信念421的转 换信念的产生可以用顶点430表示。该SPA可以#皮配置成把所产 生的转换信念C3 —"x^432送到等式顶点431。同样，来自支撑点 BS5的被传输的自身信念428可以用来获得估计的任意信号度量 以产生用顶点433举例i兌明的转4奂4言念。然后，專争^^言念C5 — "Xi)434也可以被送到等式顶点431。最后，以被传输的自身信念 425为基础产生第三转换信念可以经由顶点435举例说明。所产生 的转换信念C2—"xJ436也可以借助SPA送到等式顶点431 。同样，对于代理MS2，转换信念的产生可以分别用顶点441、 437和439表示，从而导致转换信念d—2(x2)442、 C4—2(x。438和Cs -2(x2) 448。转换信念d—2(x2)442、 C4—2(X2)438和C"2(x。448可以 借助SPA送到子曲线图MS2的等式顶点431 。
转换信念的产生可以用下面的方程表示
c" cc何~—, I A,x》(")
其中Cj—i(Xi)是在当前节点i产生的转换信念，P(Zj —j I Xi，Xj) 是依据从节点j传输到当前节点i的信号提取的信号度量z」—i的分
布，和b^"(Xj)是节点j向当前节点i广播的自身信念。上述的积分 可以是对所有可能的Xj完成的多维积分。人们应该领会到转换信 念的产生可以是通过分析的、It字的或统计的整合方法的任何组
合完成的。人们还应该领会到转换信念可以顾及到与随着位置Xj 和Xj变化的估计信号度量Zj —i有关的任何不确定性和关于环境的
任何知识(例如，障碍的出现、信噪比低、信号强度弱、估算程 序固有的不确定性，等等)。人们应该领会到转换信念的产生可
以是通过分4斤方法、It字方法或统计方法的^壬〗可ia合完成的。
一旦所有的转换信念都被送到它们各自的节点的子曲线图
的等式顶点431,等式顶点431就可以估算每个转换信念。等式顶 点431可能自己考虑到不一致性，例如， 一个所产生的转换信念 的数值是否明显地不同于所产生的其它转换信念(621)。举例来 说，如果转换信念是从故障节点送出的被传输自身信念的结果， 那么这个自身信念可能偏移后续的定位计算。故障节点可以是以 低信噪比传输信号的节点、传输错误信息的节点数据或传输导致 位置判断非常不同于用从其它节点发来的信息获得的位置判断 的信息的节点。一旦转换信念已针对不 一致性被估定，用于每个节点的新的
自身信念就可以确定(623)。每个节点的位置处理器500可以4巴所 产生的转4奐信念513全部转发纟合信念确定单元517。信念确定单元 517可以通过考虑当前节点的边缘先验分布p(xO和所产生的转换 信念(它是在通信范围内从网络节点发来的自身信念的函数)产生 新确定的自身信念519。
新确定的自身信念519的产生可以是在考虑到居先确定的自 身信念的情况下完成的。换句话i兌，信念确定单元517可以利用 之前的重复确定的自身信念的记忆或知识从确定新的自身信念 519。利用记忆确定新的自身信念519可以用下面的/>式表示
其中b^(Xi)是在当前的重复L期间确定的节点j的自身信念， bo^)(Xi)是在之前的重复L-l中确定的自身信念，ri是节点i的那组 邻近节点，乂人那组邻近节点中节i已经选出一致的转换:信念，而 Cj—i(Xi)是用节点i发送给节点j的信号度量产生的转换信念。人们 应该领会到，新确定的自身信念519的产生也可能是在没有从之 前的重复确定的自身信念的记忆或知识的情况下完成的。在没有 i己忆的情况下产生新的自身4言念519可以用下面的7>式表示
其中p(xi)是当前节点的边缘先验分布。所以，边缘先验分布
可以用在不考虑之前产生的自身的系统中。人们应该领会到信念
确定单元517可以利用当前节点i的边缘先-险分布和之前产生的自 身信念。人们还应该领会到网络节点可以是异种的，其中一些节 点可以靠记忆产生新的自身信念，而其它网络节点可以不使用记忆产生新的自身信念。人们还应该领会到新确定的自身信念519 的产生不i仑有没有记忆都可以是通过分一斤方法、It字方法或统计 方法的任何组合完成的。人们应该领会到不是每个网络节点都需 要产生自身信念。举例来说，如果已经确定，某个节点有限定的 位置而且自之前的重复以来没有移动，则那个节点不需要更新它 的自身信念。
在确定新的自身〗言念之后，识别单元521可以用来估计自身 位置523(625)。估计的自身位置523可以是通过耳又已确定的可能呈 概率分布形式的自身信念的平均值、中值或众凄t确定的。网络节 点可能利用不同的方法估计自身位置523。
网络节点的位置处理器500也可以包括邻居识别单元527。邻 居识别单元527可以用来通过耳又邻近节点传l命的信念的平均值、 中值或众凄t估计通信范围内的节点位置。因此，网络节点的拓朴 图529可以产生，/人而将这种拓朴知识给与每个节点。这可能使 每个网络节点都有冲又使用完全的网络拓朴。该拓朴图可能一皮每个 节点用独立的数据包广播5 31 。人们应该领会到被传输的拓朴5 31 也可以是作为包含纟皮传l命的确定的自身4言念525的lt据包的一部 份组成的。人们还应该领会到网络节点可能使用不同的方法创造 拓朴图529。
人们还应该领会到每个节点产生的估计的信号度量可以拔: 供ARP,后者可能包括关于障碍的信息。障碍可能存在于网络节 点之间或周围。障碍的范例可以包括4旦不限于墙壁或建筑物。这 个信息也可能被用于产生网络拓朴和产生自身信念。上述的操作 615-625可以是在现在的重复期间针对网络中所有的节点完成的 (627)。 一旦才喿作615-625已经在所有的网纟备节点上完成，新的重 复可以^皮完成(629)。在新的重复期间，已确定的自身信念517可 以#皮更新，以Y更考虑到先前描述的移动性(611)。 一旦^皮更新，更新后确定的自身信念就可能^皮广播525，于是上述的纟乘作615-625 可能随后〗吏用更新后确定的自身信念纟皮完成。人们应该领会到不 是每个网络节点在所有的重复中都需要涉及。此外，节点可能不 参与重复中涉及的每个计算操作。
人们应该理解在此揭示的特定程序(例如，协同定位程序)可 以是在硬件、固件或软件中实现的。如果在软件中实现，该软件 可能纟皮储存在任〗可形式的计算才几易读的J 某体上，例如，随冲几存:f又 储存器(RAM)、只读存储器(ROM)、光盘只读存储器(CD-ROM), 等等。在运行时，通用或特殊应用处理器以:技术上4艮好理解的方 式装载和运行该软件。
虽然这项发明已经参照其范例实施方案,皮具体;t也展示和描 述，但是熟悉这项技术的人将理解在形式和细节方面各种不同的 改变可以在不脱离本发明的 一又利要求书所嚢4舌的范围的情况下 完成。
权利要求
1.一种用于无线电装置自己识别在无线网络中的位置的方法，该方法包括计算代表无线电装置在无线网络内的至少一个可能位置的分布的至少一个转换信念，所述的至少一个转换信念是任意信号度量的函数，所述的任意信号度量是与所述的无线电装置从至少一个其它无线电装置接收到的无线电信号相关联的；将自身功能确定为至少一个转换信念的函数；以及在无线网络内随着自身信念的变化识别自身位置。
2. 根据权利要求l的方法，其中无线网络的物理配置是随时间 改变的。
3. 根据权利要求l的方法，其中至少多个其它无线电装置的子 集相对于多个其它无线电装置的至少一个其它子集是移动 的。
4. 才艮据权利要求1的方法，其中至少多个其它无线电装置的子 集估计第一类型的任意信号度量，而且多个其它无线电装置 的至少一个其它子集估计第二类型的任意信号度量。
5. 根据权利要求4的方法，其中任意信号度量用来计算该无线 电装置与那至少一个其它无线电装置有关的特性，该特性选 自由角度、距离、连接性、位置、姿态、速度和角速度信息 所组成的组。
6. 根据权利要求4的方法，其中第一类型的任意信号相对于第 二类型的任意信号是非对称的。
7. 根据权利要求l的方法，其中转换至少一个信念和确定自身 信念以因图解原则为基础。
8. 根据权利要求l的方法，其中转换至少一个信念进一步包括 自己考虑到与估计任意信号度量有关的能力。
9. 根据权利要求l的方法，其中确定自身信念进一步包括更新 先前确定的自身信念或确定新的自身信念。
10. 根据权利要求l的方法，进一步包括识别那至少一个其它无 线电装置在无线网络中的位置。
11. 根据权利要求l的方法，其中分布是概率密度或质量函数。
12. —种用来自己识别无线电装置在无线网络中的位置的位置 指示器装置，该装置包括配置成计算代表无线电装置在无线网络内的至少一个可 能位置的分布的至少 一个转换信念的计算单元，那至少 一个 转换信念是与无线电装置收到的来自至少一个其它无线电 装置的无线电信号相关联的任意信号度量的函数；配置成将自身信念确定为那至少 一 个转换信念的函数的 自身〗言念确定单元；以及配置成随着自身信念的变化在无线网络内识别自身位置 的i口、别单元。
13. 4艮据4又利要求12的装置，其中无线网会各的物理配置是随时 间改变的。
14. 根据权利要求12的装置，其中至少多个其它无线电装置的 子集相对于多个其它无线电装置的至少一个其它子集是移 动的，其中各自的计算单元、自身信念确定单元和识别单元 — 皮进一步配置以解决移动性。
15. 根据权利要求12的装置，其中至少多个其它无线电装置的 子集的各自的计算单元被配置成估计第一类型的任意信号 度量，而且那至少一个其它无线电装置的至少一个其它子集 的各自的计算单元被配置成估计第二类型的任意信号度量。
16. 根据权利要求15的装置，其中任意信号度量测量无线电装 置关于那至少一个其它无线电装置的特性，该特性选自角 度、距离、连接性、位置、姿态、速度和角速度信息。
17. 根据权利要求15的装置，其中第一类型的任意信号相对于 第二类型的任意信号是非对称的。
18. 才艮据权利要求12的装置，其中转换单元一皮进一步配置成转 换至少 一个信念，而确定单元净皮配置成才艮据因凄t图解原则确 定自身信念。
19. 根据权利要求12的装置，其中计算单元被进一步配置成自 己解决与估计任意信号度量有关的能力。
20. 根据权利要求12的装置，其中确定单元被进一步配置成更 新先前确定的自身信念或确定新的自身信念。
21. 根据权利要求12的装置，其中识别单元被进一步配置成识 别至少一个其它无线电装置在无线网络中的位置。
22. 根据权利要求12的装置，其中分布是概率密度或质量函数。
23. —种在上面^f诸存电脑程序的电脑程序产品，该电脑禾呈序是用 指令定义的，这些指令在^皮无线网络中的无线电装置的处理器执行时导致处理器计算代表无线电装置在无线网络内的至少 一个可能位置 的分布的至少 一个转换信念，那至少 一个转换信念是与该无 线电装置收到的来自至少一个其它无线电装置的无线电信号相关联的任意信号度量的函数；将自身信念确定为那至少一个转换信念的函fc以及 随着自身信念在无线网络内改变识别自己的^f立置。
全文摘要
本发明提供一种使用协同定位技术自己识别无线电装置在无线网络中的位置的系统和对应的方法。该系统随着该无线电装置收到的来自无线网络中的至少一个其它无线电装置的信号的变化估计任意信号度量。该系统也可以转换表现至少一个其它无线电装置的至少一个可能位置的分布的至少一个信念以产生至少一个转换后的信念。该系统可以将自身信念进一步确定为那至少一个转换信念的函数并且随着自身信念在该无线网络内的变化识别自身位置。
文档编号G01S5/02GK101542310SQ200780043141
公开日2009年9月23日 申请日期2007年10月25日 优先权日2006年10月25日
发明者H·麦米尔施, J·利恩, M·Z·温 申请人:麻省理工学院