专利名称：定位用户设备的方法和服务器系统的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及基于位置的服务，更具体地，涉及确定Wi-Fi接入点的位置和使 用这样的信息来定位支持Wi-Fi的设备的方法和系统。
背景技术：
近年来，移动计算设备的数目大量地增加，导致需要更先进的移动和无线服务。移 动电子邮件、walkie talkie(双向对讲机)服务、多人参加的游戏和呼叫跟随是在移动设 备上正在出现的新应用的例子。另外，用户正开始要求/寻求不单利用它们的当前的位置 而且还与其他人共享该位置信息的应用。父母亲希望跟踪他们的小孩，主管人员需要跟踪 公司的送货车的位置，以及商务旅行者要寻找最近的药房来配处方药。所有的这样的例子 需要个人知道他们自己当前的位置或其他人的位置。至今为止，我们都依靠问路，打电话给 某个人询问他们的行踪或让工人随时报告他们的位置。基于位置的服务是移动应用的新生领域，它使得新的设备具有计算它们当前的地 理位置以及把它报告给用户或服务的能力。这些服务的某些例子包括本地天气、交通更新、 驾驶导向、儿童跟踪仪、约会伙伴寻找和城市管家服务。这些新的位置敏感的设备依靠各种 各样的技术，但这些技术都使用相同的一般原理。使用来自于已知参考点的射频信号，这些 设备可以在数学上计算用户相对于这些参考点的位置。这些方法中的每一种所具有的长处 和短处都取决于它们所利用的无线电技术和定位算法。由美国政府运行的全球定位系统(GPS)操纵几十个轨道卫星作为参考点。这些卫 星广播无线电信号，由GPS接收机接收。接收机测量该信号到达接收机所花费的时间。在接 收来自三个或多个GPS卫星的信号后，接收机可以三角测量它在地球上的位置。为了使系
6统有效地工作，无线电信号必须在接收时没有干扰或只有很少的干扰。天气、建筑物和树叶 可能造成干扰，因为接收机需要到三个或多个卫星的清晰的视线。干扰也可能是由被称为 多径的现象造成的。来自卫星的无线电信号从物理结构反弹，造成来自同一个卫星的多个 信号在不同的时间到达接收机。由于接收机的计算是基于信号到达接收机所花费的时间， 因此多径信号使得接收机发生混乱，造成大的误差。蜂窝塔三角测量是使用无线和蜂窝载波来确定用户或设备位置的另一种方法。无 线网和手持设备互相通信，以便共享网络可以用来计算设备的位置的信号信息。这个方法 原先被看作为GPS的优秀的模型，因为这些信号不需要到测绘点的直达线路，它可以较好 地穿透建筑物。不幸的是，由于蜂窝塔硬件的异构性加上多径信号的问题以及在安放蜂窝 塔时的非均勻性，这些方法证明不是最佳的。辅助GPS是较新的模型，它结合GPS和蜂窝塔技术，为移动用户产生更精确的和 可靠的位置计算。在这个模型中，无线网试图通过发送有关GPS卫星的时钟偏移和根据所 连接的蜂窝塔的位置的用户的大致位置的信息，帮助GPS改进它的信号接收。这些技术可 以帮助GPS接收机应对在室内收到的较弱信号，并帮助接收机更快地“固着”到最接近的卫 星，提供更快的“第一读数值”。这些系统受慢响应时间和不良精度的困扰一在闹市区域大 于100米。最近开发了某些替换模型，尝试和解决在GPS，A-GPS和蜂窝塔定位方面的已知问 题。其中之一，被称为TV-GPS，利用来自电视广播塔的信号。(例如，参阅Muthukrishnan， Maria Lijding,Paul Havinga,"Towards Smart Surroundings :Enabling Techniques and Technologies for Localization，，，Lecture Notes in Computer Science, Volume 3479, Jan 2Hazas, M. , Scott, J. , Krumm, J. :‘‘Location-Aware Computing Comes of Age，，，IEEE Computer, 37 (2) :95_97，Feb 2004005, Pa005, pp. 350-362.)这个构思依赖于这样的事实， 大多数城市区域具有3个或多个电视广播塔。专用硬件芯片接收来自这些不同塔的电视信 号并使用这些塔的已知位置作为参考点。面对这个模型的挑战是新的硬件接收机的花费和 使用这样一小组参考点的限制。例如，如果用户在塔的边界以外，则系统具有提供合理精度 的困难时间。经典的例子是沿海岸线的用户。由于在海洋中没有电视塔，因此在参考点之 间无法提供参考对称性，导致计算定位限于内陆用户。Micosoft公司和Intel公司(经由被称为PlaceLab的研究小组)开发了 Wi_Fi 定位系统，使用从业余扫描器(被称为“wardrivers”)获取的接入点位置，这些扫描器将它 们的Wi-Fi扫描数据提交给公共社区网站。(例如参阅LaMarCa，A.等，“Place Lab :Device Positioning Using Radio Beacons in the wild，，。)例子包括 WiGLE, Wi-FiMaps. com, Netstumbler. com和NodeDB。Micosoft和Intel开发了它们自己的客户软件,这些软件利 用这个公共wardriving数据作为参考位置。因为个人自愿提供数据，所以系统遇到许多性 能和可靠性问题。首先，在数据库上的数据不是同时的；某些数据是新的，而其它部分有3 到4年了。接入点位置的年龄是重要的，因为过时的接入点可能移走了或者离线了。第二， 数据是通过使用各种硬件和软件配置获取的。每个802. 11无线电设备和天线具有不同的 信号接收特性，影响着信号强度的表示。每个扫描软件实施方案在不同的时间间隔期间以 不同的方式扫描Wi-Fi信号。第三，用户供给的数据受到主干线偏向的影响。因为数据是由 没有遵循设计扫描路线的个人自己报告的，所以数据往往集中在交通繁忙区域。主干线偏向造成最终得到的位置偏向主干线，而不管用户当前位于什么地方，造成很大的精度误差。 第四，这些数据库包括被扫描的接入点的计算出的位置，而不是由802. 11硬件得到的原始 的扫描数据。这些数据库中的每个数据库不同地计算接入点位置，并且每个用初步的加权 平均公式。结果是许多接入点被表示为远离它们的实际位置，包括某些接入点被错误地表 示为好像它们是在水中那样。已经有许多针对室内使用的商用Wi-Fi定位系统。(例如参阅KaVitha Muthulcrishnan,Maria Lijding,Paul Havinga,"Towards Smart Surroundings :Enabling Techniques and Technologies for Localization，，，Lecture Notes in Computer Science,Volume 3479,Jan 2Hazas,M. ,Scott,J. ,Krumm,J. "Location-Aware Computing Comes of Age", IEEE Computer, 37 (2) :95_97，Feb 2004 005，Pa005, pp. 350-362.)这些 系统被设计成解决在受控环境内，如在公司场所、医院设施或购物广场内寻找跟踪贵重物 品和人。经典的例子是可以监视应急车在医院内的精确位置的系统，这样，当有心脏梗塞患 者时，医务人员不会浪费时间来寻找该设备。对于这些使用情形的精度要求是非常高的，典 型地要求1-3米的精度。这些系统使用各种不同的技术来精细调节它们的精度，包括对场 所的每平方英尺进行详细的地点勘查，以测量无线电信号传播。它们也需要恒定的网络连 接，以使接入点和客户无线电设备可以交换同步信息，类似于AGSP那样工作。虽然这些系 统对于这些室内使用情形变得更可靠，但它们在大范围部署时是无效的。不可能进行这种 在整个城市内需要的这种详细的地点勘查，对在整个市区内通过802. 11接入点的恒定通 信信道的依赖也无法达到这些系统所需要的程度。最重要的是，室外无线电传播大大地不 同于室内无线电传播，使得这些室内定位算法在大范围情景下几乎是无用的。有许多连同GPS位置读数一起记录802. 11信号的存在的、可用的802. 11位 置扫描客户端。这些软件应用被人工操作，产生读数的日志文件。这些应用的例子是 Netstumber, Kismet和Wi_FiFoFum。某些业余爱好者使用这些应用来标记它们检测的 802. 11接入点信号的位置并且互相共享这些位置信息。该数据的管理和信息的共享都是人 工完成的。这些应用对于接入点的物理位置不进行计算，它们仅仅标记接入点被检测到的 位置。底层定位系统的性能和可靠性是任何基于位置的服务的成功部署的关键推动力。 性能是指系统对于给定的使用情形达到的精度水平。可靠性是指达到想要的性能水平的时 间的百分数。
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权利要求
一种定位具有Wi Fi无线电部分的用户设备的方法，包括提供有关目标区域内的Wi Fi接入点的Wi Fi接入点信息的参考数据库；响应于确定具有Wi Fi无线电部分的用户设备的位置的用户应用请求，从该Wi Fi设备的范围内的Wi Fi接入点接收消息，每个消息标识发送该消息的Wi Fi接入点；确定由所述Wi Fi无线电部分接收的消息的属性；访问所述参考数据库，以得到有关所识别的Wi Fi接入点的信息；根据经由接收的消息识别的Wi Fi接入点的数目，从多个位置确定算法中选择相应的位置确定算法，所述选择的算法适合于所识别的Wi Fi接入点的数目；以及使用有关所识别的Wi Fi接入点的信息和所确定的所述接收的消息的属性以及所选择的位置确定算法来确定用户设备的位置。
2.根据权利要求1的方法，其中所述多个位置确定算法中的第一位置确定算法使用有 关所识别的Wi-Fi接入点的第一组信息，所述多个位置确定算法中的第二位置确定算法使 用有关所识别的Wi-Fi接入点的第二组信息，所述第一组信息不同于所述第二组信息。
3.根据权利要求1的方法，其中，有关所识别的Wi-Fi接入点的信息被过滤，以确定自 从有关Wi-Fi接入点的信息被包括到所述参考数据库中以来，相应的Wi-Fi接入点是否已 移动。
4.根据权利要求1的方法，其中所述参考数据库相对于用户设备本地放置。
5.根据权利要求1的方法，其中所述参考数据库相对于用户设备远程放置。
6.根据权利要求1的方法，其中所述用户设备的位置配有纬度和经度坐标。
7.根据权利要求1的方法，其中所述多个位置确定算法包括简单信号强度加权平均模型。
8.根据权利要求1的方法，其中所述多个位置确定算法包括最近邻居模型。
9.根据权利要求1的方法，其中所述多个位置确定算法包括三角测量技术。
10.根据权利要求1的方法，其中所述多个位置确定算法包括基于设备速度的自适应 平滑技术。
11.根据权利要求1的方法，其中位置确定算法的选择还基于发出定位请求的用户应用。
12.根据权利要求1的方法，其中，有关所述参考数据库的至少一个Wi-Fi接入点的信 息包括该Wi-Fi接入点的信号指纹信息，该信号指纹信息包括由该Wi-Fi接入点发送的消 息在相应的多个接收该消息的预期位置处的多个预期信号强度读取值。
13.根据权利要求12的方法，其中所述多个位置确定算法包括基于多于一个的Wi-Fi 接入点的信号指纹的技术。
14.根据权利要求13的方法，其中所述技术包括通过以下操作来确定位置 计算由所述Wi-Fi无线电部分接收的消息的信号强度；将计算出的信号强度与所述多于一个的Wi-Fi接入点的信号指纹信息的预期信号强 度进行比较，以找到与所述计算出的信号强度匹配最紧密的预期信号强度；以及基于对应于与所述计算出的信号强度匹配最紧密的预期信号强度的预期位置来确定 用户设备的位置。
15.根据权利要求1的方法，其中所述多个位置确定算法中的多于一个的位置确定算法被用于确定用户设备的位置。
16.一种定位具有无线信号接收机的用户设备的方法，包括提供目标区域内的无线信号站的位置的参考数据库；接收从该无线信号接收机的范围内的无线信号站发送的消息，每个消息标识发送该消 息的无线信号站；计算由该无线信号接收机接收的消息的信号强度；访问所述参考数据库，以得到所识别的无线信号站的位置；根据经由接收的消息识别的无线信号站的数目，从多个位置确定算法中选择相应的位 置确定算法，所述选择的算法适合于所识别的无线信号站的数目；以及使用所识别的无线信号站的位置和所述接收的消息的信号强度以及所选择的位置确 定算法来确定用户设备的位置。
17.根据权利要求16的方法，其中所述无线信号站是陆基设备。
18.根据权利要求17的方法，其中所述无线信号站用于向多个陆基无线电设备发送无 线信号且接收从多个陆基无线电设备发送的无线信号。
19.根据权利要求16的方法，其中，所识别的无线信号站的位置被过滤，以确定自从有 关无线信号站的信息被包括到所述参考数据库中以来，相应的无线信号站是否已移动。
20.根据权利要求16的方法，其中所述参考数据库相对于用户设备本地放置。
21.根据权利要求16的方法，其中所述参考数据库相对于用户设备远程放置。
22.根据权利要求16的方法，其中所述用户设备的位置配有纬度和经度坐标。
23.根据权利要求16的方法，其中所述多个位置确定算法包括简单信号强度加权平均 模型。
24.根据权利要求16的方法，其中所述多个位置确定算法包括最近邻居模型。
25.根据权利要求16的方法，其中所述多个位置确定算法包括三角测量技术。
26.根据权利要求16的方法，其中所述多个位置确定算法包括基于设备速度的自适应 平滑技术。
27.根据权利要求16的方法，其中位置确定算法的选择还基于发出定位请求的用户应用。
28.根据权利要求16的方法，其中，位置的参考数据库还包括至少一个无线信号站的 信号指纹信息，该信号指纹信息包括由该无线信号站发送的消息在相应的多个接收该消息 的预期位置处的多个预期信号强度读取值。
29.根据权利要求28的方法，其中所述多个位置确定算法包括基于多于一个的无线信 号站的信号指纹信息的技术。
30.根据权利要求29的方法，其中所述技术包括通过以下操作来确定位置计算由所述无线信号接收机接收的消息的信号强度；将计算出的信号强度与所述多于一个的无线信号站的信号指纹信息的预期信号强度 进行比较，以找到与所述计算出的信号强度匹配最紧密的预期信号强度；以及基于对应于与所述计算出的信号强度匹配最紧密的预期信号强度的预期位置来确定 用户设备的位置。
31.根据权利要求16的方法，其中所述多个位置确定算法中的多于一个的位置确定算法被用于确定用户设备的位置。
32.一种定位具有无线信号接收机的用户设备的方法，包括 提供有关目标区域内的无线信号站的无线信号站信息的参考数据库；响应于确定具有无线信号接收机的用户设备的位置的用户应用请求，从该无线信号接 收机的范围内的无线信号站接收消息，每个消息标识发送该消息的无线信号站； 确定由所述无线信号接收机接收的消息的属性； 访问所述参考数据库，以得到有关所识别的无线信号站的信息； 根据经由接收的消息识别的无线信号站的数目，从多个位置确定算法中选择相应的位 置确定算法，所述选择的算法适合于所识别的无线信号站的数目；以及使用有关所识别的无线信号站的信息和所确定的所述接收的消息的属性以及所选择 的位置确定算法来确定用户设备的位置。
33.根据权利要求32的方法，其中所述多个位置确定算法中的第一位置确定算法使用 有关所识别的无线信号站的第一组信息，所述多个位置确定算法中的第二位置确定算法使 用有关所识别的无线信号站的第二组信息，所述第一组信息不同于所述第二组信息。
34.一种Wi-Fi位置服务器系统，包括计算机可读介质上的描述至少一个目标区域的Wi-Fi接入点的信息的集合，该集合包 括该目标区域中的多个Wi-Fi接入点的信息，该信息包括用于相应的Wi-Fi接入点的识别 信息以及该相应的Wi-Fi接入点的计算出的位置信息，其中通过记录该Wi-Fi接入点周围 的不同位置上的该Wi-Fi接入点的多重读取值，使得该Wi-Fi接入点的位置计算减少计算 出的位置信息中的主干线偏向，从而获得所述计算出的位置信息；计算机实施的逻辑，用于接收所述目标区域中的Wi-Fi接入点的多组新发现的读取值 以及与探测到这些读取值的位置相对应的定位信息，还用于识别与所述读取值相对应的可 能错误的定位信息；和计算机实施的逻辑，用于基于所述读取值以及与这些读取值相对应的定位信息来确定 Wi-Fi接入点的位置信息，其中所述可能错误的定位信息被排除。
35.根据权利要求34的系统，其中所述目标区域的半径是数十英里的量级。
36.根据权利要求34的系统，其中所述目标区域中的多个Wi-Fi接入点包括该目标区 域中的基本所有的Wi-Fi接入点。
37.根据权利要求34的系统，其中所述信息的集合在基本整个目标区域内提供参考对 称性。
38.根据权利要求34的系统，其中用于识别可能错误的定位信息的逻辑包括信号集群 技术。
39.根据权利要求38的系统，其中所述信号集群技术包括 确定共享一个或多个相似信号特性的多个多重读取值；以及 将缺少所确定的相似性的读取值指定为可能错误的。
40.根据权利要求38的系统，其中所述信号集群技术包括基于所有新发现的读取值和定位信息，确定相应的Wi-Fi接入点的第一质心；以及 将第一质心与定位信息组中的定位信息之间的距离超过预定阈值的定位信息组和至 少一个读取值指定为可能错误的。
41.根据权利要求38的系统，其中所述信号集群技术包括 基于定位信息的年龄来确定加权的质心；以及将一个或多个质心与定位信息组中的定位信息之间的距离超过预定阈值的定位信息 组和至少一个读取值指定为可能错误的。
42.根据权利要求34的系统，还包括用于识别所述目标区域中在记录Wi-Fi接入点的 多重读取值期间遇到可能错误的定位信息的至少一个部分的逻辑。
43.根据权利要求34的系统，还包括用于识别所述目标区域中所述信息的集合缺少其 Wi-Fi接入点的计算出的位置信息的至少一个部分的逻辑。
全文摘要
本发明涉及定位用户设备的方法和服务器系统。该方法包括提供有关目标区域内的Wi-Fi接入点的Wi-Fi接入点信息的参考数据库；响应于确定具有Wi-Fi无线电部分的用户设备的位置的用户应用请求，从该Wi-Fi设备的范围内的Wi-Fi接入点接收消息，每个消息标识发送该消息的Wi-Fi接入点；确定由Wi-Fi无线电部分接收的消息的属性；访问参考数据库，以得到有关所识别的Wi-Fi接入点的信息；根据经由接收的消息识别的Wi-Fi接入点的数目，从多个位置确定算法中选择相应的位置确定算法，所述选择的算法适合于所识别的Wi-Fi接入点的数目；以及使用有关所识别的Wi-Fi接入点的信息和所确定的所述接收的消息的属性以及所选择的位置确定算法来确定用户设备的位置。
文档编号H04W64/00GK101980550SQ20101028417
公开日2011年2月23日 申请日期2005年10月28日 优先权日2004年10月29日
发明者法施德·阿里扎德-沙伯迪兹, 爱德华·詹姆斯·摩根, 迈克尔·乔治·谢恩, 鲁塞尔·吉普·琼斯 申请人:探空气球无线公司