CN103403571A

CN103403571A - 在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备位置的方法

Info

Publication number: CN103403571A
Application number: CN2012800101181A
Authority: CN
Inventors: A·斯考扎罗
Original assignee: Sisvel Technology SRL
Current assignee: Sisvel Technology SRL
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: WO2012114283A9; EP2678706A1; TWI484844B; TW201240504A; US9775053B2; CN103403571B; KR101895293B1; EP2678706B1; JP6238446B2; US20130310073A1; WO2012114283A1; KR20140015389A; JP2014511488A

Abstract

本公开涉及在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备位置的方法。描述了一种用于在包括具有至少一个接入点（3）的无线网络（1）的环境（2）中定位无线设备（7）的位置的方法，其中所述方法包括以下步骤：由所述无线设备（7）接收由所述至少一个接入点（3）发送并且包括用于连接到所述至少一个接入点（3）的基本信息的射频信号（10），其中所述射频信号（10）包括关于位于所述环境（2）中且未连接到所述无线网络（1）的至少一个电子射频设备（5）的地理位置的地理信息（20）。

Description

在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备位置的方法

技术领域

本发明涉及用于在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法。

更特别地，本发明涉及用于在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法，其中在所述环境中卫星定位信号，尤其是GPS定位信号，不可用或者提供差的覆盖率。

背景技术

基于可以通过在设备本身当中建立的射频阅读器和以固定或已知方式在环境中布置的多个射频标识符，或者说RFID标签，获得的信息定位设备位置的方法与系统在本领域中是已知的，不管设备是固定的还是移动的。

基于来自射频标识符的信号的三角剖分，设备的位置可以用可变的准确度来确定，其中信号是由单义序列号识别的，其确切位置必须先验得知。

因此，这种射频标识符的位置必须事先由设备通过对数据库的访问获得，这种访问可以通过任何类型的连接，例如，通过轮询HTTP服务。

作为一种备选方式，关于标识符的位置的数据可以通过有线连接或存储卡预先加载到设备中。

但是，这种现有技术的系统遭受一些缺陷。

一方面，轮询数据流必然需要到允许对其进行访问的网络的连接，不管是局域网还是广域网，其结果产生的问题是定位设备的网络认证。

还有必要知道或者找出关于射频标识符的位置的信息可用的URL地址。

此外，要定位的设备所生成的流量与由其它系统，例如，像膝上型电脑和智能电话的其它Wi-Fi设备，交换的正常流量发生竞争。

第二方面，在存储器预先加载数据的情况下，尽管以上的问题不会发生，但是，存在关于信息上载和设备必须位于众所周知而且不是无法预料的环境中的缺陷。

事实上，必须考虑要定位的设备也常常要为紧急情况设想（例如，进入充满烟的环境中的消防队员），而且定位发生紧急情况的环境所需的数据必须事先存储在救援人员的个人定位设备中或者可以在救援人员进入该环境时存储在其中是不可想象的。

国际专利申请号WO2010/004081关于用于在大型建筑物中定位设备的方法与系统，其中在该建筑物中接收不到GPS定位信号。该方法提供检测由至少一个接入点周期性地明文发送的、设备可以接收的信号，或者“信标”，并且检索所述信标中所包含的关于该接入点的位置信息。信标结构在IEEE802.11标准及其随后的修改中定义。可选地，接入点的MAC（“介质访问控制”）地址可以在信标中读取，然后，这种MAC地址用于在数据库中读取所关联的接入点的地理位置。

但是，以上所提到的国际专利申请中所描述的系统遭受系统的准确度基本上依赖于设备可接收的信标个数的缺陷。事实上，为了获得高度准确的设备位置，有必要进行信号的三角剖分或者几何计算。为了更好的准确度，需要增加无线接入点的个数：这将需要高硬件成本而且将造成资源的浪费。数据库访问备选方案是不利的，因为它需要在紧急情况下可能不可用或者不可行的数据连接。

以上所提到的国际专利申请中所描述的方法的另一个缺陷是，除非接入点被卸掉又重新安装或者附加的接入点添加到无线网络，否则它不可能以简单经济的方式改变环境中地理参考点的位置。

发明内容

因此，本发明的一个目标是提供在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法，该方法允许高度准确地定位无线设备。

本发明的另一个目标是提供在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法，该方法允许以低成本定位无线设备。

本发明的另一个目标是提供在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法，该方法允许以简单快速的方式组织定位点的网络，其中定位点可以由所述无线设备用于找出其自己的位置。

如在所附权利要求中阐述的，本发明的这些及其它目标是通过用于在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法实现的，其中权利要求是本描述的一个组成部分。

本发明还涉及实现根据本发明的方法的无线设备、无线网络的接入点、由接入点发送的射频信号及用于定位无线设备的系统。

简而言之，根据本发明的方法提供在由无线网络覆盖的环境中布置多个未连接到所述无线网络的单元（element），更特别地是多个射频标识符，或者说RFID标签。

关于未连接到所述无线网络的所述标识符中每一个的地理信息都输入到信标中或者输入到任何广播信道中，该信标被无线网络的接入点周期性地发送，以便允许连接到该无线网络。

例如，所述地理信息可以输入到由IEEE802.11标准提供的数据字段“供应商特定信息”（VSI）。这种地理信息包括可以由无线设备用于找出其自己在环境中的绝对位置的信息，例如，像单元标识符、纬度、经度、高度、建筑物名称或编号、楼层、房间等。

因而，无线设备可以定位其自己在环境中的位置，而不需要向网络认证，而且可以使用多种地理信息，从而允许其非常精确地定位其自己的位置。

本发明的更多特征在所附权利要求中阐述，该权利要求是本发明的一个组成部分。

附图说明

通过对附图的特别参考，以上目标将从以下对用于在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法的具体描述变得更加显然，附图中：

图1是包括具有至少一个接入点的无线网络的环境的图；

图2是根据本发明的方法所使用的无线网络的信标的图。

具体实施例

参考图1和2，示出了环境2的图，环境2包括：具有至少一个接入点3的无线网络1；未连接到所述无线网络1的至少一个射频设备5；及无线设备7。无线设备7包括至少用于在所述无线网络1中接收数据的装置，而且可以包括例如移动电话、智能电话、个人数字助理（PDA）、移动电话与PDA的组合、计算机、膝上型电脑等。

接入点3是允许对无线网络1进行访问并且周期性地以明文发送射频信号，或者信标10，的设备，其中信标10包括允许无线设备7连接到其并由此连接到无线网络1所必需的基本信息。

例如，根据IEEE802.11标准，信标10是以规律的间隔，例如，每100ms，发送的，而且包括一些强制信息和其它可选信息。

因此，为了接收信标10，没有必要让无线设备7向无线网络1进行认证。

射频设备5没有连接到无线网络1而且是作为不依赖于无线网络1的射频单元提供的。射频设备5可以是使用与无线网络1的频率不同频率的设备，而且可以是例如RFID转发器，不管是有源还是无源类型，该RFID转发器都包括存储器装置6，射频设备5的单义标识符可以事先存储在该存储器装置6中。

基于定位未连接到无线网络1的射频设备5的地理位置，由接入点3发送的地理信息20包括可以由无线设备7用于找出其自己在环境2中的地理位置的信息；所述地理信息20包括例如射频设备5的标识符；定位未连接到无线网络1的射频设备5的地理位置的纬度、经度、高度、建筑物名称或编号、楼层、房间等。

根据本发明的方法提供把未连接到无线网络1并且在由无线网络1覆盖的环境2中定位的至少一个电子射频设备5的地理信息输入到由至少一个接入点3发送的信标10中。例如，所述地理信息由合适的软件输入到信标中。例如，并且特别参考图2，根据IEEE802.11标准及其随后的修改，所述地理信息可以输入到信标中称为“供应商特定信息”（VSI）的数据字段中。

VSI数据字段可以包含高达最大252字节的信息。对于未连接到无线网络1的每个射频设备5，所关联的地理信息可能需要例如21至28个字节。因此，关于9-12个射频设备5的地理信息20可以在同一个信标10中发送。

VSI数据字段是由“单元ID221”识别的并且包括以下字段：“单元ID”（一个字节）、“长度”（一个字节）、“OUI”或“组织唯一标识符”（三个字节）、“VSI内容”（最大252个字节）。

OUI数据字段识别制造商或者有可能由其所参考的信息单元所提供的服务类型。

为了发送更多的地理信息，可以把更多的VSI数据字段添加到同一个信标10中，或者把地理信息再分成两个或者多个信标10。由于一般来说一个信标10和下一个信标10之间的时间间隔是大约100ms，因此有可能每秒钟发送关于90-120个射频设备5的地理信息。

例如，VSI数据字段的“VSI内容”可以包含关于未连接到无线网络1的电子射频设备5的地理信息的以下数据；

-射频设备5的标识符（8-12个字节）；

-纬度（4个字节）；

-经度（4个字节）；

-高度（2-4个字节）；

-建筑物标识符（1个字节）；

-建筑物编号（1个字节）；

-房间号（1-2个字节）；

有利地，无线设备7不需要发送任何数据也不需要解码任何加密的数据包。必须由无线设备7分析的信标10只是由一个或多个预定OUI数据字段识别的、包含VSI数据字段中所包含信息单元的那些信标。

可以预期使用两个或多个不同的OUI数据字段来向无线设备7指示下一个信标10包含关于未连接到无线网络1的其它射频设备5的信息，或者该信息是完整的。

无线设备7可以持续地或者为了节省能量而以规律的和可变的间隔监听信标。

位于环境2中并且从一个或多个射频设备5接收无线电信号的无线设备7可以基于包含在信标10中的对所述射频设备5的位置的了解并基于由无线设备7接收和由射频设备5发送的无线电信号来估计其自己的位置，还有可能通过任何已知的技术基于无线电信号，例如，通过对这样获得数据应用三角剖分系统，估计它们彼此之间的距离。以这种方式，无线设备7可以基于从至少一个射频设备5接收到的无线电信号并且基于由至少一个接入点3发送的信标10中所包含的地理信息20计算其自己的位置。

在本发明的一种优选实施例中，未连接到网络的射频设备5是无线RFID转发器，只要当无线设备7与其紧邻时，该转发器才电磁通电。

给定无源RFID转发器的低成本，被无线网络1覆盖的环境2可以散布非常大量的转发器5，从而在无线设备7的定位中提高准确程度。

根据以上描述，本发明的特征及其优点是显而易见的。

用于在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法的第一个优点是无线设备的位置是以与现有技术相比而言增加的准确度确定的。实际上，根据本发明的方法使用非常便宜而且因此可以在无线网络覆盖的环境中大量散布的电子单元，例如无源RFID转发器。所述单元的数量越大，无线设备可以用来确定其自己位置的信息就越多，例如通过已知的三角剖分方法，由此提高了定位的准确度。

根据本发明的方法的第二个优点是由未连接到无线网络的射频设备创建的地理信息点的网络可以非常容易地修改。为此，实际上，通过在其中包含未连接到无线网络的射频设备的新地理信息来修改信标的信息内容就足够了。因此，对本地网络（无线的或者有线的）不需要修改。

根据本发明的方法的另一个优点是定位射频标识符（并且由此通过三角剖分定位无线设备）所必需的数据可以容易快速地广播，而不需要无线设备事先知道。

本发明的另一个优点是，为了识别和认证其自己，不需要无线设备获得对无线局域网的访问。

本发明的另一个优点是关于未连接到网络的射频设备的地理信息的广播减小到为确定无线设备位置所需的最小时间并且避免了一对一通信协议的开销；无线设备仅仅是监听广播发送而不需要对其应答，从而节省了能量。

本发明的另一个优点是，在紧急情况下，救援人员一处于无线网络的接入点的到达范围内，所广播的数据就可以由救援人员获得。

根据本发明的方法还有另一个优点是接入点与无线网络保持与IEEE802.11标准兼容，例如，具有“g”和“n”版本的变体。

在不背离该发明性构思的新颖主旨的情况下，在此通过例子描述的用于在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法可以有许多可能的变体；而且，很清楚，在本发明的特定实现中，所说明的细节可以具有不同的形状或者利用其它技术上等效的单元代替。

例如，除了以上已经提到的信息，用于定位未连接到无线网络的射频设备的其它附加或备选信息可以如下：

-公寓、楼层、街道、街道号、城市、国家；

-建筑物、区、过道、架子、搁板；

-大厅、行、列、台子；

-区、行、列、座位；

-有效周期/到期日期；

-响应信号的最大功率、随着距离变化所预期的功率变化；

-标签/天线朝向、对应凸角的形状与方向；

-最大/最小接收距离；

-障碍物、不可逾越的限制、危险（电、化学、生物等）、逃生通道、门、楼梯。

例如，地理信息可以压缩和/或加密和/或受纠错码，例如MD5，保护。

例如，尽管所述方法已经在此参考在IEEE802.11标准中定义的技术进行了描述，但是它还可以与其它标准一起使用，例如LTE或UMTS，其规范是由3GPP组织定义的。特别地，这些后来的LTE或UMTS标准在广播消息中包括可以按与IEEE802.11标准的VSI单元相同的方式使用。

例如，对于广播信道，3GPP-LTE标准的TS36.331规范或3GPP-UMTS的TS25.331规范规定，称为“SystemInformationBlockType10”或“SystemInformationBlockType12”的信息字段要用于广播信息，包括通用的字节串，这些信息可以在紧急情况下使用。

因此，很容易理解，本发明不限于用于在包括具有至少一个接入点的无线网络的环境中定位无线设备的位置的方法，而是在不背离该发明性构思的新颖主旨的情况下可以有许多修改、改进或等效部件的替换，如在以下权利要求中清楚地规定的。

Claims

1.一种用于在包括具有至少一个接入点（3）的无线网络（1）的环境（2）中定位无线设备（7）的位置的方法，其中所述方法包括以下步骤：由所述无线设备（7）接收由所述至少一个接入点（3）发送并且包括用于连接到所述至少一个接入点（3）的基本信息的射频信号（10），其特征在于，所述射频信号（10）包括关于位于所述环境（2）中且未连接到所述无线网络（1）的至少一个电子射频设备（5）的地理位置的地理信息（20）。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述无线设备（7）可以基于从所述至少一个射频设备（5）接收到的无线电信号和基于所述地理信息（20）计算其自己的位置。

3.如权利要求1或者2所述的方法，其中所述射频设备（5）是RFID转发器。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述RFID转发器是无源类型。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述地理信息（20）再分成至少两个所述射频信号。

6.如前面权利要求中一项或多项所述的方法，其中所述射频信号（10）包括与IEEE802.11标准兼容的数据包。

7.如权利要求6所述的方法，其中所述地理信息（20）包含在所述数据包的至少一个VSI数据字段中。

8.如权利要求1至5中一项或多项所述的方法，其中所述射频信号（10）包括与3GPP-LTE标准的TS36.333规范或者与3GPP-UMTS标准的TS25.331规范兼容的数据包。

9.如权利要求8所述的方法，其中所述数据包包括在“系统信息块”消息中。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述地理信息（20）包括以下单元中的一个或多个：所述射频设备（5）的标识符、纬度、经度、高度、建筑物、楼层、房间。

11.如权利要求1所述的方法，其中所述电子射频设备（5）包括存储所述射频设备（5）的所述标识符的存储器装置（6）。

12.一种无线设备（7），包括用于实现如权利要求1至10中一项所述的方法的装置。

13.一种运行在环境（2）中的无线网络的接入点（3），包括用于发送包括用于连接到所述接入点（3）的基本信息的射频信号（10）的装置，其特征在于，所述接入点（3）包括用于把关于位于所述环境（2）中且未连接到所述无线网络的至少一个电子射频设备（5）的地理位置的地理信息（20）输入所述信号中的装置。

14.一种由位于环境（2）中的接入点（3）发送的、用于允许无线设备（7）连接到所述接入点（3）的射频信号，其特征在于，所述射频信号包括关于位于所述环境（2）中且未连接到所述无线网络（1）的至少一个电子射频设备（5）的地理位置的地理信息（20）。

15.一种用于定位无线设备（7）的位置的系统，包括：

-具有至少一个接入点（3）的无线网络（1），接入点（3）发送包括用于连接到所述至少一个接入点（3）的基本信息的射频信号（10），所述接入点包括用于把关于至少一个电子射频设备（5）的地理位置的地理信息（20）输入所述射频信号（10）的装置，而且所述无线设备（7）包括用于接收所述射频信号（10）的装置；

-位于所述环境（2）中且未连接到所述无线网络（1）的至少一个电子射频设备（5），包括存储单义标识符的存储器装置（6）。

16.如权利要求15所述的系统，其中所述无线设备（7）可以基于从所述至少一个射频设备（5）接收到的无线电信号和基于所述地理信息（20）计算其自己的位置。