CN104113910B - 无线通信网络中的定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施方式涉及无线通信网络中的定位系统。提供用于确定目标设备在目标区域中的位置的机器、系统和方法。该方法包括：将传感器1至N放置于目标区域中，其中传感器在时间段期间对由目标设备发送且在传感器处捕获的数据帧的数目进行计数；为目标设备计算用于传感器1至N的相对捕获帧计数（RCFC）值；以及比较用于目标设备的计算的RCFC值与为目标区域中的多个采样点计算的预先存在的RCFC值以从多个采样点之中找到与用于目标设备的计算的RCFC值最相似的至少X个点。

Description

无线通信网络中的定位系统

技术领域

公开的主题内容总体涉及无线通信网络中的定位系统，并且更具体地涉及准确地确定无线通信设备在通信网络环境中的定位。

背景技术

已经实施不同方案以检测无线通信设备在无线通信网络（例如Wifi网络）中的定位。一种常见方式需要在目标设备上安装和激活软件应用以收集在设备上存储的位置数据。另一方式是捕获由Wifi网络中的一个或者多个通信中枢（例如路由器）提供的相关数据。

捕获的数据一般在Wifi网络中的一个或者多个点的一个或者多个信号的强度（例如接收信号强度指示符或者RSSI）或者与该强度有关。可以根据RSSI数据计算目标设备在网络中的位置。取回和使用RSSI数据可能需要来自系统管理员的准许并且因此可能繁琐。另外希望提高纯粹依赖于RSSI数据的定位系统的准确度。

发明内容

出于概括的目的，这里已经描述某些方面、优点和新颖特征。将理解可以未根据任何一个具体实施例实现所有这样的优点。因此，可以用如下发送体现或者实现公开的主题内容，该方式实现或者优化一个优点或者一组优点而未实现如这里可以教导或者提示的所有优点。

提供用于确定目标设备在目标区域中的定位的机器、系统和方法。在一个实施例中，该方法包括：将传感器1至N定位于目标区域中，其中传感器在一时间段期间对目标设备发送且在传感器处捕获的数据帧的数目进行计数；为目标设备计算用于传感器1至N的相对捕获帧计数（RCFC）值；以及比较用于目标设备的计算的RCFC值与为目标区域中的多个采样点计算的预先存在的RCFC值以从多个采样点之中找到与用于目标设备的计算的RCFC值最相似的至少X个点

根据一个或者多个实施例，提供一种包括一个或者多个逻辑单元的系统。一个或者多个逻辑单元被配置用于执行与以上公开的方法关联的功能和操作。在另一实施例中，提供一种包括计算机可读存储介质的计算机程序产品，该计算机可读存储介质具有计算机可读程序。计算机可读程序在计算机上被执行时使计算机执行与以上公开的方法关联的功能和操作。

以下参照附图除了某些备选之外还进一步具体提供以上公开的实施例中的一个或者多个实施例。然而公开的主题内容不限于公开的任何具体实施例。

附图说明

通过参照如以下提供的附图中的各图可以更好地理解公开的实施例。

图1图示根据一个或者多个实施例的示例网络环境，其中通信设备可以连接到无线网络。

图2是根据一个实施例的确定设备的近似定位的方法的示例流程图。

图3是根据一个实施例的确定设备的近似定位的方法的另一示例流程图。

图4A和图4B是公开的系统和方法可以在其中操作的根据一个或者多个实施例的硬件和软件环境的框图。

不同各图中的相同标号引用的特征、单元和方面代表根据一个或者多个实施例的相同、等效和相似特征、单元或者方面。

具体实施方式

在下文中，阐述许多具体细节以提供对各种实施例的透彻描述。无这些具体细节或者用一些细节变化仍可实现某些实施例。在一些实例中，用更少细节描述某些特征以免模糊其它方面。不应解释与单元或者特征中的每个单元或者特征关联的细节水平为限定一个特征比其它特征新颖或者重要。

参照图1，图示示例网络环境100，在该网络环境中，设备110优选地无线连接到网络（未示出）以与连接到网络的其它设备通信。根据一个实施例，可以使用从位于网络环境100中的多个传感器（例如S1、S2、S3、…）收集的信息来计算设备110在网络环境100中的物理定位。

参照图2，在一个实现方式中，传感器被配置用于通过网络中的一个或者多个通信信道（例如Wifi信道）从在设备110发送的分组之中对传感器接收或者捕获的分组数目进行计数（S210）。可以希望和可选地在一个或者多个传感器通过将用于设备110的CFC数目（在如传感器计数的具体时间段P中）除以传感器在相同时段P中为设备110计数的CFC之和来为设备110计算相对捕获帧计数（RCFC）（S220）：

例如，如果三个传感器S1、S2和S3位于网络环境100中并且为设备D1分别在每个传感器处测量三个CFC，从而CFCS1=4、CFCS2=10和CFCS3=6，则RCFCS1=4/20、RCFCS2=10/20和RCFCS3=6/20。因而可以计算用于设备D1的RCFC矢量为V={RCFCS1，RCFCS2，RCFCS3}={0.2，0.5，0.3}。

RCFC矢量提供在设备110与一个或者多个传感器之间的距离的指示，其中用于传感器的更大RCFC是在设备110与对应传感器之间的更短距离的指示。在以上场景中，矢量V例如举例说明设备110与S2最近并且与S1最远。为了基于设备110的RCFC矢量确定设备在网络环境100中的物理位置，可以使用经验系统、比如基于K最近邻居（KNN）算法实施的机器学习模式识别系统。

KNN是指一种用于基于目标空间中的最近训练示例对对象进行分类的方法并且依赖于基于实例的学习，其中局部地近似训练或者学习函数，并且推迟计算直至对空间中的对象进行分类。对象可以按照它的邻居的大多数投票来分类而对象被指派给在它的K个最近邻居之中最公共的类，其中K是正并且优选为为小的数。

例如考虑如下环境，其中有N个训练点和S个传感器，从而S定义矢量（例如每传感器一个值）的长度，其中训练点1至N具有一个矢量，该矢量有S个成员。在将确定用于设备的位置时，基于用于设备的相应RCFC的测量来创建用于设备的具有S个成员的一个矢量。然后比较与设备关联的矢量和与训练点关联的N个矢量（S230）。

具有最相似矢量的K个点的坐标用来确定用于设备的近似坐标（S240）。如果在比较的矢量之间无或者很少相似，则可以调用检错方案（S250）。作为具体示例，可以有20个传感器和100个训练点，其中k=3意味着从20个传感器收集来自100个点的数据。每个这样的点具有大小为20的矢量。为了计算用于设备的近似坐标，比对100个训练点的矢量来测量用于设备的矢量，并且最相似的3个点用来返回用于设备的近似坐标。

因而在一个实现方式中，可以使用经验自学习系统，其中通过比较用于相应传感器的记录的RCFC值与在采样阶段期间测量的值来计算传感器110相对于网络环境100中的传感器的近似定位（S260）。更具体而言，在采样阶段期间，为网络环境100中的一个或者多个目标传感器测量和记录用于网络环境100中的K个点的RCFC值。例如，如果N个传感器被定位于网络环境100，则可以为一点记录N个RCFC值。

在采样阶段期间，为点i（例如对于i：1至K）计算的传感器的RCFC值例如可以与点i的坐标一起记录于数据结构中。可以以后比较用于点1至K的记录的RCFC值与为设备110收集的计算的RCFC值（相对于目标传感器）以凭经验确定设备110在网络环境100中的近似坐标。在一个示例实现方式中，可以在数据结构、比如查找表中记录在采样阶段期间测量的用于每个传感器的RCFC值用于快速取回。

可以为网络环境100中的其他传感器重复（例如如关于使用KNN算法而公开的）以上过程以基于用于设备110的RCFC矢量中的计算的值来确定设备110在网络环境100中的坐标。一旦确定以网络环境100中的一个或者多个传感器计算的值为基础的设备的坐标，然后过程可以用来基于为多个传感器计算的值的合集确定用于网络环境100中的设备110的更准确坐标。自然地，利用的传感器数目越大，为设备110计算的定位就越准确。

概括而言，用于确定设备110的定位的过程基于比较为设备计算的RCFC矢量与在采样阶段为网络环境100中的K个点计算的RCFC矢量。在设备110的RCFC矢量中包括的数据之间应用相似度测量以匹配设备110的位置与在采样阶段期间考虑的K个点中的一个或者多个点的位置。选择具有与设备110的RCFC矢量最相似的RCFC矢量的K个点，其中共同测量K个点的x、y坐标（例如计算坐标的平均值）以确定设备110的近似位置。

参照图3，为了增加定位计算的准确度，除了RCFC矢量之外，在一个或者多个传感器或者在设备110接收的信号强度也可以用来更好地确定设备110在网络环境100中的定位。可以通过确定用于设备110的接收信号强度指示符（RSSI）来执行计算（S310）。因而设备110可以与RCFC矢量（包括用于设备110的对于多个传感器的RCFC值）并且也与RSSI矢量（包括用于相同设备的RSSI值）关联（S320）。

在一个实施例中，可以基于用于设备110的RSSI值归一化用于设备的RCFC值。根据实现方式，机器学习或者经验方法（例如KNN算法）可以应用于所得归一化的值以实现用于确定设备在网络环境100中的定位的更准确结果（S340）。

在本说明书中对“实施例”、“一个实施例”、“一个或者多个实施例”等的引用意味着在公开的主题内容的至少一个实施例中包括描述的特定单元、特征、结构或者特性。不应具体地解释这样的短语在本说明书中的出现为指代相同实施例，也不应解释这样的短语为指代关于讨论的特征或者单元互斥的实施例。

在不同实施例中，可以实施要求包含的主题内容为硬件和软件单元二者的组合或者备选地完全以硬件的形式或者完全以软件的形式实施。另外，这里公开的计算系统和软件程序可以包括可以在硬件部件或者逻辑代码方面呈现的受控计算环境，可以执行这些硬件部件或者逻辑代码以执行实现这里设想的结果的方法和过程。所述方法和过程在由通用计算机系统或者机器执行时将通用机器转化成专用机器。

参照图4A和4B，根据一个示例实施例的计算系统环境可以由硬件环境1110和软件环境1120组成。硬件环境1110可以包括为软件环境1120的部件提供执行环境的逻辑单元、电路或者其它机器和装备。软件环境1120又可以为硬件环境1110的各种部件提供包括基层操作设置和配置的执行指令。

参照图4A，可以用在示例硬件环境1110代表的一个或者多个计算系统之上执行的机器可读代码的形式实施这里公开的应用软件和逻辑代码。如说明的那样，硬件环境110可以包括通过系统总线1100耦合到一个或者存储单元的处理器1101。存储单元例如可以包括本地存储器1102、存储介质1106、高速缓冲存储器1104或者其它机器可用或者计算机可读介质。在本公开内容的上下文内，机器可用或者计算机可读存储介质可以包括可以用来包含、存储、通信、传播或者传送程序代码的任何可记录物品。

计算机可读存储介质可以是电子、磁、光、电磁、红外线或者半导体介质、系统、装置或者设备。也可以在这样的程度上在传播介质中实施计算机可读存储介质而不限于此，该程度为这样的实现方式视为法定主题内容。计算机可读存储介质的示例可以在适当时包括半导体或者固态存储器、磁带、可拆卸计算机盘、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、硬磁盘、光盘或者载波。光盘的当前示例包括紧致盘、只读存储器（CD-ROM）、紧致盘读/写（CD-R/W）、数字视频盘（DVD）、高清晰度视频盘（HD/DVD）或者蓝光^TM盘。

在一个实施例中，处理器1101从存储介质1106向本地存储器1102加载可执行代码。高速缓冲存储器1104通过提供暂时存储来优化处理时间，该暂时存储帮助减少加载代码用于执行的次数。一个或者多个用户接口设备1105（例如键盘、指示设备等）和显示屏幕1107例如可以直接或者通过居间I/O控制器1103耦合到硬件环境1110中的其它单元。可以提供通信接口单元1108、比如网络适配器以使硬件环境1110能够经由居间专有或者公用网络（例如因特网）与本地或者远程定位的计算设备、打印机和存储设备通信。有线或者无线调制解调器和以太网卡是网络适配器的少数示例类型。

值得注意的是硬件环境1110在某些实现方式中可以未包括一些或者所有以上部件或者可以包括用于提供补充功能或者工具的附加部件。根据设想的使用和配置，硬件环境1110可以是机器、比如桌面型或者膝上型计算机或者在嵌入式系统中可选地体现的其它计算设备、比如机顶盒、个人数字助理（PDA）、个人媒体播放器、移动通信单元（例如无线电话）或者具有信息处理或者数据存储能力的其它相似硬件平台。

在一些实施例中，通信接口1108充当用于通过发送和接收数字、电气、电磁或者光信号来提供与一个或者多个计算系统通信的手段的数据通信端口，这些信号可以携带代表各种类型的信息、包括程序代码的模拟或者数字数据流。可以通过本地或者远程网络或者备选地通过空中或者其它介质的传输、包括而不限于通过载波的传播来建立通信。

如这里提供的那样，根据在性质上为示例的逻辑或者功能关系定义在所示硬件单元上执行的公开的软件单元。然而应当注意也可以例如通过配置和编程的处理器、专用集成电路（ASIC）、现场可编程阵列（FPGA）和数字信号处理器（DSP）在所述硬件单元中对通过所述示例软件单元实施的相应方法进行编码。

参照图4B，可以将软件环境1120大体地划分成两类，这两类包括如在一个或者多个硬件环境1110上执行的系统软件1121和应用软件1122。在一个实施例中，可以实施这里公开的方法和过程为系统软件1121、应用软件1122或者其组合。系统软件121可以包括控制程序、比如操作系统（OS）或者信息管理系统，这些控制程序指令硬件环境1110中的一个或者多个处理器1101（例如微处理器）关于如何工作和处理信息。应用软件1122可以包括但不限于可以由处理器1101读取、分析或者执行的代码、数据结构、固件、常驻软件、微代码或者任何其它形式的信息或者例程。

换而言之，可以实施应用软件1122为在计算机可用或者计算机可读存储介质这一形式的计算机程序产品中嵌入的程序代码，该计算机可用或者计算机可读存储介质提供被机器、计算机或者任何指令执行系统使用或者与它们结合的程序代码。另外，应用软件1122可以包括在从存储介质1106向本地存储器1102中加载之后在系统软件112上面执行的一个或者多个计算机程序。在客户端-服务器架构中，应用软件1122可以包括客户端软件和服务器软件。例如在一个实施例中，可以在与在其上执行服务器软件的服务器计算系统相异和可分离的客户端计算系统上执行客户端软件。

软件环境1120也可以包括用于访问通过本地或者远程计算网络可用的数据的浏览器软件1126。另外，软件环境1120可以包括用于接收用户命令和数据的用户接口1124（例如图形用户界面（GUI））。值得重申的是以上描述的硬件和软件架构以及环境用于示例目的。这样，可以在任何类型的系统架构、功能或者逻辑平台或者处理环境之上实施一个或者多个实施例。

也应当理解逻辑代码、程序、模块、过程、方法和每种方法的相应过程的执行顺序纯为示例。根据实现方式，除非在本公开内容中另有指示，可以按照任何顺序或者并行执行过程或者任何基层子过程和方法。另外，除非另有具体陈述，在本公开内容的上下文内的逻辑代码定义与任何特定编程语言无关或者不限于任何特定编程语言并且可以包括可以在分布式、非分布式、单或者多处理环境中在一个或者多个处理器上执行的一个或者多个模块。

所属技术领域的技术人员知道，软件实施方式可以包括固件，驻留软件，微代码等。某些组件包括软件或硬件或硬件和软件方面的结合，这里可以统称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，本公开主题可以以一个或多个计算机可读存储介质中的计算机程序产品的形式实施，该计算机可读存储介质中包含计算机可读的程序代码。可以采用一个或多个计算机可读介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合

在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写本公开操作的计算机程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、Smalltalk、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。

程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机（例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接）。

将参照根据实施例的方法、装置（系统）和计算机程序产品的流程图或框图公开某些实施例。应当理解，流程图或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用机器或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些计算机程序指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图或框图中的一个或多个方框中规定的功能或动作的装置。

也可以把这些计算机程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、其它可编程数据处理装置、或其他设备以特定方式工作，从而，存储在计算机可读存储介质中的指令就产生出包括实现流程图或框图中的一个或多个方框中规定的功能或动作的指令的制造品（article of manufacture）。

也可以把计算机程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机或其它可编程装置上执行的指令能够提供实现流程图和/或框图中的方框中规定的功能/操作的过程。

附图中的流程图和框图显示了根据多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以附图中所标注的任意顺序或不同于附图中所标注的顺序发生。

例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

已经参照一个或多个特征或实施例来提供所要求保护的主题。本领域技术人员将理解和认识到，尽管在此提供了示例性实施例的详细本质，可以对所述实施例进行改变和修改而不脱离总体既定的范围。在此提供的实施例的这些和各种其他调整和组合在由权利要求和它们的等同全集所限定的公开的主题的范围内。

Claims (15)

1.一种用于确定目标设备在目标区域中的定位的方法，所述方法包括：

将传感器1至N定位于目标区域中，其中传感器在一时间段期间对由目标设备发送且在所述传感器处捕获的数据帧的数目进行计数；

为所述目标设备计算用于传感器1至N的相对捕获帧计数RCFC值，所述RCFC值表示在所述传感器1至N处分别捕获的分组数目与在所述传感器1至N处总共捕获的总分组数目的比值；以及

比较用于所述目标设备的计算的所述RCFC值与为所述目标区域中的多个采样点计算的预先存在的RCFC值，以从所述多个采样点之中找到与用于所述目标设备的计算的所述RCFC值最相似的至少X个点。

2.根据权利要求1所述的方法，其中基于可用于所述至少X个点的定位信息来确定所述目标设备在所述目标区域中的定位。

3.根据权利要求1所述的方法，其中K最近邻居KNN算法用来找到所述至少X个点。

4.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述至少X个点在所述目标区域中的坐标确定所述目标设备在所述目标区域中的定位。

5.根据权利要求1所述的方法，其中RCFC矢量与所述目标设备关联，从而所述RCFC矢量包括用于所述目标设备的对于传感器1至N的RCFC值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中RCFC矢量与采样点关联，从而所述矢量包括用于所述采样点的对于传感器1至N的RCFC值。

7.根据权利要求6所述的方法，其中比较与所述目标设备关联的所述RCFC矢量与用于多个采样点的所述RCFC矢量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中选择具有与所述目标设备关联的所述RCFC矢量最相似的RCFC矢量的K个采样点。

9.根据权利要求5所述的方法，其中在传感器1至N处为所述目标设备计算接收信号强度指示符(RSSI)值。

10.根据权利要求9所述的方法，其中根据计算的所述RSSI值来归一化为与所述设备关联的所述RCFC矢量计算的所述RCFC值。

11.一种用于确定目标设备在目标区域中的定位的系统，所述系统包括：

用于将传感器1至N定位于目标区域中的逻辑单元，其中传感器在一时间段期间对由目标设备发送且在所述传感器处捕获的数据帧的数目进行计数；

用于为所述目标设备计算用于传感器1至N的相对捕获帧计数RCFC值的逻辑单元，所述RCFC值表示在所述传感器1至N处分别捕获的分组数目与在所述传感器1至N处总共捕获的总分组数目的比值；以及

用于比较用于所述目标设备的计算的所述RCFC值与为所述目标区域中的多个采样点计算的预先存在的RCFC值以从所述多个采样点之中找到与用于所述目标设备的计算的所述RCFC值最相似的至少X个点的逻辑单元。

12.根据权利要求11所述的系统，其中基于可用于所述至少X个点的定位信息来确定所述目标设备在所述目标区域中的定位。

13.根据权利要求11所述的系统，其中K最近邻居KNN算法用来找到所述至少X个点。

14.根据权利要求11所述的系统，其中基于所述至少X个点在所述目标区域中的坐标确定所述目标设备在所述目标区域中的定位。

15.根据权利要求11所述的系统，其中RCFC矢量与所述目标设备关联，从而所述RCFC矢量包括用于所述目标设备的对于传感器1至N的RCFC值。