CN104168649B - 用于定位无线设备的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本公开内容的各方面提供了一种方法。该方法包括存储定位数据的数据库。每个定位数据能够将地点的位置信息与用于在地点处提供无线连接的无线站的标识符和在地点处接收的无线信号的特征相关联。另外，该方法包括：从无线设备接收位置请求，该无线设备从特定无线站接收标识符和无线信号的特定特征；使用标识符来标识特定无线站以从数据库检索到一组定位数据；使用特定特征来在该组定位数据中选择子集；以及使用所选择的定位数据的子集来确定无线设备的位置信息。

Description

用于定位无线设备的方法和系统
通过引用并入
本公开内容要求于2013年5月16日提交的第61/824,182号美国临时申请“MobileDevice Positioning Method and System for Hybrid Wireless Networks”、以及于2013年8月14日提交的第61/865,751 号美国临时申请“Position Data Distribution Appliedto Server Assisted Positioning System”的权益，其通过引用方式整体并入于此。
技术领域
本公开内容一般性地涉及位置确定。更具体地，本公开涉及用于为无线通信网络中的无线设备执行基于数据库的位置确定的方法和装置。
背景技术
这里提供的背景技术描述是为了一般性地呈现本公开的上下文的目的。当前所称的发明人的工作(到在此背景技术部分中描述的工作的程度)以及在提交时可能无法以其他方式作为现有技术衡量的本描述的诸多方面，既不被明确地也不被暗含地承认为本公开的现有技术。
现代的无线设备能够并入卫星定位系统接收器、蜂窝收发器、或者无线收发器的功能。当无线设备起卫星定位系统接收器的作用时，无线设备能够通过使用仅来自卫星的信号来指定设备的位置 (position)。基于卫星的定位能够提供高精度，但是需要卫星与无线设备之间的具有视线。另外，接收和处理卫星定位信号可能消耗大量的能量并且由此缩短电池持续时间。
通过采用射频(RF)场传播，设备能够与无线通信网络无线地通信。将射频(与无线电波传播相关联的电磁谱内的频率)提供给天线，该天线创建通过空间传播的电磁场。无线通信网络的组件能够是无线站(例如蜂窝网络的蜂窝基站)、或者无线局域网(LAN) 或者无线个域网(PAN)的接入点。无线站能够允许无线设备通过接入网关与有线网络通信。典型地，无线站广播信标信号，该信标信号提供无线设备连接到无线站所必需的密钥信息。无线站能够服务位于地理区域中的无线设备。当无线设备起蜂窝收发器和/或无线收发器作用时，如果无线站的地点(location)是已知的，则通过基于从无线站接收的信号强度来对无线设备的位置进行三角测量，无线设备能够使用能够与其通信的无线站的地点来确定其位置。
作为对基于三角测量的定位的替代，通过RF测量结果的评估，基于数据库的定位能够用于确定无线设备的位置。将这些测量结果与数据库的条目相比较。对应的计算发现最佳匹配的数据库条目并且因而产生位置估计。基于数据库的定位能够提供高度的精度并且被用于基于网络的定位系统。这一方法不依赖视线条件，而是从多路径环境的更多的不同的无线电模式中获益。使用仅网络固有的参数，使得不需要硬件修改并且能够利用传统设备。
发明内容
本公开的各方面提供了一种方法。该方法包括：存储定位数据的数据库。每个定位数据能够将地点的位置信息与用于在地点处提供无线连接的无线站的标识符和在地点处接收的无线信号的特征相关联。另外，该方法包括从无线设备接收位置请求，该无线设备从特定无线站接收标识符和无线信号的特定特征；使用标识符来标识特定无线站以从数据库检索到一组定位数据；使用特定特征来在该组定位数据中选择子集；以及使用所选择的定位数据的子集来确定无线设备的位置信息。
根据本公开的方面，该方法包括基于特定特征来在该组定位数据中选择子集。在实施例中，该方法包括如果特定特征在一组定位数据的边界之内则选择子集。子集能够在特定特征在子集的边界之内时选择。在另一实施例中，该方法包括如果特定特征在一组定位数据的边界之外则确定子集。该子集能够基于计算特定特征与该组定位数据中的特征之间的接近度来确定。
根据本公开的方面，该方法包括基于所选择的定位数据的子集来确定无线设备的位置信息。在实施例中，该方法包括如果特定特征在一组定位数据的边界之内则基于对所选择的定位数据的子集中的位置信息进行加权平均来确定无线设备的位置信息。在另一实施例中，该方法包括如果特定特征在一组定位数据的边界之外则基于对所选择的定位数据的子集中的位置信息做平均来确定无线设备的位置信息。
本公开的各方面提供了一种装置，包括存储介质和处理器。存储介质被配置为存储定位数据的数据库。每个定位数据能够将地点的位置信息与用于在地点处提供无线连接的无线站的标识符和在地点处接收的无线信号的特征相关联。处理器被配置为从无线设备接收位置请求，该无线设备从特定无线站接收标识符和无线信号的特定特征；使用标识符来标识特定无线站以从数据库检索到一组定位数据；使用特定特征来在该组定位数据中选择子集；以及使用所选择的定位数据的子集来确定无线设备的位置信息。
本公开的各方面提供了另一方法。该方法包括提供定位数据的数据库，每个定位数据将地点的位置信息与用于在地点处提供无线连接的无线站的标识符和在地点处接收的无线信号的特征相关联；从无线设备接收位置请求，该无线设备从n个无线站(n为正整数) 接收n个标识符和n个无线信号的特征；使用n个标识符来标识n 个无线站以从数据库检索到n组定位数据；使用n个特征来在n组定位数据中选择n个子集；使用定位数据的n个所选择的子集来计算n个地点；当离群者距离平均地点超过阈值时从n个地点的集合中排除离群者；以及基于对最多n个地点做平均来确定无线设备的位置信息。
根据本公开的方面，该方法包括当特征在一组定位数据的边界之内时，在特征在子集的边界之内时，为每个标识的无线站选择子集；以及当所接收的特征在该组定位数据的边界之外时确定子集。
根据本公开的方面，对于每个标识的无线站，该方法包括当所接收的特征在一组定位数据的边界之内时对所选择的定位数据的子集中的位置信息进行加权平均；以及当所接收的特征在一组定位数据的边界之外时对所选择的定位数据的子集中的位置信息做平均。
根据本公开的方面，为了从n个地点的集合中排除离群者，该方法包括基于对n个地点的集合做平均来确定平均地点；以及基于将被包括的n个地点的集合的阈值百分比来确定阈值。
本公开的各方面提供了另一方法。该方法包括：为一组定位数据定义多个子集，每个子集包括分簇边界；使用每个子集中的群体分布来为每个子集计算累积分布函数的值；当累积分布函数的值超过阈值时，重置子集的分簇边界；以及在无线站信息表中更新子集的分簇边界。
根据本公开的方面，为了重置子集的分簇边界，该方法包括为子集重置累积分布函数的值以确定子集的分簇边界。
本公开的各方面提供了另一装置。该装置包括存储介质和处理器。存储介质被配置为提供定位数据的数据库。每个定位数据将地点的位置信息与用于在地点处提供无线连接的无线站设备的标识和在地点处接收的无线信号的特征相关联。处理器被配置为从无线设备接收位置请求，该无线设备从n个无线站接收n个标识符和n个无线信号的特征；使用n个标识符来标识n个无线站以从数据库检索到n组定位数据；使用n个特征来在n组定位数据中选择n个子集；使用定位数据的n个所选择的子集来计算n个地点；当离群者距离平均地点超过阈值时从n个地点的集合中排除离群者；以及基于对最多n个地点做平均来确定无线设备的位置信息。
本公开的各方面提供了另一装置，该装置包括处理器。处理器被配置为：为一组定位数据定义多个子集，每个子集包括分簇边界；使用每个子集中的群体分布来为每个子集计算累积分布函数的值；当累积分布函数的值超过阈值时重置子集的分簇边界；以及更新无线站信息表中的子集的分簇边界。
根据本公开的方面，为了在满足要求时重置子集的分簇边界，处理器被配置为子集重置累积分布函数的值以确定子集的分簇边界。
附图说明
将参照以下的图来具体描述提出作为示例的本公开内容的各种实施例，其中相似附图标记指代相似元素，并且其中：
图1示出了根据本公开内容的实施例的定位系统示例的图示。
图2示出了概述根据本公开内容的实施例的用于定位的过程示例的流程图。
图3示出了根据本公开内容的实施例的用于定位数据的示例；以及
图4示出了根据本公开内容的实施例的服务器示例的框图。
具体实施方式
图1示出了根据本公开内容的实施例的定位系统示例100的图示。如所示，系统100包括多个组件，每个组件起作用以提供特定功能性。这些组件包括存储在存储器中并且继而在处理器上运行以提供功能性的软件、适于提供组件的功能性的硬件、或者一起工作以提供组件的功能性的软件和硬件的组合。所描述的几何结构可以适于图示关于图2到4的示例性示图中的任意一个、或者在本公开内容的范围内的任意数量的其他过程。
系统100包括网络101、定位服务器110、以及多个无线设备、诸如无线设备150和160。网络101包括多个无线站105(诸如无线站WS-A到WS-C)，被配置为经由无线信号与无线设备通信。定位服务器110存储之前获取的定位数据的数据库。每个定位数据能够将地点的位置信息与地点处的无线通信的指纹相关联。无线通信的指纹包括覆盖地点处的无线通信的无线站的标识符和在地点处接收的无线信号的特征。另外，定位服务器110能够基于定位数据的子集来确定无线设备的位置，该子集根据在无线设备处的无线通信的指纹来选择。
网络101包括单个网络或者相同或不同类型的多个网络。在示例中，网络101包括与蜂窝网络连接的光纤网络。另外，网络101 能够是数据网络或者与数据网络连接的电信或视频分发(例如，电缆、地面广播、或者卫星)网络。电信、视频/音频分发和数据网络的任意组合，无论是全球、国家、地区、广域、局域、还是家庭的网络都能够被使用而不脱离本公开内容的精神和范围。
根据本公开内容的实施例，无线站105能够是蜂窝网络中的蜂窝基站。每个无线站105根据各种蜂窝技术来配置、诸如全球移动通信系统(GSM)、码分多址接入(CDMA)、宽带码分多址接入 (WCDMA)、长期演进(LTE)等，以使用射频信号与无线设备通信的。当无线设备在蜂窝基站的通信范围内时，蜂窝网络的蜂窝基站能够广播信标信号，该信标信号为多个无线设备提供标识符(例如，小区全局标识符)以连接到该蜂窝基站。反过来，多个蜂窝基站对于无线设备可以是可用的。如图1示例中所示，无线设备160 能够连接到蜂窝基站WS-A，并且蜂窝基站WS-A能够是无线设备 160的服务基站。服务基站WS-A能够提供电话服务给无线设备160 和/或通过(通过使用网关)提供对广域网(WAN)(比如因特网) 的通信接入，能够向定位服务器110传达(relay)传输。虽然无线设备160无线连接到服务基站WS-A，但是，无线设备160可以从相邻的基站WS-B和WS-C接收信标信号。
根据本公开内容的另一实施例，无线站105能够是无线局域网 (LAN)或者无线个域网(PAN)中的接入点。每个无线站105根据各种通信协议来配置、诸如基于电气与电子工程师协会(IEEE) 802.11的协议(例如，WiFiTM网络)或者基于IEEE802.15的协议(例如，BluetoothTM网络)，以使用射频信号与无线设备通信。当无线设备在接入点的通信范围内时，接入点能够广播信标信号，该信标信号为多个无线设备提供标识符(例如，介质接入控制(MAC)地址) 以连接到该接入点。反过来，多个接入点对于无线设备能够是可用于连接的。那些标识符不需要与无线设备连接到或者能够连接到的接入点相关联。由无线设备检索到的所有接入点的标识符能够在位置估计中被使用。如图1示例中所示，除了接入点WS-B和WS-C 之外，无线设备160还位于接入点WS-A的通信范围内。在WiFiTM网络中使用的无线通信协议下，无线设备160能够标识接入点WS-A 至WS-C。接入点WS-A至WS-C能够由接入点的MAC地址来标识。通过提供到WAN(诸如因特网)的通信接入，接入点WS-A能够向定位服务器110传达传输。
根据本公开内容的另一实施例，无线站105包括蜂窝网络中的第一多个蜂窝基站、以及无线LAN中的第二多个接入点。如图1示例中所示，无线设备160能够无线连接到蜂窝基站WS-A，并且蜂窝基站WS-A能够是无线设备160的服务基站。服务基站WS-A能够提供电话服务和/或网络(例如，因特网)接入给无线设备160。虽然无线设备160连接到服务基站WS-A，但是，无线设备可以从接入点WS-B和WS-C接收信标信号。
无线设备能够是被配置为使用无线信号来与无线站105通信的任意类型的移动设备、诸如膝上型计算机、平板计算机、智能电话、可穿戴电子设备等。无线设备能够包括硬件、软件，硬件包括但不限于用于执行和存储指令的处理器和存储器，软件包括一个或多个应用和操作系统。无线设备可以具有多个处理器和多个共享的或分离的存储组件。在示例中，无线设备是人可携带的。在示例中，无线设备可安装在车辆上。
定位服务器110包括用于位置确定的多个组件。如图1示例中所示，定位服务器110包括处理器111和存储介质114。在示例中，定位服务器110能够包括多于一个处理器和存储介质。在示例中，定位服务器110使用分布式系统来实现，该分布式系统包括通过网络耦合在一起的多个处理器、和/或多个存储介质。存储介质114存储定位数据130。定位数据能够将地点与无线指纹(诸如无线站105 的标识符和无线信号特征)相关联。此外，存储介质114存储各种软件指令、诸如用于定位的服务器应用。在示例中，处理器111执行服务器应用以提供定位服务。
根据本公开内容的方面，无线设备安装有用于定位的客户端应用。在示例中，安装有客户端应用的无线设备向定位服务器110提供定位数据。在另一示例中，具有客户端应用的无线设备从定位服务器110请求定位服务。
在图1示例中，无线设备160包括多个组件、诸如天线169、接收电路(未示出)、发送电路(未示出)、处理器(未示出)等，以实现与无线站105的无线通信。此外，无线设备160安装有卫星定位系统、诸如全球定位系统(GPS)161、以及用于定位的客户端应用162。在示例中，GPS161包括接收器(未示出)以从四个或者更多个卫星接收信号。信号包括传输定时信息和卫星地点信息。基于所接收的信号，GPS161计算到卫星的距离。然后，使用到卫星的距离和卫星地点信息来确定无线设备160的地点。地点的位置信息一般性地涉及地理坐标，包括无线设备160的纬度坐标、经度坐标和海拔坐标。在示例中，地点的位置信息被表示为纬度坐标和经度坐标对。
客户端应用162使得无线设备160能够与定位服务器110通信。在实施例中，无线设备160的用户开启GPS161以允许无线设备160 提供行程上的方向信息。当GPS161开启时，客户端应用162请求用户的许可(例如，经由用户接口)，以向定位服务器110提供定位数据。
当用户准许经由用户接口的请求时，客户端应用162提供信息以在定位服务器110中形成定位数据。在示例中，在地点处，客户端应用162从GPS161获取位置信息(例如，纬度和经度)。另外，客户端应用162获取在地点处的无线通信的指纹、诸如与无线设备 160无线通信的无线站105的标识符和在地点处的无线信号的特征。在示例中，客户端应用162获取所接收的信号强度指示(RSSI)作为在地点处接收的无线信号的特征。另外，客户端应用162根据网络通信协议(例如，用于实现通信协议的软件，该通信协议诸如为传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)、超文本传输协议(HTTP)等) 来准备去往定位服务器110的消息。消息携带用于形成定位数据的信息、诸如位置信息、无线站的标识符以及在地点处从无线站接收的无线信号的特征。然后，无线设备160向无线站发送对应于消息的无线信号，并且无线站经由网络101向定位服务器110转发该消息。当拥有无线设备160的用户在行程上移动时，在不同的地点处，无线设备160具有不同的无线指纹、诸如在与不同的无线站通信中，该不同的无线指纹具有不同的RSSI值等。无线设备160能够向定位服务器110提供与行程上不同地点处的无线指纹相关联的位置信息。在示例中，当定位服务器110接收携带信息的消息以形成定位数据时，定位服务器110从消息中检索到位置信息和相关联的无线指纹 (诸如无线站的标识符和RSSI值)，形成能够将位置信息与无线指纹相关联的定位数据，并且在存储介质114中存储定位数据。
根据本公开内容的方面，与无线设备160类似地配置各种无线设备以发送携带信息的消息，以形成来自不同的地点的定位数据。定位服务器110接收消息，形成定位数据并且在存储介质114中存储定位数据。定位数据被存储在定位数据库中。基于定位数据库，定位服务器110向另一无线设备(诸如无线设备150)提供定位服务。在图1示例中，无线设备150包括多个组件、诸如天线159、接收电路(未示出)、发送电路(未示出)、处理器(未示出)等以实现与无线站105的无线通信。此外，无线设备150安装有用于定位的客户端应用152。在示例中，无线设备150虽然没有GPS，但是具有知晓其位置的需要。
根据本公开内容的方面，在当无线设备150的用户想要知晓位置的位置处，用户经由用户接口指示客户端应用152。然后，客户端应用152使无线设备150根据网络通信协议向定位服务器110发送消息。消息携带位置请求。无线设备150能够在同样的消息或者不同的消息中向定位服务器110提供无线指纹，该无线指纹诸如为与无线设备150通信的无线站的标识符、在地点处接收的无线信号的 RSSI值等。在实施例中，当定位服务器110从无线设备150接收位置请求时，定位服务器110标识与无线设备150通信的无线站。定位服务器110检索到与无线站相关联的一组定位数据。另外，定位服务器110为无线站选择一组定位数据的子集，该子集与在无线设备150的地点处的无线设备150具有类似的信号特征(例如，相同范围的RSSI值)。然后，定位服务器110基于的所选择的该组定位数据中的子集来确定无线设备150的位置。位置信息被表示为纬度坐标和经度坐标对。在示例中，定位服务器110计算地点的平均、或者加权平均作为来自该组定位数据的子集的位置结果。在示例中，定位服务器110根据网络通信协议向无线设备150发送携带位置结果的响应消息。
根据本公开内容的方面，根据信号特征(诸如RSSI值)将与无线站相关联的定位数据分簇成子集。在示例中，RSSI值的范围从0 到100。将定位数据分簇成具有从0到33的RSSI值的第一子集、具有从34到66的RSSI值的第二子集、以及具有从67到100的RSSI 值的第三子集。在另一示例中，组中的最大RSSI是90，并且组中的最小RSSI是10。将定位数据分簇成具有从10到30的RSSI值的第一子集、具有从31到50的RSSI值的第二子集、具有从51到70的RSSI值的第三子集、以及具有从71到90的RSSI值的第四子集。在另一示例中，根据RSSI值来将定位数据分簇成多个子集以在每个子集中具有定位数据的相对均匀的群体(population)。
图2示出了概述根据本公开内容的实施例的用于定位的处理示例200的流程图。过程200将关于定位系统100来描述并且在定位系统100中执行。该过程开始于S201并且进行到S210。
在S210处，服务器从无线设备接收位置请求。在图1示例中，用户经由用户接口针对当前位置指示无线设备150。客户端应用152 根据网络通信协议经由网络101向定位服务器110发送携带位置请求的消息。具体地，无线设备150向无线站105发送对应于消息的无线信号。无线站105处理无线信号以获得消息，并且向定位服务器110转发消息。消息包括无线指纹。在示例中，无线设备150与无线LAN中的接入点通信，无线设备150在消息中包括接入点的介质接入控制(MAC)地址。在另一示例中，无线设备150与蜂窝网络中的蜂窝基站通信，无线设备150在消息中包括蜂窝基站的小区全局标识符。小区全局标识符包括移动国家码(MCC)、移动网络码(MNC)、局域码(LAC)、以及小区标识符(Ci)。
在S220处，服务器从无线设备请求无线指纹。在示例中，定位服务器110基于所接收的消息中的信息来确定定位方法。在示例中，当所接收的消息中的信息指示蜂窝网络时，定位服务器110确定使用针对在蜂窝网络中的定位而最优化的第一方法；以及当所接收的消息中的信息指示无线LAN时，定位服务器110确定使用针对在无线LAN中的定位而最优化的第二方法。在示例中，定位服务器110 能够包括其他定位方法来确定位置、诸如用于混合无线网络的第三方法、使用LAC的第四方法。然后，定位服务器110向无线设备150 发送消息以通知所确定的方法，并且以根据所确定的方法来请求无线指纹。
在S230处，服务器从无线设备接收无线指纹。在实施例中，当无线设备150从定位服务器110接收到通知方法的消息时，无线设备150通过网络通信协议向定位服务器110提供无线指纹。在示例中，当消息通知第一方法时，无线设备150向定位服务器110提供与无线设备150通信的蜂窝基站的标识符(即，MCC、MNC、LAN 和Ci)以及无线设备150从蜂窝基站接收的无线信号的RSSI值。当消息通知第二方法时，无线设备150向定位服务器110提供与无线设备150通信的接入点的MCC、MAC地址以及由无线站150从接入点接收的无线信号的RSSI值。当消息通知第三方法时，无线设备 150向定位服务器110提供第一方法和第二方法中的累积信息。当消息通知第四方法时，无线设备150不需要提供信息。
在S240处，服务器基于无线指纹来选择定位数据的子集。在示例中，定位服务器110使用标识符来标识无线站以从数据库检索到一组定位数据。根据RSSI值的边界将该组分簇成多个子集。边界能够是固定边界或者能够是动态可调整的。在示例中，边界是划分RSSI 值空间的固定边界。在另一示例中，边界是动态调整的以在子集之上维持相对均匀的群体。如果所接收的RSSI值在一组定位数据的边界之内，则当所接收的RSSI值在子集的边界之内时能够选择该组定位数据中的子集。如果所接收的RSSI值在一组定位数据的边界之外，则基于计算所接收的RSSI值与该组定位数据中的RSSI值之间的接近度来确定子集。
在S250处，服务器基于所选择的定位数据的子集来确定无线设备的位置信息。位置信息包括无线设备的所确定的位置和与所确定的位置相关联的估计的不确定性值。在示例中，如果所接收的RSSI 值在一组定位数据的边界之内，则当所接收的RSSI值在子集的边界之内时，定位服务器110基于对所选择的定位数据的子集中的位置信息进行加权平均来确定无线设备的位置。在另一示例中，如果所接收的RSSI值在一组定位数据的边界之外，则定位服务器110基于对所确定的定位数据的子集中的位置信息做平均来确定无线设备的位置。基于无线设备的所确定的位置，定位服务器110计算与所确定的位置相关联的不确定性值。
在S260处，服务器向无线设备提供位置信息。定位服务器110 根据网络通信协议向无线设备150发送消息。消息携带用于无线设备150的所确定的位置信息。当无线设备150从无线站接收对应于消息的无线信号时，无线设备150处理无线信号以获得位置信息，客户端应用152经由用户接口向用户提供位置信息。无线设备150 能够可选地将位置信息显示为地图上的圆。圆心能够是无线设备的所确定的位置。与所确定的位置相关联的估计的不确定性值能够被表示为圆的半径。圆心不与无线设备的物理地理位置重合，该物理地理位置在由圆包围的区域内。处理进行到S299并且终止。
本领域技术人员将认识到：图2的流程图可以在无线设备150 在多个无线站的覆盖重叠区域中的地点处时被用于确定位置信息。在无线LAN示例中，在特定地方(例如，机场)的无线设备150可以频率扫描以从无线设备的通信范围内的多个无线站(例如，至少一个到二十个接入点)检索到无线指纹。无线设备105能够连接到比该范围内的接入点更少的接入点(例如，由于接入点和无线设备的安全设置)。无线设备105可以主动地连接到一个或者多个接入点或者根本不连接到接入点。无论无线设备105是否连接到接入点，在位置确定中能够使用由无线设备检索到的接入点的所有的标识符。
在S210处，定位服务器110能够从无线设备150接收位置请求。在S230处，定位服务器110能够从n个无线站(n是正整数)接收 n个标识符和n个RSSI值。在S240处，定位服务器110能够使用n 个标识符来标识n个无线站以从数据库检索到n组定位数据。此后，定位服务器110能够使用n个RSSI值在该n组定位数据中选择n个子集。在S250处，定位服务器110能够使用定位数据的n个所选择的子集来计算n个地点，从n个地点中排除离群者(outlier)，以及基于对最多n个地点做平均来确定无线设备的位置信息。
定位服务器110能够应用边界框过程来从n个地点的集合中的排除离群者。在示例中，边界框能够由极值点(例如，最东、最西、最北、和最南点)来确定为包含作为矩形区域的中心的地点的矩形区域。地点通过对n个地点的集合做平均来确定。边界框的边界内的极值点使用n个地点的集合来确定。例如，边界框能够分别具有北向和南向边界，该北向和南向边界由平均地点的纬度坐标来描绘，在该北向和南向边界内包括了n个地点的纬度坐标的95％(例如，95％以反映估计的置信水平)。边界框能够分别具有东向和西向边界，该东向和西向边界由平均地点的经度坐标来描绘，在该东向和西向边界之内包括了n个地点的经度坐标的95％。将阈值定义为对应于边界框中的两个极值点之间的最长距离的长度。定位服务器110 计算平均地点与集合中的每个地点之间的距离，并且如果离群者距离平均地点超过阈值则标识离群者并且能够从集合中排除离群者。离群者能够是集合中的位于离平均地点最远的地点。n个地点可以被排除一个或者更多个地点，或者根本不被排除地点。
在定位服务器110已经从n个地点的集合中排除离群者之后，其基于对最多n个地点做平均来确定无线设备的位置信息，并且计算与所确定的位置相关联的估计的不确定性值。在S260处，定位服务器110向无线设备105提供位置信息。
图3示出了根据本公开内容的实施例的用于定位数据的示例。定位数据以表330的格式存储。表330包括用于地点的第一域332 和用于无线指纹的第二域336。在图3示例中，将地点表示为纬度和经度坐标对，并且将无线指纹表示为无线站的标识符和在地点处从无线站接收的RSSI值。
例如，在第一地点(地点1)处，无线设备能够从无线站WS-A 接收无线信号。然后，在定位数据中，第一域存储第一地点的纬度 (LAT-1)和经度(LON-1)，并且第二域存储无线信号的指纹，该指纹包括无线站WS-A的标识符和在第一地点处从无线站WS-A接收的RSSI值(例如，50)。在示例中，无线设备可以从多于一个无线站接收无线信号。例如，在第三地点(地点3)处，无线设备能够从无线站WS-A和无线站WS-B两者接收无线信号。然后，在定位数据中，第一域存储第三地点的纬度(LAT-3)和经度(LON-3)，并且第二域存储无线信号的指纹，该指纹包括与在第三地点处从无线站WS-A接收的RSSI值(例如，40)相关联的无线站WS-A的标识符，以及与在第三地点处从无线站WS-B接收的RSSI值(例如， 20)相关联的无线站WS-B的标识符。
在本公开内容的实施例中，能够将定位数据存储在任意合适格式的数据库中。在示例中，以一种格式存储定位数据以有助于提取用于无线站的一组数据并且有助于提取特定信号特征的数据的子集。根据存储在无线站信息表中的分簇边界来将用于无线站的一组定位数据分簇成子集。
在示例中，第一无线站信息表用于蜂窝网络，对于每个条目，其包括23个域以存储分簇信息。第一无线站信息表中的每个条目对应用于一组定位数据的分簇信息，该组定位数据与蜂窝网络中的蜂窝基站相关联。根据RSSI值来将该组定位数据分簇成三个子集。该23个域是(1)蜂窝技术类型的标识(Id)、(2)移动国家码(MCC)、 (3)移动网络码(MNC)、(4)局域码(LAC)、(5)小区标识符(Ci)、(6)蜂窝基站的纬度(Lat)、(7)蜂窝基站的经度(Lon)、(8)该组定位数据的不确定性误差(Uncert Error)、(9)该组定位数据的数据总数(DataNum)、(10)定位数据的第一子集的不确定性误差(Uncert1)、(11)定位数据的第一子集中的数据数目 (Data Num1)、(12)定位数据的第二子集的不确定性误差(Uncert 2)、(13)定位数据的第二子集中的数据数目(Data Num2)、(14) 定位数据的第三子集的不确定性误差(Uncert3)、(15)定位数据的第三子集中的数据数目(Data Num3)、(16)覆盖范围(CoverRange)、(17)RSSI阈值(RSSI Thrshld)、(18)第一RSSI边界值(RSS1)、(19)第二RSSI边界值(RSS2)、(20)第三 RSSI边界值(RSS3)、(21)第四RSSI边界值(RSS4)、(22) 最近查询时间(Inquiry Time)、以及(23)最近更新时间(Update Time)。在示例中，用于该组的定位数据的第一子集具有第一RSSI 边界值与第二RSSI边界值之间的RSSI值；用于该组的定位数据的第二子集具有第二RSSI边界值与第三RSSI边界值之间的RSSI值；用于该组的定位数据的第三子集具有第三RSSI边界值与第四RSSI 边界值之间的RSSI值；并且一组定位数据具有第一RSSI边界与第四RSSI边界值之间的RSSI值。
在另一示例中，第二无线站信息表用于无线LAN，对于每个条目，其包括18个域以存储分簇信息。第二无线站信息表中的每个条目对应于与无线LAN中的接入点相关联的一组定位数据的分簇信息。根据RSSI值来将该组定位数据分簇成两个子集。该18个域是 (1)无线LAN类型的标识(Id)、(2)移动国家码(MCC)、(3) 介质接入控制地址(MAC)、(4)接入点的纬度(Lat)、(5)接入点的经度(Lon)、(6)该组定位数据的不确定性误差(Uncert Error)、(7)该组定位数据中的数据总量(Data Num)、(8)定位数据的第一子集的不确定性误差(Uncert1)、(9)定位数据的第一子集中的数据数目(Data Num1)、(10)定位数据的第二子集的不确定性误差(Uncert2)、(11)定位数据的第二子集中的数据数目(Data Num2)、(12)覆盖范围(Cover range)、(13)RSSI阈值(RSSI Thrshld)、(14)第一RSSI边界值(RSS1)、(15)第二RSSI 边界值(RSS2)、(16)第三RSSI边界值(RSS3)、(17)最近查询时间(InquiryTime)、以及(18)最近更新时间(Update Time)。在示例中，用于该组的定位数据的第一子集具有第一RSSI边界值与第二RSSI边界值之间的RSSI值；用于该组的定位数据的第二子集具有第二RSSI边界值与第三RSSI边界值之间的RSSI值；并且一组定位数据具有第一RSSI边界与第三RSSI边界值之间的RSSI值。
根据本公开内容的方面，诸如实时地、或者在特定时间、或者在特定时间周期期间、或者每天，频繁地更新定位数据的数据库。定位数据的群体分布(populationdistribution)可以变化。在实施例中，定位服务器(诸如定位服务器110)被配置为动态地调整分簇边界以维持子集之上的相对均匀的群体。
图4示出了根据本公开内容的实施例的定位服务器示例410的框图。如所图示的，服务器410包括多个单元，每个单元起作用以提供特定功能性。这些单元包括存储在存储器中并且继而在处理器上执行以提供功能性的软件、适于提供单元的功能性的硬件、或者一起工作以提供单元的功能性的软件和硬件的组合。
定位服务器410被配置为动态地调整分簇边界以执行簇分配。定位服务器410包括数据检索器411、数据处理器421、地点估计器 431、数据管理器451、无线站信息表461、以及数据库471。如图4 中所示，这些单元被耦合在一起。
数据库471存储之前获取的定位数据。在示例中，每个定位数据存储与位置处的无线指纹(例如，无线站的标识符、和从无线站接收的RSSI值)相关联的地点的位置信息(例如，纬度和经度)。能够在分层文件夹结构下组织数据库471，文件夹映射到文件系统中的目录。
数据管理器451包括簇分配模块452，其被配置为动态地调整每个组中的子集的分簇边界。在实施例中，簇分配模块452动态地调整分簇边界，使得该组的子集具有相对均匀的群体。在示例中，簇分配模块452为每个子集确定累积分布函数(CDF)值。CDF基于每个子集中的群体分布来计算。当用于子集的CDF在阈值以下时，子集被配置为可能具有均匀群体，并且当用于一个或者更多个子集的CDF超过阈值时，使用合适的算法的簇分配模块452确定RSSI 边界值以为该组达到子集之上的相对均匀的群体，并且在无线站信息表461中更新用于该组的条目中的RSSI边界值。无线站信息表461 包括用于蜂窝网络的第一无线站信息表。无线站信息表461进一步包括用于无线LAN的第二无线站信息表。
在操作期间，在实施例中，数据检索器411包括接收模块，其被配置为通过无线站从无线设备接收位置请求消息。无线设备与网络中的无线站通信以根据网络通信协议发送消息以将消息引导到定位服务器410。接收模块412处理消息并且从消息提取无线指纹信息、诸如无线站的标识符、信号特征(例如，由无线设备从无线站接收的RSSI值)等。
数据检索器411进一步包括映射模块413，其被配置为从接收模块412接收无线指纹信息。映射模块413将无线指纹(即，无线站的标识符)用作索引以针对无线站搜索无线站信息表461寻找一组定位数据的分簇信息。在蜂窝网络示例中，能够将MCC、MNC、LAC、和Ci认为是索引以针对无线站搜索第一无线站信息表寻找一组定位数据的分簇信息。在无线LAN示例中，能够将MCC和MAC认为是索引，以针对无线站搜索第二无线站信息表寻找一组定位数据的分簇信息。在映射模块413已经针对无线站检索到一组定位数据的分簇信息之后，其向数据处理器421传达信息。
数据处理器421包括检索模块423，其被配置为接收针对标识的无线站的一组定位数据的分簇信息。这一信息的集合允许检索模块 423从数据库471提取该组定位数据。检索模块423可以包括存储该组位置数据的存储器。检索模块423提供接口，通过该接口，数据库471能够提供针对标识的无线站的该组位置数据。
数据处理器421进一步包括分簇模块422，其被配置为接收针对所标识的无线站的一组定位数据的分簇信息、该组定位数据、以及无线指纹信息。能够根据分簇边界来将针对无线站的一组定位数据分簇成子集。每个子集包括一个或者更多个定位数据。分簇模块422能够基于无线指纹(即，RSSI值)来选择该组定位数据中的子集。如果所接收的RSSI值在一组定位数据的边界之内，则当所接收的 RSSI值在该子集的边界之内时选择该组定位数据的子集。如果所接收的RSSI值在一组定位数据的边界之外，则能够基于计算所接收的 RSSI值与该组定位数据中的RSSI值之间的接近度来确定子集。接进度能够通过指数衰减模型来计算。在示例中，所确定的子集能够是与所接收的信号特征最相类似的信号特征的子集，并且包括至少一个或者更多个定位数据。在分簇模块422已经选择针对标识的无线站的定位数据的子集之后，其向地点估计器431传达信息。
地点估计器431包括位置模块432，其被配置为使用所选择的定位数据的子集以确定无线设备的位置。位置模块432能够使用合适的算法来估计无线设备的位置。在示例中，当所接收的RSSI值在一组定位数据的边界之内时，位置模块432能够使用所选择的定位数据的子集中的之前获得的地点来计算无线设备的位置。位置确定包括向每个地点分派权重并且对加权的地点做平均以确定无线设备的位置。分向每个地点分派权重能够包括向地点的每个纬度和经度分派权重。能够通过所接收的RSSI值比上所选择的定位数据的子集中的RSSI值来确定地点的权重。计算平均地点能够包括计算地点的加权的纬度的平均以及加权的经度的平均，并且将计算出的平均纬度和计算出的平均经度处的位置指定为用于无线设备的位置结果。在另一示例中，当所接收的RSSI值在一组定位数据的边界之外时，位置模块432能够使用所确定的定位数据的子集中的之前所获得的地点来计算无线设备的位置。位置确定包括计算平均地点(该计算平均地点能够包括计算地点的纬度的平均以及经度的平均)，以及将计算出的平均纬度和经度处的位置指定为用于无线设备的位置结果。
在位置模块432已经确定无线设备的位置之后，其通过应用圆概率误差(CEP)理论来计算与所确定的位置相关联的估计的不确定性值，以计算所确定的位置的95％的半径。95％反映估计的置信度。基于所选择的定位数据的子集中的地点的群体分布图案(例如，地点数目、地点密度、以及地点集中区域)，估计的不确定性值能够根据位置而有所不同。在示例中，在地点高度集中的情况下，估计的不确定性值能够足够小。
本领域技术人员将认识到：当无线设备在多个无线站的覆盖重叠区域中的地点处时，可以额使用图4的框图来确定位置信息。在无线LAN示例中，在特定地方(例如，机场)的无线设备可以频率扫描以从无线设备的通信范围内的多个无线站(例如，至少一个到二十个接入点)检索到无线指纹。无论无线设备是否连接到接入点，在位置确定中能够使用由无线设备检索到的接入点的所有的标识符。定位服务器410能够从无线设备接收位置请求。接收模块412 能够从n个无线站(n是正整数)接收n个标识符和n个RSSI值。映射模块413能够使用n个标识符来标识n个无线站以从无线站信息表461检索到该组定位数据的n个分簇信息。检索模块423使用n 个分簇信息来从数据库471提取n组定位数据。分簇模块422能够使用n个RSSI值来在n组定位数据中选择n个子集。位置模块432 能够使用定位数据的n个所选择的子集来计算n个地点。
然后，地点估计器431进一步包括位置过滤模块433，其被配置为从由位置模块432提供的n个地点中排除离群者。边界框处理能够用于从n个地点的集合中排除离群者。边界框能够是由极值点(例如，最东、最西、最北、以及最南点)确定的矩形区域。边界框包含作为矩形区域的中心的地点。地点能够通过对集合中的n个地点做平均来确定。将阈值定义为对应于边界框中的两个极值点之间的最长的距离的长度。位置过滤模块433能够计算平均地点与集合中的每个地点之间的距离，并且如果离群者距离平均地点超过阈值，标识能够从集合中排除的离群者。n个地点可以被排除一个或者更多个地点，或者根据没有地点被排除。离群者能够是位于离平均地点最远的集合中的地点。
在位置过滤模块433已经从由位置模块432提供的n个地点中排除离群者之后，其向位置模块432传达最多n个地点。位置模块 432基于对最多n个地点做平均来确定无线设备的位置信息，并且计算与所确定的位置相关联的估计的不确定性值。
定位服务器410向无线设备发送位置结果。在示例中，定位服务器410根据网络通信协议向无线设备输出消息。消息携带位置结果。
能够在由处理系统执行的一个或者多个计算机程序中实现关于图1-4所描述的特征，该处理系统包括至少一个可编程处理器，耦合该处理器以从数据存储系统、至少一个输入设备、以及至少一个输出设备接收数据和指令，以及发送数据和指令到数据存储系统、至少一个输入设备、以及至少一个输出设备。计算机程序是计算机中能够直接地或者间接地使用以执行某活动或者导致某结果的指令集。能够以任意形式的编程语言(例如，Java、Objective-C)来编写计算机程序，编程语言包括编译的或者解译的语言，并且能够以任意形式来部署，包括作为单独的程序或者作为模块、组件、基于浏览器的网页应用、或者适于在计算环境中使用的其他单元。
能够在计算机系统中执行特征，该计算机系统能够包括后端组件(例如，数据服务器)，或者能够包括中间件组件(例如，应用服务器)，或者能够包括前端组件(例如，具有图形用户接口或者因特网浏览器、或者他们的任意组合的计算机)。能够通过数据通信网络的任意形式或者介质来连接系统的组件。在某些实现中，通信网络能够包括LAN、WAN、以及形成因特网的计算机和网络。
计算机系统能够包括客户端和服务器。客户端和服务器通常远离彼此并且典型地通过网络来交互。客户端和服务器的关系借助计算机程序来发生，该计算机程序运行在相应计算机上并且彼此具有客户端-服务器关系。
虽然已经结合作为示例提出的其中的具体实施例描述了本公开内容的各方面，但是，可以对示例做出变更、修改、以及变化。因此，这里给出的实施例意图是说明性的而非限制性的。在不脱离以下给出的权利要求的范围的情况下存在可以做出的改变。

Claims (19)

1.一种用于定位无线设备的方法，所述方法包括：
提供一组定位数据的数据库，每个定位数据将地点的位置信息与用于在所述地点处提供无线连接的无线站的标识符和在所述地点处从所述无线站接收的信号强度相关联；
动态地调整所述组定位数据的子集的分簇边界，使得所述子集具有均匀的群体；
从所述无线设备接收位置请求，所述无线设备从特定无线站接收标识符和信号强度；
使用所述标识符来标识所述特定无线站以从所述数据库检索到所述组定位数据；
使用所接收的信号强度来从所述子集中选择一个子集；
使用所述一个子集来确定所述无线设备的位置信息；以及
使用圆概率误差(CEP)理论来计算所述无线设备的所确定的位置信息的阈值百分比的半径，来计算与所述无线设备的所确定的位置信息相关联的所估计的不确定性值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中从所述子集中选择一个子集进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之内时，在所接收的信号强度在所述子集中的所述一个子集的所述分簇边界之内时，选择所述子集中的一个子集。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之外时，确定所述子集中的一个子集。
4.根据权利要求3所述的方法，其中确定所述子集中的一个子集是基于计算所接收的信号强度与所述组定位数据中的每个信号强度之间的接近度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中计算所述接近度是基于指数衰减模型。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述无线设备的位置信息进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之内时，对所述一个子集中的位置信息进行加权平均。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之外时，对所述一个子集中的位置信息做平均。
8.根据权利要求1所述的方法，
其中所计算的阈值百分比的所述半径是所述无线设备的所确定的位置信息的95％的半径。
9.根据权利要求1所述的方法，其中基于所接收的信号强度比上所述一个子集中的每个信号强度来确定位置的权重。
10.一种用于定位无线设备的装置，所述装置包括：
存储介质，被配置为提供一组定位数据的数据库，每个定位数据将地点的位置信息与用于在所述地点处提供无线连接的无线站的标识符和在所述地点处从所述无线站接收的信号强度相关联；以及
处理器，被配置为：
动态地调整所述组定位数据的子集的分簇边界，使得所述子集具有均匀的群体；
从所述无线设备接收位置请求，所述无线设备从特定无线站接收标识符和信号强度；
使用所述标识符来标识所述特定无线站以从所述数据库检索到所述组定位数据；
使用所接收的信号强度从所述子集中选择一个子集；
使用所述一个子集来确定所述无线设备的位置信息；以及
使用圆概率误差(CEP)理论来计算所述无线设备的所确定的位置信息的阈值百分比的半径，来计算与所述无线设备的所确定的位置信息相关联的所估计的不确定性值。
11.根据权利要求10所述的装置，其中从所述子集中选择一个子集进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之内时，在所接收的信号强度在子集中的所述一个子集的所述分簇边界之内时，选择子集中的一个子集。
12.根据权利要求11所述的装置，进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之外时，确定所述子集中的一个子集。
13.根据权利要求12所述的装置，其中确定所述子集中的一个子集是基于计算所接收的信号强度与所述组定位数据中的每个信号强度之间的接近度。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述处理器计算所述接近度是基于指数衰减模型。
15.根据权利要求10所述的装置，其中所述处理器确定所述无线设备的位置信息进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之内时，对所述一个子集中的位置信息进行加权平均。
16.根据权利要求10所述的装置，进一步包括：
当所接收的信号强度在所述子集的所述分簇边界之外时，对所述一个子集中的位置信息做平均。
17.根据权利要求10所述的装置，
其中所计算的阈值百分比的所述半径是所述无线设备的所确定的位置信息的95％的半径。
18.根据权利要求10所述的装置，其中所述处理器基于所接收的信号强度比上所述一个子集中的每个信号强度来确定位置的权重。
19.一种用于定位无线设备的装置，所述装置包括：
数据检索器，包括接收模块，所述接收模块被配置为从无线站接收标识符和信号强度，以及映射模块，所述映射模块被配置为使用所述标识符来标识无线站；
数据处理器，包括检索模块，所述检索模块被配置为从数据库中提取定位数据组，以及分簇模块，所述分簇模块被配置为使用所接收的信号强度来在所述定位数据组中选择子集，其中所述数据处理器被配置成动态地调整所述子集的分簇边界，使得的所述子集具有均匀的群体；
地点估计器，包括位置模块，所述位置模块被配置为：使用所选择的子集来确定所述无线设备的位置信息、使用圆概率误差(CEP)理论来计算所述无线设备的所确定的位置信息的阈值百分比的半径，来计算与所述无线设备的所确定的位置信息相关联的所估计的不确定性值，以及位置过滤模块，所述位置过滤模块被配置为当离群者的距离超过阈值时排除离群者；以及
数据管理器，包括簇分配模块，所述簇分配模块被配置为当满足要求时重置所述子集中的一个子集的分簇边界。
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