CN111837408B - 具有用于区分发射器的轮换标识符的超声位置确定系统 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种包括声学发送设备和移动设备的位置确定系统。移动设备从声学发送设备接收声学信号(例如，超声信号)。当接收到声学信号时，移动设备必须能够特定地识别声学发送设备。为此目的，使用短标识符(例如6位)会更有效，因为其需要较少的功率来发送和解码。通过利用本文所述的轮换标识符系统，与使用否则将提供的时间恒定的标识符相比，可以区分更多的声学发送设备，并且发送更加安全，因此不易受到搭便车者的攻击。

Description

具有用于区分发射器的轮换标识符的超声位置确定系统

技术领域

本公开内容总体上涉及实时位置系统，更具体来说涉及确定物体或人在实时定位系统内的位置。

背景技术

现今的企业和组织在追踪重要资源在建筑物或校园环境中的位置方面面临共同的挑战。这样的资源包括关键人员、关键装备、重要记录或者其他有用的设备。这些资源常常根据组织需要在一天当中改变位置，并且定位这些重要资源可能证明是困难并且耗时的。为了避免在人工定位这些资源方面投入时间和精力的固有生产力损失，希望开发一种实时追踪、归类并且报告这些重要资源的位置的方法。

发明内容

在本公开的实施例中，描述了一种计算机实现的方法，该方法包括通过环境中的实时位置系统中的移动设备接收已调制的声学信号，该已调制的声学信号已经由位于环境中的声学发送设备发送。该计算机实现的方法还包括由移动设备检测已调制的声学信号，以确定在某个时间段内使用的标识符，其中所检测到的标识符是轮换的标识符集合的成员，所述标识符集合中的每个标识符具有相同的固定位长。该计算机实现的方法还包括基于检测到的标识符、所述时间段、以及另外对于大型安装来说移动设备通信耦合到的RF接入点来确定移动设备的位置。

在本公开的另一个实施例中，公开了一种计算机实现的方法，该方法包括通过环境中的实时位置系统确定声学发送设备的标识符，其中，每个标识符在特定时间段内对于特定的声学发送设备是唯一的，并且每个标识符具有相同的固定位长。该计算机实现的方法还包括通过声学发送设备对具有特定标识符的声学信号进行调制，以在特定的有效时间段内输出已调制的声学信号。该计算机实现的方法还包括通过声学发送设备将包括所述标识符的已调制的声学信号发送到位于环境内的移动设备。

在本公开的实施例中，描述了一种计算机实现的系统，该系统包括声学发送设备，该声学发送设备被配置为在环境中的实时位置系统中使用轮换的标识符集合，其中轮换的标识符序列中的每个标识符具有相同的固定位长。声学发送设备还被配置为在特定时间段期间利用所述标识符来调制声学信号以输出已调制的声学信号，并且在特定的有效时间段期间将已调制的声学信号发送至位于环境内的移动设备。该计算机实现的系统还包括移动设备，该移动设备被配置为接收已调制的声学信号，检测已调制的声学信号中的标识符，基于检测到的标识符、所述时间段、以及另外对于大型安装来说移动设备所处的领域的粗略指示来确定移动设备的位置。可由移动设备至少部分地基于全球定位服务(GPS)、一个或多个Wi-Fi信号、一个或多个蓝牙信号、一个或多个蜂窝信号、在移动设备(例如惯性测量单元，陀螺仪，加速度计，磁力计等)内实现的一个或多个定位传感器、在移动设备内实现的一个或多个压力传感器、在移动设备内实现的一个或多个摄像头和/或其他合适的方式来确定所述粗略指示。

附图说明

被合并在本文中并且构成说明书一部分的附图用来说明本公开内容的实施例，并且连同描述部分一起进一步解释本公开内容的原理，并且使得相关领域技术人员能够制作和使用所述实施例。

图1示出了根据本公开内容的示例性实施例的实时位置系统的透视表示。

图2示出了根据本公开内容的示例性实施例的使用在实时位置系统中的示例性轮换标识符系统的方块图。

图3示出了根据本公开内容的示例性实施例的一种基于用在实时位置系统中的已调制的声学信号识别声学发送设备的方法的流程图。

图4示出了根据本公开内容的示例性方面的示例性计算系统。

下面将参照附图来描述本公开内容。在附图中，相同的附图标记表明完全相同或功能上类似的单元。此外，附图标记的最左侧数位标识该附图标记首次出现在其中的附图。

具体实施方式

后面的具体实施方式部分参照附图来说明与本公开内容一致的示例性实施例。在具体实施方式部分中提到“一个示例性实施例”、“某个示例性实施例”、“示例性实施例的一个实例”等等时表明所描述的示例性实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但是不一定每一个示例性实施例都包括所述特定的特征、结构或特性。此外，这样的短语不一定都指代相同的示例性实施例。此外，当本公开内容结合某个示例性实施例来描述特定的特征、结构或特性时，相关领域技术人员将知道如何与其他示例性实施例相结合来实施这样的特征、结构或特性，而不管其是否被明确地描述。

本文中所描述的示例性实施例提供说明性实例而非作出限制。其他的示例性实施例也是可能的，并且在本公开内容的精神和范围内可以对示例性实施例作出修改。因此，具体实施方式部分不限制本公开内容。相反，只有所附权利要求及其等效表述才限定本公开内容的范围。

可以使用硬件(例如电路)、固件、软件或者其任意组合来实现实施例。实施例还可以被实施为存储在机器可读介质上并且由一个或多个处理器读取和执行的指令。机器可读介质包括用于以机器(例如计算设备)可读的形式存储或发送信息的任何机制。例如在一些实施例中，机器可读介质包括只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；磁盘存储介质；光学存储介质；闪存设备；电气、光学、声学或其他形式的传播信号(例如载波、红外信号、数字信号等等)等等。此外，固件、软件、例程、指令在本文中可能被描述为实施特定动作。但是应当认识到，这样的描述仅仅是为了方便起见，并且所述动作可以从执行固件、软件、例程和/或指令的计算设备、处理器、控制器或其他设备得到。

任何时候提到术语“模块”时应当被理解成包括软件、固件和硬件(比如一个或多个电路、微芯片或设备或者其任意组合)的至少其中之一以及其任意组合。此外，相关领域技术人员将会理解，每一个模块可以包括实际设备内的一个或多于一个组件，并且构成所描述的模块的一部分的每一个组件可以与构成该模块的一部分的任何其他组件协作运作或者独立运作。反之，本文中所描述的多个模块可以表示实际设备内的单个组件。此外，一个模块内的各个组件可以处于单个设备中，或者通过有线或无线方式分布在多个设备当中。

后面关于示例性实施例的详细描述将完全揭示出本公开内容的性质，从而使得其他人通过应用相关领域技术人员的知识可以很容易针对各种应用修改和/或定制这样的示例性实施例，而无需进行多余的实验并且不会背离本公开内容的精神和范围。因此，基于本文中所给出的教导和引导，这样的修改落在示例性实施例的含义和多种等效方案之内。这里的措辞或术语是用于描述而非限制的目的，因此本说明书的术语或措辞应当由相关领域技术人员根据本文中的教导来解释。

本公开内容提供一种追踪物体和人的准确位置信息的实时位置系统。取决于可用的系统基础设施，实时位置系统以不同等级的准确性进行操作。在一些实施例中，位置信息的房间等级的准确性就足够了，而其他用例则需要房间内方位的1D、2D或者甚至3D分辨率。在一些实施例中，系统实时提供关于人或装备的三维位置信息。实时位置系统可以包括附着到环境中的内部表面的声学发送设备以及附着到可移动的物体或人的移动设备的网络。移动设备接收来自声学发送设备的信号，以便确定环境内的描述性位置信息或三维位置坐标。声学(例如超声)非常适用于这一目的，因为它比无线电波行进得更慢并且通常不会被人类注意到。声波还会更加快速地衰减并且不穿过墙壁，从而避免房间之间的信号干扰。如果声学发送设备的位置是已知的，则移动设备的位置处于其信号已被接收到的特定声学发送设备的位置附近。举例来说，如果特定的声学发送设备被安装在关闭的房间内，并且移动设备接收到来自该特定声学发送设备的声学信号，则移动设备位于该关闭的房间内。当测量如在本文中所描述的声学发送设备与移动设备之间所存在的相对较短距离时，声学信号也更容易处理。

但是，这种方法提出了独特的挑战。移动设备需要具有一种特定的方式来识别作为已调制声学信号(已调制以承载信息)的源的声学发送设备。因此，系统为每个声学发送设备分配包含固定位数的唯一标识符。将标识符限制为尽可能短，例如6位，提供了效率优势，因为较短的标识符需要更少的功率来发送以及更少的检测处理。但是，这种方法限制了可用的唯一标识符的数量。例如，如果实施例使用6位作为标识符，则仅存在64(2^6)个唯一标识符。在示例性安装中，声学发送设备的数量可能远远高于64，因此，移动设备需要标识声学发送设备的替代手段或辅助手段。

因此，需要利用本文所述的轮换标识符系统的实时位置系统，以通过防止侵入的、恶意的或粗心的软件或硬件设备欺骗系统或开发、妨碍或利用系统基础设施来增强安全性。

实时位置系统

已经使用多种无线协议开发出实时位置系统，其中最知名的系统可能就是全球定位系统(GPS)。虽然这样的位置系统提供近似8米数量级的水平位置准确性，但是这些系统并没有解决所有的位置追踪情形。举例来说，许多情形要求小于0.3米的位置准确性。其他情形则要求在高层建筑中的楼层之间作出区分的能力。还有其他情形则要求情境位置信息，比如办公楼中的基于房间的信息。

本公开内容的实施例提供了针对这些增强的位置需求的解决方案。通过从可以被固定到建筑物的墙壁或天花板的声学发送设备发送声学信号，声学信号可以被用来确定附着到人或物体的移动设备的位置。在另一个示例性实施例中，声学信号包括被指派给其对应的声学发送设备的标识符(包括已编码标识符)。移动设备检测或解码声学信号中的标识信息。如果声学发送设备的位置是已知的，则移动设备的位置处于其信号被接收到的特定声学发送设备的位置附近。举例来说，如果特定的声学发送设备被安装在关闭的房间内，并且移动设备接收到来自该特定声学发送设备的声学信号，则移动设备位于该关闭的房间内。因此，如果每一个声学发送设备发射独有的标识信号并且每一个声学发送设备的位置是已知的，则当移动设备接收到来自特定声学发送设备的声学信号及其相关联的身份时可以确定移动设备的位置。类似地，如果移动设备接收到来自两个单独可识别的声学发送设备当中的每一个的声学信号，则移动设备位于全部两个单独可识别的声学发送设备的附近。举例来说，如果两个单独可识别的声学发送设备被放置在走廊的两个相对末端处，则位于走廊中的移动设备将可能接收到来自两个单独可识别的声学发送设备的信号，并且移动设备的位置将被建立。在其他实施例中，可以建立移动设备的更加精确的位置。举例来说，使用标准几何计算，声学信号在移动设备处的到达时间可以被用来找到移动设备在环境中的位置。

在一个实施例中，声学信号还可以包括与声学发送设备附近的环境相关联的数据，比如声学发送设备驻留在其中的一个或多个房间、空间、结构、建筑物、区块等等。更具体来说，这样的环境数据可以包括与环境相关联的具体细节。举例来说，环境数据可以表明声学发送设备位于其中的对应房间、建筑物、校园、区域等等。环境数据还可以包括表明声学发送设备位于其中的环境的组织、配置或分级结构的数据。举例来说，这样的环境数据可以包括表明特定房间与特定建筑物之间的关系(例如房间在建筑物内的位置)的数据。

环境数据还可以包括与环境相关联的规格数据。举例来说，规格数据可以包括发送设备位于其中的房间内的一个或多个反射表面(例如墙壁、天花板、地板、物体、家具等等)的规格。规格数据还可以包括表明反射表面的法线方向的数据。环境数据还可以包括表明这样的反射表面的声学衰减的数据。环境数据还可以包括表明声学发送设备在特定房间、建筑物、区域等等内的相对位置的数据。更具体来说，这样的环境数据可以包括发送设备位于其上的表面(例如房间的墙壁、地板、天花板等等)的标识符，以及/或者表明发送设备关于该表明的位置和/或指向的数据。环境数据还可以包括表明环境内的声速、温度、压力、湿度等等的氛围数据。在某些实施例中，由于环境数据会随着时间改变，因此环境数据频繁地更新以便反映出当前的环境条件。

实时位置系统的声学发送设备可以被配置为周期性地发送将由位于发送设备的广播范围内的移动设备接收的声学信号(或者其他适当的信号，比如射频信号)。在一些实现方式中，声学信号可以是具有大约20kHz或更高频率的超声信号。在本公开内容的一个特定实施例中，声学信号可以是具有大约20kHz频率的超声信号。在本公开内容的另一个特定实施例中，声学信号可以是具有大约40kHz频率的超声信号。本文中关于数值所使用的术语“大约”指的是该数值的30％之内。

通过这种方式，声学发送设备的广播范围内的移动设备拾取声学信号。声学信号可以是从声学发送设备直接传播到移动设备的信号(在本文中被称作“直接信号”)，以及/或者由一个或多个反射表面反射的信号(在本文中被称作“反射信号”)。反射表面可以充当能够反射声学信号(存在一定衰减)的声反射镜，并且可以包括位于环境内的墙壁、天花板、地板、家具、物体等等。可以至少部分地基于接收自声学发送设备的声学信号来确定移动设备的精确位置。在一些实现方式中，可以提供情境或描述性位置信息，例如办公楼中的房间号和楼层数。

移动设备必须适当地标识正在接收的声学信号的源，即正在发送声学信号的声学发送设备的标识符。将标识符的数字大小最小化，例如到6位，提供了效率优势，因为更短的标识符(更少的位数)需要更少的功率来发送和更少的检测处理。但是，这种方法限制了可用的唯一标识符的数量。例如，如果标识符的实施例使用6位，则仅64(2^6)个唯一标识符可用。在实时位置系统的示例性安装中，声学发送设备的数量可能远远超过64，因此，移动设备需要识别声学发送设备的替代手段或辅助手段。

为了克服标识符的固定位数的限制，每个声学发送设备都发送已调制的声学信号，该信号携带的标识符以实时位置系统中的相关组件已知的方式随时间变化(或轮换)。在这种方法中，将唯一标识符用于特定时间段，然后在该时间段结束时，将第二(不同的)唯一标识符用于后续时间段。以这种方式继续，每个声学发送设备使用一个标识符序列，其中序列中的每个标识符用于预定的时间段，然后在下一个时间段中用序列中的另一个标识符替换。实时位置系统中的组件已知预定义的时间段，其中这些组件的时间与实时位置系统中的世界时间同步。在一个实施例中，移动设备从声学发送设备接收已调制的声学信号，检测已调制的声学信号中的标识符，并且使用检测到的标识符与检测到的标识符用于确定发送已调制的声学信号的特定声学发送设备的时间段的组合。通过确定特定的声学发送设备，还确定了从特定的声学发送设备接收已调制的声学信号的移动设备的位置(即，在特定的声学发送设备的附近)。在替代实施例中，移动设备通过无线网络连接、局域网(LAN)、广域网(WAN)或其他通信网络或协议将检测到的标识符传递给远程处理服务器(例如，中央服务器)。在该实施例中，中央服务器通过处理检测到的标识符以及检测到的标识符用于确定特定声学发送设备的时间段的组合，来确定其声学信号被移动设备接收的特定声学发送设备。由于每个声学发送设备的位置是已知的，因此可以通过结合使用检测到的标识符和使用检测到的标识符的时间段来确定移动设备的位置。在某些实施例中，该时间段的下限可以被确定为大约60毫秒。60毫秒的值基于20米的最大声学范围，该最大值是由声学衰减设置的，因此超出该范围的信号在典型环境中低于噪声水平。

在需要实时位置系统覆盖非常大的环境的情况下，轮换的标识符集合可能无法提供整个环境所需的唯一性。换句话说，在任何给定时间段，当使用大量(例如，数百个)声学发送设备时，特定的标识符可能被一个以上的声学发送设备使用。为了解决这样的情况，可以通过使用特定声学发送设备和移动设备所位于的邻域的粗略指示来解决在任何给定时间段内声学发送设备的标识符的唯一性的缺乏。可由移动设备至少部分地基于全球定位服务(GPS)、一个或多个Wi-Fi信号、一个或多个蓝牙信号、一个或多个蜂窝信号、在移动设备(例如惯性测量单元、陀螺仪、加速度计、磁力计等)内实现的一个或多个定位传感器、在移动设备内实现的一个或多个压力传感器、在移动设备内实现的一个或多个摄像头和/或其他合适的方式来确定粗略指示。因此，无论是移动设备本身还是中央服务器执行处理来确定移动设备的位置，移动设备/中央服务器可以使用以下三项信息的组合来唯一地确定声学发送设备(因此确定移动设备的位置)：检测到的已接收到其声学信号的声学发送设备的标识符，使用检测到的标识符的时间段，以及移动设备使用的RF接入点。

本公开内容的系统和方法可以被使用在多种应用中，其中例如包括位置追踪、工作流程、移动装备追踪、安全及合规、移动装备管理、职员位置确定或者其他适当的应用。一个示例性的使用领域是在健康护理行业内。在一个实施例中，医院实施本公开内容的实时位置追踪系统以便提供患者追踪、患者流程、资产管理、环境监测等等。

图1是位置确定系统100的透视表示。位置确定系统100可以是环境中的确定可移动的物体或人的位置的实时位置系统。被放置在环境102内的位置确定系统100可以包括声学发送设备104、移动设备106、远程处理服务器108以及已调制的声学信号110。这些组件协作来提供能够估计移动设备106在环境102内的位置的位置系统。在某些实施例中，位置信息可以是三维位置信息。在一些实施例中，位置确定系统100包括遍布建筑物或一系列房间安装的声学发送设备104的多于一个事例，以及附着到或者合并到人、机器、动物、车辆、机器人、存货、装备或其他物体之中/之上的移动设备106的多于一个事例。环境102可以由建筑物中的房间构成，比如医院中的病房、办公楼中的办公室或者仓库中的储存空间。可以存在环境102的多于一个事例，并且包括声学发送设备104的多于一个事例。当环境102的几个事例服务于一个位置、建筑物或建筑群时，环境102的这些事例可以被合并到各个集群、群组或管理实体中。在一个替换实施例中，环境102包括单个房间。

声学发送设备104包括用以发送已调制的声学信号110的声学设备(比如超声发射器)和处理逻辑。由声学发送设备104发送的已调制的声学信号110在特定的时间段传达对于声学发送设备104的特定事例所独有的标识符。标识符可以是伪随机序列中的数字，或者是预定义的标识符表中的标识符。标识符的提供对于发送标识符的声学发送设备140以及将检测到的标识符与在特定时间段使用检测到的标识符的特定声学发送设备140互相关联的移动设备(或中央服务器)都是已知的。这些特定时间段由系统范围的声音发送调度表控制，该调度表要求声学发送设备104和移动设备同时处于活动状态，并且同时处于非活动状态。这样的协调通过同步发送/接收位置确定所必需的标识符的定时来最大化设备的电池寿命。在一个实施例中，声学发送设备104把标识符调制/编码在具有例如大约20kHz、40kHz的超声频率或者任何其他适当的超声频率的超声载波上。正如前面所描述的那样，位置确定系统100可以包括声学发送设备104的多于一个事例，并且每一个声学发送设备104可以被配置为发送包含对于声学发送设备104的每个特定事例所独有的标识符的已调制的声学信号110。上面对于需要实时位置系统覆盖非常大的环境的场景而言，在任何给定时间段的标识符可能都不是唯一的。换句话说，在特定时间段，当使用大量(例如，数百个)声学发送设备时，特定标识符可能被多于一个声学发送设备使用。为了解决这种情况，使用以下三点信息的组合来唯一地确定声学发送设备(因此确定移动设备的位置)：检测到的已接收到其声学信号的声学发送设备的标识符，使用该标识符的时间段以及移动设备正在使用的RF接入点。

移动设备106包括能够接收来自声学发送设备104的已调制的声学信号110的麦克风，并且还可以包括用以对任何所接收到的已调制的声学信号110进行采样、解码、检测和处理的处理单元。移动设备106驻留在环境102内部。移动设备106可以是便携式设备，并且可以附着到人或装备上。在一些实施例中，移动设备106包括例如蜂窝电话、声学换能器、超声换能器、声学标签、超声标签之类的设备以及/或者任何其他适当的设备。

在一些实施例中，移动设备106不使用其自身的处理单元来实施处理(或者不具有处理单元)，而是通过使用一个或多个适当的通信信道(例如声学、超声或射频)把相关数据发送到远程处理服务器108来把处理卸载到例如远程处理服务器108之类的远程计算机。移动设备106和/或声学发送设备104包括有线或无线发射器，比如无线电发射器，以用于发送与实时位置确定相关的信息。在一些实施例中，移动设备106通过射频、局域网(LAN)、广域网(WAN)或者其他通信网络或协议与远程处理服务器108进行通信。

远程处理服务器108(例如中央服务器)由处理实时位置数据的一个或多个服务器构成，实时位置数据例如由移动设备和声学发送设备的身份、声学发送设备的位置、RF接入点等等构成。远程处理服务器108采用标准通信模块(例如RF连线)对传入信号进行侦听、处理和响应。远程处理服务器108包括用以实施运算和计算的处理，以及用以把信号发送回到声学发送设备104和移动设备106的射频模块。在一个替换实施例中，远程处理服务器108经由LAN、WAN或者其他无线/有线通信网络与声学发送设备104和移动设备106进行通信。

远程处理服务器108包括数据库，所述数据库存储关于声学发送设备104和移动设备106的信息并且实时追踪位置。在一个实施例中，所述数据库可以是任何可以买到的数据库管理系统，比如Microsoft Access、Microsoft SQL服务器、Oracle数据库、IBM数据库等等。数据库保持经由传统联网基础设施，比如路由器、交换机、集线器、防火墙等等去到处理元件的通信连接。在一个实施例中，数据库可以位于一个计算机工作站中。远程处理服务器108实施集中式存储区域网络、网络附属存储、独立盘冗余阵列以及/或者任何其他存储设备配置，以便提供足够用来对全部位置信息进行归档的存储容量。充足的存储替换地存在于任何其他物理附着磁性存储、云存储或者任何附加的存储介质中。在一个实施例中，远程处理服务器108部署常用的硬盘接口，比如ATA、SATA、SCSI、SAS和/或光纤，以用于与存储介质进行接口。

已调制的声学信号110包括在环境102内传播的发送自声学发送设备104的信号的集合。在一个实施例中，已调制的声学信号110落在超声范围内，即20kHz直到1MHz及以上。具体的实施例包括20kHz和40kHz处的已调制的声学信号。位置确定系统100对已调制的声学信号110进行调制、编码、识别和检测/解码，以便在各个信号之前进行区分并且确定位置。

已调制的声学信号110可以包括描述声学信号的特性的数据，例如包括声压水平、信号编码类型、信号标识、信号法向、信号空间分布、信号周期以及/或者其他适当的数据。已调制的声学信号110还可以包括与位置确定系统100所覆盖的环境相关联的数据。这样的环境数据可以包括环境的布局或组织分级结构，声学发送设备104位于其中的环境(例如房间、区域、空间、区块、建筑物等等)内的位置的标识数据，环境内(例如声学发送设备104位于其中的房间、区域、区块等等内)的一个或多个反射表面(例如墙壁、天花板、地板、物体等等)的规格规范，表明声学发送设备104在环境内的相对位置的数据，比如声学发送设备104位于其上的表面的标识符以及/或者声学发送设备104关于该表面的位置和/或指向。环境数据还可以包括表明环境内的声速、温度、压力、湿度等等的氛围数据。在某些实施例中，由于环境数据会随着时间改变，因此环境数据可以被频繁地更新以便反映出当前的环境条件。

已调制的声学信号110包括标识符，该标识符在随后的时间段内改变(轮换)为新的标识符之前，由声学发送设备104在特定的时间段内使用。在一个实施例中，移动设备106接收已调制的声学信号110并检测(检测可以包括解码、解调或其他信号处理以恢复所发送的标识符)发送了那些已调制的声学信号110的声学发送设备104的标识符。移动设备106可以通过获知哪个声学发送设备104在特定时间段使用那个特定标识符来确定特定声学发送设备104的身份。如果声学发送设备104使用伪随机数生成器来生成标识符，则移动设备106将使用相同的伪随机数生成器来“逆转”该过程，从而将检测到的标识符转换为发送该标识符的声学发送设备104的身份。类似地，如果声学发送设备104使用在连续时间段中使用的标识符的预定义表，则移动设备106将使用相同的标识符的预定义表来“逆转”该过程，从而将检测到的标识符转换为发送该标识符的声学发送设备104的身份。在替代实施例中，远程处理服务器108执行转换处理。在该替代实施例中，移动设备106经由无线网络连接、局域网(LAN)、广域网(WAN)或其他通信网络或协议将检测到的标识符转发到远程处理服务器108。在该实施例中，远程处理服务器108执行处理并确定声学发送设备104的身份。在大型安装中，移动设备通信地耦合到的RF接入点还用于确定声学发送设备104的身份。

确定声学发送设备的身份

如上面关于效率所指出的，将声学发送设备的标识符限制为尽可能短，例如，将p位标识符限制为p＝6位，这是有利的，因为较短的标识符需要较少的功率来发送并且较少的处理资源来进行检测。但是，以这种方式缩短标识符会限制系统中可用的唯一标识符的数量。例如，如果实施例使用6位作为标识符，则仅存在64(2^6)个唯一标识符。这提出了挑战，因为在示例性安装中，可能存在64个以上的声学发送设备104实例。期望使用一种标识符系统，该标识符系统保留使用较短的标识符的效率优势，同时允许多于64个(或2^x，其中x是该实施例中配置的位数)声学发送设备104的实例共存。此外，希望未授权人员不能为了提供单独的位置服务而绘制实时位置系统基础设施，而不必承担(foot)建立实时位置系统基础设施的费用。因此，例如，使用固定的(即，时间恒定的)标识符的一组声学发送设备104容易受到第三方利用。例如，第三方可以容易地确定使用时间恒定的标识符5、53和28的一组三个发送设备104。通过获取此容易确定的信息，第三方可以获取此映射信息并提供实时位置系统，而无需为底层基础结构的成本提供资金。因此，除了需要多于64个(或2^x，其中x是在该实施例中配置的位数)声学发送设备104的实例共存，还期望提供一种阻挠未经授权的一方绘制底层基础设施的任何尝试的方法

在本公开的实施例中，描述了克服短长度标识符的挑战的轮换标识符系统。代替充当给定的声学发送设备104的标识符的时间恒定的单个短长度整数，实施例描述了用于在连续的时间段标识声学发送设备104的变化的(或轮换的)短长度整数的使用。例如，声学发送设备104的标识符在一时间段内可以是“7”。在随后的时间段中，对于该随后的时间段，相同的声学发送设备104可以将其自身标识为“63”。

在进一步的实施例中，声学发送设备104可以在预定时间段内发送p位标识符，然后在随后的时间段内发送不同的p位标识符。在示例性实施例中，声学发送设备104可以在每个时间段期间每一秒重复p位标识符的发送，其中时间段可以是一分钟。在各个实施例中，时间段可以在3秒至300秒的范围内。如本领域普通技术人员将认识到的，该范围仅是示例性的而不是限制性的。通过在每个时间段内重复发送p位标识符，移动设备106被提供了多个机会来接收发送的p位标识符。为了减少两个或更多个声学发送设备104的发送的重叠，可以为每个声学发送设备104分配与其相邻的声学发送设备不同的发送时隙。例如，在示例性的身份发送方案中，其中每个声学发送设备104每秒重复其标识符发送，每秒可以被划分为多个时隙。在特定示例中，可以将一秒时间帧分解为15个时隙，其中一个声学发送设备104可以在第一时隙中发送其声学信号，而相邻的声学发送设备104在第二时隙中发送其声学信号。如上所述，在分配的标识符有效的时间段内，在每个随后的一秒时间帧中重复这些声学信号发送。对于下一时间段，每个声学发送设备104使用不同的标识符。例如，如果每个时间段为一分钟，则声学发送设备104在其分配的时隙中每一秒重复发送其标识符，并且在其一分钟时间段结束时变化(轮换)为新的标识符集。实时位置系统中的组件已知这些时间段，其中这些组件在时间上与实时位置系统中的世界时间同步。

在替代实施例中，标识符可以是固定位代码的序列，其中该代码在每次发送时根据伪随机序列而改变。伪随机序列由伪随机生成器使用种子作为输入来生成。为了确定声学发送设备104的身份，移动设备将必须先接收几个发送代码，然后才能唯一地识别出底层伪随机种子，从而根据时间段设置的约束与发射器位置相关联并靠近移动设备的位置。在该实施例中，标识符然后实际上是伪随机种子。这种方法在启动时在计算上会很困难，因为它仅需要基于移动设备的大概位置来查找唯一的种子。然而，对于随后的声学发送设备的识别，该过程更容易，因为从声学定位确定的第二位置限制了需要被认为是其最近邻居的种子的数量。

如以上讨论所指出的，可以通过使用短位整数标识符的轮换(序列)来克服短位整数标识符的可伸缩性挑战，其中在特定时间段内的特定标识符提供了所需的唯一标识。在一些实施例中，安全也是要解决的要求。安全要求通常产生对声学发送设备104隐藏其身份的发送的需求，以使得只有预先配置的装备(例如移动设备)才能够正确地检测身份信息。如果没有此类安全措施，未经批准的装备可能会在他人提供的基础设施上不适当地“搭便车(free ride)”。为了解决这些安全/搭便车的问题，声学发送设备104可以发送针对该设备随机生成的标识符的轮换序列。随机生成是指在特定时间段观察标识符的第三方无法确定在随后的时间点观察的来自同一声学发送设备104的标识符将是什么。随机生成的序列的方法包括预定序列的生成，伪随机序列的生成和完全随机的序列。预定序列和完全随机序列都要求这些序列与发送设备和接收/检测设备共享。使用种子进行生成的伪随机序列将要求种子与发送设备和接收/检测设备共享。在采用服务器的情况下，服务器可以提供在生成或检测方面所需的处理，然后可以更简单地实现声学发送设备104和/或移动设备106。

实现上述方法的一种方法是使服务器(例如，远程处理服务器108)根据期望的随机化识别过程来管理声学发送设备104和移动设备106。例如，服务器(例如，远程处理服务器108)确定在特定时刻开始的一段时间内有效的种子数量。在这样的实施例中，服务器维持世界时间并将种子集转发给将在多个连续时间段t1、t2、t3、t4、t5、t6等中使用的声学发送设备104和移动设备106。对于每个声学发送设备104，使用其各自的种子来确定各自的标识符，并且各自的标识符在时间段t1内是有效的。各个标识符将被转发到位置处理组件，即移动设备106或远程处理服务器108。当时间段t1完成时，新的时间段t2开始，并为每个声学发送设备104确定下一标识符。该序列处理持续t3、t4、t5等连续时间段。在一个实施例中，在重置期间，新的种子集合将被转发到发送设备104和移动设备106以用于确定重置后的标识符。

图2描绘了根据本公开的实施例的轮换标识符系统200。轮换标识符系统200包括标识符管理中心210以及来自图1的声学发送设备104、移动设备106和已调制的声学信号110的一个或多个实例。在一个实施例中，轮换标识符系统200将声学发送设备104的一个或多个实例组织成组或集群。这些组或群集可以追踪各种RF接入点的足迹，从而在具有数百个声学发送设备的大型设施中提供声学发送设备的附加标识。轮换标识符系统200提供了一种在声学发送设备104的一个或多个实例与移动设备106的一个或多个实例之间同步标识符的方法。轮换标识符系统200提供若干优点，包括提高的效率和增强的安全性。

为了安全起见，轮换标识符系统200确保侵入的、恶意的或粗心的软件或硬件设备或程序不能开发、妨碍、利用标识符管理中心210和位置确定系统100的设备或与之交互。此外，轮换标识符系统200防止外部方出于替代目的或目标而利用安装在环境中的用于位置确定系统100的基础设施。由于恶意实体或搭便车者并不了解如本实施例中所述的轮换标识符系统200，因此轮换标识符系统200保持免受外来交互、中断、搭便车或入侵的影响。

标识符管理中心210包括随机数生成器211、种子值212和预定义序列表213。标识符管理中心210存储和管理轮换标识符，并将必要信息发送给声学发送设备104和移动设备106。在一个替换实施例中，标识符管理中心210存在于声学发送设备104和移动设备106之间的分布式体系结构中。标识符管理中心210使用射频或通过标准无线或有线协议(例如，蓝牙、WLAN等等)与位置确定系统100中的设备通信。可以使用行业标准方法(例如，公钥/私钥加密)对此类通信进行加密。标识符管理中心210追踪与每个声学发送设备104相关联并且在特定时间段有效的标识符。标识符管理中心210还可以追踪用于随机数生成器、随机数生成算法、与时间段关联的时间戳的种子，用于发送标识符的时隙以及位置确定系统100中的实体之间的关系。

随机数生成器211生成和/或存储和检索伪随机数序列，以供标识符管理中心210用于确定声学发送设备104的身份。每个数字在特定时间段内有效。如本领域技术人员将理解的，可以通过多种方式来实现随机数的生成，包括例如伪随机数生成、线性同余生成、乘法同余生成等。

在实施例中，种子值212可以用于随机数生成，并且在声学发送设备104和移动设备106中是已知的。因此，轮换标识符系统200的所有成员可以拥有协调的、时间同步的随机数生成系统。在替代实施例中，随机数生成器211驻留在移除处理服务器108中，并且在轮换标识符系统200、声学发送设备104和移动设备106之间共享。

预定义序列表213存储从专用于声学标识符的位数得出的标识符的可用序列的表示，其中序列中的每个标识符在特定时间段内有效。预定义序列表213是存储标识符序列的预定义表。在一个实施例中，预定义序列表213将标识符序列存储在数据库表中，该数据库表可以容纳在任何商业上可获得数据库管理系统中，例如Microsoft Access，MicrosoftSQL Server，Oracle数据库，IBM数据库等。在替代实施例中，序列表213实际上没有被存储，而是基于使用的位数的逻辑结构，并且仅存在于RAM中或在运行时存在。

图3示出了基于已调制的声学信号110识别声学发送设备104的方法的流程图。识别方法300包括以下步骤：接收信号(步骤301)，检测接收到的标识符(步骤302)，确定在相关时间段的有效标识符(步骤303)，将检测到的标识符与在相关时间段的有效标识符进行比较(步骤304)，找到匹配(决策点305)，并确定移动设备的位置(步骤306)。

在一个实施例中，在接收信号(步骤301)中，移动设备106通过使用能够接收已调制的声学信号110的麦克风来接收已调制的声学信号110。已调制的声学信号包括来自发送根据时间段而改变的已调制的声学信号110的声学发送设备104的标识符(可能是已编码的标识符信息)。例如，在时间t1，标识符信息将反映用于特定声学发送设备104的一个标识符，但是在时间t2，标识符信息中将反映出不同的标识符。

在检测接收到的标识符(步骤302)中，移动设备106从在接收信号(步骤301)中接收到的信号中检测标识符。在一个实施例中，检测接收到的标识符(步骤302)发生在移动设备106及其组件上。在替代实施例中，诸如远程处理服务器108之类的远程计算机检测所接收的信号并执行任何必要的处理以确定标识符。

在确定相关时间段的有效标识符(步骤303)中，识别方法300从标识符管理中心210检索有效代码。在一个实施例中，将当前时间段与特定于时间段的发射器识别表212中的时间段进行比较，以确定特定时间段的有效标识符。有效标识符表示环境102中的声学发送设备104的一个或多个实例。

在将检测到的标识符与在相关时间段的有效标识符进行比较(步骤304)中，识别方法300将(从检测接收到的标识符步骤302)接收到的标识符与有效标识符(来自确定相关时间段的有效标识符步骤303)进行比较，以便确定从中接收到声学信号110的声学发送设备104的实例的身份。在一个实施例中，通过将检测到的在已调制的声学信号110中接收到的标识符与表示有效标识符的列表、阵列或替代数据结构进行比较，将检测到的标识符与在相关时间段的有效标识符进行比较(步骤304)，以查找、检索或以其他方式确定用于声学发送设备104的适当标识符。如本领域技术人员将理解的，可以使用任何适当的比较手段，例如SQL，比较运算符等来比较检测到的标识符。

在找到匹配(决策点305)中，识别方法300将从声学发送设备104发送的已调制的声学信号110中检测到的标识符与位置确定系统中的声学发送设备在特定时间段分配使用的预定标识符进行匹配。在确定移动设备的位置(步骤306)中，移动设备106的位置是基于在位置确定系统的相关时间段基于检测到的标识符对声学发射设备104的标识符的确定的。位置确定系统100使用此检测到的标识符来确定和报告移动设备106的位置。

图4描绘出可以被用来实施本公开内容的方法和系统的示例位置系统400。在一些实现方式中，位置系统400是被配置为确定人和物体的位置的实时位置系统。可以使用客户端-服务器架构来实施位置系统400，包括与一个或多个远程计算设备(比如远程处理服务器108)通信的移动设备106。可以使用其他适当的架构来实施位置系统400。

如图所示，位置系统400可以包括移动设备106。在一个实施例中，移动设备106是任何适当类型的移动计算设备，比如智能电话、平板设备、蜂窝电话、可穿戴计算设备或者任何其他适当的移动计算设备。在一些实现方式中，移动设备106是使用在实时位置系统中的专用标签(例如无源或有源)或其他设备。移动设备106可以包括一个或多个处理器402以及一个或多个存储器设备404。

一个或多个处理器402可以包括任何适当的处理设备，比如微处理器、微控制器、集成电路、逻辑设备、一个或多个中央处理单元(CPU)、专用于高效地渲染图像或实施其他专门计算的图形处理单元(GPU)以及/或者其他处理设备，比如芯片上系统(SoC)或具有集成RF收发器的SoC。一个或多个存储器设备404可以包括一个或多个计算机可读介质，其中包括而不限于非瞬时性计算机可读介质、RAM、ROM、硬盘驱动器、闪存或者其他存储器设备。

一个或多个存储器设备404可以存储可由一个或多个处理器402访问的信息，包括由一个或多个处理器402执行的指令406。举例来说，一个或多个存储器设备404可以存储用于实施一个或多个模块的指令406，所述模块被配置为实施声学发送设备104、移动设备106、远程处理服务器108，以及/或者其他适当的指令。

声学发送设备104、移动设备106和远程处理服务器108当中的每一个可以包括被利用来提供所期望的功能的计算机逻辑。因此，声学发送设备104、移动设备106、远程处理服务器108当中的每一个可以用硬件、专用电路、固件和/或控制通用处理器的软件来实施。在一个实施例中，声学发送设备104、移动设备106和远程处理服务器108当中的每一个是被存储在存储设备上、加载到存储器中并且由处理器执行或者是从计算机程序产品提供的程序代码文件，例如存储在RAM、硬盘或者光学或磁性介质之类的有形计算机可读存储介质中的计算机可执行指令。声学发送设备104、移动设备106和远程处理服务器108可以分别对应于一个或多个不同的程序、文件、电路或指令集。同样地，声学发送设备104、移动设备106和远程处理服务器108的两个或更多事例可以被组合到单个程序、文件、电路或指令集中。

指令406还可以包括用于实施浏览器、用于运行专门的应用或者用于在移动设备106上实施其他功能的指令。举例来说，可以使用专门的应用通过网络420与远程处理服务器108交换数据。指令406可以包括用于提供和实施本公开内容的各个方面的客户端设备可读代码。举例来说，指令406可以包括用于实施与位置确定系统100相关联的应用或者在移动设备106上实施资产追踪或其他服务的第三方应用的指令。

移动设备106还可以包括由一个或多个处理器402取回、操纵、创建或存储的数据408。数据408例如可以包括标识符、代码序列、随机数、声学模型数据、传感器数据和/或其他数据。移动设备106可以包括用于向用户提供信息和从用户接收信息的各种输入/输出设备，比如触摸屏、触摸板、数据输入按键、扬声器和/或适用于语音识别的麦克风。举例来说，移动设备106可以包括表示不同事件的多个输入按钮。在一个示例性实施例中，医院中的人可以按下按钮来发出求救信号。

移动设备106还可以包括接收器410。接收器410可以是用于接收、侦听、解码、解释或者以其他方式处理来自声学发送设备104的已调制的声学信号110的任何设备或电路。移动设备106还可以包括被用来通过网络420与远程处理服务器108或声学发送设备104进行通信的网络接口。网络接口可以包括用于与一个或多个网络进行接口的任何适当的组件，例如包括发射器、接收器、端口、控制器、天线或其他适当的组件。移动设备106还可以包括被用来与声学发送设备104进行通信的通信系统。通信系统例如可以包括被配置为接收来自声学发送设备104的声学(例如超声)信号的一个或多个换能器(例如麦克风设备)。

在一些实现方式中，移动设备106可以通过网络420与远程计算设备(比如远程处理服务器108)进行通信。远程处理服务器108可以包括一个或多个计算设备。远程处理服务器108可以包括一个或多个计算设备，并且例如可以被实施成并行或分布式计算系统。具体来说，多个计算设备可以一起充当单个远程处理服务器108。

类似于移动设备106，远程处理服务器108可以包括一个或多个处理器412和存储器414。一个或多个处理器412可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)和/或其他处理设备。存储器414可以包括一个或多个计算机可读介质并且存储可由一个或多个处理器412访问的信息，包括可由一个或多个处理器412执行的指令416和数据418。

数据418可以被存储在一个或多个数据库中。数据可以包括标识符信息、声学模型数据以及位置确定系统100所需要的其他数据。一个或多个数据库可以通过高带宽LAN或WAN连接到远程处理服务器108，或者还可以通过网络420连接到远程处理服务器108。所述一个或多个数据库可以被分离并且驻留在分布式或多个地点。

远程处理服务器108还可以包括被用来通过网络420与移动设备106和声学发送设备104进行通信的网络接口。网络接口可以包括用于与一个或多个网络进行接口的任何适当的组件，例如包括发射器、接收器、端口、控制器、天线或其他适当的组件。

网络420可以是任何类型的通信网络，比如局域网(例如内联网)、广域网(例如因特网)、蜂窝网络或者其某种组合。网络420还可以包括声学发送设备104、移动设备106和远程处理服务器108之间的直接连接。网络420可以包括任何数目的有线或无线链接并且使用任何适当的通信协议实施。

位置系统400还可以包括声学发送设备104的一个或多个事例。声学发送设备104可以发送声学信号(例如超声信号)，正如在图1中所描述的那样。在一些实现方式中，声学发送设备104可以发送其他适当的信号，比如射频信号。声学发送设备104可以使用任何适当的计算设备来实施。声学发送设备104可以包括被配置为发射由移动设备106使用来导出位置的声学或其他适当信号的一个或多个换能器。虽然图4仅描绘出一个声学发送设备104和移动设备106，但是本领域技术人员将认识到，在位置系统400中可以包括任何适当数目的这些设备。

应当认识到，具体实施方式部分而不是发明内容和摘要部分应当被用来解释权利要求。发明内容和摘要部分可能阐述了本发明的一个或多个而非所有示例性实施例，因此不应当以任何方式限制本发明和所附权利要求。

前面借助于说明所指定的功能及其关系的实现方式的功能构造块描述了本发明。这些功能构造块的边界在本文中是为了描述方便而任意地定义的。只要所指定的功能及其关系被适当地实施，可以定义替换的边界。

相关领域技术人员将会认识到，在不背离本公开内容的精神和范围的情况下，在形式和细节方面可以作出各种改变。因此，本发明不应当受限于任何前面描述的示例性实施例，而是应当仅根据所附权利要求及其等效表述来限定。

Claims (20)

1.一种计算机实现的方法，包括：

在一时间段内，通过环境中的实时位置系统中的移动设备接收声学信号，所述声学信号已经由位于所述环境中的声学发送设备发送,所述声学发送设备是所述环境中的M个声学发送设备之一；

由所述移动设备从所接收的声学信号中检测所述声学发送设备的标识符，其中，检测到的所述声学发送设备的标识符是由所述实时位置系统提供的轮换的标识符集合的成员，所述轮换的标识符集合具有N个唯一标识符，并且M超过N；

由所述移动设备通过获知哪个声学发送设备在所述时间段使用所检测到的所述标识符来确定所述声学发送设备的身份；以及

基于所述声学发送设备的身份来确定所述移动设备的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述声学信号是超声信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述移动设备的位置还基于所检测到的标识符、所述时间段以及所述移动设备通信地耦合至的RF接入点。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述环境是医院。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述移动设备的设备位置包括：

将检测到的标识符与在所述时间段内有效的预定标识符进行比较，所述预定标识符被存储在预定义表中，并且其中预定标识符中与检测到的标识符匹配的标识符与所述声学发送设备相关联。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

由所述移动设备经由无线局域网向实时位置系统中的中央服务器发送检测到的声学发送设备的标识符。

7.一种计算机实现的方法，包括：

确定与环境中的实时位置系统的声学发送设备相关联的轮换的标识符集合，其中，每个标识符具有与声学发送设备相关联的相应的有效时间段；

通过所述声学发送设备对具有来自轮换的标识符集合的一个标识符的声学信号进行调制，以输出已调制的声学信号，其中所述一个标识符在相应的有效时间段内与所述声学发送设备相关联；

在相应的有效时间段内，由所述声学发送设备将已调制的声学信号发送到位于环境内的移动设备；以及

由所述移动设备通过获知哪个声学发送设备在所述相应的有效时间段使用所述一个标识符来确定所述声学发送设备的身份，其中所述移动设备的位置基于所述声学发送设备的身份来确定。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述已调制的声学信号是超声信号。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，每个标识符的每个相应的有效时间段在3秒至300秒的范围内。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述环境是医院。

11.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述轮换的标识符集合包括：

使用伪随机数生成器和种子值来生成轮换的标识符集合。

12.根据权利要求7所述的方法，其中，确定所述轮换的标识符集合包括：

从标识符的预定义表中选择轮换的标识符集合，所述预定义表将所选择的轮换的标识符集合与所述声学发送设备和相应的有效时间段相关联。

13.一种计算机实现的系统，包括：

服务器设备，被配置为：

确定与环境中的实时位置系统相关联的轮换的标识符集合，其中，每个所述标识符具有与声学发送设备相关联的相应的有效时间段；

声学发送设备，被配置为：

调制具有来自轮换的标识符集合的一个标识符的声学信号，以输出已调制的声学信号，并将已调制的声学信号发送到移动设备，其中所述一个标识符在相应的有效时间段期间与所述声学发送设备相关联；和

移动设备，被配置为：

在相应的有效时间段期间，接收已调制的声学信号；

从接收到的已调制的声学信号中检测所述一个标识符；

通过获知哪个声学发送设备在所述相应的有效时间段使用所述一个标识符来确定所述声学发送设备的身份；以及

基于所述声学发送设备的身份来确定所述移动设备的位置。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述已调制的声学信号是超声信号。

15.根据权利要求13所述的系统，其中，确定所述移动设备的位置还基于所检测到的一个标识符、相应的有效时间段以及所述移动设备通信地耦合至的RF接入点。

16.根据权利要求13所述的系统，其中，所述服务器设备还被配置为：

使用伪随机数生成器和种子值来确定轮换的标识符集合。

17.根据权利要求13所述的系统，其中，所述服务器设备还被配置为：

使用预定义表确定轮换的标识符集合，所述预定义表在相应的有效时间段内将轮换的标识符集合的每个标识符与相应的声学发送设备相关联。

18.根据权利要求13所述的系统，其中，所述移动设备还被配置为：

将检测到的一个标识符与存储在预定义表中的标识符进行比较，该预定义表在相应的有效时间段内将所述一个标识符与声学发送设备相关联。

19.根据权利要求13所述的系统，其中，所述移动设备还被配置为：

经由无线局域网将移动设备的位置发送到实时位置系统中的中央服务器。

20.一种移动设备，包括：

声学接收器，被配置为接收已调制的声学信号，其中所述已调制的声学信号包括标识符，所述标识符在有效时间段内与声学发送设备相关联，并且所述标识符在所述有效时间段之外不与所述声学发送相关联；和

处理器，被配置为：

从接收到的已调制的声学信号中检测所述标识符；

通过获知哪个声学发送设备在所述有效时间段使用所述标识符来确定所述声学发送设备的身份；以及

基于所述声学发送设备的身份确定移动设备的位置。

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