CN113170318A - 用于创建覆盖地图的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在移动设备中创建覆盖地图的方法，其中覆盖地图被划分为图块(12，14)，并且对于图块(12，14)中的至少一些图块，测量关于至少一个服务的至少一个信号特性的无源数据，并且借助于模型将无源数据转换成关于相应的服务的数据率的信息，其中所述信息与相关联的地图关联。

Description

用于创建覆盖地图的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于创建覆盖地图的方法以及一种用于执行该方法的装置。

背景技术

覆盖地图是包含有关网络覆盖的信息的特定地理区域的地图。这些信息提供有关无线地提供的服务是否可用以及以何种程度可用的消息。在此，可以根据不同服务提供分类整理。然后可以将数据率或数据率的统计分布与所述服务相关联。在此，也可以考虑环境条件，即例如天气条件。

覆盖地图典型地被划分为所谓的图块(英文tile，图块)。这些图块通常代表在通过地图示出的地区中的彼此并置的且不重叠的区域。然后，在覆盖地图中将至少一个服务的数据率的至少一个统计分布或至少一个数据率与每个地图相关联。于是，根据该覆盖地图，用户可以评估或甚至确定其在哪个地理区域中可以使用哪些服务。必要时，这也可以在选择行进路线时考虑。

从参考文献US 2006 021 142 A中已知一种用于确定在由发送信号覆盖的地理区域内的不同位置处的发送质量的方法。在此，在移动设备中产生代表地理区域内的不同地点处的相对的信号质量。数据被存储并且在该设备中处理，以便在地理区域的至少一个部段中定义具有低信号质量的区域，该设备在所述部段中移动。存储的数据不时地传输至中央的发送系统。

参考文献US 2015 020 140 A描述一种具有接收单元的数字收发装置，所述接收单元接收信号。还设有检测接收到的信号的强度的信号强度检测单元。

现有方案的缺点是：用户数据由中央数据库存储，进而无法完全保证对用户隐私的保护。另外，可以容易地跟踪用户或其运动。此外，已知方法需要将检测到的信号强度与检测到的地点关联。这需要高的存储需求。

发明内容

在这种背景下，提出了根据权利要求1的用于创建覆盖地图的方法和根据权利要求11的用于执行该方法的装置。从从属权利要求和说明书中得出实施方式。

在介绍的方法中提出：覆盖地图仅在用户方面(例如在车辆中)被保存或存储，使得保障存储用户信息的安全，例如指示用户处于哪里或在哪里运动并且无人知晓的信息。因此，覆盖地图未存储在保存大量的存储内容或数据的中央数据库中或借助该中央数据库存储。

相对于已知的方法，这种变化要求必须找到检测到的无源数据(例如检测到的信号强度信息)与检测到的地点的一种新型的关联，因为当前方法对此需要大量的存储。这些无源数据涉及信号特征，并且例如可以涉及信号强度，但是也可以涉及带宽。在下文中尤其深入讨论信号强度，其中这不应当表示将该方法限制于该无源数据。

无源数据或参数是不需要数据传输就能进行确定的参数。这尤其是可以由移动式无线电调制解调器读出的参数，例如信号强度(例如，SINR、RSRP等)。

所提到的关联可以例如以如下步骤进行：

1.根据模型对于每个服务提供商仅存储一个值，可以计算其他变量。

2.如果类似的图块具有相似的状态，则将它们彼此连接。

3.对于相邻图块中的不同服务提供商的事先存储的值之间可以建立关联的情况，不需要存储每个图块中的每个服务提供商的值。

4.对于存在信号传播模型的农村和城市区域的情况，不需要存储值。通过使用模型，如果值相同，则可以将图块的期望值的和计算值进行比较，不必存储该图块的任何值，而仅存储有关可以将物理模型用于这些图块的信息。

移动的信号覆盖地图在设计方案中需要四个主要步骤或部件：

1.移动的信号强度检测器，

2.模型，该模型将检测到的信号强度参数转换成可用的数据率，其中借助于模型来估算网络质量指标，

3.位置或方位检测器，

4.将信号强度参数的检测值与检测到的地点关联。

提到的模型基于以下思想：将一种机器学习应用于无法容易地存储在车辆中的大的数据量，以生成模型。然后，将模型存储在车辆中并在那里使用，以便为了测量无源参数而获得数据率。

该模型例如可以是已经训练好的神经网络。替选地，可以使用CCDF(互补累积分布函数)。因此获得一种查找表，以将信号强度映射到数据率。

以下提供基于CCDF的模型的简要总结：

预先收集大量的无源参数以及数据率。这些是建立模型所必需的。

确定模型：

1.将无源参数划分为值范围。

2.为每个区域创建包含在该区域中的数据率的CCDF。

3.将具有相关联的CCDF的区域保存为模型。

替选地：代替CCDF本身，求取近似描述CCDF的函数。

使用该模型以对于信号强度获取数据率：

1.确定信号强度所在的值范围并选择所属的CCDF。

2.使用特定的百分比，例如0.75，以便从所选择的CCDF中读取数据率。

3.将借此确定的数据率用作信号强度值的估计的数据率。

如果对于一个图块存在多个测量到的信号强度，则对每个信号强度创建预测，并从预测中形成中位数。

为了改变超出预测的概率，可以改变百分比。目的是预测尽可能被频繁超过的数据率，因为无法精确地预测。百分比越高，预测就显得越悲观，并且实际可达到的数据率高于预测的概率就越高。

为此目的所需的覆盖地图，尤其借助当前的方法需要大的存储器，如果将所有数据都存储在车辆中，则这无法执行。因此，需要信号强度数据的另一种存储。因此，同样地介绍一种用于将检测到的信号强度与用户的检测到的地点关联的新型处理方式，这需要更少的存储空间。

所介绍的方法旨在以图块表示方位地图，使得地图被划分成多个图块。此外可行的是：根据图块应当多大来控制所需要的图块的数量，以便覆盖对于覆盖地图适合的区域。同样地，设有移动装置，该移动装置在其移动至活跃的接口期间连续地测量信号强度。随后，将数据传递给比例特确定模型，这为预先限定的、负责覆盖可用的数据率值中的检测到的信号强度参数的模型。移动设备包括位置或地点检测部件，位置或地点检测部件负责告知车辆其当前位于哪个图块中。随后，将检测到的信号强度参数值在该特定的接口下存储在该特定的图块中。

所介绍的方法相对于已知的方法具有如下优点：

可以更好地保护用户的隐私，并且变得更加难以跟踪用户。减少所需的存储容量，使得其适配于可用的移动装置或车辆硬件。

本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。

应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，上述的特征和下面将要阐述的特征不仅可以以各自指定的组合使用，而且还可以以其他组合或单独地使用。

附图说明

图1示出根据NDS(导航数据标准)的世界地图中的图块。

图2示出被划分为图块的方位图。

图3示出所介绍的方法的一个可行的实施方案的流程图。

具体实施方式

根据附图中的实施方式示意地示出本发明，并且下面参考附图详细地描述本发明。

图1示出了一个世界地图，该世界地图整体上设有附图标记10，并且被划分为多个图块12、14。该地图符合NDS，即广泛的地图显示标准。在此，该地图显示两个不同级别的图块12、14，即级别0的图块12和级别1的图块14，其中级别0的图块12覆盖比级别1的图块14更大的范围，进而具有更少细节。

图2示出地图20，该地图被划分为多个图块22。可以将一个服务的数据率的统计分布或多个服务的数据率的统计分布与这些图块22中的每个相关联。于是，这得到可以根据在此介绍的方法创建的覆盖地图。图2示出与图1类似的信息，只是具有不同图块级别的精确量级。

图3示出所描述的方法的可能进程的流程图。该方法始于第一步骤50。然后，在第二步骤52中执行位置检测，并且在第三步骤54中基本同时地执行信号强度检测。然后，在另一步骤56中，将当前位置与地图图块关联。然后，在步骤58中，检查是否已经为该图块存储了值。如果不是这种情况，则在步骤60中将该值存储在数据库中。如果是这种情况，则在步骤62中应用EMA(指数移动平均线)。该方法以步骤64结束。

下面将更详细地深入讨论所介绍的用于创建覆盖地图的方法以及所描述的用于执行该方法的装置：

如果数字的发送接收装置被移动，则其横越其中可接收足够的移动信号的区域和其中没有充分接收信号可用或甚至移动信号完全不可用的区域。于是不可行的是：当使用所述接口或所述通道时接收移动信号。因此，示出如下处理方式，其中可以开发覆盖地图，覆盖地图载有关于移动信号在不同地点处的状态的信息，这可以事先显示对于特定接口信号状态如何。然后，信号状态信息可以由移动设备或车辆使用，以便在该地点处自动选择最佳接口。在此假设移动设备或车辆在相同时间支持不同的接口，例如WLAN 3G、4G、5G或相同的移动技术，但在相同的时间来自两个或更多个不同的服务提供商。

覆盖地图所提供的信息用于通过持续地尝试为当前地点选择最佳的接口来提高或改进服务的质量和体验。

在此描述的方法基于图块中的方位地图的显示。因此，例如可以将世界地图划分为多个图块。所需的图块数量取决于图块应当多大以便覆盖对于覆盖地图适当的区域。

代替制作单独的大的图像，图块地图将图像划分成不同的较小的图像，即划分成确定大小的图块。如果显示地图，则仅需要覆盖当前的地理区域的图像。借助划分成图块的地图，得到受限制的、但是可能非常高数量的可能的图块。这表示所有图块都可以预先准备，并且如果需要就根据要求暂存。该处理因此可以高效地执行。

不需要显示整个世界的地图。当前的国家或地区会是足够的，然后可以始于基于可能的存储空间将该受限制的区域的地图划分成具有类似大小的特定数量的图块。

划分为图块的地图由多个放大倍率级别或放大倍数构成，每个放大倍数是相同地理区域的地图，但以不同缩放比例绘制，划分为图块，其中每个图块均具有相同的大小，而与放大倍数无关。增加缩放比例因此意味着以像素为单位增加地图的大小，这又从而增加该放大倍数中的图块的数量。可以基于可用的存储来控制图块的大小并且基于每个图块的被覆盖的细节或数据来控制图块的大小，使得在可用的存储器和每个图块最大被覆盖的区域之间必需进行权衡。图块越小，覆盖地图的信息就越精确，但是存储器需求也就越高。

在所谓的导航数据标准(NDS)中也使用将地图换分成特定数量的图块的设置，NDS显示用于汽车行业中的导航数据库的标准化的隔室并且由车辆制造商和供应商共同开发。

在该系统中设有：

-将世界递归划分为半部，其中在级别0中包含2*1个图块(格林威治的东和西)，每个图块包含180*180度。

-级别1包含4*2个图块，其中将2个级别0的图块中的每个都划分为4个部分。

-在级别N中，每个图块在每个方向上包括180.0/(2^级别)度。

-NDS使用1至15之间的级别。例如，在级别15中，图块大小为393m*305m。

-对于编码坐标使用缩放系数因子，使得360°对应于2³²，以穷尽32位有符号整数的整个范围。n从-180°延伸至+180°，并且宽度从-90°延伸至+90°。因此，坐标值的长度处于范围-2³¹<＝x<2³¹中，并且宽度处于范围-2³⁰<＝y<2³⁰中。这意味着，对于宽度，31位就足够了，其中本初子午线和赤道的交点固定在坐标X，Y＝0.0中，如图1所示。

-对于每个较低的NDS级别，将图块数量增加两位。

-NDS如下定义图块：如果(x1，y1)是图块的西南角，并且(x2，y2)是图块的东北角，则x1<＝x<x2和y1<＝y<y2的所有点(x，y)都单义地与图块相关联。

-图块标识符由级别数跟随图块数组成。图块标识符的物理编码将这两个部分共同地打包成32位值。

可以基于给定的坐标和级别来计算图块数：

-图块大小＝180°/2^级别[度]

-图块y＝绝对值((宽度+90°)/图块大小)

-图块x＝绝对值((长度+180°)/图块大小)

在所介绍的方法中，可以使用类似于NDS的系统，但具有小的变化，以便将这适配于其中所寻求的目标。如上文所阐述的那样，最小的级别通过NDS级别15给定，其中图块大小为393m×305m，这对于其中所寻求的目的会是非常大的。在测试不同的图块大小之后，图块大小50m×50m的图块显示出可靠的结果，因为以该间距进行的测量具有相似的特性。这意味着，在该方法中会需要多于15个级别。NDS最多32位的最大数量，这支承直至2³²个不同的图块。如果应借助50m×50m的图块来表示整个世界，则需要超过32位。

如上所阐述的那样，该方案仅可以用于受限的区域。如果例如示出面积约为360000平方米的德国，则在该图块大小的情况下28位就足够。此外，如上面所阐述的那样，如果需要较小的图块大小，则将系统缩放到下一较低级别，这意味着图块数量增加两位。例如，可以使用具有32位系统的两个较低的放大倍数。

因此，使用特定的放大倍数意味着，50m×50m的图块大小确保使用确定数量的图块并且每个图块都具有标识符。该标识符鉴别图块并且在此尤其鉴别哪个区域通过图块覆盖。移动设备或车辆预先知道所使用的放大倍数，并且在其移动期间当前坐标显示长度和宽度。相应地，可以计算图块的标识符。

如上所阐述的那样，所介绍的方法取决于通过移动设备或车辆并且不通过服务提供商的数据库存储关于覆盖地图的信息。这意味着，一开始就不将信号状态测量、即由车辆测量的信号状态测量存储在覆盖地图中，而是可以以如下两种类型之一存储参考值：

1.参考测量，该参考测量已经包含在由地图提供商提供的地图中。

2.借助如下信息提供初始或起始地图，这些信息涉及基站的地点或位置和其发送功率信息。如果使用这两个参数，则在不同的图块中的接收功率可以近似地作为初始值来计算。

地图提供商提供具有初始的图块分布的地图，其中对于每个图块包括初始信息。除了每个所述基站的传输功率之外，信息可以涉及不同的基站相对于图块的精确的地点。

初始信息也可以直接是每个图块的期望的接收功率。地图提供商可以具有参考车辆，参考车辆行驶通过不同的图块并收集不同地点处的接收功率。由于天气条件、不同的反射度以及由于用户数量的不同，即使在确切的地点处，测量不时地变化。相应地，如果车辆第一次驶过确定的图块，则由地图提供商收集的测量仅是由车辆所使用的初始或起始值。

如果未精确地了解对于由地图提供商用于收集测量的参考车辆的基站地点，则使用三角法，以确定基站地点。三角法表示在同一图块内并基于三个测量的变化执行三个测量，其中可确定基站的地点。

如果后续的图块通过相同的基站覆盖，则同样可以将三角法用于预测后续的图块中的接收功率测量。

移动设备或车辆置于移动中，而其具有不同的接口，例如两个不同的服务提供商的4G和一个WLAN接口。移动设备连续地测量不同的信号强度参数，而信号强度参数对于当前活跃的接口而言是移动的。对于4G所需的信号强度参数是参考信号的接收功率(RSRP)、接收的参考信号品质(RSRQ)和信噪比(SINR)。对于3G需要接收的信号代码功率(RSCP)，并且对于2G需要Rx级别和Rx品质。

每当车辆驶过图块，就对所需要的参数测量一次。每当车辆驶过图块，测量就被连续更新。测量值在实施中不直接被存储，而是存储测量的平均值和方差。每当车辆驶过图块时，存储的平均值和方差就随新的测量更新。信号强度参数的平均值和方差随后针对每个每个地点或每个图块的可用的接口存储。在该示例中，对于每个地点(图块)需要三组值，因为在此存在两个4G接口和一个WLAN接口。

例如可以将4G、RSRP、RSRQ和SINR引导至数据率估计模型，这是预先限定的模型，该模型负责将参数转换成可用的数据率值。

如果第一次访问一个图块且不包含该图块的任何测量，则可以容易地对于该图块存储数据，如在上文中阐述。然而，如果对于该图块已经存在测量，或者其或者事先由测量测量或者已经包含在初始的地图中，则将新的测量连同之前的测量组合，其中例如使用滑动平均值算法(EMA：指数移动平均线)。

如上所阐述，在实施中，仅存储测量的平均值和方差，并且这些是通过指数移动平均值算法处理的值。

指数移动平均值算法是一种移动平均值算法，根据此当前的测量与历史测量相比具有更大的权重，即适用的是：

y′(t)＝αy(t)＊βy′(t-1)， (1)

其中y'(t)是新的估计值，y(t)是当前的测量值，y'(t-1)是先前的估计值，α和β是权重，以对当前的和之前的估计值的权重加权。使用这种移动平均值仅需要为每个估计值存储一个值，并且不存储完整的历史。此外，当前的测量具有比以前的测量更高的权重，并且将这些值制动地匹配于新条件。

该系统还可以在其移动期间测量非活跃的接口的信号强度，以获取一个或多个可靠的覆盖地图。在几次测量后，由于移动平均值的概念，覆盖地图内的存储的数据变得更加鲁棒。因此，然后可以在不同的接口下在一图块内创建在存储的信号参数值之间的关联，这意味着，仅对一个接口的值进行测量之后，这对于其他接口会是足够的，使得所述至可以基于在该特定的图块中在不同的接口之间的之前创建的模型相应地更新所述值。

最初，将地图划分为大小约为50m×50m的图块，如实验所示，50m×100m范围中的图块显示出相似的特性，使得可以在该范围内适配大小，以便例如符合NDS格式。

一种简单的方案可以在于，将所有值设置为0并在访问具有测量值的图块时将其填充。

在车辆驶过图块之前，应使用地理环境以确定给定地点中的信号强度。通过使用基站的位置、环境信息、即例如建筑物、城市、农村地区和对于进一步的信号传播相关的模型、即例如自由空间、瑞利衰落、距街道的间距和发射功率，可以计算期望的信号强度。如果车辆进入图块中并测量更准确的值，则将初始值更新。

通过电信提供商提供的数据库或公开可用数据的使用同样可以与以前的方案结合，以估计如下自由空间，对于所述自由空间在数据库中没有信息可用。

如果车辆进入图块中并测量更多的准确的值，则更新初始值。

如果图块相似，则可以将所述图块组合，以便减少存储器需求。对于其中状态快速变化、例如城市区域中的地点需要50m×50m的图块大小。在具有减少耕作的农村地区中，在较大的间距之上的状态是稳定的。因此，这些地点可以被组合。存在两种将其组合的可行性：

1.如果测量值相似，即如果平均值和方差相似，则可以将多个图块组合成为一个图块。

a)假设测量值呈正态分布，

b)相邻图块的方差小于0.5，

c)相邻图块的平均值在当前图块的平均值的正负方差的范围中，将多个图块组合并且仅对于组合后的图块存储平均值和方差。新的平均值和方差是组合后的值的几何平均值。

d)如果图块的方差变大，则将图块划分为多个图块，直到达到最小级别。如果例如方差超过0.75，则拆分图块。

e)因此，组合和拆分是基于方差的迭代过程。方差的阈值可以进行适配。

f)组合可以在所有相邻的图块中或仅在纵向或横向方向上的图块中进行适配。

2.基于物理模型的组合：

信号传播的物理模型存在于农村或城市区域中。在使用模型时，如果值相同，则可以将一个图块的期望值和测量值进行比较，不必对于该图块存储任何值，仅需存储用于所述物理模型的值的信息。如果将模型用于相邻的图块，则又可以将所述图块组合。

为了将参数的测量匹配于唯一的图块，应在穿越该图块期间结束测量。理想地，在该图块开始时开始测量，并且在离开该图块之前结束。此外，测量应快速地执行。

可以向系统添加一些附加的特征，这提高其能力，即例如：

如果不连续地更新信息，则删除色块的该信息，使得释放存储容量并且移除旧的数据。

为了进一步优化存储器的使用，仅使用具有有意义数据的图块。仅覆盖可由车辆或移动设备到达的区域的图块，使得不包括例如覆盖大海或沙漠的图块，因为这些地点本来就不提供移动信号或WiFi信号。

具有通过相同的平均值和较小的方差表示的相似信号特性的图块可以被共同地分组，以便减小存储器需求。增加到更高的放大倍数意味着图块数量减少两位。对此的细节在下文给出。

所介绍的系统同样可以提供给智能电话用户，包括所有位置、例如还有建筑物中的位置。

Claims (12)

1.一种用于在移动设备中创建覆盖地图的方法，其中所述覆盖地图被划分为图块(12，14，22)，并且对于所述图块(12，14，22)中的至少一些图块，测量关于至少一个服务的至少一个信号特性的无源数据，并且借助于模型将所述无源数据转换成关于相应的所述服务的数据率的信息，其中所述信息与相关联的所述地图关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号特性涉及信号强度。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述信号特性涉及带宽。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中关于所述数据率的所述信息涉及所述数据率的统计分布。

5.根据权利要求4所述的方法，其中求取平均值和方差作为信息。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中使用关于至少一个数据率的初始信息。

7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述初始信息与基于所测量的信号强度的信息链接。

8.根据权利要求7所述的方法，其中在所述链接时使用指数平均值算法。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述图块(12，14，22)被组合。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中附加地考虑环境条件。

11.一种用于创建覆盖地图的装置，所述装置被配置用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。

12.根据权利要求11所述的装置，所述装置包括：移动的信号强度检测器、将检测到的信号强度值转换成关于数据率的信息的模型和方位检测器。

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