CN1794862A

CN1794862A - Lbs中动态改变用户定位频率的方法

Info

Publication number: CN1794862A
Application number: CN 200510057481
Authority: CN
Inventors: 罗跃峰; 夏英; 葛君伟; 彭大芹; 刘兆宏; 邹永贵; 金镐时; 裴海英
Original assignee: Korean Basic Science Institute Of Inha University; Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Korean Basic Science Institute Of Inha University; Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2005-12-29
Filing date: 2005-12-29
Publication date: 2006-06-28
Anticipated expiration: 2025-12-29
Also published as: CN100421512C

Abstract

本发明请求保护一种LBS中动态改变用户定位频率的方法和系统，涉及蜂窝网无线定位服务领域。现有的LBS系统大部分都是每隔一段固定的时间对用户进行定位一次纪录一次它的位置信息，系统开销比较大，大大降低了系统的容量。本发明结合移动用户运动状态和用户要求的服务质量QoS级别调用不同的算法模块，动态改变移动用户定位频率，使得纪录下来的用户历史轨迹更加准确，同时大大降低用户定位次数，提高系统容量。

Description

LBS中动态改变用户定位频率的方法

技术领域

本发明涉及无线通信领域，尤其涉及蜂窝网无线定位服务技术。

背景技术

基于定位的服务(LBS)是近几年来发展快速的领域。LBS不仅能用于紧急呼叫、动态跟踪，而且能用于导航，黄页查询等。

一个LBS系统最少包括一个定位子系统和一个时空数据库，定位子系统主要负责对移动用户进行定位，为系统提供准确的移动用户当前位置信息，目前使用比较广泛的定位技术有全球定位系统(GPS)、增强观测时间差分(E-OTD)、到达时间(TOA)和辅助GPS(A-GPS)等，这些定位技术都返回用户的三维坐标，有的定位技术还返回速度、加速度等信息，比如GPS、AGPS定位技术。时空数据库记录着所有移动用户的定位信息和地理信息，这些数据是实现动态跟踪、导航、历史轨迹查询等LBS应用服务的基础数据，另外，它还可向第三方LBS服务供应商提供用户时空信息。总之移动定位和时空数据库是实现LBS系统的不可或缺的两个重要部件。

为了实现动态跟踪，导航，历史轨迹查询等LBS应用服务，系统需要每隔一段时间就对LBS用户定位一次，记录其所在位置。定位间隔时间是从本次定位结束并把位置信息记录在时空数据库中到下次开始进行定位的时间跨度，目前大部分的LBS系统都是根据应用类型给予固定的定位间隔时间。

随着LBS应用的发展，使用LBS定位的用户会越来越多，如果仍然采用上述固定定位间隔对移动用户进行定位，那么系统将越来越忙，最终由于延迟太大无法满足每个LBS用户的服务质量，甚至导致整个系统瘫痪；对于移动用户终端，如果定位间隔时间太长就可能无法提供给用户满意的服务质量，定位间隔时间太短又导致电池电量消耗太大。另外一方面，在某些情况下没有必要频繁的对移动用户位置进行更新，比如很长时间没有移动的状态或夜间睡觉时候。

发明内容

本发明针对现有的LBS系统对移动用户在任何状态下都对其按固定的定位频率进行位置更新，从而增加没有必要的系统开销，降低系统利用率，并随着用户的增加导致系统忙碌甚至瘫痪的结局。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

根据运动状态将用户分为第一类用户和第二类用户，能够连续地获得自身移动距离的用户为第一类用户，不能连续获得自身移动距离的用户为第二类用户。对第一类用户根据触发定位距离确定触发用户的下一次定位时间，对第二类用户，采用结合用户运动状态计算出来的定位间隔时间T与用户指定的最大定位时间间隔作比较，选择小者作为触发用户的下一次定位时间。

对于第一类用户，通过路程/速度传感器传来的路程触发定位，每当用户移动一个特定的距离就进行定位一次，用户移动速度越快定位频率就越高，移动速度越慢定位频率就越低，把这个特定的距离称为触发定位距离。对于第二类用户，在每次定位完后就利用公式：计算出用户这次定位和下一次定位的时间间隔，并和用户指定的最大定位间隔时间作比较选择小者作为用户的下一次定位时间。用户作高速运动时，对于能获得自身移动距离的用户采用公式计算出高速运动时的临时触发定位距离，并通过此触发定位距离来触发定位，对于不能获得自身移动距离的用户通过公式计算高速运动时的下一次定位时间，从而达到用户在高速运动时降低定位频率的目的。

本发明设计了一种动态改变用户定位频率的LBS系统，来实现上面所述的动态改变用户定位频率的方法。和其它LBS系统相比，本系统除了包括移动用户终端设备，无线通信网络，定位子系统和时空数据库，还包括：1)消息服务器：用于接受处理包括用户定位数据，用户开机、关机以及LBS服务有关的消息；2)用户配置数据库：存储用户制定的QoS级别，包括触发定位距离和最大定位间隔时间；3)定位决策中心模块：根据移动用户的运动状态计算移动用户下一次定位的时间；4)定位算法模块：计算定位间隔时间、临时触发定位距离；5)定位控制器：根据用户终端类型调用相应定位算法模块，从即将定位用户列表中提取出定位时间到的用户名单，向这些移动用户发出定位请求。

本发明提出了一种结合移动用户运动状态和用户要求的服务质量QoS级别动态改变移动用户定位频率的方法，从而达到降低移动用户定位次数，提高系统利用率、系统容量，并满足不同用户、不同应用的需求。

附图说明

图1第一类用户终端的定位流程图

图2第二类用户终端定位决策中心的定位流程图

图3由系统端确定触发定位时间的流程图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

为了等密度的纪录用户走过的路径最好的办法就是每当用户移动某一特定的距离就进行定位一次并记录其所在位置，用户移动速度越快定位频率就越高，相反速度越慢定位频率就越低，把这个特定的距离称为触发定位距离。由于不同的用户可能需要不同的触发定位距离来满足他们的需求，因此由系统定义一个关于触发定位距离的QoS提供给用户选择。比如汽车用户可选择20米的触发定位距离，而轮船用户则可能选择100米的触发定位距离。

上述方式是最理想的定位方式，但并不是每个用户都能连续获得自身移动距离。假设这类不能连续获得自身移动距离的用户始终做匀速运动，那么两次定位之间的间隔时间由公式①给出，

公式①

因此，在这类用户每次定位完后我们就可根据其运动速度通过公式①计算出该用户下一次定位的时间，速度越快间隔时间就越短，速度越慢间隔时间就越长。但在实际运用中，移动用户不可能始终做匀速运动。因此必须给这类移动用户加上一个最大定位间隔时间约束来达到满足用户服务质量要求的定位密度。另外，由于移动用户在夜间时可能不活动，因此还需要一个夜间模式来降低用户在夜间时的定位次数。这样，系统也需要定义另外一个关于最大定位间隔时间(包括夜间模式)的QoS提供给不同的用户选择来满足他们的需求。

如果一个用户在做高速运动，它就需要高频率的定位来满足用户要求的定位密度，这不仅占用较多的系统资源，甚至可能发生这次定位操作还未完成下一次定位时间又到了的情况。事实上，在高速状态下高频率的定位是没有必要的，因为这种高速运动的移动趋势是很容易预测的，比如用户运动在高速公路上，很容易预测该用户在未来的一段时间内的位置。因此当用户运动速度达到一定量后可以动态提高其触发定位距离来降低定位频率，节约系统资源。由下面公式②计算高速时的临时触发定位距离：

公式②

这种状态下定位间隔时间也变为：公式③

其中，λ为高速临界值，ε为速度参考量，当系统检测到用户移动速度大于等于λ米/秒时，调用上述公式计算临时触发定位距离，及定位时间，并将计算结果存储在缓冲存储器中。λ、ε的值一般由系统根据用户类型规定，比如对于汽车类等机动用户可指定λ＝20，ε＝10。

本发明根据终端的移动状态，把移动用户分为两类：第一类是可以随时地连续提供自身移动距离的用户，比如汽车、火车、轮船等机动用户；第二类是不能提供自身移动距离的用户，比如手机、PDA等便携式非机动用户。针对不同的用户采用不同的算法计算下一次定位时间，动态改变了用户定位频率。

1、第一类用户主要针对机动用户，采用方法I确定下一次定位时间。

方法I：第1步)接受路程/速度传感器返回的路程信息，并修改移动距离累积器；第2步)判断移动距离累积器中的信息是否达到触发定位距离(该触发定位距离由系统根据用户的QoS确定)，达到了则执行下一步，否则返回第1步；第3步)发出定位请求，将移动距离累积器置0；第4步)修改触发定位距离，如果当前触发定位距离为用户QoS指定的触发定位距离，并且用户移动速度达到高速临界值则调用公式②计算临时触发定位距离，并将存储器中的当前触发定位距离修改为临时触发定位距离；相反地，如果当前触发定位距离为临时触发定位距离并且用户移动速度运行在高速临界值之下，则把当前触发定位距离改为用户QoS指定的触发定位距离；第5步)利用公式③计算定位间隔时间，存入存储器中，并返回第1)步。

系统可加入一个意外事故监测系统，当用户发生意外时，比如汽车车祸，燃料耗尽等意外时可以及时地向LBS系统发送求救信号。此时，用户运动速度突然为零，意外事故监测系统查询一次看是否存在意外事故，如果有就把这个意外事故和用户的位置发送到LBS系统，意外事故监测系统可以把防爆气囊、发动机、燃油传感器等纳入监测范围，一旦某个部件发生异常则生成意外事件供定位决策中心查询。我们把路程/速度传感器，意外事故监测中心，LBS系统看成对象，用UML序列图描述他们的交互关系，如图1所示。其触发定位采用以下步骤实现，为用户打开LBS系统客户端电源；初始化定位决策中心，包括初始化触发定位距离等，并把移动距离累积器的值初始化为触发定位距离(使得开机后能进行一次定位)；开机后路程/速度传感器将以预定的频率向定位决策中心发送用户在预定时间内的移动距离和移动速度，定位决策中心接受路程/速度传感器返回的路程和速度，判断速度是否为零；如果为零则向意外事故监测系统查询是否存在意外事故；如果存在意外事故，等待意外事故监测中心返回事故类型；定位决策中心修改距离累计器为触发定位距离(使得能够定位一次)，并把意外事故报告给LBS系统；根据返回的路程修改移动距离累积器；判断是否达到触发定位距离，达到了则执行下一步，否则返回第4步；发出定位请求；移动距离累积器置零；修改触发定位距离，如果当前触发定位距离为用户QoS指定的触发定位距离，并且用户移动速度达到高速临界值则通过公式②计算临时触发定位距离，并将当前触发定位距离修改为临时触发定位距离；相反地，如果当前触发定位距离为临时触发定位距离并且用户移动速度运行在高速临界值之下，则把当前触发定位距离改为用户QoS指定的触发定位距离，返回第4步。

2、对第二类用户，不能随时获得用户路程和移动速度，需要通过两个定位的位置数据计算出用户在这段距离内的平均速度。当用户开机后，发出连续两次定位请求，计算移动速度，然后再计算出下一次定位的时间，采用如下方法II计算第二类用户的触发定位时间，图2为相对应的数据流程图。

方法II：用户开机后，定位决策中心进行初始化，包括触发定位距离，最大定位间隔时间，λ、ε值的初始化；初始化完后就向LBS系统发出两次定位请求，定位决策中心获得这两次定位的位置数据后执行以下步骤：第1步)根据上次定位的位置数据和本次定位的位置数据计算出用户在这段时间内的平均移动速度；第2步)判断移动速度是否为0，是则执行下一步，否则执行第6步；第3步)判断是否处于用户规定的“夜间时间”，是则执行下一步，否则执行第5步；第4步)按照用户在QoS指定的夜间定位模式(夜间时间里的定位间隔时间)确定下一次定位的时间，然后跳到第8步；第5步)根据用户在QoS中指定的最大定位间隔时间确定下一次定位的时间，然后跳到第8步；第6步)判断移动速度是否达到高速临界值，没有达到则根据公式①计算出时间T₀，达到则根据公式③计算出时间T₀；第7步)T₀与用户QoS中指定的最大定位间隔时间作比较选择较小者与当前时间相加得到下一次定位时间；第8步)等待下一次定位时间的到来，到达后发出定位请求；第9步)得到有效的定位数据后返回第1步。

3、把定位算法模块集成在用户端是比较理想的不仅能充分利用用户端的设备，还能分担系统负荷，但不是每个用户终端都集成了动态改变定位频率的算法模块，因此需要在LBS系统端集成定位算法模块来动态改变用户的定位频率。下面具体描述在系统端集成动态改变定位频率算法模块的定位方法。

在系统端由于无法连续获得用户的路程和移动速度，因此需要用户的两次定位数据，还有用户制定的触发定位距离和最大定位间隔时间。动态改变定位频率定位系统包括：消息服务器：接受处理所有外来的消息，包括用户定位数据，用户开机、关机和其它一切和LBS服务有关的消息；用户配置数据库：用来存储用户制定的QoS级别，包括触发定位距离和最大定位间隔时间等信息；定位决策中心：计算所有移动用户的下一次定位间隔时间；即将定位用户列表：采用链接表数据结构保存即将要进行定位的用户列表和定位间隔时间，采用时间排序；定位控制器：不断地扫描即将定位用户列表，提出定位时间到的用户名单，并向这些用户发送定位请求指令。

以下针对图3具体描述在系统端集成定位算法模块的定位流程。第1步)当定位决策中心收到来至消息服务器的用户开机消息时就立即向用户配置服务器查询用户的QoS配置信息，然后把这些信息和用户ID插入即将定位用户列表的表头；第2步)当定位决策中心收到一用户的定位数据，它首先到用户列表中取得即将定位用户的QoS配置信息和该用户上次定位数据，然后判断是否满足执行方法II的条件，即判断刚刚取来的上次定位数据是否为空，如果不满足条件则把该用户插入即将定位用户列表的表头，使其再定位一次，如果满足则执行方法II算出定位时间，再根据定位时间插入定位用户类表；第3步)当收到用户关机消息，定位决策中心则把该用户从即将定位用户列表中移除；第4步)定位控制器不间断地将列表中定位时间到的用户取出并修改其定位时间为空，然后将该用户移到列表的尾端。

将定位用户列表采用单链表的数据结构，每个结点表示一个用户，存储了用户ID、用户类型、用户触发定位距离、最大更新时间、夜间时间、用户上一次定位数据等数据。在具体实施时需要对该列表的读写操作进行并发控制。现对本发明用到的两个QoS级别举例说明如下：

第一个是根据触发定位距离定义的QoS-1，如表1所示：

表1：

QoS-1级别	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
QoS-1级别	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	触发定位距离(米)	0	10	20	30	50	80	120	250	500	1000
适用类型	按需服务	高密度定位(用于驾驶导引，手机用户，追踪等应用领域)					低密度定位(用于航空、铁路、航海、等应用领域)				触发定位距离(米)	0	10	20	30	50	80	120	250	500	1000

无论是第一类用户还是第二类用户都需按自己的应用类型和需求指定一个QoS-1级别，即一个触发定位距离来规定自己的“定位密度”。0级为按需服务类型。

第二个是根据不同的定位间隔时间定义的QoS-2，如表2所示：

表2：

QoS-2级别	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
QoS-2级别	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	定位间隔时间(秒)	0	5	15	30	60	120	180	300	600	3600或自定义
适用类型	按需服务	高频率定位				低频率定位				夜间模式	定位间隔时间(秒)	0	5	15	30	60	120	180	300	600	3600或自定义

对每个第二类LBS用户至少需要指定一个QoS-2级别，规定其定位间隔时间上限，即最长不得超过的定位间隔时间。用户还可根据自己的需要，比如为了省电、节约费用等目的，指定一个定位间隔时间下限，即最短不得小于的定位间隔时间，例如一个手机用户指定了5级作为定位间隔时间上限，2级作为定位间隔时间下限，那么它的位置将每分钟更新0.5到4次。用户还可同时指定第9级的QoS-2并设定它自己的“夜间时间”，那么系统在它的“夜间时间”内一小时只定位一次或根据用户定义的间隔时间进行定位。例如一个用户指定了自己的9级QoS-2“夜间时间”为02:00到10:00，并选定这段时间不需要位置更新，那么系统在02:00-10:00这段时间内将停止对该用户的定位操作。0级为按需服务，只有在用户呼叫服务提出定位请求时才对其进行定位。

下面的表格给出了根据用户类型分配的QoS-1、QoS-2级别和λ、ε值，作为实施时参考或系统默认值：

用户类型	QoS-1(级别)	QoS-2(级别)	λ(米/秒)	ε(米/秒)
用户类型	QoS-1(级别)	QoS-2(级别)	λ(米/秒)	ε(米/秒)	路边呼救	0	0	无	无
寻人寻物	0	0	无	无	路边呼救	0	0	无	无
寻人寻物	0	0	无	无	汽车(一类)	3	不指定	20	10
船舶(一类)	6	不指定	50	30	汽车(一类)	3	不指定	20	10
船舶(一类)	6	不指定	50	30	飞机(一类)	8	不指定	200	100
手机用户(二类)	4	4	20	10	飞机(一类)	8	不指定	200	100

上述表格参数存放在用户配置数据库参数列表中，在定位过程中定位控制器根据用户类型及指定的不同级别调用相应的参数，用户也可根据自己的需要和费用承受能力来订制自己的QoS-1和QoS-2级别。对于公式②和公式③中的参数λ和ε，一般都在LBS终端设备出厂时根据用户类型设置好，也可提供界面供高级用户自己设置。

Claims

1、一种LBS中动态改变用户定位频率的方法，该方法结合移动用户运动状态和用户要求的服务质量QoS级别动态改变移动用户定位频率，其特征在于：根据运动状态将用户分为第一类用户和第二类用户，对第一类用户根据触发定位距离确定触发用户的下一次定位时间，对第二类用户，用定位的时间间隔T与用户指定的最大定位时间间隔作比较，选择小者作为触发用户的下一次定位时间。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一类用户是指：能够连续地获得自身移动距离的用户，所述第二类用户是指：不能连续获得自身移动距离的用户。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第一类用户具体采用如下步骤确定下一次定位时间：按预定时间间隔接受路程/速度传感器返回的路程、速度信息；计算用户在预定时间间隔内的移动距离，并修改移动距离累积器；判断累积器中的数值是否达到触发定位距离；达到触发定位距离则发出定位请求，并将移动距离累积器置0；修改触发定位距离；计算定位间隔时间。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，第二类用户具体采用如下方法获得定位间隔时间：连续发出两次定位请求，并计算在这段时间内该定位终端的平均移动速度；判断平均移动速度是否达到高速临界值；未达到根据公式计算定位间隔时间，达到则根据公式

T = \frac{v \cdot l}{ϵ^{2}}

计算定位间隔时间。

5、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述修改触发定位距离的步骤进一步包括：如果当前触发定位距离为用户QoS指定的触发定位距离，并且用户移动速度达到高速临界值则把当前触发定位距离修改为临时触发定位距离；如果当前触发定位距离为临时触发定位距离并且用户移动速度在高速临界值之下则把当前触发定位距离改为用户QoS指定的触发定位距离。

6、根据权利要求1-5其中之一所述的方法，其特征在于，可在用户终端设备或LBS系统端集成确定触发用户的下一次定位时间的算法模块。

7、一种动态改变用户定位频率的LBS系统，包括移动用户终端、通信网络、定位子系统和时空数据库，其特征在于，该系统还包括，消息服务器：接受处理包括用户定位数据，用户开机、关机以及LBS服务有关的消息；用户配置数据库：存储用户制定的QoS级别，包括触发定位距离和最大定位间隔时间；动态链表数据库服务器：保存待定位终端的用户列表和定位间隔时间；定位决策中心模块：根据运动状态判断用户终端类型，选择定位算法模块；定位算法模块：计算定位间隔时间、临时触发定位距离；定位控制器：根据用户终端类型调用相应定位算法模块，从用户列表中提取定位时间到的用户，并发出定位请求。

8、根据权利要求7所述的系统，其特征在于，当路程/速度传感器检测到用户运动速度突然为零，意外事故监测系统发出是否存在意外事故的查询，如存在意外事故，则向LBS系统发送求救信号。