CN1818712A - 地理定位服务 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在具有两个或更多无线网络接入点的无线局域网内提供地理定位服务的方法。用户的终端位于多个位置的一个位置处。终端对从两个或更多无线网络接入点所接收的信号的强度进行至少两次测量。它选择多次测量的最强信号作为有效信号强度，并触发定位服务器将有效信号强度与在数据库中存储的强度图相比较。从强度图提供最匹配有效信号强度的位置，作为终端的位置。

Description

地理定位服务

技术领域

本发明涉及一种提供地理定位服务的方法，以及涉及一种用于执行所述方法的终端。本发明基于优先权申请EP 05290279.8，在此通过参考将该申请并入。

背景技术

无线通信设备的全球增长已促使地理定位技术无处不在。在世界大部分位置工作的如GPS或Galileo的卫星导航系统用于多种应用(GPS＝全球定位系统)。另一种广泛的定位技术，例如基于到达不同基站的信号的时间差，蜂窝网络提供了定位移动终端的用户的可能性。在前一种技术实际上在室内应用中无用的同时，后者较差的空间分辨率限制了要求高粒度的应用中的使用。

近年来，对于室内定位任务，基于RF的WLAN技术已获得了重要性(RF＝射频；WLAN＝无线局域网)。通过SSID识别WLAN及其接入点，SSID也称为网络名称(SSID＝服务集合标识符)。在WLAN接入点与移动终端之间所交换的数据的信号强度随发射机与接收机之间的距离而减小，而且通过类似墙壁或门的障碍物时更加衰减。另外，信号受多径效应以及人或家具的干扰的影响。对包含在信号强度中的信息的合理使用允许具有几米范围内的精确度的室内定位。

Xiang，Z.等的出版物“A wireless LAN-based indoor positioningtechnology”，IBM J.Res.& Dev.Vol.48，No.5/6，p.617-626，Sept./Nov.2004，描述了在第一步骤，训练阶段，怎样在一层楼的多个位置-将近100个位置-测量从5个WLAN接入点的每一个所接收的WLAN信号的强度。对于每一个位置，针对每一个方向执行300次扫描操作。为了减轻训练工作量，使用基于模型的信号传播训练方案，该方案降低了对实验数据的依赖。所收集的测量值用于创建该楼层的强度图。在第二步骤，工作阶段，将在任意位置所接收的信号与以前获取的值相比较。基于概率方法，使用信号特征以发现最接近的匹配。

在相似的测试中，Bahl，P.和Padmanabhan，V.N.的“RADAR：AnIn-Building RF-based User Location and Tracking System”，IEEEInfocom 2000，Vol.2，p.775-784，March 2004，也证明了用于定位目的的基于WLAN的系统的可靠性。通常，它们使用所采集的信号强度的均值、标准差和中值来确定在训练阶段的测量值与工作阶段的测量值之间的最接近的匹配。

由于许多WLAN定位技术基于概率模型，在训练阶段，它们需要大量的信号强度测量，以便取得充分的精确度。必须要处理的大量数据提供相当复杂的算法和充足的存储容量。因此，在低成本终端或低成本CPU内完成测量较困难。目前的WLAN依赖于关于具有高信噪比的WLAN接入点的测量值。一些复杂的处理应用信号传播的理论研究以避免建立信号强度图的需要。尽管这可能对于开放空间区域具有特别的利益，然而由于墙壁和家具其相当迅速地受到限制。

发明内容

本发明的目的是改善地理定位服务的提供。

本发明的目的是通过一种在具有两个或更多无线网络接入点的无线局域网内提供地理定位服务的方法来取得的，该方法包括步骤：在数据库中存储指示在多个位置处的两个或更多无线网络接入点的信号强度的强度图，在一个位置处通过终端两次或更多测量两个或更多无线网络接入点的信号强度，选择两次或更多信号测量的最强信号作为两个或更多无线网络接入点的有效信号强度，访问数据库，用于从强度图中确定最匹配两个或更多无线网络接入点的有效信号强度的位置，以及从强度图提供最匹配位置，作为终端位置。

此外，本发明的目的是通过用于具有两个或更多无线网络接入点的无线局域网的终端来取得的，该终端适于在一个位置处两次或更多测量两个或更多无线网络接入点的信号强度，选择两次或更多信号测量值的最强的信号作为有效信号强度，向包括定位单元和数据库的定位服务器传输两个或更多网络接入点的有效信号强度，该数据库存储指示在多个位置处的两个或更多无线网络接入点的信号强度的强度图，该定位单元适于访问该数据库，用于从强度图中确定与两个或更多无线网络接入点的有效信号强度最匹配的位置，以及从强度图中提供最匹配位置，作为终端位置。

本发明提供以下优点：可以利用极少的测量而得到满意的结果，这极大地缩短了定位所需的时间。从测量值集合，简单地保留最大值，因为当遇到差的测量条件时，终端将接收较低的值，而较高值相当少。因此，最高值是极好的估计值，其极接近于“真”值。

由于由终端仅需处理一组极有限的值，因此可以在低成本终端执行测量或由低成本CPU处理测量。使用终端内部的无线硬件和/或固件作为测量单元，以确定所接收信号的强度。这与较小的、低成本的完全依赖于电池或蓄电池的移动终端仅拥有不充足且连续减少的能源的事实紧密联系。弱的电源禁止在接入点处WLAN信号的测量，因为从终端所接收的信号强度将随时间降低。因此，无法期望可靠的测量值。本发明通过在终端处测量来自WLAN接入点的信号从而避免了该风险。此外的优点通过由从属权利要求所指示的本发明的实施方式取得。

按照本发明的优选实施方式，终端包括所有发送SSID的接入点。SSID用于识别每一个可利用的WLAN接入点。将所有可利用的WLAN接入点，甚至不是当前所使用的WLAN的部分的那些，在测量中进行考虑这一事实，促进了定位处理的快速收敛。调整测量操作以甚至从不适于处理任何语音或数据通信的WLAN接入点接收信号。

在从测量值集合中选择最强的信号之前，测量信号可能必须过滤。由于测量值不准确，在达到正确的测量值之前，对于过滤掉低于所规定的阈值的值，并排除一些看起来是不真实的值，例如，类似接口的签名的特定值常常是明智的。这可以通过排除低于所规定的阈值的所有信号和/或高于另一个所规定的阈值的所有信号来取得。

按照本发明的优选实施方式，执行多次连续测量以回避精确度问题。用于取得好的结果的测量的典型数目是十次测量。但是，也可以将测量的数目留作依赖于地理条件的参数。例如，在一个有许多人的复杂的、设施密度较大的环境中，可能需要进行远超过十次以上的测量，而在另一个类似大礼堂的简单建筑结构中，即使测量少于十次，也足以得到收敛较好的结果。

按照本发明的优选实施方式，进行10次或更多信号测量。此外，在本发明的优选实施方式中，可能仅10到15次信号测量或者10到50次信号测量足以为定位提供准确和可靠的结果。这可以是一种好的折中，因为不仅提供可靠的结果并减少了定位所需时间。

此外，由终端所选择的有效信号强度可以与相应的时间信息一起传输到定位服务器，在其中两种信息集合，有效信号强度和时间信息存储在数据库中，从而关于将来的进一步测量，还可以可利用参考。时间信息可包括关于日期、一周的日子，例如工作日或周末、假期、一天的时间(hour of day)等。

甚至与测量相关联的另外信息也可以记录在数据库中，例如，天气信息，在场人员的信息，项目、事件、意外事件的信息等。定位服务器的处理单元可以适于借助于适当的软件应用程序，根据额外信息，识别携带终端的用户的行为模式。例如，用户可以在该周的开始而不是在该周期间上其它房间。在必须从强度图对具有相似信号值的两个位置之中作确定的情况下，这可以辅助更可取的估计，或者由于首先搜索到了更有可能的位置，其可以缩短用于发现最匹配位置所需的时间。

在当前位置之前，定位任务知道携带终端的用户曾在何处是有用的。可假设其中先前测量已进行的已知位置与其中当前测量在进行的未知位置之间的一个或多个可能的路径。还已知终端的方向可以影响所接收信号的强度。携带终端的用户可以用例如其头部或其身体阻挡到接入点的视线，或者终端的天线的不同位置可以改变信号强度。仅当存储在数据库中的强度图也包含关于方向的影响的信息时，在测量期间终端的方向的输入是有意义的。到达当前位置的路径和/或当前终端方向的知识可以帮助发现最匹配位置。当来自强度图的可能位置的数目受限时，可以转发当前位置的确定。因此，不用查询整个数据库，而且在不确定情况下有助于确定。

按照本发明的另一个实施方式，两个或更多强度图在不同时间创建并存储在数据库中。例如，在早晨当许多人在建筑物中时和在下午当不允许公众进入时，强度图看起来可能不同。为了避免不确定情况过多，创建早晨的强度图和下午的强度图，并且将二者都存储到数据库中是有用的。当要确定位置时，访问与测量时间相对应的数据库。该方法也可以扩展到根据除时间之外的其它参数创建、存储和访问强度图。

附图说明

通过阅读以下结合附图的目前优选的示例性实施方式的详细描述，将更好地理解本发明的这些以及进一步的特征和优点，其中：

图1是其中提供地理定位服务的示意楼层平面图。

图2是根据本发明的第一实施方式的用于提供地理定位服务的系统的方框图。

具体实施方式

图1是其中提供地理定位服务的示意楼层平面图。楼层60包括4个办公室61、62、63、64，一个会议室65，一个接待区66和一个从接待区66到办公室61、62、63、64和会议室65的走廊67。办公室61、62、63、64，会议室65和接待区66包括常用的办公家具，例如椅子、桌子和架子。WLAN安装在楼层60上，包括3个WLAN接入点71、72、73，其可以从移动终端被访问。

当支持WLAN的移动终端的用户位于WLAN接入点71、72、73附近时，终端从WLAN接入点71、72、73接收存在信号(presencesignal)，该信号包括识别WLAN相关联的网络的SSID。基于SSID的使用，可以识别WLAN接入点71、72、73。然后，用户可以选择他希望使用的WLAN接入点，从而经由WLAN进行其通信。从WLAN接入点71、72、73所接收的每一个信号的强度依赖于到各个WLAN接入点71、72、73的两点间的直线距离，以及依赖于衰减、干扰、回波以及其它信号通过墙壁、门、家具、人、其它电子设备等所经历的影响。

在楼层平面图60中所指示的每一个特定位置81、82、83、84、85处，从特定的WLAN接入点71、72、73所接收的信号强度将是不同的。例如，在第一位置81处，终端将从三个WLAN接入点71、72、73接收具有不同强度的三个不同信号。与信号强度相对应的值可以以矢量形式排列，即，来自第一WLAN接入点71的信号强度值构成矢量的第一分量，来自第二WLAN接入点72的信号强度值构成矢量的第二分量，以及来自第三WLAN接入点73的信号强度值构成矢量的第三分量。类似地，在4个其它位置82、83、84、85处的测量将给出不同的信号强度值以及因此不同的矢量。通常，在一个特定位置处从N个不同的接入点所接收的N个信号产生分配给该位置的N维信号强度矢量。

信号强度的测量不局限于在楼层60上示例性指定的5个位置81、82、83、84、85处，而是可以在楼层60上的每一个可能的位置处执行，甚至在楼层60之外执行。这样，按照预定义的位置栅格和/或任意选择的位置，例如对于楼层60上的100个不同位置，可以为多个位置采样信号强度，即信号强烈度。将所有确定的信号强度矢量作为参考矢量存储在数据库中，并形成楼层60的强度图。

对于其中没有执行测量的位置，信号强度矢量可以从其中已经执行测量并且信号强度矢量存在的邻近位置进行插值。最后，对于每一个位置，N个信号强度值的集合，即N维信号强度矢量，存在于在数据库中存储的强度图中。在我们其中可利用三个接入点71、72、73的情况下，对于每一个位置，在数据库中存在作为参考矢量的三维信号强度矢量。

图2示出了示意性地描述根据本发明的第一实施方式的提供地理定位服务的系统的图示。无线通信终端10的用户1位于在图2中由矩形区域100表示的多个位置的特定位置101处。从多个位置100可访问WLAN 2的三个接入点21、22、23。WLAN 2可以连接到其它网络以及连接到互联网。

无线通信终端10可以是适于经由网络2中的WLAN接入点21、22、23通信的任意电子设备，例如，支持WLAN的移动电话或支持WLAN的PDA(PDA＝个人数字助理)。终端10包括一个电子电路，具有至少一个微处理器，用于测量从WLAN接入点21、22、23接收的信号的强度的测量单元11，由至少一个微处理器执行的应用程序，以及输入和输出装置，例如麦克风、扬声器、键盘和显示器。终端10的功能由这些硬件和软件部件的相互作用而执行。

终端10从WLAN接入点21、22、23接收信号31、32、33，并触发十次连续的强度测量，即所接收的信号31、32、33的强度，其中由测量单元11执行测量。从WLAN接入点21、22、23所接收的信号31、32、33包括接入点21、22、23的SSID，基于SSID的使用可以识别这些接入点。测量单元11可以已经存储预定义的值，该值确定要执行的测量的数目。还可以根据所接收的信号31、32、33的质量选择要执行的测量的数目，其中所接收的信号31、32、33的质量可以依赖于例如地理条件。由测量单元11进行该确定，或者可以由另一单元，例如定位服务器5进行该确定。在任何情况下，测量单元11执行至少两次测量。

定位服务器5包括具有处理单元510的定位单元51、数据库52和接口53。此外，其包括一个或多个互连的计算机，即，硬件平台，基于硬件平台的软件平台，以及由软件和硬件平台所形成的系统平台所执行的多个应用程序。通过这些应用程序的执行来提供服务器5的功能。当应用程序或这些应用程序的选择部分在系统平台上执行时，它们构成如下所述的提供地理定位服务的计算机软件产品。此外，这种计算机软件产品由存储这些应用程序或所述应用程序的选择部分的存储介质构成。

终端10适于经由无线连接4与定位服务器5进行通信，从WLAN2经由接口53可访问该定位服务器5。终端10可以向定位服务器5传输所接收的信号31、32、33的采样，以便向定位服务器5提供确定将要执行多少次测量的基础。

当完成要执行的所有测量时，测量单元11向从其接收信号31、32、33的每一个接入点21、22、23的10个信号强度值应用过滤器。拒绝低于规定阈值的信号强度值，以及高于规定阈值的信号强度值。阈值可以是绝对预定义的值，或者它们可以依赖于测量值，例如，依赖于测量值的均值、中值或标准差。将值过滤之后，对于从其接收信号31、32、33的每一个接入点21、22、23，终端10选择信号测量的最强信号强度值。排列每一个接入点21、22、23的最强信号强度值，以形成有效信号强度矢量，即，在本发明的该实施方式中三维矢量。终端10经由连接4向定位服务器5传输该有效信号强度矢量。

定位服务器5经由接口53接收该有效信号强度矢量，并将其发送给定位单元51。定位单元51控制和管理关于地理定位服务的提供的数据流。定位单元51触发处理单元510访问数据库52，该数据库52存储指示来自在多个位置处的3个无线网络接入点21、22、23的信号强度的强度图。已经参考图1描述了强度图的创建。

处理单元510访问数据库52，以从强度图中确定最匹配有效信号强度的位置。处理单元510的任务是将有效信号强度值的矢量与由强度图所包含的信号强度值的矢量，即参考矢量，相比较。参考矢量的最匹配矢量是具有到有效信号强度矢量最短欧几里得距离的数据库的矢量。对于计算该距离，处理单元510可以考虑有限的误差范围。

由终端10所确定的有效信号强度矢量不需要具有与作为强度图存储在数据库52中的参考矢量相同的分量数目。基于SSID的使用，可以将每一个有效信号强度值分配给特定的接入点21、22、23。例如，创建强度图并将其存储在数据库52中，具有来自3个接入点21、22、23的信号，从而参考矢量包括3个分量，称为x、y和z分量。同时，与矢量的z分量相对应的一个接入点23损坏了。由终端10所执行的测量仅从两个剩余接入点21、22产生信号强度值，产生x和y分量两个分量的有效信号强度矢量。因此通过仅使用参考矢量的x和y分量，来计算参考矢量到有效信号强度矢量的欧几里得距离。因此，将N维参考矢量投影到所测量的有效信号强度矢量的(N-1)维平面上。

处理单元510可以使用考虑附加信息的搜索算法，附加信息例如终端用户的身份，测量的日期和时间等。处理单元510还可以根据例如测量的时间来访问不同的强度图。然而，关于测量的附加信息以及在多个强度图中的选择应该缩短用于从强度图中发现最匹配矢量的时间，或应该提供在不明确的情况下确定的基础，例如，两个矢量在误差范围内相似地接近有效信号强度矢量。

提供来自与信号强度值的最匹配矢量相关联的强度图的位置，作为终端10的位置。将所确定的终端10的地理位置传输给其中可以指示给用户1的终端10。

Claims (10)

1.一种在具有两个或更多无线网络接入点的无线局域网内提供地理定位服务的方法，该方法包括以下步骤：

在数据库中存储指示在多个位置处的两个或更多无线网络接入点的信号强度的强度图；

在一个位置处通过终端两次或更多次测量两个或更多无线网络接入点的信号强度；

选择两次或更多次信号测量的最强信号作为两个或更多个无线网络接入点的有效信号强度；

访问该数据库，用于从该强度图中确定最匹配两个或更多个无线网络接入点的有效信号强度的位置；以及

从该强度图提供最匹配位置，作为终端位置。

2.根据权利要求1的方法，其中

信号测量考虑来自所有无线网络接入点的信号，可以从所述无线网络接入点接收服务集合标识符。

3.根据权利要求2的方法，其中

信号测量还考虑来自不提供数据或语音通信服务和/或属于其它无线局域网的接入点的信号。

4.根据权利要求1的方法，其中

忽略低于和/或高于所规定的阈值的信号。

5.根据权利要求1的方法，其中

信号测量的数目依赖于地理条件。

6.根据权利要求1的方法，其中

信号测量的数目是10或更多，尤其在10至15之间。

7.根据权利要求1的方法，其中

考虑先前测量的终端的位置和/或终端的方向，来发现最匹配位置。

8.根据权利要求1的方法，其中

将在不同时间创建的两个或更多强度图存储在数据库中，并且依赖于信号测量的时间访问适当的强度图。

9.一种用于具有两个或更多无线网络接入点的无线局域网的终端，该终端适于在一个位置处两次或更多次测量两个或更多无线网络接入点的信号强度，选择两次或更多次信号测量的最强的信号作为有效信号强度，向包括定位单元和数据库的定位服务器传输两个或更多无线网络接入点的有效信号强度，该数据库存储指示在多个位置处的两个或更多个无线网络接入点的信号强度的强度图，该定位单元适于访问该数据库，用于从强度图中确定最匹配两个或更多网络接入点的有效信号强度的位置，以及从强度图提供最匹配位置，作为终端位置。

10.根据权利要求9的终端，其中

所述终端适于连同相关联的时间戳和/或与信号测量相关联的其它信息一起向定位服务器传输有效信号强度，其中定位服务器适于连同相关联的时间戳和/或与信号测量相关联的其它信息一起在数据库中存储有效信号强度。

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