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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der U.S.-Anmeldung Nr. 12/650,941, eingereicht am 31. Dezember 2009 mit dem Titel „GPS mit Unterstützung von Ad-Hoc Peer-to-Peer-Bluetooth-Netzwerken”, welche durch Verweis vollinhaltlich hierin aufgenommen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Ortungssysteme und insbesondere ein Verfahren zur Bereitstellung von aktualisierten Navigationsdaten über ein kurzreichweitiges Drahtlosnetzwerk.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Mit der Entwicklung von Radio- und Raumfahrttechnologien wurden schon mehrere satellitenbasierte Navigationssysteme (d. h. Satelliten-Ortungssysteme oder „SPS”, engl.: sattelite positioning system) gebaut und mehr werden in naher Zukunft in Betrieb sein. SPS-Empfänger wie zum Beispiel Empfänger, die das Global Positioning System („GPS”) benutzen, auch bekannt als NAVSTAR, sind alltäglich geworden. Andere Beispiele von SPS-Systemen schließen das United States („U.S.”) Navy Navigation Sattelite System („NNSS”, auch bekannt als TRANSIT), LORAN, Shoran, Decca, TACAN, NAVSTAR, das russische Gegenstück zu NAVSTAR, bekannt als Global Navigation Satellite System („GLONASS”) und jedes zukünftige westeuropäische SPS wie das vorgeschlagene „Galileo”-Programm ein, sind aber nicht auf diese beschränkt. Als ein Beispiel wird das U.S. NAVSTAR GPS-System in „GPS Theory and Practice", fünfte Ausgabe, überarbeitete Ausgabe von Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger und Collins, Springer-Verlag, Wien, New York, 2001 beschrieben, welche hierin vollständig durch Verweis aufgenommen ist.
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Das U.S. GPS-System wurde gebaut und wird betrieben von dem Verteidigungsministerium der Vereinigten Staaten. Das System benutzt vierundzwanzig oder mehr Satelliten, die die Erde auf einer Höhe von etwa 11.000 Meilen (17.700 km) mit einer Umlaufzeit von etwa zwölf Stunden umkreisen. Diese Satelliten sind auf sechs verschiedenen Umlaufbahnen platziert, so dass zu jedem beliebigen Zeitpunkt mindestens sechs Satelliten an jedem beliebigen Ort auf der Oberfläche der Erde außer in den Polarregionen sichtbar sind. Jeder Satellit sendet ein Zeit- und ein Positionssignal bezogen auf eine Atomuhr aus. Ein typischer GPS-Empfänger rastet auf dieses Signal ein und extrahiert die Daten, die in ihm enthalten sind. Unter Benutzung von Signalen von einer ausreichenden Anzahl von Satelliten kann ein GPS-Empfänger seine Position, Geschwindigkeit, Höhe und Zeit berechnen.
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Ein GPS-Empfänger muss in der Regel wenigstens vier Signale erfassen und auf diese einrasten, um die Position und Zeit abzuleiten. Gewöhnlich hat ein GPS-Empfänger viele parallele Kanäle, wobei jeder Kanal Signale von einem sichtbaren GPS-Satelliten empfängt. Die Erfassung der Satellitensignale geht mit einer zweidimensionalen Suche der Trägerfrequenz und der Pseudozufallszahlen-(PNR, engl.: pseudo-random number)Code-Phase einher. Jeder Satellit sendet Signale unter Benutzung eines einmaligen 1023-Chip langen PRN-Codes aus, welcher sich jede Millisekunde wiederholt. Der Empfänger erzeugt lokal einen Trägerkopie, um restliche Trägerfrequenz abzustreifen, und eine PRN-Code-Sequenz-Kopie, um mit der digitalisierten empfangenen Satellitensignal-Sequenz zu korrelieren. Während der Erfassungsphase ist der Code-Phasen-Suchschritt ein halber Chip bei den meisten Navigations-Satellitensignalempfängern. Also schließt die volle Suchweite der Code-Phase 2046 Kandidaten-Code-Phasen mit einem halben Chip-Intervalls Abstand ein. Die Trägerfrequenz-Suchweite hängt von der Dopplerfrequenz infolge der Relativbewegung zwischen dem Satelliten und dem Empfänger ab. Zusätzliche Frequenzvariation kann aus lokaler Oszillator-Instabilität folgen.
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Die Signale von den Navigationssatelliten werden mit Navigationsdaten bei 50 Bits pro Sekunde (d. h. 1 Bit pro 20 ms) moduliert. Diese Navigationsdaten bestehen aus Ephemeriden, Himmelskalender (Almanach), Zeitinformation, Uhr- und anderen Korrekturkoeffizienten. Dieser Datenstrom wird formatiert als Unterframes, Frames und Überframes. Ein Unterframe besteht aus 300 Bits an Daten und wird für etwa 6 Sekunden ausgestrahlt. In diesem Unterframe bildet eine Gruppe von 30 Bits ein Wort, wobei die letzten sechs Bits die Paritätskontroll-Bits sind. Folglich besteht ein Unterframe aus 10 Wörtern. Ein Frame von Daten besteht aus fünf Unterframes, welche über 30 Sekunden ausgestrahlt werden. Ein Überframe besteht aus 25 Frames, welche der Reihe nach über 12,5 Minuten ausgestrahlt werden.
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Das erste Wort eines Unterframes ist immer dasselbe und ist bekannt als TLM-Wort und die ersten acht Bits dieses TLM-Worts sind Präambel-Bits, welche für Frame-Synchronisierung benutzt werden. Eine Barker-Sequenz wird als die Präambel benutzt wegen ihrer hervorragenden Korrelationseigenschaften. Die anderen Bits des ersten Worts enthalten Telemetrie-Bits und werden nicht für die Positionsberechnung gebraucht. Das zweite Wort jedes Frames ist das HOW-Wort (engl.: Hand Over Word) und besteht aus TOW (engl.: Time of Week), Unterframe-ID, Sychronisierungs-Flag und Parität, wobei die letzten zwei Bits von Parität immer Nullen sind. Diese zwei Nullen helfen dabei, die korrekte Polarität der Navigations-Daten-Bits zu identifizieren. Die Wörter 3 bis 10 des ersten Unterframes enthalten Uhr-Korrekturkoeffizienten und Satellitenqualität-Indikatoren. Die Wörter 3 bis 10 der Unterframes 2 und 3 enthalten Ephemeriden. Diese Ephemeriden werden verwendet, um die Position der GPS-Satelliten präzise zu bestimmen. Diese Ephemeriden werden alle zwei Stunden hochgeladen und sind vier bis sechs Stunden lang gültig. Die Wörter 3 bis 10 des Unterframes 4 enthalten Ionosphären- und UTC-Zeit-Korrekturen und Himmelskalender der Satelliten 25 bis 32. Diese Himmelskalender sind den Ephemeriden ähnlich, geben aber eine weniger genaue Position der Satelliten und sind für sechs Tage gültig. Die Wörter 3 bis 10 des Unterframes 5 enthalten nur die Himmelskalender von verschiedenen Satelliten in verschiedenen Frames. Der Überframe enthält fünfundzwanzig aufeinander folgende Frames. Die Inhalte der Unterframes 1, 2 und 3 wiederholen sich in jedem Frame eines Überframes außer dem TOW und einem gelegentlichen Wechsel der Ephemeriden alle zwei Stunden. Also enthält die Ephemeride eines bestimmten Signals von einem Satelliten nur die Ephemeride dieses Satelliten, welche sich in jedem Unterframe wiederholt. Allerdings werden die Himmelskalender von verschiedenen Satelliten wiederum in verschiedenen Frames des Navigationsdaten-Signals eines gegebenen Satelliten ausgestrahlt. Deshalb senden die 25 Frames den Himmelskalender von allen 24 Satelliten in dem Unterframe 5 aus. Jeder beliebige zusätzliche Ersatzsatelliten-Himmelskalender wird in den Unterframe 4 eingeschlossen.
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Der Himmelskalender und Ephemeriden werden in der Berechnung der Position der Satelliten zu einem gegeben Zeitpunkt verwendet. Die Himmelskalender sind für eine längere Zeitspanne von sechs Tagen gültig, liefern aber eine weniger genaue Satellitenposition und Doppler verglichen mit Ephemeriden. Deshalb werden die Himmelskalender nicht verwendet, wenn eine schnelle Standortbestimmung erfordert wird. Andererseits hängt die Genauigkeit der berechneten Position des Empfängers von der Genauigkeit der Satellitenpositionen ab, welche wiederum von dem Alter der Ephemeriden abhängt. Die Verwendung von aktuellen Ephemeriden führt zu besserer und schnellerer Positionsabschätzung als eine, welche auf nicht aktuellen oder überholten Ephemeriden basiert. Deshalb ist es notwendig, aktuelle Ephemeriden zu verwenden, um eine schnelle Standortbestimmung des Empfängers zu erlangen.
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Ein GPS-Empfänger kann die Signale erfassen und die Position abhängig von der schon verfügbaren Information abschätzen. In dem „Heißstart”-Modus hat der Empfänger aktuelle Ephemeriden und die Position und Zeit sind bekannt. In einem anderen Modus, bekannt als „Warmstart”, hat der Empfänger nicht aktuelle Ephemeriden, aber die Anfangsposition und Zeit sind ebenso genau bekannt, wie in dem Fall des vorherigen „Heißstarts”. In dem dritten Modus, bekannt als „Kaltstart”, hat der Empfänger keine Kenntnis von Position, Zeit oder Ephemeriden. Wie erwartet führt der „Heißstart”-Modus zu einer kurzen Zeit bis zu erster Standortbestimmung (TTFF, engl.: Time-To-First-Fix), während der „Warmstart”-Modus, welcher nicht aktuelle Ephemeriden hat, diese Ephemeriden oder den Himmelskalender benutzen kann, was zu längerer TTFF aufgrund der weniger genauen Doppler-Abschätzung und des Herunterladens der Ephemeriden führt. Der „Kaltstart” braucht noch mehr Zeit für die erste Standortbestimmung, weil keine Daten verfügbar sind, um Signalerfassung und Standortbestimmung zu unterstützen.
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Deshalb ist es notwendig, die Ephemeriden in dem Empfänger für eine schnelle TTFF auf dem aktuellen Stand zu halten. Aktuelle Ephemeriden helfen auch, wenn das empfangene Signal schwach ist und die Ephemeriden nicht heruntergeladen werden können. Einige erteilte Patente lehren den Empfang der Ephemeriden durch ein unterstützendes Netzwerk oder einen entfernten (Remote-)Server anstatt von einem umkreisenden Satelliten. Allerdings führt dieser Ansatz zu höheren Kosten und erfordert zusätzliche Infrastruktur. Ein anderer Ansatz, die Ephemeriden auf dem aktuellen Stand zu halten, ohne einen Remote-Server zu verwenden, ist, sie automatisch von Satelliten im Hintergrund herunterzuladen, etwa wie in Patent
US 7,435,357 beschrieben.
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Einige gewerblich erhältliche Produkte wie etwa SiRF InstantFixII von SiRF Technologies aus San Jose, Kalifornien, benutzen erweiterte Ephemeriden, um Start-Zeiten zu verbessern, ohne Netzwerk-Konnektivität zu erfordern. Mit einer Beobachtung für jeden Satelliten sagt SiRF InstantFixII genau Satellitenpositionen für bis zu drei Tage vor – was die Notwendigkeit beseitigt, Satellitenephemeriden-Daten bei aufeinander folgenden Starts herunterzuladen – was zu voller Navigation in nicht mehr als fünf Sekunden führt und mit einer regelmäßigen Genauigkeit von 7 Metern. Außerdem können solche Produkte mit erweiterten Ephemeriden das Verfolgen der Satelliten und die Navigation nicht nur schneller beginnen, sondern können dies auch mit viel schwächeren Signalen tun, als normalerweise benötigt werden, um Satellitenpositionsdaten auf dem herkömmlichen Weg zu erhalten, was das Hindernis beseitigt, welches oft erfolgreiche Navigation unter schwierigen GPS-Signal-Bedingungen verhindert.
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Wenn ein GPS-Signal nicht verfügbar ist und ein Mobilfunk-Signal verfügbar ist, haben andere das Mobilfunk-Signal benutzt, um die Ephemeriden-Daten und die Zeitinformation zu aktualisieren. Dieses Verfahren führt allerdings zu zusätzlichen Mobilfunkgebühren.
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Trotzdem bleiben einige Herausforderungen. Wenn zum Beispiel der Empfänger an einem Ort ist, wo ein Satellitensignal nicht verfügbar ist, wie etwa große Bürogebäude, U-Bahnen, Inneneinkaufszentren, Ausstellungshallen usw., können die gespeicherten Ephemeriden-Daten und Zeit des GPS-Empfängers veraltet werden. Ohne GPS-Signal, Mobilfunk-Signal oder andere zusätzliche externe Datenquelle kann der Tracker nicht bestimmen, wann er beginnen soll, nach SV oder Mobilfunk-Signal zu suchen. Unter diesen Umständen kann die Batterie des GPS-Empfängers schnell durch wiederholte erfolglose Versuche, die Ephemeriden und Zeitdaten zu aktualisieren, Energie verlieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Ortungssysteme und insbesondere ein Verfahren zur Aktualisierung von Ephemeriden-Information eines mobilen Geräts mit aktiviertem GPS in einem Gebiet, wo ein GPS-Signal nicht verfügbar ist. Gemäß einem Gesichtspunkt überwachen Geräte mit aktiviertem GPS in dem Gebiet ohne verfügbares Signal den Status ihrer Ephemeriden-Daten und Zeitinformation. Wenn die Ephemeriden-Daten und Zeitinformation veraltet werden, benutzt das Gerät mit aktiviertem GPS (hungerndes Gerät) ein Ad-Hoc-Bluetooth-Netzwerk, um Ephemeriden-Daten und Zeitinformation von einem anderen Gerät mit aktiviertem GPS (Geber-Gerät) mit aktuelleren Daten zu erhalten.
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Gemäß einem anderen Aspekt überwacht das Gerät mit aktiviertem GPS die Signalstärke, für GNSS, Mobilfunk und Wi-Fi. Wenn die entsprechenden Signalpegel unter einen Grenzwert fallen, wird eine zuletzt bekannte Position identifiziert. Wenn die Signalstärke wieder über dem Grenzwert ist, wird die erste Standortbestimmung identifiziert. Die letztbekannte Position und der erste bestimmte Standort werden auf einen Server zusammen mit den entsprechenden Zeitmarken hochgeladen. Diese Information wird dann verwendet, um eine Karte der Signal-Nichtverfügbarkeit oder „Tiefloch”-Karte zu erzeugen. Die Tiefloch-Karte kann dann verwendet werden, um die Realisierbarkeit eines Aufbaus eines Peer-to-Peer(P2P)-Ad-Hoc-Netzwerks abzuschätzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekts verwendet die Erfindung die Daten der Tiefloch-Karte so, dass ein Gerät mit aktiviertem GPS eine Aktualisierung seiner Ephemeriden-Daten beginnt, wenn das Gerät sich einem Tiefloch-Gebiet nähert, um die Wahrscheinlichkeit, dass seine Ephemeriden-Daten veraltet werden, zu reduzieren.
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In weiterer Ausführung der obigen und anderer Gesichtspunkte weist ein Verfahren zur Aktualisierung von Ephemeriden-Information gemäß Ausführungsformen der Erfindung den Aufbau einer kurzreichweitigen drahtlosen Verbindung mit wenigstens einem anderen mobilen Gerät mit aktiviertem GPS auf; und den Empfang von aktualisierten Navigationsdaten von dem wenigstens einem anderen mobilen Gerät mit aktiviertem GPS.
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In weiterer Ausführung der obigen und anderer Gesichtspunkte weist ein Verfahren zur Erzeugung einer Tiefloch-Karte gemäß Ausführungsformen der Erfindung die Erfassung der Signalstärke des mobilen Geräts mit aktiviertem GPS; Vergleich der erfassten Signalstärke mit einem Grenzwert der Signalstärke; Bestimmung eine letztbekannten Positionsstandorts, wenn die Signalstärke unter den Grenzwert der Signalstärke fällt; Bestimmung eines ersten Standorts, wenn die Signalstärke auf über den Grenzwert der Signalstärke zurückkehrt; Übertragung der Daten der letztbekannten Position und der Daten der ersten Standortbestimmung auf einen Crowd-Sourcing-Server; und Verwendung der Daten der letztbekannten Position und der Daten der ersten Standortbestimmung, um die Tiefloch-Karte zu produzieren, auf.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese und andere Aspekte und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden für den Fachmann durch Betrachtung der folgenden Beschreibung von speziellen Ausführungsformen der Erfindung offenkundig werden in Verbindung mit den begleitenden Figuren, in denen:
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1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften Implementierung von Prinzipien der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein Blockdiagramm ist, das ein mobiles GPS-Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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3 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren zur Aktualisierung von Navigationsdaten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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4 ein System veranschaulicht, das eine Mehrzahl von GPS-Geräten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet;
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5 ein Verfahren zur Erzeugung einer Tiefloch-Karte gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht; und
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6 ein Flussdiagramm ist, welches ein Verfahren der Aktualisierung von Navigationsdaten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlich unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, welche als veranschaulichende Beispiele der Erfindung zur Verfügung gestellt werden, um den Fachmann zu befähigen, die Erfindung anzuwenden. Es ist anzumerken, dass die Figuren und Beispiele unten den Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf eine einzige Ausführungsvariante beschränken sollen, sondern, dass andere Ausführungsvarianten möglich sind mittels Austausch mancher oder aller beschriebenen oder abgebildeten Elemente. Wo außerdem bestimmte Elemente der vorliegenden Erfindung teilweise oder vollständig unter Benutzung bekannter Komponenten implementiert werden können, werden nur diejenigen Teile solcher bekannten Komponenten beschrieben werden, die für ein Verständnis der vorliegenden Erfindung notwendig sind, und ausführliche Beschreibungen anderer Teile solcher bekannten Komponenten werden ausgelassen werden, um die Erfindung nicht zu verdecken. Ausführungsvarianten, die als in Software implementiert beschrieben werden, sollen nicht darauf beschränkt sein, sondern können auch Ausführungsvarianten, welche in Hardware implementiert sind, einschließen, oder Kombinationen von Software und Hardware und umgekehrt, wie für den Fachmann offensichtlich sein wird, es sei denn, es wird hier anders angegeben. In der vorliegenden Einzelbeschreibung sollte eine Ausführungsform, welche eine einzelne Komponente zeigt, nicht als einschränkend betrachtet werden; vielmehr soll die Erfindung andere Ausführungsformen mit einer Mehrzahl derselben Komponente und umgekehrt umfassen, es sei denn, es wird ausdrücklich hierin anders erklärt. Außerdem will die Anmelderin nicht, dass irgendeinem Begriff in der Einzelbeschreibung oder den Ansprüchen eine ungewöhnliche oder spezielle Bedeutung zugeschrieben wird, es sei denn, er wird ausdrücklich so dargelegt. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung gegenwärtige und zukünftig bekannte Äquivalente für die bekannten Komponenten, auf die hier mittels veranschaulichender Darstellung verwiesen wird.
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1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems 100 zur Bereitstellung von aktualisierten Navigationsdaten für ein mobiles Gerät mit aktiviertem GPS 120. Das System 100 weist ein mobiles Kommunikationsnetzwerk 102 und ein GPS-System 104 auf. Das mobile Kommunikationsnetzwerk 102 stellt einem mobilen Gerät mit aktiviertem GPS 120 Telekommunikationsdienste zur Verfügung. Das GPS-System 104 weist eine Mehrzahl von Satelliten 114, 116 auf, welche dem GPS-Empfänger 150 des mobilen Geräts mit aktiviertem GPS 120 Positionsdaten zur Verfügung stellen. Der GPS-Empfänger 150 in dem System 100 in 1 kann in einem ortsbasierten System 110 implementiert sein, welches ein Gerät mit aktiviertem GPS ist, das eine ortsbasierte Anwendung 170 aufweist.
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Das mobile Kommunikationsnetzwerk 102 kann jedes beliebige Telekommunikationsnetzwerk sein, das einen beliebigen Typ von drahtlosen Diensten bereit stellt. Ein Mobiltelefon-Telekommunikationsnetzwerk ist ein Beispiel eines solchen Netzwerks. Speziellere Beispiele solcher Netzwerke schließen mobile Telekommunikationsnetzwerke basierend auf GSM, CDMA, TDMA und anderen Signalprotokollen ein.
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Das mobile Telekommunikationsnetzwerk 102 kommuniziert mit dem mobilen Gerät mit aktiviertem GPS 120 unter Benutzung des Signalprotokolls des Netzwerks über eine Kommunikationsverbindung 103. Das mobile Gerät mit aktiviertem GPS 120 weist Navigationsdaten wie etwa Ephemeriden- und Himmelskalenderdaten und Zeitinformation auf, welche regelmäßig aktualisiert werden. In einem Beispiel kann das mobile Gerät mit aktiviertem GPS 120 seinen eigenen integrierten GPS-Empfänger und ein System zur Unterstützung des GPS-Empfängers durch die Bereitstellung aktualisierter Zeit- und Positionsinformationen aufweisen.
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Das mobile Gerät mit aktiviertem GPS 120 kann auch über ein zweites Netzwerk wie etwa ein kurzreichweitiges drahtloses Netzwerk 106 über eine drahtlose Kommunikationsverbindung 105 kommunizieren. Für Zwecke dieser Spezifikation kann ein kurzreichweitiges drahtloses Netzwerk 106 jedes beliebige drahtloses Netzwerk (sogar eine Knoten-zu-Knoten oder Peer-to-Peer-Verbindung) einschließen und schließt insbesondere Personal-Area-Netzwerke wie etwa diejenigen, die auf dem Bluetooth-Standard basieren, ein. Das kurzreichweitige drahtlose Netzwerk 106 kann auch drahtlose Verbindungen, welche auf anderen drahtlosen Technologien basieren wie etwa Infrarot, einschließen. Das kurzreichweitige drahtlose Netzwerk 106 weist eine synchronisiertes Uhrsystem auf, welche es jedem Knoten, der mit dem kurzreichweitigen drahtlosen Netzwerk 106 verbunden ist, ermöglicht, eine Netzwerkuhr zu haben, welche mit jedem anderen Knoten in dem kurzreichweitigen drahtlosen Netzwerk 106 synchronisiert ist. In einem Bespiel ist das kurzreichweitige drahtlose Netzwerk 106 ein BluetoothTM PiconetTM, wobei das mobile Gerät mit aktiviertem GPS 120 der Master-BluetoothTM-Knoten ist und das ortsbasierte Gerät 110 der Slave-BluetoothTM-Knoten ist. Hier beschriebene Ausführungsvarianten sind in dem Kontext der Benutzung des BluetoothTM-Standards beschrieben, ob in einem BluetoothTM PiconetTM betrieben oder in einer Peer-to-Peer-BluetoothTM-Verbindung. Der Fachmann wird erkennen, dass auf BluetoothTM hier als ein Beispiel Bezug genommen wird, und dass es nicht beabsichtigt ist, den Rahmen der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken.
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Der Fachmann wird auch erkennen, dass das mobile Kommunikationsnetzwerk 102 nicht auf Mobilfunk-Kommunikationsnetzwerke zu beschränken ist. Jedes Netzwerk, welches irgendeine Art von Dienst einem mobilen Handgerät bereitstellen kann, kann in alternativen Beispielen verwendet werden. Das mobile Gerät mit aktiviertem GPS 120 in dem Beispiel, welches in 1 gezeigt wird, ist ein mobiles Telekommunikations-Handgerät wie etwa ein Mobiltelefon. Allerdings kann in anderen Beispielen das mobile Gerät mit aktiviertem GPS 120 ein Gerät zur Ausführung einer großen Vielzahl von Anwendungen über ein drahtloses Netzwerk (wie etwa das mobile Kommunikationsnetzwerk 102) sein. Zum Beispiel kann das mobile Gerät mit aktiviertem GPS 120 ein persönliches Navigationsgerät (PND, engl.: personal navigation device, z. B. von Garmin, TomTom usw.), ein Mobiltelefon oder anderer Telefontyp mit eingebauter GPS-Funktionalität oder jedes beliebige GPS-Gerät, welches in Verfolgungs-(„Tracking”-)Anwendungen (z. B. Automobil-Tracking von Trimble, Paket- oder Flottenmanagement-Tracking von FedEx, Kind-Ortungs-Trackinganwendungen usw.) oder ein persönlicher digitaler Assistent („PDA”) sein, der eine Schnittstelle für ein drahtloses Netzwerk (z. B. als nur ein Beispiel Wi-Fi-Fähigkeit) zusätzlich zu einer Schnittstelle für ein kurzreichweitiges drahtloses Netzwerk hat.
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Das ortbasierte System 110 in dem Beispiel in 1 kann jedes System sein, das GPS-Dienste verwendet, um eine ortsbasierte Anwendung 170 auszuführen. Der ortsbasierte Dienst 110 in 1 weist einen GPS-Empfänger 150 und eine Schnittstelle für ein kurzreichweitiges drahtloses Netzwerk 160 auf. Der GPS-Empfänger 150 erhält Ortungsdaten, um GPS-Ortungsfunktionen auszuführen, über Verbindungen zu mehreren GPS-Satelliten 114, 116. Die ortsbasierte Anwendung 110 kann Navigationsanwendungen, wie etwa Navigationssysteme in Automobilen, Hand-Navigationsgeräten, einem PDA mit Navigations- und Kartenfunktionen oder eine beliebige andere Anwendung einschließen, welche in einem Gerät betrieben wird, das GPS-Dienste verwendet.
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Weiterhin kann der GPS-Empfänger 150 unter Verwendung von Software und/oder Hardware implementiert werden, einschließlich GPS-Chipsätzen wie etwa SiRFstarIII GSD3tw oder SiRFstar GSC3e von SiRF Technology und BCM4750 von Broadcom Corp., so angepasst und/oder erweitert mit Funktionalität gemäß der vorliegenden Erfindung und hier genauer beschrieben. Insbesondere wird der Fachmann fähig sein zu verstehen, wie die vorliegende Erfindung zu implementieren ist, indem solche Chipsätze und/oder Software mit den Frame-Synchronisierungstechniken der vorliegenden Erfindung angepasst und/oder erweitert werden, nachdem er durch die vorliegende Spezifikation belehrt worden ist.
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2 ist ein Blockdiagramm, welches ein mobiles GPS-Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 2. gezeigt wird, kann ein mobiles GPS-Gerät 120 einen GPS-Empfänger 150, eine Bluetooth-Einheit 214, eine Prozessoreinheit 216 und eine Speichereinheit 218 aufweisen. Der GPS-Empfänger 150 ist konfiguriert, Navigationsdaten über ein Satellitensignal zu empfangen und Ortungsfunktionen durchzuführen. Die Navigationsdaten können zum Beispiel Ephemeriden, Himmelskalender und Zeitinformationen einschließen und werden in Speichereinheit 218 zusammen mit einem Timer tage gespeichert. Sobald die Daten in der Speichereinheit gespeichert sind, wird Timer tage auf Null zurückgestellt und ein Zählung über die Prozessoreinheit 216 begonnen und verwendet, um die Zeit seit der vorhergehenden Aktualisierung der Navigationsdaten zu überwachen.
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Wenn der Timer tage einen vorher festgesetzten Zählstand erreicht, können die Navigationsdaten als abgelaufen oder veraltet betrachtet werden. Zum Beispiel kann der vorher festgesetzte Zählstand so eingestellt werde, dass er der Zeit entspricht, zu der ein Kaltstart erforderlich wäre, um die Position des mobilen GPS-Geräts 200 zu bestimmen.
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Die Bluetooth-Einheit 214 kann verwendet werden, um eine Verbindung zu einem anderen GPS-Gerät herzustellen, um aktualisierte Navigationsdaten abzufragen. Anders ausgedrückt können die aktualisierten Navigationsdaten für das mobile GPS-Gerät 120 (hungerndes Gerät) durch Empfang der Navigationsdaten für das andere GPS-Gerät (Geber-Gerät) über eine Ad-Hoc-Bluetooth-Peer-to-Peer-Übertragung erhalten werden. Angesichts der großen Nähe des mobilen GPS-Geräts 120 zu dem anderen GPS-Gerät in der Zone ohne Abdeckung dienen die Navigationsdaten des anderen GPS-Geräts als ein guter Ausgangspunkt zur Bestimmung der Position des mobilen GPS-Geräts 120. Mit anderen Worten: Die Genauigkeit der übertragenen Hilfsdaten (d. h. Navigationsdaten) wird so gut sein wie die Größe der Zone ohne Abdeckung. Deshalb können die Navigationsdaten des anderen GPS-Geräts verwendet werden, um einen ersten Standort des mobilen GPS-Geräts 120 schnell auf die Wiedererlangung von Empfang des GPS-Signals hin zu bestimmen.
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3 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren zur Aktualisierung von Navigationsdaten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Als Beispiel werden in 3 die Ephemeriden und die Zeitdaten aktualisiert. Natürlich würde der Fachmann erkennen, dass die gesamten oder eine Untermenge der Navigationsdaten alternativ aktualisiert werden könnten. Bei Schritt 310 wird die Signalstärke eines mobilen GPS-Geräts 120 erfasst. Die überwachte Signalstärke kann jedes verfügbare Signal der Gerätekommunikation sein, wie etwa GNSS, Mobilfunk und Wi-Fi zum Beispiel. Wenn die Signalstärke unter einem vorher festgesetzten Grenzwert ist (z. B. schwaches Signal oder kein Signal), dann wird bei Schritt 320 eine Suche durchgeführt, um zu bestimmen, ob es ein anderes Gerät mit aktiviertem GPS in Peer-to-Peer-Übertragungsreichweite gibt. Zum Beispiel ist die Reichweite für Kommunikation zwischen zwei Geräten via Bluetooth etwa 0–90 Meter. Wenn ein anderes Gerät mit aktiviertem GPS ausfindig gemacht wird, wird bei Schritt 330 eine Verbindung hergestellt. Bei Schritt 340 wird ein Vergleich des Alters der Ephemeriden-Daten angestellt. Wenn die Differenz im Alter der Ephemeriden-Daten über einem vorher festgesetzten Grenzwert ist, dann empfängt bei Schritt 350 das Gerät mit aktiviertem GPS mit den älteren Ephemeriden-Daten eine Übertragung der Ephemeriden-Daten von dem Gerät mit aktiviertem GPS mit den neueren Ephemeriden-Daten.
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Der vorher festgesetzte Grenzwert in der Differenz des Alters der Hilfsdaten kann basierend auf verschiedenen Faktoren eingestellt werden. Erstens kann er abhängig davon eingestellt werden, wie das Alter in den zwei Geräten sich zu dem Alter des Grenzwerts verhält, wobei das Alter der Ephemeridendaten erheblich die Zeit bis zur erstem Standortbestimmung (TTFF) und die Qualität der Standortbestimmung (QoP, engl.: quality of position) verschlechtern würde. Wenn zum Beispiel ein solcher Grenzwert des Alters der Ephemeriden zwischen die Werte des Alters der Ephemeriden in den zwei Geräten fällt, kann der Grenzwert der Differenz der Ephemeridenalter der kleinste sein, d. h. die Empfindlichkeit des Bedarfs für aktuellere Ephemeridendaten ist die höchste. Eine kleine Verbesserung im Alter der Ephemeriden des nicht-aktuellen Geräts würde einen viel bedeutenderen Beitrag zur Verbesserung in den TTFF- und QoP-Werten ausmachen als in dem Fall, in dem die Alterswerte der Ephemeridendaten in beiden Geräten entweder erheblich höher oder erheblich niedriger als der Grenzwert des kritischen Ephemeridenalters sind. Wenn zum Beispiel die letzten gültigen, außen empfangenen Hilfsdaten veraltet werden nach ausgedehnter, zwei Stunden langer Anwesenheit in einem Tiefloch ohne Signal, ist eine Altersdifferenz von zwanzig Minuten um diesen Grenzwert von zwei Stunden herum gewöhnlich signifikant genug, um die Übertragung zu beginnen, um die Hilfsdaten in den hungernden Daten zu aktualisieren. Dieselbe Altersdifferenz von zwanzig Minuten ist aber wahrscheinlich nicht ausreichend, wenn das Alter der Hilfsdaten weniger als vierzig Minuten in beiden Geräten ist oder mehr als vier Stunden in beiden Geräten. Der Fachmann würde natürlich verstehen, dass andere Werte für den Grenzwert der Altersdifferenz aus Gründen von Ausgestaltungsvorlieben oder um Energieeinsparung zu verbessern verwendet werden könnten.
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Zusätzlich kann der vorher festgesetzte Grenzwert in der Differenz des Alters der Hilfsdaten auch basierend auf den Kosten, die Daten in den beteiligten Geräten zu aktualisieren, und der Wichtigkeit dieser Kosten eingestellt werden. Solche Kostenfaktoren beziehen sich meistens auf den Verlust von Energie in einem der zwei Geräte. Andere Faktoren können den Verlust von Rechenressourcen wie etwa CPU-Zyklen und Speicherkapazität einschließen, wenn andere Funktionen in Konkurrenz mit den Positionshilfsberechnungen auch in den Geräten berechnet werden müssen.
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Außerdem können ähnlich zur Aktualisierung der Ephemeridendaten in dem Gerät mit älteren Daten auch Zeitsynchronisierungs-Hilfsdaten in einem solchen Gerät aktualisiert werden. Zu diesem Zweck können die Geräte die Altersdifferenz sowohl zwischen ihren Ephemeriden-Daten und ihren Zeitsynchronisierungsdaten vergleichen.
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4 veranschaulicht ein System, welches eine Mehrzahl von GPS-Geräten gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet. Zur Einfachheit der Illustration zeigt 4 drei GPS-Geräte (120A, 120B und 120C), von denen alle wie in 2 gezeigt konfiguriert sind. Allerdings würde ein Fachmann verstehen, dass jede Anzahl von GPS-Geräten ebenfalls verwendet werden könnte. Wie in 4 gezeigt ist das Alter der Ephemeridendaten (tage) für das mobile GPS-Gerät 120B größer als das Alter der Ephemeridendaten für das mobile GPS-Gerät 120A, welches größer ist als das Alter der Ephemeridendaten (tage) für das mobile Gerät 120C. Im Betrieb können die GPS-Geräte 120A und 120B unter der Annahme, dass die GPS-Geräte 120A, 120B und 120C alle an einem Ort sind, an dem ein Satellitensignal nicht verfügbar ist, jeweils eine Verbindung mit dem mobilen GPS-Gerät 120C herstellen, um neuere Ephemeriden und Zeitdaten abzufragen. Zum Beispiel kann eine Ad-Hoc-Bluetooth-Netzwerkverbindung zwischen den entsprechenden GPS-Geräten hergestellt werden. Natürlich würde der Fachmann verstehen, dass auch zweckbestimmte kurzreichweitige Kommunikationsnetzwerke (DSRC, engl.: dedicated short-range communications) oder andere Peer-to-Peer-Netzwerkkonfigurationen (z. B. Wi-Fi) verwendet werden könnten. Sobald die Übertragung von Navigationsdaten vollständig ist, kann das Alter der Ephemeridendaten (tage) für die GPS-Geräte 120A und 120B dann so gesetzt werden, dass es mit dem der Ephemeridendaten für das mobile GPS-Gerät 120C übereinstimmt.
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In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Karte basierend auf Signalstärke des mobilen Geräts 120 erzeugt werden. 5 veranschaulicht ein Verfahren zur Erzeugung einer Karte von Tieflöchern, in denen das mobile GPS-Gerät 120 unfähig ist ein Satellitensignal zu empfangen. Unter Bezugnahme auf 5 wird bei Schritt 510 die Signalstärke des mobilen GPS-Geräts 120 erfasst. Bei Schritt 520 wird die Signalstärke des GPS-Geräts dann mit einem vorher festgesetzten Grenzwert verglichen. Wenn bei Schritt 530 die Signalstärke des mobilen GPS-Geräts 120 unter dem vorher festgesetzten Grenzwert ist, wird eine letztbekannte Position für das Gerät bestimmt und in Speichereinheit 207 zusammen mit einer entsprechenden Zeitmarke gespeichert. Wenn bei Schritt 540 die Signalstärke auf einen Wert über dem vorher festgesetzten Grenzwert zurückkehrt, so dass Kommunikation wiederhergestellt ist, wird ein erster Standort für das Gerät bestimmt und dann in der Speichereinheit 207 zusammen mit einer entsprechenden Zeitmarke gespeichert. Bei Schritt 550 werden Daten von letztbekannter Position einschließlich der bestimmten letztbekannten Position und der entsprechenden Zeitmarke und Daten des ersten bestimmten Standorts einschließlich des ersten bestimmten Standorts und der entsprechenden Zeitmarke zu einem Crowd-Sourcing-Server übertragen. Bei Schritt 560 wird eine Tiefloch-Karte unter Verwendung der Daten der letztbekannten Position und der Daten der ersten Standortbestimmung erzeugt. Natürlich können zusätzliche Daten wie etwa die Ephemeriden, Himmelskalender und andere Daten, welche verwendet werden, um die letztbekannte Position und den ersten Standort zu bestimmen, ebenfalls dem Crowd-Sourcing-Server bereitgestellt werden.
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Für eine größere Auflösung und Detail der Tieflöcher in der Tiefloch-Karte kann eine Mehrzahl der GPS-Empfänger verwendet werden.
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Zusätzlich kann die erzeugte Tiefloch-Karte in Echtzeit aktualisiert werden. Außerdem kann die erzeugte Tiefloch-Karte verwendet werden, um die Durchführbarkeit von Herstellungen eines Ad-Hoc-Peer-to-Peer-Netzwerkes zu bewerten.
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6 ist ein Flussdiagramm, welches ein Verfahren der Aktualisierung von Navigationsdaten gemäß einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Bezug nehmend auf 6 weist das Verfahren die Erzeugung einer Tiefloch-Karte bei Schritt 610 auf. Bei Schritt 620 die Bestimmung einer Position des mobilen GPS-Geräts 120 basierend auf den Navigationsdaten in dem GPS-Signal. Bei Schritt 630 die Bestimmung einer Nähe zu einem Tiefloch basierend auf der bestimmten Position und der erzeugten Tiefloch-Karte. Bei Schritt 640 den Vergleich der bestimmten Nähe zu einem Tiefloch mit einem Grenzwert der Nähe. Der Grenzwert der Nähe kann gemäß einer letztbekannten Position, welche benutzt wurde, um die Tiefloch-Karte basierend auf einer Position bei einem Minimum der Signalstärke zu erzeugen, eingestellt werden, oder kann auf eine andere Weise gemäß Ausgestaltungsvorlieben eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Grenzwert der Nähe auf einhundert Meter eingestellt werden, wenn das Gerät sich mit 120 km pro Stunde oder 33 Meter pro Sekunde bewegt, wobei Messungen mit einer Rate von einer Messung pro Sekunde gemacht werden, um drei annehmbare Chancen zu gewährleisten, die erforderlichen Positionsdaten vor dem Eintritt in das Gebiet ohne Signal des Tieflochs zu empfangen.
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Wenn bei Schritt 650 das mobile GPS-Gerät 120 bei einer Entfernung von dem definierten Tiefloch von weniger als oder genau so viel wie den Grenzwert der Nähe ist, die Aktualisierung der Navigationsdaten über den GPS-Empfänger. Bei Schritt 660 das Versetzen des mobilen GPS-Geräts 120 in einen Niedrigenergie- oder Schlafzustand. Bei Schritt 670 das Aufwecken des mobilen GPS-Geräts 120 bei einem vorher festgelegten Zeitabstand, um auf ein verfügbares Satellitensignal unter Verwendung eines Infrastruktur-Signalscans zu überprüfen. Alternativ kann das mobile GPS-Gerät 120 auch eingestellt werden, so dass es aufwacht, wenn eine Übertragung von Navigationsdaten von einem anderen GPS-Gerät angefordert wird oder wenn die Navigationsdaten für das mobile GPS-Gerät 120 ablaufen.
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Ferner kann eine Dichte von Tiefloch-Geräten auch von Crowd-Sourcing aufgenommen werden, entweder als Echtzeit-Zählrate oder als eine historische Zählrate nach Tageszeit (TOD, engl.: Time of Day) oder nach Jahreszeit (TOY, engl.: Time of Year) usw. und kann verwendet werden, um die Aufweckzeit für das mobile GPS-Gerät 120 zu bestimmen.
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Außerdem kann das Verfahren Optimierung des Energieverbrauchs für das Geber-Gerät aufweisen. Zum Beispiel kann das Geber-Gerät mit einem Grenzwert der Energieladung bezüglich seiner Aufwendung, welche von der Bereitstellung der Hilfsdaten herrührt, eingestellt werden. Zur Erleichterung der Veranschaulichung folgt ein solches Beispiel. Es sei angenommen, dass wir X = 600 hungernde Geräte in dem Loch haben und keine qualifizierten Geber-Geräte um sie herum sind. Dann beginnt eine Anzahl von qualifizierten Geräten, das Loch zu betreten, jeweils einzeln, mit einem Zeitabstand von d = 15 min zwischen dem Eintritt des jeweils folgenden Geräts. Zur Einfachheit sei angenommen, dass alle X hungernden Geräte in Reichweite für DSRC-Konnektivität mit dem Geber-Gerät sind. Das neue Gerät hat gute Positionshilfsdaten, aber sein Energieladungsniveau ist so niedrig, dass es ausreichend für die Aufrechterhaltung von DSRC-Konnektivität für nur P = 10 Minuten ist, einschließlich der Aufrechterhaltung der Konnektivität, S = 1 Sekunden Austausch der Hilfsdaten mit jedem verbundenen Gerät, die vorhergehende Herstellung der Verbindung und den folgenden Abbau der Verbindung für alle bedienten hungernden Geräte, die sich verbinden. Sobald dieses Geber-Gerät in das Loch eintritt, werden die Verbindungsanforderungen von allen X = 600 hungernden Geräten in dem eintretenden Geber-Gerät in eine Warteschleife gesetzt. Dies könnte zu einem erheblichen Energieverlust für das Geber-Gerät führen, weil die Bedienung aller anhängigen X = 600 hungernden Geräte die Energieladung des Geber-Geräts erschöpft hätte, da 600·1 sek = 10 Minuten.
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Bei der Verwendung der Energie-Optimierung des Geber-Geräts kann das Geber-Gerät das voraussichtliche Eintreten der Erschöpfung seiner eigenen Energieladung abschätzen, da es weiß, dass sein eigenes Energieladungsniveau nur für maximal 600 Übergabevorgänge der Hilfsdaten ausreicht und dass es schon 600 hungernde Geräte gibt, die für eine solche Hilfsübergabe in die Warteschleife gesetzt wurden. In einem solchen Fall kann dass Geber-Gerät zum Beispiel mit dem Grenzwert der Energieladung so eingestellt werden, dass es nicht mehr als 2% seiner Energieladung mit der Übergabe von Hilfsdaten verliert, so dass es nur 600·0,02 = 12 hungernde Geräte bedient, dann den Rest der Anforderungen in der Warteschleife zurückweist. Natürlich würde der Fachmann verstehen, dass ein anderer Wert für den Grenzwert der Energieladung aus Gründen von Ausgestaltungsvorlieben oder um Energie-Optimierung zu verbessern gewählt werden könnte. Zum Beispiel könnte der Grenzwert der Energieladung auf einen Wert eingestellt werden, der dem entspricht, dass die Energieladung des Geräts ausreichend für nicht mehr als dreißig Minuten Mobiltelefon-Gesprächszeit ist.
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Alle zuvor hungernden Geräte, welche die übergebenen Hilfsdaten empfangen haben, können dann als Geber-Geräte verwendet werden. Auf diese Weise würde der vollständige Vorgang der Aktualisierung der Positions-Hilfsdaten für den ganzen Bestand an hungernden Geräten auch erheblich verkürzt. Mit Bezug auf das vorherige Beispiel würde der gesamte Vorgang nur 3·12 = 36 Sekunden dauern, statt 600 Sekunden durch „direktes Rekrutieren” von 12 zusätzlichen Gebern – z. B. den ersten 12 bedienten, ursprünglich hungernden Geräten – und indirektes Rekrutieren von ein paar mehr Geräten in der dritten Phase durch die erste Generation von rekrutierten Geber-Geräten.
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Eine weitere Verbesserung des Systems kann realisiert werden durch die Begrenzung der Anzahl von hungernden Geräten, für die eine Verbindung akzeptiert wird (z. B. nicht mehr als 12), und die Verweigerung einer Verbindung für zusätzliche anfordernde Geräte unabhängig davon, wie viele mehr zusätzlich in Warteschleife warten könnten, wobei man sich auf die schon in der Warteschleife befindlichen Geräte als zukünftige Geber-Geräte verlässt. Allerdings könnte das eintretende Gerät, nachdem es eine erhebliche Zeit in dem Tiefloch verbracht hat, möglicherweise ein hungerndes Gerät werden. Solche Ungewissheit könnte abgeschwächt werden durch die vorherige Kenntnis, was die Gerätedichte in dem Loch ist und was das angenommene durchschnittliche Altersverteilung der Navigationshilfsdaten unter ihnen ist. Solche Kenntnis kann von dem Crowd-Sourcing-Server in der Infrastruktur gewonnen werden, wie oben beschrieben ist. Je höher die Gerätedichte ist, desto früher kann das eintretende Geber-Gerät aufhören, Verbindungsanforderungen zu akzeptieren, wobei es sich auf die Delegierung der Geber-Rolle verlässt. Bei einer niedrigen angenommenen Gerätedichte, gibt es eine reduzierte Wahrscheinlichkeit, eine ausreichend große Anzahl von Geber-Delegierten herzustellen, aber die Gefahr des Verlusts seiner eigenen Energie ist reduziert. Die optimale Funktion der Warteschleifenlänge = f(angenommener Dichte von hungernden Geräten) ist also ungefähr eine glockenförmige Funktion.
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In ähnlicher Weise kann auch die durchschnittliche Verweildauer der Geräte in dem Tiefloch verwendet werden, um den Grenzwert zu bestimmen: Je länger die Werte der Verweildauer, desto wahrscheinlicher ist es, dass sie Aktualisierungen benötigen, was so die Belastung für die Energieladung des Gebers erhöht; allerdings macht es ihre Aktualisierung auch wahrscheinlicher, sie zu einem qualifizierten Geber-Kandidat für andere, zurückgewiesene hungernde Geräte zu machen.
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Zusätzliche Faktoren, die die Wahl des Sperrgrenzwerts der Aktualisierungswarteschleife beeinflussen könnten, können einschließen: die Rate, mit der andere neue Geber-Geräte in das Gebiet ohne Signal eintreten und die Geschwindigkeit, mit der die hungernden Geräte sich von ihrem Geber-Gerät von dem Rest des Bestands von hungernden Geräten nach dem Empfang ihrer Hilfsdaten wegbewegen.
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In einer Ausführungsform kann das mobile GPS-Gerät 120 weiterhin eingestellt werden, den Scan des Infrastruktursignals abzuschalten, wenn andere GPS-Geräte nicht in ihrer unmittelbaren Nähe kürzlich so ein Infrastruktursignal mit akzeptabler RSS (engl.: Received Signal Strength, empfangene Signalstärke) empfangen haben. Das heißt, dass der periodische Scan des Infrastruktursignals (i/s) ausgeschaltet wird, wenn das mobile GPS-Gerät 120 in eine Tiefloch-Region eintritt, wo es eine Mehrzahl von anderen GPS-Geräten mit Bluetooth-Fähigkeit gibt ohne frischen Empfang von Infrastruktursignal mit akzeptabler RSS, so dass das mobile GPS-Gerät 120 nicht wiederholt versucht, nach einem GPS- oder anderen Mobilfunk-Signal zu suchen. In diesem Fall wird eine Ad-Hoc-Verbindung mit einer Mehrzahl der anderen GPS-Geräten in Reichweite für eine peer-to-peer-Verbindung in dem Tiefloch hergestellt, um Zeitmarken der meisten neuen i/s-Signale, welche von der Infrastruktur mit akzeptabler RSS empfangen worden sind, ausfindig zu machen. Jedes der GPS-Geräte in dem Tiefloch speichert eine Zeitmarke (z. B. den Zeitpunkt der letzten guten RSS) in seiner Speichereinheit. Wenn das GPS-Gerät eine akzeptable RSS des i/s-Signals vor dem Eintritt in das Tiefloch empfängt, wird seine Zeitmarke aktualisiert. Das mobile GPS-Gerät 120 vergleicht den Wert der Zeitmarke der letzten guten RSS für die anderen GPS-Geräte mit seinem aktuellen Echtzeitwert. Wenn die Zeitdifferenz zwischen der echten Zeit und der Zeitmarke unter einem Grenzwert ist, dann muss das mobile GPS-Gerät 120 möglicherweise nahe dem i/s-Abdeckungsgebiet sein. Also schaltet das mobile GPS-Gerät 120 den i/s-Signal-Scan ein, weil sich die Wahrscheinlichkeit, ein Signal mit ausreichender RSS zu empfangen, verbessert hat, der i/s-Signal-Scan aber vor diesem Zeitpunkt abgeschaltet war. Als Ergebnis wird der Energieverlust aufgrund aussichtsloser Versuche eines i/s-Signal-Scans effizient minimiert.
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Eine weitere Verbesserung der Optimierung des Energieverlusts kann realisiert werden. Wenn sich zum Beispiel das mobile GPS-Gerät 120 entlang einer annähernd geraden Linie bewegt und mehrere andere GPS-Geräte nacheinander antrifft, kann das mobile GPS-Gerät 120 die Werte der Zeitmarken (z. B. die Zeit der letzten guten RSS) abfragen und bestimmen, dass ihre Zeitdifferenzwerte stetig abnehmen. In diesem Fall kann das mobile GPS-Gerät 120 mit der Annahme, dass es dieselbe oder eine ähnliche Richtung beibehält, den Grenzwert der Zeitdifferenz auf einen niedrigeren Wert zum Anschalten des i/s-Signal-Scans reduzieren. Da das mobile GPS-Gerät 120 erwartet, dass es ein Signal mit ausreichender RSS (sogar mit einem niedrigeren Grenzwert für die Zeitdifferenz) antrifft, kann es die Aufwendung von Energie auf einige erfolglose Scans mit ähnlichen Ergebnissen der RSS-Erfassung vermeiden.
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Darüber noch hinaus kann die Anzahl der Geräte in dem Tiefloch (d. h. die Gerätedichte) verwendet werden, die Energieoptimierung weiter zu verbessern. Wenn die Gerätedichte in dem Tiefloch niedrig ist, kann der Energieverlust, der aus der Suche nach GPS-Geräten mit Bluetooth- oder anderer Fähigkeit für dedicated short range communications resultiert, die Einsparungen über den optimierten i/s-Signal-Scan aufwiegen. Deshalb wird ein Grenzwert einer sinnvollen Gerätedichte aufrecht erhalten, so dass die Energieoptimierung des i/s-Signal-Scans nicht ausgeführt wird, wenn die Gerätedichte unter diesem Wert liegt.
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Der Grenzwert der Gerätedichte kann basierend auf einer Reihe von Faktoren eingestellt werden, die einschließen, aber nicht begrenzt sind auf: den Energiehaushalt für das hungernde Gerät, das tatsächliche Niveau der Energieladung des hungernden Geräts, die erwartete Geschwindigkeit und Muster der Gerätebewegungen und die angenommene Werteverteilung der i/s-Zeitmarken in dem Tiefloch.
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Der abgeschätzte tatsächliche Wert der Gerätedichte kann bestimmt werden, indem die abgeschätzte Zahl von kompatiblen Geräten in dem Tiefloch durch die Flächengröße des Tieflochs geteilt wird. Die abgeschätzte tatsächliche Gerätezahl kann durch Crowd-Sourcing wie oben beschrieben entweder durch Echtzeitzählen und Crowd-Sourcing der eintretenden und verlassenden Geräte oder durch die Bestimmung des Mittelwerts von historischen Zählwerten nach Zeit in der Woche (TOW, engl.: time of week), Tageszeit (TOD, engl.: time of day) usw. bestimmt werden.
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Es wird von Fachmann verstanden und erkannt werden, dass eine oder mehrere der Funktionen, Module, Einheiten, Blöcke, Prozesse, Unterprozesse, oder Prozessschritte, die oben beschrieben worden sind, entweder von Hardware und/oder Software ausgeführt werden können. Wenn der Prozess von Software ausgeführt wird, kann die Software sich in Softwarespeicher (nicht gezeigt) in jedem der oben beschriebenen Geräte befinden. Die Software im Softwarespeicher kann eine geordnete Auflistung von ausführbaren Befehlen aufweisen, um logische Funktionen zu implementieren (d. h. „Logik”, die entweder in digitaler Form wie etwa digitalen Schaltkreisen oder Quellcode oder in analoger Form wie etwa analogen Schaltkreisen oder einer analogen Quelle wie etwa einem analogen elektrischen, Audio- oder Videosignal implementiert werden kann), und kann wahlweise in jedem rechnerlesbaren (oder signalführenden) Medium zum Gebrauch durch oder in Verbindung mit einem System, Apparat oder Gerät zur Befehlsausführung, ausgeführt sein, wie etwa einem rechnerbasierten System, einem System mit Prozessor oder anderem System, das wahlweise die Befehle von dem System, Apparat oder Gerät zur Befehlsausführung holen und die Befehle ausführen kann. In dem Kontext dieses Dokuments ist ein „rechnerlesbares Medium” und/oder ein „signalführendes Medium” jedes Mittel, das das Programm zum Gebrauch durch oder in Verbindung mit dem System, Apparat oder Gerät zur Befehlsausführung enthalten, speichern, mitteilen, verbreiten und transportieren kann. Das rechnerlesbare Medium kann wahlweise zum Beispiel ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleiter-System, -Apparat, -Gerät oder -Verbreitungsmedium sein, ist aber nicht auf diese beschränkt. Speziellere Beispiele, aber dennoch eine nicht vollständige Liste, von rechnerlesbaren Medien würden die folgenden einschließen: eine elektrische Verbindung (elektronisch) mit einem oder mehreren Drähten, eine tragbare Computer-Diskette (magnetisch), ein RAM (elektronisch), einen nur lesbaren Speicher „ROM” (elektronisch), einen löschbaren, programmierbaren, nur lesbaren Speicher (EPROM oder Flash-Speicher) (elektronisch), eine optische Faser (optisch) und einen tragbaren nur lesbaren compact-disc-Speicher „CDROM” (optisch). Es sei angemerkt, dass das rechnerlesbare Medium sogar Papier sein kann oder ein anderes brauchbares Medium, auf das das Programm gedruckt wird, da das Programm elektronisch zum Beispiel über optisches Scannen des Papiers oder anderen Mediums erfasst, dann kompiliert, interpretiert oder sonst in einer geeigneten Weise wenn nötig verarbeitet und dann in Rechnerspeicher gespeichert werden kann.
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Obwohl die vorliegende Erfindung im Speziellen unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte es für den Fachmann direkt offensichtlich sein, dass Veränderungen und Modifikationen in der Form und Einzelheiten vorgenommen werden können, ohne von Geist und Umfang der Erfindung abzurücken. Die beigefügten Ansprüche sollen solche Veränderungen und Modifikationen umfassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „GPS Theory and Practice”, fünfte Ausgabe, überarbeitete Ausgabe von Hofmann-Wellenhof, Lichtenegger und Collins, Springer-Verlag, Wien, New York, 2001 [0003]