-
Gebiet der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf die Ortung und insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortung einer entfernten Einheit.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Eine Vielzahl von Systemen wurde vorgeschlagen, die die Fähigkeit benötigen, einen Gegenstand zu orten. Beispielsweise wäre es bei der Inventarkontrolle erwünscht, Gegenstände (beispielsweise Laptop-Computer) in den Innenräumen eines Bürogebäudes zu orten. Es ist auch erwünscht, einen Mobiltelefonbenutzer zum Zwecke von Notfalldienstleistungen orten zu können.
-
Das globale Positionierungssystem (GPS) ist ein Beispiel eines Systems nach dem Stand der Technik um den Ort eines Gegenstandes zu bestimmen. Während GPS bei der Ortung extrem genau sein kann, ist es ein Nachteil von GPS, dass in Großstadtfluchten oder innerhalb von Gebäuden die Signale von den GPS-Satelliten abgedeckt sein können. Zusätzlich kann eine GPS-Ortungsschaltung großbauend und teuer sein.
-
Ein Ansatz, der gemacht wurde, um dieses Thema anzusprechen, ist es, eine Gruppe von Empfänger an festgelegten Orten zu benutzen, um Gegenstände, die Sender enthalten, zu orten. Die feststehenden Empfänger sind mit einem Zentralrechner verbunden, der dazu dient, den Ort von jedem Objekt auf der Basis von Signalen zu bestimmen, die von einem oder mehreren der Gruppe der Empfänger empfangen werden. Während diese Technik recht preisgünstig und leicht zu implementieren ist, kann sie bezüglich der Rechenvorgänge sehr komplex sein, und sie liefert eine sehr genaue Ortsabschätzung im Vergleich zu anderen Ortungstechniken. Wie offensichtlich ist, existiert ein Kompromiss zwischen genauen Ortungstechniken, die teuer zu implementieren sind, und weniger teuren Techniken, die weniger genau sind. Es wäre daher vorteilhaft, den weniger teuren Ansatz, der oben beschrieben wurde, zu verbessern, so dass eine genauere/weniger komplexe Ortung gemacht werden kann. Jede derartige, verwendete Technik sollte in der Lage sein, in ”ad-hoc”-Netzwerken zu arbeiten, wo Knoten durch mehr als einen ”Sprung” getrennt sein können. Daher gibt es einen Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortung einer Vorrichtung, welche(s) verhältnismäßig preiswert ist und dennoch genaue Ortsschätzwerte liefert.
-
US 6,408,246 B1 betrifft die Positionsbestimmung eines mobilen Knotens im dreidimensionalen Raum unter Heranziehung von mindestens vier stationären Referenzknoten, LMUs. Dabei werden zunächst die Zeiten zur Übermittlung von Signalen zwischen den stationären Referenzknoten und dem fraglichen mobilen Knoten ermittelt. Diese Zeiten lassen ohne eine Konsolidierung noch keinen Schluss auf eine Position des mobilen Knotens zu, so dass die Daten (TOAs) der verschiedenen stationären Referenzknoten miteinander verglichen werden und in Teilmengen eingeteilt werden. Diese Teilmengen werden dann anhand ihrer Genauigkeit für mehrere vorläufige Positionsbestimmungen genutzt, denen wiederum eine bestimmte Genauigkeit zugewiesen werden kann. Anhand der genauesten vorläufigen Positionsbestimmung wird dann die endgültige Position des mobilen Knotens ermittelt.
-
US 2003/0054838 A1 beschreibt die Triangulierung eines bislang nicht georteten mobilen Knotens durch Aussenden eines Signals an umliegende von dem nicht georteten mobilen Knoten an stationäre Referenzknoten und weitere bekannte mobile Knoten, wobei deren Antwort zur Ermittlung der Position des nicht georteten mobilen Knotens herangezogen wird. Die drei zuverlässigsten Knoten, wobei die stationären Referenzknoten als zuverlässiger gelten als die mobilen Knoten, werden dann für die Bestimmung genutzt.
-
DE 102 22 140 A1 beschreibt in einem ersten Ausführungsbeispiel ein Verfahren zur Positionsbestimmung einer als ersten mobilen Knoten anzusehenden Mobilstation, wobei unter Heranziehung einer als Referenzknoten zu definierenden Basisstation und als weitere mobile Knoten anzusehende Mobilstationen in einem bestimmten Umkreis um den mobilen Knoten die Position des mobilen Knotens bestimmt wird. Dabei sind zunächst die ungefähren Positionen der mobilen Knoten aufgrund des angewandten, im UMTS Standard genutzten OTDOA-Verfahrens bekannt bzw. bereits ermittelt, wobei drei Referenzknoten zur Triangulierung genutzt werden. Um die Positionsgenauigkeit des mobilen Knotens zu erhöhen, wird der erste mobile Knoten angewiesen in einem bestimmten Zeitfenster ein Positions-Notrufsignal auszusenden, welches von dem Referenzknoten und den weiteren mobilen Knoten empfangen wird. Gleichzeitig werden die weiteren mobilen Knoten angewiesen, das Notrufsignal zu detektieren und die Empfangszeiten an die Referenzknoten zu übermitteln.
-
WO 02/47419 A1 zeigt die Reduzierung von Fehlern bei der Triangulierung eines ersten mobilen Knotens unter Einbeziehung weiterer mobiler Knoten und deren Abstand zu dem ersten mobilen Knoten. Eine Bestimmung des Fehlers wird nicht mit in die Bestimmung der Position des ersten Knotens einbezogen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen Stockwerkgrundriss eines Bürogebäudes, in dem eine Anzahl von drahtlosen Vorrichtungen angeordnet ist, die bei der Bestimmung ihres gegenseitigen Ortes mitwirken.
-
2 zeigt, wie der tatsächliche Ort eines Knotens einen Fehler bei der Bestimmung eines abgeschätzten Ortes des Knotens beeinflusst.
-
3 und 4 zeigen den Ort von Knoten innerhalb eines Systems.
-
5 ist ein Blockdiagramm eines Knotens, der ausgerüstet ist, um einen Abstand zu anderen benachbarten Knoten zu bestimmen.
-
6 ist ein Blockdiagramm einer Ausrüstung zur Ortung von 1.
-
7 ist ein Flussdiagramm, das die Arbeitsweise des LFE 106 zeigt.
-
8 bis 10 zeigen den Ort von Knoten in einem Vielsprung-Kommunikationssystem.
-
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
-
Um den oben erwähnten Bedarf anzusprechen, werden hier ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ortung einer entfernten Einheit (oder eines Knotens) bereitgestellt. Während des Betriebs bestimmt die Ausrüstung zur Ortung einen groben Ort eines nicht georteten Knotens durch Bestimmung der Abstände der Knoten von Referenzknoten. Zusätzlich wird ein Fehlerschätzwert des Orts für jeden Knoten bestimmt. Eine erste Teilmenge von Knoten, die relativ geringere Fehlerschätzwerte haben, werden zu Referenzknoten ”befördert”, und ein zweiter Untersatz von Knoten, die höhere Fehlerschätzwerte haben, werden erneut auf der Basis eines Abstandes zu den neu beförderten Referenzknoten geortet.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Verfahren zur Ortung einer entfernten Einheit. Das Verfahren umfasst die Schritte der Bestimmung von Ortsschätzwerten für eine Vielzahl von Knoten, der Bestimmung von Fehlern in den Ortsschätzwerten und der Bestimmung einer ersten und zweiten Teilmenge von Knoten auf der Basis der Fehler in den Ortsschätzwerten. Die erste Teilmenge von Knoten umfasst diejenigen Knoten mit geringeren Fehlerwerten in den Ortsschätzwerten, und die zweite Teilmenge von Knoten umfasst diejenigen Knoten mit höheren Fehlerwerten in den Ortsschätzwerten. Schließlich wird die zweite Teilmenge von Knoten erneut dadurch geortet, dass die erste Teilmenge von Knoten verwendet wird.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst zusätzlich ein Verfahren zur Ortung einer entfernten Einheit. Das Verfahren umfasst die Schritte der Bestimmung von Ortsschätzwerte für eine Vielzahl von Knoten durch Bestimmung der Abstände zu Referenzknoten mit bekannten Orten. Fehler in den Ortsschätzwerten werden bestimmt, und eine erste und eine zweite Teilmenge von Knoten werden bestimmt. Die erste Teilmenge von Knoten umfasst diejenigen Knoten mit geringeren Fehlern für die Ortsschätzwerte, und die zweite Teilmenge von Knoten umfasst diejenigen Knoten mit höheren Fehlern für die Ortsschätzwerte. Die erste Teilmenge der Knoten wird zu Bezugsknoten befördert, und die zweite Teilmenge von Knoten wird durch Bestimmung ihrer Abstände zu den Referenzknoten erneut geortet.
-
Die vorliegende Erfindung umfasst zusätzlich eine Ortungsausrüstung (Location Finding Equipment; LFE), die eine Logikschaltung umfasst, die Ortsschätzwerte für eine Vielzahl von Knoten bestimmt, die Fehlerwerte der Ortsschätzwerte bestimmt, die eine erste und eine zweite Teilmenge von Knoten auf der Basis der Fehlerwerte bestimmt, wobei die erste Teilmenge der Knoten diejenigen Knoten mit niedrigen Fehlerwerten für die Ortsschätzwerte umfasst, und die zweite Teilmenge von Knoten diejenigen Knoten mit höheren Fehlerwerten für die Ortsschätzwerte umfasst, und die die zweite Teilmenge der Knoten durch Verwendung der ersten Teilmenge der Knoten erneut ortet.
-
Wendet man sich nun den Zeichnungen zu, in denen gleiche Bezugszahlen gleiche Bauteile bezeichnen, zeigt 1 einen Stockwerkgrundriss 100 eines Innenraums eines Bürogebäudes, in dem eine Anzahl von drahtlosen Vorrichtungen 104 und 105 angeordnet sind, die bei der Bestimmung ihres gegenseitigen Ortes beteiligt sind. Der Stockwerkgrundriss 100 umfasst eine Außenwand 102, die eine Vielzahl von Büros 103 (nur eines ist gekennzeichnet) umfasst.
-
Kreisförmige Gegenstände 104 (nur einer ist gekennzeichnet), die in dem Stockwerkgrundriss 100 gezeigt sind, stellen drahtlose Vorrichtungen (entfernte oder mobile Einheiten) dar, deren Orte unbekannt sind und bestimmt werden sollen. Die drahtlosen Vorrichtungen 104 können beispielsweise Sende-Empfänger-Sicherheitsetiketten umfassen, die an wertvollen Anlagen, beispielsweise Laptop-Computern oder drahtlosen Kommunikationsvorrichtungen einschließlich Mobiltelefonen befestigt sind. Rechteckige Gegenstände 105 (nur einer gekennzeichnet) stellen Referenzvorrichtungen oder Knoten dar. Die Orte der Vorrichtungen 105 sind bekannt oder können leicht und genau innerhalb einer gewissen Messgenauigkeit bestimmt werden (beispielsweise über GPS). Die Referenzvorrichtungen 105 werden bei der Bestimmung der Orte der Vorrichtungen 104 verwendet. Ein zentraler Verarbeitungsknoten 106 dient als Ortungsausrüstung (LFE), um die Berechnungen durchzuführen, die bei der Bestimmung des Ortes der Vorrichtungen 104–105 beteiligt sind, wie unten mehr im Detail beschrieben wird.
-
Es ist zu beachten, dass, obwohl 1 drahtlose Vorrichtungen 104–105 zeigt, die in einem zweidimensionalen Raum vorhanden sind, ein Durchschnittsfachmann erkennen wird, dass die drahtlosen Vorrichtungen 104–105 in anderen Umgebungen angeordnet sein können, einschließlich in dreidimensionalen Räumen. Beispielsweise können die drahtlosen Vorrichtungen 104 Golfwägen umfassen, die mit drahtlosen Sende-Empfängern ausgerüstet sind, die auf einem Golfplatz vorhanden sind. In ähnlicher Weise können die drahtlosen Vorrichtungen 104 Inventargegenstände umfassen, die in einem Warenhaus liegen. Unabhängig von der Umgebung, wo die drahtlosen Vorrichtungen 104 arbeiten, sind Referenzknoten 105 an bekannten Orten verteilt, um die Ortungsvorrichtungen 104 zu unterstützen. Zusätzlich zeigt 1 die LFE 106, die unabhängig von den Referenzknoten 105 existiert, wobei jedoch ein Durchschnittsfachmann erkennen wird, dass die Referenzknoten 105 die erforderlichen Schaltungen umfassen kann, um die unten beschriebene Ortsabschätzung durchzuführen.
-
Wie oben beschrieben wurde, wurde eine Vielfalt von Systemen vorgeschlagen, um drahtlose Vorrichtungen 104 zu orten. Ein Problem gibt es dahingehend, dass die genaue Ortung der Vorrichtungen 104 teure Schaltungen erfordert. Um dieses Thema anzusprechen, wird eine Ortungstechnik verwendet, die die georteten Vorrichtungen 105 verwendet, um die Vorrichtungen 104 zu orten. Um eine Verbesserung gegenüber den Ortungstechniken nach dem Stand der Technik herbeizuführen, wird zuerst eine Teilmenge von Vorrichtungen 104 geortet, und dann bei der Ortung der restlichen Vorrichtungen 104 verwendet. Die Teilmenge der Vorrichtungen wird danach ausgewählt, dass sie den geringsten Fehler in einer Ortungsabschätzung haben, und, wenn sie geortet sind, wird die Teilmenge der Vorrichtungen verwendet, um den Rest der nicht georteten Vorrichtungen zu orten.
-
Bevor eine Ortungstechnik beschrieben wird, stellt der folgende Text die notwendige Hintergrundinformation für das richtige Verständnis der Techniken dar, die bei den Ortungsvorrichtungen entsprechend dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
-
2 zeigt, wie der tatsächliche Ort eines Knotens einen Fehler bei der Bestimmung eines abgeschätzten Ortes für den Knoten beeinflusst. Insbesondere zeigt 2 zwei Referenzknoten 201 und 202, die versuchen, zwei Knoten 203 und 204 zu orten. Während der Ortung versucht jeder Referenzknoten 201 und 202, einen Abstand von sich selbst zu einem speziellen Knoten, der geortet wird, zu bestimmen. Jeder Referenzknoten 201 ist in der Lage, diesen Abstand (oder Bereich) zu dem Knoten 203 und 204 innerhalb einer gewissen Genauigkeit zu bestimmen. Mehr speziell hat jede Bereichsbestimmung einen zugeordneten Fehler 205 und 206 (nicht notwendigerweise gleich). So wird für jeden Referenzknoten 201 jede Bereichsbestimmung einen zugeordneten Fehler 205 umfassen, und für den Referenzknoten 202 wird jede Bereichsabschätzung einen zugeordneten Fehler 206 umfassen. Im Prinzip wird, da jede Ortsabschätzung auf einem Kreuzungspunkt von Bereichsschätzwerte basiert, jeder Ort einen zugeordneten Fehler haben, der auf den kombinierten Fehlern von jedem Referenzknoten basiert. Somit hat der Ort des Knotens 203 einen Fehler, der durch den Bereich 207 eingegrenzt ist, während der Ort des Knotens 204 einen Fehler haben wird, der durch den Bereich 208 eingegrenzt wird.
-
Wie ersichtlich ist, ist der Fehler, der dem Ort des Knotens 203 zugeordnet ist, viel kleiner als der Fehler, der dem Ort des Knotens 204 zugeordnet ist. Daher kann durch Verwendung einer Ortungstechnik, die Vorrichtungen mit dem geringsten Fehler in einer Ortungsabschätzung ortet, und danach durch Verwendung dieser Vorrichtungen zur Ortung von nicht georteten Vorrichtungen der Gesamtfehler bei der Ortung der Knoten 104 auf ein Minimum herabgesetzt werden.
-
Wie dargestellt ist, umfasst 3 eine Vielzahl von Vorrichtungen 104, deren Orte unbekannt sind. 3 umfasst zusätzlich eine Vielzahl von Referenzvorrichtungen 105, deren Orte bekannt sind. Schließlich umfasst 3 die LFE 106. Wie oben beschrieben wurde, führt die LFE 106 die notwendigen Berechnungen durch, um die Vorrichtungen 104 zu orten. Es wird angenommen, dass die Vorrichtungen 104–106 von 3 sich innerhalb des Kommunikationsbereiches voneinander befinden.
-
Während des Betriebs liefern die Vorrichtungen
104 und
105 an die LFE
106 Bereichsschätzwerte zu benachbarten Vorrichtungen. Die Bereichsschätzwerte können dadurch bestimmt werden, dass einfach eine Signalstärke, beispielsweise ein Maß der empfangenen Signalstärke (received signal strength indication (RSSI)) von der Übertragung des Nachbars analysiert wird, wie durch Patwari et al. in dem US-Patent Nr.
US 6,473,038 B2 ”Method and Apparatus for Location Estimation” beschrieben ist, oder sie können dadurch bestimmt werden, dass die Laufzeit der Signale bestimmt wird, die zwischen benachbarten Knoten übertragen werden. Die Laufzeiten zwischen den Knoten
104–
105 sind direkt proportional zu den Abständen zwischen den Knoten
104–
105. Unabhängig von der verwendeten Technik, um die Abstände zwischen den Knoten
104–
105 zu bestimmen, übertragen die Knoten
104–
105 die Signalstärke oder die Laufzeitinformation an die LFE
106, die dann genau den Ort der Knoten
104 bestimmt.
-
Während der Ortung bestimmt die LFE 106 zuerst einen groben Ort für alle Vorrichtungen 104, indem sie die Bereichsschätzwerte analysiert, die von den Knoten 104–105 geliefert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird der auf Geometrie basierende Ortungsalgorithmus bei der Bestimmung des groben Orts der Vorrichtungen 104 verwendet. Insbesondere kann, wenn die Abstände x1 und x2 zwischen einem Knoten 104 und einem Paar von Referenzknoten 105 bekannt sind, die Position des Knotens 104 dadurch berechnet werden, dass der Schnittpunkt der zwei Kreise mit den Radien x1 und x2 bestimmt wird, die jeweils ihr Zentrum an einem der ortsfesten Basisstationen haben. Ein dritter Referenzknoten 105 ist typischerweise erforderlich, um jeden Knoten 104 an dem einzigen Schnittpunkt der drei Kreise zweifelsfrei zu orten. Um den Ort unter Verwendung dieses Verfahrens genau zu berechnen, ist es erforderlich, dass die LFE 106 den Zeitpunkt, an dem ein Signal von den Referenzknoten 105 abgesandt wird, und den Zeitpunkt erkennt, an dem es an dem Knoten 104 ankommt, der geortet werden soll. Damit dieses Verfahren ordnungsgemäß arbeitet, ist eine genaue Messung der gesamten Laufzeit entlang jedem der drei Signalwege von Knoten zu Referenzknoten erforderlich.
-
Wenn ein grober Ort für alle Vorrichtungen 104 bestimmt ist, wird dann eine genauere Bestimmung des Ortes für den Knoten 104 gemacht. Mehr speziell wird dann eine Teilmenge von Vorrichtungen 104, die den vorteilhaftesten, vorhergesagten Fehler in einer Ortsabschätzung haben, geortet. Während viele Techniken für die Bestimmung eines vorhergesagten Fehlers in einer Ortungsabschätzung vorhanden sind, ist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der vorhergesagte Fehler in dem Ort auf einer geometrischen Verdünnung der Präzision (Geometric Dilution of Precision = GDOP) gegründet. Mehr speziell wird eine GDOP für jeden grob georteten Knoten 104 bestimmt, und die Knoten 104 mit der besten GDOP werden dann genauer geortet. Die Bestimmung der GDOP-Werte für jeden Knoten 104 ist im Stand der Technik bekannt und von N. Levanon in ”Lowest GDOP in 2-D Scenarios”, Seiten 149–155, IEE Proc.-Radar, Sonar and Navigation, Band 147, Nr. 3, Juni 2000 beschrieben.
-
Sobald der Ort der Teilmenge der Vorrichtungen 104 bestimmt ist, wird die Teilmenge der Vorrichtungen 104 sodann zu Referenzvorrichtungen 105 ”befördert”, und eine neue Iteration, die den vermehrten Satz von Referenzvorrichtungen (beförderte Referenzvorrichtungen und alte Referenzvorrichtungen) verwendet, eine neue Teilmenge von nicht georteten Vorrichtungen 104 mit einer vorteilhaften GDOP auswählt, und das Verfahren geht progressiv weiter, wobei Knoten befördert werden, und es werden neue Abstände berechnet, bis die LFE 106 den Ort von allen nicht georteten Vorrichtungen 104 bestimmt. Dieses Verfahren ist in 3 und 4 gezeigt. Wie in 3 gezeigt ist, sind nicht geortete Vorrichtungen 301 ausgewählt worden, um geortet zu werden, da ihre Ortung zu der am meisten vorteilhaften GDOP führt. Die Vorrichtungen 301 werden dann geortet (4), und sie werden bei der Ortung der anderen nicht georteten Vorrichtungen 104 verwendet.
-
5 ist ein Blockdiagramm eines Knotens 501, der ausgerüstet ist, um einen Abstand zu anderen benachbarten Knoten zu bestimmen und eine ”Bereichsabschätzung” an die LFE 106 zu liefern. Der Knoten 501 kann entweder ein Referenzknoten oder alternativ ein nicht georteter Knoten sein. Unabhängig davon, welche Form der Knoten 501 annimmt, ist der Knoten 501 mit einer Antenne 503, einem Sende-Empfänger 504 und einer Bereichsschaltung 505 ausgerüstet. Wenn der Knoten 501 einen Bereich zu anderen Knoten bestimmen will, sendet der Knoten 501 ein Sendesignal 506 zu anderen benachbarten Knoten, und er empfängt auf ähnliche Weise ein Sende-Kommunikationssignal 506, das von anderen benachbarten Knoten übertragen wird. Wenn es von dem Sende-Empfänger 504 empfangen wird, wird das Sendesignal 506 über einen internen Takt zeitlich markiert, und die Daten bezüglich der Empfangszeit und der Übertragungszeit des Signals 506 werden an die Schaltung 505 weitergegeben.
-
Wenn die Schaltung 505 eine Signalstärketechnik verwendet, um die Bereichsinformation zu bestimmen, bestimmt die Schaltung 505 einen Bereich zu einem speziellen Knoten basierend auf RSSI und gibt diese Information (über den Sende-Empfänger 504) an die LFE 106 weiter. In einer ähnlichen Weise bestimmt, wenn die Schaltung 505 eine Ankunftszeittechnik verwendet, um die Bereichsinformation zu bestimmen, die Schaltung 505 einen Bereich aus einer Laufzeit der zwischen benachbarten Knoten übertragenen Signale und gibt die Bereichsinformation an die LFE 106 weiter.
-
6 ist ein Blockdiagramm einer LFE 106. Während des Betriebs empfängt der Sende-Empfänger 604 ein Sende-Kommunikationssignal 506 von den Knoten 104 und 105. Eine Logikschaltung 605 analysiert die empfangenen Daten, um die Bereichsinformation zu bestimmen. Diese Information wird dann in einer Datenbank 602 gespeichert. Auf diese Weise umfasst die Datenbank 602 Bereichsinformation für alle Knoten 104, 105 zu ihren benachbarten Knoten. Die Logikschaltung 605 benutzt dann diese Information, wie oben diskutiert wurde, um den Ort von jedem Knoten 104 grob und genau zu bestimmen. Dies wird erreicht, wie in 7 dargestellt ist.
-
7 ist ein Flussdiagramm, das den Betrieb der LFE 106 zeigt. Der logische Fluss beginnt an dem Schritt 701, wo die Logikschaltung 505 die groben Ortsschätzwerte für alle nicht georteten Vorrichtungen 104 (Vielzahl von Knoten) bestimmt. Wie oben diskutiert wurde, wird ein geometrischer Ortungsalgorithmus bei der Bestimmung der groben Ortsschätzwerte auf der Basis der Bereichsschätzwerte, die von den Knoten 104–105 geliefert werden, verwendet. Insbesondere umfasst der Schritt der Bestimmung der groben Ortsschätzwerte für die Vielzahl von Knoten die Schritte der Bestimmung der Abstände der Vielzahl der Knoten zu Referenzknoten, die bekannte Orte haben, und die die Verwendung einer geometrischen Ortungstechnik, um die Vielzahl der Knoten auf der Basis ihrer Abstände zu den Referenzknoten zu orten.
-
Sobald der grobe Ort der Vorrichtungen 104 bekannt ist, wird eine Teilmenge von Vorrichtungen 104 auf der Basis eines geschätzten Fehlers in ihrem groben Ort ausgewählt (Schritt 703). Insbesondere wird an dem Schritt 703 ein Fehler in dem groben Ort für jede Vorrichtung 104 bestimmt, und eine Teilmenge der Vorrichtungen wird ausgewählt, der diejenigen Vorrichtungen 104 mit dem geringsten Fehler in ihren groben Ortsschätzwerten enthält. Somit enthält an dem Schritt 703 eine erste Teilmenge von Knoten diejenigen Knoten mit geringeren Fehlerwerten in ihren Ortsschätzwerten, während eine zweite Teilmenge von Knoten diejenigen Knoten mit höheren Fehlerwerten in ihren Ortsschätzwerten umfasst. Obwohl mehrere Techniken für die Bestimmung der Teilmenge der Vorrichtungen verwendet werden können, die den Gesamtfehler bei der Lokalisierung der restlichen Vorrichtungen 104 auf ein Minimum herabsetzen wird, wird in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Teilmenge der Vorrichtungen 104 ausgewählt, die die am meisten vorteilhafte GDOP zur Folge hat.
-
Der logische Fluss geht zu dem Schritt 705 weiter, wo die erste Teilmenge der Vorrichtungen 104 zu Referenzvorrichtungen 105 befördert wird, und der logische Fluss geht zu dem Schritt 707 weiter, wo bestimmt wird, ob alle nicht georteten Vorrichtungen 104 geortet worden sind. Wenn nicht, führt der logische Fluss zu dem Schritt 701 zurück (oder alternativ zu dem Schritt 703), wobei die früher georteten Vorrichtungen nun als geortet oder Referenzvorrichtungen katalogisiert sind. In anderen Worten werden durch Rückkehr zu dem Schritt 701 diejenigen Knoten mit höheren Fehlerwerten (zweite Teilmenge von Knoten) erneut auf der Basis ihrer Abstände zu den Referenzknoten 105 geortet, wobei dieses Mal die Ortung die neuerdings beförderten Referenzknoten verwenden kann. Durch grobe Ortung der nicht georteten Vorrichtungen 104 und durch nachfolgendes Verwenden eines Untersatzes der grob georteten Vorrichtungen bei der Bestimmung des Ortes der anderen nicht georteten Vorrichtungen wird eine genauere Ortungstechnik realisiert.
-
Obwohl das obige Beispiel gegeben wurde, wobei alle Vorrichtungen 104–106 in dem Sendebereich voneinander liegen, muss dies nicht notwendigerweise der Fall sein. Beispielsweise können die vorstehenden Techniken in einem Viel-Sprung-Netzwerk verwendet werden, wo Knoten nicht notwendigerweise innerhalb ihres wechselseitigen Bereiches sind. In solch einem Szenario liegen die Referenzknoten 105 ausreichend nahe beieinander, so dass sie miteinander oder mit anderen nicht georteten Vorrichtungen 104 in Kommunikation sein können. Dies ist in 8 gezeigt. Wie ersichtlich ist, sind die Referenzknoten 105 (nur einer gekennzeichnet) genügend dicht beieinander im Vergleich zu den nicht georteten Vorrichtungen 104 (nur einer gekennzeichnet) angeordnet. Ähnlich wie bei der oben beschriebenen Technik wird ein relativer Ortungsalgorithmus verwendet, um die groben Orte der Vorrichtungen 104 abzuschätzen, die innerhalb des Kommunikationsbereiches der Referenzvorrichtungen 105 sind. Eine Teilmenge dieser Vorrichtungen (die als derartige Einheiten mit dem geringsten Fehler in ihren abgeschätzten Orten ausgewählt sind) wird dann zu Referenzvorrichtungen befördert, die verwendet werden, um andere grob geortete Vorrichtungen genauer zu orten. Insbesondere analysieren, wie oben beschrieben wurde, die Referenzvorrichtungen 105 die Signale, die von den Nicht-Referenzvorrichtungen 104 übertragen werden, um Nicht-Referenzvorrichtungen 104 geometrisch zu orten. Alle georteten Vorrichtungen werden dann Referenzvorrichtungen 105 zum Zwecke der Ortung anderer nicht georteter Vorrichtungen 104. Das Verfahren geht weiter, bis alle nicht georteten Knoten zu Referenzknoten befördert worden sind.
-
Die obige Technik ist in 8, 9 und 10 gezeigt. Wie ersichtlich ist, wurden während der ersten Iteration Knoten 801 von 8 zu Referenzknoten 901 in 9 ”befördert”. Die Knoten 901 tragen bei der Ortung einer zusätzlichen Teilmenge von nicht georteten Knoten 104 bei. In der nächsten Iteration sind die Knoten 1001 zu Referenzknoten ”befördert” worden. Der Zyklus wird weiter geführt bis alle Knoten geortet oder ”befördert” worden sind. Es ist zu beachten, dass zusätzlich zu der Verwendung einer Teilmenge von Knoten, die die geringsten, vorhergesagten Fehler in ihren Orten haben, die Teilmenge von Knoten auch ausgewählt werden kann, um die Ortung der Knoten in einer bestimmten Richtung auszudehnen. Wenn beispielsweise Knoten in einem bestimmten Bereich geortet werden sollen, können Referenzknoten zu dem System hinzugefügt werden, die in der Richtung zu diesem Bereich liegen. Wenn mehr und mehr Iterationen abgeschlossen sind, wird der gewünschte Bereich abgedeckt.
-
Es ist zu beachten, dass in einem Netzwerk mit hoher Teilnehmerzahl zusätzliche Schritte unternommen werden, um die Komplexität der Berechnung zu reduzieren. Da viele Knoten zu Referenzknoten 105 befördert werden können, kann es insbesondere notwendig sein, eine Teilmenge von Referenzknoten 105 während der Ortung der Knoten 104 zu verwenden. Das Ortungsverfahren ist ähnlich zu dem, das oben beschrieben wurde, wobei ein zusätzlicher Schritt speziell für Netzwerke mit hoher Teilnehmerzahl hinzugefügt wird. Insbesondere wird ein Referenzknoten-Auswahlverfahren zusammen mit dem Iterationsverfahren durchgeführt. Bei einem Netzwerk mit hoher Teilnehmerzahl wird somit eine Teilmenge von Referenzknoten 105 ausgewählt, um die Ortsschätzwerte für die Knoten 104 durchzuführen.
