DE112019006738T5

DE112019006738T5 - BLE-Netzwerksysteme und -methoden, die einen Rollentausch von Zentrale und Periphere mit verbesserter peripherer Ortsbestimmung unter Verwendung einer Ultraschallwellenform ermöglichen

Info

Publication number: DE112019006738T5
Application number: DE112019006738.9T
Authority: DE
Inventors: Mark Bloechl; Ricardo Jr. Luna; Patrick Li
Original assignee: Link Labs Inc
Current assignee: Link Labs Inc
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-12-30
Publication date: 2022-01-05
Also published as: WO2020154071A1

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zur Umkehrung der herkömmlichen Rollen von zentralen und peripheren Geräten in einem BLE-Netzwerk bereitgestellt. Dazu gehört die Implementierung eines Endknotens (EN) als alleiniger Initiator einer Verbindung zwischen einem bestimmten EN und einem bestimmten Zugangspunkt (AP). Eine solche Implementierung beinhaltet die Bestimmung einer Koordinatenposition des EN basierend auf Positionsinformationen für mehrere Referenzpunkte (RP) und einer Flugzeit (TOF) einer Ultraschallwellenform, die von jedem der RP übertragen wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANWENDUNGEN
Dies ist eine Teilfortsetzung der Anmeldung Nr. 16/177,915 , eingereicht am 1. November 2018, und jetzt U.S.-Patent Nr. 10,499,196 , erteilt am 3. Dezember 2019, bei der es sich wiederum um eine Teilfortsetzung der Anmeldung Nr. 15/626,083 handelt, die am 17. Juni 2017 eingereicht wurde und jetzt das US-Patent Nr. 10,244,373 ist, das am 26. März 2019 erteilt wurde, wobei der gesamte Inhalt jeder dieser Anmeldungen hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird und für die eine Priorität gemäß 35 U.S.C. § 120 beansprucht wird.
GEBIET DER OFFENLEGUNG
Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf die drahtlose Kommunikation und insbesondere auf die drahtlose Kommunikation zwischen Geräten, die mit BLUETOOTH Low Energy (BLE) ausgestattet sind, wobei die konventionellen BLE-Zentral- und Peripherierollen dieser Geräte umgekehrt und auf die Knoten eines BLE-fähigen Netzwerks anwendbar gemacht werden, um die BLE-Netzwerkfähigkeit zu verbessern, einschließlich der Verfeinerung der Bestimmungen eines Standorts eines Knotens, der als Peripheriegerät arbeitet, um diesen Standort innerhalb eines Koordinatensystems festzustellen.
HINTERGRUND
Etwa im Jahr 2009 befand sich das Internet in einer Phase seiner Entwicklung, in der das Backbone (Router und Server) mit Randknoten verbunden war, die hauptsächlich aus PCs bestanden. Zu dieser Zeit blickte Kevin Ashton (neben anderen) auf die nächste Stufe der Internet-Evolution voraus, die er als das Internet der Dinge („loT“) bezeichnete. In seinem Artikel „That ’Internet of Things‘ Thing‟ (RFID Journal, 22. Juli 2009) beschreibt er das Internet von 2009 als fast vollständig abhängig von menschlicher Interaktion, d. h. er behauptet, dass fast alle Daten, die damals im Internet verfügbar waren, durch Ketten von Ereignissen zur Datenerfassung/Datenerstellung generiert wurden, die jeweils menschliche Interaktion beinhalteten, z. B. Tippen, Drücken einer Aufnahmetaste, Aufnehmen eines digitalen Bildes oder Abtasten (Scannen) eines Strichcodes. In der Entwicklung des Internets stellt diese Abhängigkeit von menschlicher Interaktion als Glied in jeder Kette der Datenerfassung und/oder Datenerzeugung einen Engpass dar. Um diesen Engpass zu beseitigen, schlug Ashton vor, Computer, die mit dem Internet verbunden sind, mit Datenerfassungs- und/oder Datenerzeugungsfunktionen auszustatten und so die menschliche Interaktion aus einem wesentlichen Teil der Datenerfassungs-/Datenerzeugungsketten zu eliminieren.
Im Zusammenhang mit dem loT kann ein Ding ein natürliches oder vom Menschen geschaffenes Objekt sein, dem eine eindeutige ID/Adresse zugewiesen ist und das mit der Fähigkeit konfiguriert ist, Daten zu erfassen und/oder zu erzeugen und diese Daten über ein Netzwerk zu übertragen. Bezogen auf das loT kann ein Ding z.B. sein, eine Person mit einem Herzüberwachungsimplantat, ein Nutztier mit einem Biochip-Transponder, ein Auto mit eingebauten Sensoren, die den Fahrer bei niedrigem Reifendruck warnen, Einsatzgeräte, die Feuerwehrleute bei der Suche und Rettung unterstützen, persönliche biometrische Monitore, die in die Kleidung eingewebt sind und mit Thermostat- und Beleuchtungssystemen interagieren, um die HLK- und Beleuchtungsbedingungen in einem Raum kontinuierlich und unmerklich zu steuern, ein Kühlschrank, der sich seines entsprechend gekennzeichneten Inhalts „bewusst“ ist und sowohl eine Vielzahl von Menüs aus den tatsächlich darin befindlichen Lebensmitteln planen als auch den Benutzer vor abgelaufenen oder verdorbenen Lebensmitteln warnen kann, usw.
In der Entwicklung des Internets nach 2009 hin zum loT ist ein Segment, das ein großes Wachstum erfahren hat, das der kleinen, preiswerten, vernetzten Verarbeitungsgeräte, die in allen Maßstäben im täglichen Leben verteilt sind. Von diesen sind viele für alltägliche/alltägliche Zwecke konfiguriert. Für das loT werden die Randknoten im Wesentlichen aus solchen kleinen Geräten bestehen.
Innerhalb des Segments der Kleingeräte ist das Untersegment mit dem größten Wachstumspotenzial das der eingebetteten, drahtlosen Low-Power-Geräte.
Netzwerke solcher Geräte werden beschrieben als das Wireless Embedded Internet („WET“), das eine Teilmenge von loT ist. Insbesondere umfasst das WET ressourcenbeschränkte eingebettete Geräte, die typischerweise batteriebetrieben sind und typischerweise über drahtlose Netzwerke mit geringer Leistung und Bandbreite („LoWPANs“) mit dem Internet verbunden sind.
Die BLUETOOTH Special Interest Group hat BLE insbesondere unter Berücksichtigung von loT-Geräten und -Anwendungen entwickelt, die nicht auf kontinuierliche Verbindung(en) angewiesen sind, sondern auf eine längere Batterielebensdauer. Ein gutes Beispiel für solche Geräte ist ein Temperatursensor, der intermittierend Temperaturmesswerte an ein Kollektorgerät liefert, das diese Messwerte sammelt. Das heißt, eine kontinuierliche Verbindung zwischen dem Sensor und dem Kollektor ist nicht notwendig, um z. B. einen solchen Temperaturmesswert zu einem diskreten Zeitpunkt zu erhalten.
Die BLUETOOTH-Spezifikation, die den Betrieb von BLE-Geräten regelt, ordnet den oben genannten Sensoren und Kollektoren jeweils eine definierte Rolle als peripher bzw. zentral zu.
In Übereinstimmung mit den üblichen BLE-Vernetzungsvorgängen macht ein Peripheriegerät, wie z. B. der obige Sensor, seine Anwesenheit einer beliebigen Zentrale, wie z. B. dem obigen Kollektor, lediglich dadurch bekannt, dass es seine Anwesenheit kontinuierlich „ankündigt“. Mit anderen Worten: Das Peripheriegerät sendet kontinuierlich Baken-Werbenachrichten zur Erkennung durch eine Zentrale, die selbst entscheidet, ob eine Verbindung mit dem erkannten Peripheriegerät erfolgen soll. In einer BLE-Umgebung erfolgt diese Werbung über drei Werbekanäle oder Frequenzen, um Interferenzen zwischen den von mehreren Peripheriegeräten gesendeten Signalen zu reduzieren.
In einer solchen BLE-Umgebung gibt es jedoch mehrere Hindernisse für eine optimale Kommunikation zwischen einem Peripheriegerät, z. B. einem Endknoten (End Node: EN), und einem zentralen Gerät, z. B. einem Zugangspunkt (Access Point: AP).
Ein Beispiel für ein solches Hindernis besteht in Form einer Unsicherheit, die ein Peripheriegerät darin erleben kann, es tatsächlich zu wissen, warum seine Rundsendungs-Werbung nicht von einem zentralen Gerät bestätigt wurde. Insbesondere besteht eine solche Unsicherheit aufgrund der Unfähigkeit des Peripheriegeräts zu wissen, ob sich ein zentrales Gerät in einem Bereich befindet, der den Empfang seiner Werbung ermöglicht, oder ob ein zentrales Gerät, das sich in Reichweite befindet, einfach überlastet ist, so dass es nicht genügend Zeit oder Kapazität hatte, die Werbung des Peripheriegeräts zu verarbeiten.
Ein weiteres Hindernis, das einer optimalen Beziehung zwischen einem Peripheriegerät und einer Zentrale im Wege steht, ist die Überlastung der Werbekanäle, die zu Signalisierungskollisionen und verpassten Werbungen führen kann, was jeweils einen Mangel an Verbindung verursacht. Diese Fehler treten vor allem in Szenarien auf, in denen mehrere Peripheriegeräte gemeinsam aufgestellt sind, d. h. in oder an einem gemeinsamen Raum innerhalb einer Struktur wie einem Gebäude oder einem anderen Veranstaltungsort, in dem Peripherie- und Zentralfunktionen erforderlich oder gewünscht sind.
Ein weiteres Hindernis für die BLE-Vernetzung besteht in der grundlegenden Komplexität, die durch die herkömmliche BLE-Peripherie/Zentrale-Beziehung entsteht. In dieser Beziehung verliert ein mobiles Peripheriegerät, das sich aus der Reichweite einer Zentrale wie einem ersten Netzwerk-Zugangspunkt (AP) bewegt, mit dem es sich zuvor verbunden hatte, im Wesentlichen jede etablierte Beziehung, die dieses Peripheriegerät mit diesem ersten AP aufgebaut hat. In diesem Fall, wenn sich das Peripheriegerät in die Reichweite eines anderen, zweiten APs bewegt, ist dieser zweite AP aufgrund der etablierten Beziehung des Peripheriegeräts mit dem ersten AP nicht sofort in der Lage zu wissen, ob eine Verbindung im Hinblick auf Überlegungen wie Netzwerkkonfiguration, Sicherheit und Authentifizierung hergestellt werden sollte. Die einzige Grundlage für die Information des zweiten APs, ob eine Verbindung mit dem Peripheriegerät erfolgen soll, sind Informationen, die er von einer koordinierenden Anwendung erhält, die im BLE-Netzwerk läuft und den APs Informationen darüber liefert, ob eine Verbindung mit einem Peripheriegerät als Ergebnis ihrer Rundsendungs-Werbung hergestellt werden soll. Zu dem Zeitpunkt, an dem die koordinierende Anwendung von der verlorenen Verbindung mit dem ersten AP im obigen Szenario erfährt, ist jedoch bereits eine beträchtliche Zeitspanne verstrichen, bevor Verbindungsinformationen von der koordinierenden Anwendung an den zweiten AP übermittelt werden können bzw. werden, damit dieser bestimmen kann, dass er sich mit dem Peripheriegerät verbinden soll. Auf diese Weise wird deutlich, dass die Ermöglichung einer Verbindung mit einem Peripheriegerät, das sich zwischen mehreren APs bewegt, nicht nur aufwändig ist, sondern auch weitere Nachteile in Form von erhöhter Verbindungslatenz und einer höheren Auslastung des Backhauls aufgrund der notwendigen Informationen, die zur und von der koordinierenden Anwendung fließen müssen, bestehen.
Auch im Zusammenhang mit BLE und anderen HF-Kommunikationsprotokollen gibt es manchmal Barrieren für den Empfang von Signalen zwischen den vorgesehenen Geräten. Diese Barrieren können, wie oben angedeutet, durch natürliche Gegebenheiten, wie z. B. Staus, oder durch künstliche Strukturen in der Nähe oder Umgebung, in der der Betrieb der Geräte gewünscht ist, definiert sein. Dies hat zur Folge, dass wichtige Informationen, die mit einem oder mehreren der Geräte verbunden sind, wie z. B. ihr Standort oder andere gesammelte und übertragbare Daten, möglicherweise nicht mit optimaler Effizienz und Genauigkeit übermittelt werden können. Dies kann dazu führen, dass Bediener von Systemen, die auf die Kenntnis solcher wichtigen Informationen angewiesen sind, nicht in der Lage sind, beabsichtigte Aufgaben auszuführen, wie z. B. solche, die mit umfassenden Projektaufgaben verbunden sind, wie z. B. die Verfolgung von Anlagen und die Überwachung von Temperaturen oder anderen Variablen, um nur einige zu nennen.
Daher wäre es wünschenswert, eine oder mehrere optimierte BLE-Vernetzungsbeziehungen bereitzustellen, die die oben erwähnten Hindernisse und Nachteile, die mit der konventionellen BLE-Zentral/Peripherie-Vernetzungsbeziehung verbunden sind, angehen und überwinden. Insbesondere wäre es wünschenswert, die Anwendbarkeit solcher optimierten BLE-Beziehungen in Verbindung mit verschiedenen Anwendungsumgebungen bereitzustellen, wie z. B. Bereitstellung von Gesundheitsfürsorge, Verbesserung der Fitness, Verbesserung der Internetkonnektivität, Verbesserung der Näherungssensorik, Verbesserung von Alarmsystemen, Verbesserung der Baustellenüberwachung, Verbesserung von Systemen zur Zugangskontrolle, Verbesserung von Automatisierung und Verbesserung von Systemen und Methoden zur Verfolgung von zu inventarisierenden Vermögenswerten, für die ein Standort bestimmt werden muss, sei es in einer gewerblichen oder privaten Umgebung, sowie jede andere Anwendung, in der ein BLE-Netzwerkprotokoll eingesetzt wird.
ZUSAMMENFASSUNG
Es versteht sich, dass sowohl die folgende Zusammenfassung als auch die detaillierte Beschreibung beispielhaft und erläuternd sind und dazu dienen, die beanspruchten vorliegenden Ausführungsformen näher zu erläutern. Weder die Zusammenfassung noch die nachfolgende Beschreibung sind dazu bestimmt, den Umfang der vorliegenden Ausführungsformen zu definieren oder auf die in der Zusammenfassung oder in der Beschreibung erwähnten besonderen Merkmale zu beschränken. Vielmehr wird der Umfang der vorliegenden Ausführungsformen durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Ein Aspekt der Ausführungsformen umfasst ein BLE-Kommunikationssystem, das einen Endknoten (EN), einen Zugangspunkt (AP), der so konfiguriert ist, dass er eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellt und eine erste Baken-Werbenachricht überträgt, und eine Vielzahl von Referenzpunkten (RPs) bereitstellt, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie keine Verbindung zum Netzwerk herstellen und jeweils eine zweite Baken-Werbenachricht, die Positionsinformationen umfasst, und eine Ultraschallwellenform übertragen. Der EN ist konfiguriert, um die erste und die zweite Baken-Werbenachricht und die Ultraschallwellenform zu erkennen, und eine Verbindung mit dem AP zu initiieren, bei der als Ergebnis der Verbindung der AP veranlasst wird, identifizierende Informationen sowohl des EN als auch des AP an das Netzwerk zu übertragen. Als solches wird die Erkennung einer jeweiligen der zweiten Baken-Werbenachrichten löst das EN aus, um mit der Erfassung der Ultraschallwellenform zu beginnen.
Ein weiterer Aspekt der Ausführungsformen umfasst eine BLE-Kommunikationssystem, das einen Endknoten (EN), einen Zugangspunkt (AP), der konfiguriert ist, um sich mit einem Netzwerk zu verbinden und eine erste Baken-Werbenachricht zu übertragen, und eine Vielzahl von Referenzpunkten (RP) bereitstellt, die jeweils so konfiguriert sind, dass sie sich nicht mit dem Netzwerk verbinden und jeweils eine zweite Baken-Werbenachricht, die Positionsinformationen umfasst, und eine Ultraschallwellenform übertragen. Der EN ist konfiguriert, um die erste und zweiten Baken-Werbenachrichten und die Ultraschallwellenform zu erkennen, eine Flugzeit (TOF) der Ultraschallwellenform zu berechnen, die von jedem der Vielzahl von RP übertragen wird, und innerhalb eines Koordinatensystems, in dem jeder der EN, RP und AP betriebsfähig ist, eine Koordinatenposition des EN auf der Basis der TOFs zu bestimmen und eine Verbindung mit dem AP zu initiieren, in der, als Ergebnis der Verbindung der AP veranlasst wird, die Identifizierungsinformationen des EN und des APs sowie die Koordinatenposition an das Netzwerk zu übertragen.
Ein noch weiterer Aspekt der Ausführungsformen umfasst ein BLE-Kommunikationsverfahren, welches das Ausführen eines Satzes von Anweisungen durch einen oder mehrere Prozessoren unter einem BLE-Endknoten (EN), einem BLE-Zugangspunkt (AP), der so konfiguriert ist, dass er sich mit einem Netzwerk verbindet, und einer Vielzahl von BLE-Referenzpunkten (RP), die so konfiguriert sind, dass sie sich nicht mit dem Netzwerk verbinden, vorsieht. Die Anweisungen sehen vor ein Übertragen einer ersten und einer zweiten Baken-Werbenachricht von dem AP bzw. von jedem der mehreren RPs, wobei jede zweite Baken-Werbenachricht Positionsinformationen aufweist, ein Übertragen einer Ultraschallwellenform von jedem der mehreren RPs, ein Erkennen der ersten und der zweiten Baken-Werbenachrichten am EN, und ein Erkennen von mindestens einer der Ultraschallwellenformen als Reaktion auf die Erkennung von mindestens einer der zweiten Baken-Werbenachrichten. Die Anweisungen sehen außerdem vor ein Initiieren einer Verbindung zwischen dem AP und dem EN, wobei als Ergebnis der Verbindung der AP veranlasst wird, an das Netzwerk Identifizierungsinformationen jedes der EN und des AP sowie eine Position des EN basierend auf mindestens einem Paar der Ultraschallwellenformen zu übertragen.
In bestimmten Ausführungsformen können die offengelegten Ausführungsformen eines oder mehrere der hier beschriebenen Merkmale enthalten.
Figurenliste
Die beiliegenden Zeichnungen, die hierin enthalten sind und einen Teil der Spezifikation bilden, illustrieren beispielhafte Ausführungsformen und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, eine Person, die auf dem entsprechenden Gebiet ausgebildet ist, in die Lage zu versetzen, diese Ausführungsformen und andere, die für den Fachmann offensichtlich sind, herzustellen und zu verwenden. Ausführungsformen hierin werden insbesondere in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

1 eine Darstellung einer BLE-Übertragung einer Baken-Werbenachricht zwischen einer BLE-Zentrale und einem BLE-Peripheriegerät ist, gemäß dem verwandten Stand der Technik;
2 eine Darstellung einer BLE-Übertragung einer Baken-Werbenachricht zwischen einem BLE-Endknoten (EN) und einem BLE-Zugangspunkt (AP) ist, gemäß den hierin offenbarten Ausführungsformen;
3 eine Darstellung eines BLE-fähigen Netzwerks gemäß 2 ist;
4 ein Ablaufdiagramm einer Nachbarschaft-Assoziation eines BLE EN mit einem BLE AP gemäß 3 ist;
5 ein Ablaufdiagramm einer Erkennung eines BLE APs durch ein BLE EN gemäß 3 ist;
6 ein Ablaufdiagramm einer Verbindung, durch den BLE EN, mit dem BLE AP, gemäß 3 und 5, ist;
7 eine Darstellung einer zonalen Konfiguration von BLE-Referenzpunkten (RP), relativ zu denen der BLE EN gemäß den hier offengelegten Ausführungsformen eine nächstgelegene Nähe zu einem oder mehreren davon bestimmen kann, ist;
7A eine schematische Darstellung einer Bestimmung einer nächstgelegenen Nähe nach einem Trilaterationsverfahren gemäß den hier offenbarten Ausführungsformen ist;
8 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Art und Weise darstellt, in der der BLE EN die nächstgelegene Nähe gemäß 7 bestimmen kann;
9 ein Blockdiagramm ist, das einen beispielhaften BLE EN und BLE RP darstellt, gemäß den hierin enthaltenen Ausführungsformen, die auf die Bestimmung eines Standorts des BLE EN durch den Empfang einer von dem BLE RP gesendeten Ultraschallwellenform gerichtet sind;
10 eine schematische Darstellung der Übertragung der Ultraschallwellenform vom BLE RP ist, gemäß 9;
11 eine schematische Darstellung einer Beziehung zwischen Zeit und Frequenz zu einem Zeitpunkt des Empfangs der Ultraschallwellenform durch den BLE EN ist;
12 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Art und Weise darstellt, in der der BLE EN einen Abstand zum BLE RP als Reaktion auf die Übertragung der Ultraschallwellenform von diesem bestimmt;
13 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Art und Weise darstellt, in der der BLE EN seinen Standort innerhalb eines Koordinatensystems als Ergebnis des Empfangs von Übertragungen mehrerer Ultraschallwellenformen bestimmt;
14 ein Ablaufdiagramm ist, das eine Art und Weise darstellt, in der der BLE EN seinen Koordinatenstandort gemäß 13 bestimmt;
15 eine schematische Darstellung einer Art und Weise ist, wie der BLE EN-Koordinatenstandort im Hinblick auf eine erste Instanz von aggregierten Flugzeit-(TOF) und Empfangssignalstärke- (RSS) Daten bestimmt werden kann;
16 eine schematische Darstellung einer Art und Weise ist, in der die BLE EN-Koordinatenposition im Hinblick auf Koordinateninformationen für BLE RPs bestimmt werden kann, die innerhalb eines Grundrisses definiert sind, innerhalb dessen der BLE EN betrieben werden kann; und
17 eine schematische Darstellung einer Art und Weise ist, in der die BLE EN-Koordinatenposition im Hinblick auf eine zweite Instanz von aggregierten Flugzeit-(TOF) und Empfangssignalstärke- (RSS) Daten bestimmt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung wird nun anhand verschiedener beispielhafter Ausführungsformen beschrieben. Diese Spezifikation offenbart eine oder mehrere Ausführungsformen, die Merkmale der vorliegenden Ausführungsformen enthalten. Die beschriebene(n) Ausführungsform(en) und Verweise in der Spezifikation auf „eine einzelne Ausführungsform“, „eine Ausführungsform“, „eine Beispielausführungsform“ usw. weisen darauf hin, dass die beschriebene(n) Ausführungsform(en) ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft enthalten können. Solche Ausdrücke beziehen sich nicht notwendigerweise auf die gleiche Ausführungsform. Der Fachmann wird verstehen, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Eigenschaft, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben wird, nicht notwendigerweise auf diese Ausführungsform beschränkt ist, sondern typischerweise Relevanz und Anwendbarkeit für eine oder mehrere andere Ausführungsformen hat.
In den verschiedenen Figuren können gleiche Bezugsziffern für gleiche Elemente mit gleichen Funktionen auch in unterschiedlichen Zeichnungen verwendet werden. Die beschriebenen Ausführungsformen und deren detaillierter Aufbau und Elemente dienen lediglich dazu, ein umfassendes Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen zu ermöglichen. So ist es offensichtlich, dass die vorliegenden Ausführungsformen auf vielfältige Weise ausgeführt werden können und keine der hier beschriebenen spezifischen Merkmale erfordern. Auch bekannte Funktionen oder Konstruktionen werden nicht im Detail beschrieben, da sie die vorliegenden Ausführungsformen mit unnötigen Details verschleiern würden.
Die Beschreibung ist nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, sondern dient lediglich der Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der vorliegenden Ausführungsformen, da der Umfang der vorliegenden Ausführungsformen am besten durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Es sollte auch beachtet werden, dass in einigen alternativen Implementierungen die Blöcke in einem Ablaufdiagramm, die Kommunikationen in einem Ablaufdiagramm, die Zustände in einem Zustandsdiagramm usw. außerhalb der in den Figuren dargestellten Reihenfolge auftreten können. Das heißt, die dargestellten Reihenfolgen der Blöcke/Kommunikationen/Zustände sind nicht als einschränkend gedacht. Vielmehr können die dargestellten Blöcke/Kommunikationen/Zustände in jede geeignete Reihenfolge umgeordnet werden, und einige der Blöcke/Kommunikation/Zustände können gleichzeitig auftreten.
Alle Definitionen, wie sie hier definiert und verwendet werden, sind so zu verstehen, dass sie Vorrang vor Definitionen in Wörterbüchern, Definitionen in durch Verweis einbezogenen Dokumenten und/oder der gewöhnlichen Bedeutung der definierten Begriffe haben.
Die unbestimmten Artikel „ein/eine‟, wie sie hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet werden, sind, sofern nicht eindeutig anders angegeben, als „mindestens ein/eine“ zu verstehen.
Der Ausdruck „und/oder“, wie er hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet wird, sollte so verstanden werden, dass er „entweder eines oder beide“ der so verbundenen Elemente bedeutet, d. h. Elemente, die in einigen Fällen konjunktiv und in anderen Fällen disjunktiv vorhanden sind. Mehrere Elemente, die mit „und/oder“ aufgeführt sind, sollten auf die gleiche Weise ausgelegt werden, d. h. „ein oder mehrere“ der so verbundenen Elemente. Andere Elemente als die durch die „und/oder“-Klausel spezifisch identifizierten Elemente können optional vorhanden sein, unabhängig davon, ob sie mit den spezifisch identifizierten Elementen zusammenhängen oder nicht. So kann sich, als nicht einschränkendes Beispiel, ein Verweis auf „A und/oder B“, wenn er in Verbindung mit einer offenen Formulierung wie „umfassend/aufweisend“ verwendet wird, in einer Ausführungsform nur auf A beziehen (optional einschließlich anderer Elemente als B); in einer anderen Ausführungsform nur auf B (optional einschließlich anderer Elemente als A); in einer weiteren Ausführungsform sowohl auf A als auch auf B (optional einschließlich anderer Elemente); usw.
Wie hier in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, soll „oder“ die gleiche Bedeutung haben wie „und/oder“, wie oben definiert. Wenn z. B. Elemente in einer Liste voneinander getrennt werden, ist „oder“ oder „und/oder“ als einschließend zu verstehen, d. h. als die Einbeziehung von mindestens einem, aber auch von mehr als einem Element einer Anzahl oder Liste von Elementen und optional von zusätzlichen, nicht aufgelisteten Elementen. Nur eindeutig gegenteilige Begriffe wie „nur eines von“ oder „genau eines von“ oder, wenn in den Ansprüchen verwendet, „bestehend aus“, beziehen sich auf die Einbeziehung von genau einem Element einer Anzahl oder Liste von Elementen. Im Allgemeinen ist der Begriff „oder“, wie er hier verwendet wird, nur dann als Hinweis auf ausschließende Alternativen auszulegen (d. h. „das eine oder das andere, aber nicht beides“), wenn ihm Ausschließlichkeitsbegriffe wie „entweder“, „eines von“, „nur eines von“ oder „genau eines von“ vorangestellt sind. „Bestehend im Wesentlichen aus“ hat, wenn es in den Ansprüchen verwendet wird, seine gewöhnliche, im Patentrecht übliche Bedeutung.
Wie hier in der Spezifikation und in den Ansprüchen verwendet, sollte die Formulierung „mindestens eines“ in Bezug auf eine Liste von einem oder mehreren Elementen so verstanden werden, dass es sich um mindestens ein Element handelt, das aus einem oder mehreren der Elemente in der Liste der Elemente ausgewählt ist, aber nicht notwendigerweise mindestens eines von jedem einzelnen Element, das in der Liste der Elemente spezifisch aufgeführt ist, umfasst und keine Kombinationen von Elementen in der Liste der Elemente ausschließt. Diese Definition erlaubt auch, dass optional andere Elemente als die in der Liste der Elemente spezifisch identifizierten Elemente vorhanden sein können, auf die sich der Ausdruck „mindestens eines“ bezieht, unabhängig davon, ob sie mit den spezifisch identifizierten Elementen verwandt oder nicht verwandt sind. So kann sich, als nicht einschränkendes Beispiel, „mindestens eines von A und B“ (oder, äquivalent, „mindestens eines von A oder B“ oder, äquivalent, „mindestens eines von A und/oder B“) in einer Ausführungsform auf mindestens ein, optional einschließlich mehr als ein, A beziehen, wobei kein B vorhanden ist (und optional auch andere Elemente als B); in einer anderen Ausführungsform auf mindestens ein, optional mehr als ein, B enthaltendes, ohne dass A vorhanden ist (und optional andere Elemente als A enthaltend); in einer weiteren Ausführungsform auf mindestens ein, optional mehr als ein enthaltendes, A, und mindestens einem, optional einschließlich mehr als einem, B (und optional einschließlich anderer Elemente); usw.
In den Ansprüchen sowie in der obigen Beschreibung sind alle Übergangsphrasen wie „umfassend/aufweisend“, „einschließlich“, „tragend“, „habend/besitzend“, „enthaltend“, „einbeziehend“, „haltend“, „zusammengesetzt aus“ und dergleichen als offen zu verstehen, d. h. im Sinne von einschließlich, aber nicht beschränkt auf. Nur die Übergangssätze „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ sind als geschlossene bzw. halbgeschlossene Übergangssätze zu verstehen, wie im Handbuch für Patentprüfungsverfahren des US-Patentamts, Abschnitt 2111 .03, dargelegt ist.
Obwohl die Begriffe „erstes“, „zweites“ usw. hier verwendet werden können, um verschiedene Elemente zu beschreiben, sollte verstanden werden, dass diese Elemente nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe werden nur verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Zum Beispiel könnte ein erstes Element als zweites Element bezeichnet werden, und in ähnlicher Weise könnte ein zweites Element als erstes Element bezeichnet werden, ohne dass dies vom Umfang der Ausführungsbeispiele abweicht. Wie hierin verwendet, schließt der Begriff „und/oder“ jede und alle Kombinationen von einem oder mehreren der zugehörigen aufgeführten Elemente ein. Wie hier verwendet, schließen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen ein, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht.
Das Wort „beispielhaft“ wird hier im Sinne von „als Beispiel, Instanz oder Illustration dienend“ verwendet. Jede hier als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen zu verstehen. Darüber hinaus sollten alle hierin beschriebenen Ausführungsformen als beispielhaft betrachtet werden, sofern nicht anders angegeben.
Das Wort „Netzwerk“ wird hier verwendet, um ein oder mehrere konventionelle oder proprietäre Netzwerke zu bezeichnen, die ein geeignetes Netzwerk-Datenübertragungsprotokoll oder andere Spezifikationen und/oder Richtlinien verwenden, die für die Übertragung von Informationen anwendbar sein können. Beispiele für solche Netzwerke sind PSTN, LAN, WAN, WiFi, WiMax, Internet, World Wide Web, Ethernet, andere drahtlose Netzwerke und dergleichen.
Der Ausdruck „drahtloses Gerät“ wird hier verwendet, um ein oder mehrere konventionelle oder proprietäre Geräte zu bezeichnen, die Hochfrequenzübertragungstechniken oder andere Techniken verwenden, die die Übertragung von Informationen ermöglichen. Beispiele für solche drahtlosen Geräte sind Mobiltelefone, Desktop-Computer, Laptop-Computer, Handheld-Computer, elektronische Spiele, tragbare digitale Assistenten, MP3-Player, DVD-Player oder dergleichen.
Eine BLE-Vernetzung ermöglicht die Erkennung und Verbindung von Geräten, die in der Regel keine ständige Verbindung untereinander benötigen, damit ein Austausch von Informationen in Form von Daten stattfinden kann. Solche Geräte sind jedoch auf eine lange Batterielebensdauer angewiesen, damit die Möglichkeit eines solchen Austausches weiterhin zuverlässig gegeben ist. Die Geräte selbst variieren in ihrer Konstruktion, ob es sich beispielsweise um einen Sensor, ein Mobiltelefon, einen Netzwerkzugangspunkt (AP) oder ein anderes Objekt handelt, das so konfiguriert ist, dass es BLE-Kommunikation(en) ermöglicht und/oder bereitstellt und das entweder stationär oder mobil ist, wie z.B. ein BLUETOOTH-Tag. Im Zusammenhang mit der BLE-Vernetzung werden solche Geräte durch die BLUETOOTH Core Specification 4.0 vorgeschrieben und sind ggf. mit IEEE 802.15.1 kompatibel.
Typischerweise übernehmen im Kontext der BLE-Kommunikation ein oder mehrere dieser Geräte die Rollen einer Zentrale 10 und eines Peripheriegeräts 12, wie in 1 dargestellt. Ein Peripheriegerät wird im Allgemeinen als ein Gerät verstanden, das lediglich seine Anwesenheit in Richtung eines anderen Geräts, das als Zentrale bezeichnet wird, sendet oder ankündigt, mit der Absicht, dass diese Anwesenheit von der Zentrale erkannt wird. Die Aussendung erfolgt in der Regel in Form einer Baken-Werbenachricht, die als Hochfrequenz (HF)-Signal übertragen wird. Im Falle einer Erkennung entscheidet die Zentrale, ob eine Verbindung mit dem Peripheriegerät hergestellt werden soll. Wenn die Antwort auf diese Entscheidung bejahend ist, stellt die Zentrale eine Verbindung her und gibt alle Bedingungen vor, unter denen eine Verbindung mit einem Peripheriegerät hergestellt werden soll. Der Richtungsfluss der Übertragung der Baken-Werbenachricht, die ein HF-Signal vom Peripheriegerät umfasst, ist durch die Pfeile „A“ in 1 dargestellt, während der Richtungsfluss des Verbindungsaufbaus mit dem Peripheriegerät durch die Zentrale durch die Pfeile „B“ dargestellt ist.
Ein solches Schema macht die BLE-Vernetzung anfällig für die vielen Unzulänglichkeiten, die weiter oben beschrieben wurden.
In dem Bestreben, diese Mängel zu beheben, kehren demnach die hierin offenbarten Ausführungsformen die Richtungsflüsse der Übertragung der Baken-Werbenachricht und der Verbindung um, um dadurch die Rollen einer herkömmlichen Zentrale und eines herkömmlichen Peripheriegeräts umzukehren, und machen eine solche Rollenumkehr für geeignete Knoten in einem BLE-fähigen Netzwerk anwendbar.
2 veranschaulicht eine solche Umkehrung der Rollen insofern, als jeder der beispielhaften BLE-Endknoten (ENs) 14 für die Erkennung einer Baken-Werbenachricht zuständig ist, die von einem beispielhaften BLE-Zugangspunkt (AP) 16 in Richtung der Pfeile „A“ übertragen wird, und wobei darüber hinaus solche ENs 14 allein dafür verantwortlich sind, zu bewerten und/oder zu bestimmen, ob sie eine BLE-Verbindung mit dem AP 16 initiieren und/oder aufbauen, wie in Richtung der Pfeile „B“ gezeigt. Das heißt, dass der AP 16 in keiner Weise dafür verantwortlich ist, irgendeinen Aspekt oder Aspekte zu bewerten und/oder zu bestimmen, ob eine Verbindung zwischen einem jeweiligen AP 16 und einem jeweiligen EN 14 hergestellt werden soll, und dass ein solcher Aspekt oder solche Aspekte vielmehr ausschließlich von dem EN 14 bewertet und/oder bestimmt werden, so dass der EN 14 selbst in die Lage versetzt wird, die vorgenannte Verbindung ausschließlich zu initiieren und/oder herzustellen, wenn dies von dem EN 14 als angemessen erachtet wird. Hierin bedeutet der Begriff „initiieren“, dass irgendwelche anfänglichen Schritte unternommen oder irgendwelche anfänglichen Prozeduren durchgeführt werden, und die Begriffe „etablieren“ oder „etabliert“ bedeuten, dass irgendwelche Schritte unternommen oder irgendwelche Prozeduren durchgeführt werden, die sich darauf beziehen, ob eine Verbindung zwischen einem AP 16 und einem EN 14 hergestellt und/oder aufrechterhalten werden soll, und dass danach eine solche Verbindung hergestellt und/oder aufrechterhalten wird.
3-6 und die zugehörigen Beschreibungen unten behandeln verschiedene Arten der Zuordnung eines EN 14 zu einem AP 16. Darin veranschaulicht 3 ein BLE-fähiges Netzwerk und Kommunikationssystem, 4 veranschaulicht eine Art der Näherungszuordnung eines BLE-EN zu einem BLE-AP, 5 veranschaulicht eine Art der Erkennung eines BLE-AP durch ein BLE-EN, und 6 veranschaulicht eine Art der Verbindung eines BLE-EN mit einem BLE-AP. Es ist zu verstehen, dass ein EN 14 zu keinem Zeitpunkt seinen Standort an einen AP 16 übermittelt, sondern dass der Standort des EN 14 durch die relative Zuordnung eines oder mehrerer APs 16 oder Referenzpunkte (RP) 17 bestimmt werden kann.
Konkret illustriert 3 ein BLE-fähiges Netzwerk 18 und dessen Kommunikationssystem gemäß den vorliegenden Ausführungsformen, in dem die ENs 14 eine Empfangssignalstärke (RSS) aller von den APs 16 übertragenen Baken-Werbenachrichten erkennen, ausschließlich die Nähe zu den APs 16 bestimmen und darüber hinaus ausschließlich alle Verbindungen zwischen den ENs 14 und den APs 16 initiieren und herstellen, als Reaktion darauf, dass sie im Hinblick auf beispielsweise eine solche RSS, in der Baken-Werbenachricht enthaltene Informationen und/oder andere Informationen ausgewertet und/oder eine Entscheidung getroffen haben, wie nachstehend in Bezug auf die 4-6 erläutert. Sobald eine Verbindung zwischen einem EN 14 und einem AP 16 hergestellt ist, können Daten, wie z. B. optional Identifizierungsinformationen des EN 14, die keine Standortinformationen sind, und Identifizierungsinformationen des nächstgelegenen AP 16, ausgenommen der verbundene AP 16, und enthaltene Informationen des EN 14, einschließlich z. B. sensorischer Informationen können an den jeweiligen AP 16 übertragen werden, um über einen Backhaul 20, der durch eine zellulare, WiFi- oder Low Power Wide Area Network (LPWAN)-Konfiguration implementiert ist, an ein Netzwerk oder einen Cloud-Dienst 22 zur Übertragung an ein Endbenutzerterminal 24, wie z. B. ein Personal-Computing- oder anderes elektronisches Gerät, das in der Lage ist, die vorgenannten Informationen zu übermitteln, übertragen zu werden. Einschlägige Identifikations- und/oder Standortinformationen der APs 16 und RPs 17 sind dem Netzwerk 22 bekannt. Ein solcher Netzwerk- oder Cloud-Dienst 22 umfasst eine beliebige der verfügbaren Daten- und Konnektivitätsplattformen, die es den Benutzern von Knoten innerhalb des Netzwerks 18 ermöglichen, z. B. Informationen zu verwalten und zu verteilen, die für die Knoten relevant sind und/oder Informationen, die bei der Verwaltung der Knoten gewünscht werden. Ein Beispiel für eine solche Plattform ist CONDUCTOR, erhältlich von Link Labs, Inc. aus Annapolis, Maryland.
Wie bereits erwähnt, kann der EN 14 Identifikationsinformationen, d. h. die MAC (Media Access Control)-Adresse des AP 16 übertragen, der sich am nächsten am EN 14 befindet. Ein solcher AP 16 kann ein AP 16 sein, der mit dem Netzwerk 22 verbunden werden kann, oder auch nicht, wie weiter unten erklärt wird. In diesem Zusammenhang ist ein AP 16 als verbindungsfähig zu verstehen, wenn er in der Lage ist, eine Verbindung zum Netzwerk 22 über den Backhaul 20 herzustellen, und als nicht verbindungsfähig, wenn er nicht in der Lage ist, eine solche Verbindung herzustellen. Nicht verbindungsfähige APs 16, die RPs 17 definieren, die im Netzwerk 18 gemäß 3 vorhanden sein können oder auch nicht, sind beispielsweise durch gestrichelte Linien dargestellt, ebenso wie die Übertragungen ihrer Baken-Werbenachrichten.
Bezogen auf die Kommunikationen zwischen einem EN 14 und einem AP 16 ist das Netzwerk 22 so konfiguriert, dass es einem EN 14 Nachrichten sendet, um bestimmte Einstellungen des EN 14 bereitzustellen. Zu diesen Einstellungen gehören Aspekte einer Herzschlag-Nachricht, d. h. einer Nachricht, die von der EN 14 an das Netzwerk 22 gesendet wird und die das Netzwerk 22 über den Kommunikationszustand der EN 14 informiert. Als Beispiele können solche Aspekte einen oder mehrere Aspekte einer Batteriekonfiguration, ein Herzschlag-Nachrichten-Intervall, das eine Zeitspanne zwischen den Übertragungen von Herzschlag-Nachrichten definiert, „Scans pro Fix“, das eine Anzahl von Scans definiert, die für jede Nachbarschaft-Standortbestimmung eines nächstgelegenen stationären AP 16 durchgeführt werden sollen, sowie jegliche Aktualisierungsinformationen in Bezug auf einen der oben genannten Aspekte umfassen. Eine übertragene Herzschlag-Nachricht enthält die MAC-Adresse eines nächstgelegenen stationären AP 16 und/oder RP 17.
Weiterhin ist zu verstehen, dass die Kommunikation zwischen einem EN 14 und einem AP 16 hier zwar im Zusammenhang mit dem BLE-Protokoll besprochen wird, dass eine solche Kommunikation aber auch optional nach einem anderen drahtlosen Protokoll erfolgen kann, wie es angemessen ist. Es ist auch zu verstehen, dass EN 14 und AP 16 beispielhaft für erste bzw. zweite Netzwerkknoten sind, die in ähnlicher Weise wie EN 14 und AP 16 konfiguriert sein können, um die Kommunikation in Bezug auf die hier beschriebene BLE-Vernetzung und/oder gemäß dem anderen, geeigneten drahtlosen Protokoll, das oben besprochen wurde, durchzuführen.
In einem beispielhaften Fall, in dem ein jeweiliges EN 14 mobil ist, ist das EN 14 mit einem Schätzer konfiguriert, der geeignete Software und/oder Hardware umfasst, um eine Schätzung der Nähe zu einem gegebenen AP 16 oder RP 17, basierend auf RSS, zu veranlassen, und ist auch mit geeigneter Software und/oder Hardware zur Durchführung aller Vorgänge, die mit der Initiierung und/oder dem Aufbau einer Verbindung mit einem AP 16 verbunden sind. Alle hierin enthaltenen Ausführungen zur Bestimmung der Nähe eines AP 16 sind so zu verstehen, dass sie auch für die Bestimmung der Nähe eines RP 17 gelten.
Der Schätzer führt eine Bayes'sche Schätzung durch, und zwar eine Maximum a posteriori (MAP)-Schätzung für jeden AP 16, der von dem mobilen EN 14 zum Zeitpunkt der Begegnung angetroffen wird, d. h. zum Zeitpunkt des Empfangs einer einzelnen oder mehrerer Baken-Werbenachrichten, um entweder eine einzelne RSS oder alternativ mehrere RSSs zu berücksichtigen. Mit anderen Worten, die MAP-Schätzung kann entweder (1) eine einzelne RSS zum Zeitpunkt des Empfangs einer Baken-Werbenachricht vom jeweiligen AP 16 oder (2), um HF-Springen abzuschwächen, eine vorbestimmte Anzahl von aufeinanderfolgenden RSSs, z. B. fünf RSSs, die aus mehreren Baken-Werbenachrichten vom jeweiligen AP 16 resultieren, berücksichtigen. Darüber hinaus können der EN 14 und sein Schätzer auch so konfiguriert sein, dass sie die MAP-Schätzung jederzeit während des Betriebs des EN 14 durchführen. Die Schätzung ist durch die folgende Gleichung (1) gegeben, $p (x_{t} | y_{1 : N}) = p (y_{1 : N} | x_{1 : N}) \int p (x_{t} | x_{t - 1}) p (x_{t - 1} | y_{t - 1}) d x_{t - 1} .$
Auf diese Weise wird die Posteriorverteilung p(x_cly_1·N) für eine gegebene Nähe zwischen einem bestimmten EN 14 und AP 16 Paar zum Zeitpunkt t bestimmt. Diese Bestimmung erfolgt insbesondere durch das Weiterschalten des nächstvorhergehenden Postulats, $p (x_{t - 1} | y_{t - 1})$
vom Zeitpunkt t-1 bis zum aktuellen Zeitpunkt t, gegeben $p (x_{t} | x_{t - 1}) .$
Es ist vorgesehen, dass eine Varianz der vorherigen Schätzung $p (x_{t - 1} | y_{t - 1})$
um eine vorgegebene Rate erhöht wird. Dementsprechend kann eine neue posteriore Schätzung basierend auf allen Beobachtungen durch einen EN 14 gemäß Gleichung (2) wie folgt erhalten werden: $p (y_{1 : N} | x_{1 : N}) = \prod_{n = 1}^{N} p (y_{i} | x_{i}) .$
Darin repräsentiert x_i eine variable Entfernung von einem EN 14 zu einem AP 16, y_i repräsentiert ein RSS einer Baken-Werbenachricht und N repräsentiert eine Anzahl von Beobachtungen, d.h. eine Anzahl von empfangenen Baken-Werbenachrichten. In diesem Zusammenhang wird die Verteilung mit dem höchsten Wert oder der geringsten Varianz als MAP-Schätzung gewählt.
Sobald die MAP-Schätzung erhalten wurde, wird für jeden AP 16, auf den der EN 14 trifft, ein Konfidenzwert berechnet, der ein Maß für die Erwartung darstellt, dass ein jeweiliger AP 16 dem EN 14 am nächsten ist, basierend auf der geschätzten Posterior-Verteilung und Gleichung (3) unten, und sofern eine vorbestimmte Varianz von 10 dB in der RSS als eine optionale, akzeptable Varianz dafür festgelegt ist: $P_{\bar{10 d B}} = 1 - 2 Q (\frac{10 d B}{σ_{p o s t e r i o r}}) .$
Es ist also zu verstehen, dass ein anderes Varianzniveau als die vorgegebene Varianz eingestellt werden könnte, abhängig von z. B. Gerätekonfiguration(en) von einem oder mehreren der AP 16 und EN 14.
Die Auswahl, welcher AP 16 dem EN 14 am nächsten ist, wird als derjenige AP 16 bestimmt, der den höchsten Konfidenzwert liefert. Wenn jedoch ein weiterer AP 16 einen nächsthöheren Konfidenzwert liefert, der einer vorgegebenen Toleranz für den Konfidenzwert entspricht, wird die Auswahl des AP 16, der dem EN 14 am nächsten ist, aus allen APs 16 bestimmt, die eine vom EN 14 empfangene Baken-Werbenachricht gesendet haben. Darüber hinaus kann die Signalstärke eines jeweiligen AP 16 in Übereinstimmung mit einem Anpassungsfaktor, der in der Baken-Werbenachricht enthalten ist, angepasst werden, um eine exklusive Auswahl durch den EN 14 zu ermöglichen, d.h. jeder andere AP 16, dessen Baken-Werbenachricht der EN 14 empfangen hat, wird davon ausgeschlossen, als dem EN 14 am nächsten liegend betrachtet zu werden. Es versteht sich, dass der Schätzer eines bestimmten EN 14 so konfiguriert sein kann, dass er einen statistischen Fingerabdruck von AP 16 Assoziationen erstellt, um die Interpretation zukünftiger Assoziationsmuster zu optimieren.
4 zeigt eine Sequenz der obigen Näherungsbestimmung, die die Zuordnung eines jeweiligen EN 14 zu einem jeweiligen AP 16 ermöglicht.
Der Ablauf beginnt dabei im Entscheidungsblock 410 und geht weiter zum Entscheidungsblock 420, in dem ein EN 14 eine RSS von einem oder mehreren APs 16 empfängt. Danach, im Entscheidungsblock 430, misst das EN 14 die RSSs. In Entscheidungsblock 440 berechnet der Schätzer, der integral mit dem EN 16 konfiguriert ist, eine MAP-Schätzung für jede der RSSs. Anschließend, in Entscheidungsblock 450, berechnet der EN 14 einen Konfidenzwert aus jeder der geschätzten Posterior-Verteilungen. In Entscheidungsblock 460 wird der AP 16, der den höchsten Konfidenzwert liefert, als der dem EN 14 am nächsten liegende AP 16 ausgewählt. Der Ablauf fährt dann mit den Entscheidungsblöcken 470-480 als Reaktion auf die Auswahl durch den EN 14 fort. In Entscheidungsblock 470 zeichnet der EN 14 die Auswahl des AP 16 gemäß dessen Identifizierungsinformationen auf, einschließlich z. B. seiner Netzwerkadresse oder anderer geeigneter Netzwerkidentifizierungsinformationen. Im Entscheidungsblock 480 wird der Nachbarschaft-Assoziations-Prozess beendet.
Weiterhin ist vorgesehen, dass ein EN 14 sein Verhalten in Abhängigkeit von bestimmten Bedingungen modulieren kann. Beispielsweise kann ein EN 14 die Häufigkeit, mit der er seine MAP-Schätzung durchführt, variieren, je nachdem, ob der EN 14 stationär ist oder sich bewegt. Das heißt, ein EN 14 kann seine Schätzung häufiger durchführen, wenn er sich bewegt, und weniger oft, wenn er stationär ist. Weiterhin kann ein EN 14 so konfiguriert sein, dass er eine vorbestimmte Aktion durchführt, je nachdem, ob er sich an einem vorbestimmten Ort befindet (z. B. Aktivieren einer lichtemittierenden Vorrichtung (LED) oder eines Alarms) und/oder ob kein weiterer AP 16 erkannt wird (z. B. Deaktivieren eines Geräts).
Zusätzlich und in Übereinstimmung mit den 5-6 wird die Entscheidung, mit welchem AP 16 sich ein mobiler EN 14 verbinden sollte und an welchen er die identifizierenden Informationen des nächstgelegenen AP 16 übertragen kann, auf der Grundlage des Erreichens eines höchsten Verbindungswertes bestimmt, der von dem mobilen EN 14 berechnet wird. Das heißt, wenn sich ein mobiler EN 14 in der Nähe eines oder mehrerer APs 16 bewegt, wird der Wert der Verbindung mit einem der APs auf der Grundlage mehrerer Komponenten bewertet, einschließlich des Konfidenzwerts gemäß 4 und eines zugehörigen Gewichtungsfaktors, eines Netzwerkauslastungswerts und eines zugehörigen Gewichtungsfaktors und eines Assoziationsfaktors des rundsendenden AP 16, und ist durch die folgende Gleichung (4) gegeben: $σ = α \cdot P + β \cdot L + γ,$
wobei σ den Verbindungswert als absoluten Wert darstellt, α einen Gewichtungsfaktor darstellt, der dem vom EN 14 berechneten Konfidenzwert zugewiesen ist, P den Konfidenzwert darstellt, β einen Gewichtungsfaktor darstellt, der der Belastung des verbundenen Netzwerks zugewiesen ist, L einen Belastungswert des verbundenen Netzwerks darstellt und in der Baken-Werbenachricht enthalten ist, und γ einen Assoziationsfaktor für einen jeweiligen AP 16 darstellt, so dass γ gleich Null ist, wenn der EN 14 keine vorherige Verbindung mit dem jeweiligen AP 16 hergestellt hat, und gleich einem vorbestimmten höchsten Wert ist, wenn der jeweilige AP 16 der AP 16 ist, mit dem das EN 14 die meisten vorherigen Verbindungen hergestellt hat.
Auf diese Weise kann ein EN 14, die sich zwischen verschiedenen APs 16 bewegt, die mit dem Netzwerk 22 verbunden werden können oder auch nicht, eine optimale Verbindung zwischen diesen APs 16 basierend auf den oben genannten Komponenten bestimmen, die den höchsten Verbindungswert gemäß Gleichung 4 ergeben.
Sobald eine solche Verbindung hergestellt ist, wie durch die beispielhaften Doppelpfeile in 3 angedeutet, kann der verbundene AP 16 vom EN 14 die Identifizierungsinformationen eines anderen AP 16 empfangen, der in einem Fall, in dem festgestellt wurde, dass der verbundene AP 16 den höchsten Verbindungswert, aber nicht den höchsten Konfidenzwert erreicht hat, am nächsten ist. Der andere, nächstgelegene AP 16 kann ein anderer verbindungsfähiger AP 16 sein, der in 3 mit 26 bezeichnet ist und zu dem keine Verbindung hergestellt wurde, weil er nicht den höchsten Verbindungswert erreicht hat. Es ist also zu verstehen, dass die Berücksichtigung des Konfidenzwertes in Gleichung 4 die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass der nächstgelegene AP 16 derjenige ist, mit dem sich ein EN 14 verbindet. Dieses Szenario ist jedoch nicht sicher, wenn man die Verbindbarkeit eines oder mehrerer APs 16 und andere Überlegungen berücksichtigt, die bei der Bestimmung des Verbindungswertes gemäß Gleichung (4) benutzt werden.
Die Art und Weise, wie die obige optimale Verbindung am mobilen EN 14 bestimmt wird, wird durch den Ablauf der 5-6 demonstriert. 5 zeigt eine Sequenz zum Abtasten (Scannen) für die Erkennung einer Baken-Werbenachricht, die jeweils von einem oder mehreren APs 16 übertragen wird, während 6 eine Sequenz zum Bestimmen eines APs 16 zeigt, mit dem sich der EN 14 verbinden sollte, basierend auf dem oben diskutierten Verbindungswert σ, der gemäß Gleichung 4 bestimmt wird.
Der Ablauf beginnt in 5 am Entscheidungsblock 510 und geht weiter zum Entscheidungsblock 520, in dem EN 14 nach einer entsprechenden Baken-Werbenachricht von einem oder mehreren APs 16, deren Identifizierungs- und/oder Standortinformationen dem Netzwerk 22 bekannt sind, sucht und diese erkennt. Danach, im Entscheidungsblock 530, verarbeitet EN 14 eine erkannte Baken-Werbenachricht, um eine UUID (Universally Unique Identifier)-Übereinstimmung zu ermitteln, wobei die Identifizierungsdaten des AP 16, der die Baken-Werbenachricht sendet, als zum Netzwerk 22 gehörig bestätigt werden. Von dort geht der Ablauf weiter zum Entscheidungsblock 540, um eine Token-Übereinstimmung zu bestimmen und zu bestätigen. Wenn eine Übereinstimmung in 540 bestätigt wird, wird der sendende AP 16 in Entscheidungsblock 550 zu einer Liste von erkannten APs 16 („Erkennungsliste“) hinzugefügt, für die die Entscheidungen in den Blöcken 530 und 540 bestätigt wurden. Während des Betriebs des Schätzers in den Entscheidungsblöcken 520-540 berechnet der Schätzer von EN 14 die jeweilige Konfidenzwerte für die detektierten APs, und zeichnet jeden der jeweiligen Konfidenzwerte für die detektierten APs 16 auf, so dass der erreichte Konfidenzwert einem jeweiligen, detektierten AP 16 zugeordnet wird, wenn dieser AP 16 zur Detektionsliste hinzugefügt wird, sowie die Auswahl des nächstgelegenen AP 16. Danach wird im Entscheidungsblock 560 ermittelt, ob der Abtastvorgang zeitlich abgelaufen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Abtastung, wie im Falle negativer Entscheidungen in den Entscheidungsblöcken 530 und 540, fortgesetzt. Wenn der Abtastvorgang zeitlich abgelaufen ist, wird, wie in 6 dargestellt, ermittelt, mit welchem AP 16 aus der Erkennungsliste sich die EN 14 verbinden soll.
Basierend auf einer aufgetretenen Zeitüberschreitung und der Erkennungsliste geht der Ablauf dann von Entscheidungsblock 560 zu Entscheidungsblock 610 von 6 über, um eine Liste von APs 16 zu initialisieren, mit denen sich der EN 14 verbinden sollte (um eine „Verbindungsliste“ zu erstellen). Sobald diese Verbindungsliste initialisiert ist, wird in Entscheidungsblock 620 ein AP 16 mit seinem zugehörigen Konfidenzwert aus der Erkennungsliste gezogen, woraufhin in Entscheidungsblock 630 bestimmt wird, ob dieser AP 16 beispielsweise mit dem Netzwerk 22 von 3 verbindbar ist. Wenn der gezeichnete AP 16 verbindbar ist, geht der Ablauf dann in Bezug auf diesen gezeichneten AP 16 zum Entscheidungsblock 640, wo ein Verbindungswert dafür gemäß Gleichung (4) berechnet wird. Der Ablauf erfolgt dann iterativ durch die Entscheidungsblöcke 620-640, bis die im Entscheidungsblock 550 bereitgestellte Erkennungsliste leer ist. Aus den im Entscheidungsblock 640 berechneten Verbindungswerten wählt der EN 14 im Entscheidungsblock 650 den AP 16 mit dem höchsten Verbindungswert gemäß Gleichung (4) aus und verbindet sich mit diesem und fährt mit dem Entscheidungsblock 660 fort, sobald die Verbindung hergestellt ist.
Während dieser Verbindung können jedoch Identifizierungsinformationen, die keine Standortinformationen sind, eines RP 17, der als dem EN 14 am nächsten liegend ermittelt wurde, vom EN 14 an den AP 16 übertragen werden, mit dem die oben genannte Verbindung hergestellt wurde.
Auf diese Weise dient die oben erwähnte Näherungsbestimmung gemäß dem besprochenen Konfidenzwert dem doppelten Zweck, sowohl eine Abschätzung zu ermitteln, welcher AP 16 und/oder RP 17 einem EN 14 am nächsten ist, als auch eine Grundlage für die Bestimmung zu liefern, mit welchen AP 16 sich der EN 14 verbinden soll. Das heißt, der AP 16, mit dem sich der EN 14 letztlich verbindet, kann Identifikationsinformationen eines nicht verbindbaren RP 17 erhalten, der dem EN 14 am nächsten ist, so dass eine relative Bestimmung des Standorts des EN 14 mit Bezug auf diesen letzteren, nicht verbindbaren RP 17 bestimmt werden kann. Auf diese Weise wird die Granularität der obigen Näherungsbestimmung erhöht, so dass nicht verbindbare RPs 17 und nicht nur verbindbare APs 16 vom Schätzer des EN 14 berücksichtigt werden, um eine genauere AP/EN-Näherungszuordnung zu ermöglichen.
Dementsprechend kann, wenn sich die mobile EN 14 in und außerhalb der Reichweite eines oder mehrerer APs 16 bewegt, die Verbindung mit einem entsprechenden AP 16 auf der Grundlage der oben genannten Konfidenz- und Verbindungswerte hergestellt werden, so dass der verbundene AP 16 ebenfalls einen höchsten Konfidenzwert aufweisen kann, um der EN 14 am nächsten zu sein und die optimale Verbindung gemäß Gleichung (4) darzustellen. In diesem Fall wird diese Nähe dem Benutzer 24 durch die hergestellte Verbindung und das Fehlen anderer AP 16 identifizierenden Informationen, die an das Netzwerk 22 übertragen werden, bekannt gemacht.
Diese Fähigkeit eines EN 14, einen bestimmten, jeweiligen AP 16 auszuwählen und sich mit ihm zu verbinden, beseitigt die Unzulänglichkeiten herkömmlicher BLE-Netzwerke, indem sie einem mobilen EN 14 die notwendige Autonomie ermöglicht, eine Verbindung mit einem AP 16 allein als Reaktion auf seine eigene Bewertung und Entscheidungsfindung in Bezug auf Aspekte, die zu der oben erwähnten Nachbarschaft-Assoziation beitragen, den Verbindungswert und/oder andere mit dem EN 14 verbundene Informationen zu initiieren und/oder herzustellen. Solche anderen Informationen können zum Beispiel optional einen oder mehrere Parameter enthalten, die sich auf den Betrieb der EN 14 beziehen.
Bei der Beseitigung der oben genannten Mängel wird deutlich, dass die hier besprochenen Ausführungsformen die konventionell überwältigende Anzahl von Werbungen, die von Peripheriegeräten in herkömmlichen BLE-Netzwerken übertragen werden, eliminieren. Das heißt, die vorliegenden Ausführungsformen reduzieren die Anzahl der zu einem bestimmten Zeitpunkt auftretenden Werbungen aufgrund der hier besprochenen BLE-Rollenumkehr, bei der mehrere Endknoten Werbungen in Form von Baken-Werbenachrichten von einem weiteren Zugangspunkt empfangen, anstatt sie zu senden.
Sobald die Verbindung hergestellt ist, kann der EN 14 dann seine eigenen identifizierenden Informationen, mit Ausnahme von Standortinformationen, und identifizierende Informationen des nächstgelegenen AP 16 und/oder RP 17 übertragen. Auf diese Weise wird, wenn Informationen eines anderen AP 16 als des verbundenen AP 16 nicht übertragen werden, davon ausgegangen, dass der verbundene AP 16 dem EN 14 am nächsten ist. Gleichzeitig mit der Übertragung der oben genannten Informationen kann der EN 14 auch eine oder mehrere seiner enthaltenen Informationen übertragen, einschließlich sensorischer Informationen, Zugriffsinformationen, Benachrichtigungsinformationen, Alarminformationen und alle anderen Status- und/oder Inhaltsinformationen, die für seine spezielle Konfiguration zutreffend sind. Es ist zum Beispiel vorgesehen, dass der EN 14 eine der vorgenannten Arten von Informationen übertragen kann, so dass sie auf diese Umgebungen anwendbar sind, einschließlich eines Arbeitsplatzes oder einer anderen Art von kommerzieller Umgebung, in der Handel betrieben wird, eines Wohnhauses und einer medizinischen Einrichtung oder einer anderen Einrichtung, in der die Verfolgung von Personen oder Objekten notwendig und/oder erwünscht ist.
Die folgenden Beispiele beschreiben Fälle der Zuordnung eines bestimmten Endknotens (EN) 14 zu einem bestimmten Zugangspunkt (AP) 16. Ferner werden solche Beispiele im Kontext des BLE-fähigen Netzwerks 18 von 3 und mit dem beispielhaften Verständnis dargelegt, dass ein EN 14, der als ein BLE-Tag definiert werden und/oder ein BLE-Tag sein kann, das an einem bestimmten Objekt angebracht oder mit diesem verbunden ist, eine Zuordnung zu einem BLE-AP 16 anstrebt, der so konfiguriert ist, dass er Informationen des Tags an einen Endbenutzer 24 über Backhaul 20 und Netzwerk 22 meldet. In dieser Hinsicht wird in Betracht gezogen, dass EN 14 und AP 16 als beliebige stationäre und/oder mobile Knoten eines geeigneten drahtlosen Netzwerks ausgeführt werden können und dass sie in der Lage sind, gemäß einem BLE-Protokoll oder einem anderen Protokoll zu arbeiten, in dem solche Knoten als jeweilige erste und zweite Knoten gemäß einer der 4, 5 und/oder 6 arbeiten können. In diesem Zusammenhang ist es auch zu verstehen, dass ein jeweiliger EN 14 so konfiguriert sein kann, dass er seine Konfidenz- und Verbindungswerte gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeiten berechnet. Es versteht sich, dass der EN 14 jeden der Prozesse der 4-6 zu jeder Zeit durchführen kann, unabhängig davon, ob der EN 14 mobil oder stationär ist. Somit ist der EN 14 so konfiguriert, dass sie zumindest eine Rate optimiert, mit der eine Verbindung hergestellt werden kann, zumindest in Bezug auf die Nähe einer solchen Verbindung sowie auf die Effizienz einer solchen Verbindung, wie anhand der Komponenten von Gleichung (4) zu verstehen ist.
In einem ersten Fall wird angenommen, dass ein solches Etikett an einem Objekt, wie z. B. einem Krankenhausbett, angebracht ist, für das man wissen möchte, wo es sich zu einem bestimmten Zeitpunkt befindet, wenn es sich durch eine Krankenhausumgebung bewegt. Nehmen wir also an, dass sich das Krankenhausbett mit dem daran befestigten Tag im gesamten Krankenhaus bewegt, von Stockwerk zu Stockwerk und von Zimmer zu Zimmer, wenn sich ein Patient einem bestimmten Eingriff unterziehen muss. Zu jedem beliebigen Zeitpunkt, wenn sich das Bett von einem Ort zum nächsten bewegt, kann sein Aufenthaltsort durch die Überwachung, die durch das hier offengelegte BLE-Kommunikationssystem erreicht wird, verfolgt werden.
Genauer gesagt ist, da sich das Krankenhausbett durch ein bestimmtes Stockwerk bewegen kann, es denkbar, dass es sich zwischen einer Reihe von APs bewegt, deren Standort dem Krankenhausnetzwerk bekannt ist. Während dieser Bewegung tastet der am Bett angebrachte Tag nach Baken-Werbenachrichten ab, die von den verschiedenen APs gesendet werden. Nach dem Empfang der übertragenen Signale ist das Tag so konfiguriert, dass es die oben beschriebene MAP-Schätzung durchführt und einen höchsten Konfidenzwert für den AP berechnet, der sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in nächster Nähe befindet und der mit dem Krankenhausnetzwerk verbunden werden kann oder auch nicht. Das Tag ist ferner so konfiguriert, dass es sich mit einem bestimmten verbindungsfähigen AP mit dem höchsten Verbindungswert verbindet, wie durch die beispielhaften Doppelpfeile dargestellt, die sich zwischen einem beispielhaften EN 14 und AP 16 von 3 erstrecken, so dass die identifizierenden und anderen Informationen des APs mit der größten Nähe dann an den Endbenutzer übertragen werden können. Auf diese Weise kann, während sich das Bett und der angebrachte Tag weiter bewegen, der Prozess der Bestimmung der Nähe des Tags zu beiden verbindungsfähigen APs 16 und nicht verbindungsfähigen RPs 17 bis zu einem optionalen Zeitpunkt fortsetzen, an dem das Bett und der daran befestigte Tag stationär sind, so dass die Identifizierungsinformationen eines weiteren, anderen APs nicht gemeldet werden müssen.
Insbesondere und in Fortsetzung des obigen Beispielszenarios ist das angeschlossene Tag alternativ und optional so konfiguriert, dass es eine Abtastung von rundsendenden APs durchführt und deren UUID- und Token-Informationen bewertet, um diejenigen APs zu qualifizieren, die in eine Erkennungsliste aufgenommen werden sollen, die aus der Abtastung resultiert und von der aus eine Verbindung mit einem bestimmten AP hergestellt wird, um die Identität des Tags, Identitätsinformationen des APs, dem das Tag am nächsten ist, und/oder enthaltene Informationen des Tags an einen Endbenutzer zu übertragen. Sobald diese Erkennungsliste zusammengestellt und das Abtasten abgeschlossen ist, sehen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vor, dass das Tag so konfiguriert wird, dass es eine Verbindungsliste von APs aus den in der Erkennungsliste zusammengestellten APs initialisiert. Nach der Initialisierung ist das Tag ferner in der Lage, eine Bestimmung durchzuführen, ob ein AP über den Backhaul 20 mit dem Netzwerk 22 verbunden werden kann, so dass es in der Lage ist, Informationen des Tags an einen Endbenutzer zu übertragen, der den Standort des Krankenhausbettes wissen möchte. Jeder verbindungsfähige AP wird dann hinsichtlich seines zugehörigen Verbindungswertes gemäß der obigen Gleichung (4) bewertet.
Genauer gesagt wird der Verbindungswert für jeden AP, der als mit dem Netzwerk 22 verbindbar bestimmt wird, auf der Grundlage von Komponenten bewertet, die einen Konfidenzwert, der einen Grad der Erwartung darstellt, dass ein jeweiliger AP dem Tag am nächsten ist, und einen zugehörigen Gewichtungsfaktor, einen Netzwerkbelastungswert und einen zugehörigen Gewichtungsfaktor sowie einen Assoziationsfaktor des AP umfassen. In Bezug auf den Assoziationsfaktor ist es vorgesehen, dass ein solcher Faktor den Wert Null annimmt, wenn das Tag keine Verbindung mit dem zu bewertenden AP hatte, und den höchsten Wert annimmt, wenn das Tag seine letzte Verbindung mit diesem AP hatte. Auf diese Weise ergeben diejenigen verbindungsfähigen APs, für die ein Verbindungswert durch das Tag ausgewertet wurde, einen AP mit einem höchsten Verbindungswert. Als solches wählt das Tag dann diesen AP als den AP aus, mit dem es eine Verbindung initiiert und herstellt, die die Übertragung relevanter Informationen des Tags, einschließlich der Identitätsinformationen des APs, dem das Tag am nächsten ist, an den Endbenutzer ermöglicht.
Bei der Diskussion der obigen Ausführungen wird davon ausgegangen, dass die Nähe zu einem AP 16 oder einem RP 17 durch die Implementierung des Schätzers eines EN bestimmt werden kann, d. h. durch die Ausführung der Gleichungen (1) - (3). Wie bereits erwähnt, erhöht die Einbeziehung eines RP 17 in diese Ausführungen die Granularität der resultierenden Näherungsbestimmungen, die eine endgültige Bestimmung der tatsächlichen Position des EN 14 im Netzwerk 22 ermöglichen.
Unzählige Einstellungen bieten die Möglichkeit, eine Vielzahl von Vorteilen zu nutzen, die sich aus der Fähigkeit ergeben, den genauen Standort von Assets, wie z. B. ENs (und/oder Objekten, mit denen sie verbunden sein können), zu erfahren.
Diese Einstellungen können Fabriken, Erntefelder und Gebäude wie z. B. Krankenhäuser umfassen. Zu den Vorteilen gehört auch die Möglichkeit, zu verfolgen, wann und wo sich Materialien, Ressourcen und Personal zu einem bestimmten Zeitpunkt befinden. Daraus folgt, dass Optimierungen für die folgenden nicht-einschränkenden Beispiele der Zeitplanung, der Materialzuteilung und anderer Arten von Produktivitätsniveaus, die mit der Erhöhung der Aussicht auf das Erreichen gewünschter monetärer und verfahrenstechnischer Ziele verbunden sind, die in irgendeiner Weise mit der Kenntnis des Standorts einer Anlage verbunden sind, weiter verbessert werden können, wenn die Genauigkeit des tatsächlichen Standorts der Anlage verfeinert wird.
Viele der oben genannten Einstellungen würden von der Platzierung einer Vielzahl von RPs 17 und der Fähigkeit, den Standort eines EN 14 genauer zu bestimmen, profitieren. Dementsprechend sehen die vorliegenden Ausführungsformen vor, dass der EN 14 so konfiguriert werden kann, dass er alternativ zu der/den Schätzung(en), die gemäß den Gleichungen (1) - (3) bereitgestellt wird/werden, anderweitig bestimmt, welcher der mehreren RPs 17 sich am nächsten in der Nähe des EN 14 befindet, indem eine Koordinatenposition jedes der jeweiligen der mehreren RPs neben einer Bewertung ihrer RSSs ausgewertet wird. Auf diese Weise erweitert die von dem EN 14 durchgeführte alternative Schätzung das gemäß Gleichungen (1) - (3) ermittelte Ergebnis, indem sie es um die relative Positionierung für einen bestimmten RP 17 ergänzt.
Daher ist unter Bezugnahme auf 7 eine beispielhafte Einstellung 30 dargestellt, wie sie auf einer Etage eines Gebäudes implementiert werden kann, wobei ein EN 14 damit konfrontiert ist, einen nächstgelegenen RP 17 aus einer Vielzahl von RP 17 zu bestimmen, von denen jeder durch eine künstliche Begrenzung, wie z. B. eine Wand, getrennt ist. Die Bestimmung des nächstgelegenen RPs ist vorgesehen, um Verzerrungen bei der Standortbestimmung aufgrund von Interferenzen, die durch eine solche Begrenzung oder andere Störungen verursacht werden, zu reduzieren, während sich der EN 14 durch die Etage bewegt.
Im Allgemeinen und zur Vereinfachung der Diskussion entspricht die Einstellung 30 einem vorbestimmten Grundriss mit einer Anzahl von Zonen (Z), die jeweils einen RP 17 enthalten (obwohl in jeder Zone mehr als ein RP 17 enthalten sein kann).
Nach der Aktivierung funktioniert der RP 17 zunächst als EN 14, um über die Kommunikation mit dem Netzwerk 22 durch den AP 16 seine anfängliche Bereitstellung für die Funktion als RP 17 zu erhalten. Eine solche Bereitstellung beinhaltet auch die Zuweisung eines Satzes von Koordinaten an den RP 17, basierend auf der netzwerkeigenen Zuordnung von RPs 17 innerhalb der Einstellung 30, um den genauen Standort des festen Standorts des RP 17 innerhalb der Einstellung 30 zu identifizieren. Wie zu verstehen sein wird, kann die Einstellung 30 von beliebiger Konfiguration sein, ebenso wie die Art der Koordinaten, die damit übereinstimmen. Der Einfachheit halber und zum Zwecke der Erläuterung hierin können solche Koordinaten eines beliebigen RP 17 als kartesische Koordinaten nach x-y-Achsen, die bei der Einstellung 30 gelten, zugewiesen sein.
Mit weiterem Bezug auf 7 kann die Einstellung 30 in eine beispielhafte Anzahl von Zonen Zi bis Z_e unterteilt sein, obwohl andere Arten von Konfigurationen und Unterteilungen denkbar sind. Obwohl in jeder Zone ein einziger RP 17 dargestellt ist, können innerhalb einer Zone mehrere RPs 17 in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Layout der Einstellung 30 stationiert sein. Auf diese Weise kann EN 14 die jeweiligen Baken-Werbungen erkennen, die von dem einen oder den mehreren RP 17 ausgestrahlt werden, um die nächstgelegene Nähe zu ihnen abzuschätzen.
Wie bereits besprochen, wird jeder RP 17 mit seiner eigenen (x,y)-Koordinate und Zonenbeschreibung gemäß der Einstellung 30, wie sie vom Netzwerk 22 definiert wurde, verbunden. Mit anderen Worten, das Netzwerk 22 behält eine Abbildung jedes der RP 17 entsprechend ihrer (x,y)-Koordinaten und Zonenpositionen und ist in der Lage, diese Informationen an einen oder mehrere APs 16 zu übermitteln, die in und/oder relativ zu der Einstellung 30 arbeiten. Zum Beispiel kann jeder AP 16, der innerhalb der Einstellung 30 arbeitet, vorgeladen werden, d.h. vom Netzwerk 22 mit Koordinaten- und zonalen Standortinformationen der RP 17 versorgt werden.
Während sich EN 14 durch die Umgebung 30 bewegt, ist es denkbar, dass er Positionsinformationen, insbesondere die (x,y)-Koordinateninformationen, eines oder mehrerer erkannter RP 17 gemäß einer von mindestens zwei Erfassungsmethoden erhält. Erstens kann der EN 14 die (x,y)-Koordinateninformationen eines jeden RP 17 als Daten sammeln, die in jeder von der EN 14 empfangenen RP-Werbung enthalten sind. Zweitens kann jeder RP 17 so konfiguriert sein, dass er als Teil seiner Werbung eine Bereichsinformation sendet, die anzeigt, dass er z. B. zu einem bestimmten Bereich oder einer bestimmten Zone gehört, z. B. zu einem der Bereiche Z_i bis Z_s, als Beispiel für die Bereichsinformation innerhalb der Einstellung 30, die, wie oben beschrieben, eine beliebige Konfiguration haben kann, so dass die Bereichsinformation auch anders als durch Zonen beschrieben werden kann. Nach dem Empfang der Werbung kann der EN 14 dann den AP 16 abfragen nach Informationen bezüglich der RPs für den empfangenen Bereich oder die Zone und von einem AP 16, mit dem er (gemäß Gleichung 4) verbunden ist, die Koordinateninformationen und die entsprechende RP-Zuordnung für alle RPs 17 empfangen, die sich innerhalb des empfangenen Bereichs oder der Zone befinden. Insbesondere können die vom AP 16 übermittelten Koordinateninformationen auch einen Graphen von Teilen der Umgebung 30 enthalten, in denen eine Möglichkeit für zulässige Wege und Übergänge besteht. Ein solcher Graph ist insbesondere dann anwendbar, wenn die Umgebung 30 als Grundriss mit verschiedenen Anordnungen von z. B. Türen und Fluren dargestellt ist. Die Abfrage durch den EN 14 kann rekursiv bei demselben oder einem anderen AP 16 in Bezug auf Zonen erfolgen, auf die der EN 14 nacheinander trifft. Das Ergebnis ist, dass der EN 14 eine Zuordnung der RPs 17 entsprechend ihrer (x,y)-Koordinaten akkumuliert, unabhängig davon, ob diese nur aus RP-Werbungen oder aus der Erfüllung der Anfrage(n) durch einen oder mehrere APs 16 stammen.
In Anbetracht der obigen Ausführungen ist ein EN 14 so ausgestattet, dass er den nächstgelegenen RP 17 innerhalb der Einstellung 30 auf der Grundlage von (a) RSS- und (b) Koordinateninformationen in Bezug auf einen oder mehrere RPs 17 schätzt. Somit wird die vom EN 14 durchgeführte Schätzung durch die Koordinateninformationen ergänzt, im Gegensatz zu der oben im Zusammenhang mit den Gleichungen (1) - (3) besprochenen RSS-Auswertung. Es wird also davon ausgegangen, dass diese Ergänzung eine alternative EN-Lokalisierungsschätzung relativ zu der sonst allein nach Gleichungen (1) - (3) erzielten Schätzung darstellt.
Die Berechnung dieser alternativen Schätzung durch das EN 14 kann nach mehreren Techniken erfolgen. Sie beinhalten die Durchführung, für eine Vielzahl von Werbungen, die von einem RP 17 empfangen werden, (A) eine Bestimmung eines gewichteten Durchschnitts von Koordinateninformationen und RSS, um eine Koordinatenschätzung des EN 14 zum RP 17 zu erhalten, (B) eine Bestimmung gemäß Trilateration und (C) eine Bestimmung gemäß vereinfachter Trilateration. Jede dieser Techniken wird im Folgenden ausführlicher behandelt.
(A) Gewichteter Durchschnitt von RP-Koordinateninformationen und RSS
Da ein EN 14 sowohl über Koordinateninformationen als auch über RSS für einen bestimmten RP 17 verfügt, den er erkannt hat, ist es sinnvoll, eine aktuelle Schätzung eines Koordinatenorts des EN 14 innerhalb der beispielhaften Einstellung 30 zu ermitteln. Eine solche tatsächliche Schätzung des Standorts des EN kann auf der Grundlage der empfangenen Koordinaten für alle RP 17, deren Werbungen vom EN 14 empfangen wurden, ermittelt werden. Sobald die aktuelle Schätzung erhalten wurde, wird sie mit jeder der empfangenen RP-Koordinaten verglichen. Basierend auf diesem Vergleich kann der EN 14 dann seinen Standort an die beste AP 16-Verbindung melden, und zwar in Form der MAC-Adresse des RP 17, dessen Koordinaten der vom und für den EN 14 selbst ermittelten tatsächlichen Koordinatenschätzung am nächsten kommen, d.h. am besten übereinstimmen.
Die Berechnung der geschätzten EN 14-Koordinate wird für jede x- und y-Komponente davon einzeln (und identisch) durchgeführt. Zum Beispiel wird die x Komponente in Bezug auf die x-Koordinatenkomponente für einen gegebenen RP 17 bestimmt, wie unten in Gleichung (5) angegeben. $x = \sum_{i = 1}^{N} a_{i} x_{R P, i},$
in der N die Anzahl der Referenzpunkte, x_RP,,i die x-Komponente der Koordinatenposition des RP und α einen Gewichtungsfaktor darstellt, der jeder Beobachtung auf der Grundlage des RSS für den gegebenen Referenzpunkt, wie er vom EN 14 erfasst wird, zugewiesen wird. Die Gewichtungen, α_i, werden wie in Gleichung (6) angegeben berechnet, wobei $a_{R P, i} = \frac{r_{i} - r_{m i n}}{\sum_{i = 1}^{N} r_{i} - r_{m i n}},$
wobei r_i die RSS für einen gegebenen RP darstellt, wie sie vom EN 14 erkannt wird, rmin die Empfindlichkeit (in dBm) des Empfängers ist. Die Gewichte a_i summieren sich gemäß Gleichung (7) zu eins, wobei $\sum_{i = 1}^{N} a_{R P, i} = 1.$
(B) Trilateration
Bei dieser Technik verwendet ein EN 14 ein Pfadverlustmodell (z. B. ein Free Space Path Loss (FSPL)-Modell), um seine Position in Bezug auf den nächstgelegenen RP 17 zu schätzen. Der resultierende Pfadverlust wird für jeden RP 17 relativ zu einer geeigneten Likelihood-Funktion bewertet, wobei deren Maximierung die größte Nähe zum EN 14 darstellt.
Genauer gesagt, kann die Pfaddämpfung (in dBm) wie folgt ausgedrückt werden, gemäß Gleichung (8), wobei $P_{L} = \frac{P_{t}}{P_{r}} = {(\frac{4 π d}{λ})}^{2},$
wobei P_t und P_r die Sende- bzw. Empfangsleistung eines RP 17 bzw. EN 14 darstellen, d (in Metern) der Abstand zwischen dessen Sender bzw. Empfänger und Ä (in Metern) die Wellenlänge der Funkemission ist. Multiplikative Effekte auf dem Übertragungskanal, wie z. B. Körperbedeckung und Strukturverlust, werden mit dem Auftreten von additivem Rauschen kombiniert.
7A ist eine schematische Darstellung des geschätzten Standorts des EN 14 nach dem Trilaterationsverfahren, wobei der Standort eines EN 14 relativ zu den sendenden RPs 17 durch den dargestellten Schnittpunkt angezeigt wird.
Wie in 7A gezeigt, ist der Abstand di ein euklidischer Abstand relativ zum Ortsvektorzustand, z. B. x-y-Koordinaten, eines gegebenen RP_i oder Li und dem Ortsvektorzustand des EN 14, θ (wie kontinuierlich nach dem Empfang von Baken-Werbenachrichten bestimmt und in Form von x-y Koordinaten als Maß für die Nähe zu dem/den Sender(n) ausgedrückt), und ist gegeben durch Gleichung (9), wobei $d_{i} = {‖ θ - L_{i} ‖}_{2} .$
Wenn umgestellt, um eine entsprechende EN 14-Empfangsleistung, P_r,i (in dBm), zu erhalten, und Gleichung (9) einsetzt, kann Gleichung (8) als Gleichung (10) umgeschrieben werden, wobei $P_{r, i} = P_{t, i} + 20 l o g_{10} (\frac{λ}{4 π}) - 20 l o g_{10} {‖ θ - L_{i} ‖}_{2} .$
Eine weitere Vereinfachung von Gleichung 10, so dass P_t,i and $20 l o g_{10} (\frac{λ}{4 π})$
bekannt sind, ermöglicht die Konsolidierung dieser bekannten Parameter zu einer Konstante α, wie in Gleichung (11) gezeigt, in der $a = P_{t, i} + 20 l o g_{10} (\frac{λ}{4 π}) .$
Somit kann Gleichung (10) in Gleichung (12) umgeschrieben werden und zusätzlich additives Rauschen N enthalten, wobei $P_{r, i} = a - 20 l o g_{10} {‖ θ - L_{i} ‖}_{2} + N .$
Als solches wird verstanden, dass die beobachtbare Empfangsleistung eines sendenden EN 14 eine Funktion eines nicht beobachtbaren Vektorzustands θ eines EN 14.
Daher kann für eine gegebene Beobachtung die Likelihood-Funktion als Gleichung (13) ausgedrückt werden, wobei $p_{R | θ} (r_{i} | θ, P_{r, i}) = \frac{1}{\sqrt{2 π σ_{P L}^{2}}} e^{- \frac{{(r_{i} - P_{r, i})}^{2}}{2 σ_{P L}^{2}}} .$
Weiterhin und unter der Annahme, dass jede Beobachtung als bedingt unabhängig von einer anderen betrachtet wird, kann Gleichung (13) in Gleichung (14) umgeschrieben werden, welche $p_{R | θ} (r_{N} | θ, P_{r,1}, P_{r,2}, \dots, P_{r, N}) = \prod_{i = 1}^{N} p_{R | θ} (r_{i} | θ, P_{r, i}) .$
Dementsprechend wird in Bezug auf die obige schematische Darstellung in 7A, die einen Standort der EN 14 als Schnittpunkt zwischen trilateralen Standorten von
den gezeigten Sendern darstellt, eine Standortschätzung, θ̂̂̂_ML, die einen Wert von θ darstellt, der die Gleichung (14) maximiert, durch Gleichung (15) gegeben, in der ${\hat{θ}}_{M L} = \underset{θ}{arg m a x} \prod_{i = 1}^{N} p_{R | θ} (r_{i} | θ, P_{r, i}),$

und kann entweder auf Gleichung (16) oder (17) reduziert werden, wie jeweils unten gezeigt. ${\hat{θ}}_{M L} = \underset{θ}{arg m a x} \sum_{i = 1}^{N} ln p_{R | θ} (r_{i} | θ, P_{r, i})$
${\hat{θ}}_{M L} = \underset{θ}{arg m a x} C 1 + \frac{1}{2 σ_{P L}^{2}} \sum_{i = 1}^{N} {(r_{i} - P_{r, i})}^{2}$
Basierend auf den obigen Angaben wird die Maximum-Likelihood-Schätzung θ̂_ML, die die trilaterale Position eines EN 14 anzeigt, kann gemäß Gleichung (18) ausgedrückt werden, in der ${\hat{θ}}_{M L} = \underset{θ}{arg m a x} C 1 + \frac{1}{2 σ_{P L}^{2}} \sum_{i = 1}^{N} {(r_{i} - P_{r, i})}^{2},$
die weiter reduziert und (durch den Ausschluss nicht zutreffender Parameter) als die folgende Gleichung (19) ausgedrückt werden kann, die Folgendes liefert ${\hat{θ}}_{M L} = \underset{θ}{arg m a x} \sum_{i = 1}^{N} {(r_{i} - P_{r, i})}^{2} .$
Insofern wird die ermittelte nächste Nähe zu einem RP 17 über die oben beschriebene Trilateration in Verbindung mit RSS für eine Vielzahl von RPs ausgewertet, auf die der EN 14 trifft. Auf diese Weise können die einem RP 17 zur Verfügung gestellten Koordinaten schärfer abgefragt werden im Hinblick auf ein entsprechende RSS, um eine Abschätzung der Nähe der EN 14 zu verengen.
(C) Vereinfachte Trilateration
In dem Bestreben, die resultierende(n) Wahrscheinlichkeit(en), die sich aus Gleichung (14) ergeben, zu glätten, kann eine solche Implementierung dieser Gleichung und die sich daraus ergebende(n) Wahrscheinlichkeit(en) als ein mehrdimensionaler Gauß betrachtet werden. Dabei wird eine sich entwickelnde mehrdimensionale Kovarianz einer kombinierten Gaußschen Wahrscheinlichkeit vernachlässigt, so dass sich eine kombinierte Wahrscheinlichkeitsfunktion ergibt, die eine symmetrische Geometrie in der x- und y-Richtung aufweist, d.h. $σ = σ$
mit Korrelationskoeffizienten p_xy = p_yx= 0. Dementsprechend wird die standardisierte zweidimensionale Kovarianz, relativ zu einer Kombination von mindestens einem Paar von Wahrscheinlichkeitsfunktionen, von $Σ = [\begin{matrix} σ & ρ_{x y} σ_{x} σ_{y} \\ ρ_{y x} σ_{x} σ_{y} & σ \end{matrix}]$
reduziert auf $Σ = [\begin{matrix} σ_{P L}^{2} & 0 \\ 0 & σ_{P L} \end{matrix}] .$
Basierend auf dem Obigen werden Kombinationen von mehrdimensionalen Wahrscheinlichkeiten, wie sie sich aus Gleichung (14) ergeben können, vereinfacht, um eine Reihe von eindimensionalen Wahrscheinlichkeitskombinationen zu erhalten, die auf die Dimension zwischen dem betrachteten Wahrscheinlichkeitspaar projiziert werden. Zusätzlich kann als Ergebnis der obigen Vereinfachung(en) die Maximum-θ̂̂_ML, Likelihood-Schätzung
als Mittelwert der ermittelten Gauß-Wahrscheinlichkeit ersetzt werden.
Weiterhin ist es denkbar, dass der EN 14, sobald er die gesammelten Koordinateninformationen für die Einstellung 30 gesammelt hat, die Gleichungen (1) - (3) verwendet, um jeden geschätzten EN-Standort, der gemäß den Techniken (A) - (C) bestimmt wurde, weiter zu verfeinern. Auf diese Weise kann der EN 14 das akkumulierte Wissen über die Umgebung 30 nutzen, um seine Bestimmung der Nähe zu einer bestimmten RP 17 reaktiv zu verfeinern, wenn weitere RP-Werbungen empfangen werden.
Der Betrieb des EN 14 in Übereinstimmung mit der oben beschriebenen alternativen Art der EN-Standortbestimmung in Bezug auf einen RP 17 ist in 8 dargestellt. Darin beginnt der Betrieb mit dem Entscheidungsblock 810, in dem der EN 14 gemäß Gleichung (4) die beste AP-Verbindung innerhalb z. B. der besprochenen Einstellung 30 identifiziert. Der Ablauf geht weiter zu Block 820, in dem der EN 14 als Teil der Werbung eines RP entweder (a) alle (x,y)-Koordinaten oder (b) die Zonen-ID für diejenigen RPs 17 erhält, die detektierbar sind. In Block 830 erhält der EN 14 als Antwort auf die Abfrage des angeschlossenen AP 16 nach den (x,y)-Koordinaten für RPs innerhalb einer beliebigen Zonen-ID, die er empfangen hat, eine Zuordnung solcher Koordinaten zu ihren jeweiligen RPs innerhalb der identifizierten Zone. Zu diesem Zeitpunkt ist es wahrscheinlich, dass, da mehrere RP-Werbungen die Übertragung von (x,y)-Koordinaten allein mit Identifikationen von Zonen-IDs mischen können, das EN 14 seine eigene RP 17-Zuordnung derjenigen Teile der Einstellung 30, die es durchquert hat, angesammelt hat. Dementsprechend ist der EN 14 in Entscheidungsblock 840 in der Lage, auf der Grundlage dieser Zuordnung seine eigenen Koordinaten entsprechend seiner gesammelten RP 17 (x,y)-Koordinaten und ihrer entsprechenden RSS zu schätzen. In Block 850, wenn die Schätzung abgeschlossen ist, kann der EN 14 dann seinen geschätzten Standort an den angeschlossenen AP 16 übermitteln (in Bezug auf den bestimmten RP 17, zu dem er gemäß der Schätzung seines eigenen EN-Standorts am nächsten ist). Die Bestimmung, zu welchem RP 17 der EN 14 am nächsten liegt, wird basierend darauf gemacht, dass der EN 14 einen Vergleich der eigenen geschätzten Position mit den (x,y)-Koordinaten all jener RP 17 durchführt, für die eine Baken-Werbenachricht erkannt wurde. Als Ergebnis wird die übermittelte Position eine Nachricht enthalten, die die MAC-Adresse des bestimmten RP 17 angibt, der als derjenige ermittelt wurde, der sich am nächsten zum EN 14 befindet. Der AP 16 wird dann in Block 860 eine solche MAC-Adresse an das Netzwerk 22 übertragen, um sie zu empfangen und zu analysieren, um dadurch den geschätzten Standort des EN in Bezug auf die Kenntnis der Einstellung 30 zu verifizieren, und vielleicht frühere Standortschätzungen, die von dem EN 14 in Kombination mit dem Timing dieser Berichte gemeldet wurden. Mit anderen Worten kann das Netzwerk 22 seine eigene Analyse durchführen, um sicherzustellen, dass der geschätzte Standort mit einem vorbestimmten Zeit- und Entfernungsschwellenwert übereinstimmt, um so Standortschätzungen zu verwerfen, die diesen Schwellenwert überschreiten könnten.
In jeder der oben besprochenen Ausführungsformen war es vorteilhaft, die Lage eines EN in Abhängigkeit von seiner Nähe zu einem AP 16 oder RP 17 zu bestimmen, um die verschieden identifizierten praktischen Anwendungen zu optimieren. Solche Festlegungen helfen bei der Durchführung einer oder mehrerer dieser Anwendungen, insbesondere dann, wenn eine Annäherung an diesen Ort zufriedenstellend ist. Es gibt jedoch viele Situationen, in denen es wünschenswert und/oder notwendig ist, den Ort eines EN 14 (und/oder einer Entität, mit der es verbunden ist) mit größerer Spezifität zu kennen. Nicht einschränkende Beispiele für solche Situationen können solche sein, in denen der Aufenthaltsort von Personal und Inventar in Frage steht und schnell ermittelt werden muss, um Fragen der Mitarbeiterproduktion bzw. der Verlustvermeidung anzugehen.
Im Bestreben, den Standort des EN transparenter zu verfolgen, wird im Folgenden die Übertragung von einem RP 17 sowohl seiner jeweiligen Baken-Werbenachricht als auch einer Ultraschall-Wellenform (Wellenform) an den EN 14 behandelt, wobei die Analyse der Wellenform durch den EN 14 gemäß einem Standortbestimmungsverfahren, wie z. B. dem obigen Trilaterations- oder vereinfachten Trilaterationsverfahren, durchgeführt wird, um z. B. einen bestimmten Koordinatenstandort des EN 14 innerhalb der Umgebung 30 zu ermitteln. Insbesondere kann auf der Grundlage der Kenntnis des EN über die x-y-Koordinaten der sendenden RPs und eines anhand der Wellenform ermittelten Abstands zu diesen eine x-y-Koordinate des EN 14 erlernt und über den für die Verbindung mit dem Netzwerk 22 ausgewählten AP 16 gemeldet werden. Darüber hinaus kann die Bestimmung des Standorts der EN 14, wie weiter unten erläutert, eine dreidimensionale oder x-y-z-Koordinate davon liefern, um beispielsweise einen Höhenaspekt des Standorts der EN 14 bereitzustellen. Auf diese Weise kann die Position des EN 14 in einem Fall ermittelt werden, in dem die Einstellung 30 ein beispielhaftes Lagerhaus verkörpert, und die spezifische Platzierung des EN 14 auf einer der erhöhten Plattformen, z. B. einem Regal, einem Regal oder einem Lagerplatz, detailliert angegeben werden.
In dieser Hinsicht illustriert 9 die Komponenten der EN 14 und RP 17, die spezifisch für das Senden und Empfangen der Wellenform sind, um die oben erwähnte Standortbestimmung zu ermöglichen. Wie dargestellt, umfasst RP 17 einen Ultraschalllautsprecher 32, der zum Kundtun der Wellenform konfiguriert ist. Eine solche Wellenform wird gechirpt, um eine Reihe von abwechselnden Frequenzerhöhungen und -senkungen mit einer zunehmenden Chirp-Rate und einer abnehmenden Chirp-Dauer zu erzeugen, wie z. B. in 10 gezeigt. Wie auch in 9 gezeigt, umfasst EN 14 jeweils einen oder mehrere Zeitgeber 34, ein drahtloses Mikrofon und einen Wandler 36, einen Verstärker 38, ein Filter 40, einen Mischer 42, einen lokalen Oszillator (LO) (mit Chirping) 44, einen Mikroprozessor 46 und einen Speicher 47.
Jede vom RP 17 übertragene Wellenform enthält verschiedene Elemente wie Kanalcodierung, Chirp-Parameter, die z. B. die Varianz der Chirp-Rate für Chirps der Wellenform festlegen, sowie Dauern für Pausen zwischen Chirps der Wellenform.
Nach der Übertragung der Baken-Werbenachricht vom RP 17 sendet der RP 17 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach der Übertragung seiner Baken-Werbenachricht seine Wellenform. In der Zwischenzeit und als Reaktion auf den Empfang der Baken-Werbenachricht aktiviert der EN 14 seinen Zeitgeber 34. Das heißt, der Empfang der Baken-Werbenachricht löst den Beginn der Erkennung, d.h. das Abhören der Wellenform aus, indem der Zeitgeber 34 z.B. zum Zeitpunkt t0 gestartet wird (vorausgesetzt, es wurde keine andere Baken-Werbenachricht empfangen). Wenn der EN 14 einen initial_Chirp der Wellenform empfängt, markiert er den Empfang dieses Chirps z. B. zum Zeitpunkt t1. Dieser Vorgang wird für alle Chirps der Wellenform wiederholt. So kann der EN 14 z. B. auf der Grundlage der Differenz von t1 -t0 die Flugzeit (TOF) des anfänglich empfangenen WellenformChirps vom RP 17 berechnen. Genauer gesagt wird, wie weiter unten erläutert, die gesamte TOF der Wellenform auf der Grundlage einer Summe der zeitlichen Offsets für jeden der empfangenen Chirps bestimmt. Die Summe aller zeitlichen Offsets für jedes der Wellenformchirps ergibt die Gesamt-TOF, die dann mit der Schallgeschwindigkeit, z. B. 343 m/s (unter der Annahme von trockener Luft als Medium), multipliziert wird, um einen Abstand zwischen dem RP 17 und der EN 14 zu erhalten.
Es ist auch denkbar, dass die vom RP 17 gesendete Baken-Werbenachricht so konfiguriert ist, dass sie in einem geeigneten Feld eine Countdown-Periode enthält, die eine Übertragungsverzögerungszeit definiert, d. h. die oben erwähnte vorbestimmte Zeitspanne zur Übertragung der Wellenform. Das heißt, der EN 14 ist so konfiguriert, dass sie diese Periode als einen Zeitrahmen erkennt, an dessen Ende der RP 17 seine Wellenform sendet, nachdem er zuerst seine Baken-Werbenachricht gesendet hat. Die Countdown-Periode kann z. B. 10 Sekunden (s) oder eine andere vorbestimmte Zeitspanne betragen. So aktiviert der EN 14 seinen Zeitgeber 34 zum Zeitpunkt t0', der im obigen Beispiel 10 s nach Empfang der Baken-Werbenachricht entspricht. Auf diese Weise wird der Stromverbrauch des EN 14 optimiert, wobei der EN 14 während des Zeitraums zwischen dem Empfang der Baken-Werbenachricht vom RP 17 und dem Ablauf der Countdown-Periode ruhen kann.
Durch das Chirpen der Wellenform kann deren TOF entsprechend der konfigurierten Chirps segmentiert werden. Dementsprechend kann jeder inkrementelle Teil der Wellenform, der durch Chirps abgegrenzt ist, analysiert werden, um partielle TOF-Messungen abzuleiten. Auf diese Weise können Faktoren, die sonst eine Beeinträchtigung bei der Messung der Genauigkeit der Gesamt-TOF sowie der daraus ermittelten Entfernung, wie z. B. Wegverluste, beeinflussen, können gemildert werden.
Unter Bezugnahme auf 11 ist eine Reihe von Chirps a, b und c der Wellenform von 10 dargestellt, die durch entsprechende Chirp-Pausen getrennt sind, die eine Frequenzverschiebung der Wellenform anzeigen. Wie angegeben, ist ein sequentielles Chirpen der Wellenform vorgesehen, bei dem Chirp a eine Frequenzerhöhung darstellt und durch eine Chirp-Pause am Übergang von Chirp b, der eine Frequenzabnahme darstellt, getrennt ist, und die durch eine Chirp-Pause vor Chirp c, der eine nachfolgende Frequenzerhöhung darstellt, getrennt ist.
Aufgrund des Chirpings der Wellenform können die TOF-Messungen, die den Chirps entsprechen, inkrementell erhalten werden, so dass die Aggregation der Messungen eine Gesamt-TOF ergibt, wie weiter unten näher erläutert wird.
Wie oben erwähnt, umfasst EN 14 einen LO 44. Der LO 44 ist ebenfalls so konfiguriert, dass er das von ihm erzeugte Signal chirpt. Bei der Erzeugung des LO 44-Signals wird die Ultraschallwellenform, insbesondere deren Chirps, mit den Chirps des vom LO 44 erzeugten Signals verglichen. Zusätzlich wird die Wellenform beim Empfang am EN 14 mit dem gechirpten Signal des LO 44 gemischt, um die Wellenform zu entchirpen und eine Reihe von Einzelfrequenztönen zu erzeugen, die vom Mikroprozessor 46 über eine Fast Fourier Transformation (FFT) gemessen werden können. Insbesondere werden Echos, die als Ergebnis von aufeinanderfolgenden Chirps empfangen werden, über einen Frequenzbereich gemischt, der sich aus der Mischung ergibt.
Wie in 12 gezeigt, und da der LO 44 bei der Erkennung eines anfänglichen Chirps der Wellenform gestartet wird, versteht es sich von selbst, dass die Chirps der Wellenform um ihre jeweilige Laufzeit vom RP 17 zum EN 14 verzögert, d. h. zeitlich versetzt, zum Start des LO 44 sind. Wie aus der gestrichelten Linienbeziehung weiter ersichtlich ist, steht die Differenz der Chirp-Frequenz der Wellenform und des vom LO 44 erzeugten Signals in direktem Zusammenhang mit dem zeitlichen Versatz. Mit anderen Worten, die Chirp-Rate der Wellenform, oder die Rate, mit der die Wellenform ihre Frequenz ändert, definiert die direkte Beziehung zwischen dem zeitlichen Offset und der Frequenzdifferenz zwischen der angezeigten Wellenform und dem LO 44-Signal.
Aufgrund dieser Beziehung wird jeder gemessene zeitliche Versatz zwischen aufeinanderfolgenden Chirps der Wellenform zusammen mit der Chirp-Pause dazwischen als Maß für die Bestimmung des Neustarts des LO 44 in Erwartung des Empfangs eines nächsten Chirps verwendet. Während die Wellenform also mit immer schnelleren Chirps abläuft, markiert der Zeitgeber 34 für jeden Chirp einen entsprechenden, aufeinanderfolgenden zeitlichen Versatz. Der Zeitgeber 34 wird durch die Chirp-Pause (deren Dauer in der Baken-Werbenachricht übertragen wird) eingestellt. Auf diese Weise wird eine Genauigkeit der Offset-Messung gewährleistet, so dass die Summe der jeweiligen Offsets gleich der gesamten TOF der Wellenform ist.
Während jeder Chirp-Pause, die während der gesamten Wellenform auftritt, wird jeder der entsprechenden zeitlichen Offsets vom Mikroprozessor 46 berechnet und in einem nichtflüchtigen oder flüchtigen Speicher 47 gespeichert. Bei jedem empfangenen Chirp wird dieser Vorgang wiederholt. Alternativ kann, um festzustellen, ob sich der EN 14 innerhalb eines vorgegebenen Bereichs des sendenden RP 17 befindet, eine vorgegebene Anzahl von Chirps verarbeitet werden (um eine Verarbeitungslast und den daraus resultierenden Energieverbrauch beim EN 14 zu reduzieren).
Basierend auf der obigen Diskussion kann der ermittelte Abstand zum RP 17, wie er aus der TOF der Wellenform abgeleitet wird, auch in Bezug auf mehrere RPs erreicht werden, deren Baken-Werbenachricht und Ultraschallwellenform am EN 14 empfangen werden. Es versteht sich auch, dass die Prozesse zur Bestimmung der TOF und des entsprechenden RP-EN-Abstands für mehrere Übertragungen von Baken-Werbenachrichten und Wellenformen von einem bestimmten RP durchgeführt werden können. Da der EN 14 mit der Kenntnis der x-y-Koordinaten ausgestattet ist, kann auch eine dreidimensionale z-Koordinate für die RP 17 ermittelt werden, wie weiter unten erläutert wird, wobei die Standortbestimmung beispielhaft durch einen Ansatz der kleinsten Quadrate erfolgen kann, um den EN 14 in die Lage zu versetzen, im Wesentlichen einen 3D-Koordinatenstandort davon zu bestimmen. Unabhängig davon, ob die vom EN ermittelte Koordinatenposition als 2D- oder 3D-Koordinate bestimmt wird, kann diese Koordinatenposition anstelle der als MAC-Adresse eines RP 17 gemeldeten Nähe zu diesem dann vom EN 14 über den angeschlossenen AP 16 an das Netzwerk 22 übermittelt werden.
Mit der Fähigkeit, solche Details bei der Standortbestimmung zu erhalten, ist der EN 14 so konfiguriert, dass er den Endbenutzern eine Spezifität seines Aufenthaltsortes liefert, die bei der Eingrenzung der Informationen hilft, die zur Erfüllung der hier besprochenen Anwendungen und zugehörigen Aufgaben benötigt werden. So können monetäre und andere Vorteile, die sich aus dem Lernen dieser eingegrenzten Informationen ergeben, optimiert werden.
Unter Bezugnahme auf 13 ist ein Verfahren zum Empfang einer Baken-Werbenachricht von einem entsprechenden RP 17 und zur Bestimmung eines Abstands vom RP 17 zum EN 14 gemäß den vorangegangenen Erörterungen dargestellt. Der Prozess beginnt um 1310, in dem der RP 17 seine Baken-Werbenachricht und kurz darauf seine Ultraschallwellenform sendet. Um 1320 startet der EN 14 als Reaktion auf den Empfang der Baken-Werbenachricht seinen Zeitgeber 34 und beginnt um 1330, auf die Ultraschallwellenform zu warten. Wie in 10 dargestellt, beginnt die Wellenform mit längeren, langsameren Chirps, die es dem EN 14 ermöglichen, die Wellenform über einen längeren Zeitraum zu erfassen.
Während des Verlaufs der Wellenform berechnet der EN 14, wie bei 1340 angegeben, zeitliche Verschiebungen aufgrund von Chirps der Wellenform und generierten Signalen des LO 44. Diese Offsets werden dann bei 1350 summiert, um einen TOF der Wellenform zu erzeugen. Basierend auf der erzeugten TOF wird diese mit der Schallgeschwindigkeit bei 1360 multipliziert, um einen Abstand zwischen dem RP 17 und dem EN 14 bei 1370 zu erhalten. Wie oben beschrieben, kann der erzeugte TOF und der darauf basierende Abstand zwischen RP 17 und EN 14 auf der Grundlage einer bestimmten Anzahl von Chirps berechnet werden. Es versteht sich auch, dass eine zunehmende Chirp-Rate der Wellenform eine Verengung des Bereichs zum RP 17 ergibt, wenn die Wellenform übertragen wird.
In Bezug auf den Empfang mehrerer Baken-Werbenachrichten und Ultraschallwellenformen von den jeweiligen RPs 17 veranschaulicht 14 ein Verfahren zur Bestimmung einer Koordinatenposition des EN 14 innerhalb einer Umgebung, wie der Umgebung 30, in der der EN 14 und die RPs 17 arbeiten. So erhält der EN 14 um 1410 die Entfernungen zu jedem der RPs 17 auf der Grundlage ihrer jeweiligen gesendeten Wellenformen. Bei 1420 arbeitet der EN, um seine Koordinatenposition basierend auf den erhaltenen Entfernungen zu bestimmen. Um 1430 überträgt der EN 14 die ermittelte Koordinatenposition über seinen angeschlossenen AP 16 an das Netzwerk.
Im Zusammenhang mit der obigen Diskussion über die TOF-Bestimmungen, die von einem jeweiligen EN 14 gemessen werden, sehen die vorliegenden Ausführungsformen vor, dass in einem Fall, in dem Wellenformen von einer Vielzahl von RPs 17 empfangen werden, die Bestimmung des Standorts des EN 14 stattdessen über einen Ansatz der kleinsten Quadrate erreicht werden kann. Ein solcher Ansatz kann notwendig sein, wenn der HF-Empfang aufgrund einer beliebigen Anzahl von Szenarien, einschließlich baulicher Hindernisse, z. B. innerhalb der Umgebung 30, behindert/verhindert wird. In dieser Hinsicht sind die Wellenformen von mindestens drei RPs 17 erforderlich, um eine zweidimensionale (2D), d. h. einen x-y Ort, zu erhalten, während Wellenformen von mindestens vier RPs 17 erforderlich sind, um einen dreidimensionalen (3D), d. h. einen x-y-z Ort zu erhalten. Die Lösung der kleinsten Quadrate kann in Übereinstimmung mit den folgenden Gleichungen erfolgen, wobei die $\overset{⇀}{x}$
Vektor-Lösung den quadratischen Fehler minimiert. $A \overset{⇀}{x} = \overset{⇀}{b}$
$\overset{⇀}{x} = {(A^{T} A)}^{- 1} A^{T} \overset{⇀}{b}$
Im Zusammenhang mit dem oben Gesagten wird deutlich, dass die Matrix A beispielhaft so konfiguriert werden kann, dass sie eine Reihe von zwei Spalten wiedergibt, wenn ein 2D-Ort ermittelt werden soll, und alternativ eine Reihe von drei Spalten, wenn ein 3D-Ort über die $\overset{⇀}{x}$
Vektor-Lösung gesucht wird. Entsprechend und wie ebenfalls unten gezeigt, wird der Vektor $\overset{⇀}{b}$
so konfiguriert, dass er so viele Zeilen enthält, wie es zu berücksichtigende RPs gibt, d.h. deren Wellenform von dem entsprechenden EN 14 ausgewertet wurde. $A = (\begin{matrix} x_{2} - x_{1} & y_{2} - y_{1} & z_{2} - z_{1} \\ x_{3} - x_{1} & y_{3} - y_{1} & z_{3} - z_{1} \\ ⋮ & ⋮ & ⋮ \\ x_{n} - x_{1} & y_{n} - y_{1} & z_{n} - z_{1} \end{matrix}), \overset{⇀}{x} = (\begin{matrix} x - x_{1} \\ y - y_{1} \\ z - z_{1} \end{matrix}), \overset{⇀}{b} = (\begin{matrix} b_{21} \\ b_{31} \\ ⋮ \\ b_{n 1} \end{matrix})$
In Fällen, in denen unzureichende TOF-Daten zur Verfügung stehen, können diese unzureichenden Daten auch mit den Standortbestimmungen verglichen werden, die durch die oben beschriebenen RSS-Trilaterations- und vereinfachten Trilaterationsverfahren erzielt wurden. Bei diesem Vergleich wird der EN 14 analysieren, welche Trilaterationslösung am besten zu den erfassten TOF-Daten passt, um den Standort des EN 14 zu bestimmen. Die Anpassung kann in diesem Fall in Übereinstimmung mit einem vorgegebenen Schwellenwert erfolgen, um die gewünschte Auflösung zu optimieren. Eine solche Auflösung ist z. B. in 15 schematisch dargestellt, in der die TOF-Lösungen durch Sterne dargestellt sind, und wobei die hervorgehobene davon den wahren Standort des EN 14 darstellt, da sie sich innerhalb der auf RSS basierenden trilateralen Standortbestimmung befindet, relativ zu den dargestellten Beobachtungen.
Weiterhin und da ein EN 14 mit Koordinateninformationen derjenigen RPs 17 ausgestattet ist, die den Bereich der Einstellung 30 definieren, können diese Koordinateninformationen von einem EN 14 verwendet werden, um eine TOF-Lösung zu verwerfen, die außerhalb der Einstellung 30 liegt. Dies ist schematisch in 16 dargestellt, in der das Rechteck die Einstellung 30 repräsentiert und der ausgewählte TOF-Ort des EN 14 als fettgedruckter Stern dargestellt ist, da er innerhalb der Einstellung 30 liegt. D.h. der TOF-Ort, der ebenfalls diagrammatisch als Stern dargestellt ist, aber näher am unteren Rand des Diagramms liegt, wird verworfen, da er außerhalb der Einstellung 30 liegt, die u.a. durch die Koordinaten der sendenden RPs 17 definiert ist.
Es ist auch der Fall, dass die RSS-basierte Standortbestimmung eines EN durch die Verwendung einer TOF-Lösung weiter verfeinert werden kann. Die Verwendung eines solchen Bestätigungsverfahrens ist besonders nützlich, da RSS-Beobachtungen durch Faktoren wie Rauschen verschlechtert werden können. Genauer gesagt kann die Bestätigung durch die Kombination von RSS- und TOF-Wahrscheinlichkeiten wie in Gleichung (14) oben erhalten werden, relativ zu einer Abbildung solcher Wahrscheinlichkeiten auf die relevanten Polarkoordinaten, d.h. Entfernung und Winkel. 17 zeigt schematisch die wahrscheinlichste Position des EN 14 in Form eines ausgehöhlten Sterns, wenn nur RSS-Daten von gegebenen RPs 17 (dargestellt als verdickte Kugeln) verwendet werden. Wenn sie durch die TOF-Wahrscheinlichkeit ergänzt wird (dargestellt durch die dünneren der drei Kugeln), kann die tatsächliche Position des EN 14 als die Position bestimmt werden (dargestellt durch den fettgedruckten Stern), die den Bereich der Positionsbestimmungen schneidet, der jeder der RSS-Beobachtungen (dargestellt durch die schattierten Kugeln) und der TOF-Beobachtung (dargestellt durch den dünnen Ring, der jede der Kugeln schneidet) entspricht.
Auf diese Weise optimieren die hierin offenbarten Ausführungsformen die Effizienz eines BLE-fähigen Netzwerks, indem sie zumindest die Belastung der Netzwerkressourcen verringern und die Wahrscheinlichkeit einer Verbindung in Situationen erhöhen, in denen mehrere Endknoten gemeinsam lokalisiert sind. Es wird ebenfalls verstanden, dass die hier offengelegten Ausführungsformen eine Bestimmung des relativen Standorts eines Endknotens im Hinblick auf seine Nähe zu einem Zugangspunkt und seinen Koordinatenstandort in Bezug auf einen oder mehrere Referenzpunkte ermöglichen.
Es versteht sich, dass jeder der hier beschriebenen APs 16 und RPs 17 so konfiguriert werden kann, dass sie gerichtete und zirkular polarisierte Antennen enthalten, um ihre Übertragungen besser zu fokussieren und den Kreuzpolarisationsverlust zu reduzieren, der manchmal bei vertikal polarisierten Antennen auftritt. Auf diese Weise kann die Standortbestimmung eines EN 14 mit erhöhter Genauigkeit erfolgen.
Die vorliegenden Ausführungsformen sind nicht beschränkt auf die besonderen Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt und oben im Detail beschrieben sind. Der Fachmann wird erkennen, dass auch andere Anordnungen denkbar sind. Die vorliegenden Ausführungsformen umfassen jede mögliche Kombination der verschiedenen Merkmale der einzelnen offengelegten Ausführungsformen. Eines oder mehrere der hierin beschriebenen Elemente in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen können in einer mehr getrennten oder integrierten Weise als explizit beschrieben implementiert werden, oder sogar entfernt oder als nicht funktionsfähig in bestimmten Fällen gemacht werden, wie es in Übereinstimmung mit einer bestimmten Anwendung nützlich ist. Während die vorliegenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf spezifische illustrative Ausführungsformen beschrieben wurden, können Modifikationen und Variationen der vorliegenden Ausführungsformen konstruiert werden, ohne vom Geist und Umfang der vorliegenden Ausführungsformen, wie in den folgenden Ansprüchen dargelegt, abzuweichen.
Obwohl die vorliegenden Ausführungsformen im Zusammenhang mit den hier explizit erörterten Ausführungsformen beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegenden Ausführungsformen in Form eines computerverwendbaren Mediums (in einer Vielzahl von Formen), das computerausführbare Anweisungen enthält, implementiert und verbreitet werden können, und dass die vorliegenden Ausführungsformen unabhängig von der besonderen Art des computerverwendbaren Mediums, das zur Durchführung der Verbreitung verwendet wird, gleichermaßen gelten. Ein beispielhaftes computerverwendbares Medium ist mit einem Computer gekoppelt, so dass der Computer Informationen, einschließlich der computerausführbaren Anweisungen, davon lesen und (optional) Informationen darauf schreiben kann. Alternativ kann das computerverwendbare Medium auch in den Computer integriert sein. Wenn die computerausführbaren Anweisungen in den Computer geladen und von diesem ausgeführt werden, wird der Computer zu einer Vorrichtung zum Ausführen der Ausführungsformen. Wenn die computerausführbaren Befehle beispielsweise in einen Allzweckcomputer geladen und von diesem ausgeführt werden, wird der Allzweckcomputer dadurch zu einem Spezialcomputer konfiguriert. Beispiele für geeignete computerverwendbare Medien sind: flüchtige Speicher wie Random Access Memory (RAM); nichtflüchtige, hartkodierte oder programmierbare Medien wie Read Only Memories (ROMs) oder Electrically Programmable Read Only Memories (EEPROMs); beschreibbare und/oder wiederbeschreibbare Medien wie Disketten, Festplattenlaufwerke, Compact Discs (CDs), Digital Versatile Discs (DVDs) usw.; und Übertragungsmedien, z. B. digitale und/oder analoge Kommunikationsverbindungen wie solche, die auf elektrischen Stromleitern, Lichtleitern und/oder elektromagnetischer Strahlung basieren.
Obwohl die vorliegenden Ausführungsformen detailliert beschrieben wurden, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen, Substitutionen, Variationen, Erweiterungen, Nuancen, Abstufungen, geringere Formen, Abwandlungen, Revisionen, Verbesserungen und Nachahmungen der hier offengelegten Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Ausführungsformen in ihrer weitesten Form abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 16/177915 [0001]
US 10499196 [0001]
US 10244373 [0001]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

„That ’Internet of Things‘ Thing‟ (RFID Journal, 22. Juli 2009) beschreibt er das Internet von 2009 [0003]

Claims

. Ein BLE-Kommunikationssystem, aufweisen: einen Endknoten (EN); einen Zugangspunkt (AP), der so konfiguriert ist, dass er eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellt und eine erste Baken-Werbenachricht sendet; und eine Vielzahl von Referenzpunkten (RP), die jeweils so konfiguriert sind, dass sie sich nicht mit dem Netzwerk verbinden und jeweils eine zweite Baken-Werbenachricht, die Positionsinformationen enthält, und eine Ultraschallwellenform senden, bei dem der EN konfiguriert ist, um die erste und zweite Baken-Werbenachricht und die Ultraschallwellenform zu erkennen und eine Verbindung mit dem AP zu initiieren, bei der als Ergebnis der Verbindung der AP veranlasst wird, dem Netzwerk identifizierende Informationen sowohl des EN als auch des APs zu übertragen, wobei die Erkennung einer jeweiligen der zweiten Baken-Werbenachrichten den EN veranlasst, mit der Erfassung der Ultraschallwellenform zu beginnen.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 1, wobei: der EN ein Mikrofon und einen Zeitgeber aufweist, und das Erfassen der Ultraschallwellenform das Initiieren des Zeitgebers bei oder nach dem Empfang der jeweiligen der zweiten Baken-Werbenachrichten aufweist, um eine Flugzeit (TOF) der Ultraschallwellenform zu bestimmen.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei der Zeitgeber nach dem Empfang der zweiten Baken-Werbenachricht gemäß einer dadurch definierten Verzögerungszeit gestartet wird.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 3, wobei die Ultraschallwellenform gechirpt wird, und der Zeitgeber die zeitlichen Abstände des Empfangs von Chirps der Wellenform misst.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 2, wobei die Ultraschallwellenform gechirpt wird.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 5, wobei der EN ferner einen gechirpten lokalen Oszillator (LO) und einen Mischer aufweist, der so konfiguriert ist, dass er Chirps der Ultraschallwellenform mit Chirps eines vom LO erzeugten Signals mischt.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 6, wobei Frequenzunterschiede zwischen den jeweiligen Chirps der Ultraschallwellenform und dem vom LO erzeugten Signal direkt proportional zu den zeitlichen Versätzen des Empfangs der jeweiligen Chirps der Ultraschallwellenform sind.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei der EN ferner einen Mikroprozessor aufweist, der so konfiguriert ist, dass er die zeitlichen Offsets zusammenfasst, um den TOF der Ultraschallwellenform zu definieren.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 8, wobei der Mikroprozessor ferner so konfiguriert ist, dass er einen Abstand zu jedem der mehreren RPs auf der Grundlage des TOF der von ihnen gesendeten Ultraschallwellenform berechnet.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 9, wobei die Positionsinformationen Koordinateninformationen umfassen, und der Mikroprozessor weiterhin konfiguriert ist, um eine Position des EN basierend auf den berechneten Abständen und den Koordinateninformationen zu bestimmen.
. Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 10, wobei der EN die ermittelte Position über den AP an das Netzwerk sendet.
Ein BLE-Kommunikationssystem aufweisend: einen Endknoten (EN); einen Zugangspunkt (AP), der so konfiguriert ist, dass er eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellt und eine erste Baken-Werbenachricht sendet; und eine Vielzahl von Referenzpunkten (RP), die jeweils so konfiguriert sind, dass sie sich nicht mit dem Netzwerk verbinden und jeweils eine zweite Baken-Werbenachricht, die Positionsinformationen enthält, und eine Ultraschallwellenform senden, bei dem der EN konfiguriert ist, um die erste und zweite Baken-Werbenachrichten und die Ultraschallwellenform zu erkennen, eine Laufzeit (TOF) der Ultraschallwellenform, die von jedem der mehreren RPs gesendet wird, zu berechnen und eine Koordinatenposition des EN innerhalb eines Koordinatensystems, in dem jedes der EN, RPs und AP betreibbar ist, basierend auf den TOFs zu bestimmen, und eine Verbindung mit dem AP zu initiieren, bei der als Ergebnis der Verbindung der AP veranlasst wird, die Identifizierungsinformationen des EN und des APs sowie die Koordinatenposition an das Netzwerk zu übertragen.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 12, wobei jede Ultraschallwellenform gechirpt wird, und jeder TOF auf dem Chirpen basiert.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 13, wobei eine Erkennung einer jeweiligen der zweiten Baken-Werbenachrichten den EN triggert, um die Erkennung eines Chirps einer jeweiligen Ultraschallwellenform zu beginnen.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 14, wobei jeder TOF auf der Summe der Differenzen zwischen den Empfangszeiten der Chirps einer jeweiligen Ultraschallwellenform basiert.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 15, wobei die Koordinatenposition auf den Abständen zu den RPs basiert, die jeweils den TOFs für jede der erkannten Ultraschallwellenformen entsprechen.
Das BLE-Kommunikationssystem nach Anspruch 16, wobei die Koordinatenposition nach einem Ansatz der kleinsten Quadrate oder durch Trilateration bestimmt wird, basierend auf den Abständen zu den RPs und den jeweiligen Positionsinformationen, die den RPs entsprechen.
Ein BLE-Kommunikationsverfahren, aufweisend: Ausführen, durch einen oder mehrere Prozessoren unter einem BLE-Endknoten (EN), einem BLE-Zugangspunkt (AP), der so konfiguriert ist, dass er sich mit einem Netzwerk verbindet, und einer Vielzahl von BLE-Referenzpunkten (RP), die so konfiguriert sind, dass sie sich nicht mit dem Netzwerk verbinden, eines Satzes von Anweisungen zum Übertragen einer ersten und einer zweiten Baken-Werbenachricht vom AP bzw. von jedem der Mehrzahl von RPs, wobei jede zweite Baken-Werbenachricht Positionsinformationen aufweist, Übertragen einer Ultraschallwellenform von jedem der Mehrzahl von RPs, Erkennen der ersten und der zweiten Baken-Werbenachricht am EN, Initiieren der Erkennung von mindestens einer der Ultraschallwellenformen als Reaktion auf die Erkennung von mindestens einer der zweiten Baken-Werbenachrichten, und Initiieren einer Verbindung zwischen dem AP und dem EN, bei der als Ergebnis der Verbindung der AP veranlasst wird, zum Netzwerk Identifizierungsinformationen des EN und des AP und eine Position des EN basierend auf mindestens einem Paar der Ultraschallwellenformen und den Positionsinformationen zu übertragen.
Das BLE-Kommunikationsverfahren nach Anspruch 18 ferner aufweisend: Bestimmen einer Flugzeit (TOF) jeder detektierten Ultraschallwellenform durch den EN.
Das BLE-Kommunikationsverfahren nach Anspruch 19, wobei jede erkannte Ultraschallwellenform gechirpt wird.
. Das BLE-Kommunikationsverfahren nach Anspruch 20, wobei der EN einen gechirpten lokalen Oszillator (LO) aufweist, der so konfiguriert ist, dass er als Reaktion auf den Empfang einer Ultraschallwellenform ein Signal erzeugt, das eine Reihe von Chirps umfasst.
Das BLE-Kommunikationsverfahren nach Anspruch 21 , wobei die TOF für eine jeweilige Ultraschallwellenform auf der Summe der zeitlichen Offsets basiert, die durch die Empfangszeiten der Chirps der Ultraschallwellenform gegenüber den Erzeugungszeiten der Chirps durch den LO definiert sind.
Das BLE-Kommunikationsverfahren nach Anspruch 22, wobei jede jeweilige Ultraschallwellenform eine Reihe von ansteigenden und abfallenden Chirps mit ansteigender Chirp-Rate und abfallender Dauer aufweist.
Das BLE-Kommunikationsverfahren nach Anspruch 23, wobei die Position des EN nach einem Ansatz der kleinsten Quadrate oder durch Trilateration bestimmt wird, basierend auf jedem der Abstände, die gemäß den TOFs der jeweiligen Ultraschallwellenformen abgeleitet werden, und den Positionsinformationen, die den RPs entsprechen.