DE202018107070U1 - Device for determining the position using known locations of radio transmitters - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Verfolgung der Position eines Nutzers mittels Funksignalen, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine erste Empfangseinrichtung (2) für Funksignale in einem vorgebbaren Frequenzbereich aufweist und eine Auswertung (5) zur eindeutigen Identifizierung verschiedener Funksender zur Ermittlung der Position aus Empfangsstärken und/oder Standorten von Funksendern, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist:
a. einen Datenspeicher (8) für Identifizierungsdaten und/oder Positionen von Funksendern;
b. ein Kommunikationsmodul (13) zur Verbindungsaufnahme mit einem externen Datenspeicher für Identifizierungsdaten und/oder Positionen von Funksendern;
c. eine Auswertung (7) zur Auswahl für eine Positionsbestimmung geeigneter Funksender aus identifizierten Sendern.

Figure DE202018107070U1_0000
Device (1) for determining and / or tracking the position of a user by means of radio signals, the device (1) having at least a first receiving device (2) for radio signals in a predeterminable frequency range and an evaluation (5) for unambiguous identification of different radio transmitter for determination the position of reception strengths and / or locations of radio transmitters, wherein the device (1) has at least one of the following features:
a. a data memory (8) for identification data and / or positions of radio transmitters;
b. a communication module (13) for connection to an external data memory for identification data and / or positions of radio transmitters;
c. an evaluation (7) for the selection of a position determination of suitable radio transmitter from identified transmitters.
Figure DE202018107070U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung und Verfolgung der Position eines Nutzers anhand bekannter Standorte von Funksendern.The invention relates to a device for determining and tracking the position of a user based on known locations of radio transmitters.

Als „Funksender“ kommen besonders bevorzugt zahlreich vorhandene WLAN-Geräte in Betracht, jedoch können auch Mobilfunksender, verschiedene Bluetooth-Systeme oder Geräte anderer Standards wie LORA oder ZigBee zur Bestimmung und/oder Verfolgung der Position eines Nutzers (im folgenden Tracking genannt) verwendet werden.As a "radio transmitter" are particularly preferably numerous existing WLAN devices into consideration, but also mobile stations, various Bluetooth systems or devices of other standards such as LORA or ZigBee for determining and / or tracking the position of a user (hereinafter referred to as tracking) can be used ,

Unter einem „Nutzer“ ist nicht unbedingt eine natürliche Person zu verstehen, sondern jedes bewegliche Objekt bzw. jede mit der vorliegenden Erfindung ausgestattete Einheit. Dabei gibt es unterschiedliche Möglichkeiten, je nachdem ob die Position beim Nutzer und/oder bei einer zentralen Stelle zur Verfügung stehen soll.A "user" is not necessarily to be understood as a natural person, but as any moving object or unit equipped with the present invention. There are different options, depending on whether the position should be available to the user and / or a central location.

Auch kann eine Berechnung der Position z. B. aus empfangenen Funksendern und gemessenen Signalstärken beim Nutzer oder bei einer zentralen Stelle erfolgen. Auch eine Verteilung von Aufgaben bei der Positionsbestimmung ist möglich. In jedem Fall aber müssen Daten gehandhabt werden, oft auch über eine Funkverbindung gesendet bzw. empfangen werden.Also, a calculation of the position z. B. from received radio transmitters and measured signal strengths at the user or at a central location. A distribution of tasks in the position determination is possible. In any case, data must be handled, often also sent or received over a radio link.

Es ist möglich, aus dem gemessenen Abstand zu bekannten Fixpunkten den eigenen Standort zu bestimmen. Diese ursprünglich als Triangulation bezeichnete Methode ist umso genauer, je mehr Fixpunkte und gemessene Abstände (jeweils möglicherweise mit Messfehlern behaftet) zu diesen zur Verfügung stehen. Moderne Techniken nutzen diese Methode in abgewandelter Form. Beim sogenannten GPS (Global Positioning System) werden z. B. Laufzeitunterschiede von gleichzeitig an verschiedenen bekannten Satellitenpositionen ausgesandten Funksignalen für das Tracking benutzt. Beim Mobilfunk werden die bei einem Nutzer empfangenen Signalstärken von mehreren Sendemasten in Abstände umgerechnet und mit bekannten Positionen der Sendemasten zur Triangulation benutzt.It is possible to determine your own location from the measured distance to known fixed points. This method, which was originally called triangulation, is all the more accurate the more fixed points and measured distances (possibly with measuring errors) are available to them. Modern techniques use this method in a modified form. When so-called GPS (Global Positioning System) z. B. Time differences of simultaneously emitted at different known satellite positions radio signals used for tracking. In mobile communications, the signal strengths received by a user are converted into distances by several transmission towers and used with known positions of the transmission towers for triangulation.

Auch ist möglich, die zahlreich vorhandenen WLAN-Sender (auch Wifi Access Stationen genannt, wobei aber auch jedes andere WLAN-Gerät zumindest zeitweise als Sender arbeitet) zu nutzen, um ein Tracking durchzuführen. Dabei wird ausgenutzt, dass gemäß einem internationalen Standard fast jeder WLAN-Sender eine individuelle (und damit unverwechselbare) Kennzeichnung hat, die sogenannte MAC-Adresse, die er beim Senden immer wieder aussendet. Große Datenanbieter sammeln möglichst viele Positionen von individuell gekennzeichneten WLAN-Sendern und halten diese auch abrufbar bereit für interessierte Nutzer. Es gibt also umfangreiche und zugängliche Datenbanken, in denen ein Nutzer anfragen kann, welchen Standort ein Sender mit einer von ihm empfangenen individuellen Kennung (gerade) hat. Das gleiche gilt im Prinzip für alle Sender anderer Funknetzwerke. Entsprechende Datenbanken können für interessante oder eigene Sender auch selbst angelegt werden.It is also possible to use the numerous existing WLAN transmitters (also called Wifi Access Stations, but also any other WLAN device works at least temporarily as a sender) to perform a tracking. It exploits the fact that according to an international standard almost every WLAN transmitter has an individual (and therefore distinctive) identification, the so-called MAC address, which it sends out again and again when sending. Large data providers collect as many positions as possible from individually marked WLAN transmitters and keep them available for interested users. There are thus extensive and accessible databases in which a user can inquire about the location of a sender with an individual identifier that he / she has received. The same applies in principle to all transmitters of other radio networks. Corresponding databases can also be created for interesting or own stations.

Ein gravierendes Problem, welches sich mit zunehmender Zahl an Funksendern noch verstärkt, ist jedoch, dass ein Empfänger eines Nutzers oft eine große Zahl von Signalen unterschiedlicher Funksender empfängt, von denen auch noch eine zunehmende Zahl nicht stationär, sondern mobil ist. Mobile Stationen eignen sich naturgemäß nicht für das beschriebene Tracking, so dass diese Signale ausgefiltert werden müssen. Schon nicht mobile Funksender sind beispielsweise in Städten und besonders in großen Gebäuden oft so zahlreich, dass allein die Auswahl für das Tracking geeigneter Funksender mehr Zeit benötigt als für ein schnelles und genaues Tracking zur Verfügung steht. Verfahren, bei denen die empfangenen Funksignale verschiedener Funksender z. B. nach empfangener Signalstärke sortiert und dann die Positionen der stärksten Funksender z. B. über eine Internetverbindung angefragt und ausgewertet werden, stoßen daher schnell an technische Grenzen.However, a serious problem that increases with the increasing number of radio transmitters is that a user's receiver often receives a large number of signals from different radio transmitters, an increasing number of which are not stationary but mobile. Naturally, mobile stations are not suitable for the described tracking, so that these signals have to be filtered out. Already non-mobile radio transmitters are often so numerous in cities and especially in large buildings, that only the choice for the tracking of suitable radio transmitter requires more time than is available for a quick and accurate tracking. Method in which the received radio signals from various radio transmitters z. B. sorted by received signal strength and then the positions of the strongest radio transmitter z. B. be queried and evaluated via an Internet connection, therefore quickly reach technical limits.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen. Ziel ist eine Vorrichtung, die selbst bei Empfang einer großen Zahl von Funksendern schnell geeignete heraussuchen und deren bekannte Standorte und deren gemessene Signalstärken zum Tracking nutzen kann.Object of the present invention is to remedy this situation. The goal is a device that can quickly find suitable ones even when receiving a large number of radio transmitters and their known locations and their measured signal strengths can be used for tracking.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient eine Vorrichtung gemäß dem Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen, auf die die Erfindung aber nicht beschränkt ist, sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.To achieve this object is a device according to claim 1. Advantageous embodiments, to which the invention is not limited, are specified in the dependent claims.

Hierzu trägt eine Vorrichtung zur Bestimmung und/oder Verfolgung der Position eines Nutzers mittels Funksignalen bei, welche mindestens eine erste Empfangseinrichtung für Funksignale in einem vorgebbaren Frequenzbereich aufweist und eine Auswertung zur eindeutigen Identifizierung verschiedener Funksender zur Ermittlung der Position aus Empfangsstärken und/oder Standorten von Funksendern hat. Weiter hat diese Vorrichtung (neben an sich bekannten Mitteln für eine Positionsbestimmung) noch mindestens eines der folgenden Merkmale:

  1. a. einen Datenspeicher für Identifizierungsdaten und/oder Positionen von Funksendern;
  2. b. ein Kommunikationsmodul zur Verbindungsaufnahme mit einem externen Datenspeicher für Identifizierungsdaten und/oder Positionen von Funksendern;
  3. c. eine Auswertung zur Auswahl für eine Positionsbestimmung geeigneter Funksender aus identifizierten Sendern.
For this purpose, a device for determining and / or tracking the position of a user by means of radio signals, which has at least a first receiving device for radio signals in a predetermined frequency range and an evaluation for unambiguous identification of different radio transmitter to determine the position of reception strengths and / or locations of radio transmitters Has. Furthermore, this device (in addition to known means for a position determination) still has at least one of the following features:
  1. a. a data memory for identification data and / or positions of radio transmitters;
  2. b. a communication module for connecting to an external data memory for Identification data and / or positions of radio transmitters;
  3. c. an evaluation for the selection of a position determination of suitable radio transmitter from identified transmitters.

Im einfachsten Fall weist die Vorrichtung einen Speicher (mit einer sogenannten „White List“) mit einer geeigneten Auswahl von stationären Funksendern auf, die sich in seiner Umgebung befinden. Jedes empfangene Signal kann dann schnell durch Vergleich mit diesem Speicher als geeignet oder ungeeignet klassifiziert werden. Die White List kann sowohl vollständige MAC-Adressen enthalten als auch unvollständige, wie z.B. nur Herstellerkennungen um z.B. entsprechende Geräte bestimmter Hersteller für das Tracking zu verwenden (siehe Aufbau der MAC-Adressen). Dabei gibt es verschiedene Wege, diesen Speicher mit geeigneten Daten zu versehen. Einerseits kann der Speicher bei der Herstellung der Vorrichtung mit geeigneten Daten belegt werden, andererseits ist auch eine nachträgliche regelmäßige oder episodische Aktualisierung des Speichers möglich, und zwar auf allen bekannten Wegen, die heutzutage bei einem sogenannten Update benutzt werden, soweit die Vorrichtung dafür geeignet ist. Sie kann also z. B. einen Anschluss für ein Datenverbindungskabel aufweisen, aber vor allem auch funktechnisch für ein drahtloses Update eingerichtet sein.In the simplest case, the device has a memory (with a so-called "white list") with a suitable selection of stationary radio transmitters, which are located in its environment. Each received signal can then be quickly classified as appropriate or inappropriate by comparison with that memory. The white list may contain both full MAC addresses and incomplete ones such as only manufacturer identifications by e.g. appropriate devices of certain manufacturers for the tracking to use (see structure of the MAC addresses). There are various ways to provide this memory with suitable data. On the one hand, the memory in the manufacture of the device can be covered with appropriate data, on the other hand, a subsequent periodic or episodic update of the memory is possible, in all known ways, which are used today in a so-called update, as far as the device is suitable , So you can z. B. have a connection for a data connection cable, but above all be set up by radio for a wireless update.

Wenn die Vorrichtung, was typischerweise der Fall sein wird, eine Verbindung zum Internet aufnehmen kann, so kann sie z. B. auch bei einer Inbetriebnahme zunächst alle empfangenen und identifizierbaren Funksender nacheinander bei einer geeigneten Datenbank im Internet auf Verwendbarkeit für das Tracking abfragen und in dem internen Speicher nur die Identifizierungen, möglicherweise auch mit deren genauen Koordinaten, ablegen, die geeignet sind. Danach brauchen nur noch die im Speicher abgelegten Funksender zum Tracking benutzt zu werden, wodurch der Rechenaufwand und das ausgetauschte und/oder gehandhabte Datenvolumen der Vorrichtung verringert werden. Bewegt sich der Benutzer und/oder werden neue Funksender empfangen, so kann der Speicher natürlich aktualisiert werden. Grundsätzlich muss in diesem Fall der Datenspeicher auch nicht in der Vorrichtung sein, sondern kann als sogenannter Cloud-Speicher auch extern und nur über Funk erreichbar abgelegt sein. Auch eine Aufteilung der Daten in dem Sinne, dass z. B. die White List nur geeignete Identifizierungen enthält, die Positionen geeigneter Funksender aber jeweils abgefragt werden, ist möglich und hängt von den verfügbaren Speichern und Kommunikationswegen ab.If the device, which will typically be the case, can connect to the Internet, it may e.g. B. even when commissioning initially all received and identifiable radio transmitter sequentially in a suitable database in the Internet on usability for tracking query and store in the internal memory only the identifications, possibly with their exact coordinates, which are suitable. Thereafter, only the radio transmitters stored in the memory need to be used for tracking, whereby the computational effort and the exchanged and / or managed data volume of the device are reduced. If the user moves and / or new radio transmitters are received, then the memory can of course be updated. Basically, in this case, the data storage does not have to be in the device as well, but can also be stored as a so-called cloud storage device externally and only accessible via radio. Also a division of the data in the sense that z. If, for example, the white list only contains suitable identifications, but the positions of suitable radio transmitters are in each case queried, this is possible and depends on the available memories and communication paths.

Alles was bisher und im Folgenden erläutert ist, gilt in entsprechender Weise natürlich auch für den Fall, dass nicht geeignete, sondern ungeeignete Funksender gespeichert (eine sogenannte „Black List“) und bei den weiteren Aktionen nicht mehr berücksichtigt werden. Die Entscheidung, welcher Weg gewählt wird, hängt davon ab, ob mehr nutzbare oder mehr ungeeignete Funksender erwartet werden. Wichtig ist, dass die Vorrichtung bewegliche Funksender (außer vielleicht bei genau bekannten Bewegungsbahnen wie sie z. B. bei Satelliten auftreten) schnell aussortieren und bei den Tracking-Berechnungen unberücksichtigt lassen kann.Everything that has been explained so far and below, of course, also applies in the event that not suitable, but unsuitable radio transmitter stored (a so-called "black list") and in the further actions are no longer taken into account. The choice of which route to choose depends on whether more usable or more inappropriate radio stations are expected. It is important that the device can quickly sort out mobile radio transmitters (except perhaps for precisely known trajectories such as those found on satellites) and ignore them in the tracking calculations.

Dazu ist auch eine Auswertung, die die Funktion eines Filters erfüllt, hilfreich, welche in einem ersten Schritt nur die Sender zur weiteren Bearbeitung zulässt, die geeignet sind. Neben z. B. einer vorgebbaren Mindestempfangsstärke ist dies die Zugehörigkeit zu einer White List oder die Nicht-Zugehörigkeit zu einer Black List. Wenn viele geeignete Funksender zur Verfügung stehen, können weitere Kriterien in der Auswertung zu einer Reduzierung auf eine sinnvolle Anzahl genutzt werden, insbesondere auch die Zugehörigkeit zu einer bestimmten vorgebbaren Teilmenge der gespeicherten Daten.This is also an evaluation that fulfills the function of a filter, helpful, which allows in a first step only the transmitter for further processing, which are suitable. In addition to z. B. a predefinable minimum receiving strength, this is the affiliation to a white list or non-affiliation to a black list. If many suitable radio transmitters are available, further criteria can be used in the evaluation for a reduction to a reasonable number, in particular also the affiliation to a certain predefinable subset of the stored data.

Die bisher beschriebene Vorrichtung und das zugehörige Vorgehen ermöglichen es, selbst bei einer großen Zahl von empfangbaren Funkstationen, von denen viele für ein Tracking ungeeignet sind, schnell geeignete auszuwählen und nur deren Funksignale, insbesondere deren Empfangsstärke und Standort zur Positionsbestimmung in an sich bekannter Weise einzusetzen.The apparatus described so far and the associated procedure make it possible to quickly select suitable ones and even to use only their radio signals, in particular their reception strength and location for position determination in a manner known per se, even in the case of a large number of receivable radio stations, many of which are unsuitable for tracking ,

Um die hier vorgeschlagene Vorrichtung für vielseitige Anwendungen nutzbar zu machen, wird bevorzugt eine Umschaltung zwischen verschiedenen Arten von Funksendern (und damit gegebenenfalls auch Frequenzbändern) vorgesehen. Dafür ist die erste Empfangseinrichtung entsprechend geeignet/hergerichtet bzw. es müssen zwei oder mehr geeignete Empfangseinrichtungen vorhanden sein, zwischen denen umgeschaltet werden kann. Dabei kann es sich um ein GPS-System für wenig bebaute Gebiete, Mobilfunksender und z. B. auf WLAN/Bluetooth gestützte Systeme handeln. Die Umschaltung wird von Hand oder automatisch ausgelöst, wobei eine automatische Umschaltung bevorzugt wird, beispielsweise ausgelöst durch den Wegfall geeigneter Funkstationen in einem laufenden System. Bei mit Batterie bzw. Akku betriebenen Geräten kann die Umschaltung auch unter Berücksichtigung des Energieverbrauchs verschiedener Tracking-Systeme erfolgen, um den Energieverbrauch an die jeweilige Situation durch eventuelle zeitweilige Nutzung einer energiesparenden Technologie anzupassen.In order to make the device proposed here suitable for versatile applications, it is preferable to switch between different types of radio transmitters (and thus possibly also frequency bands). For this purpose, the first receiving device is suitably suitable / prepared or there must be two or more suitable receiving devices, between which can be switched. This may be a GPS system for less developed areas, mobile stations and z. B. act on wireless / Bluetooth supported systems. The switching is triggered by hand or automatically, with an automatic switching is preferred, for example, triggered by the elimination of suitable radio stations in a running system. In the case of battery-operated devices, the switching can also be made taking into account the energy consumption of various tracking systems, in order to adapt the energy consumption to the respective situation by possible temporary use of an energy-saving technology.

Auch ein Beschleunigungssensor oder das Überschreiten eines vorgebbaren Tracking-Bereiches kann zur Auslösung der Umschaltung eingesetzt werden. So kann es bei logistischen Aufgaben vorkommen, dass zeitweise die genaue Position in einem Gebäude oder Lager benötigt wird, zu anderen Zeiten aber ein Weg im Straßenverkehr verfolgt werden soll, was die Erkennung beider Zustände und eine Umschaltung zwischen verschiedenen Ortungstechnologien erfordert. Als Beispiel kann bei Bewegung ab einer bestimmten Geschwindigkeit auf Straßenverkehr geschlossen werden und per GPS die Position bestimmt werden und unterhalb dieser Geschwindigkeit bzw. bei Stillstand mittels WiFi die Position bestimmt werden. Die Umschaltung kann auch durch Funksignale oder andere physikalische Sensorik oder zeitlich gesteuert werden.An acceleration sensor or the exceeding of a predefinable tracking range can also be used to trigger the changeover. So it may happen in logistics tasks that temporarily the exact position in a building or warehouse is needed, but at other times a path in the road to be followed, which requires the detection of both states and a switch between different tracking technologies. As an example, when moving from a certain speed on road traffic can be closed and determined by GPS position and below this speed or at standstill using WiFi to determine the position. The switching can also be controlled by radio signals or other physical sensors or time.

Für besonders kleine und/oder preisgünstige und/oder schnelle derartige Vorrichtungen ist es besonders hilfreich, wenn nicht unnötig viele Daten übermittelt und/oder ausgewertet werden müssen. Insbesondere die Datenübermittlung zu einer zentralen Stelle bei der Benutzung von externen Speichern über Funk sollte keine unnötigen Daten enthalten. Hierfür dient erfindungsgemäß eine Datenkompression, die am Beispiel des WLAN-basierten Trackings wie nachfolgend beschrieben funktioniert.For particularly small and / or inexpensive and / or fast such devices, it is particularly helpful if not unnecessarily many data must be transmitted and / or evaluated. In particular, data transmission to a central location when using external storage via radio should not contain unnecessary data. For this purpose, a data compression is used according to the invention, which works on the example of the WLAN-based tracking as described below.

Nach einem international vereinbarten Standard wird jeder WLAN-Sender (und Analoges gilt auch oft für die Sender anderer Funksysteme) mit einer eindeutigen Kennung versehen, der sogenannten MAC-Adresse oder andere Seriennummer, UUID oder ähnliches, die er bei seinem Betrieb regelmäßig aussendet, um seine Identifizierung zu ermöglichen. In hexadezimaler Schreibweise sieht eine MAC-Adresse so aus: HH:HH:HH:NN:NN:NN. Die ersten 2 oder 3 Bytes sind charakteristisch für einen Hersteller, die übrigen bilden eine Art Seriennummer. Wegen einer begrenzten Reichweite (Sendeleistung) solcher WLAN-Funksender ist es aber für einen beliebigen Empfangsbereich tatsächlich nicht erforderlich, zur Unterscheidung und Weiterverarbeitung der Signale empfangener Funksender die kompletten Adressen zu benutzen. Erfindungsgemäß wird eine Datenkompression vorgesehen, bei der die MAC-Adresse sinnvoll gekürzt wird, beispielsweise auf 1 oder 2 Byte für den Hersteller und 1 bis 3 Byte für die Seriennummer. Damit sind nicht eindeutige Zuordnungen in einem Empfangsgebiet immer noch sehr unwahrscheinlich. Die komprimierten Kennungen können bei jedem Funksender zusätzlich in der White List gespeichert und bei der Verarbeitung der Daten statt der vollständigen Kennung benutzt werden.According to an internationally agreed standard, each WLAN transmitter (and the same is often true for the transmitters of other wireless systems) provided with a unique identifier, the so-called MAC address or other serial number, UUID or the like, which he sends out regularly in his operation to enable his identification. In hexadecimal notation, a MAC address looks like this: HH: HH: HH: NN: NN: NN. The first 2 or 3 bytes are characteristic for one manufacturer, the remaining form a kind of serial number. Because of a limited range (transmission power) of such wireless radio transmitters, however, it is actually not necessary for any reception area to use the complete addresses for distinguishing and further processing the signals of received radio transmitters. According to the invention, a data compression is provided in which the MAC address is usefully shortened, for example to 1 or 2 bytes for the manufacturer and 1 to 3 bytes for the serial number. This makes ambiguous assignments in a receiving area still very unlikely. The compressed identifiers can be additionally stored in the white list of each radio transmitter and used in processing the data instead of the complete identifier.

Wenn die Berechnung der Position des Benutzers nicht in der Vorrichtung erfolgt, sondern die empfangenen Funksender und deren Signalstärke an eine andere Stelle zur Berechnung übermittelt werden, ist es besonders wichtig, dass möglichst wenige Daten übertragen werden. Vor allem im Falle der weiteren Übermittlung und Datenverarbeitung mit kleinen Datenpaketgrößen wie z. B. dem Sigfox Protokoll, das nur Datenpakete von max. 12 Bytes übermitteln kann, ist eine Datenkompression sehr nützlich und erfindungsgemäß bevorzugt. In diesen Beispiel können in einem 12 Byte langen Sigfox Protokoll nicht nur die Identifizierungen von 2 Funksendern ohne zugehörige Signalstärken übertragen werden, sondern die von 3 Funksendern bestehend aus je 4 Bytes je Funksender, was schon eine sinnvolle Ortung möglich macht, jedoch noch ohne gleichzeitige Nutzung der empfangenen Signalstärken des jeweiligen Funksenders.If the calculation of the position of the user is not carried out in the device but the received radio transmitters and their signal strength are transmitted to a different location for the calculation, it is particularly important that as few data as possible are transmitted. Especially in the case of further transmission and data processing with small data packet sizes such. As the Sigfox protocol that only data packets of max. 12 bytes, data compression is very useful and preferred according to the invention. In this example, in a 12-byte Sigfox protocol not only the identifications of 2 radio transmitters without associated signal strengths can be transmitted, but that of 3 radio transmitters consisting of 4 bytes per radio transmitter, which makes a meaningful location possible, but still without simultaneous use the received signal strengths of the respective radio transmitter.

Die beschriebene Datenkompression kann noch weiter erhöht werden, wenn man je Hersteller 2, 4 oder 8 Kennungen in der White List vergibt, so dass innerhalb eines Datenpaketes statt der vollständigen Kennung noch 1, 2 oder 4 Bits für die Signalstärke verwendet werden können, was im Falle von Sigfox, aber auch bei jedem anderen Protokoll eine starke Datenkompression ermöglicht trotz Übertragung von MAC-Adresse und Signalstärke. Ein Datenkombinierer macht dann erfindungsgemäß aus den komprimierten Identifizierungsdaten und Daten für die Empfangsstärken Datenpakete, die für eine schnelle Übermittlung und einen jeweiligen Standard geeignet sind. Die übertragenen Daten werden dann zur Verarbeitung wieder dekodiert, indem die gleiche White List mit den Kennungen benutzt wird, die bei der Kompression verwendet wurde. Daraus ergibt sich dann wieder die komplette MAC-Adresse und die einem Funksender zugeordnete Signalstärke. The data compression described can be increased even further by assigning 2, 4 or 8 identifiers in the white list to each manufacturer, so that 1, 2 or 4 bits can be used for signal strength within a data packet instead of the complete identifier Case of Sigfox, but also with any other protocol allows for strong data compression despite transmission of MAC address and signal strength. According to the invention, a data combiner then makes from the compressed identification data and data for the reception strengths data packets which are suitable for a fast transmission and a respective standard. The transmitted data is then decoded again for processing by using the same white list with the identifiers used in the compression. This then results in the complete MAC address and the signal strength assigned to a radio transmitter.

Somit kann man innerhalb von 12 Bytes 4 komplette MAC-Adressen mit einer 2-, 4-, oder 8-stufigen Signalstärke übertragen. Die Kodierung der Signalstärken ist dabei nicht auf einzelne Bits beschränkt, vielmehr kann man je nach benötigter Auflösung der Signalstärke die Zahl der vergebenen Kennungen pro Hersteller anpassen. In realistischen Anwendungsfällen wird eine geringe Zahl von Kennungen pro Hersteller für ein genaues Tracking in einem typischen Empfangsbereich ausreichen.Thus, you can transmit 4 complete MAC addresses with a 2-, 4-, or 8-stage signal strength within 12 bytes. The coding of the signal strengths is not limited to individual bits, but you can adjust the number of assigned identifiers per manufacturer depending on the required resolution of the signal strength. In realistic applications, a small number of identifiers per manufacturer will suffice for accurate tracking in a typical reception range.

Es ergibt sich klar, dass hier auch ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Verfolgung der Position eines Nutzers mittels Funksignalen angegeben wird, dass auch unabhängig von der konstruktiven Gestaltung der hier beschriebenen Vorrichtung eigenständig eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik darstellen kann.It is clear that a method for determining and / or tracking the position of a user by means of radio signals is also specified here, that independently of the structural design of the device described here can independently represent an improvement over the prior art.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden an Hand der Figur näher erläutert, wobei die Erfindung nicht auf die in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiele und Kombinationen von Einzelheiten beschränkt ist.

  • 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Positionsbestimmung.
Further advantages and details of the invention will be explained in more detail with reference to the figure, wherein the invention is not limited to the embodiments shown in the figure and combinations of details.
  • 1 schematically shows an embodiment of a device for determining position.

Eine Vorrichtung 1 enthält mindestens eine erste Empfangseinrichtung 2 zum Empfang von Funksignalen einer bestimmten Technologie, z. B. WLAN oder Bluetooth. Im typischen Anwendungsfall handelt es sich um Funksignale in einem bestimmten Frequenzbereich mit denen digitale Signale übermittelt werden. Optional können erfindungsgemäße Vorrichtungen aber auch mit weiteren Empfangseinrichtungen ausgestattet sein, beispielsweise mit einer zweiten Empfangseinrichtung 3 für Mobilfunk und einer dritten Empfangseinrichtung 4 für GPS. Sind mehrere Empfangseinrichtungen vorhanden, so gibt es eine Umschaltung 5, die je nach Anforderungen und Umgebungsbedingungen zwischen den verschiedenen Technologien zur Positionsbestimmung umschalten kann. Bevorzugt ist eine Sensorik 6, insbesondere ein Beschleunigungssensor, mit der Umschaltung 5 verbunden, der Informationen über die jeweilige Art der Nutzung der Vorrichtung 1 und über Empfangsbedingungen für Funksignale liefern kann. So kann bei bestimmten Bewegungen oder Bedingungen eine andere Technologie zum Tracking benutzt werden als z. B. in Ruhe oder unterhalb / oberhalb eine Geschwindigkeitsschwelle. In der Umschaltung 5 können auch andere Bedingungen für einen Wechsel der Technologie vorgegeben sein, insbesondere mit dem Energieverbrauch verknüpfte Bedingungen. Die Signale der ausgewählten (oder einzigen) Technologie werden in einer Auswertung 7 weiterverarbeitet. Erfindungsgemäß wird für jeden empfangenen Funksender (nicht dargestellt) dessen Identifizierungssignal ermittelt und mit in einem Speicher 8 abgelegten Daten verglichen. Der Speicher 8 enthält entweder Daten von zur Positionsbestimmung geeigneten Funksendern (White List) oder von nicht geeigneten Funksendern (Black List), je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung vorteilhafter ist. Die Organisation der Daten im Speicher 8 sollte so sein, dass möglichst schnell für jeden empfangenen Funksender ermittelt werden kann, ob er geeignet ist oder nicht. Ein Kommunikationsmodul 13 und/oder ein Dateneingang 15 erlauben es, in den Speicher 8 Daten einzulesen bzw. vorhandene Daten zu aktualisieren. Meist wird dies nach Art eines Updates erfolgen, wobei eine schon ermittelte ungefähre Position der Vorrichtung 1 oder die gerade empfangenen Funksender bei der Auswahl der benötigten Daten im Speicher 8 berücksichtigt werden können. Die Auswertung 7 ist auch verbunden mit einer Signalstärkemessung 10, die ermittelt, mit welcher Stärke die Signale der empfangenen Funksender eintreffen (woraus sich später die ungefähren Abstände zu den Funksendern ermitteln lassen, sofern deren Sendecharakteristiken und andere Umgebungsbedingungen bekannt sind). Für die weitere Verarbeitung der empfangenen Identifizierungen und Signalstärken von geeigneten Sendern (laut White/Black List) müssen nicht unbedingt die ganzen (weltweit eindeutigen) Identifizierungen und hochpräzise Signalstärken benutzt werden. Eine Komprimierung 11 wählt daher wie oben beschrieben sinnvolle Teile der vorhandenen Daten aus und speichert diese in einem Zusatzspeicher 9 als (komprimierte) Zusatzinformation zu den als geeignet erkannten Identifizierungen der Funksender. Ein Datenkombinierer 14 macht dann erfindungsgemäß aus den komprimierten Identifizierungsdaten und gegebenenfalls Daten für die Empfangsstärken Datenpakete, die für eine schnelle Übermittlung und einen jeweiligen Standard geeignet sind. Diese Daten können dann mit weniger Aufwand an Datenfluss in einer Positionsbestimmung 12 weiterverarbeitet und/oder über das Kommunikationsmodul 13 an eine zentrale Stelle (nicht dargestellt) übermittelt werden. Je nach Methode und verwendeten Algorithmen in der Positionsbestimmung 12 wird auch die Signalstärke mit einer geeigneten Genauigkeit (also einer geeigneten Anzahl an Bits pro gemessener Signalstärke oder Anzahl von Stufen für Signalstärke) mitverarbeitet oder gesendet. Ein zusätzlicher Dateneingang 15 ist bevorzugt dann an der Vorrichtung 1 vorhanden, wenn sie autark und ohne eigene Kommunikation zum Tracking benutzt werden soll, damit auch dann der Speicher 8 bei Bedarf aktualisiert werden kann. A device 1 contains at least a first receiving device 2 for receiving radio signals of a particular technology, e.g. B. WLAN or Bluetooth. The typical application is radio signals in a certain frequency range with which digital signals are transmitted. Optionally, however, devices according to the invention can also be equipped with further receiving devices, for example with a second receiving device 3 for mobile radio and a third receiving device 4 for GPS. If there are several receiving devices, there is a changeover 5 which can switch between different positioning technologies depending on requirements and environmental conditions. A sensor is preferred 6 , in particular an acceleration sensor, with the switching 5 connected, the information about the particular type of use of the device 1 and can provide over radio signal reception conditions. Thus, in certain movements or conditions, a different technology can be used for tracking than z. B. at rest or below / above a speed threshold. In the switch 5 For example, other conditions may be set for a change in technology, in particular conditions associated with energy consumption. The signals of the selected (or only) technology are evaluated 7 further processed. According to the identification signal is determined for each received radio transmitter (not shown) and with in a memory 8th stored data compared. The memory 8th contains either data from radio stations suitable for position determination (white list) or from inappropriate radio transmitters (black list), whichever is more advantageous for a particular application. The organization of data in memory 8th should be such that it can be determined as quickly as possible for each received radio transmitter, whether it is suitable or not. A communication module 13 and / or a data input 15 allow it in the store 8th Read data or update existing data. Most of this will be done in the manner of an update, with an already determined approximate position of the device 1 or the currently received radio transmitter in the selection of the required data in the memory 8th can be considered. The evaluation 7 is also associated with a signal strength measurement 10 which determines the strength with which the signals of the received radio transmitters arrive (from which the approximate distances to the radio transmitters can later be determined, as long as their transmission characteristics and other ambient conditions are known). For the further processing of the received identifications and signal strengths of suitable transmitters (according to White / Black List), it is not absolutely necessary to use the whole (globally unique) identifications and high-precision signal strengths. A compression 11 therefore selects as described above meaningful parts of the existing data and stores them in an additional memory 9 as (compressed) additional information to the identified as suitable identifications of the radio transmitter. A data combiner 14 then makes according to the invention from the compressed identification data and possibly data for the reception strengths data packets that are suitable for fast transmission and a respective standard. This data can then be used with less overhead on data flow in a position determination 12 further processed and / or via the communication module 13 to a central location (not shown). Depending on the method and algorithms used in the position determination 12 Also, the signal strength is co-processed or sent with an appropriate accuracy (that is, an appropriate number of bits per measured signal strength or number of levels of signal strength). An additional data input 15 is then preferred to the device 1 if it is to be used autonomously and without own communication for the tracking, thus also the memory 8th can be updated if necessary.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, selbst bei Empfang einer großen Zahl von Funksendern an einem Ort, deren Eignung für eine Positionsbestimmung zunächst nicht bekannt ist, schnell und ohne Datenaustausch (oder jedenfalls mit einem Austausch von nur wenigen Daten) mit einer zentralen Stelle geeignete Sender auszuwählen und nur noch diese für ein schnelles und genaues Tracking einzusetzen. Durch die Möglichkeit, mit einer von Bedingungen abhängigen Umschaltung auf verschiedene Technologien der Positionsbestimmung zurückzugreifen, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung vielseitig einsetzbar, z. B. im Wechsel in Gebäuden, Logistikzentren und im Straßenverkehr (nah und fern).The present invention makes it possible, even when receiving a large number of radio transmitters in a location whose suitability for a position determination is initially unknown, quickly and without data exchange (or in any case with an exchange of only a few data) to select suitable transmitters with a central location and only use them for a quick and accurate tracking. Due to the possibility of resorting to a condition-dependent switching to different technologies of position determination, a device according to the invention is versatile, for. B. in buildings, logistics centers and in traffic (near and far).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Vorrichtungcontraption
22
Erste Empfangseinrichtung (z. B. GPS)First receiving device (eg GPS)
33
Zweite Empfangseinrichtung (z. B. Mobilfunk)Second receiving device (eg mobile radio)
44
Dritte Empfangseinrichtung (z. B. WLAN)Third receiving device (eg WLAN)
55
Umschaltungchange
66
Sensoriksensors
77
Auswertungevaluation
88th
Speicher (White/Black List)Memory (White / Black List)
99
Zusatzspeicheradditional memory
1010
SignalstärkemessungSignal strength measurement
1111
Komprimierungcompression
1212
Positionsbestimmunglocation
1313
Kommunikationsmodulcommunication module
1414
Datenkombiniererdata combiner
1515
Dateneingangdata input

Claims (8)

Vorrichtung (1) zur Bestimmung und/oder Verfolgung der Position eines Nutzers mittels Funksignalen, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eine erste Empfangseinrichtung (2) für Funksignale in einem vorgebbaren Frequenzbereich aufweist und eine Auswertung (5) zur eindeutigen Identifizierung verschiedener Funksender zur Ermittlung der Position aus Empfangsstärken und/oder Standorten von Funksendern, wobei die Vorrichtung (1) mindestens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. einen Datenspeicher (8) für Identifizierungsdaten und/oder Positionen von Funksendern; b. ein Kommunikationsmodul (13) zur Verbindungsaufnahme mit einem externen Datenspeicher für Identifizierungsdaten und/oder Positionen von Funksendern; c. eine Auswertung (7) zur Auswahl für eine Positionsbestimmung geeigneter Funksender aus identifizierten Sendern.Device (1) for determining and / or tracking the position of a user by means of radio signals, the device (1) having at least a first receiving device (2) for radio signals in a predeterminable frequency range and an evaluation (5) for unambiguous identification of different radio transmitter for determination the position of reception strengths and / or locations of radio transmitters, wherein the device (1) has at least one of the following features: a. a data memory (8) for identification data and / or positions of radio transmitters; b. a communication module (13) for connection to an external data memory for identification data and / or positions of radio transmitters; c. an evaluation (7) for the selection of a position determination of suitable radio transmitter from identified transmitters. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (1) eine Sensorik (6) zur Erkennung für verschiedene Empfangsbedingungen oder Nutzungsbedingungen und eine Umschaltung (5) zwischen verschiedenen Empfangseinrichtungen (2, 3, 4) aufweist.Device after Claim 1 , wherein the device (1) has a sensor system (6) for detection for different reception conditions or conditions of use and a changeover (5) between different receiving devices (2, 3, 4). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung (1) eine Signalstärkemessung (10) zur Feststellung der Empfangsstärke von Funksignalen eines Funksenders aufweist.Device after Claim 1 or 2 wherein the device (1) comprises a signal strength measurement (10) for determining the reception strength of radio signals of a radio transmitter. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vorrichtung eine Komprimierung (11), die eine Reduzierung von Identifizierungsdaten und/oder Signalstärkedaten ermöglicht.Device after Claim 1 or 2 wherein the device comprises a compression (11) enabling a reduction of identification data and / or signal strength data. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Zusatzspeicher (9) vorhanden ist für komprimierte Identifizierungsdaten zumindest von als geeignet erkannten Funksendern.Device according to one of the preceding claims, wherein an additional memory (9) is provided for compressed identification data of at least recognized as suitable radio transmitters. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei ein Datenkombinierer (14) vorhanden ist, der Identifizierungsdaten und Daten von Empfangsstärken zusammenführt zu Datenpaketen vorgebbarer Größe.Device according to one of Claims 3 to 5 in which a data combiner (14) is present, which combines identification data and data of reception strengths into data packets of a predefinable size. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Kommunikationsmodul (13) vorhanden ist zum Datenaustausch mit einer zentralen Stelle.Device according to one of the preceding claims, wherein a communication module (13) is present for data exchange with a central location. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Dateneingang (15) vorhanden ist zum Aktualisieren des Datenspeichers (8).Device according to one of the preceding claims, wherein a data input (15) is provided for updating the data memory (8).
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