FI113731B - Paikannusmenetelmä matkaviestin verkoille - Google Patents

Description

1 113731

PAIKANNUSMENETELMÄ MATKAVIESTIN VERKOILLE

Keksinnön ala

Keksintö liittyy yleisesti paikannustekniikoihin. Tarkemmin sanoen 5 keksintö liittyy päättelyyn koskien matkaviestimen maantieteellistä sijaintia matkaviestinverkossa.

Tekniikan tausta

Kaksi pääasiallista syytä ovat motivoineet paikannustekniikoiden 10 kehittymistä matkaviestinverkoissa. Ensinnäkin eri viranomaiset asettavat vaatimuksia matkaviestimien paikannukselle. Tietyille viranomaisille kuten hälytyskeskuksille on hyvin tärkeää pystyä paikantamaan soittaja niin tarkasti kuin mahdollista. Monissa maissa laki asettaa vaatimuksia paikannusmenetelmille. Esimerkiksi Yhdysvalloissa 67 prosenttia matkaviestinpuheluista täy-15 tyy pystyä lähitulevaisuudessa paikantamaan 50 metrin tarkkuudella ja 95 prosenttia 150 metrin tarkkuudella. Toiseksi monet matkaviestinverkoissa tarjottavat tulevaisuuden palvelut tulevat olemaan sellaisia, että ne vaativat tiedon matkaviestimen senhetkisestä maantieteellisestä sijainnista.

Mitä suuremman tarkkuuden paikannusmenetelmä tarjoaa sitä pa- : . ; 20 remmin se kykenee palvelemaan paikannusinformaatiota hyödyntävää sovel- «· · · . lusta. Tämä koskee erityisesti tiheästi rakennettuja urbaaneja alueita, missä • · · ei voi nähdä kauaksi. Paikannusmenetelmien tarkkuus riippuu monista eri • · · t' tekijöistä kuten radioaaltojen etenemisefekteistä. Tämä on pääasiallinen syy siihen, että tiheät urbaanit alueet ovat paikannustarkkuuden kannalta vaikeita ],/ 25 ja haastavia ympäristöjä hankalien heijastumien vuoksi ja koska signaalin *···' vaimentuu vähemmän edetessään pitkin katukanjoneita kuin rakennusten lävitse.

»* * : V Eräs tunnettu, tarkka matkaviestimen paikannusmenetelmä on ns.

• ♦ ♦ DCM-menetelmä (Database Correlation Method). Tässä menetelmässä mat-30 kaviestimen kokema signaali-informaatio on talletettu tietokantaan. Ennen ,··». paikannusjärjestelmän käyttöönottoa perustetaan siis tietokanta, joka sisältää

I

"* sijaintiriippuvaisia, koko järjestelmän peltoalueelta mitattuja signaali-näyt- teitä. Kun järjestelmä on otettu käyttöön ja matkaviestintilaaja on paikannettu, :.' i päätelaite lähettää paikannuspalvelimelle senhetkisen, sijaintisidonnaisen 35 signaali-informaation. Palvelin vertaa signaali-informaatiota tietokannan sisäl- 2 113731 töön ja hakee sitten tietokannasta sijainnin, johon liittyvää signaalinäytettä vastaanotettu signaali-informaation parhaiten vastaa.

Suurin haittapuoli tässä menetelmässä on tietokannan ylläpitämiseksi vaadittava laajamittainen työ eli tarvitaan paljon kenttämittauksia, jotta 5 tietokannasta saadaan oikeaa informaatiota. Tähän liittyy myös se tosiasia, että signaali-informaatio on riippuvainen monista eri tekijöistä. Signaali-informaatioon vaikuttavat tekijät sisältävät esimerkiksi muutokset verkkokonfigu-raatiossa, uudet rakennetut talot sekä lumen satamisen maahan. Näin ollen on ylivoimainen tehtävä ylläpitää korrekteja signaalinäytteitä laajan maantie-10 teellisen alueen osalta.

Toinen lähestymistapa sijainnin tarkkaan määritykseen on laskea sijainti tietyn etenemismallin perusteella. Näissä malleissa kenttämittauksia tarvitaan ainoastaan mallin kalibroimisessa. Nämä mallit kuitenkin edellyttävät tietoa alueelle rakennettujen rakennusten ominaisuuksista kuten korkeu-15 desta, leveydestä, seinien paksuudesta, pinnan materiaaleista jne. Näin ollen rakennustietokannan kerääminen ja ylläpitäminen muodostuu helposti ylivoimaiseksi tehtäväksi.

Nykyisiin paikannusmenetelmiin liittyy lisäksi sellainen ongelma, että inhimillisten tekijöiden vuoksi informaatio on toisinaan virheellistä kuten • f; 20 esimerkiksi sijaintiestimaatteihin tarvittava verkkokonfiguraatio. Esimerkiksi . alueilla, joilla käytetään suunnattavia antenneja, antennin suuntaukseen liit- tyvä informaatio voi olla väärää tai epätarkkaa aiheuttaen vääriä tai epätark-.; koja sijaintiestimaatteja.

* I

. Keksinnön tavoitteena on poistaa edellä kuvatut epäkohdat ja tuot- 25 taa ratkaisu, joka mahdollistaa matkaviestimen tarkan paikantamisen ilman *···’ kenttämittauksia tai työlästä informaation keräämistä tai ylläpitämistä.

Keksinnön lyhyt yhteenveto

Keksinnön tavoitteena on saavuttaa ratkaisu, jolla nykyisten pai- 30 kannusmenetelmien tarkkuutta voidaan parantaa. Lisäksi tavoitteena on tark- ,···. koja sijaintituloksia antava ratkaisu, joka ei vaadi laajoja kenttämittauksia tai » » [·* tietokokoelmia.

Nämä tavoitteet saavutetaan itsenäisissä patenttivaatimuksissa määritetyssä ratkaisussa.

35 Keksintö hyödyntää matkaviestinverkosta saatuja sijaintiriippuvai- sia parametreja määrittäessään matkaviestimen sijaintia. Verkko tarjoaa ta- 3 113731 vallisesti useita parametreja yksittäistä mittauskertaa kohden, joten mittaus-kertaan liittyvät parametrit edustavat tässä yhteydessä parametrijoukkoa.

Keksinnön ideana on luoda matkaviestinverkosta saatuihin para-metrijoukkoihin perustuen siirtymäverkko, joka käsittää erillisiä solmuja ja sol-5 mujen välisiä linkkejä, ja optimoida solmujen sijainti verkon sisällä. Optimointi sisältää yksittäisen solmun aseman määrittämisen solmun naapurisolmujen asemien perusteella sekä ainakin muutamien naapurisolmujen siirtämisen rajoittamisen, jotta solmujen siirtäminen pysyy kontrollissa.

Siirtymäverkossa yksittäinen solmu edustaa sellaisia parametri-10 joukkoja, joilla on ennalta määrätty sisältö (ennalta määrätyt arvot) ja solmun asema liittyy tiettyyn sijaintiin. Kahta naapurisolmua yhdistävä linkki edustaa siirtymää matkaviestimen kahden peräkkäisen sijaintipaikan välillä. Menetelmän optimointivaiheessa solmun uusi asema määritetään kyseiseen solmuun suoraan linkillä liitettyjen solmujen perusteella. Kun matkaviestin on paikan-15 nettu ja parametrijoukko on vastaanotettu verkosta tässä tarkoituksessa, parametrijoukkoa vastaavan solmun uutta asemaa käytetään matkaviestimen paikantamisessa.

Siirtymäverkossa jokainen solmu sisältää informaatiota niiden solmujen asemista, joista matkaviestimet ovat siirtyneet kyseiseen solmuun se- • 20 kä niiden solmujen asemista, joihin matkaviestimet ovat siirtyneet kyseisestä *»· · . .·. solmusta eli jokainen solmu edustaa arvioitua siirtymäpistettä, jonka kautta matkaviestin on kulkenut. Keksinnön taustalla oleva ajatus on, että ne sijain-tipaikat, joista matkaviestimet ovat siirtyneet tiettyyn sijaintipaikkaan ja joihin * > . matkaviestimet ovat siirtyneet kyseisestä sijaintipaikasta antavat tarkan ar- ... 25 vion kyseisestä sijaintipaikasta ja tämän vuoksi sijaintipaikoista kerätään da- *···’ taa eli muodostetaan siirtymäverkko. Kahden peräkkäisen mittauksen osalta sijaintipaikkojen välinen etäisyys ei voi olla pitkä; näin erityisesti silloin, kun : sijaintipaikkoja mitataan säännöllisesti. Täten naapurisolmujen täytyy olla ·«· :: melko lähellä toisiansa.

30 Keksinnön avulla sijainninmääritykseen sisältyvät työläät vaiheet .···. voidaan välttää sekä kenttämittausten että tietokannan ylläpidon osalta. Työ- läiden vaiheiden sijasta menetelmän tarvitsema data voidaan kerätä verkon *· ’· käytön aikana verkon senhetkisiltä käyttäjiltä.

Keksinnön lisäetuna on se, että virheet ja poikkeavuudet voidaan 35 eliminoida sekä radioparametrien (eli parametriarvot, jotka eivät ilmoita oikein sijaintipaikkaa) että tietokannan osalta. Virhe tai poikkeama radioparamet- 4 113731 reissä saattaa aiheutua radioaallon epätavallisesta heijastumisesta ja virhe verkon tietokannassa saattaa aiheutua esimerkiksi antennin virheellisestä suunta-arvosta. Nämä olosuhteista aiheutuvat virheelliset tulokset voidaan eliminoida, koska keksinnöllinen menetelmä perustuu ajankohtaisiin mittauk-5 siin.

Keksinnön lisäetuna on lisäksi se, että menetelmä ei ole riippuvainen verkon implementaatiosta, vaan sitä voidaan soveltaa missä tahansa verkossa, jossa ainakin yksi matkaviestimen sijaintipaikasta riippuva parametri on saatavilla. Menetelmää voidaan näin ollen käyttää erilaisiin sijainti-10 riippuvaisiin parametreihin perustuvien verkkoimplementaatioiden päällä.

Keksinnön lisäetuna on lisäksi se, että menetelmä on kaikkein hyödyllisin alueilla, joilla paikannuspalvelua tarvitaan eniten. Tämä johtuu siitä, että menetelmän tarkkuus on sitä parempi mitä suurempi määrä paikan-nusmittauksia suoritetaan.

15

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityiskohtaisemmin oheisten kaaviollisten kuvioiden avulla, joista : 20 kuvio 1 esittää sijaintiriippuvaa informaatiota, jota on saatavissa tyypilli- : sestä suuntaamattomia soluja hyödyntävästä solukkoverkosta, .y. kuvio 2 esittää sijaintiriippuvaa informaatiota, jota on saatavissa tyypilli- sestä sektorisoluja hyödyntävästä solukkoverkosta, • · ,,,,; kuvio 3 esittää keksinnöllistä järjestelmää, 25 kuvio 4 esittää keksinnöllisessä menetelmässä muodostetun siirtymäver- kon ensimmäistä suoritusmuotoa, kuvio 5 esittää kuvion 4 kunkin solmun alkuperäistä asemaa, : ·’ kuvio 6a-6d esittävät solmuasemien järjestämistä siirtymäverkon ensimmäi- • · · sessä suoritusmuodossa, ·:··· 30 kuvio 7 esittää siirtymäverkon toista suoritusmuotoa, kuvio 8a-8d esittävät solmuasemien järjestämistä siirtymäverkon toisessa • suoritusmuodossa, '· '· kuvio 9a-9d esittävät kuvioissa 8a-8d esitettyjen solmuasemien järjestämi- seen liittyviä solmulinkkejä, 35 kuvio 10 esittää keksinnönmukaista yleisprosessia, kuvio 11 on siirtymäverkon optimointia kuvaava vuokaavio.

5 113731

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuten edellä on mainittu, keksinnöllistä menetelmää voidaan soveltaa erityyppiseen sijaintiriippuvaan informaatioon. Solukkoverkosta riip-5 puen verkon tarjoama sijaintiriippuva tieto voi olla esimerkiksi signaalivoi-makkuus tai signaaliviive. Sijainninpäättely solukkoverkossa perustuu pitkälti ajoitusennakko-arvoon, koska ajoitusennakko-arvo saadaan suoraan verkosta. Näin ollen ajoitusennakko-arvoa käytetään tässä yhteydessä esimerkkinä sijainninpäättelyssä käytettävästä sijaintiriippuvasta tiedosta.

10 Kuten tunnettua ajoitusennakko ilmaisee, kuinka kaukana tuki asemasta matkaviestin todennäköisesti sijaitsee. Kuvio 1 esittää sijaintiriip-puvaa informaatiota, jonka tarjoaa suuntaamattomia soluja hyödyntävä solukkoverkko, kun taas kuvio 2 esittää samaa sektorisolujen yhteydessä. Verkko tarjoaa tyypillisesti ajoitusennakon minimi- ja maksimietäisyytenä an-15 tennistä (Rmin ja Rmax), jolloin matkaviestin sijaitsee tietyllä todennäköisyydellä näiden rajojen välissä eli viivoitettu alue A kuvioissa muodostaa näiden rajojen muodostaman ajoitusennakko-vyöhykkeen. Ajoitusennakko-informaa-tion lisäksi verkko tarjoaa solutunnisteen (CID), joka identifioi matkaviestimen sijaintisolun. Tämä tieto voidaan antaa solun koordinaatteina. Verkko tarjoaa ; f; 20 lisäksi tunnisteen matkaviestimen tunnistamiseksi muiden matkaviestimien . joukosta sekä mittausajankohtaa indikoivan aikaleiman. Sektorisolujen ta- pauksessa verkko tarjoaa myös sektori-informaatiota. Täten verkko tarjoaa ' \ jokaista sijaintimääritystä kohti parametrijoukon, joka yleensä sisältää seu- raavan informaation: solun tunnistetiedon kuten tukiaseman koordinaatit, 25 ajoitusennakko-informaation kuten Rmjn ja Rmax matkaviestimen tunnistami-'·*·' seksi muiden matkaviestimien joukosta, mittausajankohdan ilmaisevan aika leiman ja mahdollisesti sektori-informaation.

: Kuvio 3 esittää keksinnönmukaisen järjestelmän avainelementtejä.

Tässä oletetaan, että matkaviestinverkko on GSM-verkko. Verkon ja matka-30 viestimen välinen kommunikaatio tapahtuu radioteitse tukiaseman (BTS) 31 ,···. kautta. Tukiasemat on yhdistetty tukiasemaohjaimiin (BCS) 32. Tavallisesti yhden tukiasemaohjaimen kontrollissa on useita tukiasemia ja useita tuki-asemaohjaimia on yhdistetty yhteen matkaviestinkeskukseen (MSC) 33, joka huolehtii matkaviestinverkon kytkentätehtävistä. Lisäksi MSC yhdistää mat-35 kaviestinverkon ulkoisiin verkkoihin. Paikantamista varten MSC on yhdistetty GMLC-keskukseen (Gateway Mobile Location Center), joka kerää matkavies- 6 113731 timien sijainti-informaatiota sijaintitietokantaan. 35. Kuten edellä mainittiin GMLC tukee solutunniste- ja ajoitusennakko-tietoa. Täten GMLC tarjoaa kuvioissa 1 ja 2 mainitun parametrijoukon jokaista sijaintipäättelykertaa kohden.

Esitelläksemme keksinnöllistä menetelmää oletamme nyt, että si-5 jaintimittaukset suoritetaan tietylle kannettavien päätelaitteiden ryhmälle, esimerkiksi tuhannelle päätelaitteelle. Lisäksi oletetaan, että päätelaitteen sijainti mitataan ennalta määritetyin väliajoin, esimerkiksi 15 sekunnin välein, melko pitkään kuten esimerkiksi 30 minuutin ajan. Täten GMLC tarjoaa jokaiselle päätelaitteelle edellä mainitun, tietynlaisen parametrijoukon joka viides-10 toista sekunti.

Matkaviestinverkosta saatavat parametrijoukot käsitellään sijain-ninpäättelyjärjestelmässä 30, joka sisältää GMLC-lukijan 36 esikäsittely-yksikön 37, tarkkuuspalvelimen 38, ja tarkkuustietokannan 39. GMLC-lukija kerää parametrijoukkoja GMLC:ltä. Tämä tapahtuu tyypillisesti verkon , kuten 15 Internetin kautta, koska GMLC-lukija ei välttämättä ole suoraan kytketty GMLC:hen. GMLC-lukija tallettaa kerätyt parametrijoukot tarkkuustieto-kan-taan 38. Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa, GMLC-lukija suodattaa vastaanotettuja parametrijoukkoja siten, että ainoastaan yksi parametrijoukko monesta vastaanotetusta parametrijoukosta talletetaan tietokantaan. Aikalei-; 20 moja hyödyntäen GMLC-lukija tallettaa kukin päätelaitteen parametrijoukkoja 'V linkitettynä listana, jossa kukin parametrijoukko viittaa edeltävään parametri- joukkoon ja seuraavaan parametrijoukkoon, paitsi ensimmäinen, joka viittaa ’**·[ ainoastaan edeltävään joukkoon sekä viimeinen, joka viittaa ainoastaan seu- * ‘ raavaan joukkoon.

•25 Edelliseen esimerkkiin liittyen tarkkuustietokannassa on nyt 1000 linkitettyä listaa kunkin listan esittäessä yhden päätelaitteen mittaustuloksia. Esikäsittely-yksikkö hyödyntää sitten tätä informaatiota muodostaessaan solmuista ja linkeistä koostuvan siirtymäverkon. Seuraavassa keskustellaan kahdesta, solmuista ja linkeistä koostuvasta siirtymäverkkototeutuksesta.

‘ . 30 Helpottaaksemme keksinnön ymmärtämistä kerromme aluksi suoritusmuo dosta, jossa luodaan ainoastaan yksi solmu kaikille, oleellisesti saman sisäl-’ ·; * lön omaaville parametrijoukoille.

Tässä ensimmäisessä suoritusmuodossa yksittäinen siirtymäver-kon solmu esittää parametrijoukkoja, jotka ovat samoja tietyllä tarkkuudella. 35 Esikäsittely-yksikkö luo uusia tietokantaobjekteja eli parametrijoukkojen solmuja siten, että kaikki oleellisesti saman sisällön omaavat solmut esitetään 7 113731 siirtymäverkon solmuna. Kahta naapurisolmua yhdistävä linkki edustaa siirtymää päätelaitteen kahden peräkkäisen siirtymän välillä eli linkki luodaan päätelaitteen kahdelle peräkkäiselle parametrijoukolle, jotka poikkeavat toisistaan. Yksi linkkiketju esittää näin ollen yksittäisen päätelaitteen polkua ja 5 esikäsittely-yksikkö pystyy luomaan siirtymäverkon luomalla, yksi kerrallaan, solmuketjun jokaiselle päätelaitteelle. Tämän prosessin aikana solmuketjut leikkaavat toisiaan muutamien, siirtymäverkon muodostavien solmujen osalta. Kuviossa 4 esitetty verkko sisältää täten N solmua ja L linkkiä, jotka yhdistävät solmut toisiinsa. Kun prosessi havaitsee, että ketju kulkee jonkin 10 olemassa olevan solmun kautta, se lisää solmuun kaksi osoitinta eli osoittimet kahteen uuteen naapurisolmuun mikäli kyseisiä osoittimia ei vielä ole. Lopputuloksena kukin siirtymäverkon solmu sisältää osoittimet kaikkiin sen vieressä oleviin solmuihin, jotka ovat yhden linkin etäisyydellä niistä.

I Jokaisen solmun osalta myös edeltävä sijaintipaikka päätellään 15 solmuun liittyvän informaation perusteella. Solun koordinaattien, ajoitusen-nakko-informaation ja mahdollisesti sektori-informaation perusteella esikäsittely-yksikkö laskee ensimmäisen estimaatin jokaiselle solmulle. Ensimmäinen estimaatti on edullisesti solmuinformaation ilmentämän alueen keskellä. Kuvio 5 havainnollistaa ensimmäisen estimaatin FE sijaintia solmuinformaa-: 20 tion rajoittaman maatilkun keskellä. Vastaavasti jokainen tietokannan solmu ''X sisältää nyt ensimmäisen estimaatin koordinaatit, joiden avulla saadaan ku- XX viossa 4 esitetty verkko. Näitä koordinaatteja merkitään XFe ja Yfe· ‘ X Tämän jälkeen esikäsittely-yksikkö laskee uuden estimaatin jokai- [ selle solmulle ja korvaa ensimmäisen estimaatin kyseisellä uudella estimaa- ’ ‘ 25 tiliä. Seuraavaksi kuvataan tätä prosessia. Tässä vaiheessa myös sektori- • · · :: informaatio hylätään eli sitä ei enää käytetä uutta estimaattia varten.

Solmun uuden aseman laskemista havainnollistetaan kuvioissa : 6a...6d, jotka esittävät verkon yhtä solmua N1 ja sen naapurisolmuja N2-N6.

Aluksi prosessi laskee naapurisolmujen painovoiman keskipisteen ja siirtää X 30 solmun N1 lasketun painovoiman keskipisteeseen. Jos oletetaan, että solmujen N2-N6 painovoiman keskipiste on pisteessä GP (kuviossa 6a), solmu N1 ’ siirtyy pisteeseen GP (kuviossa 6b). Tämän jälkeen, solmuun liittyvän infor- :/·! maation perusteella prosessi tarkistaa, onko solmun uusi asema eli paino- voimapiste sallitulla alueella matkaviestinverkosta vastaanotetun informaa-35 tion valossa. Koska ajoitusennakko on tässä tapauksessa tieto, joka määrittää sallitun alueen rajat, prosessi tarkistaa, onko painovoiman keskipiste ajoi- 8 113731 tusennakon määrittämällä vyöhykkeellä. Myönteisessä tapauksessa (kuvio 6v) painovoiman keskipiste GP on solmun uusi estimaatti. Vastakkaisessa tapauksessa (kuvio 6d) solmu siirretään painovoiman keskipisteestä ajoitus-ennakkotiedon määrittämälle alueelle. Tässä yhteydessä solmu on edullisesti 5 pakotettu siirtymään ajoitusennakkotiedon määrittämän alueen lähimpään rajakohtaan. Toisin sanoen, jos solmu on ajoitusennakkovyöhykkeen toisella puolella solun sijaintipaikasta, solmu pakotetaan siirtymään lähimpään leikkauskohtaan, jossa ajoitusennakkovyöhyke ja painovoiman keskipisteen ja solun sijaintipaikan välinen linja leikkaavat. Toisaalta, jos solmu sijaitsee so-10 lun sijaintipaikan ja ajoitusennakkovyöhykkeen välillä, se pakotetaan siirtymään lähimpään leikkauskohtaan, jossa ajoitusennakkovyöhyke ja painovoiman keskipisteen ja solun sijaintipaikan kautta kulkevan linjan jatke leikkaa vat.

Edellisessä esimerkissä solmun asema pääteltiin naapurisolmujen 15 painovoiman keskipisteen perusteella. Mekanismia, jonka kautta naapurisol-mut vaikuttavat solmun asemaan, voidaan vaihdella. Painovoiman keskipiste voidaan määrittää aritmeettisena tai geometrisenä keskiarvona, esimerkiksi laskemalla aritmeettinen tai geometrinen keskiarvo erikseen jokaiselle koordinaatille. Lisäksi on mahdollista käyttää erilaisia painoja eri naapurisolmuille : 20 ja/tai ottaa solmun asema huomioon sovitettaessa sen asemaa.

”V Edellä viitatussa toisessa suoritusmuodossa esikäsittely-yksikkö ei muodosta yksittäistä solmua kaikille samat parametriarvot omaaville para-metrijoukoille, vaan jättää polut erillisiksi, jolloin useat solmut esittävät tiettyä ] parametrijoukkoa, kunkin solmun kuuluessa eri polkuun. Tässä tapauksessa : : 25 kuviossa 4 kolmiolla merkittyjä solmuja ei ole talletettu yksittäiseen solmuun, vaan pikemminkin solmuryhmään, jossa kukin solmu kuuluu eri polkuun. Kuvio 7 havainnollistaa tarkkuustietokannan sisältöä toisessa suoritusmuodos-i‘·’: sa. Tietokanta sisältää erillisiä polkuja P1...P1000, kunkin polun koostuessa useista solmuista. Jos kaksi solmua, esimerkiksi solmut N11 ja N21, esittävät ; . 30 samaa parametrijoukkoa, kummastakin solmusta luodaan linkit (osoittimet) kaikkiin naapurisolmuihin, jotka esittävät samaa parametrijoukkoa. Täten jo- I · kainen solmu saattaa sisältää kahden tyyppisiä linkkejä, sellaisia linkkejä, jotka linkittävät solmun saman polun naapurisolmuihin ja linkkejä, jotka linkit-tävät solmun sellaisiin solmuihin, jotka esittävät saman parametrijoukon kuin 35 solmu itse. Vaikka tietokanta sisältääkin tällöin toisteisuutta, toisteisuutta voi- 9 113731 daan hyödyntää järjestelmän tarkkuuden parantamisessa. Tämä toteutetaan antamalla linkeille erilaiset painot riippuen mihin polkuun ne kuuluvat.

Kuvion 6a esimerkkiin liittyen kuviot 8a-8c havainnollistavat painovoiman keskipisteen laskemista toisessa suoritusmuodossa. Koska tässä 5 esimerkissä on kolme solmua, saadaan kolme erilaista painovoiman keskipistettä. Kuvio 8a havainnollistaa painovoiman keskipisteen laskemista, kun kyseessä on polku solmusta N6 solmuun N3. Kuvio 8b havainnollistaa laskemista, kun kyseessä on polku solmusta N2 solmuun N4. Kuvio 8c havainnollistaa laskentaa, kun kyseessä on polku solmusta N2 solmuun N5. 10 Yleisesti ottaen saadaan K painovoiman keskipistettä, K:n ollessa samaa parametrijoukkoa esittävien solmujen lukumäärä, ja myös niiden polkujen lukumäärä, jotka sisältävät kyseistä parametrijoukkoa esittävän solmun. Toisessa suoritusmuodossa kolmen solmun N1 sovitettuja asemia vastaavat painovoimien keskipisteet GP1, GP2 ja GP3, jotka on laskettu erikseen näille 15 kolmelle solmulle.

Kuviot 9a-9d havainnollistavat sellaisten solmujen linkkejä, joiden asemia on sovitettu kuvioissa 8a-8d. Kuten voidaan havaita, tarkkuustieto-kannassa on kolme solmua N1 kunkin solmun sisältäessä kuusi linkkiä naa-purisolmuihin.

, , 20 Kuten edellä mainittiin, linkkejä voidaan painottaa eri tavalla sovi- '••y tusvaiheen aikana. Esimerkiksi kuvioissa 8a, 8b ja 8c, kyseessä olevaan pol- kuun kuuluvan linkin paino on yksi, kun taas muilla linkeillä on painoarvo w1, \v joka on mielellään arvo yhden ja nollan väliltä. Tällä tavoin toisia polkuja voi- daan painottaa suhteessa toisiin. Painot voidaan määrittää tilastollisesti. 25 Esimerkiksi, jos tietty polku on todennäköisempi kuin muut, tähän suuntaan johtavaa linkkiä voidaan painottaa enemmän kuin muita linkkejä. Painoarvot voivat siis olla linkkikohtaisia.

Kun matkaviestin on paikannettu paikannuspyynnön johdosta, sen .··. sijainti päätellään kyseessä olevaan parametrijoukkoa esittävien solmujen 30 sovitettujen asemien perusteella. Eräs vaihtoehto on laskea sovitettujen * * asemien GPi (missä i=1 ...j ja j vastaa parametrijoukkoa vastaavien solmujen lukumäärää) painovoiman keskipiste, keskipisteen ollessa matkaviestimen sijaintiestimaatti. Sijainnin määrittelyssä voidaan käyttää erilaisia sääntöjä ja .·. : on mahdollista asettaa eri painot solmujen eri asemiin.

35 Kuvio 10 on keksinnön yleisperiaatetta havainnollistava vuokaavio.

Aluksi, vaiheessa 101, kerätään riittävä määrä parametrijoukkoja, mikä voi- 10 1 13731 daan toteuttaa erillisenä, järjestelmän käyttöönottoa edeltävänä mittausvaiheena, tai järjestelmän käytön aikana. Kun parametrijoukot on kerätty, siirty-mäverkko luodaan muodostamalla parametrijoukkoja vastaavat solmut. Sitten verkkoa optimoidaan laskemalla solmujen uudet asemat (vaihe 103). Kun 5 verkon tasapaino on löydetty, solmujen asemia käytetään määrittämään matkaviestimen sijainti vasteena vastaanotettuun, ajankohtaiseen, paikannus-pyyntöön (vaihe 105). Ajankohtaisten paikannus-pyyntöjen yhteydessä vastaanotettuja parametrijoukkoja voidaan käyttää optimoidun verkon ylläpitämiseen, mitä on merkitty katkoviivalla A. Tarkkuuspalvelin 38 (kuvio 3) vas-10 taanottaa paikannuspyyntöjä eri sovelluksilta. Vasteena paikannuspyyntöihin se komentaa GMLC-lukijaa noutamaan parametrijoukon matkaviestinverkosta. Kun parametrijoukko on vastaanotettu ja vastaava solmu on päätelty, solmun asema ilmentää päätelaitteen sijaintia.

Kuvio 11 on vuokaavio havainnollistaen optimointiprosessi-esi-15 merkkiä eli prosessia tasapainoisen siirtymäverkon löytämiseksi, jonka aikana kuvioissa 6a-6d esitettyjä vaiheita suoritetaan useita kertoja. Kun ensimmäisen solmun naapurisolmujen painovoiman keskipiste on määritelty (vaihe 12) ja ensimmäinen solmu on siirretty tähän pisteeseen (vaihe 112) sen alkuperäisestä asemasta (eli ensimmäisestä estimaatista XFe, Yfe), prosessi : 20 laskee solmun siirtämisen pituuden (vaihe 113). Jos sitten vaiheessa 114 ha- vaitaan, että solmu ei sijaitse sallitun alueen sisällä, solmu pakotetaan siirty-mään sallitulle alueelle (vaihe 115) sekä lasketaan solmun siirtymisen koko-’ *, naispituus (vaihe 116) eli etäisyys alkuperäisin sijaintipaikan ja pakotetun si jaintipaikan välillä. Tämän jälkeen, tai mikäli solmu oli jo sallitulla alueella,

I I II I

‘ ' 25 testataan, onko siirtymäverkossa solmuja jäljellä (vaihe 117). Jos näin on, prosessi valitsee seuraavan solmun ja palaa vaiheeseen 112 laskeakseen sen naapurisolmujen painovoiman keskipisteen. Kun kaikki siirtymäverkon i solmut on käsitelty edellä kuvatulla tavalla, prosessi havaitsee vaiheessa 117, että siirtymäverkossa ei ole jäljellä solmuja. Vasteena tähän prosessi w',; 30 hyppää vaiheeseen 119 voidakseen päätellä, onko verkko nyt tasapainotettu 1 » vai tarvitaanko vielä yksi tai useampi laskentakierros tasapainoisen verkon saamiseksi. Tätä päätöksen tekoa varten prosessi vertaa yksittäisen solmun :,’ i kokemaa pisintä siirtymää ennalta määrättyyn raja-arvoon. Jos siirtymä on lyhyempi kuin raja-arvo, prosessi päättelee, että siirtymäverkko on tasapai-35 nossa ja prosessi loppuu. Päinvastaisessa tapauksessa prosessi aloittaa uuden kierroksen, jonka aikana uuden solmuasemat lasketaan edeltävän kier- 1n 113731 roksen aikana saatujen solmuasemien perusteella. Uusi kierros aloitetaan kunnes pisin, edellisen kierroksen johdosta aiheutunut solmun siirtymä ylittää ennalta määrätyn raja-arvon.

Kuten on ilmeistä edellisten esimerkkien valossa, jokaisen solmun 5 asema optimoidaan naapurisolmujen avulla. Lisäksi ainakin yhden siirtymä-verkon solmun siirtyminen täytyy kieltää, jotta estetään solmujen kasaantuminen yhteen ainoaan verkon pisteeseen. Tämä voidaan tehdä käyttämällä geometrisia rajoituksia, jotka määrittävät sen alueen, missä matkaviestimen täytyy olla ja jotka täten määrittävät myös rajat solmun siirtämiselle. Kuviossa 10 6d esitetty ajoitusennakkovyöhykkeen käyttö on eräs esimerkki solmusiirron estävästä geometrisen rajoituksesta. Parametrijoukko sisältää yleensä yhden tai useampia parametreja, jotka ovat käyttävissä generoitaessa geometrisiä rajoituksia. Solmusiirto on kuitenkin estettävissä myös muilla tavoilla. Esimerkiksi muutamilla solmuilla voi olla pysyvä asema, jolloin edellä mainittu 15 kasautuminen ei ole mahdollista. Esimerkiksi eräät kaukaisimmat siirtymä-verkon solmut voivat olla sellaisia, että niiden sijainti on kalibroitu sopivalla kalibrointimekanismilla kuten GPS-järjestelmällä. Saattaa myös olla mahdollista laittaa sisäänrakennettuja rajoituksia kaavoihin, joiden perusteella naa-purisolmut siirtävät solmua. Täten edellä mainitun vaiheen 115 vaikutus voi- , 20 daan saavuttaa useilla erilaisilla tavoilla.

' Menetelmää on edellä kuvattu käytettäväksi sellaisen matkavies- ’;:; ‘ tinverkon yhteydessä, jossa sijaintiriippuvainen data on ajoitusennakkotiedon ’·’·[ muodossa. Silti, kuten edellä on mainittu, keksintö ei ole riippuvainen verkon ' ‘ implementaatiosta, vaan sitä voidaan soveltaa missä tahansa matkaviestin- 25 verkossa, jossa on käytettävissä ainakin yksi matkaviestimen sijainnista riip-puva parametri. Näin ollen menetelmää voidaan käyttää erilaisiin, sijaintiriip-puviin parametreihin perustuvien verkkoimplementaatioiden päällä. Täten siirtymäverkko voidaan muodostaa edellä kuvatulla tavalla, jos solun ja sen » · f”: naapureiden mitattu signaalivoimakkuus edustaa sijaintiriippuvaa dataa, tai 30 GMLC tukee esimerkiksi E-OTD (Enhanced Observed Time Difference) -pai-] / kannusmenetelmää. Järjestelmästä riippuen parametrit, joihin geometriset '·>·’ rajoitukset perustuvat, saattavat vaihdella ja kyseiset rajoitukset voidaan muodostaa eri tavoin. E-OTD -paikannusmenetelmässä hyperbolien ryhmä I · ;·.· muodostaa geometriset rajoitukset.

35 Matkaviestinverkon tarjoamista parametreista riippuen, useita pa- rametrijoukkoja voidaan koota yhteen solmuun, ja riippuen halutusta resoluu- 12 1 13731 tiosta, kokoaminen voidaan suorittaa eri kriteerien mukaisesti. Käytettäessä ajoitusennakkotietoa kukin muista parametrijoukoista poikkeava parametri-joukko on edullisesti kytketty omaan solmuunsa, toisin sanoen koontia ei ole suoritettu.

5 Vaikka keksintöä on edellä kuvattu viittauksin oheisiin piirroksiin, on ilmeistä, että keksintö ei ole rajoittunut piirroksiin, vaan alan ammattilaiset voivat muokata keksintöä poikkeamatta sen piiristä ja luonteesta. Esimerkiksi parametrijoukot voidaan vastaanottaa miltä tahansa verkkoyksiköltä, jolla on hakumahdollisuus parametrijoukkoihin. Lisäksi, optimointi voidaan suorittaa 10 vain yhdelle verkon osalle tai yhdelle verkon osalle kerrallaan. On myös mahdollista hajauttaa menetelmävaiheet eri verkkoelementtien kesken.

• » « « · I · » · I I * « « » · M > t · I ·

• * I

I ? t * » I * · I ·

Claims (13)

13 1 13731

1. Menetelmä matkaviestimien paikantamiseksi matkaviestinverkossa menetelmän käsittäessä seuraavat vaiheet: vastaanotetaan sijaintiriippuvaisia parametrijoukkoja, kunkin para-5 metrijoukon sisältäessä ainakin yhden parametrin, jonka arvo riippuu matkaviestimen sijainnista ja etsitään sijaintiestimaatti vastaanotetulle parametrijoukolle, sijain-tiestimaatin ilmentäessä vastaavan matkaviestimen sijaintia, tunnettu siitä,että 10 muodostetaan parametrijoukkojen perusteella linkkien yhdistämis tä solmuista koostuva siirtymäverkko, jossa (1) yksittäinen solmu edustaa tietyn parametrisisällön omaavaa parametrijoukkoa, (2) kahta naapurisolmua yhdistävä linkki edustaa siirtymää matkaviestimen kahden peräkkäisen sijaintipaikan välillä ja (3) solmun asema liittyy tiettyyn sijaintipaikkaan, 15 sovitetaan solmun asema linkillä suoraan solmuun kytkeytyvien naapurisolmujen aseman perusteella, missä kyseinen sovittaminen suoritetaan ainakin muutamille siirtymäverkon solmuille, sovitetaan ainakin muutaman solmun siirtyminen siirtymäverkossa ja 20 käytetään vastaanotettua parametrijoukkoa edustavan solmun ase- : maa ilmentämään sijaintiestimaattia kyseiselle parametrijoukolle. » · I i : ;*j

2. Vaatimukseni mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että muodostamisvaihe sisältää vain yhden, oleellisesti saman sisällön omaavan solmun muodostamisen parametrijoukolle. • · tfff. 25

3. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ... muodostamisvaihe sisältää: • · ,*··' kaikkien yhden matkaviestimen peräkkäisten sijaintipaikkojen lin kittämisen toisiinsa, missä kyseisiä sijaintipaikkoja identifioivat solmut ja linkit . ·.: ’ edustavat kyseisen yhden matkaviestimen kulkemaa polkua, 30 linkitetään polut yhteen sellaisten solmujen osalta, joita vastaavat . ’. : parametrijoukot omaavat oleellisesti saman sisällön.

. * \ 4. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovi- ’ ” tusvaihe suoritetaan jokaiselle siirtymäverkon solmulle.

’* 5. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että 35. suoritetaan kyseinen sovitusvaihe kaikille siirtymäverkon solmuille - monitoroidaan solmujen siirtymiä sovitusvaiheen aikana ja 14 113731 - toistetaan sovitusvaihe kunnes solmujen siirtymät täyttävät ennalta määrätyn ehdon.

6. Vaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että sovitusvaihe toistetaan kunnes suurin yksittäisen solmun kokema siirtymä on 5 ennalta asetetun raja-arvon alapuolella.

7. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että rajoi-tusvaihe sisältää sovitusvaiheessa saatujen asemien päivittämisen, missä päivitettyjä asemia käytetään sijaintiestimaatin etsimisessä.

8. Vaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että rajoi-10 tusvaihe sisältää ainakin yhden solmun pitämisen pysyvästi asemassaan.

9. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä tunnettu siitä että sovitusvaiheessa naapurisolmut on sovitettu vaikuttamaan solmun asemaan tavalla, joka on riippuvainen siitä polusta, johon naapurisolmut kuuluvat.

10. Vaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että so-15 vitusvaihe sisältää: naapurisolmujen painovoiman keskipisteen laskemisen ja solmun siirtämisen laskentavaiheessa saatuun painovoiman keskipisteeseen.

11. Vaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä että r ,·*: 20 sovitusvaihe sisältää naapurisolmujen painovoiman keskipisteen » < I I ; ·. laskemisen, painovoiman keskipisteen ollessa laskettu kaikille samaa para- . *. ·. metri joukkoa edustaville solmuille, kyseisen käyttövaiheen sisältäessä painovoiman keskipisteen las- . kemisen kaikille sovitusvaiheen laskennassa saaduille painovoiman keskipis- • · 25 teille, missä määrittelyvaiheessa saatua painovoiman keskipistettä käytetään ilmentämään kyseisen parametrijoukon sijaintiestimaattia.

12. Järjestelmä matkaviestinten paikantamiseksi matkaviestinver- : kossa, järjestelmän käsittäessä « · I ensimmäisen välineet parametrijoukkojen vastaanottamiseksi kun- 30 kin parametrijoukon sisältäessä ainakin yhden parametrin, jonka arvo on riip- . · * ·, puvainen yksittäisen matkaviestimen sijainnista ja • · toisen välineet sijaintiestimaatin löytämiseksi vastaanotetulle para-metrijoukolle sijaintiestimaatin ilmentäessä vastaavan matkaviestimen sijain- • I :.'-i tipaikkaa, 35 tunnettu siitä, että järjestelmä käsittää 15 113731 kolmannet välineet siirtymäverkon muodostamiseksi parametri-joukkojen perusteella, siirtymäverkon koostuessa linkkien yhdistämistä solmuista, missä (1) yksittäinen solmu edustaa tietyn parametrisisällön omaavaa parametrijoukkoa, (2) kahta naapurisolmua yhdistävä linkki edustaa siir-5 tymää matkaviestimen kahden peräkkäisen sijaintipaikan välillä ja (3) solmun asema liittyy tiettyyn sijaintipaikkaan, neljännet välineet sovittamaan solmun asema solmuun suoraan linkillä liitettyjen naapurisolmujen asemien avulla ja viidennet välineet ainakin yhden siirtymäverkon solmun siirtymisen 10 rajoittamiseksi, missä toiset välineet on sovitettu käyttämään vastaanotettua parametrijoukkoa edustavan solmun asemaa ilmentämään sijaintiestimaattia kyseiselle parametrijoukolle.

13. Tietokoneohjelmatuote, joka on talletettu tietokoneen luettavis-15 sa olevalle talletusvälineelle, tuotteen ollessa sovitettu toteuttamaan vaatimuksen 1 vaiheet, kun tuote on suorituksessa tietokoneella. • t t I | • a · * • > I • < · • · • · « » «»it1 I ♦ * 1 • 1 · • · « « · * I i « · · • » I · • · » • « t I i * » i < » * · 1 * i t » · * · • · · » is 113731