ITTO20110167A1 - Metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso - Google Patents

Description

“METODO PER LOCALIZZARE LA POSIZIONE DI UN DISPOSITIVO WIRELESS IN UN AMBIENTE COMPRENDENTE UNA RETE WIRELESS AVENTE ALMENO UN PUNTO DI ACCESSOâ€

DESCRIZIONE

La presente invenzione riguarda un metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso.

Più in particolare, la presente invenzione si riferisce ad un metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso, in cui non sono disponibili segnali di posizionamento da satellite o in cui questi risultano avere una copertura di scarsa qualità, in particolare segnali di posizionamento di tipo GPS.

Sono noti nell’arte metodi e sistemi per localizzare la posizione di un dispositivo, fisso o in movimento, basandosi sulle informazioni ottenibili tramite un lettore a radiofrequenza incorporato nel dispositivo ed una pluralità di identificatori a radiofrequenza, o tag RFID, disposti in modo fisso e noto all’interno di un ambiente.

È possibile determinare con precisione variabile la posizione del dispositivo sulla base di una triangolazione di segnali provenienti dagli identificatori a radiofrequenza, identificati da un numero seriale univoco, di cui à ̈ necessario conoscere a priori l’esatta posizione.

La posizione di tali identificatori a radiofrequenza deve essere quindi preventivamente ottenuta dal dispositivo mediante accesso ad una base dati tramite un qualunque tipo di connessione, interrogando ad esempio un servizio HTTP.

In alternativa, i dati relativi alla posizione degli identificatori possono essere precaricati nel dispositivo tramite una connessione via cavo oppure una scheda di memoria.

Tuttavia, tali sistemi di arte nota comportano degli inconvenienti.

In primo luogo, l’interrogazione di una base dati richiede necessariamente una connessione alla rete, locale o geografica, che ne permetta l’accesso, con conseguenti problemi di autenticazione alla rete per il dispositivo da localizzare.

Inoltre, à ̈ necessario conoscere o individuare l’indirizzo URL al quale le informazioni relative alla posizione degli identificatori a radiofrequenza sono disponibili.

Ulteriormente, il traffico generato dal dispositivo da localizzare à ̈ in concorrenza con il normale traffico scambiato da altri sistemi, ad esempio altri dispositivi Wi-fi come laptop e smartphone.

In secondo luogo, nel caso di dati precaricati in memoria, non sussistono gli inconvenienti precedentemente elencati, ma si presentano inconvenienti dovuti all’aggiornamento delle informazioni ed alla necessità per il dispositivo di trovarsi in un ambiente noto e non imprevisto.

Infatti, si tenga presente che i dispositivi di cui si vuole conoscere la localizzazione sono spesso concepiti anche per le situazioni di emergenza (si pensi, ad esempio, ad un vigile del fuoco che entra in un ambiente saturo di fumo), ed à ̈ impensabile che i dati necessari alla localizzazione dell’ambiente in cui si à ̈ verificata l’emergenza siano stati precedentemente archiviati nel dispositivo di localizzazione personale del soccorritore o lo possano essere quando il soccorritore accede all’ambiente.

La domanda di brevetto internazionale no. WO 2010/004081 riguarda un metodo ed un sistema per localizzare un dispositivo all’interno di un grande edificio, in cui non sono ricevibili segnali di posizionamento di tipo GPS. Il metodo prevede di rilevare un segnale, o “beacon†, trasmesso periodicamente in chiaro da almeno un punto di accesso ricevibile dal dispositivo e di reperire un’informazione di posizione, contenuta in detto beacon, relativa al punto di accesso. La struttura del beacon à ̈ definita nello standard IEEE 802.11 e successive modifiche. In alternativa, può essere letto nel beacon l’indirizzo MAC (“Media Access Control†) del punto di accesso che viene poi utilizzato per leggere in una base dati la posizione geografica del relativo punto di accesso.

Tuttavia, il sistema descritto nella suddetta domanda di brevetto internazionale soffre dell’inconveniente che la precisione del sistema dipende essenzialmente dal numero di beacon ricevibili dal dispositivo. Infatti, per poter ottenere una precisione elevata sulla posizione del dispositivo, à ̈ necessario effettuare una triangolazione di segnali oppure ricorrere a calcoli geometrici. Per incrementare la precisione, sarebbe necessario aumentare il numero di punti di accesso alla rete wireless: ciò richiede alti costi di hardware e costituisce uno spreco di risorse. L’alternativa che richiede di accedere alla base dati à ̈ svantaggiosa perché richiede un collegamento dati che potrebbe non essere disponibile oppure non praticabile in condizioni di emergenza.

Un ulteriore svantaggio del metodo descritto nella suddetta domanda di brevetto internazionale à ̈ dato dal fatto che non à ̈ possibile variare in modo semplice ed economico la posizione dei punti di riferimento geografici all’interno dell’ambiente, a meno di smontare e rimontare i punti di accesso oppure di aggiungere altri punti di accesso alla rete wireless.

Scopo della presente invenzione à ̈ pertanto quello di indicare un metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso che permetta di localizzare il dispositivo wireless con elevata precisione.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso che permetta di localizzare a basso costo il dispositivo wireless.

Un ulteriore scopo della presente invenzione à ̈ quello di indicare un metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso che consenta di organizzare semplicemente ed in breve tempo una rete di punti di localizzazione utilizzabili da detto dispositivo wireless per individuare la propria posizione.

Questi ed altri scopi dell’invenzione vengono ottenuti con un metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso come rivendicato nelle unite rivendicazioni che costituiscono parte integrante della presente descrizione.

L’invenzione riguarda anche un dispositivo wireless che implementa un metodo oggetto della presente invenzione, un punto di accesso di una rete wireless, un segnale a radiofrequenza trasmesso da un punto di accesso ed un sistema per localizzare un dispositivo wireless.

In sintesi, il metodo secondo l’invenzione prevede di disporre in un ambiente coperto da una rete wireless una pluralità di elementi non connessi a detta rete wireless, e più in particolare una pluralità di identificatori a radiofrequenza, o tag RFID.

Una informazione geografica relativa a ciascuno di tali identificatori non connessi a detta rete wireless à ̈ inserita nel beacon o in qualsiasi canale di broadcast che viene periodicamente trasmesso da un punto di accesso della rete wireless per consentire la connessione al medesimo.

Tali informazioni geografiche possono ad esempio essere inserite nel campo dati “Vendor Specific Information†(VSI) previsto dallo standard IEEE 802.11.

L’informazione geografica comprende informazioni utilizzabili dal dispositivo wireless per individuare la propria posizione assoluta all’interno dell’ambiente, come ad esempio, identificativo dell’elemento, latitudine, longitudine, altitudine, nome o numero dell’edificio, piano, stanza e così via. Il dispositivo wireless può quindi localizzare la propria posizione all’interno dell’ambiente senza necessità di autenticarsi alla rete stessa e disponendo di una pluralità di informazioni geografiche che gli permettono di localizzare la propria posizione in modo estremamente preciso.

Ulteriori caratteristiche dell’invenzione sono oggetto delle allegate rivendicazioni che si intendono parte integrante della presente descrizione. Gli scopi suddetti risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione dettagliata del metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso con particolare riferimento alle Figure allegate in cui:

- la Figura 1 rappresenta uno schema di un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso;

- la Figura 2 illustra uno schema di un beacon di una rete wireless utilizzato in accordo al metodo secondo la presente invenzione.

Con riferimento alle Figure 1 e 2, viene illustrato uno schema di un ambiente 2 comprendente: una rete wireless 1 avente almeno un punto di accesso 3; almeno un dispositivo a radiofrequenza 5 non connesso a detta rete wireless 1; ed un dispositivo wireless 7.

Il dispositivo wireless 7 comprende almeno mezzi per ricevere dati in detta rete wireless 1 e può essere costituito ad esempio da un telefono mobile, uno smartphone, un assistente personale digitale (PDA), una combinazione di un telefono mobile ed un PDA, un elaboratore, un laptop e così via.

Il punto di accesso 3 Ã ̈ un dispositivo che consente di accedere alla rete wireless 1 e che trasmette periodicamente in chiaro un segnale a radiofrequenza, o beacon 10, comprendente le informazioni di base per permettere ad un dispositivo wireless 7 di connettersi ad esso e quindi alla rete wireless 1.

Ad esempio, nello standard IEEE 802.11 il beacon 10 viene trasmesso ad intervalli regolari, ad esempio ogni 100 ms, e comprende alcune informazioni obbligatorie ed altre opzionali.

Per ricevere il beacon 10, non à ̈ quindi necessario che il dispositivo wireless 7 si autentichi nella rete wireless 1.

Il dispositivo a radiofrequenza 5 non à ̈ connesso alla rete wireless 1 ed à ̈ realizzato come elemento a radiofrequenza che non presenta nessuna dipendenza con la rete wireless 1. Il dispositivo a radiofrequenza 5 può essere un dispositivo che utilizza anche una frequenza diversa da quella della rete wireless 1 e può ad esempio essere un transponder RFID, di tipo attivo oppure passivo, comprendente dei mezzi di memoria 6 in cui à ̈ preventivamente memorizzato un identificativo univoco relativo al dispositivo a radiofrequenza 5 stesso.

Un’informazione geografica 20 trasmessa dal punto di accesso 3 comprende informazioni utilizzabili dal dispositivo wireless 7 per individuare la propria posizione geografica all’interno dell’ambiente 2, basandosi sulla posizione geografica in cui il dispositivo a radiofrequenza 5 non connesso alla rete wireless 1 à ̈ ubicato; tale informazione geografica 20 comprende, ad esempio, identificativo del dispositivo a radiofrequenza 5; latitudine, longitudine, altitudine, nome o numero dell’edificio, piano, stanza e così via, della posizione geografica in cui il dispositivo a radiofrequenza 5 non connesso alla rete wireless 1 à ̈ ubicato.

Il metodo secondo la presente invenzione prevede di inserire in un beacon 10 trasmesso dall’almeno un punto di accesso 3 l’informazione geografica 20 dell’almeno un dispositivo elettronico a radiofrequenza 5 non connesso alla rete wireless 1 e situato in un ambiente 2 coperto dalla rete wireless 1. Tale informazione geografica 20 viene ad esempio inserita nel beacon tramite un apposito software.

Ad esempio e con particolare riferimento alla Figura 2, nello standard IEEE 802.11 e successive modifiche, tale informazione geografica può essere inserita in un campo dati denominato “Vendor Specific Information†(VSI) del beacon.

Il campo dati VSI può contenere al massimo 252 byte di informazione. Per ogni dispositivo a radiofrequenza 5 non connesso alla rete wireless 1, la relativa informazione geografica può richiedere ad esempio tra 21 e 28 byte. Nello stesso beacon 10 à ̈ dunque possibile trasmettere l’informazione geografica 20 relativa a 9-12 dispositivi a radiofrequenza 5.

Il campo dati VSI à ̈ identificato dall’ “Element ID 221†ed à ̈ composto dai seguenti campi: “Element ID†(1 byte), “Length†(1 byte), “OUI†o “Organization Unique Identifier†(3 byte), “VSI Content†(massimo 252 byte). Il campo dati OUI identifica il costruttore o, eventualmente, il tipo di servizio fornito dall’elemento informativo a cui si riferisce.

Per trasmettere un maggior numero di informazioni geografiche à ̈ possibile aggiungere ulteriori campi dati VSI nello stesso beacon 10, oppure suddividere le informazioni geografiche in due o più beacon 10. Poiché, tipicamente, l’intervallo di tempo tra un beacon 10 ed il successivo beacon 10 à ̈ dell’ordine dei 100 ms, à ̈ possibile trasmettere informazioni geografiche relative a 90-120 dispositivi a radiofrequenza 5 ogni secondo.

Ad esempio, il “VSI Content†del campo dati VSI potrebbe contenere i seguenti dati relativi all’informazione geografica di un dispositivo elettronico a radiofrequenza 5 non connesso alla rete wireless 1:

- identificativo del dispositivo a radiofrequenza 5 (8-12 byte);

- latitudine (4 byte);

- longitudine (4 byte);

- altitudine (2-4 byte);

- identificativo edificio (1 byte);

- numero piano (1 byte);

- numero stanza (1-2 byte).

Vantaggiosamente, il dispositivo wireless 7 non deve trasmettere alcun dato, né deve decodificare pacchetti criptati. I beacon 10 che devono essere analizzati dal dispositivo wireless 7 sono soltanto quelli che contengono l’elemento informativo contenuto nel campo dati VSI ed identificato da uno o più predeterminati campi dati OUI.

È possibile prevedere l’utilizzo di due o più campi dati OUI diversi per indicare al dispositivo wireless 7 che i successivi beacon 10 contengono informazioni su altri dispositivi a radiofrequenza 5 non connessi alla rete wireless 1, oppure che le informazioni sono complete.

Il dispositivo wireless 7 può restare in ascolto del beacon in modo continuo oppure mettersi in ascolto ad intervalli regolari e variabili, al fine di risparmiare energia.

In una forma preferita di realizzazione dell’invenzione, il dispositivo a radiofrequenza 5 non connesso alla rete à ̈ un transponder RFID di tipo passivo che viene quindi elettromagneticamente eccitato solo quando il dispositivo wireless 7 à ̈ nelle sue immediate vicinanze.

Dato il basso costo dei transponder RFID di tipo passivo, à ̈ quindi possibile disseminare nell’ambiente 2 coperto dalla rete wireless 1 un numero molto elevato di transponder 5, in modo da incrementare il livello di precisione di localizzazione del dispositivo wireless 7.

Dalla descrizione effettuata risultano pertanto chiare le caratteristiche della presente invenzione, così come chiari risultano i suoi vantaggi.

Un primo vantaggio del presente metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso consiste nell’individuare la posizione del dispositivo wireless con precisione incrementata rispetto all’arte nota. Infatti, il metodo oggetto della presente invenzione prevede l’utilizzo di elementi elettronici, ad esempio transponder RFID di tipo passivo, che sono a bassissimo costo e che possono essere quindi disseminati in grande numero nell’ambiente coperto dalla rete wireless. Maggiore à ̈ il numero di tali elementi, maggiore à ̈ il numero di informazioni che il dispositivo wireless può utilizzare per determinare la propria posizione tramite ad esempio metodi noti di triangolazione, incrementando così la precisione nella determinazione della medesima.

Un secondo vantaggio del metodo secondo la presente invenzione à ̈ che la rete di punti di informazione geografica costituita dai dispositivi a radiofrequenza non connessi alla rete wireless può essere modificata con estrema semplicità. È infatti sufficiente modificare il contenuto informativo del beacon comprendendo al suo interno le nuove informazioni geografiche dei dispositivi a radiofrequenza non connessi alla rete wireless. Non à ̈ quindi necessario apportare modifiche alla rete locale (wireless o wired).

Un ulteriore vantaggio del metodo secondo la presente invenzione à ̈ dato dal fatto che i dati necessari alla localizzazione degli identificatori a radiofrequenza (e quindi, tramite triangolazione, del dispositivo wireless) sono diffusi facilmente e rapidamente, senza conoscenze preventive da parte del dispositivo wireless.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione à ̈ che il dispositivo wireless non deve accedere alla rete wireless locale per identificarsi ed autenticarsi. Un ulteriore vantaggio della presente invenzione à ̈ che la diffusione in broadcast delle informazioni geografiche dei dispositivi a radiofrequenza non connessi alla rete riduce al minimo i tempi di determinazione della posizione del dispositivo wireless ed evita l’overhead di un protocollo di comunicazione uno-a-uno; il dispositivo wireless si limita ad ascoltare la trasmissione broadcast, senza necessità di rispondere, con conseguente risparmio energetico.

Un ulteriore vantaggio della presente invenzione à ̈ quello per cui, in caso di emergenza, i dati distribuiti in broadcast sono ottenibili dai mezzi di soccorso non appena si trovano a portata di un punto di accesso della rete wireless. Un ulteriore vantaggio del metodo secondo la presente invenzione à ̈ che i punti di accesso e la rete wireless sono mantenuti compatibili con lo standard IEEE 802.11, ad esempio varianti con le versioni “g†ed “n†.

Numerose sono le varianti possibili al metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso descritto come esempio, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva, così come à ̈ chiaro che nella sua attuazione pratica le forme dei dettagli illustrati potranno essere diverse, e gli stessi potranno essere sostituiti con degli elementi tecnicamente equivalenti.

Ad esempio, oltre a quelle già indicate, altre informazioni aggiuntive o alternative per la localizzazione dei dispositivi a radiofrequenza non connessi alla rete wireless possono essere:

- appartamento, piano, via, numero civico, città, stato;

- edificio, settore, corridoio, scaffale, ripiano;

- padiglione, riga, colonna, stand;

- settore, fila, colonna, sedile;

- periodo di validità / scadenza;

- potenza massima del segnale di risposta, variazione della potenza attesa al variare della distanza;

- orientamento del tag/antenna, forma e direzione dei corrispondenti lobi; - distanza massima/minima di ricezione;

- ostacolo, limite invalicabile, pericolo (elettrico, chimico, biologico, ecc), via di fuga, porta, scale.

Ad esempio, le informazioni geografiche possono essere compresse e/o criptate e/o protette da un codice di correzione d’errore, ad esempio MD5. Ad esempio, nonostante il metodo sia stato descritto con riferimento a tecnologie definite nello standard IEEE 802.11, esso può anche essere utilizzato con altri standard, ad esempio LTE o UMTS le cui specifiche sono definite dal gruppo 3GPP. In particolare per questi ultimi standard, LTE o UMTS, sono previsti alcuni campi (Information Elements) nei messaggi di broadcast che potrebbero essere utilizzati allo stesso modo dell’elemento VSI dello standard IEEE 802.11.

Ad esempio la specifica TS 36.331 dello standard 3GPP-LTE oppure la specifica TS 25.331 dello standard 3GPP-UMTS prevedono, per il canale broadcast, i campi informativi denominati “SystemInformationBlockType10†oppure “SystemInformationBlockType12†i quali sono destinati a contenere informazioni di broadcast, ivi comprese generiche stringhe di byte, utilizzabili in caso di emergenza.

Dunque à ̈ facilmente comprensibile che la presente invenzione non à ̈ limitata ad un metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless in un ambiente comprendente una rete wireless avente almeno un punto di accesso, ma à ̈ passibile di varie modificazioni, perfezionamenti, sostituzioni di parti ed elementi equivalenti senza però allontanarsi dall’idea dell’invenzione, così come à ̈ precisato meglio nelle seguenti rivendicazioni.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per localizzare la posizione di un dispositivo wireless (7) in un ambiente (2) comprendente una rete wireless (1) avente almeno un punto di accesso (3), in cui detto metodo comprende il passo di ricevere un segnale a radiofrequenza (10) che à ̈ trasmesso da detto almeno un punto di accesso (3) e che comprende le informazioni di base per la connessione a detto almeno un punto di accesso (3), caratterizzato dal fatto che detto segnale a radiofrequenza (10) comprende una informazione geografica (20) relativa alla posizione geografica di almeno un dispositivo elettronico a radiofrequenza (5) situato in detto ambiente (2) e non connesso a detta rete wireless (1).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo a radiofrequenza (5) Ã ̈ un transponder di tipo RFID.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui detto transponder di tipo RFID Ã ̈ di tipo passivo.
4. 4. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta informazione geografica (20) Ã ̈ suddivisa in almeno due di detti segnali a radiofrequenza.
5. 5. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto segnale a radiofrequenza (10) comprende un pacchetto di dati in accordo allo standard IEEE 802.11.
6. 6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui detta informazione geografica (20) Ã ̈ contenuta in almeno un campo dati VSI di detto pacchetto di dati.
7. 7. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 4, in cui detto segnale a radiofrequenza (10) comprende un pacchetto di dati in accordo alla specifica TS 36.331 dello standard 3GPP-LTE oppure della specifica TS 25.331 dello standard 3GPP-UMTS.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detto pacchetto di dati à ̈ compreso in un messaggio di tipo “System Information Block†.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detta informazione geografica (20) comprende uno o più di detti elementi: identificativo di detto dispositivo a radiofrequenza (5), latitudine, longitudine, altitudine, edificio, piano, stanza.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui detto dispositivo elettronico a radiofrequenza (5) comprende mezzi di memoria (6) in cui à ̈ memorizzato detto identificativo di detto dispositivo a radiofrequenza (5).
11. 11. Dispositivo wireless (7) comprendente mezzi per implementare il metodo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 10.
12. 12. Punto di accesso (3) di una rete wireless operante in un ambiente (2) comprendente mezzi per trasmettere un segnale a radiofrequenza (10) che comprende le informazioni di base per la connessione a detto punto di accesso (3), caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi per inserire in detto segnale una informazione geografica (20) relativa alla posizione geografica di almeno un dispositivo elettronico a radiofrequenza (5) situato in detto ambiente (2) e non connesso a detta rete wireless.
13. 13. Segnale a radiofrequenza trasmesso da un punto di accesso (3) situato in un ambiente (2) per permettere ad un dispositivo wireless (7) di connettersi a detto punto di accesso (3), caratterizzato dal fatto di comprendere una informazione geografica (20) relativa alla posizione geografica di almeno un dispositivo elettronico a radiofrequenza (5) situato in detto ambiente (2) e non connesso a detta rete wireless (1).
14. 14. Sistema per localizzare la posizione di un dispositivo wireless (7) comprendente: - una rete wireless (1) avente almeno un punto di accesso (3) che trasmette un segnale a radiofrequenza (10) comprendente le informazioni di base per la connessione a detto almeno un punto di accesso (3), detto punto di accesso comprendendo mezzi per inserire in detto segnale a radiofrequenza (10) una informazione geografica (20) relativa alla posizione geografica di almeno un dispositivo elettronico a radiofrequenza (5) e detto dispositivo wireless (7) comprendendo mezzi per ricevere detto segnale a radiofrequenza (10); - almeno un dispositivo elettronico a radiofrequenza (5) situato in detto ambiente (2) e non connesso a detta rete wireless (1) comprendente mezzi di memoria (6) in cui à ̈ memorizzato un identificativo univoco.