ITUB20159719A1 - Beacon direzionale - Google Patents
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Description
BEACON DIREZIONALE
[001] La presente invenzione si riferisce al campo tecnico della geolocalizzazione per mezzo di dispositivi commerciali conosciuti come beacon. In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un beacon che permette una migliore localizzazione delle persone grazie alla presenza di una doppia antenna.
[002] Un beacon è un modulo elettronico commerciale. Un beacon Bluetooth® emette in modo ripetitivo con una periodicità predeterminata un segnale radio secondo lo standard Bluetooth® a 2,4 GHz, contenente in modo codificato secondo lo standard Bluetooth® un codice di riconoscimento univoco specifico per ciascun dispositivo. Analogamente, un beacon Wi-Fi emette in modo ripetitivo con una periodicità predeterminata un segnale radio secondo lo standard IEEE 802.11, contenente in modo codificato secondo lo standard IEEE 802.11 un codice di riconoscimento univoco specifico per ciascun dispositivo.
[003] È noto l’uso di beacon per la localizzazione di persone, sia all’aperto sia in ambienti chiusi. La presente invenzione fa riferimento preferibilmente alla localizzazione di persone in ambienti chiusi, quali punti vendita di grandi superfici e musei.
[004] È noto disporre un certo numero di beacon all 'interno di un ambiente chiuso allo scopo di localizzare una persona che porta un dispositivo portatile come uno smartphone. Tra i beacon e il dispositivo portatile si instaura una comunicazione che permette di rilevare la posizione della persona che porta il dispositivo portatile, e anche se detta persona sia ferma o in movimento. Allo stato attuale, la tecnologia non è tuttavia esente da inconvenienti.
[005] Il beacon trasmette un segnale radio sferico che si propaga in tutte le direzioni. Questo rende molto difficile capire in quale punto preciso una persona si trovi rispetto al beacon: ad esempio, capire se la persona si trovi proprio davanti al beacon, sulla sua destra o sulla sua sinistra.
[006] Va detto che spesso i beacon sono attaccati al soffitto oppure ad una parete, e anche questo contribuisce a rendere difficile la precisa localizzazione della persona rispetto al beacon.
[007] Un primo inconveniente dell’ arte nota è legato all’alto numero di beacon che è necessario installare per raggiungere una sufficiente precisione di localizzazione della persona. L’inconveniente è ancora più sentito se si tiene conto che il sistema operativo e il software funzionante su di un dispositivo mobile possano rispondere con prestazioni modeste, nel momento in cui il terminale mobile è investito da un eccesso di segnali provenienti da troppi beacon diversi in un intervallo limitato di tempo.
[008] Un secondo inconveniente è che detti beacon inondano lo spazio di segnali che si propagano in tutte le direzioni, stimolando riflessioni incontrollate e non prevedibili che investono i vari dispositivi posati in modo casuale,
[009] Un terzo inconveniente è dato dall 'impossibilità di collegare in modo univoco la forza del segnale alla distanza tra il dispositivo portatile e il beacon. Infatti vi è mancanza di standardizzazione dei vari dispositivi portatili che sono posseduti dalle varie persone. Il tipo e l’anno di costruzione del dispositivo portatile (smartphone) hanno un pesante influsso sulla capacità di ricezione del segnale da parte del dispositivo portatile. Un peso non indifferente è dato dalla posizione (all’orecchio, in mano, in tasca, in una borsa) e dall’ orientamento (in piedi, coricato, con lo schermo verso l’alto o verso il basso) dello smartphone. Un’ulteriore complicazione è collegata alla diversità di versioni (release) del sistema operativo, visto che tipicamente i dispositivi portatili possono funzionare con diverse versioni del sistema operativo, a seconda del momento in cui sono vendute. Come ulteriore complicazione il rilascio di versioni successive di sistemi operativi o di loro aggiornamenti espone al pericolo che un dispositivo portatile, che aveva un determinato comportamento, possa modificare le sue caratteristiche in seguito a una evoluzione o un aggiornamento del sistema operativo stesso. Una ulteriore complicazione è legata al fatto che in alcuni dispositivi portatili le capacità di ricezione variano a seconda di quanto essi sono caricati con attività computazionali. Ad esempio, aprire o chiudere applicazioni esterne può influenzare la capacità di ricezione del dispositivo portatile, e questa capacità può variare in modo significativo in pochi secondi di tempo. Questo porta a segnali di diversa intensità, dai quali non si riesce a capire se la variabilità del segnale sia dovuta a uno spostamento della posizione del dispositivo portatile o a una sua variazione di inclinazione, oppure una diversa schermatura introdotta dal passaggio delle persone, oppure da percorsi di riflessione che si innescano nell’ ambiente, oppure dovuta alle caratteristiche di ricezione proprie del dispositivo, o ancora altro.
[0010] Un quarto inconveniente consiste nella difficoltà di capire in quale posizione precisa la persona si trovi rispetto al beacon (davanti, a destra, a sinistra), e se sia ferma o se si stia muovendo. Se si sta muovendo, è difficile capire da quale direzione si sta avvicinando.
[0011] Utilizzando una pluralità di beacon al fine di migliorare la precisione della localizzazione ci si imbatte frequentemente nel primo e secondo inconveniente descritti sopra, e solo con molta difficoltà si riesce a fare una distribuzione strutturata dei beacon.
[0012] Tutte queste variabili rendono Γ interazione tra il beacon e il terminale portatile inconsistente e incontrollabile.
[0013] Scopo dell invenzione è fornire un apparato e un metodo in grado di effettuare una localizzazione della persona abbastanza precisa, dell’ordine <3 metri, utilizzando beacon singoli oppure beacon multipli posati in modo strutturato in locali chiusi.
[0014] Questo scopo è ottenuto con un’apparecchiatura ed un metodo che hanno le caratteristiche delle rivendicazioni indipendenti. Forme realizzati ve vantaggiose e affinamenti sono specificati nelle rivendicazioni dipendenti da queste.
[0015] Lo scopo è raggiunto con un beacon che possiede due antenne, preferibilmente uguali fra loro, disposte nello spazio in modo leggermente sfalsato. Un’ulteriore caratteristica vantaggiosa del beacon della presente invenzione consiste nell’emissione di segnali differenziati nel tempo, alternando segnali ad alta intensità e segnali a bassa intensità.
[0016] Un primo vantaggio della presente invenzione consiste nell’ aumentare la precisione della localizzazione delle persone, sia che una pluralità di beacon sia disposta in modo strutturato, sia in presenza di un unico beacon (hotspot).
[0017] Un secondo vantaggio è rendere possibile ed efficace una distribuzione strutturata dei beacon.
[0018] Un terzo vantaggio è rendere più efficace la distribuzione dei beacon in presenza di terminali mobili nelle mani di persone, detti terminali avendo caratteristiche di ricezione non note, non controllabili e non prevedibili.
[0019] Un quarto vantaggio consiste nella riduzione dei costi in quanto il beacon della presente invenzione può fare il lavoro di due beacon tradizionali, con una quantità di hardware in più molto ridotta rispetto a quella di un beacon tradizionale.
[0020] Un quinto vantaggio consiste nel fatto che il beacon della presente invenzione rende possibile il rilevamento esatto di un portatore di terminale mobile che si trova di fronte al beacon.
[0021] Un sesto vantaggio consiste nella possibilità di discriminare la direzione e il senso di marcia della persona, se questa sia avvicina o si allontana e da quale parte si trova rispetto al beacon (destra/sinistra).
[0022] Ulteriori vantaggi e caratteristiche della presente invenzione sono descritte nella seguente descrizione, in cui forme realizzati ve esemplificative sono spiegate in dettaglio sulla base dei disegni:
Figura 1 Rappresentazione dall’ alto di una tipica interazione tra un beacon di tipo tradizionale e una persona che porta un dispositivo portatile;
Figura 2 Rappresentazione schematica dell’ interazione tra un beacon direzionale secondo la presente invenzione e un terminale portatile; Figura 3 Rappresentazione schematica dell<1>inter azione tra un beacon direzionale secondo la presente invenzione e un terminale portatile, secondo una particolare modalità di funzionamento.
[0023] La Figura 1 mostra un caso tipico di interazione tra un beacon di tipo tradizionale e una persona all’interno di un punto vendita. In particolare, la Figura 1 mostra un tipico corridoio di un punto vendita delimitato da due scaffali 2; il beacon 1 di tipo tradizionale è fissato ad uno di questi. Per le ragioni sopra esposte, il beacon tradizionale è incapace di discriminare se la persona 10 si trovi proprio davanti a sé, o se questa stia sopraggiungendo da sinistra 11 o da destra 12.
[0024] La Figura 2 mostra un beacon 6 direzionale secondo la presente invenzione, il quale è costituito da un microprocessore 65, da una prima antenna 67 trasmittente, e da una seconda antenna 68 trasmittente. Preferibilmente le due antenne 67, 68 sono simmetriche e uguali fra loro, ma dirette verso due distinte direzioni dello spazio, preferibilmente opposte tra loro.
[0025] In un'altra forma realizzativa, non mostrata, la prima antenna e la seconda antenna sono fisicamente orientate nella medesima direzione, ad esempio a 90° rispetto alla scheda elettronica su cui sono realizzate, ma hanno lobi di antenna orientati secondo direzioni differenti, ossia divergenti.
[0026] Le dette antenne 67, 68 emettono ciascuna un segnale sotto forma di pacchetto di dati, rispettivamente 77 e 78, verso un dispositivo 24 portatile (smartphone), su cui è caricato un apposito programma 25 (app).
[0027] I pacchetti di dati 77, 78 sono trasmessi non contemporaneamente ma con un piccolo scarto temporale, dell ordine del centinaio di millisecondi. Un intervallo di tempo così breve nella trasmissione dei due pacchetti di dati 77, 78 permette di essere ragionevolmente sicuri che in quell intervallo di tempo né il terminale portatile avrà cambiato significativamente il suo orientamento, né la persona che lo porta avrà cambiato apprezzabilmente la propria posizione nello spazio.
[0028] La Figura 3 mostra la differenze tra tre diverse posizioni dell’individuo 10 che porta il dispositivo 24 rispetto al beacon 6 secondo la presente invenzione, lungo un arco di cerchio con il centro sostanzialmente coincidente con il beacon 6 stesso.
[0029] Per ogni pacchetto ricevuto dal dispositivo portatile, il dispositivo stesso ricava una indicazione della potenza con cui questo pacchetto è stato ricevuto (Received Signal Strength Indication, RSSI). Il parametro RSSI oppure una sua elaborazione è sovente il primo indicatore che consente di stimare la distanza fra un terminale mobile e un dato beacon che ha inviato quel pacchetto.
[0030] Il dispositivo portatile 24 tramite la sua app 25 esamina il livello del segnale del pacchetto 77, per brevità indicato come RSSI(77) ricevuto dall’antenna 67 e in sequenza il segnale del pacchetto dati 78, indicato come RSSI(78) ricevuto dall’antenna 68. Grazie alla presenza delle due antenne ed alla modalità di interrogazione è possibile eseguire misure di triangolazione.
[0031] In particolare con riferimento agli esempi specificamente indicati nella Figura 3 e che rappresentano tre casi tipici, è possibile ottenere le seguenti informazioni:
- Se RSSI(77) = RSSI(78), la persona è vicina al beacon 6 e si trova davanti ad esso;
- Se il segnale RSSI(77) » RSSI(78), la persona si trova dal lato dell’antenna 77 del beacon 6;
- Se il segnale RSSI(77) « RSSI(78), la persona si trova dal lato dell’antenna 78 del beacon 6.
[0032] Senza perdere in generalità, con RSSI(77) e RSSI(78) si può intendere il segnale effettivamente ricevuto in quel pacchetto di dati, oppure una sua elaborazione e/o filtraggio che può statisticamente ripulire il segnale, eventualmente mediando con i segnali precedentemente ricevuti.
[0033] La app 25 che gira sul terminale mobile 24 può estrarre altre informazioni utili al posizionamento, confrontando Γ andamento dei segnali ricevuti nel tempo. Per esempio, confrontando il livello del segnale emesso dalla antenna 67 al tempo tn, con quello emesso all’istante precedente tn-i, è possibile capire se la persona 10 dotata del dispositivo portatile 24 sia in avvicinamento oppure in allontanamento. Esemplificando si può indicare che, confrontando RSSI(77W) con RSSI(77m-i), è possibile capire se la persona 10 dotata del dispositivo portatile 24 sia in avvicinamento oppure in allontanamento.
[0034] In una forma realizzati va particolarmente vantaggiosa, è possibile impostare il livello di potenza con cui i pacchetti di dati vengono trasmessi dalle antenne 67, 68. È infatti possibile far emettere alle antenne 67, 68 dei pacchetti di dati che abbiano un segnale di trasmissione di alto valore (TSSIH) O di basso valore (TSSIL).
[0035] Ulteriori affinamenti alla stima della posizione sulla base del livello di potenza segnale ricevuto possono essere ottenuti se si predispone che il pacchetto di advertising emesso dalle antenne 67, 68 abbia come payload anche il TSSI o un suo parametro:
- Trasmettendo pacchetti di dati 77, 78 con un livello di trasmissione elevato, pari a TSSIH, si indichi allora con RSSI(77) e RSSI(78) il livello di segnale dei pacchetti ricevuti dal dispositivo portatile 24;
- Trasmettendo pacchetti di dati 87, 88 con un livello di trasmissione basso, pari a TSSIL, si indichi allora con RSSI(87) e RSSI(88) il livello di segnale dei pacchetti ricevuti dal dispositivo portatile 24.
[0036] Quando la persona è davanti al beacon, indipendentemente dal fatto che sia dalla parte della parete del beacon, o vicina alla parete opposta al beacon, si rileva che RSSI(77) » RSSI(78) e che RSSI(78) = RSSI (88).
[0037] Dopo qualche passaggio in corsia, statisticamente capiterà che la persona, passando proprio davanti al beacon, qualche volta passi vicino alla parete del beacon, e qualche volta nei pressi della parete di fronte al beacon. Nel caso di un supermercato, visto che le corsie degli scaffali hanno mediamente una larghezza attorno ai due metri, quando P individuo 10 passa davanti al beacon 6 si riesce ad stimare una correlazione fra il livello di potenza trasmessa dal beacon e P RSSI ricevuto, con una precisione migliore di 2 m. Da notare che il livello di potenza ricevuta dal terminale mobile 24 è proprio riferito a quel terminale mobile di quella data marca, di quel dato lotto produttivo, con quel suo modello di antenna, con quella data versione di sistema operativo e i suoi aggiornamenti al sistema operativo di quel momento. Poi, incrociando i livelli di RSSI(77), RSSI(78), RSSI(87), RSSI(88) con i rispettivi livelli di segnale trasmesso TSS1, la APP 25 riesce a stimare la capacità ricevente del terminale mobile 24, e sulla base di questo stimare con sempre maggiore precisione le distanze del terminale mobile 24 dal beacon 6 valutando i livelli di RSSI ricevuti. In questa maniera il livello di RSSI ricevuto dal terminale mobile 24 diventa rappresentativo della distanza dal beacon 6 di quello specifico terminale mobile.
[0038] Sfruttando le non linearità in ricezione, e considerando i pacchetti di dati trasmessi con un livello di potenza di trasmissione TSSILmolto basso, si rileva che la differenza tra RSSI(87), RSSI(88) è trascurabile indipendentemente dalla posizione in corsia.
[0039] Invece considerando i pacchetti di dati trasmessi con un livello di potenza di trasmissione TSSIHmolto alto si rileva che la differenza tra RSSI(77) e RSSI(78) è molto variabile a seconda che la persona 10 sia vicina o lontana dal beacon 6. Queste empiriche considerazioni consentono di affinare la stima della posizione del terminale mobile rispetto al beacon, esaminando gli RSSI ricevuti in abbinamento ai livelli di TSSI dei pacchetti trasmessi dal beacon, senza per questo avere fatto una taratura a priori della capacità ricevente di quello specifico terminale mobile 24, con le sue caratteristiche di tipo di terminale, lotto produttivo, tipo di antenna, versione di sistema operativo e suoi aggiornamenti.
[0040] Viste le non linearità dei sistemi d’antenna, si rileva che con TSSILil livello di RSSI(87) e RSSI(88) sono molto simili se la persona 10 si trova proprio davanti al beacon 6, vicino alla parete del beacon, oppure lontano dalla parete del beacon. Quando il livello di trasmissione è TSSIH, le differenze fra RSSI(77) e RSSI(78) sono molto più marcate a seconda che l’individuo sia davanti al beacon, dalla parte della parete vicina o dalla parte della parete lontana. Considerando diversi passaggi del terminale mobile 24 davanti al beacon 6, si riesce ad affinare una euristica che consente di stimare le distanze in dipendenza ai livelli di RSSI ricevuti, anche tenendo conto dei livelli di potenza con cui i vari pacchetti sono trasmessi.
[0041] Tale euristica può essere costituita da algoritmi non lineari di tipo predittivo, come algoritmi classificatori od algoritmi predittivi che si basano su processi di training continuo sui dati ricevuti e sulle performance dei risultati, come ad esempio reti neurali od altri algoritmi. Questi sono implementati nel codice della app 25 eseguita dai dispositivi 24 mobili associati ai singoli utenti 10.
dispositivo radio- trasmittente (beacon) secondo l’arte nota
scaffali da punto vendita
dispositivo radio- trasmittente (beacon) secondo la presente invenzione persona
persona che si avvicina da sinistra
persona che si avvicina da destra
dispositivo portatile (smartphone)
software caricato sul dispositivo portatile (app)
microprocessore
prima antenna
seconda antenna
primo pacchetto di dati trasmesso dalla prima antenna
secondo pacchetto di dati trasmesso dalla seconda antenna
primo pacchetto di dati trasmesso dalla prima antenna a basso livello secondo pacchetto di dati trasmesso dalla seconda antenna a basso livello
Claims (4)
- R I V E N D I C A Z I O N I 1) Dispositivo (6) radio- trasmittente conosciuto come beacon che utilizza un protocollo di comunicazione del tipo Bluetooth® o Wi-Fi o simile emettendo con periodicità predeterminata pacchetti di dati (77) e comprendente un microprocessore (65), una sezione di trasmissione ed una prima antenna (67), caratterizzato dal fatto dì: comprendere una seconda antenna (68) che emette aneli’ essa con periodicità predeterminata pacchetti di dati (78); la detta prima e seconda antenna avendo lobi di trasmissione orientati in due direzioni distinte dello spazio.
- 2) Dispositivo (6) radio-trasmittente secondo la rivendicazione 1 in cui le antenne (67, 68) sono uguali e simmetriche tra loro rispetto ad un prestabilito punto di riferimento della posizione del beacon nello spazio.
- 3) Dispositivo (6) radio-trasmittente secondo la rivendicazione 1 in cui le antenne (67, 68) sono diverse tra loro.
- 4) Dispositivo radio-trasmittente secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, previsto in combinazione con uno o più diversi dispositivi (24) portatili o mobili, provvisti di una sezione ricetrasmittente operante secondo uno dei protocolli di comunicazione Bluetooth®, o Wi-Fi o simile e provvisto di una unità di elaborazione e di almeno una memoria per una applicazione (app) di elaborazione di uno o più pacchetti (77, 78) di segnali trasmessi dal detto dispositivo stesso 6 che viene eseguita dall’unità di elaborazione di uno o più dei detti dispositivi (24) mobili, i quali hanno ricevuto i detti segnali trasmessi dal dispositivo (6), la detta app determinando valori di stato dei detti dispositivi (24) mobili in funzione di parametri dei segnali ricevuti (77, 78), in particolare i detti valori di stato essendo la posizione nello spazio del o dei detti dispositivi mobili in relazione alla posizione del dispositivo (6) stesso, 5) Metodo per la localizzazione di almeno una persona (10) dotata di un dispositivo (24) portatile dotato di un software (25), la persona essendo preferibilmente aH’interno di un edificio, il metodo facendo uso di una pluralità di dispositivi (6) radio- trasmittenti secondo le rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dalle seguenti fasi: i. trasmissione di una sequenza di pacchetti dati (77, 87), la quale sequenza è formata da pacchetti di dati trasmessi alternativamente ed in successione fra loro dalla detta prima (67) e dalla detta seconda antenna (68) di almeno un dispositivo (6) radio-trasmittente cosiddetto beacon; ii. ricezione della detta sequenza di pacchetti dati da parte di almeno uno dei detti dispositivi (24) portatili; iii. determinazione della posizione relativa del detto almeno un dispositivo (24) portatile rispetto al detto dispositivo (6) radio- trasmittente sulla base del parametro dell’ intensità del segnale di ricezione relativo ai pacchetti dati trasmessi da una (67) delle dette due antenne ed ai pacchetti dati relativo all’altra delle dette due antenne, venendo la distanza definita sulla base dell’intensità dei detti due segnali (77,78) e la direzione ovvero le coordinate polari della posizione del dispositivo (24) portatile sulla base della differenza dei valori di intensità del segnale di ricezione relativo ai pacchetti dati trasmessi dalla prima antenna (67) rispetto a quelli trasmessi dalla seconda antenna (68). 6) Metodo per la localizzazione di almeno una persona (10) dotata di un dispositivo (24) portatile secondo la rivendicazione 5, in cui i pacchetti dati (77, 78) della sequenza di pacchetti dati vengono trasmessi ad intervalli temporali compresi fra circa 0,001 e circa 10 secondi. 7) Metodo per la localizzazione di almeno una persona (10) dotata di un dispositivo (24) portatile secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il dispositivo (24) portatile tramite il suo software (25), ricevuto il pacchetto (77) esamina i segnali RSSI(77) ricevuti dalla prima antenna (67) e poi i segnali RSSI(78) ricevuti dalla seconda antenna (68) ed in base al risultato del confronto dei detti segnali determina la seguente posizione relativa del dispositivo (24) portatile rispetto al dispositivo (6) radio- trasmittente; - Se RSSI(77) = RSSI(78), la persona (10) ovvero il corrispondente dispositivo portatile (24) si trova davanti al dispositivo (1) radiotrasmittente; - Se il segnale RSSI(77) » RSSI(78), la persona (10) ovvero il corrispondente dispositivo portatile (24) si trova lateralmente al dispositivo (6) radio- trasmittente, dal lato della prima antenna (67); - Se il segnale RSSI(77) « RSSI(78), la persona (10) ovvero il corrispondente dispositivo portatile (24) si trova lateralmente al dispositivo (1) radio- trasmittente, dal lato della seconda antenna (68). 8) Metodo per la localizzazione di almeno una persona (10) dotata di un dispositivo (24) portatile secondo una o più delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui la trasmissione del pacchetto dati del segnale (77) trasmesso dalla prima antenna (67) e del pacchetto del secondo segnale (78) trasmesso dalla seconda antenna (68) avviene in tempi successivi, tn-1, tn, tn+1 ...; e comparando almeno il valore RSSI(77tn) con il valore RSSI(77tn-l) di due successivi pacchetti di dati del segnale della prima antenna si determina se l’individuo (10) si sta avvicinando o allontanando rispetto ad un determinato dispositivo (1) radiotrasmittente. 9) Metodo per la localizzazione di almeno una persona (10) dotata di un dispositivo (24) portatile secondo la rivendicazione 8, in cui ulteriori affinamenti alla stima della posizione sulla base del livello di potenza del segnale ricevuto sono ottenuti predisponendo che il pacchetto dati emesso dalle antenne (67, 68) abbia come payload anche il TSSI o un suo parametro. 10) Metodo per la localizzazione di almeno una persona (10) dotata di un dispositivo (24) portatile secondo la rivendicazione 9, in cui ulteriori affinamenti alla stima della posizione sono ottenuti impostando il livello di potenza con cui i pacchetti di dati vengono trasmessi dalle antenne (67, 68), su almeno due diversi livelli per successivi pacchetti dati della sequenza di pacchetti dati, generando una successione di pacchetti di dati che abbiano un segnale di trasmissione di alto valore (TSSIH) O di basso valore (TSSIL) secondo una prestabilita distribuzione delle diverse potenze di trasmissione sulla successione di pacchetti di dati.
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EP2000816A2 (en) * | 2007-05-29 | 2008-12-10 | Sony Corporation | Arrival angle estimation system, communication device and communication system |
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- 2015-12-18 IT ITUB2015A009719A patent/ITUB20159719A1/it unknown
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2016
- 2016-12-16 EP EP16204838.3A patent/EP3182148A1/en not_active Withdrawn
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Publication number | Publication date |
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EP3182148A1 (en) | 2017-06-21 |
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