KR101165265B1 - 위치결정 서비스 품질 지표 - Google Patents
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Abstract
모바일 무선 장치가 위치 기반 서비스에 의한 사용을 위해 계산된 위치 추정치의 품질을 나타내는 위치 서비스 품질 지표(location quality of service indicator, QoSI)를 제공하도록 구성된다. QoSI는 장치에 의해 계산될 수도 있고 혹은 위치결정 인에이블 서버(location enabling server, LES)와 같은 서버에 의해 계산될 수도 있다. QoSI는 예측된 위치 정확도, 이용가능도, 지연시간, 정밀도, 및/또는 성공률(yield)을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 일반적으로는 무선 장치들을 위치결정하고, 지역(local), 지방(regional), 또는 국가 법 관할권에 의해 정해지는 미리설정된 위치 영역 및 계산된 지리학적 위치에 기초하여, 어떤 기능들을 가능하게 하거나, 선택적으로 가능하게 하거나, 제한하거나, 거부하거나 지연하기 위한 방법 및 장치에 관련된다. 이동국(MS)으로 불려지는 무선 장치들은, 아날로그 또는 디지털 셀룰러 시스템들, PCS, ESMRs(enhanced specilized mobile radios), WANs(wide-area-networks), 및 다른 유형의 무선 통신 시스템들과 같은 것들을 포함한다. 영향을 받는 기능들 또는 서비스들은 이동국에 대해 한정되거나 지상측(landside) 서버 또는 서버 네트워크 상에서 동작되는 것들을 포함할 수 있다. 더 상세하게는, 예를 들어 본 발명은 본 명세서에서 설명되는 종류의 LDP 장치들과 같은 모바일 무선 장치 상에 서비스 품질 지표(Quality of Service indicator, QoSI)를 제공하기 위한 시스템에 관련되나, 특별히 이러한 것으로 한정되는 것은 아니다.
본원은 현재는 미국 특허 제6,184,829 B1 호인 "Calibration for Wireless Location System"의 명칭의 미국 출원 제09/227,764 호(1999.01.08)의 계속출원으 로서, 현재는 미국 특허 제6,317,604 B1 호인 "Centralized Database for a Wireless Location System"의 명칭의 미국 출원 제09/539,352 호(2000.03.31 출원)의 일부 계속 출원으로서, 현재는 미국 특허 제6,782,264 B2이며 "Monitoring of Call Information in a Wireless Location System" 명칭의 미국 출원 제09/909,221 호(2001.07.18 출원)의 계속출원으로서, 현재 출원중인 "Monitoring of Call Information in a Wireless Location System" 명칭의 미국 출원 제10/768,587 호(2004.01.29 출원)의 일부계속출원으로서, "Advanced Triggers for Location Based Service Applications in a Wireless Location System"의 명칭의 미국 출원 제11/150,414호(2005.06.10 출원)의 계속출원인, "Geo-Fencing in a Wireless Location System"의 명칭의 미국 출원 제11/198,996 호(2005.08.08 출원)(본원에 전체로서 참조로 통합됨)에 대하여 발명 주제와 연관된다.
본원은 또한 현재는 2001.02.06자로 등록된 미국 특허 제6,184,829 B1 호인, "Calibration for Wireless Location System"의 명칭의 미국 특허 출원 제 09/227,764 호(1999.01.08 출원)의 계속출원으로서, 현재는 미국 특허 제 6,400,320 B1 호(2002.06.04 등록)인, "Antenna Selection Method for a Wireless Location System)"의 명칭의 미국 특허 출원 제09/648,404 호(2000.08.24 출원)의 분할출원으로서, 현재는 미국 특허 제6,563,460 B2 호(2003.05.13 등록)인 "Collision Recovery in a Wireless Location System"의 명칭의 미국 특허 출원 제10/005,068 호(2001.12.05 출원)의 계속출원으로서, 현재는 미국 특허 제6,603,428 B2 호(2003.08.05 등록)인 "Multiple Pass Location Processing"의 명칭의 미국 특 허 출원 제10/106,081 호(2002.03.25 출원)의 일부 계속출원으로서, 현재는 미국 특허 제6,873,290 B2 호(2005.03.29 등록)인 "Multiple Pass Location Processor"의 명칭의 미국 출원 제10/414,982 호(2003.04.15)의 계속출원으로서, 현재는 미국 특허 제7,023,383 호인 "Multiple Pass Location Processor"의 명칭의 미국 출원 제10/915,786 호(2004.08.11 출원)의 계속출원인 공개된 "Multiple Pass Location Processor"의 명칭의 미국 특허 출원 제US20050206566A1 호(2005.05.05 출원)에 대해 발명 주제와 연관된다.
무선 장치의 위치결정에 관련되어 상당한 연구가 있었고, E911(Enhanced 911) 단계 (무선 E911)에 대한 FCC(Federal Communications Commision)의 지원 가운데의 주목할 만한 대부분은 무선 911 호출(call)들 상에서 부가적인 정보를 갖는 911 디스패처(dispatcher)들을 제공하는 것에 의해 무선 911 서비스의 유효성 및 신뢰성을 향상시키도록 추구하고 있다. 무선 E911 프로그램은 단계 Ⅰ 및 단계 Ⅱ의 두 부분으로 나누어진다. 단계 I은 통신 사업자들에 대해, 지역의 공공 안전 응답 지소(PSAP: Public Safety Answering Point)에 의한 유효한 요청이 있을 때에, 무선 911의 호출자의 전화 번호 및 그 호출을 수신한 안테나의 위치를 보고하도록 요구하는 것이다. 단계 Ⅱ는 대부분의 경우 50 내지 300 미터 내의 더 정밀한 위치 정보를 제공하기 위한 무선 통신 사업자들을 요구한다. E911의 배치는 국소적 911 PSAP들 등에 대한 업그레이드 및 새로운 기술의 발전을 요구하였다. E911 단계 Ⅱ에서, FCC의 지시는 원형 공산 오차(circular error probability)에 기초하여 요구되는 위치 결정의 정밀함을 포함하였다. 네트워크 기반 시스템들(무선 신호가 네트 워크 수신기에서 수집되는 위치결정 시스템들)은 300 미터 내의 호출자들의 95% 및 100 미터 내의 호출자들의 67%의 정밀도를 충족시킬 것이 요구되었다. 핸드셋 기반 시스템들(무선 신호가 이동국에서 수집되는 무선 위치결정 시스템들)은 100 미터 내의 호출자들의 95% 및 50 미터 내의 호출자들의 67%의 정밀도를 충족시킬 것이 요구되었다. 무선 캐리어들은 서비스 영역 상에서 위치결정의 정확도를 조정하는 것이 허용되었고 따라서 임의의 주어진 위치 추정의 정확도가 보장될 수 없었다.
정확도 및 성공률(yield; 호출 당 성공적인 위치결정의 수)이 E911의 단일 LBS 서비스를 위해 FCC에 의해 정의되는 것과 같이 몇 가지를 고민하는 동안, 지연 시간(latency)(요청하는 또는 선택된 애플리케이션에 대해 위치 결정 및 위치 추정의 전달까지의 시간)과 같은 부가적인 QoS(quality-of-service) 파라미터들은 없었다. 정확도를 갖는 FCC의 관심은 응급 서비스 센터(911 센터 또는 PSAP)에 위치된 휴대전화 호출의 특정 경우에 대한 것이었다. 최신식인 FCC의 정밀한 정확도 표준들은 광범위하게 배치되는 위치결정 기술들에 대한 기술 선택에 한정되었다. E911 단계 Ⅱ에 대한 네트워크 기반 조건들은 U-TDOA(uplink-time-difference-of-arrival), AoA(angle of arrival), 및 TDOA/AoA 혼성형(hybrid)을 포함하였다. E911 단계 Ⅱ에 대한 비 네트워크 기반 위치결정 조건은 시간 동기화, 궤도 데이터(궤도력), 및 획득 데이터(코드 위상, 및 도플러 거리)를 포함하는 지상측 서버로부터의 데이터로 증대되는 나비스타(Navistar) GPS(Global Positioning Systme)의 사용을 포함하였다.
무선 음성 통신용 FCC E911 준수 위치결정 시스템들 이외에, 도달시간(Time- of Arrival, TOA)을 사용하는 다른 무선 위치결정 시스템들, 도달시간차(Time-Difference-of-Arrival, TDOA), 도달각(Angle-of-Arrival, AoA), 도달전력(Power-of Arrival), 도달전력차(Power-Difference-of-Arrival)를 사용하는 다른 무선 위치결정 시스템은, 특정 위치기반 서비스(location-based services, LBS) 요구사항들을 충족시키키 위해 위치결정을 전개하도록 사용될 수 있다.
이하의 상세한 설명 부분에서, 본 발명과 관련하여 이용될 수 있는 위치결정 기법들 및 무선 통신 시스템들에 관한 배경기술이 더 제공된다. 본 배경기술 부분의 나머지 부분에서는, 무선 위치결정 시스템들에 관한 배경기술이 더 제공된다.
무선 위치결정 시스템들에 관한 초기 연구는, 1994년 7월 5일자 미국 특허번호 5,327,144호의 "Cellular Telephone Location System"에 설명되어 있고, 이는 도달시간차(TDOA) 기법들을 사용하여 셀룰러 전화기들을 위치결정하기 위한 시스템을 개시하고 있다. '144 특허에 개시된 시스템의 추가 향상은, 1997년 3월 4일자 미국 특허번호 5,608,410호의 "System for Locating a Source of Bursty Transmissions"에 개시되어 있다. 이러한 특허들은 둘다, 본 발명의 양수인인 트루포지션사(TruPosition, Inc.)에 양도되었다. 트루포지션은 원 발명의 개념들에 대해 계속해서 상당한 향상을 전개해 왔다.
지난 몇 년에 걸쳐, 셀룰러 산업은, 무선 전화기들에 의해 사용가능한 에어 인터페이스 프로토콜의 개수를 증가시켜 왔고, 무선 또는 모바일 전화기들이 동작할 수 있는 주파수 대역폭의 개수를 증가시켜 왔으며, "개인용 통신 서비스(PCS)", "무선" 등을 포함하여, 모바일 전화기들에 관한 혹은 관련된 용어의 개수를 확장시 켜 왔다. 현재 무선 산업에서 사용되는 무선 인터페이스 프로토콜들은, AMPS, N-AMPS, TDMA, CDMA, GSM, TACS, ESMR, GPRS, EDGE, UMTS WCDMA 등을 포함한다.
무선 통신 산업은 무선 위치결정 시스템의 가치 및 중요성을 인정해 왔다. 1996년 6월에, 미국연방통신위원회는, 무선 911 호출자들의 위치결정용으로 위치결정 시스템들을 배치하기 위해 무선 통신 산업에 대한 요구조건들을 발포했다. 이러한 시스템들의 광범위한 배치는, 비상 응답 리소스들의 사용을 감소시키기 때문에, 비상 응답 시간을 감소시킬 수 있고, 생명들을 살릴 수 있으며, 상당한 비용을 절감할 수 있다. 게다가, 위치 감지 과금(location sensitive billing), 함대 배치(fleet management)와 같은 다양한 무선 어플리케이션들이 미래에서는 매우 중요한 상업적 가치를 가질 것이라는 조사 연구 결과가 나왔다.
언급한 바와 같이, 무선 통신 산업은 미국에서 및 국적으로 상이한 주파수 대역들에서 많은 에어 인터페이스 프로토콜들을 사용한다. 일반적으로, 에어 인터페이스와 주파수 대역들 어느 것도, 무선 전화기들을 위치결정함에 있어서 무선 위치결정 시스템의 유효성에 영향을 주지 않는다.
모든 무선 인터페이스 프로토콜들은 두 가지 카테고리의 채널들을 사용하며, 여기서 하나의 채널은 무선 네트워크에서의 포인트들 간의 단일 링크 내에서 다중 전송 경로들 중의 하나로 정의되어 있다. 하나의 채널은 주파수에 의해, 대역폭에 의해, 동기화 시간 슬롯들에 의해, 인코딩, 편이 변조(shift keying), 변조기법에 의해, 또는 이들 파라미터들 중의 조합에 의해, 정의될 수 있다. 제어 또는 접속 채널로 불려지는 제1 카테고리는, 콜의 개시 또는 종료를 위해, 또는 버스트 데이 터(bursty data)를 전송하기 위해, 무선 전화기 또는 송신기에 관한 정보를 전달하기 위해 사용된다. 예를 들어, 몇가지 유형의 단문 메시징 서비스는 제어 채널을 통해 데이터를 전송한다. 다른 에어 인터페이스들은 제어 채널들을 설명하기 위해 다른 용어를 사용하나, 각각의 에어 인터페이스에서의 제어 채널들은 유사하다. 음성 또는 트래픽 채널로서 알려진 두 번째 카테고리의 채널은, 전형적으로 에어 인터페이스를 통해 음성 또는 데이터 통신들을 전달한다. 일단 제어 채널들을 사용하여 어떤 콜이 설정되어 있으면, 트래픽 채널들이 사용된다. 음성 및 사용자 데이터 채널들은 전형적으로 전용 리소스들을 사용한다. 즉, 그러한 채널은 단지 단일 모바일 서비스에 의해 사용될 수 있다. 반면에, 제어 채널은 공유 리소스들을 사용한다. 즉 그러한 채널은 다중 사용자들에 의해 접속될 수 있다. 음성 채널들은 일반적으로는 무선 전화기 또는 송신에 있어서의 송신기에 관한 식별 정보를 전달하지는 않는다. 비록 몇몇 어플리케이션들에 대해서는 음성 채널 상에서의 위치결정이 더 바람직할 수 있으나, 몇몇의 무선 위치결정 어플리케이션에 있어서, 이러한 식별은 음성 채널들의 사용보다 더 효과적으로 제어 채널들을 사용할 수 있다.
다음의 단락은 에어 인터페이스 프로토콜들에서의 몇몇의 차이점들에 관해 논한다.
AMPS - 이는 TIA/EIA 표준 IS 553A에 설명되어 있고 미국에서 셀룰러 통신용으로 사용되는 원 무선 인터페이스 프로토콜이다. AMPS 시스템은 제어 채널들(RCC)에 의한 사용을 위해 개별 전역 채널들을 할당되고, 이러한 제어 채널들은 주파수 및 대역폭에 따라 정의되고 BTS에서 모바일 전화기로의 전송을 위해 사용된다. 역 방향 음성 채널(Reverse Voice Channel, RVC)은 모바일 전화기에서 BTS로의 전송에 이용되는데, 제어 채널에 할당되지 않은 임의의 채널을 점유할 수 있다.
N-AMPS - AMPS에서 사용되는 것과 실질적으로 동일한 제어 채널들을 이용하나, 다른 대역폭 및 변조 방식들을 가지는 다른 음성 채널들을 이용한다.
TDMA - D-AMPS로도 알려져 있고 EIA/TIA 표준 IS-136에서 정의된 이 인터페이스는 주파수와 시간 분리의 사용에 의해 특징지어진다. 디지털 제어 체널들(Digital Control Channels, DCCHs)은, 주파수 대역에서는 어디에서든 일어날 수 있는 할당된 시간 슬롯들에서 버스트로 전송된다. 디지털 트래픽 채널들(Digital Traffic Channels, DTC)은 DCCH 채널들과 동일한 주파수 할당을 차지할 수 있으나, 주어진 주파수 할당에서 동일한 시간슬롯 할당은 아니다. 셀룰러 대역에서는, 각 프로토콜에 대한 주파수 할당이 개별적으로 유지되는 한, 캐리어는 AMPS 및 TDMA 프로토콜들 둘다를 사용할 수 있다.
CDMA - EIA/TIA 표준 IS-95A에 의해 정의되는 이 에어 인터페이스는, 주파수 및 코드 분리 둘 다를 사용함에 의해 특징지어진다. 인접 셀 싸이트들은 동일한 주파수 세트들을 사용할 수 있기 때문에, CDMA는, 무선 위치결정의 대부분의 방법들이 정확한 위치결정을 달성하는 것을 어렵게 하는, 니어-파(near-far) 문제와 같은 당해 기술 분야에서 숙련된 자들에게 알려진 상황을 생성하여 매우 신중한 전력 제어 하에서 동작할 수 있다(하지만, 이 문제를 해결하기 위해 2000년 4월 4일자 미국 특허번호 6,047,192호의 "강건하고, 효율적인, 국부화 시스템(Lobust, Efficient, Localization System)"을 보자). 제어 채널들(CDMA에서 접속 채널들로 알려진) 및 트래픽 채널들은 동일한 주파수 대역을 공유할 수 있으나, 코드에 의해 분리된다.
GSM - 국제 표준 모바일 통신용 글로벌 시스템으로 정의되는 이 에어 인터페이스는, 주파수와 시간 분리 둘다에 의해 특징지어진다. GSM은 물리적 채널들(시간슬롯)과 논리적 채널들(물리적 채널들에 의해 운반되는 정보) 간을 구별한다. 판송파(carrier)에 대해 몇몇의 반복되는 시간슬롯들은 물리적 채널을 구성하고, 이는 정보 - 사용자 데이터 및 시그널링 둘 다에 대해 상이한 논리적 채널들에 의해 사용된다.
브로드캐스트 제어 채널들(broadcast control channels, BCCHs)을 포함하는 제어 채널들(CCH), 공용 제어 채널들(Common Control Channels, CCCHs), 및 전용 제어 채널들(Dedicated Control Channels, DCCHs)은, CCH에 의해 사용하기 이한 할당된 시간슬롯들에서 버스트로 전송된다. CCH는 주파수 대역에서는 어디에서나 할당될 수 있다. 트래픽 채널(TCH)들 및 CCH는 동일한 주파수 할당을 차지할 수 있으나 주어진 주파수 할당에서는 동일한 시간슬롯 할당은 아니다. CCH 및 TCH는 GMSK로 알려진 동일한 변조 방법을 사용한다. GSM GPRS(General Packet Radio Service) 및 EDGE(Enhanced Data rates for GSM Evolution) 시스템들은 GSM 채널 구조를 재사용하나, 더 높은 데이터 처리율을 제공하고자 다중 변조 스킴들 및 데이터 압축을 사용할 수 있다. GSM, GPRS, 및 EDGE 무선 프로토콜들은, GERAN 또는 GSM EDGE 무선 억세스 네트워크(Radio Access Network)로서 알려진 카테고리에 의해 포함된다.
UMTS - UTRAN(UMTS Terrestrial Radio Access Network)로서 잘 알려져 있는 것으로서, 이는 GERAN 프로토콜들에 대한 후속으로서 3세대 국제 표준 연합 프로그램(international standard third Generation Partnership Program)에 의해 정의된 에어 인터페이스이다. UMTS는 또한 WCDMA(또는 W-CDMA)로서 종종 알려져 있고, 이는 광대역 코드 분할 다중 접속(Wideband Code Division Multiple Access)을 나타낸다. WCDMA는 직접 확산 기술(direct spread technology)이며, 이는 넓은 반송파, 즉 5MHz 반송파 상으로 전송을 확산할 것이다.
WCDMA FDD(이중 주파수 분할(Frequency Division Duplexed)) UMTS 무선 인터페이스(U - 인터페이스)는 주파수와 코드 둘다에 의해 물리적 채널들을 분리한다. WCDMA TDD(이중 시분할(Time Division Duplexed)) UMTS 무선 인터페이스는, 주파수, 시간 및 코드의 사용에 의해 물리적 채널들을 분리한다. 이러한 모든 다양한 UMTS 무선 인터페이스는 운반 채널들(transport channels)에 대해 맵핑되는 논리적 채널들을 포함하며, 운반 채널들은 다시 W-CDMA FDD 또는 TDD 물리적 채널들에 대해 맵핑된다. 인접 셀 싸이트들은 동일한 주파수 세트들을 사용할 수 있기 때문에, WCDMA는 또한 모든 CDMA 시스템들에 대해 공통인 니어-파 문제를 대처하기 위해 매우 신중한 전력 제어를 사용한다. UMTS에서 제어 채널들은 접속 채널들(Access Channels)로서 알려져 있는 반면에 데이터 또는 음성 채널들은 트래픽 채널들로 알려져 있다. 접속 및 트래픽 채널들은 동일한 주파수 대역과 변조 스킴을 공유할 수 있으나, 코드에 의해 분리한다. 이러한 사양 내에서는, 제어 및 접속 채널들, 또는 음성 및 데이터 채널들에 대한 일반적인 참조는, 특정 에어 인터페이스에 대해 선 호된 용어들이 무엇이든 간에, 모든 유형의 제어 또는 음성 및 데이터 채널들을 참조한다. 더욱이, 세계 도처에서 사용되는 여러 유형의 에어 인터페이스들(예, IS-95 CDMA, CDMA 2000, UMTS, 및 W-CDMA)가 제공되어졌으나, 이러한 사양은 본 명세서에서 설명된 발명의 개념들로부터의 임의의 에어 인터페이스를 배제하는 것은 아니다. 당해 기술분야에서 숙련된 자는 위에서 설명된 것들의 파생 기술 또는 이러한 부류들에 유사한 것에서는 어디에서나 사용되는 다른 인터페이스들을 알 수 있을 것이다.
GSM 네트워크들은 현존하는 무선 위치결정 시스템들에 대해 많은 잠재적인 문제점들을 제공한다. 먼저, 트래픽 채널들이 사용중일 때, GSM/GPRS/UMTS 네트워크에 연결된 무선 장치들은 거의 전송하지 않는다. 보안을 위해 트래픽 채널에 대한 암호화의 사용 및 일시적인 닉네임들의 사용(임시 이동국 식별자(Temporary Mobile Station Identifiers, TMSI))은, 무선 위치결정 시스템들을 트리거링 또는 태스킹하기 위해 무선 네트워크 모니터들이 제한적으로 유용하도록 한다. GSM/GPRS/UMTS 무선 네트워크와 같은 것들에 연결된 무선 장치들은 단지 주기적으로 무선 장치에 대한 전송을 위해 "듣고(listen)", 셋업, 음성/데이터 동작, 및 콜 브레이크다운 동안을 제외하고서는 신호들을 영역의 수신기들로 전송하지는 않는다. 이는 GAM 네트워크에 연결된 무선 장치를 검출할 확률을 감소시킨다. 영역에서의 모든 무선 장치들을 능동적으로 "핑잉(pinging)"함에 의해 이러한 제한을 극복하는 것이 가능할 수 있다. 그러나, 이러한 방법은 무선 네트워크의 용량 상에 큰 스트레스를 줄 수 있다. 또한, 무선 장치들의 능동적 핑잉은 모바일 장치 사용자들 에게 위치결정 시스템의 사용에 대해 경고할 수 있으며, 이는 유효성을 감소시키거나 폴링 위치결정 기반 어플리케이션(polling location-based application)의 곤란함(annoyance)을 증가시킬 수 있다.
위에서 인용된 특허출원번호 11/198,996호의 "무선 위치결정 시스템에서의 지리적 한정"은, 무선 통신 시스템에 의해 서비스 제공되는 제한된 지리적 영역 범위 내에서 동작하는 무선 장치를 위치결정하기 위해 무선 위치결정 시스템에 의해 사용되는 방법들 및 시스템들을 설명하고 있다. 그와 같은 시스템에서는, 지리적 한정된(Geo-fenced) 영역이 정의될 수 있고, 그런 다음 무선 통신 시스템의 미리 설정된 시그널링 링크들의 세트가 모니터링될 수 있다. 그러한 모니터링은 또한 모바일 장치가 지리적 한정된 영역에 대해 다음의 동작들 중의 어떤 것을 수행했는지를 검출하는 것을 포함할 수 있다. (1) 지리적 한정된 영역에 들어옴, (2) 지리적 한정된 영역을 나감, 및 (3) 지리적 한정된 영역 가까이에 근접함의 미리 정의된 정도. 또한, 그러한 방법은 모바일 장치가 그러한 행동들 중의 적어도 하나를 수행했는지를 검출하는 것에 응답하여, 모바일 장치의 지리적 위치결정을 결정하기 위한 높은 정확도의 위치결정 기능을 트리거링하는 것을 포함할 수 있다. 본 출원은, 계산된 지리적 위치 및 국부, 지역, 또는 국제 법률 관할에 의해 제한되는 미리 설정된 위치결정 영역에 기초하여 어떤 기능들 또는 서비스들을 가능하게 하거나, 선택적으로 가능하게 하거나, 제한, 거부, 또는 지연하도록 지리적 한정된 영역의 개념을 사용하기 위한 방법들 및 시스템들을 설명한다. 그러나, 본 발명은 위에서 인용된 특허출원번호 11/198,996호에 설명된 지리적 한정 기술들을 사용하는 시스템 들로 한정되는 것은 결코 아니다.
이하의 상세한 설명 뿐만 아니라 앞서의 요약은 첨부된 도면들과 관련하여 읽으면 더 잘 이해될 것이다. 발명을 설명할 목적으로, 발명의 예시적인 구성들이 도면들에서 보여지나, 본 발명은 특정 방법들 및 개시된 수단으로 한정되는 것은 아니다. 도면들에서,
도 1은 위치결정 장치 플랫폼(Location Device Platform, LDP) 장치를 개략적으로 도시한다.
도 2는 위치결정 인에이블 서버(Location Enabling Server, LES)를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 시스템을 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 프로세스 흐름도를 도시한다.
도 4a는 QoSI의 예시적인 사용을 예시하며, 도 4에서 보여진 것과 유사한 프로세스 흐름도를 도시한다.
도 5는 QoSI의 제1 실시예(방사상의 표시(radial display))를 도시한다.
도 6은 QoSI의 또 다른 예(네 개의 막대 표시)를 도시한다.
도 7a 및 7b는 발광다이오드(LED)를 사용하는 예들을 도시한다. 도 7a는 QoSI로 사용되는 삼색 LED 표시를 도시하고, 도 7b는 QoSI로 사용된 세 개의 LED 삼색 표시를 도시한다.
도 8은 QoSI의 맵핑된 속도 및 헤딩(heading) 예를 도시한다.
도 9a, 9b 및 9c는 얼마나 QoSI가 선택된 LBS 어플리케이션의 예측된 정확도를 보여주기 위해 사용될 수 있는지의 예들을 도시한다. 도 9a는 선택된 LBS 어플리케이션을 위한 높은 정확도의 QoSI에 대한 예시적인 표시를 보여주고, 도 9b는 선택된 LBS 어플리케이션을 위한 낮은 정확도의 QoSI의 예를 보여준다. 도 9c는 방사상/원형의 QoSI 및 네 개의 막대 신호 강도 표시를 포함하는 디스플레이를 보여준다.
도 10은 어떻게 QoSI가 위치결정 정확도와 LBS 어플리케이션의 위치결정 및/또는 전달의 추이 둘다를 모바일 장치의 사용자에게 보여주기 위해 사용될 수 있는지를 보여주며, 차례대로 서비스 품질의 지연시간(latency) 측면을 보여준다.
도 11은 QoSI 디스플레이의 또 다른 예를 도시하며, 이 경우에 다중 QoSI는 상이한 LBS 어플리케이션들을 위해 개별적으로 디스플레이된다.
도 12는 교정 디스플레이 옵션을 결정하기 위해 위치기반 서비스 어플리케이션에 의해 사용되는 QoSI의 또 다른 예를 보여주며, 이 경우에, 다중 맵 간의 선택은 QoSI에 의해 생성된 사용자 기대를 충족시키기 위해 디스플레이한다.
도 13은 네트워킹된 모니터를 디스플레이한 맵 QoSI의 예를 도해한다.
본 출원서의 청구범위는 2006년 9월 21일자로 미국에 출원된 출원번호 11/534,137호, "위치 서비스 품질 지표(LOCATION QUALITY OF SERVICE INDICATOR)" 의 혜택을 누리며, 또한 이는 그 전체로서 본 명세서에의 참조로 포함된다.
본 발명의 예시적인 구현들의 다양한 측면들의 개요가 다음의 요약에서 제공된다. 이러한 요약은 본 발명의 범위를 제한하거나 본 발명의 중요 측면들에 대한 모든 설명들을 다 제공하려는 의도는 아니다. 오히려, 이러한 요약은 예시적인 실시예들에 대한 이하의 설명들에 대한 도입으로 제공하려고 의도되었다.
게이밍에서의 증가 및 무선 네트워크에서의 증가와 함께, 무선 장치 기반의 게이밍에 대한 관심이 증가하고 있다. 본 출원서에서, 합법적인 무선 게이밍을 가능하게 하기 위해, 다른 것들 사이에서, 무선 사용자 인터페이스 장치, 어플리케이션 서버, 및 위치결정 서비스가 설명된다. 무선 장치를 독립적으로 위치결정하기 위한 기능은 위치결정 속임(location spoofing)을 제거하는 서비스를 제공하고, 게이밍 트랜잭션(gaming transaction)이 허가된 관할로 제한되어 있다는 권리를 보장한다.
본 명세서에서 설명되는 예시적인 실시예들은, 무선 장치들을 위치결정하고, 사용자 정의; 서비스 영역; 과금 구역; 또는 지역적, 영역적, 혹은 국가적 정치적 경계 또는 법률적 관할권에 의해 정의되는 미리 설정된 위치결정 영역 및 계산된 지리적 위치에 기초하여 어떤 기능들 또는 서비스들을 가능하게 하거나, 선택적으로 가능하게 하거나, 제한하거나, 거부하거나, 혹은 지연시키는 방법 및 장치를 제공한다. 무선 장치들은 아날로그 또는 디지털 셀룰러 시스템들, PCS, ESMRs(enhanced specialized mobile radios), WANs(wide-area-networks), 국부적인 무선장치들의 네트워크(WiFi, UWB, RFID) 및 기타 유형의 무선 통신 시스템들에서 사용되는 것과 같은 것들을 포함한다. 영향을 받은 기능들(affected functions) 또는 서비스들이 또한 무선 장치에 대해 국부적이거나 서버 또는 서버 네트워크 상에서 수행되는 것들을 포함할 수 있다. 더 상세하게는, 무선 장치의 게이밍 기능이 가능해질 수 있는지를 결정하기 위해, 관할 감지 게이밍(jurisdiction sensitive gaming), 내기(wagering), 또는 베팅 법 또는 규칙으로써 무선 장치 위치결정치들의 사용이 설명되나, 이러한 것으로 제한되는 것은 아니다.
또한, 여기서 위치결정 서비스 품질 지표 또는 QoSI가 설명된다. 모바일 무선 장치(LDP 장치 또는 기타 유형의 장치)는 위치 기반 서비스에 의해 사용하기 위한 계산된 위치 추정치의 품질을 나타내는 QoSI를 제공하도록 구성될 수 있다. QoSI는 LES와 같은, 서버에 의해 혹은 장치 그 자체에 의해 계산될 수 있다. QoSI는 예측된 위치결정 정확도, 이용가능도, 지연시간, 정밀도, 및/또는 성공률을 나타내기 위해 사용될 수 있다. QoSI의 다양한 사용 및 실시예, 및 QoSI를 생성하기 위한 방법들이 이하에서 설명된다.
본 발명의 부가적인 특징들 및 이점들은 이하의 예시적인 실시예들의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
A, 개요
LDP 장치(110) 및 LES(220)(각각 도 1 및 도 2)는 어떤 물리적 항목에 대해 위치결정 서비스들을 가능하게 한다. 하나의 모드에서, 그러한 항목은 내기(wagering)의 목적으로 구성된 무선 통신 장치(셀 폰, PDA 등)을 포함한다. 내기 는 지역 또는 주 법규들에 의해 규제되므로(미국에서), 합법적 내기(legal wagering)의 위치결정은 전형적으로, 카지노, 유람선, 패리뮤추얼 트랙(parimutuel tracks), 또는 지정된 오프싸이트 장소들과 같은 폐쇄된 구역들로 제한된다. LDP 기능들의 사용은 규제기관(regulatory body)의 통제하에서는 어느 곳에서나 내기가 일어나도록 허용한다.
LDP 장치(110)는 특별한 목적으로 만들어지고 무선 연결 및 내기 기능을 갖는 범용 컴퓨팅 플랫폼들을 위해 사용될 수 있다. LES(220), 즉 전자통신 네트워크 내에 상주하는 위치결정-확인 서버(location-aware server)는, 내기 기능이 가능해질 수 있는지를 결정하기 위해 무선 LDP 장치(110)에 대한 검사(IP 주소들의 현존하는 검사 또는 전화통신 영역 코드들의 검사 시스템에 유사한)에 대해 검사하는 위치결정을 수행할 수 있다. 실제 내기 어플리케이션은, LES(220) 상에 상주하거나 또 다른 네트워킹된 서버 상에 존재할 수 있다. LES(220)는 심지어 실시간 운영자/상담자에게 게이밍 승인 지표 또는 지리적 위치결정을 제공할 수 있다.
무선 위치결정 시스템에 의해 사용되는 위치결정 방법론은 내기 업체(wagering entity) 또는 규제 당국으로부터 운용된 서비스 영역 또는 요구사항들에 의존할 수 있다. 네트워크 기반 위치결정 시스템들은, POA, PDOA, TOA, TDOA, 또는 AOA, 또는 이들의 조합을 사용하는 것들을 포함한다. 장치 기반의 위치결정 시스템들은 POA, PDOA, TOA, TDOA, GPS, 또는 A-GPS를 사용하는 것들을 포함할 수 있다. 다중 네트워크 기반의 기법들, 다중 장치 기반의 기법들을 결합하는 혼성형들(Hybrids), 네트워크와 장치 기반 기법들의 조합은 정확도, 성공률, 및 서비스 영역 또는 위치기반 서비스의 지연시간 요구사항들을 달성하기 이해 사용될 수 있다. 위치 인식(location-aware) LES(220)는 위치결정 획득의 비용에 기초하여 이용가능한 것들로부터 이용하도록 위치결정 기법에 대해 결정할 수 있다.
LDP 장치(110)는 바람직하게는 LES(220)와 통신하기 위한 무선 통신 링크(무선 수신기 및 송신기(100, 101))를 포함한다. 무선 데이터 통신들은 위치결정 시스템과 연관된 셀룰러(모뎀, DPDP, EVDO, GPRS 등) 또는 광역 네트워크(wide-area networks)(WiFi, WiMAN/MAX, WiBro, ZigBee 등)을 포함할 수 있다. 무선 통신 방법은, 무선 위치결정 시스템 기능들에 독립적일 수 있다. 예를 들면, 그러한 장치는, 부근의 WiFi 접속 지점을 포착할 수 있으나, 그런다음, 근접 위치결정(proximity location)용으로 LES(220)에 WiFi 비콘(beacon)의 SSID를 통신하기 위해 GSM을 사용할 수 있다.
LES(220)는 LDP 장치(110)의 사용을 인증(authenticate)하고, 승인(authorize)하고, 과금하며, 관리한다. 바람직하게는, LES(220)는 또한 각각의 서비스 영역과 연관된 서비스 영역 정의 및 내기 규칙들을 유지한다. 서비스 영역은 일군의 위도/경도 지점들에 의해 정의되는 다각형이거나 또는 어떤 중심 지점으로부터의 반경으로 정의될 수 있다. 서비스 영역은 게이밍 규칙들의 해석에 의해 위치-인식 서버(location-aware server) 내에서 정의될 수 있다. 서비스 영역 제한, 규칙들, 및 계산된 위치에 기초하여, LES(220)는 무선 장치에게 게이밍 서비스들에 대한 완전한 접속, 제한된 접속, 또는 어떠한 접속도 허용하지 않는 것을 부여할 수 있다. LES(220)는 또한 바람직하게는 LDP 장치(110)가 서비스 영역을 들어 오거나 나갈 때 LDP 장치(110)(및 내기 서버)가 통지되는 지리적 한정 어플리케이션을 지원한다. LES(220)는 바람직하게는 다중의 제한된 접속 표시들을 지원한다. 내기 서비스에 대한 제한된 접속은 단지 시뮬레이션된 플레이가 가능해진다는 것을 의미할 수 있다. 서비스에 대한 제한된 접속은 또한 실시간 다중 플레이어 게이밍이 가능해진다는 것을 의미할 수도 있으나, 내기는 허용되지 않는다. 서비스에 대한 제한된 접속은 하루 중의 시간과 결부돤 위치에 의해 또는 하루 중의 시간에 의해 결정될 수 있다. 또한 서비스에 대한 제한된 접속은 특정 시간에서 그리고 미리 정해진 영역 내에서의 예약이 이뤄진다는 것을 의미할 수 있다.
LES(220)는 LDP 장치(110) 및 내기 서버 둘 다에 대해 서비스의 거부를 발할 수 있다. 접속의 거부는 또한 요청된 게임이 허가되는 쪽으로 방향 지시를 제공하는 것을 허용할 수 있다.
LDP 장치(110) 및 LES(220)는, 카드 게임, 테이블 게임, 보드 게임, 경마, 자동차경주, 운동 경기, 온라인 RPG, 및 온라인 1인칭 슈터(first person shooter)에 기초한 온라인 게이밍 및 내기 활동들을 허용할 수 있다.
LES(220)는 무선 사업자, 게이밍 단체 또는 로컬 조절 위원회(local regulatory board)에 의해 소유되거나 통제될 수 있다.
이제 두 가지 예시적인 사용 예들이 간략하게 요약될 것이다.
사용 예 : 지리적 한정(Geo-fencing)
이 시나리오에서, LDP 장치(110)는 위치결정 기법으로 네트워크 기반의 업링 크 TDOA를 사용하고 무선 링크로 GSM을 사용하는 특별한 목적을 위해 만들어진 게이밍 모델이다. 승객들이 공항에 도착함에 따라 승객들에게 제공되면, LDP 장치(110)는 초기에 게이밍 설명서, 광고, 및 시뮬레이팅된 플레이를 지원한다. 장치가 서비스 영역으로 들어오면, 장치는 사용자에게 현재 실제 내기가 가능하다는 것을 가청(audible) 및 가시(visible) 표시 기능을 통해, 신호를 보낸다. 이는 지리적 한정 어플리케이션의 일 예이다. 과금 및 소득(winnings)은 신용 카드를 통해 가능해지거나 호텔 방 번호에 대해 부과되고/수여될 수 있다. 만약 LDP 장치(110)가 그 영역을 떠나면, 들을 수 있고 볼 수 있는 표시 기능은 LES(220)가 LDP 장치 및 내기 서버에 대한 거부 메시지를 발함에 따라 실제 내기가 이제 가능할 수 있다는 것을 보여준다.
사용 예 : 접속 시도(Access Attempt)
이 시나리오에서, LDP 장치(110)는 WiFi 송수신기를 갖는 범용 휴대용 컴퓨터이다. 내기 어플리케이션 클라이언트는 컴퓨터 상에 상주한다. 내기 기능에 접속할 때마다, LDP 장치(110)는 허용을 위해 LES(220)를 조회한다. LES(220)는 WiFi SSID에 기초하여 현재의 위치를 획득하며, 도달 전력(power of arrival)은 서비스 영역 정의에 대해 그 위치를 비교하고 선택된 내기 어플리케이션에 대한 접속을 허용 또는 거부한다. 과금 및 소득(winnings)은 신용 카드를 통해 가능해진다.
B. LDP 장치
LDP 장치(110)는 바람직하게는 위치결정 가능 하드웨어 및 소프트웨어 전자 플랫폼으로 구현된다. LDP 장치(110)는 바람직하게는 네트워크 기반의 무선 위치결정 시스템의 정확도를 증가시킬 수 있고 장치 기반 및 혼성형(장치 및 네트워크 기반) 무선 위치결정 어플리케이션 둘다를 호스팅하는 것을 가능하게 할 수 있다.
폼 팩터들(Form Factors)
LDP 장치(110)는 다른 전자 시스템들 내 포함용의 회로 기판 설계를 포함하는 여러 폼 팩터들 내에 만들어질 수 있다. 무선 통신 송신기/수신기로부터의 구성요소들의 부가(또는 제외), 위치 결정, 디스플레이(들), 비휘발성 로컬 기록 스토리지, 처리 엔진, 사용자 입력(들), 휘발성 로컬 메모리, 장치 전력 변환 및 제어 서브시스템들 또는 불필요한 서브시스템들의 제거는, LDP의 크기, 무게, 전력, 및 형상을 다중의 요구사항들을 충족시키도록 허용한다.
무선 통신부 - 송신기(101)
LDP 무선 통신 서브시스템은 고체(solid-state) 주문형 반도체(application-specific-integrated-circuits, ASICs) 형태의 하나 또는 그 이상의 송신기들을 포함할 수 있다. 소프트웨어 정의 무선장치의 사용은 다중의 협대역 송신기들을 대체하기 위해 사용될 수 있고 앞서 언급된 무선 통신 및 위치결정 시스템에서의 전송을 가능하게 한다. LDP 장치(110)는 탑재된 프로세서 또는 LES(220)의 지시하에서 무선 위치 전송과 관련된 송신기로부터 통신 무선 링크 송신기를 분리시키는 것이 가능하다.
무선 통신부 - 수신기(100)
LDP 무선 통신 서브시스템은 고체 주문형 반도체 형태의 하나 또는 그 이상의 수신기들을 포함할 수 있다. 광대역 소프트웨어 정의 무선장치의 사용은 다중의 협대역 수신기드를 대체하기 위해 사용될 수 있고 앞서 언급한 무선 통신 및 위치결정 시스템의 수신을 가능하게 한다. LDP 장치(110)는 탑재된 프로세서 또는 LES(220)의 지시하에 무선 위치결정 목적용으로 사용되는 수신기로부터 통신 무선 링크 수신기를 분리하는 것이 가능하다. LDP 무선 통신 서브시스템은 또한 위치결정 전용 브로드캐스트 정보(송신기 위치들 또는 위성 궤도력(ephemerides)) 또는 통신 네트워크 또는 다른 송신기들로부터의 타이밍 신호들을 획득하기 위해 사용될 수 있다.
위치 결정 엔진(102)
LDP 장치의 위치 결정 엔진, 또는 서브시스템(102)은, 장치 기반, 네트워크 기반, 및 혼성형 위치결정 기술들을 가능하게 한다. 이러한 서브시스템은, 전력 및 타이밍 측정들, 브로드캐스트 위치 정보 및 장치 기반 TOA, FLT(forward link trilateration), AFLT(Advanced-forward-link-trilateration), E-FLT(Enhanced-forward-link-trilateration), EOTD(Enhanced Observed Difference of Arrival), O-TDOA(Observed Time Difference of Arrival), GPS(Global Positioning System) 및 A-GPS(Assisted-GPS)를 포함하는 다양한 위치결정 방법을 위한 다른 부대적인 정보를 수집할 수 있으나, 이러한 것들로 한정되는 것은 아니다.
위치 결정 서브시스템은 또한 장치의 신호 전력, 지속시간(duration), 대역폭, 및/또는 검출가능성(detectability)을 최대화하기 위해(예를 들어, 네트워크 기반 수신기에게 최대우도(maximum likelihood) 시퀀스 검출을 사용하는 것을 가능하게 하기 위해 전송된 신호에서 알려진 패턴을 삽입함으로써), LDP 장치(110)의 전송 특성들을 변경함에 의해 네트워크 기반 위치결정 시스템에서의 위치결정을 강화하도록 작동할 수 있다.
디스플레이(들)(103)
LDP 장치의 디스플레이 서브시스템은, 존재할 때, LDP에 대해 고유할 수 있고 그러한 장치가 인에이블하는 특정 위치결정-어플리케이션에 대해 최적화될 수 있다. 디스플레이 서브시스템은 또한 또 다른 장치의 디스플레이 서브시스템에 대한 인터페이스일 수 있다. LDP 디스플레이들의 예들은 음파, 촉각 또는 시각 표시부들을 포함할 수 있다.
사용자 입력(들)(104)
LDP 장치의 사용자 입력(들) 서브시스템(104)은, 존재할 때, LDP 장치에 대해 고유할 수 있고 LDP 장치가 인에이블하는 특정 위치결정-어플리케이션에 대해 최적화될 수 있다. 사용자 입력 서브시스템은 또 다른 장치의 입력 장치들에 대한 인터페이스일 수 있다.
타이머(105)
타이머(105)는 LDP 장치(110)에 의해 요구될 때 정확한 타이밍/클럭 신호들을 제공한다.
장치 전력 변환 및 제어(106)
장치 전력 변환 및 제어 서브시스템(106)은 지상통신선(landline) 또는 다른 LDP 장치의 전자 서브시스템들용 배터리 전력을 변환하고 조절하도록 작동한다.
처리 엔진(107)
처리 엔진 서브시스템(107)은 무선 통신, 디스플레이들, 입력들, 및 위치 결정 서브시스템에 의해 사용될 수 있는 범용 컴퓨터일 수 있다. 처리 엔진은 LDP 장치 리소스들을 관리하고 서브시스템들 간에 데이터를 라우팅하고, 휘발성/비휘발성 메모리 할당, 우선순위관리, 이벤트 일정관리, 대기열(queue) 관리, 인터럽트 관리, 휘발성 메모리의 페이징/스왑 공간 할당 관리, 프로세스의 리소스 제한, 가상 메모리 관리 파라미터들, 및 입력/출력(I/O) 관리와 같은 정상적인 CPU 임무들에 부가하여 시스템 성능 및 전력 소모를 최적화한다. 만약 위치결정 서비스 어플리케이션이 LDP 장치(110)에 대해 국부적으로 운용되고 있다면, 처리 엔진 서브시스템(107)은 충분한 CPU 리소스들을 제공하도록 스케일링될 수 있다.
휘발성 로컬 메모리(108)
휘발성 로컬 메모리 서브시스템(108)은 처리 엔진 서브시스템(107)의 제어하에 있고, 이러한 처리 엔진 서브시스템(107)은 위치결정 어플리케이션들에 존재하는 LDP 장치 및 다양한 서브시스템들에 메모리를 할당한다.
비휘발성 로컬 기록 스토리지(109)
LDP 장치(110)는, 파워 다운(power-down) 조건을 통해 비휘발성 로컬 기록 스토리지(109)에서, 송신기 위치들, 수신기 위치들 또는 위성 이페머리스를 유지할 수 있다. 만약 위치결정 서비스 어플리케이션이 LDP 장치에 대해 국부적으로 운용되고 있다면, 식별정보(identification), 암호화 코드들, 프리젠테이션 옵션들, 최고 점수들, 이전의 위치들, 대화명들(pseudomyms), 친구 목록들(buddy lists), 및 디폴트 설정값들과 같은 어플리케이션 파라미터들 및 어플리케이션 전용 데이터는, 비휘발성 로컬 기록 스토리지 서브시스템에 저장될 수 있다.
C. 위치 인식 어플리케이션 인에이블 서버(Location Aware Appliciation Enabling Server, LES)(220)
LES(220)(도 2 참조)는 무선 LDP 장치들(110)과 네트워킹된 위치기반 서비스 어플리케이션 간의 인터페이스를 제공한다. 이하의 단락에서는 도 2에서 보여진 예시적인 실시예의 구성요소들이 설명된다. 설명된 다양한 기능들은 예시적이고, 바 람직하게는 컴퓨터 하드웨어 및 소프트웨어 기술들을 사용하여 구현되며, 즉 LES는 바람직하게는 무선 통신 기술들과 인터페이싱되고 프로그래밍된 컴퓨터로 구현된다는 것을 주목하여야 한다.
무선 통신 네트워크 인터페이스(200)
LES(200)는, CDPD, GPRS, SMS/MMS, CDMA-EVDO, 또는 Mobitex와 같은 시스템들을 사용하여 모뎀 신호로서 무선 통신 네트워크를 통해 운용되는 데이터 링크에 의해 LDP 장치(110)에 연결하나, 이러한 것들로 제한되는 것은 아니다. 무선 통신 네트워크 인터페이스(Radio Communications Network Interface, RCNI) 서브시스템은 푸쉬 동작을 위해(여기서 데이터는 LDP 장치(110)로 보내짐) 정확한(특정 LDP에 대해) 통신 시스템을 선택하여 명령하도록 동작한다. RCNI 서브시스템은 또한, 위치결정 또는 위치 감지(location-sensitive) 동작을 개시하기 위해 LDP 장치(110)가 LES(220)에 연결되는 풀(pull) 동작들을 취급한다.
위치 결정 엔진(201)
위치 결정 엔진 서브시스템(201)은, LES(220)로 하여금 네트워크 기반 TOA, TDOA, POA, PDOA, AoA 또는 혼성형 장치 및 네트워크 기반 위치결정 기법들을 통해 LDP 장치(110) 위치를 획득하도록 한다.
관리(administration) 서브시스템(202)
관리 서브시스템(202)은 개별 LDP 기록들 및 서비스 가입 선택 정보를 유지한다. LES(220) 관리 서브시스템은 서비스 클래스들을 형성하기 위해 LDP 장치들의 임의의 그룹핑을 허용한다. LDP 가입자 기록들은 소유권; 패스워드/암호; 계정승인 권한(account permissions); LDP 장치(110) 용량; LDP 공급자, 모델, 및 제조사; 접속 자격; 및 라우팅 정보를 포함할 수 있다. LDP 장치가 무선 통신 공급자의 네트워크 하에서 등록된 장치인 경우, LES(220) 관리 서브시스템은, 바람직하게는 무선 통신 공급자의 네트워크의 LDP 접속을 허용하여 모든 관련 파라미터들을 유지한다.
계정관리 서브시스템(Accounting Subsystem)(203)
LDP 계정관리 서브시스템(203)은, 접속 기록들, 접속 시간들을 유지하는 것을 포함하는 기본적인 계정관리 기능, 및 개별 LDP 장치 및 개별 LBS 서비스들에 대한 요금 부과를 허용하여 LDP 장치 위치에 접속하는 위치결정 어플리케이션을 핸들링한다. 계정관리 서브시스템은 또한 바람직하게는 무선 통신 네트워크 공급자 및 무선 위치결정 네트워크 공급자에 의해 각각의 LDP 접속의 비용을 기록하고 추적한다. 비용들은 각 접속 및 위치에 대해 기록될 수 있다. LES(220)는 네트워크 및 위치결정 시스템의 선호 선택을 통해 접속 비용 부과의 최소화를 위해 규칙 기반 시스템으로써 설정될 수 있다.
인증 서브시스템(204)
인증 서브시스템(204)의 주요 기능은
LDP 접속을 위한 LDP 네트워크, 데이터 전송 및 LBS-어플리케이션 접속 내에서 사용되는 인증 및 암호 프로세스들에 의해 요구되는 실시간 인증 인자들을 LES(220)에 제공하기 위한 것이다. 인증 프로세스의 목적은, 권한없는 LDP 장치들에 의해 혹은 LDP 네트워크에 대한 위치결정-어플리케이션들에 의해 접속을 거부함으로써 LDP 네트워크를 보호하고, 기밀성이 무선 캐리어의 네트워크 및 유선 네트워크들을 통한 전송 동안 유지되는 것을 보장하기 위함이다.
승인 서브시스템(205)
승인 서브시스템(205)은, LDP 장치들과 위치기반 어플리케이션들 둘다에 대해 접속 제어들을 강요하기 위해 관리 및 인증 서브시스템들로부터의 데이터를 사용한다. 구현된 접속 제어들은, 인터넷 엔지니어링 태스크 포스(IETF)의 코멘트 요청 RFC-3693, "지리적 프라이버시 요구사항들(Geopriv Requirements)" 에서 전용되는 것들, 지리적 위치결정(Geo-location)용 자유 동맹의 아이덴티티 서비스 인터페이스 규격(Liberty Alliance's Identity Service Interface Specifications), OMA(Open Mobile Alliance)에서 전용되는 것들일 수 있다. 승인 서브시스템은 또한 특정 서비스 또는 위치기반 어플리케이션에 대한 접속을 허용 또는 방지하기 이전에 LDP 장치에 대한 위치결정 데이터를 획득할 수 있다. 승인 서브시스템은 또한 관리 서브시스템에 존재하는 LDP 프로파일 기록에서 설명되는 서비스들에 의존하는 것에 기초한 달력 또는 시계일 수 있다. 승인 서브시스템은 또한 승인받지 않고 승 인받을 수 없는 네트워크들에 대한 연결을 거부하고, 외부의 과금 시스템 및 네트워크에 대한 연결을 통제할 수 있다.
비휘발성 로컬 기록 스토리지(206)
LES(220)의 비휘발성 로컬 기록 스토리지는 주로 관리, 계정관리, 및 승인 서브시스템들에 의해 사용되어 LDP 프로파일 기록들, 암호 키들, WLS 운용들, 및 무선 캐리어 정보를 저장한다.
처리 엔진(207)
처리 엔진 서브시스템(207)은 범용 컴퓨터일 수 있다. 처리 엔진은 LES 리소스들을 관리하고 서브시스템들 간의 데이터를 라우팅한다.
휘발성 로컬 메모리(208)
LES(220)는 LES(220)에게 다중의 리던던트 프로세서들로써 스케일링하도록 허용하기 위해 다중 포트 메모리로 구성된 휘발성 로컬 메모리 저장공간을 갖는다.
외부 과금 네트워크(들)(209)
승인된 외부 과금 네트워크들 및 과금 중재 시스템은 이 서브시스템을 통해 LDP 계정관리 서브시스템의 데이터베이스에 접근할 수 있다. 또한 기록들도 사전에 정해둔 인터페이스를 통해 주기적으로 전송될 수 있다.
외부 데이터 네트워크(들)에 대한 상호 접속부(들)(210)
외부 데이터 네트워크들에 대한 상호 접속부는 LDP 데이터 스트림을 외부 LBS 어플리케이션들로 변환하는 것을 취급하도록 설계된다. 외부 데이터 네트워크들에 대한 상호 접속부는 또한 인터넷 엔지니어링 태스크 포스(IETF)의 코멘트 요청 RFC-3694, "지리학적 프라이버시 프로토콜의 위협 분석(Threat Analysis of the Geopriv Protocol)"에 설명된 바와 같이, 비승인된 접근을 방지할 수 있는 방화벽이다. 외부 데이터 네트워크들에 대한 상호 접속부 서브시스템(210) 내에 존재하는 다중의 접속 점들은, 서비스의 거부 또는 서비스의 실패 이벤트의 경우에서의 리던던시 및 재구성을 허용한다. LES(220)에 의해 지원되는 상호 접속 프로토콜들의 예로는 OMA(Open Mobile Alliance)의 MLP(Mobile Location-Protocol) 및 웹 서비스용 팔레이(Parlay) X 사양; 파트 9 : OSA(Open Service Access) 로서의 단말기 위치결정; 팔레이 X 웹 서비스들; 파트 9 : 단말기 위치결정(3GPP TS 29.199-09로서 표준화된).
외부 통신 네트워크들(211)
외부 통신 네트워크들은 LES(220) 또는 LDP 장치(110) 상에 상주하지 않는 위치기반 어플리케이션들과 통신하도록, LES(220)에 의해 사용되는 공중 및 사설 네트워크들과 같은 그러한 네트워크들을 일컫는다.
D. 게이밍을 위한 시스템/프로세스
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템을 도해한다. 보여지는 바와 같이, 이러한 시스템은 하나 또는 그 이상의 LDP 장치들(110)과 하나의 LES(220)를 포함한다. LDP 장치들(110)은 주 및 지방 정부의 기관들에 의해 통상적으로 규제되는 유형의 게이밍 어플리케이션들 용으로 구성될 수 있다. 위에서 논의된 바와 같이, LDP 장치는 종래의 모바일 컴퓨팅 장치(예를 들면, PDA), 모바일 디지털 전화기 등을 포함할 수 있고, 또는 게이밍에 전용되는 전용 장치일 수도 있다. LDP 장치(110)는 인터넷 기반 게이밍 어플리케이션 서버에 대한 무선 접속을 사용자에게 제공하도록 하는 기능을 갖는다. 이러한 접속은 도시된 바와 같이 무선 통신 네트워크(셀룰러, WiFi 등)을 통해 제공될 수 있다. 시스템의 이러한 구현예에서, 게이밍 어플리케이션 서버는 내기가 허용되는 지리적 영역들을 나타내는 정보와 같은 게이밍 정보의 데이터베이스를 포함하거나 이러한 데이터베이스에 연결된다.
도 3에 보여지는 바와 같이, LES(220) 및 게이밍 어플리케이션 서버는 통신 링크에 의해 동작적으로 결합되어 있으며, 그 결과 두 장치들은 서로 간에 통신할 수 있다. 이러한 실시예에서, LES(220)는 또한 무선 위치결정 시스템에 동작적으로 결합되어 있으며, 여기서 논의되는 바와 같이, 이는 LDP 장치들(110)의 지리적 위치를 결정하기 위한 어떠한 종류의 시스템일 수 있다. LDP 장치들이 긴급(예, E911) 서비스들을 위해 요구되는 정밀도를 가지고 위치결정될 필요는 없으며, 단지 이러한 장치들은 그러한 장치들이 내기가 허용되는 영역 내에 있는지의 여부를 결정함에 있어서 필요한 정도로 위치결정될 필요는 있다.
이제 도 4를 참조하면, 나타낸 시스템의 하나의 예시적인 실시예에서, LES는 무선 위치결정 시스템에 의해 제공되는 정보 뿐만이 아니라 게이밍 관할 정보를 제공받는다. 어떤 정보가 LES로 제공되는가에 대한 정확한 세부사항들은, LES가 제공하는 서비스들의 종류들에 관한 정확한 세부사항들에 의존하고 있을 것이다.
도 4에 보여지는 바와 같이, LDP 장치는 무선 통신 네트워크에 접속하고 게이밍 서비스에 대한 접속을 요청한다. 이러한 요청은 게이밍 어플리케이션 서버로 라우팅되고, 게이밍 어플리케이션 서버는 이어서 LES로 위치 정보를 요청한다. LES는 WLS에게 LDP 장치의 위치를 결정해 줄 것을 요청하며, WLS는 LES(220)에 위치 정보를 응신한다. 본 발명의 이러한 구현예에서, LES는 LDP 장치가 어떤 미리 정의된 관할 구역 내에 있는지를 결정하고, 그런 다음 게이밍/내기 서비스들이 제공될 수 있는지 여부를 결정한다(다르게는, 이러한 결정은 게이밍 어플리케이션 서버가 담당하게 될 수도 있다). 이러한 정보는 게이밍 어플리케이션 서버로 제공되며, 게이밍 어플리케이션 서버는 결정된 게이밍 상태 결정 정보(즉, 게이밍 서비스들이 제공될 것인지 그렇지 않을 것인지의 여부)를 알려준다.
E. 기타 실시예들
선택적 어웨이크(awake) 모드를 통한 LDP 전력 절감
무선 장치들은 전형적으로 배터리 수명을 절약하기 위해 세 개의 동작 모드들, 즉 슬립(sleep), 어웨이크(또는 청취 모드(listen)) 및 송신 모드를 갖는다. LDP 장치(110)의 경우, 네 번째 상태인 위치결정(locate) 모드가 가능하다. 이러한 상태에서는, LDP 장치(110)는 먼저 어웨이크(awake) 상태로 들어간다. 수신된 데이터 또는 웨부 센서 입력으로부터, LDP 장치는 위치 결정 엔진(Location Determination Engine) 또는 전송 서브시스템의 활성화가 요구되는지를 결정한다. 만약 수신된 데이터 또는 외부 센서 입력이 위치 송신은 필요하지 않다는 것을 나타낸다면, LDP 장치(110)는 위치 결정 또는 전송 서브시스템들 중 어느 것에도 전력을 공급하지 않으며, 최소 전력을 소비하는 슬립 모드로 회귀한다. 만약 수신된 데이터 또는 외부 센서 입력이 위치 전송이 필요하다고 나타내고 단지 상기 장치의 위치만 변경되었다면, LDP 장치(110)는 장치 기반 위치결정을 수행할 것이고 최소 전력을 소비하는 슬립 모드로 회귀한다. 만약 수신된 데이터 또는 외부 센서 입력이 위치 전송이 필요하다고 한다면, LDP 장치(110)는 위치 기반 위치 결정을 수행하고, 송신기를 활성화시키며, 현재의 LDP 장치(110)의 위치(및 그 밖의 다른 요청된 데이터)를 전송하고, 최소 전력을 소비하는 슬립 모드로 회귀한다. 이와는 달리, 만약 수신된 데이터 또는 외부 센서 입력이 위치 전송이 필요하다고 나타낼 경우에, LDP 장치(110)가 송신기를 활성화시키고, 네트워크 수단에 의해 위치결정되는 신호(위치결정용으로 최적화된)를 전송할 것이며(LDP 장치(110)는 이 시점에 기타 요청받은 데이터를 전송할 수도 있다), 그런다음 최소 전력을 소모하는 슬립 모드로 회귀한다.
비음성 무선 LDP들을 위한 알아챌 수 없게 이뤄지는(invisible) 로밍 기능
셀룰러 데이터 통신을 사용하는 LDP 장치들에 있어서, LDP 장치들에게 현존 하는 셀룰러 인증, 관리, 승인 및 계정 서비스들에 대한 최소한의 영향만을 주는 것이 가능하다. 이러한 시나리오에서, 단일 LDP 플랫폼이 각 셀룰러 기지국 설치자리(footprint) 내에(셀 싸이트 전자 장치들 내에) 배포되어 있다. 이러한 단일 LDP 장치(110)는 그런다음 무선 통신사업자에게 평상시와 같이 등록된다. 해당 영역 내의 모든 LDP들은 그런다음 LES(220)(이는 자체적으로 인증, 관리, 승인 및 계정 서비스들을 가짐)와 통신을 하는 데에, HLR 충격을 제한할 수 있도록 단일의 LDP ID(MIN/ESN/IMSI/TMSI)에 기초하여, SMS를 사용할 것이다. 서버는 그러한 SMS의 페이로드(payload)를 사용하여 LDP의 실제 신원을 결정하고 또한 트리거링 동작, 위치결정 데이터 또는 부착한 센서 데이터를 결정할 수 있다.
LDP 내에 탑재되는 알려진 패턴을 사용하는 SMS 위치결정 프로브(probe)들
배치된 WLS 제어 채널 위치결정 아키텍처 또는 A-bis 모니터링 시스템에서 최대 190개 문자들로 구성된 알려진 패턴을 갖는 SMS 메시지들을 이용하여, LDP 장치(110)는 SMS 전송 위치결정을 강화할 수 있다. 문자들이 알려져 있고, 암호화 알고리즘도 알려져 있기 때문에, 비트 패턴이 생성될 수 있고, 또한 전체 SMS 메시지는 신호 프로세싱에 의해 채널간 간섭과 잡음을 제거하는 이상적인 기준으로서 이용이 가능하여 위치 추정에 있어서 가능한 정밀도를 증가시킬 수 있다.
프라이버시, 배포 및 부인 방지(non-repudiation)를 위한 위치 데이터 암호화
LES(220) 내에 기초한 암호화 키 서버를 이용하여 프라이버시, 재배포 및 과금 부인 방지의 강제를 위한 방법이 사용될 수 있다. 이러한 방법에서는, LES(220)는 위치 기록을 임의의 외부 개체(마스터 게이트웨이(master gateway))로 전달하기 전에 암호화할 수 있다. 이러한 게이트웨이는 기록을 열어볼 수도 있고 또는 다른 개체로 암호화된 기록을 통과시킬 수 있다. 열어보는 개체가 어떤 것이냐에 상관없이, 키 값은 LES(220)의 키 서버에 요청되어야만 할 것이다. 이러한 키(전송된 특정 메시지에 대한)에 대한 요청이 있다는 것은 "개인(private)" 키의 봉투(envelope)" 가 열렸다는 것과, 해당 개체에 의해 위치 시퀀스 번호(LES(220)에 의해 위치 기록을 식별할 수 있도록 할당된 임의의 숫자)가 읽혔다는 것을 의미한다. LES(220)는 그런다음 "비밀(secret)" 키와 가입자의 위치를 앞과 동일한 "개인" 키로 전달할 것이며, 해당 위치 기록을 읽어낼 수 있도록 위치 시퀀스 번호를 반복한다. 이러한 방식으로 가입자의 프라이버시는 강제되며, 게이트웨이는 이러한 데이터를 읽거나 기록하지 않고도 위치 레코드들을 재배포할 수 있고, 최종 개체에 의한 기록의 수신은 부인할 수 없게 된다.
단지 네트워크 기반의 무선 위치결정 시스템만으로써 LDP 위치결정
장치 기반의 위치결정 엔진을 구비하지 않은 LDP 장치(110)는 SMSC를 구비한 LES(220)에 대하여 비-네트워크 기반의 WLS 환경에서 그의 위치를 보고할 수 있다. 최상위 수준에서, LDP 장치(110)는 시스템 ID(SID 또는 PLMN) 개수 또는 사설 시스템 ID(PSID)를 보고할 수 있고, 그래서 WLS는 LDP가 WLS 구비 시스템 내부(또는 외 부)에 있는지를 결정할 수 있다. 제어 채널 상에서의 일련의 SMS 메시지들로 전송된 이웃(MAHO) 리스트는, 아직 WLS를 구비하지 않은 우호적인 통신사업자의 네트워크에서 대략의 위치결정을 줄 수 있다. 역(Reverse) SMS는 WLS에게 LDP 장치의 어떤 측면들을 재프로그래밍하도록 허용한다. 만약 LDP 장치(110)가 네트워크 기반의 WLS가 구비된 영역 내에 있다면, LDP 장치(110)는 그런다음 네트워크 기반의 WLS를 사용하여 더 높은 수준의 정확도를 제공할 수 있다.
네트워크 데이터베이스를 갖는 LDP를 통한 자동 송신기 위치결정
만약 LDP 장치(110) 무선 통신 서브시스템이 다중 주파수, 다중 모드 동작용으로 설계되거나, 만약 LDP 장치(110)가 외부 수신기들 또는 센서들에 대한 연결이 제공된다면, LDP 장치(110)는 위치결정 가능 원격측정 장치(telemetry device)가 된다. 특정 어플리케이션에서, LDP 장치(110)는 무선 브로드캐스트 신호를 위치결정하기 위해 무선 통신 서브시스템 또는 외부 수신기를 사용한다. 그러한 브로드캐스트 신호로부터 이용가능한 정보 또는 전송 대역에 의해 식별되는 그러한 브로드캐스트 신호들의 수신은, LES(220)에 대한 데이터 연결을 수립하고, 장치 기반의 위치결정을 수행하며 혹은 LES(220) 또는 기타 네트워크 기반의 서버에 의한 사용을 위해 위치결정 강화된 전송을 시작하기 위해 LDP 장치(110)를 트리거링한다.
이러한 LDP 장치(110)의 변형의 한가지 예시적인 사용은 자동차용으로 네트워킹된 레이다 감지기 또는 WiFi 핫스팟 위치검출기로서이다. 어느 경우에서나, LES(220)는 외부 위치결정 가능 어플리케이션들 용으로 제공하기 위해 네트워크 정 보 및 위치를 기록할 것이다.
통신을 스케쥴링하기 위해 외부적으로 유도된 정밀 타이밍의 사용
배터리 수명은 적어도 어떤 어플리케이션들의 자율적인 위치결정 전용 장치들을 위한 중요한 활성요인(key enabler)일 수 있다. 게다가, 위치결정 전용 장치 내의 배터리들을 주기적으로 충전 또는 대체하는 것과 관련된 노력은 상당한 비용을 유발하는 요인일 것으로 예상된다. 어떤 장치는, 3 상태, 즉 활동(active), 아이들(idle), 슬립(sleep) 상태를 갖도록 고려된다.
활동(Active) = 네트워크와 통신하고 있는 상태
아이들(Idle) = 활동 상태로 진입가능한 상태
슬립(Sleep) = 저 전력 상태
활동 상태에서의 전력 소모는, 디지털 및 RF 전자 장치들의 효율에 의해 결정된다. 이러한 기술들은 둘다 잘 발달되어 그들의 전력 소모는 이미 최적화되는 것으로 고려된다. 슬립 모드에서의 전력 소모는 슬립 상태 동안 활동상태인 회로의 양에 의해 결정된다. 더 적은 회로는 더 적은 전력 소모를 의미한다. 전력 소모를 최소화하기 위한 한가지 방법은 아이들 상태에서 소모되는 시간의 양을 최소화하는 것이다. 아이들 상태 동안, 장치는, 명령들(호출)에 대해 네트워크를 주기적으로 청취하여, 만약 명령이 수신된다면 활동 상태로 진입한다. 표준 이동국에서, 아이들 상태에서 소모되는 시간의 양은, 페이징 명령들이 어떤 특정 이동국에 대해 일어날 수 있는지를 제한함에 의해 최소화된다.
본 발명의 이러한 측면은 절대적인 외부 시간 기준(GPS, A-GPS, 또는 셀룰러 네트워크를 통해 브로드캐스트된 정보)를 이용하여, 위치결정 전용 클라이언트 장치의 내부 시간 기준을 정확하게 조정한다. 내부 온도 감지 장치라면 그 자신의 기준 신호를 온도 보상할 수도 있을 것이다. GPS 또는 A-GPS 수신기는 장치 기반의 위치결정용으로 사용되는 LDP 장치(110)의 위치 결정 엔진의 일부일 수 있다.
위치결정 전용 장치가 정확한 시간 기준을 갖는다고 할 때, 네트워크는 그러한 장치가 정확한 시간에서 아이들 모드로 들어가도록 스케쥴링할 수 있고, 그에 따라 가장 낮은 전력 상태에서 소모되는 시간의 양을 최소화한다. 이러한 방법은 또한 슬립 모드에 있는 장치와 통신하기 위한 비성공적 시도를 최소화하고, 그에 따라 통신 네트워크 상에서의 부하를 최소화한다.
속도, 시간, 고도, 영역 서비스
LDP 장치 기능은 다른 전자 장치들 내에 포함될 수 있다. 그와 같이, LDP 장치, 서비스 파라미터들 및 사용을 위한 규칙들에 대한 데이터베이스를 갖는 외부 서버에 대한 무선 통신부를 갖는 위치 인식 가능 장치(location-aware device)는, 단지 서비스 영역 내에서의 위치결정뿐만이 아니라 셀폰들, PDA들, 레이다 검출기들, 또는 기타 상호작용형 시스템들과 같은 다양한 전자 장치들에 대한 시간, 속도, 또는 고도에 근거하여 서비스를 승인, 제한, 또는 거부하기 위해 사용될 수 있다. 시간은 하루 중의 시간(time-of-day)과 시간의 주기(periods)를 포함하고, 따라서 서비스의 지속시간이 제한될 수 있다.
지능형 모바일 근접도(Intelligent Mobile Proximity)
LDP 장치(110)는, LDP 쌍의 근접도(proximity)에 기초하여 서비스의 승인, 제한, 또는 거부가 수행될 수 있는 지능형 근접도 서비스(intelligent priximity service)를 제공하기 위해 또 다른 LDP 장치와 함께 짝을 이룰 수 있다. 예를 들어, 도난방지 어플리케이션에서, LDP 장치(110)는 자동차 내에 포함될 수 있고, 한편 다른 LDP들은 자동차의 무선기기, 내비게이션 시스템 등의 내부에 포함될 수 있다. LES(220) 내에 짝지어진 것으로 일군의 LDP 장치들을 등록함으로써, 그리고 활성화(activation) 또는 이동에 기초한 위치 결정을 위한 트리거링 조건들을 설정함으로써, 도난방지 시스템이 만들어진다. 비승인된 탈착의 경우, 탈착된 장치에 있는 LDP 장치(110)는, 서비스를 거부하거나 허용할 수 있더라도, 한편으로는 LDP 장치를 포함하는 도난된 장치의 위치를 제공할 수 있다.
F. 위치결정 기술들 : 네트워크 기반, 장치 기반 및 혼성형
각각의 무선(전파) 위치결정 시스템은 송신기와 수신기를 포함한다. 송신기는 관심 대상 신호 [s(t)]를 생성하는데, 이는 수신기에 의해 수집되고 측정된다. 관심 대상 신호의 측정은 무선 장치 내에서 이루어질 수도 있고 또는 네트워크 기지국에서 이루어질 수도 있다. 송신기 또는 수신기는 신호 측정 구간 동안 이동 상태에 있을 수 있다. 만약 어느 한쪽(또는 양자 모두)의 움직임이 사전에 정확하게 정의될 수 있다면, 양자 모두 이동 상태에 있어도 좋다.
네트워크 기반 위치결정 기술들
측정이 네트워크(지리학적으로 분산 배치된 하나 또는 그 이상의 수신기들 또는 송신기들의 세트)에서 이루어지는 경우에, 위치결정 시스템은 네트워크 기반이라고 한다. 네트워크 기반 무선 위치결정 시스템들은, TOA, TDOA, AOA, POA 및 PDOA 측정 방법들을 이용할 수 있으며, 종종 최종 위치 계산시에 포함되는 둘 또는 그 이상의 서로 독립적인 측정치들로 혼성화(hybridized)된다. 네트워킹된 수신기들 또는 송신기들은 서로 다른 명칭으로 알려져 있으며, 이러한 이름들에는 기지국들(셀룰러 방식), 접속 점들(무선 근거리 통신망), 리더(RFID), 마스터(블루투스) 또는 센서(UWB)가 포함된다.
네트워크 기반 시스템에서, 측정되는 신호는 모바일 장치에서 유래하기 때문에, 네트워크 기반 시스템들은 해당 신호의 도달 시간, 도달 각 또는 신호 세기를 수신하고 측정한다. 네트워크 기반 위치결정 시스템에서 위치 오차의 요인들은 네트워크 기지국 토폴로지(topology), 신호 경로 손실, 신호 다중 경로, 채널간 신호 간섭 및 지형 지세도(topography)를 포함한다.
네트워크 기지국 배치 상태 요인은 하나의 직선 상에(도로를 따라) 배치된 싸이트들이나, 인접 싸이트들이 거의 없는 싸이트를 갖는 네트워크 기반 위치결정 기술로는 부적합할 수 있다.
신호 경로 손실 요인은 좀 더 긴 샘플링 주기에 의해 또는 더 높은 송신 출력을 이용함으로써 보상될 수 있다. 어떤 무선 환경들(IS-95 CDMA 및 3GPP UMTS와 같은 광역, 다중 접속 확산 스펙트럼 시스템들)은 허용되는 더 낮은 송신 출력 때문에 듣기 능력 문제를 갖는다.
다중 경로 신호 요인은, 반사로 인한 비가시선(non-line-of-sight) 신호 경로들의 보강 간섭(constructive interference) 및 상쇄 간섭(destructive interference)에 의해 초래되는데, 특히 문제가 되는 밀집한 도시 환경을 가진 경우에, 마찬가지로 네트워크 기반 시스템의 위치 정확도 및 성공률에 영향을 줄 수 있다. 다중 경로 오차 요인은 신호 수집을 위해 다수의, 개별 수신 안테나들을 이용하고 다중 수신된 신호들의 사후 집합적 처리를 하여 위치 계산을 하기에 앞서 수집된 신호들로부터 신호 및 주파수 오차들을 제거함으로써 보상될 수 있다.
다중 접속 무선 환경에서의 채널간 신호 간섭 요인은 장치의 특정 기능들(예를 들면, 컬러 코드)를 모니터링함으로써, 또는 수집된 신호들의 쌍들 사이에서 디지털 공통모드 필터링 및 상관연산(correlation)을 하여 스푸리어스(spurious) 신호 성분들을 제거함으로써 최소화될 수 있다.
네트워크 기반 TOA
네트워크 기반의 도달 시간 시스템은 장치로부터 브로드캐스트된 네트워크 기지국에서 수신되는 관심 대상 신호에 의존한다. 다양한 네트워크 기반 TOA는 이하에 요약된 것들을 포함한다.
단일 기지국 TOA
거리 측정은 송수신기 사이를 지나 다시 되돌아오는 폴링 신호(polling signal)의 왕복 이동 시간으로부터 추정될 수 있다. 실제로는, 이 거리 측정은 돌아오는 시간의 TOA에 기초한 것이다. 이러한 거리 추정치를 네트워크 노드의 알려진 위치 정보와 결합함으로써 위치 추정과 오차 추정을 제공한다. 단일 기지국 TOA는 도달 각도나 도달 출력과 같은 추가적인 위치결정 정보가 이용가능한 혼성형 시스템들에서 유용하다.
단일 기지국 TOA 기술의 상업적 어플리케이션의 예는 GSM용 ETSI 기술 표준: 03.71 내에 설명된 CGI+TA 위치결정 방법에서, 그리고 3GPP(3rd Generation Partnership Project)에 의한 LCS(Location Services), 기능 설명 문서, 단계 2.23.171에서 찾아볼 수 있다.
동기화 네트워크 TOA
동기화 네트워크 내에서의 네트워크 기반 TOA 위치결정은 다중의 수신기 싸이트들에서 무선 브로드캐스트된 신호의 도달 절대시간을 이용한다. 신호는 알려진 속도로 이동하기 때문에, 거리는 수신기에서의 도달 시간으로부터 계산될 수 있다. 두 수신기들에서 수집된 도달 시간 데이터는 위치를 두 개의 지점들로 좁힐 수 있으며, 한 수신기로부터 얻은 TOA 데이터가 정확한 위치 값을 결정하는 데에 필요하다. 네트워크 기지국들의 동기화가 중요하다. 타이밍 동기화의 부정확함은 위치 추정 오차로 직접적으로 전이(translate)된다. 교정될 수 있는 기타 오차의 정적인 소스들에는 네트워크 수신기에서의 안테나 및 케이블 지연 시간이 포함될 수 있다.
극히 높은 정확도의 (원자) 시계나 GPS 방식의 무선 시간 기준 시스템들이 감당 가능한 수준의 저렴함과 휴대성을 갖추게 된다면, 동기화 네트워크 TOA에 관하여 장래에 가능한 구현예는 송신기와 수신기들이 하나의 공통 시간 표준 시간에 고정되는(locked) 것이다. 송신기들 및 수신기들 양자가 공통되는 타이밍을 가지는 경우에, 전파 시간(time-of-flight)이 곧바로 계산될 수 있을 것이며, 전파 시간 및 빛의 속도로부터 거리가 결정될 수 있다.
비동기 네트워크 TOA
비동기 네트워크 내에서의 네트워크 기반 TOA 위치결정은 무선 브로드캐스트 신호의 네트워크 기반의 수신기들에서의 상대적인 도달 시간을 이용한다. 이 기술은 개별 수신기 싸이트들 사이의 거리와 개별 수신기 타이밍에 있을 수 있는 어떠한 차이가 알려져 있어야 함을 필요로 한다. 그런 경우에 신호의 도달 시간은 수신기 싸이트에 대해 정규화(normalized) 될 수 있으며, 오직 장치와 각 수신기 사이의 전파 시간 만을 남긴다. 무선 신호들은 알려진 속도로 이동하기 때문에, 거리는 이렇게 유도된, 수신기들에서의 정규화된 도달 시간 값들로부터 계산될 수 있다. 세 개 또는 그 이상의 수신기들로부터 수집된 도달 시간 데이터는 정확한 위치를 결정하는 데에 이용될 수 있을 것이다.
네트워크 기반 TDOA
네트워크 기반의 (업링크) 도달 시간 차 무선 위치결정 시스템에서, 송신된 관심 대상 신호는 다중의 네트워크 수신기/송신기 기지국들에서 대단한 정확도를 가지고 수집되며, 처리되고 또한 시간 스탬핑(time-stamped)된다. 각 네트워크 기지국의 위치, 그리고 기지국들 사이의 거리는 정확하게 알려져 있다. 네트워크 수신기 기지국들의 시간 스탬핑은 고도로 안정적인 시계들을 가지고 고도로 동기화되거나 또는 수신기 기지국들 간의 타이밍 차이가 알려져 있을 것을 필요로 한다.
어떤 수신기 기지국 쌍으로부터 수집된 신호들 사이의 측정된 시간 차이는 쌍곡선 모양의 위치로 표시될 수 있다. 수신기의 위치는 상기 쌍곡선 상에서 상기 수신 신호들 사이의 시간 차이가 일정하게 되는 어느 지점으로서 결정될 수 있다. 수신기 기지국들의 모든 쌍 사이의 위치 쌍곡선의 결정을 반복함으로써, 그리고 상기 쌍곡선들 사이의 교차점을 계산함으로써, 위치 추정이 결정될 수 있다.
네트워크 기반 AoA
AOA 기법은 둘 또는 그 이상의 수신기 사이트들에서 복수의 안테나들 또는 다중요소 안테나들을 이용하여 각 수신기 사이트에 도달하는 무선 신호의 진입 각도를 결정함으로써 송신기의 위치를 결정한다. 본래 옥외 셀룰러 환경에서 위치 정보를 제공하는 방법으로써 설명된 것이지만 미국 특허 제4,728,959호 "Direction Finding Localization"을 참조하면, AoA 기술은 또한 UWB(Ultrawideband) 또는 WiFi(IEEE802.11) 무선 기술들을 이용한 옥내 환경에서도 사용될 수 있다.
네트워크 기반 POA
도달 출력은 단일 네트워크 노드와 무선 장치 사이에서 이용되는 근접도 측정이다. 만약 위 시스템이, 상기 장치와 네트워크 노드 사이에 이용될 수 있는 순방향 및 역방향 무선 채널을 가지는 송수신기들로 구성된다면, 상기 무선 장치는 송신을 위해 특정한 출력을 이용하도록 지시받을 것이며, 그렇지 않은 경우라도 상기 장치의 송신기 출력은 사전에 알려져 있어야 한다. 무선 신호의 출력은 거리에 따라 감소하기 때문에(공기에 의한 전파의 감쇄와, 자유 공간 손실, 평면 대지 손실 및 회절 손실의 복합적인 효과들로 인함), 거리의 추정은 수신된 신호로부터 결정될 수 있다. 가장 간단한 용어들로 설명하면, 송신기와 수신기 사이의 거리가 증가함에 따라, 방사되는 전파 에너지는 마치 구(sphere)의 표면에서 확산되는 것과 같이 모델링된다. 이러한 구형 모델은 수신기에서 받은 전파 출력은 거리의 제곱에 따라 감소된다는 것을 의미한다. 이러한 단순한 POA 모델은 좀더 정교한 전파(propagation) 모델들을 이용함으로써, 그리고 가능성 높은 송신 사이트들에서 수행되는 테스트 송신들을 통한 교정을 이용함으로써 세밀화될 수 있다.
네트워크 기반 POA 다중 경로
이 도달 출력 위치결정 기술은 무선 장치의 위치를 결정하기 위해 물리적 환경의 특징들을 이용한다. 무선 송신은 수신기(네트워크 안테나 또는 장치의 안테나 중 어느 쪽이든)로 오는 도중에 직접적인 가시선 상에 있지 않은 물체들에 의해 반사되고 또한 흡수되며, 다중 경로 간섭을 일으킨다. 수신기에서, 전송 신호의 여러, 시간 지연된, 감쇄된 복사본들의 합이 결집할 수 있게 도달한다.
POA 다중 경로 지문(fingerprinting) 기술은 특정한 교정 장소들로부터 수신되는 것으로 알려진 진폭 패턴들의 데이터베이스에 대한 비교를 할 수 있도록, 다중 경로의 약화된 신호의 진폭을 이용하여 수신된 신호들을 특성화한다.
다중 경로 지문 기술을 이용하기 위해서는, 운용자는 무선 네트워크를 교정하여(서비스 영역에 전반에 걸친 그리드 패턴(grid pattern) 안에서 수행되는 테스트 송신을 이용함), 추후의 비교를 위해 고도 패턴 지문 정보들의 데이터베이스를 구축한다. 계절적인 변화 및 상기 교정이 이루어졌던 지역 내의 건물 신축 또는 철거 등의 영향들에 의해 야기되는 무선 환경에서의 변화를 보상할 수 있도록, 상기 데이터베이스를 갱신하는 데에 주기적인 재교정이 필요하다.
네트워크 기반 PDOA
도달 출력 차 기술은 다수의 센서들과 하나의 송신기 또는 다수의 송신기들과 하나의 센서 중 어느 하나를 가지는 일대다 구성이 필요하다. PDOA 기술들은 송신기의 출력 및 센서의 위치 값들이 사전에 알려져 있어야 하며 그럼으로써 측정 센서들 측에서 이루어지는 출력 측정이 국부적인(안테나 및 센서에 대한) 증폭 또는 감쇄에 대해 교정이 이루어질 수 있어야 하는 것이 필요하다.
네트워크 기반의 혼성형 기술들
네트워크 기반 시스템들은 전적으로 네트워크 기반 위치결정 기술들의 혼성 기술을 이용하거나 또는 네트워크 기반 위치결정 기술 및 장치 기반 위치결정 기술 들 중 하나를 이용하는 혼성 시스템들로서 구현될 수 있다.
장치 기반 위치결정 기법들
위치 기반 수신기들 또는 송신기들은 이동 단말국(셀룰러), 접속 포인트(무선 근거리 통신망), 트랜스폰더(RFID), 슬레이브(블루투스) 또는 태그(Tags)(UWB)와 같은 다양한 명칭들로 알려져 있다. 지역 기반 시스템 내에서는, 측정되는 신호가 네트워크로부터 유래하기 때문에, 장치 기반 시스템들은 신호의 도달 시간 또는 신호 세기를 수신하고 측정한다. 장치의 위치 계산은 장치에서 수행될 수도 있고, 또는 측정된 신호 특성이 추가적인 처리를 위해 서버로 전송될 수 있다.
장치 기반 TOA
동기화 네트워크 내에서 장치 기반 TOA 위치결정 기법은 이동 수신기 측에서의 다수의 무선 브로드캐스트 신호들의 절대적 도달 시간을 이용한다. 신호들이 알려진 속도로 이동하기 때문에, 거리 값은 도달 시간 값들로부터 수신기에서 또는 네트워크로 되돌려 교신되어 서버에서 계산될 수 있다. 두 송신기들로부터 얻은 도달 시간 데이터는 위치를 두 개 지점들로 압축시킬 것이며, 정확한 위치를 결정하기 위해서는 세 번째 송신기로부터 얻은 데이터가 필요하다. 네트워크 기지국들의 동기화가 중요하다. 타이밍 동기화에서의 부정확성은 곧바로 위치 추정의 오차로 전이된다. 그 밖에 교정이 될 수 있는 고정적인 오차 요인들로는 네트워크 송신기에서의 안테나 및 케이블 지연시간을 포함한다.
극히 높은 정확도의 (원자) 시계나 GPS 방식의 무선 시간 기준 시스템들이 감당 가능한 수준의 저렴함과 휴대성을 갖추게 된다면, 장치 기반의 동기화 네트워크 TOA에 관하여 장래에 가능한 구현예는 네트워크 송신기들과 수신기들이 모두 하나의 공통 시간 표준 시간에 고정되는(locked) 것이다. 송신기들 및 수신기들 양자가 공통되는 타이밍을 가지는 경우에, 전파 시간(time-of-flight)이 곧바로 계산될 수 있을 것이며, 전파 시간 및 빛의 속도로부터 거리가 결정될 수 있다.
장치 기반 TDOA
장치 기반 TDOA는 지리학적으로 분산 배치된 네트워크 송신기들로부터 출력되어 이동형 장치에서 수집된 신호들에 기초한다. 송신기들이 또한 자신들의 위치 정보를 (직접 또는 브로드캐스트를 통해) 제공하거나 또는 송신기 위치 정보들이 장치의 메모리 내에 유지되고 있지 않는 한, 상기 장치는 TDOA 위치 추정을 직접 수행할 수 없으며, 지상측 서버(landside server)로 수집된 신호 관련 정보를 업로드해야만 한다.
네트워크 송신기 기지국들의 신호 브로드캐스트는 고도로 안정적인 클럭에 대해 송신기가 동기화되거나, 또는 송신기 기지국들 사이의 타이밍에서의 차이가 무선 장치 또는 지상측 서버 중 어느 하나에 위치하는 위치 결정 엔진에게 알려져 있어야 함을 필요로 한다.
장치 기반 TDOA를 이용하는 상용 위치결정 시스템들은 CDMA 네트워크 내에 중간 정도 정확도의 대체(fallback) 위치결정 방법(ANSI 표준 IS-95, IS-2000)으로 서 이용되는 AFLT(Advanced Forward Link Trilateratio) 및 EFLT(Enhanced Forward Link Trilateration)(양자는 모두 ANSI 표준 IS-801 내에 표준으로 채택되어 있음)를 포함한다.
장치 기반의 OTD(Observed Time Difference)
장치 기반의 OTD 위치결정 기술은 세 개 또는 그 이상의 네트워크 송신기들로부터 오는 신호들이 두 개의 지리학적으로 흩어져 있는 위치들에 도달하는 시간을 측정하는 기술이다. 이러한 위치들은 무선 핸드셋들의 군집이 될수도 있고, 네트워크 내의 어떤 고정된 위치일 수도 있다. 네트워크 송신기들의 위치는 사전에 위치 계산을 수행하는 서버에 알려져 있어야만 한다. 핸드셋의 위치는 두 세트의 타이밍 측정치들 사이의 시간 차이 값들을 비교함으로써 결정된다.
이 기술의 예로는, GSM의 E-OTD(Enhanced Observed Time Difference) 시스템(ETSI GSM 표준 03.71) 및 UMTS의 OTDOA(Observed Time Difference of Arrival) 시스템을 포함한다. EOTD 및 OTDOA 양자 모두 좀더 정확한 위치 추정의 생성을 위해 네트워크 TOA 또는 POA 측정치들과 결합될 수 있다.
장치 기반 TDOA - GPS
전지구 위치결정 시스템(GPS: Global Positioning System)은 위성 기반의 TDOA 시스템으로, 지구 측에 있는 수신기들이 정확한 위치 정보를 계산할 수 있게 한다. 이 시스템은 총 24 개의 동작 위성들을 이용하며, 각 위성은 고도로 정확한 원자 시계들을 가지며, 6 개의 서로 다른, 동일한 간격을 가지는 궤도 평면들 내에 배치되어 있다. 각 궤도 평면은 등거리로(equidistantly) 간격을 가지고 배치되는 4 개의 위성들을 가져, 지구 표면으로부터 봤을 경우의 가시성을 최대화한다. 통상적인 GPS 수신기 사용자는 여느 시점에서도 5 개에서 8 개 사이의 위성들을 시야에 둘 수 있다. 4 개 위성들이 시야에 있을 경우에, 지구 상의 위치를 계산할 수 있는 데에 충분한 타이밍 정보가 입수될 수 있다.
각 GPS 위성은 자신의 위치 및 현재 시각에 관한 정보를 포함하는 데이터를 송신한다. 모든 GPS 위성들은 동작들이 동기화되어 있으며, 그럼으로써 이러한 반복적인 신호들은 실질적으로 동일한 순간에 송신된다. 신호들은, 빛의 속도로 움직여, GPS 수신기에 약간 다른 시점들에 도달하는데, 이는 위성들이 다른 위성들보다 좀더 멀리 떨어져 있기 때문이다. GPS 위성들까지의 거리는 신호가 위성들로부터 수신기에 도착하는 데에 걸리는 시간을 계산함으로써 결정될 수 있다. 수신기가 적어도 4 개의 GPS 위성들로부터 거리를 계산할 수 있는 경우에, GPS 수신기의 위치를 3 차원으로 결정하는 것이 가능하다.
위성은 다양한 정보를 송신한다. 몇몇 중요한 요소들은 위성 궤도력(ephemeris) 및 궤도 이력(almanac) 데이터라고 알려진 것들이다. 위성 궤도력 데이터는 해당 위성의 정밀한 궤도가 계산될 수 있게 하는 정보이다. 궤도 이력 데이터는 위성단(constellation) 내의 모든 위성들의 대략적인 위치를 제공하며, 이로부터 GPS 수신기는 어떤 위성들이 시야 내에 있는지 알아낼 수 있다.
여기서,
i : 위성의 번호
ai : 반송파의 진폭
Di : 위성 항법 데이터 비트수(데이터율 50 Hz)
CAi : C/A 코드(칩핑율(chipping rate) 1.023 MHz)
t : 시간
ti0 : C/A 코드 초기 위상
fi : 반송파 주파수
φi : 반송파 위상
n : 노이즈
w : 간섭
장치 기반 혼성 TDOA A-GPS
GPS 위성들과 사이에 직접적인 가시 직선을 얻을 수 없을 경우의 장시간의 위성 획득 시간 및 형편없는 위치결정 성공률로 인하여, 보조 측위 GPS(Assisted-GPS)가 테일러에 의해 개발되었다(미국 특허 제4,445,118호 "Navigation system and method" 참조).
위치결정에 쓰이는 무선 기술들
브로드캐스트 위치결정 시스템들
전용의 스펙트럼을 이용하며 지리학적으로 산재된 수신기 네트워크와 무선 송신기 '태그'를 포함하는 위치결정 시스템들은 본 발명과 함께 사용될 수 있는데, 일종의 수신기 또는 송수신기 유닛처럼 동작하는 LDP 장치(110)를 가지는 송신 비콘들(transmitting beacons)로 된 지리학적으로 산재된 네트워크를 통해 타이밍 신호들을 공급하는 시스템들이 그렇게 사용될 수 있다. LDP 장치(110)는 그러한 무선 시스템에 있어서 송신기 태그로 또는 수신기 유닛으로 어느 쪽으로도 아주 적합하며, 그러한 네트워크들을 서비스 영역, 접근성 및 위치결정 서비스에 들어가는 비용에 따라 이용할 수 있을 것이다. 전용 스펙트럼 대역 내에서 동작하는 위치결정 네트워크의 경우에는, LDP 장치(110)는 다른 무선 통신 네트워크들을 이용할 수 있는 자신의 능력을 이용하여 상기 LES(220) 및 지상측 위치결정 애플리케이션들과 교신을 할 수 있을 것이다. 이러한 브로드캐스트 위치결정 시스템의 예로서는, Lo-Jack 차량 회수 시스템, LORAN 시스템 및 Rosum HDTV 송신기 기반의 유사 E-OTD 시스템이 포함된다.
셀룰러 방식
AMPS, TDMA, CDMA, GSM, GPRS 및 UMT 기반의 무선 (셀룰러) 시스템들은 모두 본 발명에서 요구되는 데이터 통신 링크를 지원한다. 셀룰러 위치결정 기술들을 보강하기 위한 셀룰러 위치결정 시스템들 및 장치들은 트루포지션의 미국 특허들에서 상세하게 설명되어 있다. 이들 특허들은 다양한 위치결정 접근 방식들을 포괄하는데, AoA, AoA 혼성, TDOA와, TDOA/FDOA, A-GPS, 혼성 A-GPS를 포함하는 TDOA 혼성 방식들을 포함하나 여기에 한정되지는 않는다. 설명된 기술들의 대다수는 현재 상업적으로 서비스 중에 있다.
근거리 및 원거리 네트워크들(LAN 및 WAN)
이들 무선 시스템들은 모두 음성 중심의 시스템에 이차적인 목적으로서 추가된 데이터 기능들을 가진다기보다는 순수하게 디지털 데이터 통신 시스템으로서 설계된 것들이다. 무선 기술들, 신호 처리 기술들 및 데이터 스트림 포맷들의 면에서 상당한 정도로 겹치는데, 이는 연관된 다양한 표준 그룹들의 교차 교배로부터 유래하였다. 유럽 통신 표준 기구(ETSI : European Telecommunications Standards Institute)의 광대역 무선 접속 네트워크(BRAN: Broadband Radio Access Networks) 프로젝트, IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers), 그리고 일본의 MMAC(Multimedia Mobile Access Communication Systems, 고속 무선 접속 네트워크 연구 그룹)은 모두 지금까지 개발되어온 다양한 시스템들을 조화시키는 작업을 해오고 있다.
일반적으로, WLAN 시스템들은 허가가 필요하지 않은(unlicensed) 스펙트럼을 이용하며, 다른 접속 포인트들에 핸드오프(handoff)할 수 있는 능력을 갖추지 않고 동작한다. 접속 포인트들 사이의 조정 능력이 부재한다는 점은 POA와 TOA(왕복 지연 이용 기술)와 같은 단일 기지국 기술들에 대해 위치결정 기술을 적용하는 것을 제한시킬 수 있다.
IEEE 802.11 - WiFi
WiFi는 IEEE 802.11 파생형으로 표준화된 것으로, 현재 802.11a, 802.11b, 802.11g 및 802.11n을 포함한다. WiFi 시스템은 단거리의, 비허가 스펙트럼을 이용하는 무선 근거리 네트워크로서 설계되었으며, 다양한 근접도 위치결정 기술들에 아주 적합하다. 출력이 FCC 파트 15(미국 연방 규정(Code of Federal Regulations) 타이틀 47 통신 규칙, 파트 15, 서브섹션 245)에 따를 수 있도록 제한된다.
FCC 규칙의 파트 15.245는 비허가 시스템이 방출할 수 있는 그리고 인증받을 수 있는 최대의 실효 등방향 방사 출력(EIRP: effective isotropic radiated power)을 설명하고 있다. 이 규칙은 이 파트에 따라 인증을 받고자 어떤 시스템을 제출하려고 하는 업체들을 대상으로 한 것이다. 이 조항은 인증받은 시스템은 최대 1 와트(+36 dBm)의 송신 출력을 6 dBi 이득을 가지는 전방향(omni-directional) 안테나로 인가할 수 있다고 규정한다. 그결과는 +30 dBm + 6 dBi = +36 dBm(4 와트)의 EIRP로 귀결된다. 만약 더 높은 이득의 전방향 안테나가 인증된다면, 그런 경우에는 해당 안테나로 인가되는 송신 출력은 해당 시스템의 EIRP가 36 dBm EIRP를 초과하지 않도록 감소되어야만 한다. 따라서, 12 dBi 전방향 안테나의 경우에는, 최대 인증 가능 출력은 +24 dBm(250 mW, +24 dBm + 12 dBi = 36 dBm)이 된다. 점대점 시스템들에 사용되는 지향성 안테나들의 경우에는, EIRP는 안테나 이득에서 매 3 dB 증가마다 1 dB씩 증가할 수 있다. 24 dBi의 접시형 안테나의 경우에는, +24 dBm 의 송신 출력은 이처럼 높은 이득의 안테나에 인가될 수 있음을 알 수 있다. 이는 +24 dBm +24 dBi = 48 dBm (64 Watts)의 EIRP로 귀결된다.
IEEE 802.11 근접도 위치결정 방법들은 네트워크 기반일 수도 있고 장치 기반일 수도 있다.
하이퍼랜(HiperLAN)
하이퍼랜(HiperLAN)은 고성능 무선 근거리 통신망(High Performance Radio Local Area Networks)의 약자이다. 유럽 통신 표준 기구(ETSI: European Telecommunications Standards Institute)에 의해 개발되었으며, 유럽 각국들에서 주로 사용되는 WLAN 통신 표준들의 집합을 가리킨다.
하이퍼랜은 광대역 무선 접속 네트워크 중에서 비교적 단거리 파생형으로, 공공 목적의 UMTS(3GPP 셀룰러) 네트워크들을 위한, 그리고 일종의 무선 LAN 방식 시스템으로서 개인적 용도를 위한 보충적인 접속 메커니즘으로 설계되었다. 하이퍼랜은 다양한 디지털 패킷 네트워크들에 대해 고속(최대 54 Mb/s) 무선 접속을 제공한다.
IEEE 802.16 - WiMAN. WiMAX
IEEE 802.16은 IEEE 802의 연구 그룹 번호 16으로서, 점대다점(point-to-multipoint) 광대역 무선 접속에 특화되어 있다.
IEEE 802.15.4 지그비(ZigBee)
IEEE 802.15.4/ZigBee는 조명, 보안 경보, 동작 감지기들, 온도 조절기 및 연기 감지기들의 무선 모니터링 및 제어 용도와 같이 이용될 수 있는 저 전력 네트워크를 위한 기술 표준으로서 의도된 기술이다. 802.15.4/ZigBee는 MAC 계층과 PHY 계층을 규정하는 IEEE 802.15.4 표준을 기초로 구축되어 있다. "지그비(ZigBee)"란 명칭은 지그비 얼라이언스(Zigbee Alliance)라고 불리는 여러 공급자들의 컨소시움에 의한 개발 중인 상위 계층의 개량 기술들에서 온 것이다. 예를 들어, 802.15.4는 128 비트 AES 암호화를 규정하고 있는데, 반면에 지그비는 암호화 키의 교환을 취급하는 방법을 제외하고 규정한다. 802.15.4/지그비 네트워크들은 미국 내에서는 2.4 GHz 대역을 포함하는 비허가 주파수 대역들 중에서 운용될 것으로 예정되어 있다.
초광대역(UWB: Ultra Wideband)
FCC 규칙 중 Part 15.503은 UWB 동작에 관하여 정의 사항들과 제한 사항들을 제공한다. 초광대역이란 가장 오래된 무선 신호 변조 기술(마르코니 스파크 갭 송신기)의 최신식 실현예이다. 광대역 확산 신호 상에 데이터를 인코딩하는 데에 펄스 코드 변조가 이용된다.
초광대역 시스템들은 통상적인 무선 통신 시스템들에 비해 훨씬 넓은 주파수 대역에 걸쳐 신호를 전송하며, 보통 감지하기 매우 어렵다. UWB 신호에 의해 점유되는 스펙트럼의 크기, 즉 UWB 신호의 대역폭은 중심 주파수의 적어도 25%이다. 따 라서, 2 GHz에 중심을 둔 UWB 신호는 500 MHz의 최소 대역폭을 가질 것이며, 4 GHz에 중심을 둔 UWB 신호의 최소 대역폭은 1 GHz가 될 것이다. UWB 신호를 생성하는 데 가장 널리 쓰이는 기술은 1 나노초 미만의 지속 시간들을 가지는 펄스들을 전송하는 것이다.
이진 정보를 전송하는 데에 매우 넓은 대역의 신호를 이용하기 때문에, UWB 신호는 근접도 방식(POA를 통한), AoA, TDOA 또는 이들 기술들의 혼성 기술들이든 간에 위치결정을 하는 데에 유용할 수 있다. 이론적으로, TDOA 추정의 정확도는 몇몇 현실적인 요인들, 예를 들어 적분 시간, 각 수신 사이트에서의 신호 대 잡음비(SNR)와 그 뿐 아니라 송신된 신호의 대역폭 등에 의해 제한된다. 크래머-라오(Cramer-Rao) 경계 이론이 이러한 종속성을 설명한다. 이는 다음과 같이 근사화될 수 있다.
여기서 frms는 해당 신호의 rms 대역폭이고, b는 수신기의 노이즈 등가 대역폭이며, T는 적분 시간이고, S는 두 사이트들의 SNR 중 작은 쪽의 SNR이다. 상기 TDOA 방정식은 낮은 쪽 경계를 표현한 것이다. 실제로는, 상기 시스템은 간섭과 다중 경로에 대처할 수 있어야 하는데, 이들 두 가지는 실효 SNR을 제한하는 경향이 있다. UWB 무선 기술은 서로 다른 다중 경로 성분들이 수신기에 의해 융합될 수 있게 하는 다중 경로 채널의 코히런스 대역폭(coherence bandwidth)과 UWB 신호의 신호 대역폭이 비슷하기 때문에, 다중 경로 간섭의 영향들에 대해 대단한 면역력이 있다.
UWB에서 도달 출력에 대해 사용할 수 있는 프록시(proxy)는 신호 비트율(signal bit rate)의 사용이다. 신호 대 잡음비들(SNR)은 증가하는 출력의 경우에 떨어지고, 어떤 지점 이후에는 출력 정격(power rating)이 증가하는 것보다 빠르게 떨어지기 때문에, 떨어지는 S/N 비율은, 사실상, 더 큰 정보 엔트로피와, 샤논 용량(Shanon capacity)으로부터 멀어짐을 의미하며, 따라서 좀 더 적은 처리량을 의미한다. UWB 신호의 출력은 거리에 대해 감소(대기에 의한 무선 전파의 감쇄로부터, 그리고 자유 공간 손실, 평면 대지 손실 및 회절 손실의 복합적인 효과들로 인하여)하기 때문에, 최대로 가능한 비트율도 증가하는 거리에 대해 떨어질 것이다. 거리 추정을 위한 제한적인 용도를 가지기는 하지만, 이러한 비트율(또는 비트 오류율)은 무선 장치의 접근 또는 이탈의 표지로서 역할을 할 수 있을 것이다.
가장 단순하게 말하면, 송신기와 수신기 사이의 거리가 증가함에 따라, 방사된 무선 에너지는 구의 표면에 확산되는 것과 같이 모델링된다. 이러한 구형 모델은 수신기에서의 무선 전력이 거리의 제곱에 의해 감소된다는 것을 의미한다. 이러한 단순한 모델은 더 복잡한 전파 모델의 사용, 및 유사한 송신 사이트들에서 시험 송신을 통한 측정의 사용에 의해 세밀해질 수 있다.
블루투스(Bluetooth)
블루투스는 원래 무선 근거리 개인 통신망(W-PAN: Wireless Personal Area Network 또는 그냥 PAN)으로서 개념화된 것이다. PAN이라는 용어는 공식적인 용어 인 "블루투스 피코넷(Bluetooth Piconet)"과 혼용되어 사용된다. 블루투스는 매우 낮은 전송 출력을 위해 설계되었고, 특화된 지향성 안테나없이 10 미터 미만의 사용 범위를 갖는다. 고출력 블루투스 장치들 또는 특화된 지향상 안테나를 사용하는 경우 그 범위를 최대 100 미터 수준까지 올릴 수 있다. 블루투스의 배경에 있는 설계 철학(PAN 내지 케이블의 대체)을 고려하면, 10 미터 수준의 범위라도 블루투스의 원래 목적에 적합하다. 미래의 블루투스 규격 버전은 IEEE 802.11 WiFi WLAN 네트워크들과 경쟁할 수 있도록 좀더 늘어난 범위가 허용될 수도 있다.
위치결정 목적으로 블루투스를 이용하는 것은, 비록 거리 또는 용량을 증가시킬 수 있도록 지향성 안테나가 사용되는 경우에 단일 기지국 도달 각도 방식 위치결정이나 AoA 혼성 기술들이 가능함에도 불구하고, 근접성(블루투스 마스터 국의 위치가 알려져 있는 경우)에 제한이 있다.
슬레이브 장치가 피코넷들 사이를 이동할 경우에는 이동 속도 및 방향 추정이 얻어질 수 있다. 블루투스 피코넷들은 동적이고 끊임없이 변화하도록 설계되어 있으며, 따라서 어떤 마스터의 범위를 벗어나 다른 마스터의 범위내로 이동해 들어가는 장치는 새로운 링크를 짧은 시간 구간(통상적으로 1 내지 5초) 내에 구축할 수 있다. 슬레이브 장치가 적어도 두 개 마스터들 사이를 이동하면, 마스터들의 알려져 있는 위치들로부터 방향 벡터가 도출될 수 있다. 세 개 또는 그 이상의 마스터들 사이의 링크들이 (순서대로) 생성되는 경우라면, 그 장치의 방향 및 속도 추정도 계산될 수 있다.
블루투스 네트워크는 본 발명에서 필요시되는 데이터 링크를 제공할 수 있 다. 상기 LDP 장치(110)에서 LES(220)로의 데이터 링크도 또한 W-LAN 또는 셀룰러 데이터 네트워크에 걸쳐 구축될 수 있을 것이다.
RFID
무선 주파수 식별(RFID: Radio Frequency Identification)은 자동 식별 및 근접 위치결정 기술로서, RFID 태그들 또는 트랜스폰더라 불리는 장치들을 이용하여 데이터를 원격으로 저장하고 검출하는 기술이다. RFID 태그는 밀봉된 무선 송신기 또는 송수신기이다. RFID 태그들은 안테나들을 포함하고 있어 RFID 리더(무선 송수신기)로부터의 무선 주파수 질의 신호를 수신하고 응답할 수 있으며, 태그 내의 고체 반도체 메모리의 저장 내용을 포함하는 무선 주파수 응답 신호로 응답한다.
수동 RFID 태그들은 내부 전원이 필요하지 않으며, 태그 내의 코일 안테나를 이용하여 리더와 유도 결합함으로써, 또는 리더와 태그 내의 다이폴 안테나 사이의 백스캐터 결합에 의해 공급되는 전력을 이용한다. 능동 RFID 태그들은 전원을 필요로 한다.
RFID 무선 위치결정 기술은, 태그가 RFID 리더의 근접 범위 내에 있을 때에만 관심 대상 신호를 송신하기 때문에, 도달 출력 기술에 기초한다. 태그가 리더에 의해 스캐닝될 때에만 활동적으로 되기 때문에, 리더의 알려져 있는 위치는 태깅된 품목의 위치를 결정한다. RFID는 근접도(위치결정과 위치결정 시간)에 기초하여 위치 기반 서비스들을 가능하게 하는 데에 이용될 수 있다. RFID는 부수적인 이동 속 도 또는 방향 정보를 전혀 내놓지 않는다.
RFID 리더는, 심지어 충분한 유선 또는 무선 복귀 경로(backhaul)를 장비하였더라도, 본 발명에 관하여 필요한 충분한 데이터 링크 대역폭을 제공할 것으로는 보이지 않는다. 좀더 가능성있는 실시예에서는, RFID 리더는 LDP-LES(220) 데이터 연결이 또한 WLAN 또는 셀룰러 데이터 네트워크에 걸쳐 구축되어 있는 동안에 위치 표지를 제공할 수 있을 것이다.
니어 필드 통신(Near Field Communications)
수동 RFID 시스템의 파생형으로서, 근거리 범위 통신(NFC: Near Field Communications)은 13.56 MHz RFID 주파수 범위 내에서 동작한다. NFC 송신기의 범위를 가지면 8 인치 미만의 근접 위치결정이 가능하다. 상기 NFC 기술은 ISO 18092, ISO 21481, ECMA (340, 352 및 356), 그리고 ETSI TS 102 190 내에 표준으로 지정되어 있다.
G. 서비스 품질 지표(Quality of Service Indicator)
1. 개요 및 실시예
LDP(Location Device Platform)와 같은, 위치결정이 가능한 하드웨어 및/또는 소프트웨어 어셈블리는 위치결정 기능 및 통신 경로를 어떤 장치 또는 개체에 추가하기 위해 사용될 수 있다. 여기에 설명된 종류의 서비스 품질 지표(QoSI)는, 위치 기반 서비스들에 대한 사용자의 기대에 대처하기 위해 사용될 수 있다. 위치 기반 서비스들의 사용자에게 QoSI를 정의하고 디스플레이함으로써, 위치 기반 서비스의 위치결정 품질 및 유용성의 센스는 서비스가 실제 사용되기 전에 획득될 수 있다. 이 QoSI는 위치 기반 서비스가 활성화될 수 있는 곳이라면 어디든 디스플레이될 수 있다. 즉, 그러한 예는, 모바일 장치에서 또는 네트워크 단말기를 모니터링함에 있어서 또는 또 다르게 모바일 장치를 모니터링함에 있어서 등이다. 또한, QoSI는 LBS 어플리케이션으로 전달될 수 있고, 필요한 미리 결정된 서비스 품질의 어플리케이션을 통지한다. QoSI는 바람직하게는 예측된 정확도와 관련되지만 다른 서비스 품질 파라미터들을 포함할 수 있고 이용가능도(availability)와 같은 인자들을 함축적으로 포함한다.
계산된 QoSI는 무효로될 수 있고 더 낮은 QoSI는 많이 이용되는 위치결정 시스템들 또는 위치결정 시스템 구성요소들 상의 트랜잭션 부하를 제한하는 방법으로 제공될 수 있다. 또한, 특히 만약 동일한 최대 서비스 품질이 다중의 위치결정 시스템들 또는 구성요소들로부터 이용가능하다면, LES는 부하를 최적화하기 위해 이용가능한 위치결정 기술들 간에 선택하기 위한 기능을 갖는다.
QoSI는 LBS 어플리케이션들 사이에서 선택하도록 사용될 수 있고, 계산된 QoSI에서 이용가능한 위치결정 어플케이션들만을 포함하기 위해 사용자용 메뉴를 정의할 수 있다.
서비스 요청에서 LBS 어플리케이션으로 전달될 때, QoSI는 QoSI에 기초하여 응답들이 미리 구성되도록 허용한다. 어플리케이션 출력의 이러한 선 할당은 계약상으로 협상된 항목들을 경감함에 있어서 유용하고, 어플리케이션의 결정 로직을 간단하게 하고, 더 빠른 성능을 허용한다. QoSI는 요청된 서비스에 대한 고객의 기대들에 부응하는 결과를 보장하도록 돕기 위해 위치결정 어플리케이션에 의해 사용될 수 있다.
LES가 다중 운영자 네트워크에서 위치결정 시스템들과 통신할 수 있으므로, QoSI는 로밍시 LBS 서비스들의 이용가능도를 나타내기 위해 또한 사용될 수 있다.
높은 수준에서, 정확도에 대한 어떤 위치결정 기술의 예측된 QoSI는 다양한 방법들로 표현될 수 있다. 예를 들면, QoSI는 다음의 함수로서 표현될 수 있다.
- 이용가능도(availability)
- 예측된 정확도(accuracy)
- 예측된 정밀도(precision)
- 예측된 성공률(yield)
- 예측되거나 전형적인 지연시간(latency), 및/또는
- 각각의 이용가능한 위치결정 기술로부터 예상되는 일관성(consistency)
해당 위치 추정의 정확도는 일반적으로 위치결정 요청에 앞서 알려지지 않고, 위치결정 시스템 또는 기술의 정밀도가 좀처럼 일정하지 않으므로, 프록시(proxy) 계산 방법이 사용될 수 있다. 물론, 만약 일군의 다중 위치 추정들이 짧은 공간의 시간에서 동일한 위치로부터 완료된다면, QoSI는 직접적으로 결정될 수 있지만 위치결정 리소스들에서의 소모가 더 많다. 정확도 및 정밀도에 대한 프록시 계산 방법은, 무선 신호 대역폭, 무선 신호 강도, 패킷 지연, 패킷 손실, 가변성(variability), 처리량(throughput), 지터(jitter) 또는 선택적 이용가능도, 및 감각 소음 레벨(perceived noise level)을 포함하는 다양한 측정가능한 인자들에 기초할 수 있다. 이러한 측정 방법들의 몇몇은 위치결정용으로 사용되는 무선 신호에 대해 고유하고 무선 기술에 기초하여 다양할 수 있으며 지상 또는 위성 기반 무선 위치결정 시스템들에 대해 다를 수 있다.
이러한 다중의 기술들에 대해 QoSI를 예측하는 것을 돕기 위해 하나의 위치결정 기법의 출력을 사용하는 것은 상당이 가능성이 있다. 예를 들어, 셀-ID, 셀-ID 및 섹터, 또는 셀-ID, 섹터 및 전력 도달차(PDOA)의 조합은 LDP 장치를 로컬화하기 위해 사용될 수 있고, 그런 다음 네트워크 성능, LDP 장치 성능, 네트워크 토폴로지, 무선 전파 맵, 캘리브레이션 데이터, 하루 중의 시간, 및 역사적 QoSI 정보가, 양호한 정확도들을 갖는 다른 위치결정 기술들이 이용가능한지의 여부 및 예측된 QoSI가 무엇이 될 수 있는지를 찾아내기 위해 사용될 수 있다.
정밀도의 크래머-라오 하한 추정(Cramer-Rao Lower Bound Estimation)
QoSI 추정 후의 수학적 처리의 일 예는, 크래머-라오 하한(Cramer-Rao Lower Bound, CRLB)이다. CRLB는 TDOA 측정에서 최소 달성가능 변수를 나타낸다. 이는, GDOP(정밀도의 기하학적 희박도, geometric dilution of precision)와 함께, 최대로 달성가능한 위치결정 정밀도와 직접적으로 관련된다. CRLB는, 수신기 기반 TDOA 위치결정 시스템들(다중의 수신기들이 동일 무선 전송 상에 위치하고 있음) 및 송신기에서, 또는 비콘 기반 TDOA 시스템들(위치결정을 하기 위해 다중의 송신기들 및 무선 전송이 단일 수신기에 의해 사용됨)에 대해 동등하게 유용한 것으로 증명 된다.
이론적으로는, TDOA 기술의 정밀도는, 송신된 신호의 대역폭 뿐만이 아니라 적분시간, 수신 싸이트에서의 신호대잡음비(SNR)과 같은 몇가지의 실제의 인자들에 의해 제한된다. 크래머-라오 바운드(Cramer-Rao bound)는 이러한 의존성을 보여준다. 그것은 다음의 식으로 근사화된다.
여기서 B는 신호의 대역폭이고, T는 적분시간이며, SNR은 두 개 싸이트들 중 더 작은 SNR이다. TDOACRLB 수학식은 하한(lower bound)을 나타낸다. 실제로, 실제 TDOA 추정치는 간섭 및 다중경로에 의해 영향을 받을 것이며, 그러한 간섭 및 다중경로는 유효 SNR을 제한하는 경향이 있다. 초해상도(superresolution) 기법들이, 간섭 및 다중경로의 해로운 효과들을 경감하기 위해 사용될 수 있다.
CRLB는 또한 도달각(AoA) 위치결정 기법에 대해 결정될 수 있다. 이론적으로, 그것은 다음의 식으로 표현된다.
여기서 m은 파장에서 AoA 어레이의 크기에 비례하는 양이고, T는 적분시간이며 SNR은 신호대잡음비이다.
정밀도의 기하학적 희박도(Geometric Dilution of Precision)
수신기 기반 위치결정 시스템들과 송신기 기반 TDOA 둘다와 AoA 기반 위치결정 시스템들에 있어서, 송신기(들) 위치에 대한 수신 싸이트(들)의 기하학적 배열(geometry)은 또한 위치 추정의 정확도에 영향을 미친다. 위치결정 오차, 측정 오차 및 기하학적 배열 간에 일정 관계가 존재한다. 기하학적 배열의 효과는, 계산된 결과의 정밀도를 희박하게 하거나 측정 오차를 확대하기 위해 작용하는 스칼라량에 의해 표현된다. 이러한 양은 정밀도의 수평 희박도(Horizontal Dilution of Precision, HDOP)로 불려지고 이는 rms 측정 오차 σ에 대한 rms 위치 오차의 비이다. 수학적으로는, 그것은 다음과 같이 표현될 수 있다.(레이크(Leick) A., John Wiley & Son, 1995년의 "GPS Satellite Surveying"의 페이지 253 참조)
이 식에서 σn 2 및 σe 2은 측정치들의 공분산(covariance) 행렬로부터의 수평 성분들의 분산들을 나타낸다. 물리적으로는, 최상의 HDOP는 쌍곡선들의 교점이 직교(orthogonal)할 때 구현된다. TDOA 지리학적 위치결정(geolocation)에서의 이상 적인 상황은 방사체(emitter)가 원의 중앙에 있고 모든 수신 싸이트들이 원 주 주위로 균일하게 분포되어 있을 때 일어난다.
바람직하게는, LES는 무선 네트워크에 대한 수신기 및 송신기 레이아웃에 관한 정보를 포함할 것이고, 그래서 기하학적 희박도(Geometric Dilution)는 적용범위의 맵에 대해 예측될 수 있고, QoSI 계산에 적용가능한 GDOP 추정을 제공한다. 이 GDOP 맵은 신호 전파 맵과 결합될 때 매우 기본적이고, 낮은 정확도의 LES에 대한 신호-강도 위치 기능을 제공한다. 시험 전송을 통해, GDOP와 신호 강도들 둘 다에 대한 캘리브레이션은, 도달 전력 또는 도달 전력차의 정확도에 대해 위치결정 기능을 부가할 수 있다. 그러한 시스템은, 계산된 QoSI가 생성된 실제 위치 추정치에 비교될 수 있으므로, 다소 자체-캘리브레이션될 수 있다.
계산된 QoSI의 히스토리(historical) 맵과 실제 위치 추정 교정이 LES에 의해 디벨롭(develop)되기 때문에, 이 모델은 동일한 영역에 대해 미래의 QoSI의 계산에서 사용될 수 있다.
QoSI는 LES와 LDP 장치 간의 통신 경로의 존재와 이용가능한 정보에 기초하여 주기적으로 또는 계속해서 디벨롭될 수 있다. 만약 LDP 장치가 자체-위치결정(self-locate)할 수 있다면, 주기적인 QoSI 계산은 QoSI를 갱신하기 위해 수행될 수 있는 한편, 장치는 배터리 수명을 유지하기 위해 아이들 상태일 수 있다. 통신 세션 동안, QoSI는 LES 서버로부터 전달될 수 있고 온-보드 리소스들로부터 갱신될 수 있다. 만약 주기적인 측정이 이용가능하다면(수신된 신호 강도, 비트 에러율, 액티브(소프트-핸드오프) 리스트, 또는 네트워크 특정 요구와 같은 것), LES는 통 신 세션동안 QoS를 계속해서 재계산할 수 있으며, 주기적으로 또는 세션의 끝에 QoSI를 갱신할 것이다.
QoSI 결정은 LDP 장치에 의해 수집된 네트워크 및/또는 위성 신호 정보를 사용하여 LDP 장치에서 수행될 수 있다. 이용가능한 네트워크 기반 위치결정 기술들과 같은 어떤 정보는 전용 무선 링크 또는 무선 네트워크 브로드캐스트 설비를 통해 LES에 의해 전달될 수 있다.
다음의 표는 이용가능한 위치결정 기술들 및 각각에 대해서 포텐셜 정확도에 기초하여 QoSI 결정을 보여준다. QoSI의 그래뉼래리티(granularity) 또는 수준들은 열(column)의 개수를 결정하며, 한편 포텐셜 위치 기술들 또는 기법들의 개수는 행(row)의 개수를 결정한다.
<QoSI 결정 표>
| 위치결정 기술 | 가장 높은 포텐셜 정확도 |
두 번째 높은 포텐셜 정확도 |
X 번째 높은 포텐셜 정확도 |
가장 낮은 포텐셜 정확도 |
| 기술 1 | X | |||
| 기술 2 | X | X | X | |
| 기술 3 | X | X | X | |
| 기술 4 | X | X | ||
| 기술 5 | X |
LDP 장치는, 온보드 리소스들, 무선 네트워크 브로드캐스트 정보, 및/또는 LES에 의해 제공되는 정보로부터의 기술 선택들을 결정할 수 있다. QoSI는 그런 다음 가장 높은 포텐셜 정확도를 갖는 기술 또는 기법이 이용가능한지를 결정함으로써 계산될 수 있다.
명시된 서비스 품질 요구 사항들을 갖는 LBS 어플리케이션들은, 어떤 위치결정 기술들의 사용을 배제할 수도 있고 혹은 이용가능한 위치결정 기술들에 대해 예측 QoSI를 더 낮출 수 있다. 예를 들면, 5 초 지연 공차(tolerance)는 A-GPS 및 ECID 의 사용을 배제할 수 있고 U-TDOA 시스템의 추정된 정확도를 낮출 수 있다. LBS 사용자에게 더 잘 알리기 위해, 일단 특정 LBS 어플리케이션이 선택되고 배제된 기술들이 QoSI 계산 함수로부터 제거되어졌다면, QoSI는 계산되고(또는 재계산되고), 전달되어 디스플레이될 수 있다.
디폴트 또는 가장 선호하는 또는 가장 높은 우선순위의 LBS 어플리케이션이 미리 설정될 수 있고 그래서 장치에 의해 디스플레이된 명목상의 QoSI는 그러한 어플리케이션을 참조하고, 또는 QoSI는 단지 다른 서비스 품질 파라미터들에 관계없이 이용가능한 가장 높은 예측된 정확도를 나타내기 위해 사용될 수 있다.
추정, 결정 또는 다르게는 측정 및 유도되는 경우, QoSI는, 미리 표시된 범위 내에서의 주관적인 개수 또는 수준, 이진 고/노고(go/no-go) 지시, 이용가능한 최상의 위치결정 기술에 기초한 정적 디폴트, 선택을 위한 표에 상응하는 값 또는 둘러싸인 지리학적 영역을 나타내는 값에 따라 인코딩될 수 있다.
예 : GSM 위치결정 QoSI
현재의 GSM 시스템 표준들은 다중의 위치결정 기법들, 즉 동일한 GSM 네트워크에 있는 네트워크 기반 및 모바일 기반 기법들 둘 다를 허용한다. GSM에 대한 QoSI 결정은 이용가능한 가장 높은 정확도의 위치결정 시스템을 찾아낼 것이고 적 절한 QoSI를 전달할 것이다.
QoSI 결정은 어떤 셀 또는 섹터에 대한 위치결정 정확도가 단지 빌딩내의 도달범위 또는 마이크로셀들(예, 554 미터 이하의 반경을 갖는 셀들로 정의됨) 또는 피코셀들(예, 100 미터 이하의 반경을 갖는 셀들로 정의됨)에 기인하여 미리 설정될 수 있는 경우들을 허용할 수 있다는 것을 주목하자. 마이크로셀들 및 피코셀들 둘 다는 유효하게 영 타이밍 어드밴스(zero timing advance)를 가지며, CGI+TA 기법은 GSI 단독인 경우와 동일한 결과를 낳는다.
이하의 표는 GSM 시스템에 대한 예시적인 QoSI 행렬을 보여준다. 열의 표제(headings)는 위치결정 오류에서의 눈금으로 임의로 설정되어 있지만, 가장 가까운 인터섹션, 시 블록(city block), 이웃, 또는 우편번호를 포함하는 다른 값들로 설정될 수 있다. 이러한 예는 LDP 장치 및 네트워크가 AoA 또는 H-GPS/H-TDOA가 아니라 A-GPS 및 U-TDOS로써 전적으로 이용된다는 것을 가정한다. LES 무선 네트워크 모델은 서비스 제공 셀이 단지 5 km 이상의 도달범위 반경을 갖는 전-방향 아웃도어 매크로-셀이라는 것을 보여준다. 수집된 GSM 네트워크 측정 보고(또는 LDP 장치의 국제적 결정)는 단지 두 개의 이웃 셀들을 보여주고 그래서 PDOA ECID 위치결정은 수행될 수 없다. 무선 통신 경로의 SNR 및 비트 에러율은 수용가능하다(문턱치 이상임). 마지막으로, 이 표는 높은 정확도 위치결정이 만약 QoS가 그렇게 요구한다면 더 큰 위치 에러를 생성하기에는 힘들어질 수 있다는 것을 가정한다.
<예시적인 GSM 네트워크에 대한 QoSI 결정 표>
| QoSI= | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| < 50 m | < 100 m | < 300 m | < 1000 m | < 5000 m | > 5000 m | |
| 위치결정 기술 | ||||||
| H-GPS | ||||||
| A-GPS | X | X | X | X | X | X |
| U-TDOA/AoA | ||||||
| U-TDOA | X | X | X | X | X | X |
| CGI+TA+NMR | X | X | X | X | ||
| CGI+TA | X | X | ||||
| CGI | X |
LES는 이용가능한 위치결정 기술들, LDP 장치의 온보드 기능들, 동일 영역에서 다른 LDP들로부터의 최근 역사적 위치 추정 정보, 국제적 위성 모델로부터 QoSI 결정을 수행한다. 이 예에서, LES는 < 50 m의 정확도의 높은 신뢰성을 가지며 "1"의 QoSI를 LDP 장치 및/또는 모니터링 단말기로 보고한다.
예 : 비동기식 비콘 네트워크 QoSI
QoSI 결정의 이 예는 비동기식 송신기들의 네트워크에 기초한 비콘 시스템에 기초한다. 무선 도달 범위는 매우 가변적이나 일반적으로 비콘들은 30 미터 이하로 떨어져서 설치된다. 각 송신기의 위치는 LES에 대해 알려져 있다. 전력 수준들은 최소 오버랩을 갖는 최대 도달 범위로 제공하도록 조정된다. 무선 네트워크의 특성들 및 의도된 설계에 기인하여, 이 네트워크에 대한 QoSI 결정 행렬은 다음의 표를 닮을 수 있다. 다시 말해, 미터의 정확도 오류에 대한 QoSI 상관은 임의적이다.
<예시적인 인도어 비콘 네트워크에 대한 QoSI 결정 표>
| QoSI= | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| < 1 m | < 10 m | < 30 m | < 100 m | > 100 m | |
| 위치결정 기술 |
|||||
| TDOA | |||||
| TOA | |||||
| PDOA | X | X | X | X | |
| POA | X | X |
예 : 동기식 비콘 네트워크 QoSI
QoSI 결정의 이 예는 타이트하게 동기화된 송신기들의 네트워크에 기초한 비콘 시스템에 기초한다. 무선 도달범위는 매우 가변적이나 일반적으로 비콘들은 30 m 이하로 떨어져서 배치된다. 각각의 송신기의 위치는 LES에게 알려진다. 무선 네트워크의 특성들 및 의도된 설계에 기인하여, 이 네트워크에 대한 QoSI 결정 행렬은 이하의 표와 같다. 다시 말해, 미터의 정확도 오류에 대한 QoSI 상관은 임의적이다.
<옥내 비콘 네트워크에 대한 QoSI 결정 표>
| QoSI= | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| < 1 m | < 10 m | < 30 m | < 100 m | > 100 m | |
| 위치결정 기술 |
|||||
| TDOA | |||||
| TOA | X | X | X | ||
| PDOA | X | X | X | X | |
| POA | X | X |
2. 추가 상세한 설명
도 1 및 2를 참조하면, QoSI는, 무선 측정들, 브로드캐스트 정보, 저장된 맵 들, 인쇄(typographical) 정보, 무선 네트워크 정보, 및/또는 위성들의 궤도 파라미터(궤도력 및 궤도이력 데이터)(수신되거나 측정되거나 혹은 예측된)에 기초하여 LDP 장치의 내부 처리 엔진(107)에 의해 또는 위치결정 인에이블 서버의 처리 엔진(207)에 의해 결정될 수 있다.
QoSI는, 만약 LDP 장치에 의해 결정된다면, LDP 휘발성 메모리(108) 또는 비휘발성 메모리(109)에 즉시 디스플레이되거나 저장될 수 있다. QoS는 디스플레이 서브시스템(103)을 통해 LDP 윌더(wielder)에 디스플레이될 수 있다. QoS 디스플레이는 들을 수 있고, 볼 수 있고, 또는 만질 수 있는 표시부들 또는 그들의 조합의 형태를 가질 수 있다.
QoSI는 무선 통신 네트워크 인터페이스(200)를 통해 중계된 네트워크 및/또는 무선 정보로부터 LES에 의해 결정될 수 있다. 네트워크 및 무선 정보는 무선 네트워크에 의해 어느 하나로 전송될 수 있다. LDP는 또한 미리 설명된 LDP-대-LES 통신 채널을 통해 무선 또는 네트워크 정보를 수집 및 전송할 수 있다.
QoS는 위치결정 인에이블 서버로부터 유선 또는 무선 연결을 통해 사용자 단말기(지상 기반 또는 모바일)로 전달될 수 있다. 만약 QoS가 LDP 장치의 내부 처리 엔진(107)에 의해 디벨롭된다면, LDP는 시간, 미리 설정된 QoS 문턱치 또는 LDP 송수신기(100 및 101)에 의해 수립된 통신 채널을 통한 위치결정 인에이블 서버에 대한 LDP 사용자 입력들(104)을 통한 사용자 상호작용에 기초하여, LES의 무선 통신 네트워크 인터페이스(200)로 전송하도록 설정될 수 있다.
LES가 LDP 장치로부터 QoS를 계산하거나 수신하는 경우, LES는, LDP로부터의 QoS가 외부 통신 네트워크 서브시스템(210)에 대한 상호접속을 통해 외부 통신 네트워크(211) 상에 상주하는 클라이언트로 전달(또는 늘 전달되어야만 함)될 수 있다는 것을 확인하기 위해, 자신의 관리 서브시스템(202), 계정 서브시스템(203), 인증 서브시스템(204) 및 승인 서브시스템(205)을 사용할 수 있다.
LDP 및 LES 클라이언트 상의 QoS 표시는 한없이 변할 수 있다. 위치결정을 하기 위해 통신의 부족 또는 불능(inability)에 기인하여 이용가능도 또는 이용불가능도의 간단한 이진 표시로부터, 가능한 오류의 가능한 위치 및 표시를 보여주는 로컬 맵들에 대한 더 상세한 프로젝션들, 및 위치, 위치 오류, 속도, 및 표제를 보여주는 상세한 맵 프로젝션들에 이르기까지, 위치결정 QoS는 여러 방법으로 디스플레이될 수 있다.
LDP QoS 표시는 또한 사용된 위치결정 기술을 표현할 수 있다. Joint ANSI/ETSI E9-1-1 Phase II 정보처리상호운용 표준 공동 표준 36(J-STD-036)은, "위치소스(PositionSource)" 열거된 요소 필드에서 위치결정 기술들에 대한 두 가지 잠재적인 가능성들을 열거하고 있다. QoS는 어느 로케이션 기술이, 또는 어느 로케이션 기술들의 세트가, 또는 로케이션 기술들의 어떤 혼성형들이 네트워크에서 또는 LDP 기능들에서 이용가능하거나 이용가능할 것인지를 나타내기 위해 사용될 수 있다. QoSI는 또한 어떤 기술이 그 다음의 위치결정 시도에 대한 선호를 가질 것인지를 보여주기 위해 사용될 수 있다.
J-STD-036 "위치소스(PositionSource)"
QoSI는, 디벨롭됨에 따라, 사용자의 요청시, 또는 QoS에서 변경의 LES에 의한 통지시, 계속해서 디스플레이될 수 있다. LDP 장치는, 만약 QoS에서의 변화를 감지하는 것이 가능하고 QoS를 계산하는 것이 가능하다면, 디스플레이 서브시스템(103)의 청각적, 시각적, 또는 촉각적 기능들을 통해 QoS에서의 변화에 대해 사용자에게 경보하도록 설정될 수 있다.
3. 시나리오들
시나리오 1 : 옵션들로부터 선택하기 위해 사용된 QoSI
이 시나리오에서, 모바일 사용자는 서비스의 예측된 위치결정 품질을 결정하기 위해 QoSI를 참고한다. 낮거나 불충분한 QoSI를 볼 경우, 사용자는 맵보다 오히 려 관심점(point-of-interest)의 거리 주소를 전달받도록 선택하고, 그리하여 대역폭 및/또는 서비스 비용을 절감할 수 있다.
시나리오 2 : 서비스들 간에 자동적으로 선택하기 위해 사용되는 QoSI
이 시나리오에서는, 모바일 LBS 어플리케이션은 예측된 위치결정 서비스 품질을 결정하기 위해 QoSI를 사용한다. 낮거나 불충분한 QoSI를 보는 경우, 어플리케이션은 위치 조회를 중단하고, 네트워크 트랜잭션 상에서 저장하며, 온보드 자기 콤파스(magnetic compass)로부터 유도되는 콤파스 디스플레이(compass display)를 제공한다.
시나리오 3 : 미리 결정된 응답들로부터 세부 수준을 자동적으로 선택하기 위해 사용된 QoSI
이 시나리오에서는, 네트워킹된 LBS 어플리케이션은 미리 협상된 수준들로부터 실제 위치결정 서비스 품질을 결정하기 위해 QoSI를 사용한다. QoSI 수준 및 가입자 선호도 프로파일에 기초하여, LBS 어플리케이션은 관심 영역을 최상으로 디스플레이하기 위해 맵 스케일링을 선택한다. 예를 들면, 높거나 "양호한(good)" QoSI는, 모바일의 가까운 영역 및 관심점에 대한 방향을 보여주는 세부 맵을 모바일로 전송하는 LBS 어플리케이션으로 귀결될 수 있다. 더 낮은 QoSI는 관심점을 보여주는 일반적인 영역의 낮은 세부 맵으로 귀결된다. 가장 낮은 수준에서는, QoSI는 단지 POI의 거리 주소를 보여준다(도 12 참조).
시나리오 4 : 사용자/LBS 어플리케이션/서비스 제공자에게 통지를 제공하기 위해 사용되는 QoSI
QoSI 문턱값을 설정함에 의해, LDP 장치는, QoSI가 미리 설정된 문턱값 이하로 떨어질 때(혹은 문턱값 이하에서 머물 때), 경보하거나 통지할 수 있다. 일 예는 보고된(추적 장치로부터) QoSI가 미리 정의된 지리적 한정(geo-fenced) 영역 내에서의 애완동물의 위치가 결정 불가능하게 되는 지점에 들어올 때, 또는 위치결정이 완전히 이용불가능하다는 것을 QoSI가 보여줄 때, 애완동물 추적 어플리케이션이 경보할 때일 것이다(도 13 참조).
시나리오 5 : 모바일 사용자에 의해 설정된 문턱값
이 시나리오에서는, 경보 문턱값은 모바일 사용자에 의해 설정되고 위치결정 장치는 주기적으로 혹은 서비스 수준에서의 변화시(예를 들어, A-GPS 위치결정 기법이 이용불가능하고 장치가 단지 셀-섹터 위치결정으로 정해져 있을 때), QoSI를 생성하도록 설정된다. 이 경보는 QoSI에서의 변화들에 대해 사용자에게 경보하고 사용된 임의의 LBS 어플리케이션들에 대해 이용가능한 더 낮은 수준의 서비스를 경보한다.
시나리오 6 : 기능들을 활성화 또는 비활성화하기 위해 사용되는 QoSI
이 시나리오에서는, QoSI는 기능들을 활성화, 비활성화, 또는 조절하기 위해 사용된다. 예를 들면, QoSI는 하루 중의 시간을 포함할 수 있다. 하루 중의 시간을 갖는 위치결정 QoSI를 사용하여, 모바일 디스플레이되는 맵은 위치 정확도에 기초하여 대략 스케일링될 수 있을 뿐만 아니라, 맵 컬러링은 야간 관찰(night-time vision)을 사용하여 더 나은 명확성을 위해 경보될 수 있다.
시나리오 7 : QoSI는 메뉴로부터 더 나은 선택을 허용함
이 시나리오에서는, 모바일 사용자는 예측된 위치결정 서비스 품질을 결정하기 위해 QoSI를 참고한다. QoSI는 서비스들의 메뉴를 가지고 디스플레이되고, 정확도 및 시간-대-위치 지표를 포함한다. 오랜 지연 또는 낮거나 불충분한 QoSI를 볼 경우, 사용자는 대역폭 및/또는 서비스 비용을 절감하는 맵 보다는 오히려 관심점의 거리 주소를 전달받도록 선택한다(도 10 참조).
4. 도 4a-13을 참조한 설명
첨부된 도면들에서 보여지는 예들을 참조하여 본 발명의 QoSI 측면의 상세한 설명이 이제 완결될 것이다.
도 4a는 QoSI의 예시적인 사용을 나타내는 프로세스 흐름도를 도시한다. 보여지는 바와 같이, 이 예시적인 구현에서는 LES는 게이밍 관할 정보 및 무선 위치결정 시스템에 의해 제공되는 정보를 제공받는다. LES에 어떤 정보가 제공되었는지의 정확한 세부사항들은 LES가 어떤 종류의 서비스들을 제공하는지에 대한 정확한 세부사항들에 달려있을 것이다. LDP 장치는 무선 통신 네트워크에 접속하여 게이밍 서비스들에 대한 접속을 요청하고, 그러한 접속 요청은 QoSI를 포함한다. 이 요청은 게이밍 어플리케이션 서버로 라우팅되고, 게이밍 어플리케이션 서버는 계속해서 LES(220)로부터 위치결정 정보를 요청한다. LES는 LDP 장치를 위치결정하도록 WLS에게 요청하고, WLS는 LES(220)에 대한 QoSI 뿐만 아니라 위치 정보를 되돌려준다. 이 예에서, LES는, LDP 장치의 위치결정이 승인된 관할 영역 내에 있도록 확인될 수 없다는 것을 결정한다. 따라서, LES는 게이밍 어플리케이션 서버로 "노고(no-go)" 표시를 전송한다.
도 5는 QoSI의 "방사상 표시(radial display)"를 도시한다. 이 예에서는, 일군의 동심의 원 밴드들이 표시된다. 가장 안쪽의 컬러 밴드는 위치 추청의 실제 또는 예측된 품질을 나타낸다. 예를 들면, 도 9a는 내부의 가장 안쪽의 컬러 밴드들을 갖는 "고 품질"의 QoSI의 일 예를 보여주며, 따라서 더 좋은 정확도 및 정밀도를 나타낸다. 도 9b는 단지 내부의 가장 안쪽의 컬러 밴드만을 갖는 "저 품질"의 일 예를 보여주며, 따라서 위치 추정이 덜 정확/정밀하다는 것을 시사한다.
도 6은 QoSI의 "네 개의 막대 표시)"를 도시한다. 이 예는 모바일 전화기에서의 신호 강도를 나타내기 위해 사용된 친숙한 막대 그래프 이후에 모델링된다.
도 7a 및 7b는 발광다이오드(LED)를 사용하는 예들을 도시한다. 도 7a는 QoSI로 사용되는 삼색 LED 표시를 도시하고, 도 7b는 QoSI로 사용되는 세 개의 LED 삼색 표시를 도시한다. 예를 들어, 도 7a 및 7b의 실시예들에서, 녹색은 최상위 품질의 QoSI를 나타내고, 황색은 중간 수준의 품질을 나타내고, 적색은 최하위 품질을 나타낸다. 물론, 색깔의 선택은 설계에서 선택되는 것이므로 본 발명은 결코 여 기서 설명되는 이러한 선택들로 한정되지는 않는다.
도 8은 QoSI가 맵 디스플레이 상에 위치결정된 예를 도시한다. 여기서, QoSI 요소는 각 타원의 영역 내에 위치하고 있는 모바일 장치의 가능성들을 나타내는 일군의 타원들의 형태를 취한다. 상이한 색깔들은 각 타원 영역을 나타내기 위해 사용될 수 있다.
도 9a, 9b 및 9c는 얼마나 QoSI가 선택된 LBS 어플리케이션의 예측된 정확도를 보여주기 위해서 사용될 수 있는지의 예들을 도시한다. 도 9a는 선택된 LBS 어플리케이션을 위한 높은 정확도의 QoSI에 대한 예시적인 디스플레이를 보여준다. 도 9b는 선택된 LBS 어플리케이션을 위한 낮은 정확도의 QoSI의 예를 보여준다. 도 9c는 방사상/원형의 QoSI 및 네 개의 막대 신호 강도 표시를 포함하는 디스플레이를 보여준다.
도 10은 어떻게 QoSI가 위치결정 정확도와 LBS 어플리케이션의 위치결정 및/또는 전달의 추이 둘 다를 모바일 장치의 사용자에게 보여주기 위해 사용될 수 있는지를 보여주며, 차례대로 서비스 품질의 지연시간 측면을 보여준다. 보여지는 바와 같이, 위치결정 처리가 어느 정도까지 완료되었는지가 반영되고, 또는 디스플레이되고 있는 QoSI의 일부에 대체로 비례한다. 따라서, 예를 들면, 위치결정이 높은 정밀도의 위치결정을 위해 1/4 완료된다면, 단지 "높은 정확도" QoSI의 1/4만이 디스플레이된다.
도 11은 QoSI 디스플레이의 또 다른 예를 도시하며, 이 경우에 다중 QoSI는 상이한 LBS 어플리케이션들을 위해 개별적으로 디스플레이된다. 이 예에서는, 네 개의 QoSI들, 즉 "친구찾기(Buddy Finder)" 어플리케이션에 대해, "내위치찾기(Where am I?)" 어플리케이션에 대해, "맵툴(Map Tool)" 어플리케이션에 대해, 및 "최근접위치찾기(Find Nearest)" 어플리케이션에 대해 각각 하나씩을 보여준다.
도 12는 교정 디스플레이 옵션을 결정하기 위해 위치기반 서비스 어플리케이션에 의해 사용되는 QoSI의 또 다른 예를 보여주며, 이 경우, 다중 맵 간의 선택은 QoSI에 의해 생성된 사용자 기대치들을 충족시키기 위해 디스플레이한다. 이 예에서, QoSI는, LBS 맵 어플리케이션에서 미리 설정된 상응하는 3 수준들의 맵 세부사항들로써 3 수준 지표로 미리 설정된다. QoSI가 감소함에 따라, 동일 영역의 더 높은 정확도의 맵들이 디스플레이될 수 있고, 사실상, LBS 어플리케이션 사용자의 위치로 확대된다. 도시된 바와 같이, 이 LBS 어플리케이션 내에 전달된 높은 QoSI는 거리 이름들을 갖는 지역 맵 상의 지점으로 귀결되고, 중간의 QoSI는 동일한 지역 맵 상에서의 어떤 영역으로 귀결되고 가장 나쁜 QoSI는 낮은 세부 영역의 맵의 전달로 귀결된다.
도 13은 네트워킹된 모니터를 디스플레이한 맵 QoSI의 일 예를 도시한다. 이 예는 특정 모바일 장치 또는 임의의 그룹의 모바일 장치들과 연관된 QoSI가 외부 모니터, 즉 E-911 PSAP 또는 신속 관리 담당자 등에 의해 사용되는 모니터 상에 디스플레이될 수 있다는 것을 보여주려는 의도이다. 이 도면에서는, 위치 추정은 원으로 디스플레이되는 한편 QoSI는 원의 색으로 디스플레이된다. 원들은 근본적인 맵 세부사항들을 모호하게 하지 않는 정도의 크기이다.
H. WLS 관련 특허들의 인용
본 발명의 양수인인 트루포지션사(TruePosition, Inc.) 및 이 회사가 전체 지분을 소유한 자회사인 KSI사(KSI, Inc.)는 무선 위치결정 분야에서 여러 해 동안 발명해 왔고, 관련 특허들로 구성된 포트폴리오를 구축해 왔으며, 이들 특허들 중 일부는 위에서 인용되고 있다. 따라서, 다음의 특허들이 무선 위치결정 분야에서의 발명들과 개량발명들에 관한 추가 정보 및 배경기술을 위해 참고될 수 있다.
1. 미국 특허 제6,876,859호 B2, 2005년 4월 5일, Method for Estimating TDOA and FDOA in a Wireless Location System;
2. 미국 특허 제6,873,290호 B2, 2005년 3월 29일, Multiple Pass Location Processor;
3. 미국 특허 제6,782,264호 B2, 2004년 8월 24일, Monitoring of Call Information in a Wireless Location System.
4. 미국 특허 제6,771,625호 B1, 2004년 8월 3일, Pseudolite-Augmented GPS for Locating Wireless Phones.
5. 미국 특허 제6,765,531호 B2, 2004년 7월 20일, System and Methodfor Interference Cancellation in a Location Calculation, for Use in a Wireless Locations System.
6. 미국 특허 제6,661,379호 B2, 2003년 12월 9일, Antenna Selection Method for a Wireless Location System.
7. 미국 특허 제6,646,604호 B2, 2003년 11월 11일, Automatic Synchronous Tuning of Narrowband Receivers of a Wireless System for Voice/Traffic Channel Tracking.
8. 미국 특허 제6,603,428호 B2, 2003년 8월 5일, Multiple Pass Location Processing.
9. 미국 특허 제6,563,460호 B2, 2003년 5월 13일, Collision Recovery in a Wireless Location System.
10. 미국 특허 제6,546,256호 B1, 2003년 4월 8일, Robust, Efficient, Location- Related Measurement.
11. 미국 특허 제6,519,465호 B2, 2003년 2월 11일, Modified Transmission Method for Improving Accuracy for E-911 Calls.
12. 미국 특허 제6,492,944호 B1, 2002년 12월 10일, Internal Calibration Method for a Receiver System of a Wireless Location System.
13. 미국 특허 제6,483,460호 B2, 2002년 11월 19일, Baseline Selection Method for Use in a Wireless Location System.
14. 미국 특허 제6,463,290호 B1, 2002년 10월 8일, Mobile-Assisted Network Based Techniques for Improving Accuracy of Wireless Location System.
15. 미국 특허 제6,400,320호, 2002년 6월 4일, Antenna Selection Method For A Wireless Location System.
16. 미국 특허 제6,388,618호, 2002년 5월 14일, Signal Collection on System For A Wireless Location System.
17. 미국 특허 제6,366,241호, 2002년 4월 2일, Enhanced Determination Of Position-Dependent Signal Characteristics.
18. 미국 특허 제6,351,235호, 2002년 2월 26일, Method And System For Synchronizing Receiver Systems Of A Wireless Location System.
19. 미국 특허 제6,317,081호, 2001년 11월 13일, Internal Calibration Method For Receiver System Of A Wireless Location System.
20. 미국 특허 제6,285,321호, 2001년 9월 4일, Station Based Processing Method For A Wireless Location System.
21. 미국 특허 제6,334,059호, 2001년 12월 25일, Modified Transmission Method For ImprovingAccuracy For E-911 Calls.
22. 미국 특허 제6,317,604호, 2001년 11월 13일, Centralized Database System For A Wireless Location System.
23. 미국 특허 제6,288,676호, 2001년 9월 11일, Apparatus AndMethod For Single Station Communications Localization.
24. 미국 특허 제6,288,675호, 2001년 9월 11일, Single Station Communications Localization System.
25. 미국 특허 제6,281,834호, 2001년 8월 28일, Calibration For Wireless Location System.
26. 미국 특허 제6,266,013호, 2001년 7월 24일, Architecture For A Signal Collection System Of A Wireless Location System.
27. 미국 특허 제6,184,829호, 2001년 2월 6일, Calibration For Wireless Location System.
28. 미국 특허 제6,172,644호, 2001년 1월 9일, Emergency Location Method For A Wireless Location System.
29. 미국 특허 제6,115,599호, 2000년 9월 5일, Directed Retry Method For Use In A Wireless Location System.
30. 미국 특허 제6,097,336호, 2000년 8월 1일, Method For Improving The Accuracy OfA Wireless Location System.
31. 미국 특허 제6,091,362호, 2000년 7월 18일, Bandwidth Synthesis For Wireless Location System.
32. 미국 특허 제6,047,192호, 2000년 4월 4일, Robust, Efficient, Localization System.
33. 미국 특허 제6,108,555호, 2000년 8월 22일, Enhanced Time Difference Localization System.
34. 미국 특허 제6,101,178호, 2000년 8월 8일, Pseudolite-Augmented GPS For Locating Wireless Telephones.
35. 미국 특허 제6,119,013호, 2000년 9월 12일, Enhanced Time- Difference Localization System.
36. 미국 특허 제6,127,975호, 2000년 10월 3일, Single Station Communications Localization System.
37. 미국 특허 제5,959,580호, 1999년 9월 28일, Communications Localization System.
38. 미국 특허 제5,608,410호, 1997년 3월 4일, System For Locating A Source Of Bursty Transmissions.
39. 미국 특허 제5,327,144호, 1994년 7월 5일, Cellular Telephone Location System.
40. 미국 특허 제4,728,959호, 1988년 3월 1일, Direction Finding Localization System.
F. 결론
본 발명의 진정한 권리범위는 본 명세서에 개시된 예시적인 실시예들에 제한되지 않는다. 예를 들어, 무선 위치결정 시스템(WLS)에 관한 앞의 개시 내용은 무선 장치, 이동국, 클라이언트, 네트워크 기지국 등과 같은, 설명적인 용어들을 이용하는데, 이들 용어들은 본 출원의 보호 범위를 제한하는 것으로 또는 그렇지 않더라도 WLS 시스템의 발명적인 측면들이 여기에 개시된 특정한 방법 및 장치로 제한되는 것을 의미한다고 해석되어서는 아니 된다. 예를 들면, 용어 LDP 장치 및 LES는 도 1 및 2에 도시된 특정 예시적 구조들이 본 발명을 실시함에 있어 사용되어야만 한다고 의미하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 특정 실시예들은 임의의 유형의 이동 무선 장치뿐만 아니라 여기에 설명된 발명을 수행하기 위해 프로그래밍될 수 있는 임의의 유형의 서버 컴퓨터를 이용할 수 있다. 게다가, 본 명세서에서 설명된 구현이 이뤄지는 위치(즉, 기능 요소)는 단지 설계자의 선호에 달린 문제에 불과하며, 엄격한 요구 조건이 아니다. 이에 따라, 다음의 청구항들의 보호범위는, 이 청구항들이 명백하게 제한적일 수 있는 경우를 제외하면, 위에서 설명된 특정 실시예들에 한정되는 것이라 의도되지 않는다.
Claims (125)
- 모바일 무선 장치로서,무선 통신 서브시스템;상기 무선 통신 서브시스템에 동작적으로 결합된 프로세서;상기 프로세서에 동작적으로 결합된 컴퓨터 가독 스토리지 매체; 및상기 프로세서에 동작적으로 결합된 디스플레이;를 포함하되,상기 모바일 무선 장치는 서버로부터 위치결정 서비스 품질 지표(location quality of service indicator, QoSI)를 수신하도록 구성되며, 여기서 상기 QoSI는 위치기반 서비스(location-based service, LBS)에 의해 사용하기 위한 위치 추정의 예측된 품질을 표시하고, 상기 모바일 무선 장치는 상기 위치기반 서비스가 인보크(invoke)되기 전에 상기 QoSI를 디스플레이하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 모바일 무선 장치.
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 QoSI는, 또 다른 장치에 대해 계산된 위치 추정의 품질; 예측된 위치결정 정확도(accuracy); 예측된 위치결정 이용가능도(availability); 예측된 위치결정 지연시간(latency); 예측된 위치결정 정밀도(precision); 예측된 위치결정 성공률(yield); 및 상기 위치 추정을 제공하기 위해 사용된 위치결정 기술의 유형 중 적어도 하나를 표시하는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 QoSI는 볼 수 있는(visible) 것, 들을 수 있는(audible), 및 만질 수 있는(tactile) 것 중 적어도 하나인 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 QoSI는 적어도 일부가, 크래머-라오 하한(Cramer-Rao Lower Bound) 계산; 정밀도의 기하학적 희박도(Geometric Dilution of Precision, GDOP) 계산; 상기 위치 추정을 계산함에 사용될 데이터를 수집함에 있어서 이용가능한 일군의 위치결정 기술들 중의 적어도 하나에 기초하는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 QoSI를 서버로 통신하는 것; 상기 QoSI를 또 다른 모바일 무선 장치로 통신하는 것; 위치기반 서비스(location-based service, LBS) 어플리케이션들 중에서 선택하는 데에 사용되도록 상기 QoSI를 허용하는 것; 위치결정 어플리케이션들을 선택하는 데에 사용되도록 상기 QoSI를 허용하는 것; 및 상기 QoSI를 서비스 요청을 갖는 위치결정 어플리케이션에 전달하고, 상기 QoSI에 기초하여 디스플레이하도록 포맷된 응답들을 수신하는 것 중 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 모바일 무선 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 QoSI는, 일련의 다중 위치 추정들; 프록시 계산들(proxy calculations); 및 수신된 신호 정보 및 이용가능한 네트워크 기반 위치결정 기술들에 대한 정보; 중 적어도 하나를 사용하여 결정되는 모바일 무선 장치.
- 청구항 9에 있어서,상기 QoSI는 프록시 계산들(proxy calculations)을 이용하여 결정되며, 상기 프록시 계산들은 정확도(accuracy) 및 정밀도(percision)와 관련되는 모바일 무선 장치.
- 삭제
- 청구항 10에 있어서,상기 프록시 계산들은, 무선 신호 대역폭, 무선 신호 강도, 패킷 지연, 패킷 손실들, 가변성(variability), 처리량, 지터, 선택적 이용가능도(availability), 감각 소음 레벨(perceived noise level) 중 적어도 어느 하나에 기초하는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,계산된 QoSI의 히스토리(historical) 맵 및 관련된 위치 추정들이 주어진 영역에 대해 QoSI를 결정함에 있어 사용되는 모바일 무선 장치.
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,상기 QoSI는, 막대 그래프, 방사 그래프(radial graph), 다중 컬러 디스플레이, 맵 디스플레이 상에 오버레이되는 QoSI 요소, 다중의 위치결정 서비스들에 상응하는 다중의 QoSI 요소들 중의 적어도 하나의 형태를 갖는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 모바일 무선 장치는 자체 위치결정(self-locating)을 위한 GPS 수신기를 더 포함하며, 여기서 주기적인 QoSI 계산은 상기 모바일 무선 장치가 아이들(idle) 상태일 때 상기 QoSI를 갱신하도록 수행되는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,제1 위치결정 기법과 관련된 QoSI는 제2 위치결정 기법에 대한 QoSI를 예측하기 위해 이용되는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,GSM 및 UMTS 무선 통신 시스템 중 적어도 하나에서 동작하도록 적응되는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 무선 통신 시스템은 네트워크 기반 및 모바일 기반 기법들을 포함하는 다중의 위치결정 기법들을 허용하며, 상기 모바일 무선 장치에 의해 디스플레이되는 QoSI는 이용가능한 가장 높은 정확도의 위치결정 기술에 기초하는 모바일 무선 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 QoSI가 미리 설정된 문턱값 이하의 서비스 품질을 표시하는 경우 알람을 발생하도록 더 구성되는 모바일 무선 장치.
- 청구항 20에 있어서,상기 모바일 무선 장치는 사용자가 상기 문턱값을 설정하기 위한 메커니즘을 제공하는 모바일 무선 장치.
- (a) 서버로부터 위치결정 서비스 품질 지표(location quality of service indicator, QoSI)을 수신하는 단계로서, 여기서 상기 QoSI는 위치기반 서비스(location-based service)에 의해 사용하기 위한 위치 추정의 예측된 품질을 표시하는 단계; 및(b) 상기 위치기반 서비스가 인보크(invoke)되기 이전에 상기 QoSI를 디스플레이하는 단계를 포함하는, 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 삭제
- 청구항 22에 있어서,상기 QoSI는 또 다른 장치를 위해 계산된 위치 추정의 품질; 예측된 위치결정 정확도(accuracy); 예측된 위치결정 이용가능도(availability); 예측된 위치결정 지연시간(latency); 예측된 위치결정 정밀도(precision); 예측된 위치결정 성공률(yield); 및 상기 위치 추정을 제공하기 위해 사용되는 위치결정 기술의 유형 중 적어도 하나를 표시하는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 QoSI는 적어도 일부가, 크래머-라오 하한(Cramer-Rao Lower Bound) 계산, 정밀도의 기하학적 희박도(Geometric Dilution of Precision, GDOP) 계산, 및 상기 위치 추정을 계산함에 사용될 데이터를 수집함에 있어서 사용하기 위해 이용가능한 일군의 위치추정 기술들 중의 적어도 하나에 기초하는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 삭제
- 청구항 22에 있어서,상기 모바일 무선 장치는, 상기 QoSI를 서버 및 또 다른 모바일 무선 장치 중의 적어도 하나로 통신하는 것; 위치기반 서비스(location-based service, LBS) 어플리케이션들 중에서 선택하는 데에 사용되도록 상기 QoSI를 허용하는 것; 및 상기 QoSI를 서비스 요청을 갖는 위치결정 어플리케이션으로 전달하고, 상기 QoSI에 기초한 디스플레이를 위해 포맷되는 응답들을 수신하는 것; 중의 적어도 하나를 수행하도록 구성되는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 QoSI는, 일련의 다중의 위치결정 추정들; 프록시 계산들(proxy calculations); 및 수신된 신호 정보 및 이용가능한 네트워크 기반 위치결정 기술들에 대한 정보; 중 적어도 하나를 사용하여 결정되는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
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- 청구항 22에 있어서,계산된 QoSI의 히스토리(historical) 맵 및 관련된 위치 추정들은 주어진 영역에 대해 QoSI의 결정에 사용되는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 QoSI는 수신된 신호 정보 및 이용가능한 네트워크 기반 위치결정 기술들에 대한 정보를 사용하여 결정되는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 QoSI는 막대 그래프, 방사 그래프, 다중 컬러 디스플레이, 맵 디스플레이 상에 오버레이되는 QoSI 요소, 및 다중의 위치결정 서비스들에 상응하는 다중의 QoSI 요소들 중의 적어도 하나의 형태를 갖는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 모바일 무선 장치는 자기-위치결정(self-locating)을 위한 GPS 수신기를 더 포함하며, 여기서 주기적 QoSI 계산은 상기 모바일 무선 장치가 아이들(idle) 상태인 경우 상기 QoSI를 갱신하도록 수행되는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,제1 위치결정 기법과 관련된 QoSI는 제2 위치결정 기법에 대한 QoSI를 예측하기 위해 이용되는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 무선 통신 시스템은 네트워크 기반 및 모바일 기반 기법들을 포함하는 다중의 위치결정 기법들을 허용하며, 상기 모바일 무선 장치에 의해 디스플레이되는 QoSI는 이용가능한 가장 높은 정확도의 위치결정 기술에 기초하는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 22에 있어서,상기 모바일 무선 장치는 상기 QoSI가 미리 설정된 문턱값 이하의 서비스 품질을 표시하는 경우 알람을 발생하도록 더 구성되는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
- 청구항 36에 있어서,상기 모바일 무선 장치는 사용자가 상기 문턱값을 설정하기 위한 메커니즘을 제공하는 모바일 무선 장치에 의해 사용하기 위한 방법.
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