KR101603801B1

KR101603801B1 - 모바일 디바이스의 위치를 추정하기 위해 Ｗｉ―Ｆｉ 위치 정보를 모바일 디바이스에 제공하는 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR101603801B1
Application number: KR1020107016391A
Authority: KR
Inventors: 니콜라스 브라쳇; 파시드 알리자데-사브디즈; 조엘 엔 넬슨; 러셀 케이 존스
Original assignee: 스카이후크 와이어리스, 인크.
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2008-12-22
Publication date: 2016-03-16
Also published as: CA2710842A1; TW200942057A; US20080176583A1; US8369264B2; US9888345B2; US9392407B2; JP2011509028A; JP5419891B2; US20150172863A1; EP2235980A1; CA2710842C; AU2008345574B2; TWI499325B; AU2008345574A1; US20130310064A1; KR20100108399A; WO2009086278A1; EP2235980A4; CN101953197A; EP2235980B1

Abstract

클라이언트 디바이스에 관련있는 정보의 서브셋트를 제공하는 방법으로서, 이 방법은, 클라이언트 디바이스의 범위에 속해 있는 Wi-Fi 액세스 포인트를 스캐닝하는 것과, 넓은 목표 지역을 망라하는 Wi-Fi 데이터베이스를 사용하여 이 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 정보를 검색하는 것, 검색한 정보를 사용하여 모바일 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하는 것과, 추정된 모바일 클라이언트 디바이스의 위치에 근접한 제한된 지역을 선택하는 것과, 선택된 제한된 지역내의 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 정보를 상기 클라이언트 디바이스에 제공하는 것에 부분적으로 기초한다. 데이터의 효과적인 송신 및 유지를 위해, 목표 지역은 고정된 지리적 타일로 된 계층 구조로 분할될 수 있다.

Description

모바일 디바이스의 위치를 추정하기 위해 Ｗｉ―Ｆｉ 위치 정보를 모바일 디바이스에 제공하는 방법 및 시스템{PROVIDING Wi-Fi LOCATION INFORMATION TO A MOBILE DEVICE IN ORDER TO ESTIMATE ITS POSITION}

본원은 2005년 10월 28일 특허출원되고 발명의 명칭이 "Server for Updating Location Beacon Database"인 미국 특허출원 제 11/261,898호의 일부 계속 출원으로서 상기 특허출원 제 11/261,898호를 본원의 우선권 주장의 기초출원으로 하며 그 전체 내용이 본원에 참조내용으로 포함된 것으로 한다.

본 발명은 Wi-Fi 기능이 구현된 디바이스의 위치를 결정하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세히는 효율적으로 Wi-Fi 위치 데이터를 관리하고 이를 모바일 클라이언트 디바이스에 분배함으로써 모바일 클라이언트 디바이스가 자신의 위치를 추정하기 위해 상기 정보를 사용할 수 있도록 하는, 효율적으로 Wi-Fi 위치 데이터를 관리하고 이를 모바일 클라이언트 디바이스에 분배하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.

근년에 다수의 모바일 컴퓨팅 디바이스가 폭발적으로 증가하여, 더욱 개선된 모바일 및 무선 디바이스를 필요로 하게 되었다. 모바일 이메일, 워키토키 서비스, 다중 플레이어 게이밍 및 호 전환은 모바일 디바이스상에서 발생하는 새로운 애플리케이션의 예들이다. 또한, 사용자들은 자신들의 현재 위치를 이용하는 것뿐만 아니라 다른 사람들과 위치 정보를 공유하는 애플리케이션을 필요로 하고 또 찾기 시작하고 있다. 부모들은 자식들을 추적하길 바라고, 관리자는 회사의 운송 차량의 위치를 추적해야 하고, 사업차 출장 여행객은 처방전을 얻을 가장 가까운 곳의 약국을 찾으려 한다. 이러한 모든 예들은 개인이 자신의 현재 위치 또는 다른 사람의 위치를 알 것이 필요하다. 지금까지는 방향을 묻거나, 사람들의 소재를 알기 위해 전환하거나, 또는 작업자에게 시간대별로 자신의 위치를 체크인하도록 하는 것에 의존하였다.

위치를 기반으로 한 서비스는 디바이스의 현재 지리적 위치를 계산하여 이를 사용자 또는 서비스 제공자에게 보고하기 위해 디바이스의 능력을 증대시키는 모바일 애플리케이션의 떠오르는 대표적인 부류이다. 이 서비스들의 일부 예들로는 지역 날씨, 교통 변동상황, 주행 방향, 어린이 추적자, 친구 찾기 및 도심 안내 서비스등이 포함된다. 새로운 이러한 위치 감지식 서비스는, 모두가 일반적인 개념 즉, 공지된 기준 지점으로부터 오는 무선 신호를 사용하여, 이 디바이스들은 상기 기준 지점에 대한 사용자의 위치를 수학적으로 계산할 수 있다는 동일한 개념을 사용하는 다양한 기술에 의존한다. 이 기술들의 각각은 특정한 무선 기술 및 이 기술들이 채용하는 위치확인 알고리즘에 따라 강점 및 약점을 갖는다.

미국 정부에 의해 운용되는 범지구적 위치확인 시스템(GPS;Global Positioning System)은 기준 지점으로서 수십 개의 궤도 위성을 기반으로 그 효과를 극대화한다. 이 위성들은 GPS 수신기에 의해 수신되는 무선 신호를 브로드캐스트한다. 이 수신기는 수신 신호가 수신기로 이동하는 데 걸리는 시간을 측정한다. 3개 이상의 GPS 위성으로부터 신호를 수신한 후, 수신기는 지구상에서 자신의 위치를 삼각측량(triangulation)할 수 있다. 시스템이 효과적으로 작동하도록 하기 위해선, 무선 신호는 거의 또는 전혀 간섭없이 수신기에 도달해야 한다. 날씨, 빌딩 또는 건축물, 및 나뭇잎들이 이 프로세스에 대해 간섭을 일으킬 수 있는 데 이는 수신기는 3개 이상의 위성으로부터 분명한 시야선(line-of-sight)을 필요로 한다. 간섭은 또한 다중경로로 표현되는 현상에 의해서도 야기될 수 있다. 위성으로부터 오는 신호는 물리적 구조물에 대해 부딪혀 산란됨으로써 동일 위성으로부터 오는 신호가 한 수신기에 상이한 시간에 도달하게 한다. 수신기의 계산은 신호가 수신기에 도달하는 데 걸린 시간에 기초하므로, 다중경로 신호는 수신기를 혼란시켜서 상당한 오차를 나타내는 결과를 초래한다.

셀 타워 삼각화 기법은 사용자 또는 디바이스의 위치를 결정하기 위해 무선 또는 셀룰러 캐리어에 의해 사용되는 또다른 방법이다. 무선 네트워크 및 휴대형 디바이스는 디바이스의 위치를 계산하기 위해 네트워크가 사용할 수 있는 신호 정보를 공유하기 위해 서로 통신한다. 이 접근법은 이 신호들이 직접 시야선을 필요로 하지 않고 건물을 보다 양호하게 관통할 수 있기 때문에, 초기엔 GPS 보다 우수한 모델인 것으로 알려졌었다. 불행히도 이 접근법들은 셀룰러 타워의 위치 확인에 있어서의 균등성 부족 및 다중 경로 신호 문제와 함께 셀룰러 타워 하드웨어의 이종 속성에 기인하여 차선 방법인 것으로 증명되었다.

보조 GPS(Assisted GPS)는 GPS 및 셀룰러 타워 기술을 조합하여 모바일 사용자에 대한 더욱 정확하고 신뢰성이 더 높은 위치 계산이 되도록 하는 새로운 모델이다. 이 모델에서, 무선 네트워크는 연결된 셀 타워의 위치에 기초하여 사용자의 일반적인 위치 및 GPS 위성의 클록 오프셋트에 대한 정보를 송신함으로써 GPS 수신기가 자신의 신호 수신을 개선시키는 데에 조력하려고 한다. 이 기술들은 실내에서 경험할 수 있는 약한 신호를 다루는 GPS 수신기에 조력할 수 있고 이 수신기가 고속으로 "맨처음 판독값"을 제공하는 가장 가까운 위성에 빠르게 '고정' 상태로 되도록 하는 데에 조력할 수 있다. 이 시스템들은 시내중심지역에서 100미터 보다 큰 열악한 정확도 및 느린 응답 시간에 의해 공통을 겪어왔다.

일부 최근 기술들은 GPS, A-GPS 및 셀 타워 위치확인에 관한 공지된 쟁점에 대해 시도하고 다루기 위해 개발되었다. 이 기술들 중 하나는 TV-GPS로 알려진 것으로, 텔리비젼 브로드캐스트 타워로부터 오는 신호를 이용한다.

(예를 들어, Muthukrishnan, K.등이 저술한 Towards Smart Surroundings : Enabling Techniques and Technologies for Lacalization , from Location - and Context-Awareness, Sringer Berlin, Heidelberg, May 2005를 참고하라)

이 기술의 개념은 대부분의 대도시 지역이 3개 이상의 브로드캐스트 타워를 갖는다는 사실에 의존한다. 독점 하드웨어 칩은 이들 여러 타워로부터의 TV 신호를 수신하고 이 타워들의 위치를 기준 지점으로서 사용한다. 이 모델에 대해 직면하는 도전과제는 새로운 하드웨어 수신기의 비용과 상기 기준 지점들로 된 소규모 집합을 사용하는 것에 대한 제약사항들이다. 예를 들어, 사용자가 타워의 주위 영역 외부에 있다면, 시스템은 합리적인 정확도를 제공하는 데 있어서 어려움을 겪는다. 전형적인 예는 사용자가 해안선과 나란히 있는 경우이다. 그곳엔 바다에 TV 타워가 없으므로, 기준 지점들에 기준 대칭성을 제공하는 방법이 전혀 없으므로 결과적으로 육지의 사용자 보다 훨씬 정확도가 높은 계산된 위치 확인 정보를 제공한다.

마이크로소프트사 및 인텔사는 (PlaceLab으로 알려진 자신의 연구 그룹을 통해) Wi-Fi 스캔 데이터를 공개 커뮤니티 웹사이트에 제출하는 아마추어 스캐너("와드라이버"로 알려짐)로부터 획득된 액세스 포인트 위치의 데이터베이스를 사용하는 Wi-Fi 위치 시스템을 배치하였다.

(예를 들어, LaMarca, A.등이 저술한, Place Lab : Device Positioning Using Radio Beacons in the Wild , in Proceedings of the Third International Conference on Pervasive Computing, May 2005를을 참고하라)

이 시스템들의 예로는 WiGLE, Wi-FiMaps.com, Netstumbler.com 및 NodeDB가 있다. 마이크로소프트사 및 인텔사는 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하는 기준으로서 와드라이버에 의해 제출된 Wi-Fi 정보를 사용하는 자신들의 고유한 클라이언트 소프트웨어를 개발하였다.

개인들은 자발적으로 데이터를 공급하기 때문에, 이 시스템들은 다수의 성능 및 신뢰성 문제를 겪는다. 첫째, 데이터베이스 전체에 걸쳐 데이터는 동시간대의 것이 아니다. 즉, 일부 데이터는 새로운 데이터인 반면에 다른 데이터들은 3년 내지 4년 된 데이터일 수 있다. Wi-Fi 위치 데이터의 연령은 중요한 데, 이는 시간이 지남에 따라 액세스 포인트는 이동되거나 오프라인으로 될 수 있기 때문이다. 둘째, 데이터는 다수의 하드웨어 및 소프트웨어 구성을 사용하여 획득된다. 모든 802.11 무선 및 안테나는 신호의 세기를 나타내는 데에 영향을 미치는 상이한 신호 수신 특성을 갖는다. 각각의 스캐닝 소프트웨어 구현이 상이한 시간 구간 동안 상이한 방법으로 Wi-Fi 신호를 스캔한다. 결과적으로, 데이터베이스내의 액세스 포인트 정보는 공통적인 기준 표준이 부족하다. 셋째, 사용자가 공급한 데이터는 간선도로에 편중된다. 데이터는 설계된 스캐닝 경로를 따르지 않는 개인에 의해 스스로 보고되기 때문에, 데이터는 정체가 매우 심한 구역 주변에 대해 수집되는 경향이 있다. 간선도로 편중은 위치 추정치가 간선도로에 대해 "얻어지게되고(pulled)", 그 결과 정확도면에서 상당한 오차를 초래한다. 넷째, 이 데이터베이스들은 802.11 하드웨어에 의해 획득된 가공되지 않은 스캐닝 데이터 보단 스캐닝된 액세스 포인트의 계산된 위치를 포함한다. 이 데이터베이스들의 각각은 액세스 포인트 위치를 상이하게 계산하고 각각의 액세스 포인트 위치에 기본적인 가중치 평균 공식을 이용하여 계산한다. 그 결과 데이터베이스내의 일부 액세스 포인트에 대한 위치 추정값은 매우 부정확하다.

실내에서 위치 확인을 위한 Wi-Fi 위치 시스템에 대해 다수의 상용 제품이 있다.

(예를 들어, 본원에 참조문헌으로서 포함된, Muthukrishnan, K.등이 저술한 Towards Smart Surroundings : Enabling Techniques and Technologies for Lacalization , Lectures Notes in Computer Science, Vol. 3479, pp.350-362, Jan 2005; Hazas, M., Location - Aware Computing comes of Age , IEEE Computer, Vol. 37(2), pp.95-97, Feb 20049and Context-Awareness, Sringer Berlin, Heidelberg, May 2005를 참고하라)

이 시스템들은 회사 캠퍼스, 병원 시설 또는 야적장과 같은 통제된 환경내에서 자산 및 사람을 추적하는 것에 대해 다루기 위해 설계되었다. 전형적인 예는 심장 마비가 상황이 발생한 경우 병원 직원이 디바이스를 찾는 데에 시간을 소비하지 않도록 심장마비 환자용 카트의 정확한 위치를 모니터할 수 있는 시스템을 갖는 것이다. 이러한 용도에 대한 정확한 필요요건은 일반적으로 1 내지 3 미터의 정확도를 요구하는 것으로서 매우 까다로운 요구조건이다. 이 시스템들은 무선 신호 전파를 측정하기 위해 캠퍼스의 매 평방 피트에 대해 상세한 장소 조사를 수행하는 것을 포함하여, 정확도를 정밀하게 조정하는 다양한 기술들을 사용한다. 이 시스템들은 또한 액세스 포인트 및 클라이언트 무선장치가 A-GPS가 작동하는 법과 유사하게 동기화 정보를 교환할 수 있도록 끊임없는 네트워크 연결을 필요로 한다. 이 신호들이 상기 설명한 바와 같은 실내 사용의 경우에 더욱 신뢰성이 높아지고 있지만, 이 시스템들은 광역 배치에서는 효과적이지 않다. 도시 전체에 걸쳐 요구되는 상세한 장소 조사와 같은 유형의 조사를 행하는 것이 불가능하고 이 시스템들에 필요한 정도까지 대도시 영역 전체에 걸쳐 802.11 액세스 포인트와의 끊임없는 통신 채널에 의존하는 방법이 없다. 가장 중요하게는, 실외 무선 전파는 실내 무선 전파와는 기본적으로 상이하고 이 실내 위치확인 알고리즘은 광역 시나리오의 경우엔 거의 무용지물이다.

802.11 신호의 존재를 기록하고 이 정보를 GPS 위치 판독값과 연관시키는 여러 802.11 위치 스캐닝 클라이언트가 있다. 이 소프트웨어 애플리케이션들은 수동작업으로 동작하고 판독값의 로그 파일을 산출한다. 이 소프트웨어 애플리케이션들의 예로는 Netstumber, Kismet 및 Wi-FiRoFum등이 있다. 일부 취미를 가진 사람들은 이 애플리케이션들을 이용하여 자신들이 검출하고 이것들을 서로 공유하는 802.11 액세스 포인트 신호의 위치를 표시한다. 이 데이터의 관리 및 이 정보의 공유는 임기응변식으로 수행된다. 이 애플리케이션들은 액세스 포인트의 물리적 위치에 대해 임의 계산을 수행하지 않고, 단지 액세스 포인트가 검출되었던 위치를 기록한다.

이 시스템들 중 임의의 것에 의해 수집된 데이터를 사용하는 것은 각각의 액세스 포인트에 대한 계산된 위치 또는 수집된 가공되지 않은 데이터에 대한 액세스를 필요로 한다. 이 데이터의 사용을 필요로 하는 디바이스들은 이 데이터를 액세스함에 따른 이득을 나타내어야 한다. 이 액세스는 (i) 모바일 디바이스와 네트워크로 연결된 서버간의 네트워크 요청-응답 상호작용에 의한 방식; 또는 (ii) Wi-Fi 액세스 포인트 데이터베이스를 모바일 디바이스에 저장하는 것에 의한 방식 중 하나에 의해 달성된다.

모바일 디바이스상에서 동작하는 소프트웨어는 흔히 상기 모바일 디바이스의 제한된 물리적 성능 및 모바일 자원 및 서비스의 비용에 의해 제약된다. 이러한 제약들은 하드웨어(메모리 용량, 전력 저장 및 소비, CPU 속도, 네트워크 용량 및 가용성) 뿐만 아니라 네트워크 액세스 및 대역폭 소비에 대한 비용 제약사항을 포함한다. 이 제한사항들은 가용 자원을 이용하는 것을 목적으로 하는 임의의 솔루션에 부담을 지우고, Wi-Fi 위치 데이터를 효율적으로 관리 및 분배하기 위한 최적화 문제를 발생시킨다.

이 최적화 문제는 Wi-Fi 위치 데이터베이스가 자체적으로 빈번한 갱신을 필요로 한다는 사실에 의해 더욱 악화된다. 이것은 빈번하게 이동하거나 임무가 해제되는 Wi-Fi 액세스 포인트의 순시적인 특성에 의한 결과이다.

따라서, Wi-Fi 위치 데이터베이스가 규칙적으로 갱신되어 비교적 최신의 Wi-Fi 위치 정보를 포함하도록 해야 한다.

본 발명은 모바일 클라이언트 디바이스가 자신의 위치를 자원을 효율적인 이용하여 추정할 수 있도록 관련있는 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 세트를 선택하여 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하기 위한 방법 및 시스템을 제공한다.

본 발명의 한 실시태양에서, 관련있는 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 세트를 선택하여 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법은, 클라이언트 디바이스의 범위에 속해 있는 Wi-Fi 액세스 포인트를 스캐닝하는 것과, 넓은 목표 지역을 망라하는 Wi-Fi 데이터베이스를 사용하여 이 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 정보를 검색하는 것, 검색한 정보를 사용하여 모바일 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하는 것과, 추정된 모바일 클라이언트 디바이스의 위치에 근접한 제한된 지역을 선택하는 것과, 선택된 제한된 지역내의 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 정보를 상기 클라이언트 디바이스에 제공하는 것을 포함한다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 데이터베이스의 목표 지역은 미리정해진 방법에 따라 고정된 지리적 파티션들의 세트로 파티션화되고, 상기 제한된 지역은 하나 이상의 상기 지리적 파티션들로 구성된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 데이터베이스의 목표 지역은 지리적으로 유사한, 다각형 타일의 세트로 분할된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 다각형 타일은 소형 타일이 대형 타일에 내포되는 계층구조를 형성한다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 단일 다각형 타일에 포함될 수 있는 Wi-Fi 액세스 포인트의 최대 갯수가 선택되고, 다각형 타일의 크기는 상기 최대 갯수에 따라 결정된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 각각의 다각형 타일은 그 타일내의 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 가장 최근 갱신을 반영하는 타임스탬프와 연관되고, 이 타임스탬프는 클라이언트 디바이스상에 캐싱된 데이터가 최신 데이터인지의 여부를 결정하는 데에 사용된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 클라이언트 디바이스의 추정된 속도 및 방향은 상기 제한된 지역을 결정하는 데에 사용된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 클라이언트 디바이스의 예측된 경로는 상기 제한된 지역을 결정하는 데에 사용된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 클라이언트 디바이스상에서 이용가능한 메모리의 크기는 상기 제한된 지역을 결정하는 데에 사용된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 클라이언트 디바이스와 상기 데이터베이스간의 통신 속도는 상기 제한된 지역을 결정하는 데에 사용된다.

본 발명의 또다른 실시태양에서, 클라이언트 디바이스는 지정된 지리적 지역에 대응하는 Wi-Fi 데이터의 일부분에 의해 초기화되고, 이 데이터는 Wi-Fi 데이터베이스와의 통신에 의해 갱신된다.

Wi-Fi 위치 데이터베이스가 규칙적으로 갱신되어 비교적 최신의 Wi-Fi 위치 정보가 제공될 수 있다.

도 1은 Wi-Fi 위치확인 시스템의 특정 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 특정 실시예에 따라 스캐닝 디바이스를 포함하는 스캐닝 차량을 설명하는 도면이다.
도 3은 데이터 수집시 간선도로 편중 문제를 예시하는 스캐닝 시나리오의 예를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 따라 스캐닝 차량에 대한 계획에 따른 경로를 사용하는 예를 설명하는 도면이다.
도 5는 사용자 디바이스에 대한 위치확인에 있어서 Wi-Fi 액세스 포인트의 기준점 대칭성 결여 문제를 나타내는 예시적 시나리오를 설명하는 도면이다.
도 6은 사용자 디바이스에 대한 위치확인에 있어서 Wi-Fi 액세스 포인트의 기준점 대칭성을 나타내는 예시적 시나리오를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 특정 실시예에 따라 스캐닝 디바이스를 포함하는 스캐닝 차량을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 특정 실시예에 따라 Wi-Fi 액세스 포인트의 중앙 데이터베이스를 포함하는 중앙 네트워크 서버를 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 특정 실시예에 따라 대표적인 위치확인 소프트웨어의 구조를 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 특정 실시예에 따라 대표적인 스캐닝 클라이언트의 구조를 설명하는 도면이다.
도 11은 중국 우편배달 라우팅 알고리즘에서의 모델을 사용하여 무작위 스캐닝 모델과 중국 우편배달 스캐닝 모델과의 비교 및 대조 결과를 설명하는 도면이다.
도 12는 Wi-Fi 위치확인 시스템의 특정 실시예를 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 특정 실시예에 따라, Wi-Fi 위치확인 시스템의 클라이언트 컴포넌트를 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 특정 실시예에 따라, Wi-Fi 위치확인 시스템의 서버 컴포넌트를 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 특정 실시예에 따라, 클라이언트 애플리케이션으로부터 의 위치 요청에 응답하여 Wi-Fi 위치확인 시스템의 클라이언트 컴포넌트의 동작을 설명하는 도면이다.
도 16은 본 발명의 특정 실시예에 따라, 클라이언트 컴포넌트로부터의 위치 요청에 응답하여 Wi-Fi 위치확인 시스템의 서버 컴포넌트의 동작을 설명하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 특정 실시예에 따라, 타일 식별자 목록의 수신시 Wi-Fi 위치확인 시스템의 클라이언트 컴포넌트의 동작을 설명하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 특정 실시예에 따라, 클라이언트 컴포넌트로부터의 타일요청에 응답하여 Wi-Fi 위치확인 시스템의 서버 컴포넌트의 동작을 설명하는 도면이다.
도 19는 본 발명의 특정 실시예에 따라, Wi-Fi 위치확인 시스템이 적합한 타일 크기를 결정하기 위해 Wi-Fi 액세스 포인트의 밀도를 사용하는 방법을 설명하는 도면이다.
도 20은 지구의 표면을 다각형 타일의 계층구조로 분할하고 이 타일들의 각각에 대응하는 범세계적으로 고유한 식별자를 생성하기 위한 방법을 설명하는 도면이다.
도 21은 본 발명의 특정 실시예에 따라, 정상 동작 동안, Wi-Fi 위치확인 시스템의 다양한 컴포넌트들간의 통신을 설명하는 도면이다.
도 22는 본 발명의 특정 실시예에 따라, 클라이언트 위치 요청에 응답하여 Wi-Fi 위치확인 시스템의 서버 컴포넌트에 의해 추천된 일부 타일을 설명하는 도면이다.

본 발명의 다양한 실시예를 보다 완전하게 이해하도록 하기 위해, 이제 첨부 도면과 연계하여 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 대해 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 모바일 디바이스의 지리적 위치를 추정하는 데에 사용되는 Wi-Fi 위치확인 시스템(WPS;Wi-Fi Positioning System)을 제공한다. WPS는 클라이언트의 위치를 추정하는 데에 기준 지점으로서 사용되는 공지된 액세스 포인트(AP)의 데이터베이스를 포함한다. 바람직한 실시예는 클라이언트 디바이스상에 Wi-Fi 액세스 포인트 데이터의 캐쉬를 유지한다. 이 접근법에서, 서버는 클라이언트에게 클라이언트 디바이스에 근접해 있는 Wi-Fi 액세스 포인트를 포함하는 Wi-Fi 액세스 포인트 데이터베이스의 서브셋트를 전송한다. 클라이언트는 이 정보를 자신의 로컬 메모리 캐쉬에 저장하고, 이 로컬 메모리 캐쉬는 후속하는 위치 요청을 충족시키는 데에 사용될 수 있다. 클라이언트 디바이스가 자신에 대해 위치확인하는 데에 필요한 정보를 캐쉬가 포함하지 않거나 캐쉬내의 데이터가 쓸모없는 오래된 데이터인 것을 클라이언트 디바이스가 알게 되거나, 또는 더 많은 데이터가 가까운 시일내에 필요로 될 것이라는 것을 클라이언트가 예상한다면, 클라이언트 디바이스는 액세스 포인트 데이터베이스로부터 필요한 데이터를 다운로드하여 캐쉬를 보충한다. 특정 실시예에서, 이 프로세스는 액세스 포인트를 고정된 지리적 지역에 대응하는 "타일"들로 그룹화함으로써 간소화된다.

도 1은 WPS의 바람직한 실시예의 일부분을 나타낸다. 위치확인 시스템은 컴퓨팅 디바이스(101)에 상주하는 위치확인 소프트웨어(103)를 포함한다. 특정한 커버리지 영역 전체에 걸쳐 제어/공통 채널 브로드캐스트 신호를 사용하여 정보를 브로드캐스트하는 고정된 무선 액세스 포인트(102)가 있다. 클라이언트 디바이스는 브로드캐스트 신호를 모니터하거나 프로브 요청을 통해 자신의 송신을 요청한다. 각각의 액세스 포인트는 MAC 주소로 알려진 고유 하드웨어 식별자를 포함한다. 클라이언트 위치확인 소프트웨어는 범위내에 있는 802.11 액세스 포인트로부터 신호 비컨을 수신하고 신호 비컨으로부터의 특징정보(characteristics)를 사용하여 컴퓨팅 디바이스의 지리적 위치를 계산한다. 이 특징정보들은 MAC 주소로 알려진 802.11 액세스 포인트 고유 식별자 및 클라이언트 디바이스에 도달하는 신호의 세기를 포함한다. 클라이언트 소프트웨어는 관찰된 802.11 액세스 포인트와, 클라이언트 디바이스에 상주하거나 상주하지 않을 수도 있는, 액세스 포인트로 이루어 진의 자신의 기준 데이터베이스(104)내의 액세스 포인트들과 비교한다. 기준 데이터베이스는 수집 시스템이 수집한 모든 액세스 포인트의 전력 프로파일 또는 계산된 지리적 위치를 포함한다. 전력 프로파일은 여러 위치로부터 오는 신호의 전력을 표현하는 판독값의 무리이다. 이 공지된 지리적 위치를 사용하여, 클라이언트 소프트웨어는 사용자 디바이스(101)의 상대 위치를 계산하고 위도 및 경도 판독값의 형태로 그 지리적 좌표를 결정한다. 이 판독값들은 친구 찾기, 지역 탐색 웹사이트, 플릿 관리 시스템 및 E911 서비스등과 같은 위치 기반 애플리케이션에 제공된다.

위치확인 소프트웨어는 도 9를 참조하여 더욱 상세히 설명되고, 도 9는 위치확인 소프트웨어(103)의 예시적 컴포넌트를 나타낸다. 일반적으로 최종 사용자에게 동일한 값(예를 들어, 운전 방향)을 제공하기 위해 위치 판독값을 이용하는 애플리케이션 또는 서비스가 있다. 이 위치 애플리케이션은 그 특정 순간에 디바이스의 위치에 대한 위치확인 소프트웨어를 요청한다. 이 요청은 스캐너(902)를 개시시키는 데, 이 개시는 디바이스상의 802.11 무선 디바이스(903)에 "스캔 요청"을 행한다. 802.11 무선 디바이스는 범위내에 있는 모든 802.11 액세스 포인트(904)에 프로브 요청을 전송한다. 802.11 프로토콜에 따라, 이 액세스 포인트들은 프로브 요청의 수신시 액세스 포인트에 대한 정보를 포함하는 브로드캐스트 비컨을 송신할 것이다. 이 비컨은 디바이스의 MAC 주소, 네트워크 이름, 액세스 포인트가 지원하는 프로토콜의 정밀한 버전 및 네트워크에 연결되는 방법에 대한 정보와 함께 프로토콜의 보안 구성을 포함한다. 802.11 무선 액세스 포인트는 이 정보를 응답하는 각각의 액세스 포인트로부터 수집하고, 각각의 액세스 포인트의 신호 세기를 계산하며 계산된 신호 세기를 스캐너에 되전송한다.

스캐너는 이 액세스 포인트의 어레이를 액세스 포인트 기준 데이터베이스(905)에 대해 각각의 관찰된 액세스 포인트의 MAC 주소를 검사하는 로케이터(906)에 전달한다. 이 데이터베이스는 디바이스상에 위치될 수 있거나 네트워크 연결을 통해 원격으로 위치될 수 있다. 액세스 포인트 기준 데이터베이스는 시스템에 알려진 각각의 관찰된 액세스 포인트에 대한 위치 데이터를 반환한다. 로케이터는 각각의 액세스 포인트로부터 반환된 신호 특성과 함께 위치 정보의 더미를 불량 데이터 필터(907)에 전달한다. 이 필터는 액세스 포인트가 액세스 포인트 데이터베이스에 추가된 이후 이동하였는 지에 대해 결정하기 위해 각각의 액세스 포인트에 대해 다수의 비교 테스트를 적용한다. 불량 데이터 기록을 제거한 후, 상기 필터는 나머지 액세스 포인트를 위치 계산 컴포넌트(908)에 전송한다. 액세스 포인트 데이터베이스로부터의 기준 데이터와 스캐너로부터의 신호 세기 판독값을 사용하여, 위치 계산 컴포넌트는 그 시점에서의 디바이스의 위치를 계산한다. 그 위치 데이터가 로케이터에 되전송되기 전에, 위치 데이터는 이전 계산으로부터의 임의의 판독값을 제거하기 위해 일련의 과거 위치 판독값을 평균화하는 평활화 엔진(909)에 의해 처리된다. 조정된 위치 데이터는 그후 로케이터에 되전송된다.

로케이터에 의해 생성된 계산된 위치 판독값은 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 포함하는 애플리케이션 인터페이스(910)를 통해 또는 버추얼 GPS 기능부(911)를 통해 이들 위치기반 애플리케이션(901)에 전달된다. GPS 수신기는 NMEA(National Marine Electronics Association)에 의해 개발된 위치 표준과 같은 위치 표준을 사용하여 또는 독점 메시지를 사용하여 자신의 위치 판독값을 전달한다. 머신상의 COM 포트와 같은 표준 인터페이스를 사용하여 디바이스에 접속함으로써 메시지를 검색한다. 본 발명의 특정한 실시예는 통신 모델 또는 메시지를 변경하지 않고도 임의의 GPS에 맞는 애플리케이션이 상기 새로운 위치확인 시스템과 통신하는 것을 허용하는 버추얼 GPS 기능부를 포함한다.

위치 계산값은 잡음있는 데이터 흐름을 신뢰성있고 안정된 위치 판독값으로 전환되는 것을 의도하는 일련의 위치확인 알고리즘을 사용하여 생성된다. 클라이언트 소프트웨어는 디바이스 사용자의 정확한 위치를 결정하도록 사용자의 위치에 가중값을 부여하기 위해 관찰된 액세스 포인트의 계산된 신호 세기와 함께 관찰된 액세스 포인트의 목록을 비교한다. 간단한 신호 세기 가중치 부여된 평균 모델, 삼각화 기술과 조합된 최근접 이웃 모델 및 디바이스 속도에 기초한 적응성 평활화를 포함하는 다양한 기술들이 채용된다. 상이한 알고리즘은 상이한 시나리오하에서 더욱 양호하게 수행하고 가장 정확한 최종 판독값을 산출하기 위해 하이브리드 배치에서 함께 사용되는 경향이 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 다수의 위치확인 알고리즘을 사용할 수 있다. 어느 알고리즘을 사용할 것인가에 대한 결정은 관찰된 다수의 액세스 포인트 및 그것을 사용하는 사용자 애플리케이션에 의해 행해진다. 필터링 모델은 종래 시스템이 절대로 이동하지 않는 공지된 기준 지점에 의존하기 때문에 종래의 위치확인 시스템과 상이하다. 바람직한 실시예의 모델에서, 액세스 포인트의 고정된 위치에 대한 이러한 가정은 행해지지 않고; 액세스 포인트는 위치확인 시스템에 의해 소유되지 않으므로 액세스 포인트는 이동하거나 오프라인상태에 있을 수 있다. 필터링 기술은 일부 액세스 포인트가 더 이상 동일 장소에 위치하지 않을 수 있고 위치 계산 오류를 초래할 수 있다는 것을 가정한다. 따라서 필터링 알고리즘은 액세스 포인트의 위치가 기록된 이후 이동한 액세스 포인트를 분리시키려고 시도한다. 필터는 동적이며 그 시점에 관찰된 다수의 액세스 포인트에 기초하여 경된다. 평활화 알고리즘은 단순한 위치 평균화 및 칼만(Kalman) 필터를 포함하는 개선된 베이지안(Bayesian) 로직을 포함한다. 속도 알고리즘은 각각의 액세스 포인트의 신호 세기 관측값으로부터 도풀러 효과를 추정함으로써 디바이스 속도를 계산한다.

기준 데이터베이스를 구축하기 위한 스캔 데이터의 수집

도 2는 여러 액세스 포인트에 대한 정보를 모으는 데에 사용된 컴포넌트를 설명한다. 차량(201)의 큰 무리는 위치확인 시스템에 대한 기준 데이터베이스(도 1의 104)를 구축하기 위해 배치된다. 이 차량(201)들은 최고 품질의 데이터를 산출하기 위해 최적합 방식으로 데이터를 모으기 위해 목표 스캔 구역 전체에 걸쳐 계획에 따른 경로를 따라 이동한다. 목표 스캔 구역은 일반적으로 반경 15-20마일내의 모든 단일 운전가능 거리를 포함하는 큰 대도시 구역을 표현한다. 이 차량들은 커버리지 구역을 이동하면서 위치 및 802.11 신호의 특성을 기록하도록 설계되 스캐닝 디바이스(202)가 구비된다. 스캐닝 디바이스는 GPS 위성(204)으로부터 신호를 사용하여 매초 마다 스캐닝 차량의 위치를 추적한다. 스캐닝 디바이스는 또한 범위내에 있는 임의의 802.11 액세스 포인트의 존재를 추적하고 스캐닝 차량의 GPS 위치와 함께 그 액세스 포인트 의 무선 특성을 기록한다. 수집된 데이터의 품질은 스캐닝 차량에 의해 채용된 스캐닝 방법론에 의해 상당히 영향을 받는다. 각각의 모델은 모델 고유의 이점 및 한계를 갖는다. 랜덤 모델로 알려진, 하나의 접근법은 비지니스 또는 개인적인 용도를 위한 일별 활동을 수행하는 차량에 스캐닝 디바이스를 설치하는 것이다. 이 차량들은 운반 트럭, 택시, 여행하는 세일즈맨 또는 단순히 취미를 가진 사람일 수 있다. 이 접근법의 개념은 시간에 걸쳐 이 차량들은 신뢰할 수 있는 기준 데이터베이스를 구축하기 위해 자신의 고유한 랜덤한 방식으로 충분한 거리를 커버할 것이라는 것이다. 모델은 사실상 간단한 수단으로 데이터를 수집하지만 최종 결과의 데이터는 "간선도로 편중"의 문제로 인해 부정적인 영향을 입는다. 도 3은 랜덤한 모델의 해결과제를 설명한다. 스캐닝 차량이 데이터를 모으는 것이 아닌 다른 문제(예를 들어, 소포를 배달 하는 것, 직장에 출퇴근하는 것)를 해결하도록 설계된 경로를 이동할 때, 이 차량들은 목적지 경로를 따라가는 경향이 있다. 목적지 경로는 운전자가 A로부터 B에 도달할 필요가 있을 때 및 B에 도달하기 위한 가장 빠른 경로를 찾을 때의 경로이다. 따라서, 운전자는 주간선 도로가 고속도로이거나 주 직통로인 최단 주간선 도로로의 최단 경로를 찾는다. 결과적으로, 시간에 걸쳐 누적 커버리지로 점점 더 많은 영역을 커버하는 랜덤한 운전은 더 작은 주변 도로를 사용하지 못하고 주 도로 또는 간선도로로의 편중을 나타낸다. 도 3에서 간선도로(304 및 305)는 스캐닝 디바이스가 많이 다닌 거리이고 그 결과 이 거리에 대한 많은 양의 스캐닝 데이터를 모은다. 거리(306 및 307)는 이 거리에 자주왕래하는 목적지가 없고 간선도로가 보다 최적인 주행 도로이기 때문에 거의 커버되지 않는다. 그 결과 액세스 포인트(308 및 309)는 스캐닝 디바이스에 의해 전혀 스캐닝되지 않고 따라서 위치확인 시스템은 거리(306 및 307)를 주행하는 사용자가 누구인지를 식별하려고 노력할 것이다. 결과는 시스템이 스캔 데이터로부터 액세스 포인트의 위치를 계산하려고 시도할 때 그 위치는 편중된 입력된 데이터 더미로 제한된다. 도 11은 결과 데이터 품질의 차이를 설명한다. 스캐닝 차량이 액세스 포인트(1101) 근방으로 주행함에 따라, 스캐닝 차량은 연속적으로 판독값 및 액세스 포인트의 위치를 기록한다. 위치확인 시스템은 그후 관찰된 데이터(1103)의 전체 셋트 사용하여 액세스 포인트의 위치(1102)를 계산한다. 랜덤 스캐닝 모델에서 데이터의 셋트는 액세스 포인트를 통과하는 하나의 주요 도로에 제한된다. 이러한 제한은 시스템으로 하여금 액세스 포인트 자체에 가까이 있기 보단 그 도로에 가까운 액세스 포인트의 위치를 계산하도록 한다.

또 다른 접근법은 데이터의 최종 수집에서 간선도로에 편중되는 것을 방지하여 최종 사용자에 대한 더욱 신뢰성있는 위치확인 시스템이 되도록 하기 위해 목표 구역내의 모든 단일 거리를 포함하는 라우팅 알고리즘을 개발하는 것이다. 도 4는 목표 구역내의 모든 단일 거리를 커버하기 위한 가장 효율적인 주행 경로를 계산하기 위해 중국 우편배달로서 알려진 최적화된 라우팅 알고리즘을 설명한다. 중국 우편배달 라우팅 알고리즘은 우체국, 공익사업 및 조사 기관에서 사용하는 공지된 기술이고 여러 가지 오일러 사이클 문제의 변형이다. 오일러 사이클은 각각의 에지를 적어도 한번 방문하는 그래프의 최단 일주(tour)를 묻는 문제이다. (예를 들어, Kwan, K.가 저술한 Chinese Math., 1, 273-277, 1962.에 기술된 "Graphic Programming Using Odd or Even Points"를 참조하시오.) 본 발명의 바람직한 실시예는 커버리지에 대한 목표 지역을 식별하고 차량 경로를 계획하기 위해 중국 우편배달 라우팅 알고리즘을 사용하는 방법론을 포함한다. 스캐닝 차량(401)은 모든 관찰가능한 액세스 포인트가 검출되고 시스템에 의해 매핑되도록 하는, 임의의 거리에 편중되지 않음을 나타내는 알고리즘에 의한 최적 경로를 따른다. 따라서, 예를 들어, 액세스 포인트(408 및 409)는 중국 우편배달 모델을 사용하여 액세스 포인트 데이터베이스에 추가되지만 랜덤 모델을 사용하여선 누락되게 될 것이다. 도 11을 다시 참조하면, 중국 우편배달 스캐닝 모델에선, 차량은 액세스 포인트(1104)에 대한 스캐닝 기록의 셋트(1106)를 완성함에 따라 획득하는 모든 단일 도로를 이동한다. 시스템은 그후 더 적은 오차로 액세스 포인트의 위치(1105)를 계산할 수 있는 데 이는 계산된 위치가 액세스 포인트(1102) 보단 액세스 포인트(1104)에 대한 더욱 균일한 스캔 데이터 분포를 갖기 때문이다. 따라서, 중국 우편배달 스캐닝 모델은 목표 구역에 걸쳐 더욱 균등하게 액세스 포인트에 대한 위치를 모을 뿐만 아니라 최종 결과 데이터는 액세스 포인트 위치에 대한 더욱 정확한 계산값을 생성한다.

고품질 AP 위치

수집되면(또는 부분적으로 수집되면), 스캐닝 데이터는 스캐닝 데이터가 처리되는 곳인 중앙 액세스 포인트 데이터베이스에 다시 업로드된다(이에 대해 본원에서 하기에 상세히 설명한다). 각각의 액세스 포인트에 대한 미가공 관찰 지점들은 액세스 포인트의 실제 물리적 위치를 역삼각화 하거나 또는 그 액세스 포인트의 무선 전파를 표현하는 전력 프로파일을 생성하는 데에 사용된다. 특정 액세스 포인트에 대한 가장 정확한 계산된 위치를 산출하기 위해 또는 가장 정확한 전력 프로파일을 생성하기 위해, 스캐닝 차량은 가능한한 많은 상이한 각도에서 액세스 포인트를 관찰해야 한다. 랜덤 스캐닝 모델(도 3)에서, 다수의 액세스 포인트는 단 하나의 거리상에서만 관찰되는 데 이는 시스템으로 하여금 그 하나의 거리에 있는 액세스 포인트들의 위치(303)를 직접적으로 계산하도록 한다. 이 위치들은 방향면에서 편중되어 있음을 나타내고 이 액세스 포인트(302)의 실제 위치들과는 매우 상이하다. 위치확인 시스템의 기준 지점 위치가 부정확할 때 오차가 이 위치확인 시스템에 도입된다. 따라서, 이 위치확인 시스템에서, 액세스 포인트 위치의 정확성은 최종 사용자 위치확인 시스템의 정확도면에서 큰 역할을 한다. 중국 우편배달 모델(도 4)을 사용하여, 스캐닝 차량은 액세스 포인트를 수용하는 빌딩의 가능한 한 많은 곳에서 특정한 액세스 포인트를 검출한다. 이 추가 데이터는 액세스 포인트(403)의 위치를 계산하는 데에 사용되는 역삼각화 공식의 결과를 상당히 개선시킨다. 액세스 포인트 위치의 품질에 관한 더욱 상세한 사항은 도 11을 참조하여 설명된다.

이 시스템으로부터 수집된 스캐닝 데이터는 각각의 액세스 포인트의 특정한 환경내의 액세스 포인트에 대한 신호 전파 패턴에 대한 신뢰성있는 프록시를 표현한다. 모든 무선 디바이스 및 연관된 주변 환경은 고유한 신호 지문을 산출하는 데 이 신호 지문은 신호가 신호 지문내에서 얼마나 멀리 도달하는 지 및 신호 지문내의 여러 위치에 얼마나 강한 지를 나타낸다. 이 신호 지문 데이터는 위치확인 시스템을 위한 고정확성을 나타내도록 하기 위해 계산된 액세스 포인트 위치와 연계하여 사용된다. 이 신호 지문은 또한 "전력 프로파일"로도 알려져 있는 데 이는 각각의 위치에서의 신호 세기가 와트단위의 신호 전력으로 측정되기 때문이다. 위치확인 시스템은 신호 지문 데이터를 해석하여 802.11 액세스 포인트 무선 디바이스의 특정한 신호 세기가 그 액세스 포인트로부터의 특정 거리와 연관되어 있다는 것을 지시할 수 있다. 신호 지문인식 기술은 실내의 Wi-Fi 위치확인에 사용되지만 넓은 영역의 실외 환경에서 복제하기는 어려운 것으로 증명되었는 데 이는 그 어려움은 신호지문 데이터를 수집하는 것과 연관이 있기 때문이다. 다수 액세스 포인트의 전력 프로파일 또는 신호 지문이 오버레이되었을 때, 위치확인 시스템은 관찰된 신호 세기가 조합된 신호 지문과 매치하는 한 위치를 찾음으로써 디바이스 위치를 결정할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 신호지문 기반 위치확인 알고리즘을 이용하기 위해 무수히 많은 액세스 포인트가 있는 광대한 커버리지 구역에 걸쳐 상기 신호 지문 데이터를 획득하기 위한 신뢰성있는 시스템을 제공한다.

기준 대칭성

위치확인 시스템은 일반적으로 추적중인 디바이스 주변의 3개 이상의 기준지점을 가짐으로써 기능한다. 이 위치확인 시스템들은 디바이스의 현재 위치를 계산하기 위해 다양한 방식으로 상기 기준지점들로부터의 무선 신호를 사용한다. 불충분한 수의 기준지점이 있을 때 또는 기준지점이 사용자 주변에서 균형이 모자라거나 대칭성이 모자랄 때 심각한 오차가 발생한다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 랜덤 스캐닝 모델로부터 생기는 간선도로 편중은 물리적 구역의 한쪽에 기록된 액세스 포인트 위치(502)들만이 있는 물리적 구역으로 최종 사용자(501)가 이동하는 다수의 시나리오를 도입한다. 최종 사용자 주변의 기준지점 분포에 있어서 대칭성 부족은 상당한 양의 오차를 갖고 디바이스 위치를 계산하도록 한다. 액세스 포인트에 대한 스캐닝을 위한 중국 우편배달 모델에선, 사용자는 일반적으로 디바이스의 802.11 무선의 범위(604)내에서 사용자(601)의 모든 쪽에 수많은 액세스 포인트 위치(602)가 있는 물리적 위치에 직면한다(도 6). 계산된 최종 위치(603)는 감소된 위치 편중을 감소시켰으며 결과적으로 더욱 정확하다. 도 11은 품질 위치 계산의 영향을 나타내는 또다른 예이다.

스캐닝 디바이스

도 7은 다양한 Wi-Fi 액세스 포인트를 검출하고 식별하는 데에 사용하는 스캐닝 디바이스(702)의 바람직한 실시예에 대한 상세 사항을 설명한다. 스캐닝 차량은(701)은 GPS 위성(708) 및 802.11 액세스 포인트(707)로부터의 무선 신호를 위한 항로를 계속하여 스캐닝한다. 스캐닝 디바이스는 전체 프로세스를 제어하는 스캐닝 클라이언트 소프트웨어(704)를 구동한다. 스캐닝 클라이언트 소프트웨어는 GPS 수신기(705) 및 802.11 무선 디바이스(706) 양자 모두를 활성화한다. GPS 수신기는 디바이스의 지리적 위치를 매초 마다 계산하는 연속 수신 모드로 설정된다. 이 계산값은 스캐닝 클라이언트에 의해 판독되어 로컬 데이터 저장장치(703)에 저장된다. 스캐닝 클라이언트는 802.11 무선 디바이스를 개시시키고 방향성 안테나(709)를 사용하여 802.11 프로브 요청을 전송하기 시작한다. 프로브 요청의 범위내에 속하는 802.11 액세스 포인트(707)는 802.11 프로토콜에 따른 신호 비컨으로 응답한다. 응답 신호 비컨은 액세스 포인트의 네트워크 이름(SSID로 알려짐), 액세스 포인트 디바이스의 MAC 주소뿐만 아니라 액세스 포인트에 대한 기타 메타 정보도 포함한다. 응답 신호는 액세스 포인트의 부근 및 원점의 벡터에 기초하여 상이한 신호 세기를 갖고 방향성 안테나의 각각에 도달한다. 이 벡터는 특정 안테나의의 식별자와 액세스 포인트에 대한 메타 정보와 함께 기록된다. 이 프로브-수신-기록 프로세스는 매 십분의 일초 마다 연속적으로 발생한다. 배치된 스캐닝 디바이스는 XTrac v.2.0 펌웨어를 구비한 집적된 SiRF II 타입 GPS 수신기가 있는 Powered GPS PDA Mount Cradle과 iPAQ4155 Pocket PC의 조합이다.

소정 실시예의 스캐닝 클라이언트(704)는 도 10을 참조하여 설명된다. 스캐닝 클라이언트는 3개의 주요 컴포넌트들인, 데이터 관리자(1001), 시스템 관리자(1002) 및 업로드 관리자(1003)로 구성된다. 데이터 관리자(1001)는 GPS 무선 디바이스(1006) 및 802.11 무선 디바이스(1007) 양자 모두의 동작을 제어한다. 데이터 관리자는 이 무선들이 신호를 언제 스캐닝하는 지 및 얼마나 자주 스캐닝하는 지를 제어하고 스캐닝된 신호들을 처리한다. GPS 무선 디바이스는 일단 활성화되면 GPS 위성(1004)으로부터 신호를 수신하고 그것의 지리적 위치를 계산한다. GPS 기록기(1008)는 모든 판독값들을 매초 마다 로그하고 이 판독값들을 파일 관리자(1010)에게 전송한다. WI-Fi 기록기(1009)는 802.11 무선 디바이스를 십분의 일초 마다 활성화시켜서 스캐닝하고, 스캐닝된 802.11 판독값을 GPS 무선 디바이스로부터 오는 GPS 판독값과 연관시키고 그 결과 데이터를 파일 관리자에게 전송한다. 파일 관리자는 GPS 기록기 및 WI-Fi 기록기로부터 오는 스캐닝된 데이터를 수신하고 디바이스상에 저장 파일을 생성한다. 이 프로세스는 디바이스가 동작상태에 있고 두 무선 모두가 기능하고 있는 전체 시간 동안 계속된다.

업로드 관리자(103)에서, 디바이스가 액세스하는 것이 허락된 공용 핫스폿 네트워크(1024)를 찾기 위해 802.11 스캐닝 결과를 모니터하는 핫스폿 검출기(1017)가 있다. 핫스폿 검출기가 유효한 핫스폿을 검출하면, 핫스폿 검출기는 사용자에게 그것의 존재를 통지한다. 사용자는 연결 생성 컴포넌트(1018)를 활성화하여 연결할 핫스폿을 선택할 수 있다. 이 연결 생성 컴포넌트는 핫스폿의 액세스 포인트와 연관되고 802.11 연결을 생성한다. 그러면 핫스폿 인증 모듈(1019)은 디바이스에 대한 유효한 인증 정보를 제공한다. 핫스폿은 계정을 유효화하고 그후 디바이스에 대한 네트워크 액세스를 제공한다. 업로드 관리자는 그러면 중앙 네트워크 서버(1025)에 연결하기 위한 업로드 서버 인증 프로세스(1020)를 개시하고 유효한 인증 정보를 제공한다. 일단 인증되면, 업로드 및 데이터 검증 모듈(1021)이 개시된다. 이 모듈은 스캐닝 데이터 저장소(1011)로 스캐닝 데이터를 검색하고 이 데이터를 FTP를 사용하여 중앙 네트워크 서버에 업로드한다. 중앙 네트워크 서버는 중앙 액세스 포인트 데이터베이스내의 모든 데이터를 저장하는 프로세스를 개시시킨다. 업로드가 완료된, 후 업로드 프로세스는 디바이스상에서 스캐닝 데이터 저장소(1011)로부터 백업 데이터 저장소(1012)로 스캐닝 데이터를 이동시킨다. 업로드가 완료되고 검증되면, 새 버전 모듈(1022)은 디바이스가 이용할 수 있는 새 버전의 클라이언트 소프트웨어가 있는 지를 결정하기 위해 중앙 네트워크 서버를 검사한다. 새 버전의 클라이언트 소프트웨어가 있다면, 이 클라이언트 소프트웨어는 다운로드되고 새 버전 설치 프로세스(1023)가 클라이언트 소프트웨어를 업그레이드하기 시작한다. 설치 프로세스가 완료되면, 중앙 네트워크 서버와의 연결이 종료되고, 핫스폿과의 연결이 종료되며 디바이스는 정상 스캐닝 동작 상태로 돌아간다.

스캐닝 디바이스(704)에 디바이스를 관리하고 시스템 오차를 감소시키는 데에 조력하는 유틸리티 셋트가 포함되어 있다. 무선 관리자(1013)는 GPS 무선 디바이스 및 Wi-Fi 무선 디바이스의 동작을 모니터하여 이것들이 적합하게 기능하도록 한다. 무선 관리자가 무선 디바이스중의 하나에 문제가 있음을 알게되면, 그 무선디바이스를 재시작시킨다. 사용자 인터페이스 제어기(1014)가 툴 및 갱신내용을 사용자에게 제공함으로써 사용자는 디바이스를 효과적으로 동작시킬 수 있다. 오차 처리 및 로깅모듈(1015)은 모든 시스템 문제들을 디바이스에 기록하고 사용자에게 경고함으로써 사용자가 이를 대처할 수 있다. 시스템 재설정 모듈(1016)은 상기 문제들이 해결되지 않을 때 호출된다. 이 모듈은 디바이스를 정지시키고 하드웨어 운영체제 및 스캐닝 디바이스를 재시작시켜서 적절한 동작이 수행되도록 한다.

1/10 초의 802.11 스캐닝 간격이 선택되었는 데 이는 규격품 하드웨어를 사용하여 상기와 같은 조건하에서 802.11에 대해 최적 스캐닝 주기를 제공하기 때문이다. 802.11 b/g/n은 허가되지 않은 주파수의 14 채널을 사용하여 동작한다. 개별 액세스 포인트는 임의의 소정 시간에 상기 채널중의 하나를 통해 그 신호 비컨을 브fh드캐스트한다. 스캐닝 데이터는 가능한한 많은 액세스 포인트를 관축하기 위해 각각의 채널을 조사해야 한다. 스캐닝 간격은 스캐닝 클라이언트가 특정 지역의 자주 지나치는 건물을 커버하는 방법을 최적화하기 위해 스캐닝 디바이스의 평균 속도와 상관된다.

중앙 네트워크 서버

도 8을 참조하여, 차량의 무리는 차량들의 미리설계된 경로를 주행하는 동안 스캐닝 루틴을 수행한다. 주기적으로 각각의 차량(801)은 이용할 수 있는 802.11 액세스 포인트에 연결하고 중앙 네트워크 서버의 데이터 통신 모듈(807)에 의해 인증될 것이다. 일반적으로 중앙 네트워크 서버와의 통신을 위해 사용되는 액세스 포인트는 신뢰성있고 개량된 액세스를 보장하는 T-모바일로 작동되는 핫스폿과 같은 공용 핫스폿이다. 이 연결의 제공은 임의의 이용가능한 공용 액세스 포인트를 통해 행해질 수 있다. 스캐닝 차량은 핫스폿 위치 근방에 정지하고 액세스 포인트로의 연결 프로세스를 시작한다. 인증되면, 스캐닝 클라이언트(704)는 로컬 저장장치(703)로부터 최근에 수집된 모든 스캐닝 데이터를 식별하고 이 데이터를 중앙 네트워크 데이터베이스에 업로드한다.

데이터가 데이터베이스에 업로드되면, 파서 및 필터 프로세스(803)가 시작한다. 파서 및 필터 프로세스는 모든 업로드된 스캐닝 데이터를 판독하고 이것을 데이터베이스의 적합한 테이블에 적재한다. 이 연습 동안 데이터는 품질 문제에 대해 평가된다. 일부 경우에 GPS 수신기는, 최종 액세스 포인트 위치 계산에 부정적 영향을 미칠 수 있는, 일정한 기간 동안 오류 있는 또는 오류 레코드들을 기록할 수 있다. 파서 및 필터 프로세스는 이 악성 레코드들을 식별하고 이것들을 정정하거나 시스템으로부터 제거한다. 필터링 프로세스는 오류가 있을 가능성이 있는 GPS 판독값을 제거하기 위해 클러스터링 기술을 사용한다. 예를 들어, 90%의 판독값이 서로에 대해 200 미터 범위안에 있지만 나머지 10%의 판독값이 5 킬로미터 떨어져 있다면, 범위에 속하지 않는 판독값들은 필터에 의해 제거되고 추가 분석을 위해 데이터베이스의 손상 테이블에 저장된다. 특히, 시스템은 먼저 보고된 모든 데이터를 사용하여 액세스 포인트에 대한 가중된 중심을 계산한다. 그후 시스템은 보고된 위치의 분포에 기초하여 표준 편차를 결정한다. 시스템은 오류있는 액세스 포인트를 필터링하여 제거하기 위해 상기 분포의 표준편차(σ)에 기초하여 정의할 수 있는 문턱값을 사용한다. 이 오류 기록들이 표시되면, 하기에 설명하는 역 삼각화 방법을 사용하여 최종 중심을 결정하기 위해 남은 위치 기록들을 이용하여 재계산된다.

오류 기록들은 액세스 포인트가 이동된 결과일 수 있음을 유의해야 한다. 이 경우에, 액세스 포인트에 대한 중심은 다수의 기록에 기초하여 새로운 위치로 고속으로 "스냅"할 것이다. 이러한 알고리즘에 대한 추가적인 개선은 새로운 레코드가 소정 액세스 포인트에 대한 현재 위치에 대해 더욱 중요한 지시를 표현하도록 레코드의 연령에 기초한 가중값을 포함할 것이다.

파싱 프로세스가 완료되면, 중앙 네트워크 시스템은 새 데이터에 대한 처리를 시작하는 역삼각화 모델(804)을 개시시킨다. 이 프로세스 동안 1) 새로운 액세스 포인트가 데이터베이스에 추가되고 이 액세스 포인트의 물리적 위치가 계산되며 2) 기존의 액세스 포인트는 스캐너에 의해 기록된 임의의 새로운 데이터에 기초하여 재위치 지정된다. 역삼각화 알고리즘은, 쿼지 가중된 평균 모델을 이용하여 약한 신호 판독값 보다 강한 신호 판독값에 더 많은 가중치를 부여하기 위해 다수의 레코드들의 연관된 신호 세기와 다수의 레코드들을 분해한다.

데이터 수집 동안, WPS 사용자에게는 모든 이용가능한 Wi-Fi 액세스 포인트로부터 수신 신호 세기(RSS;Received Signal Strength)를 측정하고, 대응하는 액세스 포인트의 위치 정보를 추출하는, Wi-Fi 수신기가 구비된다. 액세스 포인트(i)의 측정된 RSS 값은 RSS_i로 나타낸다.

만약 액세스 포인트(i)의 대응하는 기록된 GPS 위치는 {Lat _i,Long _i}로 표기되고, 계산된 액세스 포인트 위치는 {Lat _i,Long _i}로 표기된다면, 삼각화된 위치는 알고리즘을 하기와 같이 적용하여 구해진다:

4제곱근은 알고리즘의 구현이 용이하도록 선택되는 데, 이는 4제곱근이 2제곱근을 2번 취하는 것과 동일하기 때문이다.

두번째 요점은 동적인 계수 범위를 조정하는 것을 말한다. 동적인 계수 범위가 주요사항인 경우엔, 알고리즘의 계수는 하기와 같이 상수로 나누어질 수 있다:

파라미터 C는 임의의 수일 수 있고 이론적으로, 결과값에 영향을 미치지 않는다. 가중 평균(weighted average)은 계수의 비를 기초로 하고 절대값을 기초로 하지 않으므로, 이론적으로, 모든 계수를 상수 값으로 나누는 것은 결과값에 영향을 미치지 않지만 계수의 동적범위 값을 변경시킨다.

이 최종 {Lat _i,Long _i}는 그 액세스 포인트의 위치에 대한 최종 중심값으로서 사용된다. 위도 및 경도는 삼각화 계산의 최신성을 나타내기 위해 타임스탬프와 함께 데이터베이스에 저장된다.

중앙 네트워크 데이터베이스가 갱신되고 각각의 액세스 포인트가 재위치결정된 후, 데이터 팩 빌더(805)는 전세계 또는 국가의 지역에 기초하여 데이터베이스의 서브셋트를 생성한다. 이 데이터 팩 빌더는 일정한 지리적 지역만이 관심사항으로 되는 다양한 이용의 경우에 대해 데이터베이스의 분배를 용이하게 한다. 팩 빌더는 국가, 표준 시간대 및 대도시 구역을 표현하는 지역 좌표로 구성된다. 이 기술을 이용하여 사용자는 미국의 서해안에 대한 위치 데이터만을 다운로드할 수 있다. 데이터 팩 빌더는 데이터 레코드를 세그먼트화하여 이들을 압축할 수 있다.

무리 관리 모듈(806)은 운용자가 스캐닝 차량을 관리하는 동작에 도움을 주고 운용자가 라우팅 절차를 충실히 지키도록 한다. 이 모듈은 모든 스캐닝 데이터를 처리하여 시스템내의 각각의 차량에 대한 위치 추적을 구축한다. 동작 관리자는 특정 지역에 대한 커버리지를 시각적으로 조사하기 위해 맵 빌더(808)를 사용하여 차량 추적에 대한 맵을 생성한다. GPS가 추적하는 각각의 디바이스로부터 오는 데이터는 커버리지의 완료를 검증하고 누락된 구역을 식별하는 경로 매핑 소프트웨어에 의해 검토된다. 균등한 커버리지를 검토하고 검사하는 능력은 시스템이 최우량 데이터를 획득할 수 있다는 것을 보장한다. 무리 관리 모듈은 또한 평균 속도를 계산하고 유휴 시간을 감산하기 위해 차량의 주행 시간을 계산한다. 계산된 출력값들은 전체 시스템의 효율을 모니터하고 미래의 커버리지에 대한 계획을 수립하는 데에 사용된다.

관련 방법 및 기술

본원에 개시된 기술은 아래에 기술한 관련 특허출원에 설명되고, 그 내용 전부가 본원에 참조문헌으로 포함되는 것으로 한, 방법, 시스템 및 디바이스에 사용될 수 있다. 상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예는 클라이언트 디바이스의 범위에 속한 검출된 다수의 액세스 포인트에 기초한 위치 평가 기술을 선택한다. 이러한 기술들로는, 2006년 5월 8일 특허출원되고, 발명의 명칭이, "Estimation of Position Using WLAN Access Point Radio Propagation Characteristics In a WLAN Positioning System"인 미국 특허출원 제 11/430,222호, 및 2007년 7월 6일 특허출원되고, 발명의 명칭이, "System and Method of Gathering WLAN Packet Samples to Improve Position Estimates Of WLAN Positioning Device"인 미국 특허출원 제 11/774,392호에 개시된 기술들이 포함된다. 예를 들어, 상기 특허출원들은 특정한 Wi-Fi 액세스 포인트에 관한 클라이언트 디바이스의 위치에 좌우되는 소정의 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 예상된 수신 신호 세기를 결정하기 위한 방법 및 시스템을 설명한다. 또한, 상기 특허출원들은 단일한 액세스 포인트에서 송신한 다수 패킷 송신내용을 평가함으로써 클라이언트 디바이스의 위치추정값을 개선시키는 기술을 개시한다.

본원에 개시된 본 발명의 실시예가 사용자 디바이스의 위치를 추정하는 데에 유용한 것으로서 제공되었지만, 이 실시예들은 또한 2006년 5월 8일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "Estimation Of Speed and Direction of Travel In A WLAN Positioning System"인 미국 특허출원 제 11/430,079호, 2007년 4월 5일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "Time Difference of Arrival Based Estimation of Speed in a WLAN Positioning System"인 미국 특허출원 제 11/696,832호, 2007년 4월 5일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "Time Difference of Arrival Based Estimation of Direction of Travel in a WLAN Positioning System"인 미국 특허출원 제 11/696,833호에 개시된 기술의 조합된 것에 사용될 수 있다. 상기 특허출원들은 사 용자 디바이스의 주행 속도 및 방향을 결정하는 방법을 설명한다. 하기에 상세히 설명하는 바와 같이, 본원에 개시된 기술은 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 무리를 클라이언트 디바이스에 의한 사용을 위해 서브셋트로 세분하는 방법을 설명한다. 상기 특허출원들에 포함된 클라이언트 디바이스의 이동 속도 및/또는 방향을 결정하기 위한 방법 및 시스템은 클라이언트 디바이스에 제공되어야 할 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브셋트들에게 우선순위를 부여하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 클라이언트 디바이스가 도달하고 싶어하는 한 구역내의 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 정보는, 디바이스의 현재 주행 속도 및 방향에 기초하여, 그 특정 구역에 도달하기 전에 미리 클라이언트 디바이스에 제공될 수 있다.

또한, 데이터베이스내의 액세스 포인트는 이동할 수 있거나, 또는 새 액세스 포인트가 클라이언트 디바이스에 의해 관심 영역에서 검출될 수 있다. 이러한 액세스 포인트와 연관된 정보는 보정되거나 갱신될 수 있고, 또는 이 액세스 포인트 정보는, 2006년 2월 22일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "Continuous Data Optimization of Existing Access Points In Positioning Systems"인 미국 특허출원 제 11/359,154호에 개시된 기술에 따라, 위치 추정 목적에 대해선 무시될 수 있다. 하기에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명의 실시태양은 특정한 액세스 포인트에 대한 정보가 변경되거나 갱신되었을 때를 지정하는 것을 포함한다. 따라서, 상기 특허출원에 개시된 기술들은 특정한 액세스 포인트에 대한 정보가 변경되거나 갱신되었을 때를 지정하는 실시태양과 연계하여 사용될 수 있다. 마찬가지로, 2007년 2월 23일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "Methods and Systems For Estimating a User Position In a WLAN Position System Based On User Assigned Access Point Locations"인 미국 특허출원 제 11/678,301호에 설명된 실시예도 또한 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하는 본원에 개시된 기술과 연계하여 사용될 수 있다.

2006년 5월 8일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "Calculation of Quality of WLAN Access Point Characterization for Use In a WLAN Positioning System"인 미국 특허출원 제 11/430,224호, 및 2007년 1월 22일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "System and Method for Estimating Positioning Error within a WLAN Based Positioning System"인 제 11/625,450호는 소정 액세스 포인트에 대한 정보의 품질을 평가하는 기술 및 소정 위치 추정과 연관된 위치지정 오차를 결정하기 위한 기술을 개시한다. 이 기술들은 본 발명의 실시예에 사용될 수 있다. 예를 들어, 특정한 Wi-Fi 액세스 포인트 정보는 클라이언트 디바이스에 제공되지 못할 수도 있는 데 이는 Wi-Fi 액세스 포인트 정보가 저 품질인 것으로 결정되고 따라서 위치 추정에 사용을 위해선 신뢰성이 낮기 때문이다. 마찬가지로, 소정 위치 추정과 연관된 오차는 클라이언트 디바이스에 제공할 액세스 포인트 정보의 서브셋트를 결정하는 데 있어서 한 인자일 수 있다.

Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 정보는 2006년 5월 1일 특허출원되고, 발명의 명칭이 "Encoding and Compressing a WiFi Access Point Database"인 제 11/365,540호에 개시된 바와 같이 인코딩되어 압축될 수 있다.

Wi - Fi 액세스 포인트 데이터의 효율적인 관리 및 분배

발명의 바람직한 실시예는 또한 Wi-Fi 위치 확인 시스템의 여러 컴포넌트중에서 Wi-Fi 위치 데이터를 효율적으로 관리하고 분배하기 위한 시스템 및 방법론을 제공한다. 이러한 실시예에서, 클라이언트는 데이터를 찾기 위해 자체적으로 사용하는 Wi-Fi 액세스 포인트 데이터의 캐쉬를 저장한다. 상기 설명한 바와 같이, Wi-Fi 액세스 포인트 데이터는 액세스 포인트가 스스로 활성화되고, 이동되고 임무가 해제됨에 따라 끊임없이 변경된다. 클라이언트 디바이스는 WPS가 높은 정도의 정확도로 기능하도록 하기 위해 효율적인 방식으로 Wi-Fi 액세스 포인트 데이터의 변경을 알고 있어야 한다.

도 12는 본 발명의 어떤 특정한 실시예에 사용하기 위한 일반적인 시나리오를 설명한다. 모바일 디바이스(1203)를 사용하는 모바일 사용자(1202)는, 디바이스의(즉, 사용자의) 현재 지리적 위치에 관한 정보를 필요로 한다. 클라이언트 디바이스는 일반적으로 모바일 사용자에 의해 작동되는 모바일 컴퓨팅 디바이스(예를 들어, 모바일 전화)이다. 클라이언트 디바이스에는 WPS 클라이언트 소프트웨어(1204)가 탑재되어 있다. WPS 클라이언트 소프트웨어는 자율적으로 또는 WPS 서버(1208)와의 통신에 의해 작동하는 기능을 갖고 있다.

WPS 클라이언트는 또한 WPS 서버로부터 제한된 지리적 구역에 대한 Wi-Fi 데이터를 표현하는 한 셋트의 "타일"에 대응하는 Wi-Fi 액세스 포인트 데이터를 수신함으로써 반자동적으로 작동할 수 있다. 이 데이터는 클라이언트 디바이스상의 타일 저장소(1206)내에 국부적으로 저장되고, 그러면 WPS 클라이언트가 자신의 위치를 자율적으로 추정하기 위해 상기 타일 저장소를 사용할 수 있다.

클라이언트에는 또한 지정된 지리적 영역에 대응하는 Wi-Fi 데이터가 미리탑재되어 있다. 클라이언트는 그러면 데이터베이스를 사용하여, 미리탑재되어 있는 데이터를 갱신하고 자신의 위치가 가장 최근 데이터에 기초하여 추정되도록 할 수 있다.

WPS 타일 및 타일식별정보( TileID )

네트워크 서버(1208)와 모바일 디바이스(1203)간의 액세스 포인트 정보 전송을 위한 기본 유닛은 무선 위치확인 타일(WPS(Wireless Positioning) Tile)이다. WPS 타일(간단하게는 "타일")은 Wi-Fi 액세스 포인트 위치 데이터베이스의 지리적으로 경계지어 구분한 서브셋트이고, 이는 위도 및 경도 좌표를 참조하여, 정의되는 경계지어 구분된 지리적 지역내에 있는 Wi-Fi 액세스 포인트의 셋트를 지칭한다.

액세스 포인트 데이터베이스는, 클라이언트 디바이스를 3차원으로 위치시킬 수 있도록 하는 고도(elevation) 정보를 포함할 수 있지만, 타일링 시스템은 위도 및 경도 차원만을 사용하여 데이터베이스를 분할한다. 모든 Wi-Fi 액세스 포인트가 비교적 지면에 가까이 있기 때문에, 타일링 시스템은, 고도 정보가 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하는 데에 사용될 수 있을 지라도, 고도 정보를 반드시 고려할 필요는 없다.

타일은 생성, 식별 및 유지보수에 필요한 여러 특성을 갖는다. 이들 특성들로는 다음과 같은 것이 있다.

안정성 - 시간이 지남에 따라 동일한 상태를 유지하는 타일에 대한 식별자

분할 가능성 - 타일은 저장 공간 및 밀도 필요요건에 필요한 대로 분할되거나 재구성될 수 있다.

구성가능성 - 타일은 재생가능한 식별자를 사용하여 그들의 부모 타일을 구성할 수 있다. 자식 타일은 자신의 부모 타일을 용이하게 식별할 수 있고 그 반대의 경우에도 마찬가지이다.

일반성 - 타일은 WPS 시스템의 커버리지내에 모든 지리적 위도 및 경도 좌표를 표시할 수 있어야 한다.

WPS 타일은 클라이언트 디바이스의 용량 및 필요뿐만 아니라 소정 지리적 지역에서의 Wi-Fi 액세스 포인트의 밀도에 기초하여 데이터베이스를 동적으로 세분하기 위한 방법(하기에 설명됨)에 기초하여 발생된다. WPS 타일은 중앙 서버상에서 발생하고 클라이언트 디바이스에 분포된다.

이러한 필료요건의 셋트를 충족하는 타일을 구현하는 특정한 방법이 본원에 설명되었지만, 이와 동일한 목적을 달성하기 위해 채용될 수 있는 다수의 여러 알고리즘이 있다. 본원의 방법은 단지 소망하는 특징들인 안정성, 분할 가능성, 구성 가능성, 및 일반성을 충족시키는 본 발명의 실시 양상에 대한 다수의 가능한 실시예중의 하나만을 나타낼 뿐이다.

타일은 타일ID로 지칭되는 WPS 타일 식별자에 의해 참조된다. 본원에 설명된 프로세스를 사용하여 형성된 타일ID는 위도 및 경도를 포함할 뿐만 아니라 대응하는 타일의 "레벨"을 식별하는 것에 의해 대응하는 타일의 지역에 대한 최소 경계 장방형(MBR;minimum bounding rectangle) 크기를 인코딩한다. 이 실시예에서, 타일은 계층 구조로 배열되는 데, 각각의 타일은 미리규정된 "레벨"을 갖는다. 레벨-0 타일은 다수의 레벨-1 타일을 포함하고; 레벨-1 타일은 다수의 레벨-2 타일을 포함 하고, 계층구조는 이러한 방식으로 구성된다. 본원에 설명된 방법은 십진수 0 내지 9 및 A 내지 F를 사용하여, 16진수 형식으로 타일ID를 저장 및 처리한다.

레벨-0 타일(가장 큰 WPS 타일)은 도 20에 예시된 바와 같은 위도/경도를 정수로 나타낸 도에 의해 둘러싸인다. 즉, 각각의 타일은, 타일의 좌측 및 우측이 정확히 경도 의 1도를 나타내고 타일의 상부 및 하부가 정확히 위도 1도를 나타낸다. 180도의 경도 및 360도의 위도가 있다. 그러므로, 전세계에 180 * 360 = 64,800 개의 레벨 0 타일ID가 있다. 레벨 0 타일ID는 좌측으로부터 우측으로(서쪽에서 동쪽으로) 그리고 바닥에서 상부로(남쪽에서 북쪽으로) 번호가 정해진다. 타일ID로 순서화된, 제1 레벨-0 타일(2001)은 위도-90 및 경도-180에 있다. 마지막 레벨-0 타일(2004)은 위도 89 및 경도 179에 있다. 위도 및 경도가 주어진 경우 레벨-0 타일ID를 계산하기 위한 공식은:

타일 ID(위도, 경도) = 360 * 플로어(90 + 위도) + 플로어(180 + 경도)

이다.

상기 설명하고 도 20에 예시된 바와 같이, 레벨-N 타일은 다수의 레벨-N+1 서브타일로 분할될 수 있다. 본원에 설명된 특정한 구현은 레벨-N 타일(2006)을 16(4x4)레벨-N+1 서브타일로 분할한다. 서브타일은 16진수 0 내지 9 및 A 내지 F를 사용하여, 좌측으로부터 우측으로(서쪽에서 동쪽으로) 그리고 바닥에서 상부로(남쪽에서 북쪽으로) 번호가 정해진다. 서브타일의 서브 서브 타일은 단순하게 적합한 16진수의 숫자를 서브타일ID에 추가함으로써 번호를 정한다. 예를 들어, 타일ID BA0C.76D는 타일ID가 BA0C.76인 1타일의 6개 서브타일중의 하나를 지칭한다. 따라서, 타일ID의 표현에서 "." 다음에 나오는 다수의 숫자는 대응하는 타일의 레벨과 같다.

각각의 타일을 16개 서브 타일로 분할하는 것은 여러 이점을 갖는다. 첫째 , 이러한 분할은 타일의 자동적인 분해를 제공하여, 타일 당 액세스 포인트의 소망하는 평균 갯수를 이용하여 전세계를 타일들로 고속으로 분할할 수 있도록 한다. 더 많은 액세스 포인트가 활성화된 후 타일 당 액세스 포인트의 밀도가 소망하는 최대 밀도를 초과한다면, 보다 상위 레벨(즉 보다 작은 타일)에 있는 타일이 사용될 수 있다. 충분한 수의 액세스 포인트가 소망하는 최소 밀도 이하로 액세스 포인트의 갯수가 되도록 임무가 해제된다면, 하위 레벨 타일(즉, 보다 큰 타일)이 사용될 수 있다. 이러한 점차적인 분해는 전세계에서 발견된 액세스 포인트의 밀도면에서의 변동에 기초하여 액세스 포인트 데이터 셋트의 적합한 분배를 제공한다.

둘째, 타일 당 16개 서브 타일의 사용은 컴퓨터 처리에 최적화된 인코딩을 제공한다. 16개 서브 타일의 각각은, 겨우 4개 비트로 이진수를 인코딩하는 것에 대해 최적화된, 단일한 16진수 숫자(0 내지 F) 로 인코딩될 수 있다. 이 인코딩은 WPS 타일ID의 저장 및 처리에 있어서 최적의 효율성을 제공한다. 또한, 인코딩은 레벨이 N인 타일의 타일ID가 레벨이 N+1인 타일 보다 1이 적은 16진수 숫자를 갖는다. 따라서, 타일의 레벨은 대응하는 타일ID의 십진수의 갯수에 기초하여 용이하게 식별될 수 있다.

설명한 타일ID 시스템의 추가적인 바람직한 특성은 제1 타일ID가 제2 타일ID의 프리픽스일 때, 제1 타일은 제2 타일을 포함한다. 예를 들어, 타일ID BA0C.76으로 식별된 타일은 동일한 프리픽스로 시작하는, BA0C.760, BA0C.761,...,BA0C.76F인 전체 16개의 서브 타일을 포함한다.

각각의 타일은 또한 타일 데이터가 갱신되었던 각각의 시점에서의 타일의 특성을 반영한다. 이 정보는 (i) 데이터가 갱신되었던 시간(즉, 타일 타임스탬프)을 포함할 수 있다. 이것은 클라이언트가 자신의 타일 저장소에 최신 타일 데이터를 갖는 지의 여부를 신속하게 결정하는 데에 사용될 수 있다. 이 정보는 (ii) 타일에 속한 환경이 얼마나 자주 변경하는 지를 지시하는 메트릭, 예를 들어,새로운 Wi-Fi 액세스 포인트가 타일에 진입하는 속도, 타일을 떠나는 속도, 또는 타일내에서 이동하는 속도등을 포함할 수 있다. 이것은 또한 타일 데이터가 노쇠하는 속도를 자율적으로 추정하기 위해 클라이언트에 의해 사용될 수 있다. 이 정보는 (iii) 타일내의 액세스 포인트의 셋트를 정확하게 지시하는 식별자, 예를 들어, 불룸 필터 또는 기타 셋트 인코딩, 또는 Wi-Fi 액세스 포인트의 위치 및 MAC 주소의 일방적(one-way) 해쉬함수(MD5, SHA-1)를 포함할 수 있다. 이것은 클라이언트의 캐쉬를 갱신하기 위해 최량의 방법을 결정하는 데에 사용될 수 있다. 즉, 타일 데이터를 증분식으로 갱신할 것인 지의 여부 또는 타일 데이터를 전체적으로 시스템이 전송한 새로운 타일 데이터로 대체할 것이 지의 여부를 결정하는 데에 사용될 수 있다.

버전 정보는 클라이언트의 위치를 추정할 때 캐쉬에 저장된 오래된 정보를 클라이언트가 사용하지 않도록 하기 위해, 그리고 타일 데이터 전송 프로세스를 용이하게 하기 위해 사용된다. 타일 저장소내의 소정 타일에 대해, 클라이언트는 서버에게 타일의 버전 정보를 전송해 줄 것을 요청할 수 있다. 서버가 회신한 버전 정보는 클라이언트상의 버전 정보와 조합하여 새로운 타일 데이터가 클라이언트에 로드되어야 하는 지의 여부뿐만 아니라, 갱신을 수행하는 데에 사용하는 최량의 방법을 지시한다. 한 실시예에서, 타임스탬프 정보가 데이터베이스 서버상의 타일 데이터가 클라이언트의 타일 저장소내의 타일 데이터 보다 새로운 것이라고 결정한다면, 클라이언트는 데이터베이스 서버로부터 보다 새로운 버전을 다운로드하여 자신의 캐쉬를 갱신할 수 있다. 이 프로세스는 WPS 클라이언트 소프트웨어 의해, 또는 위치확인 요구를 충족시키기 위해 필요에 따라 트리거될 수도 있다.

타일ID는 사소하게 다른 타일에 포함되어 있는 타일을 결정하기 위해 비교될 수 있지만, 데이터베이스 서버내에 포함된 소정 타일에 인접한 타일의 셋트를 결정할 필요가 있을 수도 있다. 인접한 타일이 알려지지 않았고 범위가 정해지지 않은 레벨에 속하는 타일이면, 타일 데이터베이스(서버 데이터베이스 또는 클라이언트의 타일 저장소)에 대한 일부 바람직한 실시태양에서, 이러한 결정을 행하기 위한 하찮은 방법은 없다. 일부 방법들은 (i) 타일에 대체로 근접해 있는 액세스 포인트들에 대한 탐색, 및 대응하는 타일ID들을 검색하는 것; (ii) 상위 레벨의 타일에 대해 탐색하고, 상위 레벨의 타일에 대해 증분식으로 탐색을 확대하는 것; (iii) 공간 인덱싱 기능을 갖춘 데이터베이스를 사용하는 것을 포함한다.

시스템 설명

도 13은 WPS 클라이언트 소프트웨어(1303)의 한 실시예에 대한 여러 컴포넌트를 상세히 나타낸다. 위치 요청 관리자(LRM;Location Request Manager)(1304)는 클라이언트 디바이스상에서 구동되는 애플리케이션으로부터 위치 요청을 수신한다. LRM은 스캐너 모듈(1305)를 사용하여 스캐닝을 개시하는 것, 데이터 통신 관리자(DCM;Data Communication Manager)(1306)를 제어하는 것, 및 위치 추정 모듈(LEM;Location Estimation Module)(1308)을 사용하여 위치 추정을 개시하는 것을 포함하는, 요청을 해결하는 데에 필요한 타스크들을 관리한다. LRM은 또한 타일 관리자(1307)를 사용하여 캐쉬에 저장된 Wi-Fi 액세스 포인트의 저장을 담당한다.

802.11 스캐너 모듈은 클라이언트 디바이스상에 상주하고 클라이언트 디바이스가 동작하는 무선 환경에 대한 정보를 획득하는 프로세스를 관리한다. 스캐너는 이 프로세스를 802.11 네트워크 어댑터에게 디바이스의 범위내에 속하는 모든 액세스 포인트에 대해 스캐닝하도록 지시함으로써 시작한다. 범위내에 속하는 액세스 포인트는 802.11 프로토콜에 따라, MAC 주소라 불리는 고유 식별자를 제공함으로써 스캐닝에 응답한다. 대안으로서, 스캐너는, 범위내에 속하는 액세스 포인트에 의해 통신된 디폴트 브로드캐스트 신호에 의존하여, 수동 모드로 동작할 수 있다. 스캐너는 수신된 신호 세기와 함께 각각의 액세스 포인트에 의해 제공된 식별자를 기록한다. 그후 스캐너는 이 정보를, 각각의 관찰된 액세스 포인트의 MAC 주소를 타일 저장소(209)에 저장된 액세스 포인트의 MAC 주소에 대해 비교하는, LEM에 전달한다. 타일 저장소는 시스템에 알려진 관찰된 액세스 포인트의 각각에 대한 위치 데이터를 반환하고, 이것은 그후 모바일 디바이스의 위치를 추정하기 위해 위치 추정 모듈(LEM;Location Estimation Module)(208)에 의해 사용된다.

LEM은 타일 저장소에 포함된 Wi-Fi 액세스 포인트 정보에 기초하여 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하는 것을 담당한다. 필요로 되는 입력은 Wi-Fi 액세스 포인트의 MAC 주소와 Wi-Fi 액세스 포인트의 각각의 수신된 신호 세기 정보에 의해 식별된 Wi-Fi 액세스 포인트의 셋트로 이루어 진다. 추가 입력은 이용할 수도 있는 것들인 클라이언트 디바이스의 이전 위치, 방향, 속도 및 기타 관련있는 데이터를 포함할 수 있다. 이 데이터를 사용하여, LEM은 본원에 참조문헌으로서 포함되고 본원의 앞부분에 제시된 위치 알고리즘들(앞에서 설명한, "관련 방법 및 기술들")을 임의로 조합하여 클라이언트 디바이스의 위치를 추정할 수 있다.

데이터 통신 관리자(DCM;Data Communication Manager)(1306)는 클라이언트 디바이스의 위치를 결정하는 데에 필요한 로컬 정보가 불충분할 때 또는 로컬 정보가 오래된 정보일 때 위치 요청 관리자(LRM;Location Request Manager)(1304)에 의해 개시된다. DCM은 스캐너 모듈에 의해 획득된 정보 외에, 서버에게 클라이언트 속성을 제공하는, 데이터 네트워크 어댑터(1310)를 사용하여 중앙 서버와의 통신을 개시한다. 중앙 서버는 초기 위치뿐만 아니라 클라이언트측 위치 결정에 적합해야 하는 것으로서 서버가 결정한 타일에 대응하는 우선순위가 부여된 타일ID의 셋트를 제공할 것이다. DCM은 중앙 서버와 통신을 계속하여 타일을 우선순위대로 소망하는 대로 검색한다.

타일 관리자(1307)는 타일 저장소(1309)에 보관된 WPS 타일을 조직화, 추가, 젝 및 액세스하는 것을 담당한다. 타일 관리자는 WPS 타일의 로컬 셋트가 위치 요청을 해결하는 데에 불충분한 지를 결정하고 위치 요청 관리자에게 더 많은 타일이 필요하다는 것을 통지할 수 있다. 타일 관리자는 또한 오래된 정보뿐만 아니라 후속하는 위치 요청에 대해 앞으로 요청될 가능성이 없는 데이터를 제거함으로써 클라이언트 디바이스의 자원 이용을 관리하는 역할을 한다. 타일 관리자는 클라이언트 디바이스가 이동하는 속도 및 방향과 같은 수집된 정보에 기초하여, 또는 위치 요청을 개시한 클라이언트 애플리케이션에 의해 제공되는 정보에 기초하여 앞으로 있을 위치 요청에 필요할 수도 있는 타일을 적극적으로 요청할 수 있다.

발명의 일 실시예는 WPS 타일의 증분하는 레졸루션을 위한 방법을 제공한다. 이 프로세스는 낮은 정확도의 위치 추정을 제공하는 액세스 포인트 위치 정보의 초기 셋트를 제공하지만, 정확도는 후속하는 레졸루션 레벨이 서버로부터 수신됨에 따라 개선된다. 이 프로세스는 말단을 갈수록 낮은 레졸루션을 제공하고, 디바이스의 투영된 위치에 가까을수록 높은 레졸루션을 제공하도록 사용될 수 있고, 따라서 전반적인 솔루션의 일반성을 거의 잃지 않고 초기 위치 추정을 달성하는 데에 필요로 되는 네트워크 전송량을 감소시킨다. 증분식 레졸루션은 단일 타일내에서 또는 타일 셋트중에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 주 타일은 완전한 레졸루션으로 검색될 수 있는 반면에 부 타일은 초기에 낮은 레졸루션으로 검색된다.

클라이언트 디바이스상의 메모리를 보존하기 위해, 타일 관리자는 또한 더 이상 필요없는 타일을 타일 저장소로부터 제거할 수 있다. 다수의 인자가 타일이 더 이상 필요로 되지 않을 때를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 한 실시예에서, 타일 관리자는 최근 최소 사용(Least Recently Used) 알고리즘을 사용하여 가장 오랜 기간 동안 사용되지 않은 상태에 있는 캐쉬에 저장된 타일을 제거한다. 기타 캐싱 알고리즘이 특정한 애플리케이션에 대한 저장을 개선시키고 최적화하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 디바이스 소유자의 집 주소를 포함하는 타일과 같은 빈번하게 사용되는 타일들은 캐쉬에 "고정되거나(pinned)", 타일 관리자에게 그러한 타일들은 제거되지 않아야 한다는 것을 지시할 수 있다. 클라이언트 디바이스의 속도 및 방향은 또한 타일이 더 이상 필요로 되지 않을 때를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 도로와 같은 지리적 특징은 가까운 미래에 필요로 되지 않을 타일을 예측하기 위해 사용될 수 있다. 특정한 실시예에서, 클라이언트 디바이스의 이동 이력사항은 기록되고 이 정보는 소정 타일이 가까운 미래에 필요로 될 가능성을 결정하기 위해 사용된다.

데이터 네트워크 어댑터(DNA;Data Network Adaptor)(1310)는 클라이언트 디바이스와 중앙 네트워크 서버간에 데이터를 송신하고 수신하기 위한 방법을 제공한다. DNA는 일반적으로 무선 네트워크 어댑터이지만 소정 실시예에선 유선 네트워크 어댑터일 수 있다. 스캐닝에 대해 사용되는 802.11 네트워크 어댑터는 특정 실시예에서의 데이터 네트워크 어댑터 보다 두 배의 스캐닝을 행한다. DCM은 적합한 통신 매카니즘을 결정하고 클라이언트와 서버간에 연결 및 데이터 전송을 관리한다.

도 14는 WPS 네트워크 서버(1401)의 여러 컴포넌트를 상세히 나타낸다. 네트워크 서버는 마스터 Wi-Fi 액세스 포인트 위치 데이터베이스(1406)를 유지한다. 이 데이터베이스는 서버측 위치 레졸루션 뿐만 아니라 WPS 타일 생성 및 분배를 담당한다. 네트워크 서버는 전체 WPS 시스템의 중요한 관리 컴포넌트이고, 중앙 무선 비컨 위치 데이터베이스를 유지하면서 여러 클라이언트 디바이스의 활동을 조정하고, 분배를 위해 데이터를 최적화하며, 802.11 액세스 포인트와 관련된 새로운 정보로 데이터베이스를 재생한다.

Wi-Fi 위치 데이터베이스(1406)는 중앙 서버에 상주하고 지리적 위치 식별정보(예를 들어, 위도 및 경도), 각각의 공지된 Wi-Fi 액세스 포인트의 위치 추정값의 정확도와 관련된 신뢰 인자, 여러 데이터가 수집된 시간을 나타내는 타임스탬프, 및 (하기에 더욱 상세히 설명되고 도 20에 예시된 바와 같이) 각각의 타일을 고유하게 식별하는 데에 사용되는 타일ID 정보로 이루어 진다.

위치 요청 핸들러(1404)는 클라이언트 디바이스로부터 위치 레졸루션에 대한 요청을 수신한다. 이 컴포넌트는 위치 요청을 해결하기 위해 필요한 위치 및/또는 WPS 타일 정보로 응답한다. 위치 요청 핸들러가 타일 위치에 대한 요청에 응답하는 동안, 타일 요청 핸들러(1407)는 클라이언트 디바이스로부터 특정 WPS 타일에 대한 요청을 수신한다. 이 컴포넌트는 WPS 타일이 있으면 요청된 WPS 타일로 응답할 것이다. 클라이언트가 더 이상 유효하지 않은 타일을 요청한다면, 서버는 요청된 WPS 타일을 대체한 WPS 타일(들)을 포함하는 적합한 오류 정보로 응답할 것이다.

WPS 타일 생성기(1408)는 WPS 시스템에 대한 커버리지 구역내에서 각각의 타일의 올바른 다각형 크기를 결정하는 역할을 한다. WPS 시스템은 액세스 포인트의 밀도를 계산하고 지리적 위치(위도 및 경도)를 기준으로 하여 전세계를 분할하고, 상기 다각형을 저장 크기 및 Wi-Fi 액세스 포인트 밀도에 대해 최적화한다.

WPS 타일을 클라이언트에 통신전달하는 것은 WPS 타일 분배기(1409)에 의해 처리된다. 요청을 인증한 후, 이 분배기는 요청하는 WPS 클라이언트에 분배시키기 위해 소정의 WPS 타일을 패키지화 한다.

타일 생성

도 19는 적합한 타일 크기가 생성되고 액세스 포인트가 지정된 타일에 할당되는 프로세스를 나타낸다. 네트워크 서버는 조정이 필요한 타일을 주기적으로 결정한다(1901). 이러한 결정은 타일에 추가되거나 타일로부터 제거된 액세스 포인트뿐만 아니라, 타일내에서 이동되어 있는 액세스 포인트를 식별함으로써 달성된다. 이 액세스 포인트들의 각각에 대한 레벨 0 타일을 식별하는 것은 각각의 액세스 포인트에 대한 위도 및 경도 값을 트런케이트하고 트런케이트한 결과 발생하는 레벨 0 타일의 개별 셋트를 결정하는 문제이다. 최적화를 위해, 그리고 이 타일들에 대해 효율적으로 결정할 수 있도록 하기 위해, 현재 구현기술에선 그 액세스 포인트(예를 들어, 수정된 AP의 위치)에 대해 작용이 수행될 때 마다 액세스 포인트의 타일ID를 널(null)로 설정함으로써 액세스 포인트의 타일ID를 수정할 것이다. 이와 동일한 프로세스는 액세스 포인트의 이동 및 추가로 인해 이제 생성되어야 할 새로운 타일ID(802)를 식별하는 데에 사용될 수 있다.

상기와 같이 식별된 각각의 타일ID에 대해, 알고리즘은 각각의 타일이 소망하는 밀도(예를 들어 액세스 포인트의 수가 타일의 지리적 지역의 최대 한도내에 속함)에 도달할 때 까지 또는 최대 입도 레벨(본원에 설명된 특정한 구현에선, 레벨 4인 타일은 실질적으로 이용되는 최소 레벨들을 나타낸다)에 도달할 때 까지 각각의 타일을 재귀적으로 분할한다. 이들 최적 타일들의 각각에 대해, MBR내의 액세스 포인트가 대응하는 타일ID에 할당된다.

일반적으로, 타일당 액세스 포인트의 바람직한 평균 밀도는 특정 실시예에 따라 효율 및 속도를 최대화하도록 최적화된다. 한 바람직한 실시예는 타일 당 8000개 액세스 포인트를 밀도 한계값으로서 사용하는 데, 이는 인코딩된 파일 크기가 타일 당 약 50KB가 되도록 한다. 레벨 N에 속하는 타일이 8000개 보다 많은 액세스 포인트를 포함한다면, 전체 지역은 레벨이 N+1인 타일들로 분할된다. 최소 가능한 밀도는 타일 당 1AP 인데, 액세스 포인트를 전혀 포함하지 않는 레벨 0 타일은 무시된다.

일부 실시예는 WPS 타일의 크기를 결정하기 위해 추가적인 인자를 사용할 수 있다. 예를 들어, 타일 크기는 클라이언트 디바이스의 이동 이력사항, 메모리 용량, 또는 이용가능한 네트워크 대역폭에 따라 선택될 수 있다.

시간에 따른 상호작용 순서

도 15 및 17은 클라이언트 시스템의 동작을 설명한다. 도 16 및 18은 서버 시스템의 동작을 설명한다. 하기의 설명단락은 이 도면들을 언급하며 여러 시스템 컴포넌트들간의 상호 작용을 설명한다.

먼저, 모바일 디바이스상에서 실행하는 소프트웨어 애플리케이션은 WPS 시스템에서 위치 정보를 요청한다(1501). WPS 시스템의 위치 요청은 클라이언트 스캔을 실행하고(1503), 클라이언트 디바이스의 802.11 네트워크 어댑터에 의해 수신될 수 있는 Wi-Fi 액세스 포인트에 대한 정보를 수집한다. WPS 클라이언트 소프트웨어는 먼저 이전에 검색된 WPS 타일을 사용하여 디바이스의 위치 해결을 시도한다(1505)(1506). 정보가 로컬 디바이스에 없으면, WPS 클라이언트 소프트웨어는 위치 정보 요청을 계속한다. WPS 클라이언트 소프트웨어는 후속하는 위치 요청에 필요한 WPS 타일에 관한 정보 및 그것의 현재 위치를 검색하기 위해 데이터 통신 관리자 및 데이터 네트워크 어댑터를 통해 WPS 중앙 서버에 요청할 것이다(1511)(1512).

중앙 서버는 데이터 통신 관리자에 있는 타일 위치 요청을 수신하고 이 요청을 위치 요청 핸들러에 전달하는 데, 이 위치 요청 핸들러는, (i) 클라이언트 소프트웨어가 전송한 액세스 포인트의 리스트를 사용하여 클라이언트의 위치를 결정하고(1603), (ii) 이 위치 요청 및 미래 위치 요청을 해결하기 위해 필요로 되는 WPS 타일을 결정하고(1607); (iii) 현재위치 및 WPS 타일의 리스트 및 각각의 WPS 타일에 대한 가장 최근의 갱신에 관한 타임스탬프를 이용하여 위치 요청 핸들러 및 데이터 통신 관리자를 통해 응답한다. 이 리스트에 있는 각각의 타일은 클라이언트가 가까운 장래에 자율적으로 자신의 위치를 확인하기 위해 타일을 필요로 할 가능성에 기초한 우선순위 추정값이 할당된다.

더욱 상세히는, WPS 클라이언트 디바이스의 추정된 위치를 포함하는 타일은 최고 우선순위가 할당되고, 주변 타일들은 클라이언트 디바이스가 가까운 장래에 그 타일에 있게 될 또는 그 타일에 가까이 있게 될 확률에 기초하여 우선순위가 할당된다. 주변 타일들은 상기 설명한 바와 같은 타일ID 방법에 따라 중앙 타일의 타일ID를 식별함으로써 찾아진다.

또한, 클라이언트에 전송된 추천된 타일ID의 리스트는 클라이언트 디바이스가 위치된 타일 및 바로 근방에 있는 타일만이 아니라 또다른 타일도 포함할 수 있다. WPS 소프트웨어는 추가적인 타일 정보를 선제적으로 요청하기 위해 사용자 디바이스의 속도 및 방위와 같은 추가 정보를 사용할 수 있다. 또한, WPS 소프트웨어는 클라이언트 디바이스의 미래의 위치를 보다 정확하게 예측하기 위해 도로와 같은 지리적 속성을 이용할 수 있다. 적극적으로 미래의 위치를 예측하는 능력은 클라이언트 디바이스가 자율적으로 기능할 수 있는 기간을 증가시키셔, 네트워크 서버 및 통신 네트워크 자체의 걸리는 작업부하를 감소시킨다. 메모리 용량, 배터리 수명, 및 네트워크 속도 및 비용을 포함하는, 클라이언트 디바이스의 제약사항은 서버가 추천한 타일ID의 리스트를 결정하기 위해서도 사용될 수 있다.

리스트에 있는 각각의 타일ID는 우선순위와 연관되는 데, 이 우선순위는 클라이언트 디바이스의 위치 이력사항, 도로와 같은 지리적 특징, 이용할 수 있는 네트워크 대역폭, 및 사용자 디바이스의 속도 및 방향을 포함하는, 다수의 인자에 따라 결정된다. 예를 들어, 클라이언트가 타일 Y로 이동하기 전에 타일 X로 이동하는 것이 허용되지 않을 도로에서 이동하고 있었다면, 타일 Y는 타일 X 보다 높은 우선순위가 할당될 수 있다.

클라이언트 WPS 소프트웨어는 필요로 되는 대응하는 타일을 결정하기 위해 서버가 제공한 타일ID의 리스트를 검사한다. 이 결정도 또한 클라이언트 디바이스의 속도 및 방향, 도로 및 지리적 속성, 및 클라이언트 디바이스 자체의 물리적 제약사항과 같은 정보를 이용할 수 있다.

클라이언트 디바이스가 타일ID의 셋트를 선택한 경우, 클라이언트 디바이스는 그 타일들의 각각에 대해 WPS 서버로의 요청(1709)을 포맷한다. WPS 중앙 서버는 각각의 WPS 타일 요청을 인증하고(1801) 필요하다면 요청된 WPS 타일을 생성한다(1805). 인증 프로세스는 인가되지 않은 클라이언트 디바이스가 중앙서버로부터 타일을 다운로드하지 못하도록 한다. 예를 들어, 타일 인출 시스템의 한 실시예는 HTTP 프로토콜을 통해 동작하고, 표준 HTTP 인증 방법은 모든 클라이언트 요청이 올바르게 승인된 클라이언트에 의해 전송되도록 하는데에 사용될 수 있다.

요청된 WPS 타일은 그러면 패키지화되고(1804) WPS 클라이언트에 회신된다. 클라이언트 디바이스상의 WPS 타일 관리자는 새로운 WPS 타일이 가용 자원(예를 들어, 메모리 또는 데이터 저장소)에 속하게 되도록 하고 오래되었거나 필수적인 것이 아닌 WPS 타일을 필요에 따라 제거한다.

의도적인 사용

하기의 설명에서 본 발명의 특정한 실시예의 의도적인 사용 예에 대해 설명한다. 이 예시적인 시나리오에서, WPS 소프트웨어가 구비된 모바일 디바이스의 사용자는 도시 근교에 거주하지만 시내에서 일한다. 아침에, 사용자는 현재 위치를 결정하기 위해(내비게이션 소프트웨어와 같은 사용자 애플리케이션을 통해) 디바이스에게 문의한다.

이 시나리오에서, 사용자 애플리케이션은 WPS 위치 제공자에게 위치를 요청한다. WPS 위치 요청 관리자는 클라이언트 디바이스 위치 추정 모듈에 요청한다. LEM이 위치를 자율적으로 제공할 수 없다면, 위치 요청 관리자는 위치 및 WPS 타일을 필요하다면 중앙 서버에게 요청하여 검색하기 위해 데이터 통신 관리자에게 제어를 넘긴다. Wi-Fi를 스캔한 결과는 서버에 전달되고 서버는 그러면 상기 나열한 인자에 따라 우선순위화된 추천된 타일ID의 리스트를 갖추어 응답한다. 클라이언트는 그러면 원하는 타일ID의 각각에 대한 타일 요청을 전송하고, 그후 서버로부터 충분한 갯수의 타일을 수신했을 때, 위치 요청 관리자는 다시 한번 위치 추정 모듈에게 위치를 요청한다. 이때, 필요한 정보가 로컬 디바이스상에 제공되고, 따라서 클라이언트 디바이스의 위치가 결정된다.

사람이 도시안으로 이동함에 따라, 디바이스는 클라이언트 디바이스상에 저장된 WPS 타일의 경계를 향해 이동할 것이다. WPS 클라이언 소프트웨어는 캐쉬에 저장된 타일의 타일ID로부터 캐쉬에 저장된 지역의 경계를 계산할 수 있다. 클라이언트 디바이스의 추정된 위치가 캐쉬 경계의 문턱값내에 있을 때, 타일 관리자는 추가적인 타일이 필요하다는 것을 위치 요청 관리자에게 알릴 것이다. 이것은 추가의 타일을 검색하기 위해 클라이언트 데이터 통신 모듈과 중앙 서버간에 또다른 일련의 통신을 개시시킨다. 이 프로세스는 클라이언트 디바이스의 제약조건(저장 용량 및 네트워크 용량) 및 사람의 이동에 기초하여 필요로 되는 대로 반복한다.

추가적인 타일의 미리인출 동작을 트리거하는 데에 사용되는 문턱값 거리는, 예를 들어 관련 타일의 크기, 클라이언트 디바이스의 메모리 용량, 및 사용자 디바이스의 추정 속도를 포함하는, 여러 다양한 인자에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 클라이언트 디바이스가 경계를 향하여 고속으로 이동하고 있다면, 필요한 타일이 다운로드되기 전에 사용자가 경계를 넘지 않도록 하기 위해, 추가적인 타일을 신속하게 요청하는 것이 논리적이다. 클라이언트 디바이스가 멈춰있을 때, 추가적인 타일 필요성이 덜 긴급하고 따라서 문턱값 거리는 그에 따라 적어질 수 있다.

클라이언트 디바이스는 즉시 사용되지 않을 수 있는 타일을 적극적으로 요청할 수도 있다. 상기 설명한 미리 인출 동작은 현재 타일의 크기, 클라이언트 디바이스의 메모리 용량, 사용자 디바이스의 추정 속도, 및 서버에 대한 네트워크 연결의 대역폭과 같은 여러 인자에 좌우될 수 있다. 예를 들어, 대용량의 네트워크가 존재하는 경우엔, 디바이스가 보다 제한된 네트워크를 통해 서버에 연결해야만 하는 경우 비용을 감소시키고 실행속도를 개선시키기 위해, 대량의 타일이 미리인출될 수 있다. 도로와 같은 지리적 특징, 클라이언트 디바이스의 이동에 관한 이력사항, 사용자 애플리케이션의 요구되는 정확도, 및 다리와 같은 물리적 제약사항 및 수송 모드를 포함하는 추가적인 인자가 미리 인출에 대해 사용될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 설명한 실시예에 제한되지 않지만, 첨부된 특허청구범위의 청구항들에 의해 정의되고, 이 청구항들은 본원에 설명된 수정 및 개선에 대한 내용을 포함할 것이라는 것을 알아야 할 것이다.

101; 사용자 디바이스, 103;위치확인 소프트웨어
104; 기준 데이터베이스, 201; 스캐닝 차량
202; 스캐닝 디바이스, 204; GPS 위성
301; 스캐닝 차량, 303; 계산된 액세스 포인트 위치
703; 로컬 저장장치, 704; 스캐닝 클라이언트
705; GPS 디바이스, 709; 방향성 안테나
803; 파서 및 필터, 804; 역삼각화 모델
805; 지역 데이터 팩 빌더, 806; 자동차대 관리 모듈
807; 데이터 통신 모듈, 808; 맵 빌더
901; 위치기반 애플리케이션, 902; 스캐너
906; 로케이터, 907; 불량 데이터 필터
908; 위치 계산 컴포넌트, 909; 평활화 엔진
910; 애플리케이션 인터페이스, 911; COM 포트
1001; 데이터 관리자, 1002; 시스템 관리자
1003; 업로드 관리자, 1006; GPS 무선 디바이스
1008; GPS 기록기, 1009; Wi-Fi 기록기
1010; 파일 관리자, 1011; 스캐닝 데이터 저장소
1012; 백업 데이터 저장소, 1013; 무선 디바이스 관리자
1014; 사용자 인터페이스 제어기, 1015;오차 처리 및 로깅 모듈
1016; 시스템 재시작 모듈, 1017; 핫스폿 검출기
1018; 연결 생성 컴포넌트, 1019; 핫스폿 인증 모듈
1020; 서버 인증 프로세스, 1021; 업로드 및 데이터 검증 모듈
1022; 새 버전 모듈, 1023; 새 버전 설치 프로세스
1204; 공용 핫스폿 네트워크, 1025; 중앙 네트워크 서버
1026; 중앙 액세스 포인트 데이터베이스
1200; 타일링을 갖춘 무선 위치확인 시스템,
1201;Wi-Fi 액세스 포인트, 1202; 모바일 사용자
1203; 클라이언트 디바이스, 1204; WPS 클라이언트
1205; WPS 클라이언트 소프트웨어, 1206; 타일 저장소
1207; 네트워크, 1208; WPS 서버
1209; WPS 서버 소프트웨어, 1210; Wi-Fi AP 위치 데이터베이스
1300; WPS 클라이언트 타일링 컴포넌트,
2201; 보고된 액세스 포인트, 2202; 추정된 사용자 위치
2203; 최고 우선순위 타일, 2204; 초기 타일 셋트
2205; 서브타일 ID

Claims

컴퓨터 판독 가능한 매체 내에 기록되고 목표 지역 내의 Wi-Fi 액세스 포인트들에 대한 정보를 포함하는 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 데이터베이스를 포함하는 Wi-Fi 위치 결정 시스템에서, 모바일 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하기 위해 상기 모바일 클라이언트 디바이스에 의해 사용될 상기 데이터베이스로부터의 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트 - 상기 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트는 상기 모바일 클라이언트 디바이스에 근접해 있는 제한된 지역 내의 Wi-Fi 액세스 포인트들을 포함하도록 조정됨 - 를 동적으로 선택하여 Wi-Fi 통신 로직이 장착된 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법에 있어서,
a) 상기 모바일 클라이언트 디바이스에 의해 검출되는 Wi-Fi 액세스 포인트들에 대한 Wi-Fi 액세스 포인트 정보를 획득하는 단계;
b) 상기 획득된 Wi-Fi 액세스 포인트 정보를 사용하여 상기 모바일 클라이언트 디바이스의 위치를 추정하는 단계;
c) 상기 추정된 모바일 클라이언트 디바이스의 위치에 근접해 있는 하나 이상의 관련 있는 지리적 지역들을 포함하는 세트를 선택하는 단계; 및
d) 상기 선택된 지리적 지역들 내에 위치하는 상기 Wi-Fi 액세스 포인트들에 대한 정보를 포함하는 상기 데이터베이스로부터의 Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 상기 모바일 클라이언트 디바이스에 제공함으로써, 상기 모바일 클라이언트 디바이스가 상기 제공된 정보를 사용하여 자신의 위치를 후속하여 추정할 수 있도록 하는 단계
를 포함하는, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 목표 지역을 미리 정해진 방법에 따라 고정된 지리적 파티션들의 세트로 파티션화하는 단계, 및 상기 고정된 지리적 파티션들의 세트로부터 상기 관련 있는 지리적 지역들을 선택하는 단계를 더 포함하는, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제2항에 있어서, 상기 미리 정해진 파티션 방법은 상기 목표 지역을 지리적으로 유사한, 다각형 타일들의 세트로 분할하는 것인, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 다각형 타일들은 소형 타일들이 대형 타일들 내에 포개 넣어지는 계층 구조를 형성하는 것인, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제3항에 있어서, 단일 다각형 타일 내에 포함될 수 있는 Wi-Fi 액세스 포인트들의 최대 개수를 선택하는 단계, 및 어떠한 타일도 상기 최대 개수보다 많이 Wi-Fi 액세스 포인트를 포함하지 않도록 상기 다각형 타일들의 크기를 선택하는 단계를 더 포함하는, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 다각형 타일들 각각에 대해, 상기 타일 내의 Wi-Fi 액세스 포인트들에 대응하는 기록들의 데이터베이스에 대한 가장 최근의 갱신 시점을 저장하는 단계, 및 이 정보를 사용하여 상기 모바일 클라이언트 디바이스 상에 저장된 Wi-Fi 액세스 포인트 정보가 최신의 것인지 여부를 결정하는 단계를 더 포함하는, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 모바일 클라이언트 디바이스의 속도 및 방향을 추정하는 단계, 및 상기 속도 및 방향 추정값을 사용하여 상기 관련 있는 지리적 지역들의 세트를 선택하는 단계를 더 포함하는, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 모바일 클라이언트 디바이스가 이동하는 경로를 예측하는 단계, 및 이러한 예측된 경로를 사용하여 상기 관련 있는 지리적 지역들의 세트를 선택하는 단계를 더 포함하는, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 모바일 클라이언트 디바이스는 Wi-Fi 액세스 포인트 데이터를 저장하기 위해 제한된 메모리량을 할당하며, 상기 관련 있는 지리적 지역들의 세트는 상기 모바일 클라이언트 디바이스에 의해 할당된 메모리량에 따라 선택되는 것인, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 모바일 클라이언트 디바이스와 상기 액세스 포인트 데이터베이스 간의 정보의 전송은 소정의 최대 속도를 넘지 않을 수 있고, 상기 관련 있는 지리적 지역들의 세트는 상기 모바일 클라이언트 디바이스와 상기 액세스 포인트 데이터베이스 간의 이러한 최대 통신 속도에 따라 선택되는 것인, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 모바일 클라이언트 디바이스의 위치의 추정은 상기 모바일 클라이언트 디바이스에 의해 수행되는 것인, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 모바일 클라이언트 디바이스에는 지정된 지리적 지역내에 위치한 Wi-Fi 액세스 포인트들의 초기 세트에 대한 정보가 구비되어 있는 것인, Wi-Fi 액세스 포인트 정보의 서브세트를 적어도 하나의 모바일 클라이언트 디바이스에 제공하는 방법.