RU2774300C2 - Method and system for geolocation of terminal occupying certain geographical position - Google Patents
Method and system for geolocation of terminal occupying certain geographical position Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774300C2 RU2774300C2 RU2020121525A RU2020121525A RU2774300C2 RU 2774300 C2 RU2774300 C2 RU 2774300C2 RU 2020121525 A RU2020121525 A RU 2020121525A RU 2020121525 A RU2020121525 A RU 2020121525A RU 2774300 C2 RU2774300 C2 RU 2774300C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interest
- terminal
- geolocation
- elements
- calibration
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 48
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 30
- 238000010801 machine learning Methods 0.000 claims description 13
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 9
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 claims description 8
- 238000007635 classification algorithm Methods 0.000 claims description 6
- 238000003066 decision tree Methods 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 15
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 17
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 14
- 230000035969 Vmax Effects 0.000 description 6
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 3
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000001373 regressive Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000002238 attenuated Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 230000000644 propagated Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs
Настоящее изобретение относится к области геолокации. В частности, изобретение относится к способу и системе геолокации терминала системы беспроводной связи. Изобретение с успехом применяется, в частности, к геолокации смарт-объектов типа "Интернета вещей" (Internet of Things, IoT).The present invention relates to the field of geolocation. In particular, the invention relates to a method and system for geolocation of a terminal of a wireless communication system. The invention is successfully applied, in particular, to the geolocation of smart objects such as the "Internet of Things" (Internet of Things, IoT).
Уровень техникиState of the art
За последние несколько лет растущее использование систем беспроводной связи естественным образом привело к развитию услуг, основанных на географическом положении объекта и используемых, например, для оказания помощи при навигации, при управлении дорожным движением, контроле транспортирования товаров и, вообще, для дистанционного считывания информации и т.д.Over the past few years, the growing use of wireless communication systems has naturally led to the development of services based on the geographical location of the object and used, for example, to assist in navigation, in traffic control, control of the transport of goods and, in general, for remote reading of information, etc. .d.
Спутниковые системы позиционирования, такие как GPS ("Global Positioning System", система глобального позиционирования), являются некоторыми из самых известных технологий геолокации. Эти системы основаны на использовании терминалом приемника радиосигналов, передаваемых специально назначенными спутниками. Спутниковая геолокация является весьма точной, но страдает множеством недостатков, связанных, в частности, со стоимостью и потреблением электроэнергии при интегрировании в объект GPS-приемника, а также с отсутствием возможности работы в закрытых зонах.Satellite positioning systems such as GPS ("Global Positioning System") are some of the best known geolocation technologies. These systems are based on the use by the terminal of a receiver of radio signals transmitted by specially designated satellites. Satellite geolocation is very accurate, but suffers from many disadvantages, in particular, the cost and power consumption when integrated into the object of the GPS receiver, as well as the lack of the ability to work in closed areas.
Существуют и другие технологии геолокации терминала, основанные на обмене сигналами с базовыми станциями сети доступа, с которыми он соединен. В сотовых сетях, например, таких как GSM ((Global System for Mobile Communications, глобальная система для мобильной связи), как известно, оценивается положение терминала относительно положения базовой станции, с которой он в настоящий момент связан. Этот способ геолокации обладает, однако, посредственной точностью, поскольку зона покрытия базовой станции может достигать в радиусе нескольких километров или даже нескольких десятков километров.There are other technologies for geolocation of the terminal based on the exchange of signals with the base stations of the access network with which it is connected. In cellular networks, such as GSM (Global System for Mobile Communications), as is known, the position of the terminal is estimated relative to the position of the base station with which it is currently associated. This method of geolocation has, however, mediocre accuracy, since the coverage area of the base station can reach within a radius of several kilometers or even several tens of kilometers.
Другие способы содержат оценку расстояний, отделяющих терминал от множества базовых станций, вычисляя времена прибытия, углы распространения или разности по частоте для сигналов, которыми обмениваются терминал и базовые станции. Все эти различные способы, однако, обладают тем недостатком, что требуют специального оборудования и программного обеспечения. Кроме того, они часто требуют дорогостоящей синхронизации различных базовых станций, действующих в качестве наблюдательных пунктов. Наконец, они особенно чувствительны к явлению, называемому многолучевым распространением (распространению одного и того же радиосигнала по множеству путей из-за явлений отражения, преломления и дифракции на встречающихся препятствиях).Other methods include estimating distances separating a terminal from a plurality of base stations by calculating arrival times, propagation angles, or frequency differences for signals exchanged between the terminal and base stations. All of these different methods, however, have the disadvantage of requiring special hardware and software. In addition, they often require costly synchronization of various base stations acting as lookouts. Finally, they are particularly sensitive to a phenomenon called multipath (propagation of the same radio signal over multiple paths due to the phenomena of reflection, refraction, and diffraction from obstacles encountered).
Другие способы геолокации основаны на уровне принимаемой мощности (сокращенно RSSI, от "Received Signal Strength Indicator", индикатор мощности принимаемого сигнала) сигнала, которым обмениваются терминал и базовая станция. Эти способы особенно хорошо адаптируются к системам беспроводной связи типа сотовой связи (например, к таким как GSM), для которых информация RSSI доступна напрямую, так как она используется самой системой связи. Эти способы основаны на том факте, что радиосигнал затухает в атмосфере и, таким образом, уровень RSSI сигнала, принимаемого приемником, изменяется в соответствии с расстоянием, отделяющим приемник от источника сигнала. Таким образом, можно определить географическое положение терминала с помощью трилатерации, оценивая расстояние от терминала до различных базовых станций, которые его окружают, на основе уровней RSSI, измеряемых базовыми станциями. Недостатком такого способа геолокации посредством трилатерации, основанного на уровнях RSSI, является отсутствие точности вследствие того, что многочисленные параметры, влияющие на затухание сигнала (препятствия, радиопомехи, движение терминала и т.д.) делают функцию, определяющую расстояние на основе уровня RSSI, очень сложной.Other geolocation methods are based on the received power level (abbreviated as RSSI, from "Received Signal Strength Indicator") of the signal exchanged between the terminal and the base station. These techniques are particularly well adapted to wireless communication systems such as cellular (eg, such as GSM) for which the RSSI information is directly available as it is used by the communication system itself. These methods are based on the fact that the radio signal is attenuated in the atmosphere and thus the RSSI level of the signal received by the receiver varies according to the distance separating the receiver from the signal source. Thus, it is possible to determine the geographic location of a terminal using trilateration by estimating the distance from the terminal to the various base stations that surround it based on the RSSI levels measured by the base stations. The disadvantage of this trilateration geolocation method based on RSSI levels is the lack of accuracy due to the fact that numerous parameters affecting signal attenuation (obstacles, radio interference, terminal movement, etc.) make the distance function based on the RSSI level very complex.
Были, таким образом, разработаны новые способы геолокации, основанные на уровнях RSSI. Эти новые способы основаны на технологиях машинного обучения. Конкретно, сюда входит построение на стадии калибровки базы данных, которая связывается с известными географическими положениями, радиосигнатурой, соответствующей всем уровням RSSI, измеренным для терминала в рассматриваемом положении для набора базовых станций системы. Затем, на стадии поиска радиосигнал, наблюдаемый терминалом, расположенным в неизвестном положении, сравнивается со всеми сигнатурами базы данных, чтобы оценить положение терминала на основе положения(-ий), соответствующего наиболее схожей сигнатуре(-ам).Thus, new methods of geolocation based on RSSI levels have been developed. These new ways are based on machine learning technologies. Specifically, this includes building, at the calibration stage, a database that is associated with known geographic locations, a radio signature corresponding to all RSSI levels measured for a terminal at a given location for a set of system base stations. Then, in the search phase, the radio signal observed by the terminal located at the unknown position is compared with all database signatures to estimate the position of the terminal based on the position(s) corresponding to the most similar signature(s).
Такие способы, однако, обладают несколькими недостатками, в частности, в случае, когда географическая зона, которая должна быть покрыта, является очень обширной, например, если должна быть покрыта вся страна или даже континент. Первый недостаток связан с точностью геолокации. Действительно, случается, что две радиосигнатуры, соответствующие двум соседним географическим положениям, существенно отличаются, или две весьма похожие радиосигнатуры соответствуют двум географическим положениям, разделенным на местности. Установление взаимосвязи между радиосигнатурой и связанным с ней географическим положением, таким образом, становится трудным из-за шумов, создаваемых в таких ситуациях. Другой недостаток связан со сложностью используемого алгоритма машинного обучения. Действительно, для получения достаточной точности в базу данных, создаваемую на стадии калибровки, необходимо вставить большое количество элементов. Кроме того, если зона, которая должна быть покрыта, является обширной, необходимо учитывать большое количество базовых станций. Все это способствует значительному увеличению данных при вводе алгоритма машинного обучения и, таким образом, созданию ограничений по времени вычисления и мощности вычислительных средств. Чтобы выполнить стадию калибровки, как известно, нужно поместить на борту группы транспортных средств, движущихся через зону, которая должна быть покрыта, устройства, адаптированные для точного обеспечения определения географического положения и уровней RSSI для базовых станций системы связи в различных точках (английским термином для квалификации этой стадии является "war-driving", "вардрайвинг"). Чем больше число пунктов, тем лучше характеристики способа геолокации с точки зрения точности, но тем более длительной и более дорогостоящей является стадия калибровки.Such methods, however, have several disadvantages, in particular in the case where the geographical area to be covered is very large, for example if an entire country or even a continent is to be covered. The first drawback is related to the accuracy of geolocation. Indeed, it happens that two radio signatures corresponding to two adjacent geographic locations are significantly different, or two very similar radio signatures correspond to two geographic locations separated by terrain. Establishing a relationship between a radio signature and its associated geographic location thus becomes difficult due to the noise generated in such situations. Another disadvantage is related to the complexity of the machine learning algorithm used. Indeed, to obtain sufficient accuracy, a large number of elements must be inserted into the database created at the calibration stage. In addition, if the area to be covered is large, a large number of base stations must be considered. All this contributes to a significant increase in data when entering a machine learning algorithm and, thus, creating restrictions on the computation time and computing power. In order to perform the calibration step, it is known to place on board a group of vehicles moving through the area to be covered, devices adapted to accurately provide geolocation and RSSI levels for base stations of the communication system at various points (the English term for qualification this stage is "war-driving", "wardriving"). The larger the number of points, the better the performance of the geolocation method in terms of accuracy, but the longer and more expensive the calibration step is.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Задача настоящего изобретения состоит в преодолении всех или части недостатков предшествующего уровня техники, в частности тех, которые раскрыты выше.The object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art, in particular those disclosed above.
С этой целью и в соответствии с первым подходом, представленное изобретение предлагает в системе беспроводной связи способ геолокации терминала, называемого "terminal of interest" (интересующий терминал). Способ содержит этапы, на которых:To this end, and in accordance with the first approach, the present invention proposes, in a wireless communication system, a method for geolocation of a terminal called "terminal of interest". The method contains steps in which:
- определяют на основе сообщений, передаваемых другими терминалами, называемыми "калибровочными терминалами" (calibration terminal), и принимаемых базовыми станциями упомянутой системы беспроводной связи, набор опорных элементов, причем каждый опорный элемент содержит радиосигнатуру, связанную с географическим положением калибровочного терминала в момент, когда передается сообщение, упомянутая радиосигнатура соответствует набору значений, представляющих качество линий беспроводной связи, существующих между упомянутым калибровочным терминалом и базовыми станциями,- determine on the basis of messages transmitted by other terminals, called "calibration terminals" (calibration terminal), and received by the base stations of the mentioned wireless communication system, a set of reference elements, each reference element containing a radio signature associated with the geographical position of the calibration terminal at the time when a message is transmitted, said radio signature corresponds to a set of values representing the quality of wireless links existing between said calibration terminal and base stations,
- определяют на основе сообщения, передаваемого упомянутым интересующим терминалом, расположенным в географическом положении, которое должно быть оценено, радиосигнатуру упомянутого интересующего терминала,- determining, on the basis of a message transmitted by said terminal of interest located at the geographic location to be estimated, the radio signature of said terminal of interest,
- идентифицируют конкретные географические положения, называемые "интересующими точками" на основе географических положений опорных элементов из набора опорных элементов,- identify specific geographic locations, called "points of interest" based on geographic locations of reference elements from a set of reference elements,
- модифицируют набор опорных элементов на основе идентифицированных интересующих точек,- modifying the set of reference elements based on the identified points of interest,
- оценивают географическое положение упомянутого интересующего терминала на основе радиосигнатуры упомянутого интересующего терминала и модифицированного набора опорных элементов.- estimating the geographic location of said terminal of interest based on the radio signature of said terminal of interest and the modified set of reference elements.
Оценка географического положения интересующего терминала выполняется, например, алгоритмом машинного обучения, целью которого является установление взаимосвязи между радиосигнатурой и географическим положением.Estimation of the geographic location of the terminal of interest is performed, for example, by a machine learning algorithm that aims to establish a relationship between a radio signature and geographic location.
Интересующая точка соответствует предпочтительной точке передачи сообщений, в которой для терминалов рассматриваемой системы беспроводной связи, имеется, в среднем, больше сообщений, передаваемых от или вблизи интересующей точки, чем от другого географического положения.The point of interest corresponds to the preferred point of transmission of messages, in which, for the terminals of the considered wireless communication system, there are, on average, more messages transmitted from or near the point of interest than from another geographic location.
Например, интересующая точка может соответствовать конкретному географическому положению, в котором вероятность присутствия терминала рассматриваемой системы больше, чем в другом месте. В частности, в случае транспортирования поддонов с товарами, оборудованных терминалами и движущихся со склада на склад с относительно коротким временем движения относительно времени пребывания на складе, упомянутые склады могут соответствовать интересующим точкам.For example, a point of interest may correspond to a particular geographic location where the likelihood of a terminal of the system in question being present is greater than elsewhere. In particular, in the case of transporting pallets of goods, equipped with terminals and moving from warehouse to warehouse with a relatively short travel time relative to the time spent in the warehouse, said warehouses can correspond to points of interest.
В соответствии с другим примером, интересующая точка может соответствовать точке сходимости терминалов системы. В частности, аэропорты могут соответствовать интересующим точкам для багажа, снабженного терминалами системы.According to another example, the point of interest may correspond to the convergence point of the system terminals. In particular, airports may correspond to points of interest for baggage provided with system terminals.
Интересующие точки могут идентифицироваться динамически на основе опорных элементов, снабженных калибровочными терминалами. В конкретных вариантах осуществления, по меньшей мере, часть интересующих точек также может быть известна заранее.Points of interest can be dynamically identified based on reference elements provided with calibration terminals. In particular embodiments, at least a portion of the points of interest may also be known in advance.
Модификация набора опорных элементов соответствует, например, стадии оптимизации, во время которой удаляются нежелательные несопоставимые опорные элементы (например, те, которые, согласно оценке, находятся вдалеке от интересующих точек) и/или на которой к соответствующим опорным элементам (например, тем, которые, как считается, близкими к интересующим точкам) добавляется дополнительная информация, чтобы очистить и/или обогатить набор опорных элементов. Такие меры позволяют получить выигрыш с точки зрения точности геолокации, поскольку эта стадия оптимизации усиливает взаимосвязь, существующую между радиосигнатурой и географическим положением, пользуясь преимуществом существования интересующих точек, в которых вероятность присутствия терминала больше, чем где-либо еще.Modification of a set of datums corresponds, for example, to an optimization step during which undesired, disparate datums (e.g., those judged to be far from the points of interest) are removed and/or in which corresponding datums (e.g., those that are considered to be close to the points of interest) additional information is added to refine and/or enrich the set of pivots. Such measures provide gains in terms of geolocation accuracy since this optimization step amplifies the relationship that exists between the radio signature and geographic location, taking advantage of the existence of points of interest where the terminal is more likely to be present than elsewhere.
Кроме того, удаление несопоставимых элементов способствует сокращению количества опорных элементов, используемых алгоритмом обучения, и, таким образом, снижению его сложности, что преобразуется в улучшение с точки зрения времени вычисления и мощности вычислительных средств.In addition, the removal of disparate elements helps to reduce the number of pivots used by the learning algorithm and thus reduce its complexity, which translates into an improvement in terms of computation time and computing power.
Наконец, эти меры могут позволить уменьшить размер радиосигнатуры, например, учитывая только базовые станции, которые располагаются около интересующих точек, что способствует еще большему снижению сложности алгоритма обучения.Finally, these measures can make it possible to reduce the size of the radio signature, for example, considering only base stations that are located near the points of interest, which further reduces the complexity of the learning algorithm.
В конкретных вариантах осуществления изобретение может дополнительно содержать один или более нижеследующих признаков, рассматриваемых отдельно или в соответствии со всеми технически возможными сочетаниями.In specific embodiments, the implementation of the invention may further contain one or more of the following features, considered separately or in accordance with all technically possible combinations.
В конкретных вариантах осуществления географическое положение интересующего терминала оценивается в форме значения, представляющего вероятность расположения упомянутого интересующего терминала в идентифицированной интересующей точке.In particular embodiments, the geographic location of the terminal of interest is estimated in the form of a value representing the probability of said terminal of interest being located at the identified point of interest.
Такие меры позволяют, например, сделать вывод, что интересующий терминал располагается в интересующей точке, для которой значение вероятности является наибольшим, если это значение больше определенного порога, или прийти к выводу, если это значение ниже упомянутого порога, что интересующий терминал не располагается вблизи какой-либо интересующей точки (находится, например, на переходе между двумя интересующими точками).Such measures make it possible, for example, to conclude that the terminal of interest is located at the point of interest for which the probability value is the largest, if this value is greater than a certain threshold, or to conclude, if this value is below the mentioned threshold, that the terminal of interest is not located near which -or point of interest (located, for example, at the transition between two points of interest).
В конкретных вариантах осуществления идентификация интересующих точек содержит этапы, на которых:In specific embodiments, the identification of points of interest comprises the steps of:
- разделяют географическую зону, которая должна быть перекрыта, на множество ячеек, имеющих заданный размер,- dividing the geographical area to be covered into a plurality of cells having a given size,
- вычисляют для каждой ячейки значения, представляющие множество опорных элементов, располагающихся в упомянутой ячейке,- calculate for each cell values representing the set of reference elements located in said cell,
- если вычисленное значение удовлетворяет заданному критерию, то определяют интересующую точку, соответствующую упомянутой ячейке и/или географическим положениям опорных элементов, расположенных в упомянутой ячейке.- if the calculated value satisfies the given criterion, then the point of interest corresponding to the said cell and/or the geographic locations of the reference elements located in the said cell is determined.
В конкретных вариантах осуществления идентификация интересующих точек содержит этап вычисления для каждого опорного элемента расстояния, отделяющего упомянутый опорный элемент и каждый другой опорный элемент друг от друга, а также последующие этапы, выполняемые периодически на временном наборе опорных элементов, первоначально соответствующем набору опорных элементов, пока не будет достигнуто условие остановки:In specific embodiments, the identification of points of interest comprises the step of calculating for each reference element the distance separating said reference element and each other reference element from each other, as well as subsequent steps performed periodically on a temporary set of reference elements, initially corresponding to the set of reference elements, until stop condition is reached:
- для каждого опорного элемента временного набора опорных элементов вычисляют значение, представляющее множество опорных элементов, называемых "соседние элементы", расположенных на расстоянии, меньшем заданного порога,- for each reference element of the temporary set of reference elements, a value is calculated representing the set of reference elements, called "adjacent elements", located at a distance less than a given threshold,
- если наибольшее вычисленное значение для элемента, называемого "интересующий элемент", больше заданного порога:- if the largest computed value for an element called "element of interest" is greater than a given threshold:
- определяют интересующую точку согласно географическим положениям интересующего элемента и/или его соседних элементов,- determine the point of interest according to the geographic locations of the element of interest and/or its neighboring elements,
- исключают элемент и его соседние элементы из временного набора опорных элементов.- exclude the element and its neighboring elements from the temporary set of reference elements.
В конкретных вариантах осуществления способ геолокации дополнительно содержит стадию фильтрации интересующих точек, идентифицированных согласно их географическому положению и/или значению, представляющему множество опорных элементов набора опорных элементов, расположенных на расстоянии, меньшем заданного порога.In particular embodiments, the geolocation method further comprises the step of filtering points of interest identified according to their geographic location and/or value representing a plurality of reference elements of a set of reference elements located at a distance less than a predetermined threshold.
В конкретных вариантах осуществления значение, представляющее множество опорных элементов, вычисляется в соответствии с весовым коэффициентом, назначаемым каждому опорному элементу и представляющим время, которое прошло между моментом передачи сообщения калибровочным терминалом и моментом, в который идентифицируются интересующие точки.In particular embodiments, a value representing the plurality of anchors is computed according to a weighting factor assigned to each anchor and representing the time that has elapsed between the time the message was sent by the calibration terminal and the time at which the points of interest are identified.
Такие меры позволяют, в частности, содействовать недавним интересующим точкам, придавая большую важность (то есть, назначая больший весовой коэффициент) опорным элементам, полученным во время, близкое ко времени оценки положения интересующего терминала.Such measures make it possible, in particular, to promote recent points of interest by giving more importance (ie, by assigning a larger weight) to reference elements obtained at a time close to the time of estimating the position of the terminal of interest.
В конкретных вариантах осуществления изменение набора опорных элементов для каждого опорного элемента набора опорных элементов содержит следующие этапы, на которых:In specific embodiments, changing the set of reference elements for each reference element of the reference element set comprises the following steps, in which:
- вычисляют наименьшее расстояние, разделяющее упомянутый опорный элемент и одну из идентифицированных интересующих точек,- calculate the smallest distance separating said reference element and one of the identified points of interest,
- если наименьшее вычисленное расстояние меньше заданного порога:- if the smallest calculated distance is less than the given threshold:
- связывают соответствующую интересующую точку с упомянутым опорным элементом,- associating the corresponding point of interest with said reference element,
- в противном случае:- otherwise:
- исключают упомянутый опорный элемент из набора опорных элементов.- exclude the said support element from the set of support elements.
В конкретных вариантах осуществления модификация набора опорных элементов содержит для каждого опорного элемента из набора опорных элементов следующие этапы, на которых:In specific embodiments, modifying a set of support elements comprises, for each support element from the set of support elements, the following steps, in which:
- вычисляют для каждой идентифицированной интересующей точки значение, представляющее расстояние, отделяющее упомянутый опорный элемент от упомянутой интересующей точки,- calculating for each identified point of interest a value representing the distance separating said reference element from said point of interest,
- связывают значения, вычисленные таким образом, с упомянутым опорным элементом.- associate the values thus calculated with said reference element.
В конкретных вариантах осуществления линия беспроводной связи является восходящей линией связи в направлении базовой станции системы беспроводной связи.In particular embodiments, the wireless link is uplink towards a base station of the wireless communication system.
В конкретных вариантах осуществления определение радиосигнатуры терминала содержит этапы, на которых:In particular embodiments, determining the radio signature of a terminal comprises the steps of:
- передают посредством терминала сообщение в направлении базовой станции,- transmitting by means of the terminal a message in the direction of the base station,
- измеряют для каждой базовой станции значение, представляющее качество линии беспроводной связи, существующей между упомянутым терминалом и рассматриваемой базовой станцией, основываясь на сообщении, принимаемом от упомянутого терминала,- measuring for each base station a value representing the quality of the wireless link existing between said terminal and the base station in question, based on a message received from said terminal,
- формируют посредством сервера, соединенным с базовыми станциями, радиосигнатуру терминала на основе измеренных значений.- form by means of a server connected to the base stations, the radio signature of the terminal based on the measured values.
В конкретных вариантах осуществления калибровочный терминал снабжается системой позиционирования и определение радиосигнатуры упомянутого калибровочного терминала дополнительно содержит этапы, на которых:In specific embodiments, the calibration terminal is provided with a positioning system, and determining the radio signature of said calibration terminal further comprises the steps of:
- вставляют в сообщение, передаваемое упомянутым калибровочным терминалом, текущее географическое положение упомянутого калибровочного терминала, измеренное системой позиционирования,- inserting into the message transmitted by said calibration terminal the current geographic position of said calibration terminal measured by the positioning system,
- извлекают посредством сервера географическое положение, содержащееся в упомянутом сообщении.- retrieve by the server the geographic location contained in the said message.
Такие меры позволяют, частности, иметь возможность легко обогащать набор опорных элементов новыми опорными элементами, приходящими от калибровочных терминалов, что позволяет обнаруживать новые интересующие точки, которые могут появиться во времени, и/или удалять интересующие точки, которые стали устаревшими.Such measures make it possible, in particular, to be able to easily enrich the set of reference elements with new reference elements coming from the calibration terminals, which makes it possible to detect new points of interest that may appear in time and/or to remove points of interest that have become obsolete.
Стадия калибровки, содержащая определение или обогащение набора опорных элементов, может выполняться один раз в начале или может повторяться постоянно (например, периодически или способом, управляемым посылкой сообщений калибровочным терминалам) или может выполняться непрерывно (например, если калибровочные терминалы регулярно передают сообщения, содержащие свое текущее географическое положение).The calibration step comprising determining or enriching the set of reference elements may be performed once at the beginning, or may be repeated continuously (for example, periodically or in a manner controlled by sending messages to the calibration terminals) or may be performed continuously (for example, if the calibration terminals regularly transmit messages containing their current geographic location).
Благодаря существованию некоторых конкретных терминалов, снабженных системой позиционирования, можно полностью автоматизировать стадию калибровки, которая содержит определение набора опорных элементов. Кроме того, реализация способа геолокации в системе беспроводной связи, в частности, является простой и недорогой, так как не требует дополнительных специальных аппаратных средств на базовых станциях или на большинстве терминалов (аппаратные средства и/или модификации программного обеспечения могут требоваться только на терминалах, действующих в качестве калибровочных терминалов).Thanks to the existence of some specific terminals equipped with a positioning system, it is possible to fully automate the calibration step, which includes the definition of a set of reference elements. In addition, the implementation of the geolocation method in a wireless communication system is particularly simple and inexpensive, since it does not require additional special hardware at base stations or at most terminals (hardware and/or software modifications may only be required at terminals operating as calibration terminals).
В конкретных вариантах осуществления значением, представляющим качество линии беспроводной связи, существующей между терминалом и базовой станцией, является уровень принимаемой мощности радиосигнала, которым обмениваются упомянутая базовая станция и упомянутый терминал.In particular embodiments, a value representing the quality of a wireless link existing between a terminal and a base station is the received power level of a radio signal exchanged between said base station and said terminal.
В конкретных вариантах осуществления линия беспроводной связи является каналом ультраузкополосной связи.In particular embodiments, the wireless link is an ultra-narrowband link.
Система ультраузкополосной беспроводной связи ("Ultra Narrow Band" или UNB в англосаксонской литературе), в частности, адаптируется к использованию устройств типа IoT. Конечно, она позволяет осуществлять связь с низкой битовой скоростью, большой дальностью и малым потреблением энергии (система типа LPWAN, на английском языке "Low Power Wide Area Network").The system of ultra-narrow band wireless communication ("Ultra Narrow Band" or UNB in Anglo-Saxon literature), in particular, is adapted to the use of IoT type devices. Of course, it allows communication with low bit rate, long range and low power consumption (LPWAN type system, in English "Low Power Wide Area Network").
В конкретных вариантах осуществления оценка географического положения интересующего терминала на основе радиосигнатуры упомянутого интересующего терминала и модифицированного набора опорных элементов выполняется, используя классификационный алгоритм машинного обучения, основанный на способе деревьев решений.In particular embodiments, the estimation of the geographic location of a terminal of interest based on the radio signature of said terminal of interest and a modified set of reference elements is performed using a decision tree based machine learning classification algorithm.
В соответствии со вторым подходом, представленное изобретение относится к системе беспроводной связи, содержащей терминалы и сеть доступа, содержащую базовые станции и сервер, соединенный с упомянутыми базовыми станциями. Упомянутая система содержит базу данных, запоминающую набор опорных элементов, сформированный на основе сообщений, передаваемых терминалами, называемыми “калибровочными терминалами”, и принимаемых по меньшей мере одной базовой станцией. Каждый опорный элемент содержит радиосигнатуру, связанную с географическим положением калибровочного терминала в момент, когда передается сообщение. Упомянутая радиосигнатура содержит значения, представляющие качества линий беспроводной связи, существующих между упомянутым калибровочным терминалом и базовыми станциями. Кроме того, сеть доступа выполнена с возможностью:In accordance with the second approach, the present invention relates to a wireless communication system containing terminals and an access network containing base stations and a server connected to said base stations. Said system comprises a database storing a set of reference elements formed on the basis of messages transmitted by terminals, called “calibration terminals”, and received by at least one base station. Each reference element contains a radio signature associated with the geographic location of the calibration terminal at the time the message is transmitted. Said radio signature contains values representing the qualities of wireless links existing between said calibration terminal and base stations. In addition, the access network is configured to:
- измерения значений, представляющих качество линий беспроводной связи, существующих между базовыми станциями и терминалом, географическое положение которого должно быть оценено, называемым "интересующий терминал",- measuring values representing the quality of the wireless links existing between the base stations and the terminal whose geographic location is to be estimated, called the "terminal of interest",
- формируют радиосигнатуру, соответствующую всем значениям, измеренным для упомянутого интересующего терминала,- generating a radio signature corresponding to all the values measured for said terminal of interest,
- идентифицируют конкретные географические положения, называемые "интересующими точками", основываясь на наборе опорных элементов,- identify specific geographic locations, called "points of interest", based on a set of reference elements,
- модифицируют набор опорных элементов на основе идентифицированных интересующих точек,- modifying the set of reference elements based on the identified points of interest,
- оценивают географическое положение интересующего терминала на основе радиосигнатуры интересующего терминала и модифицированного набора опорных элементов.- estimate the geographic location of the terminal of interest based on the radio signature of the terminal of interest and the modified set of reference elements.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Изобретение станет более понятным после прочтения нижеследующего описания, представленного в качестве примера, который никоим образом не создает ограничений, и созданного со ссылкой на фиг. 1-14, на которых:The invention will become better understood upon reading the following description, given by way of example, which is not intended to be limiting in any way, and created with reference to FIG. 1-14, on which:
фиг. 1 - система беспроводной связи, содержащая калибровочное устройство;fig. 1 - a wireless communication system containing a calibration device;
фиг. 2 - основные этапы традиционного способа геолокации терминала системы беспроводной связи;fig. 2 shows the main steps of the conventional method for geolocation of a terminal of a wireless communication system;
фиг. 3 - основные этапы способа геолокации, соответствующего изобретению;fig. 3 shows the main steps of the geolocation method according to the invention;
фиг. 4 - предпочтительный вариант осуществления, в котором калибровочное устройство является терминалом, снабженным системой позиционирования;fig. 4 shows a preferred embodiment in which the calibration device is a terminal equipped with a positioning system;
фиг. 5 - основные этапы предпочтительного варианта осуществления стадии калибровки способа геолокации;fig. 5 shows the main steps of the preferred embodiment of the geolocation method calibration step;
фиг. 6 - основные этапы предпочтительного варианта осуществления стадии поиска способа геолокации;fig. 6 shows the main steps of the preferred embodiment of the geolocation method search step;
фиг. 7 - основные этапы первого конкретного варианта осуществления этапа идентификации интересующих точек;fig. 7 shows the main steps of the first specific embodiment of the point of interest identification step;
фиг. 8 - первый конкретный вариант осуществления этапа идентификации интересующих точек;fig. 8 is a first specific embodiment of the step of identifying points of interest;
фиг. 9 - основные этапы второго конкретного варианта осуществления этапа идентификации интересующих точек;fig. 9 shows the main steps of a second specific embodiment of the point of interest identification step;
фиг. 10 - второй конкретный вариант осуществления этапа идентификации интересующих точек;fig. 10 is a second specific embodiment of the step of identifying points of interest;
фиг. 11 - основные этапы первого конкретного варианта осуществления этапа модификации опорного набора;fig. 11 shows the main steps of the first specific embodiment of the base set modification step;
фиг. 12 - основные этапы второго конкретного варианта осуществления этапа модификации опорного набора;fig. 12 shows the main steps of a second specific embodiment of the base set modification step;
фиг. 13 - графики распределения ошибки определения расстояния для традиционного способа геолокации;fig. 13 are graphs of the distance error distribution for the conventional geolocation method;
фиг. 14 - графики распределения ошибки определения расстояния для способа геолокации, соответствующего изобретению.fig. 14 are graphs of the distance error distribution for the geolocation method according to the invention.
На представленных чертежах идентичные ссылки на разных чертежах обозначают идентичные или аналогичные элементы. В целях ясности элементы не обязательно показываются в масштабе, если не упомянуто что-либо иное.In the drawings, like references throughout the drawings refer to the same or like elements. For purposes of clarity, elements are not necessarily shown to scale unless otherwise noted.
Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments
Как указано выше, представленное изобретение направлено на оценку географического положения терминала, называемого "интересующий терминал", в системе беспроводной связи, используя способ обучения, основанный на информации, представляющей качество линий беспроводной связи, существующих между упомянутым терминалом и базовыми станциями упомянутой системы беспроводной связи.As stated above, the present invention is directed to estimating the geographic location of a terminal, referred to as a "terminal of interest", in a wireless communication system using a learning method based on information representing the quality of wireless links existing between said terminal and base stations of said wireless communication system.
На фиг. 1 схематично представлена система 60 беспроводной связи, содержащая множество терминалов 70 и сеть 80 доступа, содержащую множество подключенных базовых станций 81 и сервер 82, соединенный с упомянутыми базовыми станциями 81. В такой системе 60 связь обычно может быть двунаправленной, то есть, данные могут передаваться от сети 80 доступа к терминалу 70 по нисходящей линии беспроводной связи или от терминала 70 к сети 80 доступа по восходящей линии беспроводной связи. Таким образом, измерение качества линии беспроводной связи, существующей между терминалом 70 и базовой станцией 81 сети 80 доступа, может выполняться, например, одним или другим из этих объектов.In FIG. 1 is a schematic representation of a
Таким образом, в систему 60 беспроводной связи можно ввести одно или более калибровочных устройств 71, приспособленных к точному определению текущего географического положения, например, с помощью системы позиционирования, такой как GPS-приемник. Это калибровочное устройство 71 дополнительно имеет средства, выполненные с возможностью разрешения измерения значения, представляющего качество линии беспроводной связи, существующей между ним и базовыми станциями 81 сети 80 доступа. Как указано выше, это измерение может выполняться, например, самим калибровочным устройством 71 на нисходящей линии связи или базовой станцией 81 сети 80 доступа на восходящей линии связи. Если измерение выполняется калибровочным устройством 71 на нисходящей линии связи, это измерение может быть сделано, например, на радиосигналах, предназначенных для терминалов 70 системы, отличных от калибровочного устройства 71.Thus, one or
Значения, представляющие качество линии беспроводной связи, существующей между терминалом 70 или калибровочным устройством 71 и базовой станцией 81, могут передаваться серверу 82, чтобы он реализовал определенные этапы способа геолокации.Values representing the quality of the wireless link existing between the terminal 70 or
На фиг. 2 показаны две основных стадии способа 10 геолокации интересующего терминала 70 системы 60 беспроводной связи, основанного на способе обучения.In FIG. 2 shows the two main steps of a
Первая стадия 20 калибровки содержит:The
- этап 22 определения радиосигнатур, соответственно связанных с известными географическими положениями, причем каждая радиосигнатура соответствует набору значений, представляющих качество линий беспроводной связи, существующих между калибровочным устройством 71, географическому положению, которое известно, и множеству базовых станций 81 сети доступа 80 системы 60 беспроводной связи, и- a
- этап 24, на котором в наборе 26 опорных элементов сохраняют каждую радиосигнатуру и связанное с ней географическое положение калибровочного устройства 71.-
В остальной части описания "географическое положение" означает набор из двух координат, соответствующих широте и долготе, соответственно. Следует заметить, что возможны альтернативы определения географического положения. Например, может учитываться также третья координата, соответствующая высоте относительно среднего уровня моря.In the rest of the description, "geographic location" means a set of two coordinates corresponding to latitude and longitude, respectively. It should be noted that alternatives to determining geographic location are possible. For example, a third coordinate corresponding to the height relative to mean sea level may also be taken into account.
Короче говоря, эта стадия 20 калибровки содержит создание своего рода радиокарты рассматриваемой географической зоны.In short, this
Затем стадия 40 поиска содержит этапы, на которых:The
- на этапе 42 определяют радиосигнатуру упомянутого интересующего терминала 70, расположенного в географическом положении, подлежащем оценке,- at
- на этапе 44 оценивают географическое положение упомянутого интересующего терминала 70 на основе определенной радиосигнатуры и набора 26 опорных элементов, собранного во время стадии 20 калибровки.- in
Способ 10 геолокации, соответствующий изобретению, вводит дополнительную стадию 30, называемую "стадией 30 оптимизации", которая имеет целью очистку набора 26 опорных элементов (то есть, удаление нежелательных опорных элементов) и/или его обогащение (то есть, добавление информации к хранящимся опорным элементам), чтобы улучшить оценку 44 географического положения опорного терминала 70.The
Эта стадия 30 оптимизации основана на идее, что терминалы 70 могут иметь тенденцию проходить через определенные географические положения сходимости терминалов 70 системы 60 (это означает географические положения, через которые имеют тенденцию проходить большое количество терминалов 70). В таких определенных географических положениях количество сообщений, передаваемых терминалами 70, таким образом, в среднем больше, чем в любом другом месте. В некоторых случаях терминалы 70 могут также предпочтительно занимать конечный набор определенных географических положений (другими словами, в заданное время терминал 70 может статистически иметь повышенную вероятность расположения в одном из этих определенных географических положений, чем в другом месте). В описании "интересующая точка" относится к такому конкретному географическому положению.This
Такая ситуация наблюдается, например, в случае транспортирования товаров, перемещающихся со склада на склад со временем перемещения, относительно более коротким, чем время, проводимое на складе. Например, можно снабдить грузовые поддоны, используемые для транспортирования товаров, терминалами 70 системы 60 беспроводной связи, чтобы иметь возможность осуществлять их геолокацию. Различные склады, на которых грузовые поддоны успешно хранятся, таким образом, соответствуют интересующим точкам способа 10 геолокации. Грузовик, транспортирующий упомянутые грузовые поддоны, может, например, нести на себе калибровочное устройство 71, позволяющее формировать набор 26 опорных элементов.This situation occurs, for example, in the case of transporting goods moving from warehouse to warehouse with a travel time relatively shorter than the time spent in the warehouse. For example, it is possible to provide pallets used for transporting goods with
Чтобы оценить географическое положение интересующего терминала 70, вместо того чтобы оценивать положение терминала 70 по всей географической зоне покрытия, способ 10 геолокации, соответствующий изобретению, оценивает положение интересующего терминала 70 в соответствии с идентифицированными интересующими точками. Другими словами, вместо того, чтобы использовать традиционный способ регрессии, который может требовать очень большого количества опорных элементов (и, таким образом, очень больших вычислительных мощностей и времени вычисления), чтобы получить разумную точность, способ 10 геолокации, соответствующий изобретению, использует классификационный алгоритм машинного обучения, который содержит, например, назначение интересующему терминалу 70 вероятности расположения в каждой из идентифицированных интересующих точек. Предполагаемое географическое положение интересующего терминала 70 может, таким образом, например, быть определено как географическое положение интересующей точки, в которой он имеет наибольшую вероятность расположения. В соответствии со значением возвращенной вероятности (например, если она меньше заданного порога), также можно определить, не располагается ли терминал 70 в интересующем месте (например, если это терминал 70, находящийся на грузовом поддоне, который движется между двумя складами).To estimate the geographic location of a terminal of
На фиг. 3 схематично показаны основные стадии способа 10 геолокации, соответствующего изобретению. Помимо стадии 20 калибровки и стадии 40 поиска, уже описанных со ссылкой на фиг. 2, способ 10 геолокации содержит стадию 30 оптимизации.In FIG. 3 schematically shows the main steps of the
Эта стадия 30 оптимизации содержит первый этап 32 идентификации интересующих точек, который на основе набора 26 опорных элементов, собранных во время стадии 20 калибровки, позволяет определить набор 35 интересующих точек. Этот этап будет описан подробно позже со ссылкой на фиг. 7-10.This
Затем, используя набор 35 идентифицированных интересующих точек, этап 34, модифицирующий набор 26 опорных элементов, обеспечивают модифицированный набор 36 опорных элементов, который, таким образом, используется на стадии 40 поиска, чтобы определить географическое положение интересующего терминала 70. Этот этап 34 изменения 34 будет позже описан подробно со ссылкой на фиг. 10 и 11.Then, using the set of identified points of
Конечно, предпочтительно идентифицировать интересующие точки и назначить большую важность опорным элементам, географическое положение которых близко к положению интересующей точки. Например, можно исключить опорные элементы, географическое положение которых удалено от интересующей точки на расстояние, большее, чем заданный порог. Кроме того, предпочтительно связать с каждым опорным элементом ближайшую интересующую точку или значение, представляющее расстояние, которое отделяет географическое положение упомянутого опорного элемента от каждой интересующей точки. Такие меры, конечно, позволять уменьшить "шум", формируемый элементами, которые не группируются вместе вблизи интересующих точек, в соотношении, которое алгоритм машинного обучения стремится установить между радиосигнатурой и интересующей точкой.Of course, it is preferable to identify points of interest and assign greater importance to datums whose geographic location is close to the position of the point of interest. For example, you can exclude datums that are geographically more distant from the point of interest than a specified threshold. Moreover, it is preferable to associate with each anchor element the nearest point of interest or a value representing the distance that separates the geographic location of said anchor element from each point of interest. Such measures, of course, allow to reduce the "noise" generated by elements that are not grouped together near the points of interest, in the ratio that the machine learning algorithm seeks to establish between the radio signature and the point of interest.
Здесь, "расстояние" означает расстояние, вычисленное традиционным способом между двумя географическими положениями, выраженными, используя долготу и широту. Таким образом, "расстояние между двумя опорными элементами" означает расстояние между географическими положениями упомянутых двух опорных элементов. То же самое применяется в описании повсеместно, если не упомянуто иное.Here, "distance" means a distance calculated in a traditional way between two geographic locations expressed using longitude and latitude. Thus, "distance between two anchors" means the distance between the geographic locations of said two anchors. The same applies throughout the description unless otherwise noted.
В остальной части описания, для примера и способом, не создающим ограничений, рассматривается случай ультраузкополосной системы 60 беспроводной связи. "Ультраузкополосная связь" ("Ultra Narrow Band" или UNB в англосаксонской литературе) означает, что мгновенный частотный спектр радиоэлектрических сигналов, передаваемых терминалами, имеет ширину полосы частот меньше двух килогерц или даже меньше одного килогерца. "Радиоэлектрическая" означает электромагнитную волну, распространяющуюся беспроводными средствами, частоты которой содержатся в традиционном спектре радиоэлектрических волн (от нескольких Герц до нескольких сотен Гигагерц). Такие системы UNB беспроводной связи, в частности, приспосабливаются к использованию устройств типа IoT или типа M2M (англосаксонское сокращение для "Machine to Machine", машина-машина).In the remainder of the description, by way of example and in a non-limiting manner, the case of an ultra-narrowband
В такой системе 60 беспроводной связи обмен данными, по существу, является однонаправленным, в данном случае по восходящей линии связи от терминалов 70 к сети доступа 80 упомянутой системы 60 беспроводной связи. Чтобы минимизировать риски потери сообщения, передаваемого терминалом 70, планирование сети 80 доступа часто выполняется таким образом, что заданная географическая зона одновременно перекрывается множеством базовых станций 81, так что сообщение, передаваемое терминалом 70, может быть принято множеством базовых станций 81.In such a
Каждая базовая станция 81 адаптируется к приему сообщений от терминалов 70, которые располагаются в пределах дальности ее действия. Каждое сообщение, принимаемое таким образом, например, передается серверу 82 сети 80 доступа, как вариант, в сопровождении другой информации, такой как идентификатор базовой станции 81, которая принимает его, значение, представляющее качество радиосигнала, несущего сообщение, центральная частота, на которой было принято сообщение, дата, когда было принято сообщение, и т.д. Сервер 82 обрабатывает, например, все сообщения, принятые от различных базовых станций 81. Сервер 82 может, в частности, использоваться для реализации способа 10 геолокации терминала 70 системы 60.Each
На фиг. 4 схематично показан предпочтительный вариант осуществления такой системы 60, в которой некоторые терминалы 72 системы 60 беспроводной связи, называемые "калибровочными терминалами 72", имеют систему позиционирования (например GPS-приемник), позволяющую с точностью получать географическое положение терминала 72 (например, когда последний располагается в месте, в котором он может принимать сигналы спутников упомянутой системы позиционирования). Эти калибровочные терминалы 72 действуют как калибровочные устройства 71, упомянутые выше, в дополнение к их каждодневным функциям в системе 60 беспроводной связи.In FIG. 4 schematically shows a preferred embodiment of such a
Следует заметить, что возможны и другие способы получения географического положения калибровочного терминала 72. Например, географическое положение калибровочного терминала 72 может быть определено на основе адреса MAC (сокращенное от "Medium Access Control", управление доступом к среде) точки доступа Wi-Fi, с которой соединяется упомянутый калибровочный терминал 72, если географическое положение упомянутой точки доступа известно. Выбор конкретного способа определения географического положения калибровочного терминала 72 является просто альтернативой реализации изобретения.It should be noted that other methods of obtaining the geographic location of the
На фиг. 5 показаны основные этапы предпочтительного варианта осуществления стадии 20 калибровки способа 10 геолокации.In FIG. 5 shows the main steps of a preferred embodiment of the
Для этой стадии 20 калибровки вместо того, чтобы преднамеренно двигаться через географическую зону, которая должна быть перекрыта специальным устройством, адаптированным к определению географического положения и измерению значения, представляющего качество линии беспроводной связи в этом положении, предпочтительно для выполнения этой роли использовать возможную мощность вычислительных средств некоторых терминалов системы и в этом случае это касается калибровочных терминалов 72.For this
Таким образом, первый этап стадии 20 калибровки содержит передачу 220 калибровочным терминалом 72 сообщения, содержащего текущее географическое положение, сети 80 доступа системы 60 беспроводной связи. Следует заметить, что это сообщение может передаваться независимо от способа 10 геолокации. Например, оно может быть традиционным сообщением для удаленного считывания информации, содержащей текущее географическое положение, и не иметь основной целью участие в стадии 20 калибровки способа 10 геолокации.Thus, the first step of the
Базовые станции 81 сети 80 доступа, которые принимают сигнал, содержащий упомянутое сообщение, таким образом, выполняют измерение 221 качества линии беспроводной связи, по которой было передано сообщение. В предпочтительном варианте осуществления и в остальной части описания в качестве примера, не создающего ограничений, значение, представляющее качество используемой линии беспроводной связи, является средним уровнем принимаемой базовой станцией 81 мощности (RSSI), выраженным, например, в децибелах, для сигнала, несущего упомянутое сообщение.The
Следует заметить, что могут использоваться и другие значения, представляющие качество линии беспроводной связи, например, такие как затухание сигнала, отношение сигнал-шум сигнала (SNR или "Signal on Noise Ratio" в англосаксонской литературе) или индикатор качества канала связи (CQI или "Channel Quality Indicator" на английском языке).It should be noted that other values representing the quality of a wireless link can be used, such as signal attenuation, signal-to-noise ratio (SNR or "Signal on Noise Ratio" in Anglo-Saxon literature), or link quality indicator (CQI or " Channel Quality Indicator" in English).
На этапе 222 формирования радиосигнатуры сервер 82, таким образом, собирает уровни RSSI, измеренные различными базовыми станциями 81, и вводит их в радиосигнатуру, определенную, таким образом, для калибровочного терминала 72. Для базовых станций 81, которые не принимали сообщение, например, потому что терминал 72 находится слишком далеко и не располагается в их зоне радиопокрытия, например, по умолчанию используется значение -160 дБ.In radio
Следует заметить, что для выбора базовых станций, учитываемых при формировании радиосигнатуры, возможно множество вариантов. Согласно первому примеру, традиционно рассматривают все базовые станции системы 60 беспроводной связи. Согласно другому примеру, можно ограничить количество базовых станций, чтобы учитывать, например, только ограниченную интересующую географическую зону.It should be noted that for the choice of base stations taken into account in the formation of the radio signature, many options are possible. According to the first example, conventionally, all base stations of the
Сервер 82, таким образом, выполняет извлечение 224 информации о географическом положении, содержащейся в сообщении, передаваемом калибровочным терминалом 72 (как напоминание, это сообщение было заранее передано серверу 82 базовыми станциями 81, которые его приняли).The
Наконец, пара фрагментов информации, образованной географическим положением калибровочного терминала 72 и сопутствующей радиосигнатурой, добавляется к набору 26 из опорных элементов, собранному во время стадии 20 калибровки. Этот этап, например, содержит сохранение 24 пары фрагментов информации, сформированной географическим положением и сопутствующей радиосигнатурой, в базе данных, запоминаемой в сервере 82.Finally, a pair of pieces of information, formed by the geographic location of the
В конкретных вариантах осуществления этапы стадии 20 калибровки, описанной выше, повторяются за заданное время, например, более чем за несколько дней, или даже за несколько недель или несколько месяцев, для калибровочных терминалов 72 системы 60 беспроводной связи, чтобы получить набор 26 опорных элементов, содержащий значительное количество фрагментов информации, то есть, точную карту зоны, подлежащей покрытию. В одной из альтернатив этапы стадии 20 калибровки повторяются до тех пор, пока в наборе 26 не будет получено заданное количество опорных элементов.In particular embodiments, the steps of the
В предпочтительном варианте осуществления набор 26 опорных элементов непрерывно обогащается новыми опорными элементами, поступающими от калибровочных терминалов 72. Такие меры позволяют, в частности, обнаруживать новые интересующие точки, которые могут появиться во времени, и/или забывать интересующие точки, которые стали устаревшими.In a preferred embodiment, the set of
Следует заметить, что точно так же, как интересующие терминалы 70, калибровочные терминалы 72 мобильны и могут, таким образом, обеспечивать опорные данные, соответствующие различным географическим положениям.It should be noted that just like the terminals of
В конкретных вариантах осуществления набор 26 опорных элементов также непрерывно обогащается элементами каждого соответствующего предполагаемому географическому положению интересующего терминала 70, связанными с радиосигнатурой упомянутого интересующего терминала 70.In particular embodiments, anchor element set 26 is also continuously enriched with elements of each geographically appropriate terminal of
Следует также заметить, что в соответствии с другими вариантами осуществления информация о текущем географическом положении калибровочного терминала 72 может передаваться системой связи, отличной от той, в которой выполняются измерения RSSI, позволяющие определить радиосигнатуру упомянутого калибровочного терминала 72. Например, текущее географическое положение калибровочного терминала 72 может быть передано серверу 82 через мобильную телефонную сеть типа GSM, UMTS или LTE, тогда как сообщение, для которого выполняются измерения RSSI, передается сети 80 доступа системы 60 беспроводной связи UNB. Для облегчения понимания, на сервере 82 возможна связь радиосигнатуры, определенной для калибровочного терминала 72 с его текущим географическим положением, например, с временной меткой сообщения, несущего информацию о текущем географическом положении, и сообщения, передаваемого системе беспроводной связи UNB.It should also be noted that, in accordance with other embodiments, information about the current geographic location of the
На фиг. 6 показаны основные этапы предпочтительного варианта осуществления стадии 40 поиска способа 10 геолокации.In FIG. 6 shows the main steps of the preferred embodiment of the
Эта стадия 40 поиска инициируется передачей 420 сообщения интересующего терминала 70 сети 80 доступа системы 60 беспроводной связи. Это сообщение может быть любым заданным сообщением, передаваемым независимо от способа 10 геолокации терминала. Например, это сообщение может передаваться для целей дистанционного считывания информации, которая не имеет никакого отношения к геолокации терминала 70. Альтернативно, это сообщение может передаваться намеренно с целью геолокации терминала 70. Во всех случаях, содержание сообщения не обязательно обладает важностью на стадии 40 поиска.This
Аналогично тому, что выполняется для стадии 20 калибровки, базовые станции 81 сети 80 доступа, которые приняли упомянутое сообщение, выполняют измерение 421 уровня RSSI сигнала, переносящего сообщение.Similar to what is performed for the
На этапе 422 формирования радиосигнатуры сервер 82, таким образом, собирает уровни RSSI, измеренные различными базовыми станциями 81, и включает их в радиосигнатуру, определенную, таким образом для интересующего терминала 70.In radio
Оценка 44 географического положения интересующего терминала 70, передавшего сообщение, таким образом, выполняется, с одной стороны, на основе набора 36 опорных элементов, модифицируемых на стадии 30 оптимизации, и, с другой стороны, на основе радиосигнатуры, определенной для интересующего терминала 70, географическое положение которого должно быть оценено.The
На фиг. 7 схематично показаны основные этапы первого конкретного варианта осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек. Этот этап 32 идентификации интересующих точек реализуется услугой 82 на стадии 30 оптимизации на основе набора 26 опорных элементов, собранного на стадии 20 калибровки.In FIG. 7 schematically shows the main steps of the first specific embodiment of
Первый этап соответствует делению 320 географической зоны, которая должна быть перекрыта, на множество ячеек, размеры которых определяются заранее. Это деление может соответствовать, например, делению географической зоны, которая должна быть покрыта, с помощью регулярной сетки, причем ячейки, таким образом, соответствуют одинаковым квадратам. В соответствии с другим примером, ячейки могут иметь круглую форму с заранее определенным фиксированным диаметром и частичным наложением каждой ячейки по меньшей мере на одну другую ячейку, чтобы перекрыть всю площадь географической зоны. Согласно еще одному примеру, ячейки могут иметь различные формы и/или размеры, определяемые, например, в соответствии с определенными фрагментами информации, известными до разделения терминалов 70 по географической зоне, которая должна быть перекрыта.The first step corresponds to dividing 320 the geographic area to be covered into a plurality of predetermined cells. This division may correspond, for example, to the division of the geographical area to be covered by means of a regular grid, the cells thus corresponding to the same squares. According to another example, the cells may be circular in shape with a predetermined fixed diameter and partially overlap each cell with at least one other cell to cover the entire area of a geographic area. According to another example, the cells may have various shapes and/or sizes, determined, for example, in accordance with certain pieces of information known prior to the division of the
Сервер 82 затем выполняет для каждой ячейки этап 322, на котором вычисляет количество NC опорных элементов, географические положения которых находятся внутри упомянутой ячейки.
Если для данной ячейки количество NC, вычисленное таким образом, больше или равен заданному порогу N1, то интересующая точка идентифицируется для упомянутой ячейки. Интересующая точка может, например, быть определена как являющаяся центром ячейки. В одной альтернативе интересующая точка может быть определена как среднее значение географических положений опорных элементов, расположенных в ячейке.If for a given cell the number N C thus calculated is greater than or equal to a predetermined threshold N 1 , then the point of interest is identified for said cell. The point of interest can, for example, be defined as being the center of a cell. In one alternative, the point of interest may be defined as the average of the geographic locations of the reference elements located in the cell.
Когда все ячейки учтены, этап 32 идентификации интересующих точек заканчивается. Набор 35 идентифицированных интересующих точек, таким образом, доступен и запоминается в сервере 82.When all cells are taken into account, the
На фиг. 8 показан первый конкретный вариант осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек, описанный со ссылкой на фиг. 7. Географическая зона 50 делится на сетку из 16 идентичных ячеек квадратной формы. Каждая ячейка идентифицируется парой "L-C", где L является буквой от А до D и C является цифрой от 1 до 4. Опорные элементы 51, полученные во время стадии 20 калибровки, показаны крестиками. Каждый крестик представляет географическое положение, связанное с опорным элементом 51, полученным в рассматриваемой географической зоне 50. В рассматриваемом примере:In FIG. 8 shows a first specific embodiment of the point of
- NC = 0 для ячеек A-1, D-1, C-2 и B-3, NC = 1 для ячеек C-1, D-2, A-3, C-4 и D-4,- N C = 0 for cells A-1, D-1, C-2 and B-3, N C = 1 for cells C-1, D-2, A-3, C-4 and D-4,
- NC = 2 для ячеек A-2, B-2, D-3 и B-4, NC = 5 для ячейки A-4,- N C = 2 for cells A-2, B-2, D-3 and B-4, N C = 5 for cell A-4,
- NC = 6 для ячейки C-3, и- N C = 6 for cell C-3, and
- NC = 7 для ячейки B-1.- N C = 7 for cell B-1.
В рассматриваемом примере порог N1 устанавливается равным 5 и интересующая точка 52 определяется как центр ячейки для который NC ≥ N1. Каждая интересующая точка 52, определенная таким образом, показана на фиг. 7 черной точкой. В рассматриваемом примере идентифицируются три интересующих точки 52. Они соответствуют центру ячеек B-1, C-3 и A-4, соответственно.In this example, the threshold N 1 is set to 5 and the point of
Этот первый конкретный вариант осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек является более или менее точным в соответствии с размерами ячеек. Например, на фиг.8 понятно, что центр ячейки C-3 находится относительно далеко от более вероятного положения интересующей точки, которое может быть расположено в нижней правой части ячейки, где располагается большинство опорных элементов 51, находящихся в упомянутой ячейке.This first particular embodiment of point of
На фиг. 9 схематично показаны основные этапы второго конкретного варианта осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек.In FIG. 9 schematically shows the main steps of a second specific embodiment of
Для этого второго конкретного варианта осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек операции выполняются на временном наборе 27 опорных элементов, который первоначально соответствует набору 26 опорных элементов, полученному на стадии 20 калибровки. Таким образом, набор 26 опорных элементов, полученный во время стадии 20 калибровки, не модифицируется в этом втором варианте осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек.For this second particular embodiment of point of
На первом этапе сервер 82 выполняет вычисление 321 расстояний, разделяющих два опорных элемента набора 27.In the first step, the
На втором этапе для каждого опорного элемента временного набора 27 опорных элементов сервер 82 выполняет на этапе 323 вычисление количества NV опорных элементов, называемых "соседними элементами", расстояние которых от рассматриваемого опорного элемента меньше или равно заданному порогу D1.In the second step, for each reference element of the temporary set of
Затем существует этап 325 определения количества NVmax, соответствующий наибольшему значению из ранее вычисленных количеств NV.There is then a
Если NVmax больше или равно заданному пороговому значению N2, сервер 82 затем выполняет этап 327 определения интересующей точки на основе опорного элемента, для которого количество соседей равно NVmax, называемому "интересующий элемент", затем этап 329 по исключению упомянутого интересующего элемента и его соседних элементов временного набора 27. Интересующая точка определяется, например, как среднее значение географических положений интересующего элемента и его соседних элементов. Согласно другому примеру, интересующая точка может быть определена просто как географическое положение интересующего элемента.If N Vmax is greater than or equal to the predetermined threshold value N 2 , the
Затем оценивается условие остановки. Пока упомянутое условие остановки не достигнуто, существует периодическое повторение, начинающееся с этапа 323 вычисления количества соседних элементов, остающихся во временном наборе 27.The stop condition is then evaluated. Until said stop condition is reached, there is periodic repetition starting at
Если количество NVmax, вычисленное на этапе 325, меньше, чем N2, то условие остановки оценивается непосредственно.If the number N Vmax calculated in
Условие остановки достигается, например, если было идентифицировано заданное количество интересующих точек или если количество NVmax становится меньше заданного порога или если во временном наборе 27 нет больше элементов. Когда условие остановки достигнуто, этап 32 идентификации интересующих точек заканчивается. Набор 35 идентифицированных интересующих точек, таким образом, доступен и запоминается в сервере 82.The stop condition is reached, for example, if a predetermined number of points of interest have been identified, or if the number N Vmax becomes less than a predetermined threshold, or if there are no more elements in the time set 27 . When the stop condition is reached, the point of
На фиг. 10 показан второй конкретный вариант осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек, описанный со ссылкой на фиг. 9.In FIG. 10 shows a second embodiment of the point of
На фиг. 10 показана географическая зона 50 и опорные элементы 51, идентичные показанным на фиг. 8. Окружности 530, 531, 532, показанные пунктирными линиями соответственно группируют вместе интересующие элементы 510, 511, 512 и их соседние элементы. В рассматриваемом примере первый интересующий элемент 512 определяется с 5 соседними элементами. Интересующая точка 522, таким образом, определяется как среднее значение географических положений упомянутого интересующего элемента 512 и его соседних элементов (расположенных внутри окружности 532). Затем, при повторении определяется второй интересующий элемент 511 с 4 соседними элементами. Таким образом определяется интересующая точка 521. Наконец, при третьем и последнем повторении на основе интересующего элемента 510, также имеющего 4 соседних элемента, определяется третья интересующая точка 520. Следует заметить, что в рассматриваемом примере, если множество элементов имеют одно и то же значение NVmax соседей, то выбор того или иного интересующего элемента является произвольным.In FIG. 10 shows a
В конкретных вариантах осуществления этап 32 идентификации интересующих точек, описанный со ссылкой на фиг. 7 и 9, может дополнительно содержать этап группирования и/или фильтрации идентифицированных интересующих точек. Например, если две интересующие точки располагаются на расстоянии, меньшем заданного порога, то они группируются в единую интересующую точку. Согласно другому примеру, если для заданной интересующей точки количество элементов набора 26 опорных элементов, расположенных на расстоянии от упомянутой интересующей точки, меньшем заданного расстояния, меньше заданного порога, то упомянутая интересующая точка исключается.In particular embodiments, the point of
В конкретных вариантах осуществления, вместо вычисления целого числа опорных элементов (например, на этапах 322 и 323) можно использовать значение, представляющее количество опорных элементов, вычисленное в соответствии с весовым коэффициентом, назначенным каждому опорному элементу, и представляющее время, прошедшее между моментом использования линий беспроводной связи (измеренные уровни RSSI которых используются для определения радиосигнатуры) и моментом, когда идентифицируются интересующие точки. Такие меры позволяют, в частности, способствовать недавним интересующим точкам, придавая большее значение (то есть, назначая больший весовой коэффициент) недавним опорным элементам, то есть, опорным элементам, соответствующим сообщениям, переданным недавно калибровочными терминалами 72. Например, весовой коэффициент может быть определен для опорного элемента в зависимости от времени:In specific embodiments, instead of calculating an integer number of datums (e.g., at
где:where:
A и σ - постоянные параметры,A and σ are constant parameters,
t - время, прошедшее с момента, когда принято сообщение, передаваемое калибровочным терминалом 72 и используемое для определения опорного элемента,t is the time elapsed since the received message transmitted by the
exp () - экспоненциальная математическая функция.exp() is an exponential math function.
При таком определении весового коэффициента, чем больше время, которое прошло после приема сообщения, которое использовалось для определения опорного элемента, тем меньше значение соответствующего весового коэффициента и, таким образом, меньше значение, придаваемое опорному элементу по сравнению с другими опорными элементами, для которых соответствующее сообщение было получено позже. Таким образом, возможно ускорить открытие новых интересующих точек и игнорировать устаревшие интересующие точки.With this definition of the weighting factor, the longer the time that has elapsed since the reception of the message that was used to determine the pivot, the smaller the value of the corresponding weighting factor and, thus, the less value given to the anchor compared to other anchors for which the corresponding the message was received later. Thus, it is possible to speed up the discovery of new POIs and ignore outdated POIs.
На фиг. 11 схематично показаны основные этапы первого конкретного варианта осуществления этапа 34 модификации набора 26 опорных элементов на основе набора 35 идентифицированных интересующих точек.In FIG. 11 schematically shows the main steps of a first specific embodiment of
В первом шаге сервер 82 выполняет для каждого элемента набора 26 опорных элементов вычисление 340 самого малого расстояния Dmin между упомянутым опорным элементом и интересующей точкой набора 35 идентифицированных интересующих точек.In the first step, the
Если это расстояние Dmin меньше или равно заданному порогу D2, то тогда сервер 82 осуществляет связь 342 между интересующей точкой, соответствующей расстоянию Dmin, и опорным элементом. Другими словами, опорный элемент обогащается уникальным идентификатором или меткой интересующей точки. Опорный элемент, обогащенный таким образом, содержит радиосигнатуру, географическое положение и метку, соответствующую интересующей точке, с которой она связана.If this distance D min is less than or equal to a predetermined threshold D 2 , then the
Если, однако, Dmin> D2, то сервер 82 на этапе 344 выполняет исключение опорного элемента.If, however, D min > D 2 , then
Когда все опорные элементы учтены, этап 34 модификации заканчивается и модифицированный набор 36 опорных элементов, таким образом, доступен. Этот набор 36 содержит только опорные элементы, которые смогли быть связаны с интересующей точкой, то есть, опорные элементы, достаточно близкие к интересующей точке. Набор 36 содержит для каждой интересующей точки определенное количество связанных радиосигнатур.When all the anchor elements have been accounted for, the
На фиг. 12 схематично показаны основные этапы второго конкретного варианта осуществления этапа 34 модификации набора 26 опорных элементов на основе набора 35 идентифицированных интересующих точек.In FIG. 12 schematically shows the main steps of a second specific embodiment of
Сервер 82, таким образом, на этапе 343 выполняет связь значений вероятности, вычисленной таким образом, с опорным элементом. Другими словами, опорный элемент обогащается набором значений, причем каждое значение представляет вероятность связи с интересующей точкой. Опорный элемент, обогащенный таким образом, содержит радиосигнатуру, географическое положение и значение вероятности для каждой идентифицированной интересующей точки.The
Когда все опорные элементы были учтены, этап 34 модификации заканчивается и модифицированный набор 36 опорных элементов становится, таким образом, доступен. Набор 36, таким образом, содержит для каждой радиосигнатуры опорного элемента вероятность связи с идентифицированной интересующей точкой.When all reference elements have been taken into account, the
На стадии 40 поиска оценка 44 географического положения интересующего терминала 70 выполняется, например, используя стандартный классификационный алгоритм машинного обучения типа "дерева решений". Тот факт, что опорные элементы, присутствующие в наборе 36, были обогащены, действительно позволяет преобразовывать проблему, обычно ищущую решение в форме регрессии, в проблему классификации. Действительно, во время стадии 30 оптимизации каждому интересующему пункту присваивается метка и радиосигнатура, связанная с каждым опорным элементом, "классифицируется" в соответствии с вероятностью принадлежности к определенной метке. Во время стадии 40 поиска, на основе радиосигнатуры интересующего терминала 70 и используя опорные элементы, присутствующие в модифицированном наборе 36, классификационный алгоритм, таким образом, способен обеспечивать вероятность упомянутой радиосигнатуры, принадлежащей определенной метке. Географическое положение интересующего терминала 70, таким образом, обычно оценивается как географическое положение интересующей точки, соответствующей метке с наибольшим значением вероятности. Если наибольшее значение вероятности меньше заданного порога, также можно прийти к заключению, что интересующий терминал 70 не располагается ни в одной из идентифицированных интересующих точек (и в таком случае интересующий терминал 70, вероятно находится на переходе между двумя интересующими точками).In the
Множество моделирований показывают, что тот факт, что набор 26 опорных элементов был обогащен и/или очищен на стадии 30 оптимизации, дает классификационному алгоритму заметный выигрыш по точности. Результаты этих моделирований показаны на фиг. 13 и 14.Numerous simulations show that the fact that the pivot set 26 was enriched and/or refined in the
Для выполнения этих моделирований во время стадии 20 калибровки собирают набор 26 опорного элемента, который используется для каждого моделирования. Кроме того, доступны элементы, называемые "тестовыми элементами", отличающиеся от опорных элементов. Каждый тестовый элемент содержит радиосигнатуру и известное географическое положение. Для каждого тестового элемента оценивается географическое положение и вычисляется ошибка определения расстояния, соответствующая расстоянию между предполагаемым географическим положением и известным географическим положением. На графиках, таким образом, представлены кривые 90-96, представляющие распределение ошибки определения расстояния для всех тестовых элементов или только для выборки тестовых элементов.To perform these simulations, a reference element set 26 is assembled during the
При этих моделированиях используются 200 000 опорных элементов и 200 000 тестовых элементов. Размер рассматриваемой географической зоны соответствует приблизительно размеру такой большой страны, как Франция.These simulations use 200,000 reference elements and 200,000 test elements. The size of the geographical area under consideration corresponds approximately to the size of a large country like France.
Для моделирований, результаты которых показаны в фиг. 13, используется традиционный способ геолокации, основанный на регрессивном алгоритме машинного обучения. Географическое положение оценивается алгоритмом для каждого тестового элемента на основе радиосигнатуры упомянутого тестового элемента и набора 26 опорных элементов, полученного во время стадии 20 калибровки.For the simulations whose results are shown in FIG. 13, a traditional geolocation method based on a regressive machine learning algorithm is used. The geographic location is estimated by the algorithm for each test element based on the radio signature of said test element and the reference element set 26 obtained during the
График 90 показывает распределение ошибки определения расстояния для всех доступных тестовых элементов.
Что касается графика 91, то он показывает распределение ошибки определения расстояния для выборки, соответствующей тестовым элементы, достаточно близким к идентифицированным интересующим точкам. В рассматриваемом примере интересующие точки идентифицируются на основе набора 26 опорных элементов, используя второй конкретный вариант осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек, как описано со ссылкой на фиг. 9, и тестовый элемент считается достаточно близким к интересующей точке, если наименьшее расстояние (Dmin) между известным географическим положением упомянутого тестового элемента и идентифицированной интересующей точкой меньше или равно порогу (D2). Для этих моделирований значение D2 устанавливается равным 250 метров.With respect to plot 91, it shows the distribution of the distance error for a sample corresponding to test items sufficiently close to the identified points of interest. In the present example, points of interest are identified based on the reference element set 26 using a second embodiment of the point of
Таким образом, из фиг. 13 понятно, что регрессивный алгоритм более точен, когда он оценивает географическое положение интересующего терминала 70, расположенного вблизи одной из идентифицированных интересующих точек. Интуитивно это объясняется тем фактом, что алгоритм обучения имеет лучшее знание соотношения, существующего между радиосигнатурой и географическим положением для элементов, близких к интересующей точке, поскольку в наборе 26 географическая плотность опорных элементов более близка к интересующим точкам. Точность регрессивного алгоритма, однако, неудовлетворительна, например, ошибка расстояния составляет меньше 0,5 км только приблизительно в 50% случаев.Thus, from FIG. 13, it is clear that the regression algorithm is more accurate when it estimates the geographic location of a terminal of
На фиг. 14 показаны результаты, полученные способом 10 геолокации, соответствующим изобретению. Классификационный алгоритм машинного обучения используется для стадии 40 поиска и использует набор 36 опорных элементов, модифицированный на стадии 30 оптимизации. В рассматриваемом примере стадия 30 оптимизации содержит этап 32 идентификации интересующих точек в соответствии с конкретным вариантом осуществления, описанным со ссылкой на фиг. 9, и этап 34 модификации набора 26 опорных элементов в соответствии с конкретным вариантом осуществления, описанным со ссылкой на фиг. 11. Классификационный алгоритм, таким образом, обеспечивает для рассматриваемого тестового элемента значение вероятности для упомянутого тестового элемента, связанного с идентифицированной интересующей точкой. Предполагаемое географическое положение тестового элемента, таким образом, определяется как географическое положение интересующей точки, для которой упомянутое значение вероятности является наибольшим. Для этих моделирований значение D1 также устанавливается равным 250 метров и пороговое значение N2 устанавливается равным 300.In FIG. 14 shows the results obtained by the
График 92 показывает распределение ошибки определения расстояния для всех тестовых доступных элементов. В этом случае ошибка определения расстояния составляет меньше 0,5 км приблизительно в 70% случаев.
График 93 показывает распределение ошибки определения расстояния для выборки тестовых элементов, использованной для графика 91, соответствующей рассматриваемым тестовым элементам, которые должны быть достаточно близко к идентифицированным интересующим точкам (расстояние до интересующей точки меньше или равно порогу D2). Для этой выборки ошибка определения расстояния составляет менее 0,5 км приблизительно в 90% случаев.
График 94 показывает распределение ошибки определения расстояния для выборки тестовых элементов, для которых наибольшее значение вероятности, связанное с интересующей точкой, больше или равно 0,9. Для этой выборки ошибка определения расстояния составляет меньше 0,5 км приблизительно в 87% случаев. Эта выборка группирует вместе 56% тестовых элементов. В этом случае 32% тестовых элементов, рассматриваемых как находящиеся вблизи интересующей точки (расстояние, меньшее или равное порогу D2), были "ошибочно" удалены из выборки.
График 95 показывает распределение ошибки определения расстояния для выборки тестовых элементов, для которых наибольшее значение вероятности, связанное с интересующей точкой, больше или равно 0,7. Для этой выборки ошибка определения расстояния составляет меньше 0,5 км приблизительно в 82% случаев. Эта выборка группирует вместе 76% тестовых элементов. В этом случае 15% тестовых элементов, которые считаются близкими к интересующей точке (расстояние до интересующей точки меньше или равно порогу D2), были "ошибочно" удалены из выборки.
График 96 показывает распределение ошибки определения расстояния для выборки тестовых элементов, для которых наибольшее значение вероятности, связанное с интересующей точкой, больше или равно 0,4. Для этой выборки ошибка определения расстояния составляет меньше 0,5 км приблизительно в 73% случаев. Эта выборка группирует вместе 96% тестовых элементов. В этом случае, 1,5% тестовых элементов, которые, как полагают, близки к интересующей точке (расстояние до интересующей точки меньше или равно порогу D2), были "ошибочно" удалены из выборки.
В различных случаях, представленных графиками 92-96, ошибка определения расстояния составляет меньше 0,2 км приблизительно в 50% случаев.In the various cases shown in graphs 92-96, the distance error is less than 0.2 km in about 50% of the cases.
Таким образом, ясно, что способ 10 геолокации, соответствующий изобретению, результаты которого показаны на графиках 92-96 на фиг. 14, явно более точен, чем традиционный способ 10 геолокации, результаты которого поясняются графиками 90 и 91 на фиг. 13.Thus, it is clear that the
Результаты на фиг. 14 показывают, что с помощью способа 10 геолокации, соответствующего изобретению, можно с хорошей точностью оценить географическое положение интересующего терминала 70, расположенного вблизи интересующей точки. Также возможно определить, имеет ли интересующий терминал 70 высокую вероятность пребывания в пути между двумя интересующими точками (например, если наибольшее значение возвращенной вероятности, меньше заданного порога).The results in FIG. 14 show that with the
Пороговое значение вероятности позволяет определить, может ли положение интересующего терминала 70 быть связано с положением интересующей точки или, если напротив, следует считать, что упомянутый интересующий терминал 70 находится в пути между интересующими точками. Это пороговое значение вероятности может быть определено, например, в соответствии с кривой, соединяющей качество прогноза и доверительную вероятность этого прогноза (например, на основе точки перегиба или индекса Юдена для кривой ROC (сокращение для "Receiver Operating Characteristic", рабочая характеристика приемника). В соответствии с другим примером, оно может быть выбрано произвольным способом в соответствии с ограничениями, связанными с областью использования. Например, если необходимо наличие очень высокой точности геолокации интересующего терминала 70, при риске отсутствия способности оценить положение значительного количества интересующих терминалов 70, должно быть назначено пороговое значение с высокой вероятностью, например, значение 0,9, как в примере, показанном на графике 94. Если напротив, необходимо иметь возможность геолокации значительной доли интересующих терминалов 70, рискуя тем, что понизится точность геолокации, то должно быть назначено более низкое пороговое значение вероятности, например, значение 0,4, как в примере, показанном на графике 95. Для рассматриваемого примера, а именно, способа геолокации грузовых поддонов товаров на значительной площади географической поверхности, соответствующей, например, стране или континенту, пороговое значение вероятности приблизительно 0,7 представляется хорошим компромиссом.The probability threshold allows you to determine whether the position of the terminal of
Представленное выше описание ясно показывает, что благодаря его различным признакам и преимуществам, данное изобретение достигает поставленных целей и также обеспечивает дополнительные преимущества.The above description clearly shows that due to its various features and advantages, the present invention achieves its intended objectives and also provides additional advantages.
В частности, способ 10 геолокации, соответствующий изобретению, значительно улучшает характеристики с точки зрения точности относительно стандартных способов геолокации, основанных на способах обучения. Этот выигрыш по точности имеет место, в частности, благодаря стадии 30 оптимизации, которая позволяет усилить взаимосвязь между радиосигнатурой и географическим положением, используя преимущество существования интересующих точек, в которых вероятность присутствия терминалов 70, 72 больше, чем в другом месте. Стадия 30 оптимизации также позволяет исключать несопоставимые элементы, которые не соответствуют интересующей точке и которые способствуют формированию "шума", ограничивающего характеристики алгоритма обучения.In particular, the
Кроме того, устранение несопоставимых элементов способствует сокращению количества опорных элементов, используемых алгоритмом обучения, и, таким образом, снижению его сложности, что преобразуется в выигрыш с точки зрения времени вычисления и мощности вычислительных средств.In addition, the elimination of disparate elements helps to reduce the number of pivots used by the learning algorithm, and thus reduce its complexity, which translates into a gain in terms of computation time and computing power.
Кроме того, исключение несопоставимых элементов может способствовать уменьшению размера радиосигнатуры (то есть, количества измерений RSSI радиосигнатуры), рассматривая только базовые станции, которые располагаются около интересующих точек, что способствует еще большему снижению сложности алгоритма обучения.In addition, the exclusion of disparate elements can help to reduce the size of the radio signature (ie, the number of RSSI measurements of the radio signature) by considering only base stations that are located near the points of interest, further reducing the complexity of the training algorithm.
Тот факт, что список интересующих точек для терминалов 70, 72 системы 60 известен, может также, по сути, представлять интерес, например, чтобы знать список складов, используемых при транспортировании товаров. Другое преимущество основано на возможности назначения весового коэффициента каждому опорному элементу в соответствии со временем, которое проходит с момента, когда сообщение было передано калибровочным терминалом 72, чтобы обогатить набор 26 опорных элементов. Конечно, это позволяет ускорить открытие новых интересующих точек и способствует забыванию относительно старых интересующих точек.The fact that the list of points of interest for the
Таким образом, принятие в системе 60 беспроводной связи такого способа 10 геолокации, как тот, который был описан в качестве примера, не является особенно дорогостоящим. Действительно, способ не требует применения дополнительных специальных аппаратных средств на множестве терминалов 70 или базовых станциях 81 и при наличии нескольких специальных терминалов 72, оборудованных системой позиционирования в системе 60, способ позволяет полностью автоматизировать стадию 20 калибровки.Thus, adopting a
В целом, следует заметить, что рассмотренные выше варианты осуществления были описаны в виде примеров, не создающих ограничений, и что, следовательно, возможны другие альтернативы.In general, it should be noted that the embodiments discussed above have been described by way of non-limiting examples, and that other alternatives are therefore possible.
В частности, варианты осуществления этапа 32 идентификации интересующих точек и этапа 34 модификации набора 26 опорных элементов были приведены в качестве примера и в качестве альтернатив изобретения возможны и другие способы.In particular, embodiments of
Изобретение было описано для ультраузкополосной системы 60 беспроводной связи, адаптированный для использования устройств типа IoT, но ничто не препятствует реализации способа 10 геолокации, соответствующего изобретению, для других типов систем связи, например, таких как сотовые сети GSM, UMTS, LTE, Wi-Fi и т.д.The invention has been described for an ultra-narrowband
Измерения, представляющие уровень качества линии беспроводной связи, используемой для формирования радиосигнатуры, могут выполняться базовыми станциями на восходящей линии беспроводной связи, а также терминалами на нисходящей линии беспроводной связи. Результаты измерений передаются, например, серверу, который затем выполняет другие этапы способа геолокации. В соответствии с другими примерами, измерения, представляющие уровень качества линии беспроводной связи, могут выполняться непосредственно сервером на основе информации, принимаемой от терминалов и/или от базовых станций.Measurements representing the quality level of the wireless link used to generate the radio signature may be performed by base stations on the uplink of the wireless link as well as by terminals on the downlink of the wireless link. The results of the measurements are transmitted, for example, to a server, which then performs the other steps of the geolocation method. According to other examples, measurements representing the quality level of a wireless link may be performed directly by the server based on information received from terminals and/or base stations.
Как указано выше, значение, представляющее качество линии беспроводной связи, может отличаться от уровня RSSI. Это может быть, например, уровень затухания сигнала, отношение сигнал-шум или другой показатель качества радиоканала.As stated above, the value representing the quality of the wireless link may be different from the RSSI level. This can be, for example, the level of signal attenuation, signal-to-noise ratio or another indicator of the quality of the radio channel.
В рассматриваемом примере опорный элемент соответствует географическому положению, полученному GPS-приемником калибровочного терминала 72, связанного с радиосигнатурой упомянутого калибровочного терминала 72 в упомянутом географическом положении. В конкретных вариантах осуществления набор 26 опорных элементов может далее непрерывно обогащаться опорными элементами, каждый из которых соответствует географическому положению интересующего терминала 70, оцененному на стадии поиска и связанному с радиосигнатурой упомянутого интересующего терминала 70, расположенного в этом положении.In this example, the reference element corresponds to the geographic location obtained by the GPS receiver of the
Возможны, однако, и другие способы определения набора 26 опорных элементов. Например, географическое положение калибровочного терминала 72 может оцениваться на стадии калибровки традиционным способом геолокации, основанным на регрессивном алгоритме машинного обучения. В соответствии с другим примером, географическое положение калибровочного терминала 72 может быть оценено на стадии калибровки, используя другой способ геолокации, например, способ типа TDOA (сокращение "Time Difference Of Arrival", разницы во времени прибытия), основанный на результатах измерений времени распространения сигнала при обмене между терминалом и различными базовыми станциями.However, other ways of defining the set of 26 support elements are also possible. For example, the geographic location of the
На стадии поиска различные классификационные алгоритмы машинного обучения могут использоваться, чтобы оценить географическое положение интересующего терминала 70 на основе его радиосигнатуры и модифицированного набора 36 опорных элементов. Тот факт, что используется тот или другой из этих алгоритмов, просто констатирует альтернативный вариант осуществления изобретения.During the search stage, various classification machine learning algorithms may be used to estimate the geographic location of the terminal 70 of interest based on its radio signature and the modified reference element set 36 . The fact that one or the other of these algorithms is used merely states an alternative embodiment of the invention.
Изобретение было описано, рассматривая область транспортирования товаров. Ничто, однако, не исключает рассмотрение других областей использования способа 10 геолокации, соответствующего изобретению, в конкретных областях, в которые терминалы, пригодные для геолокации, способны предпочтительно занимать определенные географические положения или проходить через определенные географические положения, через которые имеют тенденцию проходить большое количество терминалов 70 системы 60 (геолокация багажа в аэропортах, геолокация пакетов и т.д.).The invention has been described considering the field of transporting goods. Nothing, however, precludes consideration of other areas of use of the
В описанном примере интересующие точки идентифицируются динамически на основе опорных элементов, обеспечиваемых калибровочным терминалом 72. Ничто, однако, не препятствует, чтобы в конкретных вариантах осуществления все или часть интересующих точек были известны априорно и радиосигнатуры, связанные с этими интересующими точками, определялись, используя калибровочные устройства 71, которые могут преднамеренно перемещаться в упомянутые интересующие точки, известные заранее.In the example described, the points of interest are dynamically identified based on the references provided by the
Claims (45)
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR1761431 | 2017-11-30 | ||
FR1761431A FR3074305B1 (en) | 2017-11-30 | 2017-11-30 | GEOLOCATION METHOD AND SYSTEM OF A TERMINAL OCCUPYING PARTICULAR GEOGRAPHICAL POSITIONS |
PCT/EP2018/083089 WO2019106128A1 (en) | 2017-11-30 | 2018-11-30 | Method and system for geolocating a terminal occupying particular geographical positions |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2020121525A RU2020121525A (en) | 2021-12-30 |
RU2020121525A3 RU2020121525A3 (en) | 2022-04-21 |
RU2774300C2 true RU2774300C2 (en) | 2022-06-17 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110087431A1 (en) * | 2009-10-12 | 2011-04-14 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for identification of points of interest within a predefined area |
WO2012080787A1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Nokia Corporation | Identification of points of interest and positioning based on points of interest |
EP2755431A2 (en) * | 2012-12-18 | 2014-07-16 | Jdsu Uk Limited | Mobile geolocation |
RU2604725C2 (en) * | 2014-12-25 | 2016-12-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Яндекс" | System and method for generating information on plurality of points of interest |
CN106323266A (en) * | 2015-06-15 | 2017-01-11 | 北京四维图新科技股份有限公司 | POI position information processing method and device |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110087431A1 (en) * | 2009-10-12 | 2011-04-14 | Qualcomm Incorporated | Method and apparatus for identification of points of interest within a predefined area |
WO2012080787A1 (en) * | 2010-12-17 | 2012-06-21 | Nokia Corporation | Identification of points of interest and positioning based on points of interest |
EP2755431A2 (en) * | 2012-12-18 | 2014-07-16 | Jdsu Uk Limited | Mobile geolocation |
RU2604725C2 (en) * | 2014-12-25 | 2016-12-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Яндекс" | System and method for generating information on plurality of points of interest |
CN106323266A (en) * | 2015-06-15 | 2017-01-11 | 北京四维图新科技股份有限公司 | POI position information processing method and device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7108626B2 (en) | Method and system for locating a terminal in a wireless communication system | |
US11588562B2 (en) | Systems, methods, and devices for electronic spectrum management | |
US9357521B2 (en) | Determining an estimated location of a base station | |
US8838137B2 (en) | Estimating the location of a wireless terminal in wireless telecommunications systems that comprise distributed and/or repeater antennas | |
US10219103B2 (en) | Power-efficient location estimation | |
US20240064692A1 (en) | Data gathering and data selection to train a machine learning algorithm | |
Jeong et al. | RSS-based LTE base station localization using single receiver in environment with unknown path-loss exponent | |
US10716090B2 (en) | Method of considering the positions of data points in relation to boundaries represented in a geographic information system database, in estimating location | |
Vaghefi et al. | Cooperative RF pattern matching positioning for LTE cellular systems | |
US9964647B2 (en) | Directional pruning of transmitters to improve position determination | |
KR20240006548A (en) | Mobile-based positioning using measurements of received signal power and timing | |
RU2774300C2 (en) | Method and system for geolocation of terminal occupying certain geographical position | |
CN108024327B (en) | User positioning method and device | |
US20220221551A1 (en) | Method and system for geolocating an object using a mobile base station | |
Brida et al. | Wireless sensor localization using enhanced DV-AoA algorithm | |
US20210247481A1 (en) | Method and system for geolocating a terminal occupying particular geographical positions | |
US11442133B2 (en) | Method and system for geolocation of group-evolving terminals | |
Eom et al. | A Deep Neural Network-Based LOS Classification for Triangulation Positioning | |
US11327144B2 (en) | Method, device and computer program product for the geopositioning of a radio transmitter | |
WO2023187336A1 (en) | Methods and apparatus for determining a geographic location of an electronic device | |
GHADIRZADEH | GPS free geolocation in Lora networks | |
Shakirº et al. | Reports and Timing Advance |