TW201336331A - 能夠執行增強指紋映射和位置識別的無線通訊裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及能夠執行增強指紋映射和位置識別的無線通訊裝置，具體公開了一種能夠在室內環境中確定其位置的無線通訊裝置。在室內環境中，無線通訊裝置可能不能充分存取GNSS衛星或蜂窩塔以對其位置進行精確確定。因此，無線通訊裝置通過對可存取接入點和特性來估計其在環境內的位置和掃描環境內的多個位置，生成該環境的指紋映射。該裝置在儲存器中儲存該訊息，該訊息隨後可與確定該裝置的當前位置有關。

Description

能夠執行增強指紋映射和位置識別的無線通訊裝置
本公開涉及無線通訊，更具體地，涉及一種在無線通訊環境中能夠執行增強指紋映射和位置識別的無線通訊裝置及相應方法。
無線通訊裝置(諸如用於提供一個實例的蜂窩電話)在個人和商業環境中越來越普遍。無線通訊裝置向用戶提供對各種訊息的存取，以及提供與其他這種裝置跨遠距離通訊的能力。例如，用戶可通過裝置上的網絡瀏覽器存取網絡、從數位市場下載小型應用程式(例如，“apps”)、發送和接收電子郵件、或者利用網際網路語音協議(VoIP)進行電話呼叫。因此，無線通訊裝置向用戶提供顯著移動性，同時允許他們與通訊通道和訊息保持“連接”。
無線通訊裝置與一個或多個其他無線通訊裝置或無線接入點通訊以發送和接收數據。通常，第一無線通訊裝置生成並發送用編碼訊息調製的射頻訊號。該射頻訊號被發送到無線環境中並由第二無線通訊裝置接收。第二無線通訊裝置對接收訊號解調和解碼以獲取訊息。第二無線通訊裝置隨後可以類似方式來響應。無線通訊裝置可用任何已經調製方案彼此或與接入點通訊，已經調製方案包括：調幅(AM)、調頻(FM)、正交振幅調製(QAM)、相移鍵控(PSK)、正交相移鍵控(QPSK)和/或正交頻分複用 (OFDM)以及現在已知或將來知曉的任何其他通訊方案。
現代無線通訊裝置使用任何不同方法來獲取其位置。通過獲取其位置，無線通訊裝置可執行特定位置的功能和/或操作特定位置的應用。戶外環境中，無線通訊裝置可通過使用GNSS衛星訊息很容易獲取其位置。類似地，可利用附近基地台來簡單執行三角測量法，因為這些基地台一致性地以設定功率水平來發送訊號。
然而，在室內環境中，裝置可能不具有足以做出精確位置確定的對GNSS和/或附近基地台的接入。此外，儘管很多室內環境包括其他通訊接入點，諸如藍芽和WiFi，但這些通訊協議採用波動的傳輸功率和睡眠/休眠模式。因此，在室內環境中執行常規定位和映射(mapping)技術可能無法產生精確結果。
本發明提供了一種被配置為確定具有多個接入點的受限通訊環境內的位置的無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括：無線電模組，被配置為在多個位置處針對附近接入點掃描所述環境，並響應所述掃描而從附近無線接入點接收訊號；處理模組，被配置為從所述無線電模組接收訊號，識別包括在所接收的訊號中的所述附近接入點，以及確定對應於每個被識別的所述接入點的至少一個訊號特性；儲存器模組，被配置為將被識別的所述接入點及其相應的至少一個訊號特性儲存在第一數據庫和第二數據庫中，所述第二數據庫不同於所述第一數據庫來組織；以及定位模組，被配置為基於所述第一數據庫使用第一位置識別算法來確定所述無線通訊裝置的當前位置，以及被配置為基於所述第二數據庫使用第二位置識別算法來有條件地確定所述無線通訊裝置的所述當前位置。
在上述無線通訊裝置中，所述儲存器模組被配置為在執行相應的所述掃描時，與所述無線通訊裝置的估計位置相關地共同儲存被識別的所述接入點及其相應的至少一個訊號特性。
在上述無線通訊裝置中，所述第一數據庫由估計位置來組織，並列出每個被識別的接入點和在每個估計位置處識別的相應的所述至少一個訊號特性，以及其中，所述第二數據庫由接入點組織，並列出相應的所述至少一個訊號特性和每個接入點的估計位置。
在上述無線通訊裝置中，所述定位模組還被配置為對從被識別為藍芽接入點的接入點接收到的訊號執行接收訊號強度指示(RSSI)標度轉換。
在上述無線通訊裝置中，所述掃描包括用於從至少一個所述接入點接收被動模式訊號的被動掃描和用於從至少一個所述接入點接收主動模式訊號的主動掃描，其中，所述至少一個訊號特性包括基於在主動模式掃描期間接收到的訊號的主動模式RSSI和基於在被動模式掃描期間接收到的訊號的被動模式RSSI。
在上述無線通訊裝置中，所述第一位置識別算法是加權k-最近鄰算法，以及其中，所述第二位置識別算法是功率測距算法。
在上述無線通訊裝置中，所述定位模組被配置為確定從所述第一位置識別算法產生的所計算的當前位置的不確定性，以及其中，當所述不確定性超出預定閾值時，所述定位模組被配置為執行所述第二位置識別算法。
本發明還提供了一種被配置為確定具有多個接入點的受限通訊環境內的位置的無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括：儲存器模組，被配置為將所述受限通訊環境的多個無線通訊指紋儲存在數據庫中，每個指紋包括所述多個接入點的識別訊息、所述多個接入點中的每一個的至少一個訊號特性、以及檢測所述多個接入點中的每一個的估計位置；以及定位模組，被配置為利用第一位置識別算法來確定所述無線通訊裝置的第一當前位置，以及基於儲存在所述儲存器模組中的所述指紋利用第二位置識別算法來確定所述無線通訊裝置的第二當前位置，所述定位模組還被配置 為基於至少一個參數來選擇所述第一當前位置或所述第二當前位置中的一個作為所述無線通訊裝置的最終位置。
在上述無線通訊裝置中，所述至少一個參數包括所述第一當前位置的不確定性。
在上述無線通訊裝置中，僅在所述不確定性超出預定閾值時，所述定位模組被配置為執行所述第二位置識別算法。
在上述無線通訊裝置中，所述定位模組被配置為計算所述第二當前位置的不確定性，以及其中，所述定位模組被配置為選擇所述第一當前位置或所述第二當前位置中的具有較小不確定性的一個作為所述最終位置。
在上述無線通訊裝置中，所述第一位置識別算法是加權k-最近鄰算法，其中，所述定位模組被配置為確定每個所述接入點的類型，以及其中，所述定位模組基於所確定的所述接入點的類型來設置要在所述第一位置識別算法中使用的鄰居數量。
在上述無線通訊裝置中，所述定位模組被配置為在所述接入點被確定為藍芽接入點時，將所述鄰居數量設置為至少三個，以及在所述接入點被確定為WiFi接入點時，將所述鄰居數量設置為至少五個。
在上述無線通訊裝置中，所述定位模組被配置為確定所述受限通訊環境的當前無線通訊指紋，其中，所述定位模組被配置為確定包括在所述指紋中的所述接入點的鏈接狀態，其中，所述定位模組被配置為基於所述鏈接狀態，使所述當前無線通訊指紋與被儲存的所述多個無線通訊指紋相關，以及其中，所述定位模組被配置為識別最接近的鄰居作為與所述當前無線通訊指紋最密切相關的被儲存的所述無線通訊指紋。
在上述無線通訊裝置中，所述定位模組被配置為基於所述最接近的鄰居與所述當前無線通訊指紋的相關性來對所述最接近的鄰居加權，以及其中，所述定位模組被配置為通過對被加權的所 述最接近的鄰居的位置取平均來確定所述無線通訊裝置的所述第一當前位置。
本發明提供了一種用於確定無線通訊裝置在受限通訊環境中的位置的方法，所述方法包括：儲存對應於所述受限通訊環境內的多個位置的多個無線通訊指紋，所述無線通訊指紋包括被識別的接入點和與這些接入點相關聯的訊號特性；獲取對應於所述無線通訊裝置的當前位置的無線通訊指紋的當前位置指紋；基於所述當前位置指紋和至少一個被儲存的所述無線通訊指紋，利用第一位置識別算法來計算第一位置；以及根據與所述第一位置識別算法相關聯的至少一個參數，利用第二位置識別算法來有條件地計算第二位置。
在上述方法中，所述儲存所述多個無線通訊指紋包括在具有第一數據排布的第一數據庫中儲存所述指紋和在具有第二數據排布的第二數據庫中儲存所述指紋。
上述方法還包括：計算與所述第一位置相關聯的不確定性；以及將所述不確定性與預定閾值相比較，其中，所述第二位置僅在所述不確定性超出所述預定閾值時被計算。
在上述方法中，所述第一位置識別算法是加權k-最近鄰算法，所述方法還包括：將所述當前位置指紋與被儲存的所述多個無線通訊指紋相關；以及基於所述相關，從用於所述第一位置識別算法的被儲存的所述無線通訊指紋中選擇多個最接近的鄰居。
上述方法還包括：基於所述相關，對每個被選擇的所述最接近的鄰居的位置加權；以及通過對被加權的所述位置取平均，計算所述第一位置。
100、200、300‧‧‧無線通訊環境
110‧‧‧移動裝置
120a~120e‧‧‧接入點(AP)
210‧‧‧第一無線通訊裝置
211、221、305‧‧‧天線
215、320、400‧‧‧位置模組
220‧‧‧第二無線通訊裝置
310‧‧‧無線電模組
330‧‧‧控制器模組
410‧‧‧處理模組
420‧‧‧濾波器模組
430‧‧‧定位模組
440‧‧‧儲存模組
610~660‧‧‧步驟
710~760‧‧‧步驟
810~850‧‧‧步驟
900‧‧‧電腦系統
902‧‧‧通訊基礎設施
904‧‧‧處理器
906‧‧‧主儲存器
908‧‧‧輔助儲存器
910‧‧‧硬碟機
912‧‧‧可移動儲存驅動器
914‧‧‧介面
916、918‧‧‧可移動儲存單元
920‧‧‧通訊介面
922‧‧‧通訊通路
P1‧‧‧第一位置
P2‧‧‧第二位置
P3‧‧‧第三位置
參照附圖來描述實施方式。附圖中，類似附圖標記表示相同或功能相似的元件。另外，附圖標記的最左側數字表示該附圖標記首次出現的附圖。
圖1示出了示例性無線通訊環境的框圖；圖2示出了可表示之前描述的無線通訊環境的子集的示例性無線通訊環境的框圖；圖3示出了可在無線通訊環境中實施的示例性無線通訊裝置的框圖；圖4示出了可包括在無線通訊裝置內的示例性位置模組；圖5示出了可由位置模組生成和使用的示例性位置映射；圖6示出了用於在無線通訊環境中收集數據的示例性方法的框圖；圖7示出了用於由無線通訊裝置執行位置確定的示例性方法的框圖；圖8示出了用於由無線通訊裝置執行指紋位置識別的示例性方法的框圖；以及圖9示出了可用於實施本公開各個方面的示例性電腦電腦系統。
以下詳細描述涉及示出符合本公開的示例性實施方式的附圖。詳細描述中對“一種示例性實施方式”、“示例性實施方式”、“實例的示例性實施方式”等的引用表示所述示例性實施方式可包括具體特徵、結構或特性，但每種示例性實施方式可不必包括該具體特徵、結構或特性。此外，這些短語不一定是指相同的示例性實施方式。此外，當結合示例性實施方式來描述具體特徵、結構或特性時，對結合不論是否明確描述的其他示例性實施方式的該特徵、結構或特性的影響屬於相關領域技術人員認識範圍內。
提供本文所述示例性實施方式是用於說明的目的且並非限定。其他示例性實施方式也是可行的，且可在本公開的精神和範圍內對示例性實施方式進行修改。因此，詳細描述不意味著限定 本公開。此外，本發明的範圍僅根據所附申請專利範圍及其等同物來限定。
實施方式可以硬體(例如，電路)、固件、軟體或它們的任何組合來實施。實施方式也可作為儲存在機器可讀介質上的指令來實施，該指令可由一個或多個處理器來讀取和執行。機器可讀介質可包括用於以機器(例如，計算裝置)可讀形式儲存或傳送訊息的任何機制。例如，機器可讀介質可包括只讀儲存器(ROM)、隨機存取儲存器(RAM)、磁盤儲存介質、光儲存介質、閃存裝置、電學、光學、聲學或其他形式的傳播訊號(例如，載波、紅外訊號、數位訊號等)以及其他。此外，固件、軟體、例程、指令在本文中可被描述為執行特定動作。然而，應當理解，這種描述僅是為了方便起見，且這種動作實際是由計算裝置、處理器、控制器或執行固件、軟體、例程、指令等的其他裝置來產生。此外，任何實施的變形均可由通用電腦來執行，如下所述。
為了該討論的目的，術語“模組”應被理解為包括軟體、固件和硬體(諸如一個或多個電路、微芯片或裝置、或者其任何組合)及其任何組合中的至少一個。另外，將理解，每個模組可包括實際裝置內的一個或多於一個的部件，且構成所述模組的一部分的每個部件可與構成模組的一部分的任何其他部件協作或獨立於任何其他部件來起作用。相反地，本文所述的多個模組可表示實際裝置內的單個部件。此外，模組內的部件可位於單個裝置內，或者以有線或無線方式分佈在多個裝置中。
對示例性實施方式的以下詳細描述將充分揭示本發明的一般特性，使得在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，其他人可通過應用相關領域技術人員的知識很容易地修改和/或適用這種示例性實施方式的各種應用而無需過多實驗。因此，這種適用和修改旨在落入基於本文給出的教導和指導的示例性實施方式的含義和多個等同物範圍內。應當理解，本文的措詞或術語是用於描述的 目的且並非限定，從而本說明書的術語或措辭將由相關領域技術人員根據本文的教導來解釋。
儘管將以藍芽和WiFi環境的形式來進行以下描述，但相關領域技術人員將認識到，在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，該描述也可適用於使用其他無線通訊方法的其他通訊。
示例性無線通訊環境
圖1示出了示例性無線通訊環境100的框圖。無線通訊環境可表示室內環境，或GNSS訊號和/或基地台訊號不可用的一些其他環境(本文稱為“受限通訊環境”)。
無線通訊環境100包括多個接入點(AP)120a至120e。接入點120可以是WiFi和/或藍芽接入點，且可根據多個不同參數中的一個或多個(包括接入點120在無線通訊環境中是否與任何裝置通訊)以不同傳輸功率水平來工作。
無線通訊環境100還包括尋求當其在無線通訊環境100中移動時確定其位置的移動裝置110。如之前所討論，由於無線通訊環境100是受限通訊環境，所以移動裝置110無法利用傳統方法來確定其位置。
圖2示出了無線通訊環境200的示例性框圖。無線通訊環境200提供了在無線通訊裝置之間訊息(諸如一個或多個命令和/或數據)的無線通訊，且可表示無線通訊環境100的一個子集。
無線通訊裝置各自可被實施為單獨或分立的裝置(諸如移動電話)，或者可併入或耦接至另一電子裝置或主機裝置(諸如便攜式計算裝置、攝像機或全球定位系統(GPS)單元)或另一計算裝置(諸如用於提供一些實例的個人數位助理、視頻遊戲裝置、筆記本電腦、臺式電腦或平板電腦、電腦外圍設備(諸如打印機)或便攜式音頻和/或視頻播放器)和/或在不偏離本公開的精神和範圍的情況下對相關領域技術人員將是顯而易見的任何其他合適的電子裝置。
示例性無線通訊環境200包括第一無線通訊裝置210和第二無線通訊裝置220。第一無線通訊裝置210和第二無線通訊裝置220中的每一個均可包括在各自均能無線發送和無線接收的相應無線通訊裝置中。為了該討論的目的，第一無線通訊裝置210可表示移動裝置110的示例性實施方式，以及第二無線通訊裝置220可表示接入點120的示例性實施方式。
接入點220包括天線221，其可包括一個或多個天線且能夠向無線通訊環境發送訊號和/或從其接收訊號。利用其天線221，接入點220與移動裝置210通訊。移動裝置210還包括天線211，該天線211可包括一個或多個天線且能夠向無線通訊環境200發送訊號和/或從其接收訊號。
無線通訊裝置210還包括位置模組215。儘管由接入點120在無線通訊環境100中採用波動的發射功率，位置模組215被配置為基於從接入點120收集的訊息來映射特定位置，並確定無線通訊裝置210在無線通訊環境100中的位置。
示例性移動裝置
圖3示出了示例性無線通訊裝置300的框圖，無線通訊裝置300可在無線通訊環境100中實施。無線通訊裝置300包括位置模組320，且可表示移動裝置110/210的示例性實施方式。
在無線通訊裝置300中，無線電模組310執行對經由天線305從無線通訊環境100中接收到的訊號的前端處理，且可包括訊號放大、濾波和混頻。所接收到的訊號可包括來自無線通訊環境中的一個或多個附近接入點的訊息。一經處理，無線電模組310便轉發所接收到的訊號至位置模組320。
位置模組320被配置為基於所接收到的訊號來執行映射和位置識別。位置模組320的配置將在下文進一步詳細描述。位置模組320與控制器模組330通訊。
控制器模組330被配置為在無線通訊裝置300中執行一般處 理和控制功能。例如，控制器模組330可協調利用位置模組320的映射和/或位置識別啟動以及時序，可對接收到的訊號執行一般訊號處理，可控制無線通訊裝置的各種組件的操作，可準備用於由無線電模組310發送至無線通訊環境的訊號，和/或可基於由位置模組320確定的位置來執行特定位置的功能。
圖4示出了可包括在無線通訊裝置300中的示例性位置模組400。位置模組400包括儲存模組440和定位模組430，且可表示位置模組320的示例性實施方式。
如上所述，當處於受限通訊環境中時，移動裝置將不存取傳統的位置數據。因此，為識別其位置，移動裝置首先執行環境內的數據收集以映射環境。
1．數據收集
當移動裝置在環境中移動時，其可通過利用其最後知曉的位置作為起點來插入(interpolate，插值)位置估計。然而，由於估計其位置的固有不精確性，裝置在環境中行進得越遠，估計位置偏離“真實”位置越遠。改進的位置估計可在所提交的題為“Wireless Communication Device Capable of Accurately Performing Position Estimations”的待審查美國專利申請第13/538,686號(代理人案號2875.9970000)中找到，將其全部內容結合於此供參考。在本文所公開的位置估計中，裝置使用初始位置作為該裝置存取GNSS或其他位置識別訊息的最終位置。一旦該訊息不再可用，則該裝置採用一個或多個傳感器(諸如加速度計、陀螺儀和磁力計)來檢測運動速度和方向。基於運動訊息，裝置可基於初始位置來估計新位置。因此，為精確識別其在環境中的位置，移動裝置執行數據收集和環境映射，其後續可與位置識別有關。
為執行映射，無線通訊裝置300應掃描在環境中多個位置處的附近接入點。例如，當無線通訊裝置300在環境中移動時，定 位模組430可插入對無線通訊裝置的位置估計。當定位模組430確定無線通訊裝置已行進預定距離時，定位模組430將該訊息傳送至控制模組330。
在一種實施方式中，預定距離是離開發生最近掃描的位置的距離。在該情況下，在另一掃描被執行之前，無線通訊裝置300必須距離其之前掃描的位置足夠遠。在另一實施方式中，預定距離僅是行進距離。在該情況下，在已行進了預定距離之後，無線通訊裝置300執行掃描，而不管無線通訊裝置300離其執行最近掃描的位置多近或多遠。
當控制模組330從已滿足預定距離的定位模組430接收到通知時，控制器模組330使無線電模組310發起對環境的掃描。無線電模組310從無線通訊裝置300的通訊範圍內的所有接入點接收訊息，並將結果轉發到位置模組400。
位置模組400在其濾波器模組420處接收訊號。濾波器模組420對接收到的訊息執行各種濾波操作，諸如噪音濾波等。隨後，所產生的訊息被轉發到處理模組410。處理模組410從所接收到的訊號提取所需訊息，並確定與接收到的訊號相關聯的各種訊號特性。例如，處理模組410應識別包括在接收到的訊號中的每個接入點。這可通過識別包括在接收到的訊號中的MAC地址來執行。
一旦響應接入點的身份已被確定，則處理模組410確定對應於被識別的接入點的訊號的訊號特性。這些訊號特性可以是接收訊號強度指示(RSSI)、信噪比(SNR)、訊號干擾加噪音比(SINR)中的任何一個或多個，以及能夠比較類似特性的任何其他訊號特性。在一種實施方式中，處理模組410確定由無線通訊裝置300在掃描之後接收到的每個接入點訊號的RSSI。
如上所述，新的藍芽規範允許接入點根據各種通訊和/或節電方面來使用寬範圍的發射功率。因此，為在藍芽環境中獲得當前位置的精確指紋，控制器模組330執行被動掃描和主動掃描。
在被動掃描中，控制器模組330使無線電模組310簡單地從接入點接收被動模式訊號。這種被動模式訊號不需要無線通訊裝置300與接入點建立連接，而是僅簡單接收其信標訊號。
另一方面，主動掃描需要無線通訊裝置300與附近接入點建立通訊鏈接(這可順序發生、同時發生和/或交疊發生)。該主動連接允許無線通訊裝置從接入點接收比被動掃描更高的功率發射訊號。應理解，主動和被動掃描對於其他無線通訊協議可能是不必要的。例如，由於針對WiFi而指定的發射功率範圍明顯小於針對藍芽的發射功率範圍，所以對於WiFi接入點可以是不必要的。
處理模組410從附近接入點接收響應訊號，並確定對於每個被動和主動響應的RSSI訊息。在處理之後，處理模組410將接入點訊息轉發到儲存器模組440來儲存。
在一種實施方式中，接收到的訊息被儲存在諸如例如兩個單獨數據庫或單個數據庫內的兩個單獨表格的兩個不同分區。第一分區可由位置組織，並在指紋位置識別處理期間被使用。如上所討論，使用如上所討論的改進的位置估計，掃描時的位置是先驗已知的。第二分區可由存取點識別(例如，MAC地址)來組織，並在測距位置識別處理期間被使用。
如表1所示，第一數據庫可由位置來組織，且每個位置可包括多個被識別的接入點。此外，給定接入點可在多於一個位置處被掃描(例如，表1中的MAC B在位置2、3處被掃描)，儘管期望所測量的RSSI將從一個位置變為其他位置。另外，儘管未示出，但特定位置可能是空的，其中，無線通訊裝置300無法識別在該特定位置處的任何接入點。類似地，表2示出了第二數據庫可由接入點(例如，基於MAC地址)來組織。每個接入點包括該接入點被識別的位置，以及所測量的在這些位置處的訊號強度。
儘管上述表格被描述為用於藍芽環境，無線通訊裝置300可在本公開的精神和範圍內生成用於任何其他無線通訊協議的指紋表格。例如，對於WiFi接入點，該數據庫將基本包括相同數據，但可能不需要被動和主動RSSI。此外，數據庫可包括用於儲存通訊“類型”的附加列。該“類型”可識別與特定接入點相關聯的通訊協議，這隨後可通過允許甚至更詳細的指紋來進一步增強位置識別。
2．位置識別
無線通訊裝置300可在任何時間執行位置識別。在映射和數據收集之前或期間，可利用如上簡述的插值處理來確定環境中的 新位置點。然而，在大多數實施方式中，無線通訊裝置300使用被配置為比傳統測距方法增加了精度的動態指紋來執行位置識別，而傳統測距方法不適於新的藍芽發射功率範圍。
在任何給定時間，無線通訊裝置可發起位置識別。此時，類似於在數據收集期間，控制器模組330指示無線電模組310針對附近接入點掃描當前區域。無線電模組310將接收到的訊息轉發到位置模組400的濾波器模組420。在濾波之後，濾波器模組420將接收到的訊號轉發到處理模組410。
處理模組410從接收到的訊號提取附近接入點的標識(例如，MAC地址)。處理模組410還確定對於每個被識別的接入點的訊號特性。在一種實施方式中，這些訊號特性與儲存在儲存器中的那些相同(例如，RSSI)。處理模組410將所產生的訊息轉發到定位模組430以用於位置確定。
在從處理模組410接收到訊息之後，定位模組430執行動態指紋。動態指紋包括執行兩種不同的位置識別計算，並估計兩個結果位置中的哪一個具有更好的精度(例如，通過計算有關每種計算的不確定性)。
指紋位置識別
兩種位置識別計算中的第一種是指紋計算。定位模組430使用以下詳細描述的增強型加權k-最近鄰算法來執行計算。
由於藍芽(或半藍芽)環境，定位模組430對最先接收到的訊息執行幾種操作。例如，定位模組430可執行掃描濾波以進一步減少噪音，然而，這可由濾波器模組事先執行。此外，定位模組430執行RSSI標度轉換(scaling)，以在接入點和無線通訊裝置300之間解釋硬體差異。定位模組430還執行鏈接狀態識別，其識別被識別的接入點的鏈接狀態(例如，是否處於主動發射模式或被動發射模式)。這可基於相應接入點的RSSI和/或其他或附加的訊號訊息來確定。
利用被標度轉換的RSSI和被識別的鏈接狀態，定位模組430擁有對應於無線通訊裝置300的當前位置的環境指紋。隨後，定位模組430存取儲存器模組440，並使當前指紋(例如，一個或多個當前測量的RSSI)與之前儲存的那些指紋相關。由於當前指紋與無線通訊裝置的當前位置有關，所以該相關性應由位置數據庫(表1)中的相應實體產生。
例如，在當前位置，當前指紋可檢測對於MAC A和B的RSSI。相關性將對於這些MAC的RSSI與之前儲存的指紋相比較，並確定這些指紋中的哪些包括對於MAC A和B的最接近在當前位置處檢測到的RSSI的RSSI。由於當前位置指紋包括對於MAC A和B的RSSI，所以若當前RSSI在儲存的這些RSSI的預定範圍內，則最密切相關的位置可以是表1的位置1。
定位模組430基於相關性從儲存器模組440檢索多個“最近鄰居”。在大多數位置中，對於藍芽環境，最近鄰居的數量優選最少為3，以及對於WiFi環境，最近鄰居的數量優選最少為5。然而，對於掃描區域中接入點的不同密度，這些數量可被調整。最近鄰居可僅基於對當前指紋的相關性(例如，最密切相關的位置指紋)來確定。應當注意，相關性解釋了所確定的鏈接狀態，並給予被識別的鏈接狀態的儲存的RSSI比其他鏈接狀態的儲存的RSSI更大的權重。
一旦已確定了最近鄰居，則定位模組430基於任何數量的因素來對最近鄰居加權。在一種實施方式中，根據鄰居對當前指紋的相關性來對鄰居位置加權。隨後，定位模組430對最近鄰居的加權位置執行處理，以達到無線通訊裝置300的當前位置。例如，在一種實施方式中，定位模組430對加權位置取平均，以達到無線通訊裝置300的當前位置。
在一種實施方式中，相關性確定了當前指紋與之前儲存的指紋之間的相似性，其中，值為1可指示指紋是相同的，以及值為0 可指示指紋是彼此完全不同的，以及在0和1之間的任何值表示當前指紋與之前測量的指紋之間的相似性。隨後，這些相關性值可乘以相應的之前儲存的最近鄰居位置，以提供相應的加權位置。隨後，加權位置可被取平均，以達到當前位置的估計值。例如，加權位置的相應緯度和經度被取平均，其中，在對最近鄰居位置取平均之前，權重被施加到單個緯度和經度。其他加權方法可基於之前儲存的指紋位置而用於提供智能位置估計。
功率測距位置識別
除執行指紋位置識別之外，定位模組430還可執行功率測距位置識別。在一種實施方式中，每當無線通訊裝置300的當前位置被搜索時，定位模組430執行功率測距位置識別，並基於一個或多個參數來選擇優選結果(如下所討論)。然而，倘若無線通訊裝置300接近儲存在儲存器中的之前指紋位置，則指紋位置識別通常比功率測距位置識別更精確。因此，在另一實施方式中，當與指紋位置識別相關聯的一個或多個參數超出預定閾值以面臨一定程度的不精確性時，定位模組430可僅執行功率測距位置識別。
在功率測距位置識別中，基於從處理模組410接收到的訊息，定位模組430存取儲存器模組440並檢索有關被識別的接入點的發射功率訊息。由於定位模組430尋找有關單個接入點的訊息，所以該訊息優選應從接入點數據庫(表2)檢索。
隨後，定位模組430將被識別的接入點的當前檢測的功率水平與這些接入點的所儲存的最大功率水平相比較。基於接入點的當前檢測的功率水平與之前儲存的功率水平之間的差異，定位模組430可確定無線通訊裝置的位置。換句話說，由於訊號電平隨距離而衰減，所以無線通訊裝置300可將在其當前位置處對被檢測接入點測量的訊號強度與所儲存的這些接入點的最大訊號強度相比較。根據該訊息，無線通訊裝置300可估計其到這些接入點中的每一個的距離。通過知曉到接入點的距離和這些接入點的位 置，無線通訊裝置300可通過確定距離彼此重疊的點利用三角測量來估計其位置，或者利用現在或將來知曉的任何其他方法來估計其位置。
位置選擇
當指紋位置和功率測距位置兩者被確定時，定位模組430必須選擇其認為更精確的結果。為了進行該選擇，定位模組430確定每個位置結果的不確定性。
在指紋位置識別中，不確定性可基於儲存的指紋與當前指紋之間的相關性。例如，若當前指紋非常類似於一個或多個儲存的指紋，則不確定性可以是很低的。另一方面，若當前指紋與最相似的儲存的指紋僅鬆散相關，則不確定性可以是很高的。類似地，功率測距位置識別的不確定性可基於接入點的當前檢測的功率水平與儲存的功率水平之間的差異。
定位模組430將所產生的不確定性水平相互比較，以確定哪個位置結果被認為是“更精確的”。例如，定位模組430可選擇具有最小不確定性的位置結果作為最終位置。
圖5示出了可由位置模組400生成和使用的示例性位置映射(map，圖)。位置映射包括之前儲存在儲存器模組440中的25個指紋。為了示例性的目的，指紋被排布在網格中，且以下按照(列號，行號)來引用。
在第一位置P1處，定位模組430執行指紋位置識別技術。基於與儲存的指紋的相關性，五個最近鄰居(對於藍芽環境)是在位置(3，1)、(3，2)、(3，3)、(4，2)和(4，3)處的指紋。即使未對儲存的位置加權，最近鄰居的平均值也會將裝置的位置放置於(3.4，2.2)，其非常接近該裝置的實際位置，如圖5所示。利用加權，位置(3，2)將可能被加權至稍高，以及位置(3，1)被加權至稍低，該位置甚至可能更接近地定位該裝置。
此外，由於該裝置特別靠近至少位置(3，2)，所以該裝置的 當前指紋將很可能足夠靠近不確定性將不會超出預定閾值的位置(3，2)的儲存的指紋。因此，可能沒必要執行功率測距。
在第二位置P2處，定位模組430再次執行指紋位置識別技術。然而，由於該裝置並非與任何一個鄰居位置最靠近，所以當前指紋可能與這些指紋不密切相關。在該情況下，定位模組430可確定超出預定閾值的較大的不確定性。隨後，定位模組430繼續執行功率測距。一旦已執行了功率測距，則定位模組430比較不確定性，以選擇該裝置的最終位置。
在第三位置P3處，定位模組執行指紋位置識別技術。然而，由於所有最接近的鄰居明顯遠離該裝置(且所有位於一個普通區域中)，所以不確定性將特別高(且精度將非常低)。因此，定位模組430執行功率測距方法。在該情況下，由於該裝置被定位至遠離映射(map)，所以功率測距技術將可能具有較低的不確定性，且因此，其位置結果被定位模組430選擇。
一旦定位模組430已選擇了對於該裝置的最終位置，則定位模組430將該結果輸出到控制器模組330。控制器模組330可向用戶報告該位置，或者在特定位置應用程式、指令等中應用該位置。
3．協作數據的使用
通過環境中裝置的協作，可明顯增強上述許多功能和特徵。
例如，由於裝置在準備映射時不存取環境中的精確位置訊息，所以該裝置必須依賴各種估計方法來估計其位置。由於該裝置開始於已知位置，所以靠近環境入口的位置可能具有高精度。遺憾地是，由於估計過程中的固有誤差，伴隨裝置在環境中進一步行進，精度將下降。
因此，在一種實施方式中，當無線通訊裝置300檢測到當前指紋與之前儲存的指紋之間的高相關性時，無線通訊裝置300可重新初始化其位置。換句話說，當該裝置檢測到當前位置已被指紋化時，該裝置可將其當前位置設置為之前儲存的(且可能更精 確的)位置。以此方式，無線通訊裝置300可生成更精確的指紋映射。
擴展該想法，在另一實施方式中，來自無線通訊裝置300的映射數據可經由一個或多個接入點上傳至環境中的服務器。隨後，該數據可與從其他類似裝置上傳的類似數據相結合。同時，其他無線通訊裝置可在不同時間將其位置初始化為儲存在服務器中的數據。通過從幾個裝置收集數據，以及使用該數據來使未來的數據更加精確，數據映射的精度將成倍增加，直到其非常接近實際位置訊息。
映射環境的示例性方法
圖6示出了用於由無線通訊裝置收集無線通訊環境中的數據的示例性方法的框圖。
在該方法中，裝置在環境中移動，同時估計其當前位置(610)。該裝置將其當前估計位置與該裝置或另一裝置獲取指紋的之前位置相比較(620)。若該裝置尚未獲取指紋，則該裝置可將其當前估計位置與其之前的已知位置(諸如最近的GPS位置)相比較。若該裝置未行進離開其之前位置的足夠距離(620的否)，則該裝置繼續其位置估計。
若該裝置確定其已行進了離開其之前位置的足夠距離(620的是)，則該裝置對附近接入點掃描其當前位置(630)。根據從掃描接收到的訊息，該裝置確定附近接入點的識別訊息(諸如MAC地址)(640)。隨後，該裝置確定與被識別的接入點的訊號相關聯的訊號特性(諸如RSSI)(650)。
隨後，該裝置將該訊息儲存在儲存器中(660)。在一種實施方式中，該訊息可被儲存在兩個表中或者包括位置數據庫和接入點數據庫的數據庫中。一旦訊息已被儲存在儲存器中，則該裝置繼續估計其當前位置(610)，並重複該方法。
相關領域技術人員應理解，上述方法可附加地或可替代地包 括以上所討論的無線通訊裝置300以及其任何變形例的任何功能。此外，上述對示例性方法的描述不應被解釋為限定了本方法，且不應被解釋為限定了無線通訊模組300的描述。
識別裝置在通訊環境內的位置的示例性方法
圖7示出了用於由無線通訊裝置執行位置確定的示例性方法的框圖。
為確定其當前位置，裝置首先在其當前位置掃描環境，並識別接入點和響應的訊號特性(710)。一旦獲得，則該裝置執行指紋位置識別(720)，如圖8進一步詳細示出。
圖8示出了用於由無線通訊裝置執行指紋位置識別的示例性方法的框圖。
一旦已獲得指紋(810、710)，則該裝置對訊息執行各種處理(820)，包括濾波、RSSI標度轉換(以解釋硬體差異)以及鏈接狀態確定(以確定特定接入點是否處於主動狀態或被動狀態)。隨後，該裝置從儲存器檢索k個最接近的鄰居(830)。這些最接近鄰居可以是與當前指紋最密切相關的之前儲存的指紋。對於藍芽，k應被設置為最小為3，而WiFi應具有至少為5的k值。
隨後，該裝置基於一個或多個標準來對所檢索的指紋加權(840)。例如，指紋可簡單基於其與當前指紋的相關性。一旦被加權，則該裝置以某種方式組合該結果，以達到裝置的位置(850)。這可通過例如簡單對被加權指紋的緯度和經度取平均來獲得。
返回圖7，該裝置還可執行功率測距位置識別(730)。功率測距可與指紋匹配順序執行，或者與指紋匹配同時執行(如圖所示)。此外，功率測距可僅在滿足一個或多個條件(諸如指紋位置結果的不確定性超出了預定閾值)時被執行。
一旦已使用指紋匹配和功率測距兩者來確定位置，則該裝置確定對於每個所確定位置的不確定性(740)。隨後，這些不確定 性相互比較(750)。最終，該裝置選擇從該方法產生的具有最小不確定性的位置(760)。該位置被確定為該裝置在環境中的位置。
相關領域技術人員應理解，上述方法可附加地或可替代地包括以上所討論的無線通訊裝置300以及其任何變形例的任何功能。此外，上述對示例性方法的描述不應被解釋為限定了本方法，且不應被解釋為限定了無線通訊模組300的描述。
示例性電腦系統的實施
如本文所述，對於相關領域技術人員而言，顯然本公開的各種元件和特徵可以使用模擬和/或數位電路的硬體、通過由一個或多個通用或專用處理器執行指令的軟體，或者作為硬體和軟體的組合來實施。
為完整起見，提供了對通用電腦系統的以下描述。本公開的實施方式可以硬體來實施，或者作為軟體和硬體的組合來實施。因此，本公開的實施方式可在電腦系統或其他處理系統的環境下實施。這種電腦系統900的一個實例在圖9中示出。之前圖中所示的一個或多個模組可至少部分地在一個或多個不同電腦系統900上實施，其中包括例如位置模組320/400。
電腦系統900包括一個或多個處理器，諸如處理器904。處理器904可以是專用或通用數位訊號處理器。處理器904連接至通訊基礎設施902(例如，總線或網絡)。各種軟體實施以該示例性電腦系統的形式來描述。對於相關領域技術人員而言，在閱讀該描述之後，如何利用其他電腦系統和/或電腦架構來實施本公開將變得顯而易見。
電腦系統900還包括主儲存器906，優選隨機存取儲存器(RAM)，且還包括輔助儲存器908。輔助儲存器908例如可包括硬碟機910和/或可移動儲存驅動器912，該可移動儲存驅動器912表示軟盤驅動器、磁帶驅動器、光盤驅動器等。可移動儲存驅動器912以已知方式從可移動儲存單元916讀取和/或向其寫入。可 移動儲存單元916表示由可移動儲存驅動器912讀取和寫入的軟盤、磁帶、光盤等。相關領域技術人員將理解，可移動儲存單元916包括其中儲存有電腦軟體和/或數據的電腦可用儲存介質。
在可替代實施方式中，輔助儲存器908可包括用於允許電腦程式或其他指令被載入電腦系統900的其他類似裝置。該裝置可包括例如可移動儲存單元918和介面914。該裝置的實例可包括程式盒和盒介面(諸如視頻遊戲裝置中可見的程式盒和盒介面)、可移動儲存芯片(例如EPROM或PROM)和相關插槽、U盤和USB端口、以及其他可移動儲存單元918和允許軟體和數據從可移動儲存單元918傳送至電腦系統900的介面914。
電腦系統900還可包括通訊介面920。通訊介面920允許軟體和數據在電腦系統900與外部裝置之間傳送。通訊介面920的實例可包括調製解調器、網絡介面(諸如以太網卡)、通訊端口、PCMCIA插槽和卡等。經由通訊介面920傳送的軟體和數據的形式可以是電子訊號、電磁訊號、光訊號、或其他能被通訊介面920接收的訊號。這些訊號經由通訊通路922提供給通訊介面920。通訊通路922承載訊號且可使用導線或電纜、光纖、電話線、手機鏈路、RF鏈路和其他通訊通道來實施。
如本文所用，術語“電腦程式介質”和“電腦可讀介質”通常用來指示有形儲存介質，諸如可移動儲存單元916和918或安裝在硬碟機910中的硬盤。這些電腦程式產品是用於提供軟體給電腦系統900的裝置。
電腦程式(也稱為電腦控制邏輯)儲存在主儲存器906和/或輔助儲存器908中。電腦程式也可經由通訊介面920接收。這種電腦程式在被執行時能使電腦系統900實施如本文所討論的本公開。具體地，該電腦程式在被執行時能使處理器904實施本公開的處理，諸如本文所述的任何方法。相應地，該電腦程式表示電腦系統900的控制器。其中，使用軟體來實施本公開，該軟體可 儲存在電腦程式產品中，並使用可移動儲存驅動器912、介面914或通訊介面920載入電腦系統900。
在另一實施方式中，主要以使用例如硬體部件(諸如專用集成電路(ASIC)和門陣列)的硬體來實施本公開的特徵。實施硬體狀態機以執行本文所述功能對於相關領域技術人員而言也將是顯而易見的。
結論
應理解，具體實施方式部分而非摘要部分旨在用於解釋申請專利範圍。摘要部分可闡述一個或多個但並非全部的示例性實施方式，且因此，並不意味著以任何方式限定本公開和所附申請專利範圍。
以上已借助於示出具體功能及其關係的實施的功能塊描述了本發明。為便於描述，本文任何定義了這些功能塊的邊界。只要能適當執行具體功能及其關係，也可定義替代性邊界。
對於相關領域技術人員而言，顯然在不偏離本公開的精神和範圍的情況下，可在形式和細節上對其進行各種改變。因此，本發明不應由上述任何示例性實施方式來限定，而是應僅根據所附申請專利範圍及其等同物來限定。
300‧‧‧無線通訊環境
305‧‧‧天線
310‧‧‧無線電模組
320‧‧‧位置模組
330‧‧‧控制器模組

Claims (10)

  1. 一種被配置為確定具有多個接入點的受限通訊環境內的位置的無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括：無線電模組，被配置為在多個位置處針對附近接入點掃描所述環境，並響應所述掃描而從附近無線接入點接收訊號；處理模組，被配置為從所述無線電模組接收訊號，識別包括在所接收的訊號中的所述附近接入點，以及確定對應於每個被識別的所述接入點的至少一個訊號特性；儲存器模組，被配置為將被識別的所述接入點及其相應的至少一個訊號特性儲存在第一數據庫和第二數據庫中，所述第二數據庫不同於所述第一數據庫來組織；以及定位模組，被配置為基於所述第一數據庫使用第一位置識別算法來確定所述無線通訊裝置的當前位置，以及被配置為基於所述第二數據庫使用第二位置識別算法來有條件地確定所述無線通訊裝置的所述當前位置。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的無線通訊裝置，其中，所述儲存器模組被配置為在執行相應的所述掃描時，與所述無線通訊裝置的估計位置相關地共同儲存被識別的所述接入點及其相應的至少一個訊號特性。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的無線通訊裝置，其中，所述定位模組還被配置為對從被識別為藍芽接入點的接入點接收到的訊號執行接收訊號強度指示(RSSI)標度轉換。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的無線通訊裝置，其中，所述掃描包括用於從至少一個所述接入點接收被動模式訊號的被動掃描和用於從至少一個所述接入點接收主動模式訊號的主動掃描， 其中，所述至少一個訊號特性包括基於在主動模式掃描期間接收到的訊號的主動模式RSSI和基於在被動模式掃描期間接收到的訊號的被動模式RSSI。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的無線通訊裝置，其中，所述第一位置識別算法是加權k-最近鄰算法，以及其中，所述第二位置識別算法是功率測距算法。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的無線通訊裝置，其中，所述定位模組被配置為確定從所述第一位置識別算法產生的所計算的當前位置的不確定性，以及其中，當所述不確定性超出預定閾值時，所述定位模組被配置為執行所述第二位置識別算法。
  7. 一種被配置為確定具有多個接入點的受限通訊環境內的位置的無線通訊裝置，所述無線通訊裝置包括：儲存器模組，被配置為將所述受限通訊環境的多個無線通訊指紋儲存在數據庫中，每個指紋包括所述多個接入點的識別訊息、所述多個接入點中的每一個的至少一個訊號特性、以及檢測所述多個接入點中的每一個的估計位置；以及定位模組，被配置為利用第一位置識別算法來確定所述無線通訊裝置的第一當前位置，以及基於儲存在所述儲存器模組中的所述指紋利用第二位置識別算法來確定所述無線通訊裝置的第二當前位置，所述定位模組還被配置為基於至少一個參數來選擇所述第一當前位置或所述第二當前位置中的一個作為所述無線通訊裝置的最終位置。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的無線通訊裝置，其中，所述至少一個參數包括所述第一當前位置的不確定性。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述的無線通訊裝置，其中，所述第一位置識別算法是加權k-最近鄰算法， 其中，所述定位模組被配置為確定每個所述接入點的類型，以及其中，所述定位模組基於所確定的所述接入點的類型來設置要在所述第一位置識別算法中使用的鄰居數量。
  10. 一種用於確定無線通訊裝置在受限通訊環境中的位置的方法，所述方法包括：儲存對應於所述受限通訊環境內的多個位置的多個無線通訊指紋，所述無線通訊指紋包括被識別的接入點和與這些接入點相關聯的訊號特性；獲取對應於所述無線通訊裝置的當前位置的無線通訊指紋的當前位置指紋；基於所述當前位置指紋和至少一個被儲存的所述無線通訊指紋，利用第一位置識別算法來計算第一位置；以及根據與所述第一位置識別算法相關聯的至少一個參數，利用第二位置識別算法來有條件地計算第二位置。
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