TWI484844B - 在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置位置之方法 - Google Patents

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Description

在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置位置之方法
本發明係關於一種在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置位置之方法。
更特定言之，本發明係關於一種在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置位置之方法，在該環境中衛星定位信號(詳言之GPS定位信號)為不可用的或提供不良涵蓋。
此項技術中已知基於可經由建置於裝置本身中之射頻讀取器獲得之資訊以及以固定及已知方式配置於環境內之複數個射頻識別器或RFID標籤來定位無論是固定裝置還是行動裝置的裝置的位置之方法及系統。
該裝置之位置可基於來自由單意序號識別之射頻識別器之信號的三角量測用可變精確度加以判定，射頻識別器之精確位置必須事先已知。
因此，此等射頻識別器之位置必須由裝置經由借助任何類型之連接(例如，藉由輪詢HTTP服務)存取資料庫來提前獲得。
作為替代方案，關於識別器之位置之資料可經由有線連接或記憶卡預載入至裝置中。
然而，此等先前技術系統存在一些缺點。
首先，輪詢資料庫必然要求允許存取其的至網路(無論是區域網路還是廣域網路)的連接，從而造成待定位裝置 之網路鑑認之問題。
亦必須知道或找到關於射頻識別器之位置之資訊為可用的URL位址。
此外，由待定位裝置產生之訊務與由其他系統(例如其他Wi-Fi裝置，諸如膝上型電腦及智慧型手機)交換之正常訊務競爭。
其次，在記憶體預載入資料的情況下，儘管不會出現上述問題，但存在與資訊更新有關且與裝置必須定位於眾所熟知且可預見之環境中之事實有關的缺點。
事實上，必須考慮到待定位裝置通常亦經構想用於緊急情況(例如，消防隊員進入煙霧飽和環境)，且很難想像，定位發生緊急情況之環境所需之資料已預先儲存於救援者之個人定位裝置或可在救援者進入環境中時儲存於該救援者個人定位裝置中。
國際專利申請案第WO 2010/004081號係關於用於定位大型建築物中之的裝置之方法及系統，在該大型建築物中不可接收GPS定位信號。該方法提供：偵測可由該裝置接收之由至少一存取點以明文週期性傳輸之信號或「信標」，且擷取包含於該信標中之關於存取點的位置資訊。信標結構在IEEE 802.11標準及其稍後修改中加以界定。或者，可在信標中讀取存取點之MAC(「媒體存取控制」)位址，該MAC位址接著用於讀取資料庫中之相關存取點之地理位置。
然而，上述國際專利申請案中描述之系統存在系統之精 確度本質上視可由裝置接收的信標之數目而定的缺點。事實上，為了獲得裝置之十分精確的位置，必須進行信號三角量測或幾何計算。為了獲得較佳精確度，應增加無線網路存取點之數目：此將需要高硬體成本且將構成資源浪費。因為資料庫存取替代方案需要在緊急情況下可能不可用或不可行的資料連接，所以資料庫存取替代方案為不利的。
上述國際專利申請案中描述之方法的又一缺點在於：以簡單且經濟的方式改變環境內之地理參考點之位置係不可能的，除非解除安裝存取點且重新安裝存取點或將額外存取點添加至無線網路。
因此，本發明之一目標在於：提供一種在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置的位置之方法，該方法允許以高精確度定位無線裝置。
本發明之另一目標在於：提供一種在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置的位置之方法，該方法允許以低成本定位無線裝置。
本發明之又一目標在於：提供一種在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置的位置之方法，該方法允許以簡單且快速方式組織可由該無線裝置用於找到其自身位置之定位點的網路。
本發明之此等目標及其他目標經由如隨附申請專利範圍中所主張之在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中 定位無線裝置的位置的方法實現，隨附申請專利範圍為本說明書之整體部分。
本發明亦係關於一種實施根據本發明之方法之無線裝置、無線網路之存取點、由存取點傳輸之射頻信號，及用於定位無線裝置之系統。
簡言之，根據本發明之方法提供將未連接至一無線網路之複數個元件(更特定言之，複數個射頻識別器或RFID標籤)配置於由該無線網路涵蓋之環境中。
關於未連接至該無線網路之該等識別器中之每一者的地理資訊被輸入至信標中或輸入至由無線網路之存取點週期性傳輸的任何廣播頻道中以便允許連接至其。
例如，該地理資訊可輸入至由IEEE 802.11標準規定之資料欄位「供應商特定資訊」(VSI)中。地理資訊包含可由無線裝置使用以在環境內找到其自身絕對位置之資訊，諸如元件識別符、緯度、經度、高度、建築物名稱或號碼、樓層、房間及其類似物。
因此，無線裝置可定位其自身在環境內的位置，而不必向網路進行鑑認，且可使用允許無線裝置極其精確地定位其自身位置之複數個地理資訊。
本發明之進一步特徵在意欲作為本說明書之整體部分之隨附申請專利範圍中加以闡述。
特別參看附圖，根據以下對在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置的位置之方法之詳細描 述，以上目標將變得顯而易見。
參看圖1及圖2，展示環境2之圖，該環境2包含：具有至少一存取點3之無線網路1；未連接至該無線網路1之至少一射頻裝置5；及無線裝置7。
無線裝置7包含用於接收該無線網路1中之資料之至少一構件，且可由(例如)行動電話、智慧型手機、個人數位助理(PDA)、行動電話與PDA之組合、電腦、膝上型電腦及類似物組成。
存取點3為允許存取無線網路1且以明文週期性傳輸射頻信號或信標10之裝置，該射頻信號或信標10包含允許無線裝置7連接至存取點3且從而連接至無線網路1所必需之基本資訊。
舉例而言，根據IEEE 802.11標準，以規則間隔(例如，每100毫秒)傳輸信標10，且信標10包含一些強制資訊及其他可選資訊。
由於接收信標10，因而無線裝置7不必向無線網路1進行鑑認。
射頻裝置5未連接至無線網路1且被提供作為不與無線網路1相依之射頻元件。射頻裝置5可為使用與無線網路1之頻率不同之頻率的裝置，且可(例如)為無論是主動類型還是被動類型之RFID詢答器，該射頻裝置5包含記憶體構件6，射頻裝置5之單意識別符已提前儲存至該記憶體構件6中。
由存取點3傳輸之地理資訊20包含可由無線裝置7使用以 基於未連接至無線網路1之射頻裝置5所定位於之地理位置而在環境2內找到無線裝置7自身的地理位置之資訊；該地理資訊20包含(例如)射頻裝置5之識別符；未連接至無線網路1之射頻裝置5所定位於之地理位置的緯度、經度、高度、建築物名稱或號碼、樓層、房間及其類似物。
根據本發明之方法提供將未連接至無線網路1且定位於由無線網路1涵蓋之環境2中之至少一電子射頻裝置5之地理資訊20輸入至由該至少一存取點3傳輸之信標10。(例如)藉由合適軟體將該地理資訊20輸入至信標中。
舉例而言，且特別參看圖2，根據IEEE 802.11標準及稍後修改，該地理資訊可被輸入至信標之稱為「供應商特定資訊」(VSI)之資料欄位中。
VSI資料欄位可含有至多252個位元組之資訊。對於未連接至無線網路1之每一射頻裝置5，相關聯的地理資訊可需要(例如)21至28個位元組。因此，可在同一信標10中傳輸關於9至12個射頻裝置5之地理資訊20。
VSI資料欄位由「元件ID 221」識別且由以下欄位組成：「元件ID」(1位元組)、「長度」(1位元組)、「OUI」或「組織唯一識別符」(3位元組)、「VSI內容」(最大252位元組)。
OUI資料欄位識別製造商或可能識別由其引用之資訊元件提供之服務類型。
為了傳輸更多地理資訊，可將另外的VSI資料欄位添加至同一信標10中，或將地理資訊再分到兩個或兩個以上信 標10中。由於通常一信標10與下一信標10之間的時間間隔約為100毫秒，因此，每秒傳輸關於90至120個射頻裝置5之地理資訊係可能的。
舉例而言，VSI資料欄位之「VSI內容」可含有關於未連接至無線網路1之電子射頻裝置5之地理資訊的以下資料：-射頻裝置5之識別符(8至12位元組)；-緯度(4位元組)；-經度(4位元組)；-高度(2至4位元組)；-建築物識別器(1位元組)；-樓層號碼(1位元組)；-房間號碼(1至2位元組)；有利地，無線裝置7不需要傳輸任何資料，亦不需要解碼任何加密封包。必須由無線裝置7分析之該等信標10僅為含有VSI資料欄位中所含之資訊元件之彼等信標，彼等信標由一或多個預定OUI資料欄位識別。
可想而知，使用兩個或兩個以上不同OUI資料欄位來向無線裝置7指示：下一信標10含有關於未連接至無線網路1之其他射頻裝置5的資訊或資訊為完整的。無線裝置7可連續地或以規則及可變間隔收聽信標以節省能量。
定位於環境2內且自一或多個射頻裝置5接收無線電信號之無線裝置7可基於包含於信標10中的該等射頻裝置5之位置的知識且基於由射頻裝置5發射且由無線裝置7接收之無線電信號來估計其自身位置，亦可能基於無線電信號經由 任何已知技術(例如，藉由將三角量測系統應用於由此獲得之資料)來估計距該等射頻裝置5中之每一者的距離。以此方式，無線裝置7可基於自至少一射頻裝置5接收之無線電信號且基於包含於由該至少一存取點3傳輸之信標10中之地理資訊20來計算其自身位置。
在本發明之較佳實施例中，未連接至網路之射頻裝置5為僅當無線裝置7緊鄰其時被電磁激發的被動RFID詢答器。
考慮到被動RFID詢答器之低成本，可用大量詢答器5佈滿由無線網路1涵蓋之環境2，以增加無線裝置7之定位之精確度。
根據以上描述，本發明之特徵及其優點係顯而易見的。
在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置的位置之本方法之第一優點在於：無線裝置之位置係用與先前技術相比增加之精確度加以判定。事實上，根據本發明之方法利用非常廉價且因而可大量地撒佈在由無線網路涵蓋之環境內之電子元件，例如被動RFID詢答器。該等元件之數目越大，無線裝置可利用越多資訊來判定其自身位置，例如經由已知三角量測方法，從而改良定位精確度。
根據本發明之方法之第二優點在於：可非常容易地修改由未連接至無線網路之射頻裝置建立之地理資訊點之網路。為此目的，事實上，藉由將未連接至無線網路之射頻裝置之新地理資訊包括於信標中來修改信標之資訊內容就 足夠了。因此，不需要修改(無論是無線還是有線的)區域網路。
根據本發明之方法之另一優點在於：定位射頻識別器(且因而，藉由三角量測定位無線裝置)所必需之資料可在無線裝置先前不瞭解的情況下被容易且快速地廣播。
本發明之又一優點在於：無線裝置不需要獲取對無線區域網路的存取權以便識別及鑑認其本身。
本發明之又一優點在於：廣播關於未連接至網路之射頻裝置之地理資訊將判定無線裝置之位置所需之時間降到最低且避免一對一通信協定之額外負擔；無線裝置僅收聽廣播傳輸，而不必對其回覆，從而節省能量。
本發明之又一優點在於：在緊急情況下，救援者剛進入無線網路之存取點範圍內，便可獲得正在廣播之資料。
根據本發明之方法之又另一優點在於：存取點及無線網路與IEEE 802.11標準(例如具有「g」及「n」版本之變體)保持相容。
在本文中以實例描述之在包含具有至少一存取點之無線網路之環境中定位無線裝置的位置之方法在不背離本發明理念之新穎精神的情況下可進行許多可能之變化；亦很明顯，在本發明之實際實施中，所說明之細節可具有不同形狀或可由其他技術上等效的元件替代。
舉例而言，除上文已提及的資訊之外，用於定位未連接至無線網路之射頻裝置之其他額外或替代資訊可為以下各者： -公寓、樓層、街道、街道號碼、城市、國家；-建築物、區段、走道、支架、架子；-大廳、列、行、台；-區段、列、行、座位；-有效期限/期滿日期；-回應信號之最大功率、隨距離改變的預期之功率變化；-標籤/天線定向，相應波瓣之形狀及方向；-最大/最小接收距離；-障礙、難以超越之極限、(電氣、化學、生物等)危險、逃脫路線、門、樓梯。
舉例而言，地理資訊可藉由錯誤校正碼(例如MD5)加以壓縮及/或加密及/或保護。
舉例而言，儘管本文中已參考IEEE 802.11標準中界定之技術描述該方法，但其亦可與其他標準(例如，LTE或UMTS)一起使用，其他標準之規格由3GPP工作小組加以界定。詳言之，此等後來的LTE或UMTS標準包括在廣播訊息中的可以與IEEE 802.11標準之VSI元件相同之方式使用的欄位(資訊元件)。
舉例而言，對於廣播頻道，3GPP-LTE標準之TS 36.331規格或3GPP-UMTS標準之TS 25.331規格規定被稱為「系統資訊區塊類型10」或「系統資訊區塊類型12」且意欲用於可用在緊急狀況中之包括泛用位元組字串之廣播資訊的資訊欄位。
因此，易於瞭解，本發明並不限於在包含具有至少一存 取點之無線網路之環境中定位無線裝置的位置之方法，而是在不背離如以下申請專利範圍中明確規定的本發明理念之新穎精神的情況下可進行許多修改、改良或等效部分及元件之替代。
1‧‧‧無線網路
2‧‧‧環境
3‧‧‧存取點
5‧‧‧射頻裝置
6‧‧‧記憶體構件
7‧‧‧無線裝置
10‧‧‧射頻信號/信標
20‧‧‧地理資訊
圖1為包含具有至少一存取點之無線網路之環境的圖；圖2為根據本發明之方法使用之無線網路的信標的圖。
10‧‧‧射頻信號/信標
20‧‧‧地理資訊

Claims (16)

  1. 一種在包含具有至少一存取點(3)之一無線網路(1)之一環境(2)中定位(localizing)一無線裝置(7)的位置之方法，其特徵在於該方法包含以下步驟：由該無線裝置(7)接收由該至少一存取點(3)傳輸且包含用於連接至該至少一存取點(3)之基本資訊之一射頻信號(10)，且在於：該射頻信號(10)包含關於定位於該環境(2)中且不連接至該無線網路(1)之至少一電子射頻裝置(5)之地理位置的地理資訊(20)。
  2. 如請求項1之方法，其中該無線裝置(7)可基於自該至少一射頻裝置(5)接收之無線電信號且基於該地理資訊(20)計算其自身位置。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該射頻裝置(5)為一RFID詢答器。
  4. 如請求項3之方法，其中該RFID詢答器為被動類型。
  5. 如請求項1之方法，其中該地理資訊(20)經再分為該等射頻信號中之至少兩者。
  6. 如請求項1或2之方法，其中該射頻信號(10)包含與IEEE 802.11標準相符之一資料封包。
  7. 如請求項6之方法，其中在該資料封包之至少一供應商特定資訊(VSI)資料欄位中含有該地理資訊(20)。
  8. 如請求項1或2之方法，其中該射頻信號(10)包含與3GPP-LTE標準之TS 36.331規格相符或與3GPP-UMTS標準之TS 25.331規格相符之一資料封包。
  9. 如請求項8之方法，其中該資料封包包含於一「系統資訊區塊」訊息中。
  10. 如請求項1之方法，其中該地理資訊(20)包含以下元件中之一或多者：該射頻裝置(5)之識別符、緯度、經度、高度、建築物、樓層、房間。
  11. 如請求項1之方法，其中該電子射頻裝置(5)包含儲存該射頻裝置(5)之該識別符之記憶體構件(6)。
  12. 一種無線裝置(7)，其包含用於實施如請求項1至10中任一項之方法之構件。
  13. 一種在一環境(2)中操作之一無線網路之存取點(3)，其包含用於傳輸一射頻信號(10)之構件，該射頻信號(10)包含用於連接至該存取點(3)之基本資訊，該存取點(3)因此包含用於將關於定位於該環境(2)中且不連接至該無線網路之至少一電子射頻裝置(5)之地理位置的地理資訊(20)輸入至該射頻信號中的構件。
  14. 一種由定位於一環境(2)中之一存取點(3)傳輸以允許一無線裝置(7)連接至該存取點(3)的射頻信號，其特徵在於：該射頻信號包含關於定位於該環境(2)中且不連接至該無線網路(1)之至少一電子射頻裝置(5)之地理位置的地理資訊(20)。
  15. 一種定位一無線裝置(7)的位置之系統，其包含具有至少一存取點(3)之一無線網路(1)，其特徵在於：該存取點(3)傳輸一射頻信號(10)，該射頻信號(10)包含用於連接至該至少一存取點(3)之基本資訊，該存取點 (3)包含用於將關於至少一電子射頻裝置(5)之地理位置之地理資訊(20)輸入至該射頻信號(10)中的構件，且該無線裝置(7)包含用於接收該射頻信號(10)之構件；且在於定位於該環境(2)中且不連接至該無線網路(1)之至少一電子射頻裝置(5)，該至少一電子射頻裝置(5)包含儲存一單一(univocal)識別符之記憶體構件(6)。
  16. 如請求項15之系統，其中該無線裝置(7)可基於自該至少一射頻裝置(5)接收之無線電信號且基於該地理資訊(20)計算其自身位置。
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