WO2009115628A1 - Método de localización de vehículos basado en infraestructuras wifi - Google Patents

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WO2009115628A1
WO2009115628A1 PCT/ES2009/000155 ES2009000155W WO2009115628A1 WO 2009115628 A1 WO2009115628 A1 WO 2009115628A1 ES 2009000155 W ES2009000155 W ES 2009000155W WO 2009115628 A1 WO2009115628 A1 WO 2009115628A1
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WO
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location
rssi
wifi
vehicle
access points
Prior art date
Application number
PCT/ES2009/000155
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English (en)
French (fr)
Inventor
Miguel Caballero Franco
Original Assignee
Neomedia Wireless, S.L.
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Filing date
Publication date
Application filed by Neomedia Wireless, S.L. filed Critical Neomedia Wireless, S.L.
Publication of WO2009115628A1 publication Critical patent/WO2009115628A1/es

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/0252—Radio frequency fingerprinting
    • G01S5/02521—Radio frequency fingerprinting using a radio-map
    • G01S5/02524—Creating or updating the radio-map
    • G01S5/02525—Gathering the radio frequency fingerprints
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves

Definitions

  • the present invention is encompassed in the ICT sector applied to traffic and transport. It is specifically a procedure to improve the current result of positioning systems based on wireless infrastructures, and more specifically to achieve accuracies of up to 0.5 meters in positioning systems that use WiFi type infrastructures (based on RSSI measures, "Received Signal Strength Indication", Indicator of the Intensity of the Radio Signal) to locate devices with the same radio (WiFi) in a specific and moving environment. It is, therefore, a specific method that improves the current WiFi positioning systems through new algorithms related to the scanning of the medium and the processing of the RSS), all applied to vehicles in mobility.
  • the present invention can be used, for example, for the location of buses ' in a transport exchanger, a garage or a bus station, which are places where GPS technology does not work properly
  • WO02054813-A1 discloses a method for estimating the loyalty of a receiver in a wireless communication
  • WO03102621 -A1 describes a method and a module for estimating the location of a target device.
  • WO2004008796-A1 is also related to the present invention.
  • the method object of the present invention differs from those mentioned above in that it achieves a clear improvement in the precision of any scenario and, above all, in moving devices and at public transport speeds (up to 60 km / h).
  • the current methods of locating WiFi infrastructure are not designed to be used in vehicles, and much. Less in mobility. This means that the real precision obtained with these systems is, in the best case, between 3 and 10 m, and this precision decreases with the speed (at higher speed, more error and less precision), so that at urban speeds (below 60 km / h) the result of applying WiR location systems is unreliable and, consequently, useless.
  • Any RTLS (“Real Time Locatio ⁇ System”) system uses a procedure such as the following (the procedure applies to those based on RSSI): an algorithm is generated that collects a table with the RSSI values of the WiFi access points in each place (measured from a client device to be located), and these values are sent to a location server, where RSSIs measured at each location are transformed into specific geographical coordinates
  • RSSIs measured at each location are transformed into specific geographical coordinates
  • the location information is not reliable with the movement factor, and said error is progressively accentuated with the speed.
  • the first is that the radio environment generates direct problems that affect the quality of the radio, and a difficult solution.
  • the second is that current systems do not allow to control the times that each subsystem internally needs to execute its corresponding algorithms: the time necessary for the RSSI table of the WiFi access points to be filled, and the refresh time of the location.
  • refresh times of less than 5 seconds are never achieved (using only a standard WiFi infrastructure; there are technologies that do reduce that time to 1 sec, but use multiple wireless infrastructures to perform the location functions, at least one of them being proprietary infrastructure) for one reason: because the methods used need time to listen on all WiFi channels and fill the RSSI table equal to or greater than 5 seconds, and many times close to 10 seconds.
  • the location marking data is not real.
  • the current systems of location by WiFi and based on RSSl use methods of launching data frames to the broadcast address to fill the table of the RSSI of the access points; These methods are slow and, if the device to be located moves (like a vehicle), they are not reliable.
  • the method of the present invention introduces variables that allow eliminating radioelectric noise and, consequently, increases the quality of said precision up to 0.5 meters, at speeds of up to 60 km / h, decreasing and controlling the cooling time of the position of the location device and the filling time of the previous RSSI table up to values of 1 sec.
  • the main features that the invention proposes go in two directions: introduce a pre-engine that contains all the business logic and introduce a system that allows to control 2 times: the location refresh time (which filters and sends the location data to the central system) and the filling time of the table of the RSSI of the WiFi access points.
  • the pre-engine acts as a "black box" that is placed between the positioning engine and the WiFi infrastructure, and that houses the business logic associated with that installation. If a pre-engine is not used, the n devices of an installation (associated with an infrastructure) should be configured one by one, parameterizing the business logic and the radio logic together, and ordering it to behave in a certain way depending on of the environment.
  • the pre-engine you have a business logic layer for each WiFi infrastructure, since all devices behave the same within the same infrastructure. Therefore, the idea of introducing the pre-engine is that the location device ends up being a mere transmitter of information with the embedded radio logic, but that the business logic is controlled from the pre-engine.
  • the pre-engine is therefore a device that simplifies the configuration task.
  • the method takes into account the speed of the vehicles to be located and the update rate of sending RSSI values to the server, the latter being parameterizable.
  • This parameter can be changed to optimize certain environments (the parameter will be configured depending on the physical layout of the environment, Ia speed of the vehicles to be located, etc.).
  • the method makes measurements of the RSSI, and makes an estimated calculation taking into account the possible movement of the vehicle to be located, discarding those values that due to noise, interference or other circumstances can make the system wrong.
  • the invention relates to a vehicle location method based on WiFi infrastructures according to claim 1. Preferred embodiments of the system and method are defined in the dependent claims.
  • There are in the WiFi infrastructure a plurality of access points physically located in the environment where the location is carried out.
  • the vehicle to be located is equipped with a WiFi location device.
  • the method comprises:
  • the location server the physical positioning coordinates of the vehicle, based on the information included in the location message.
  • the "beacon frames" of the access points are preferably heard.
  • the message containing the location information is preferably a UDP packet.
  • the location device information preferably includes:
  • the storage of RSSI values in the WiFi device can be done in a table.
  • the filling time of this table is configurable up to minimum values of less than one second.
  • the refresh time of Ia Position of the WiFi location device can be set up to minimum values of one second.
  • the filling time of the RSSI table and the cooling time of the position of the WiFi location device can be set according to the estimated vehicle speed.
  • the gain of the WiFi antenna can be introduced as a programmable function in the WiFi device to be located.
  • a pre-motor is also preferably introduced between the WiFi device to be located and the positioning engine, housing logical business rules to eliminate radio spectrum interference.
  • the "false Access Point” is entered as a programmable function to set the physical coordinates (x, y) of the location device to desired locations.
  • the WiFi location device can select the access points from which you want to receive RSSI values. This selection of access points can be made through a "Sequencer” or "BitStream".
  • Figure 1 shows a general scheme of the environment to which the location method object of the present invention is applied.
  • Figure 2 shows a flow chart of the 'SON' process.
  • Figure 3 shows a flow chart of the 'FATHER' process.
  • Figure 4 shows, concurrently, a flow chart of the processes, 'SON' and 'FATHER'.
  • the present invention consists of a vehicle location method based on WiFi infrastructures, with a plurality of access points 1 physically located in the environment 2 where the location is carried out, and in which the vehicle 3 to be located is equipped with a device WiFi 4 location.
  • Figure 1 shows a general scheme of the setting to which the location method is applied.
  • the vehicle is located on a location server 5.
  • the method object of the invention listens to the different channels capturing 'beacon' frames of the access points 1- (access points 1 emit multiple frames: 'beacon' frames, data frames, 'management frames'';' beacon 'frames are used because they are the simplest of those to extract
  • Each access point of each infrastructure can broadcast on the same or different channels, without established rules, as it depends on each radio environment, manufacturer, configuration, etc.
  • the invention contemplates two concurrent processes, a 'SON' process and a 'FATHER' process.
  • the 'SON' process represented in Figure 2, consists in generating
  • Table 12 of the RSSI is based on launching data frames to the broadcast address, where all the access points 1 that are in a time window listen, and only if the frame arrives in the same time window these access points 1 respond; the drawback is that these methods do not ensure what all access points 1 will respond (only those who listen in the same
  • the present method executes orders that allow a filling of
  • the present invention uses a method of listening to channels to fill Ia
  • table 12 of the RSSI the client device listens to 10 and analyzes the channels radio stations available and not overlapping in 2.4 GHz (channel 1, 6 and 11, since in 2.4 GHz there are eleven channels, but only three without overlapping - which are the ones that will use the WiFi access points to "radiate "the services -, so if only the channels that interest the process are analyzed, it will be faster, and it will take less time to fill table 12 of the RSSI), and 11 will be stored in table form 12 all the RSSI that find, one for each access point. For this, the so-called "beacon” frames (beacons that send the access points to know that they are operational) are heard, and RSSI is extracted from said frame.
  • beacon frames are used because they are very simple to obtain and quick to extract the information that is of interest.
  • the time taken to listen to all the channels is less than 500 msec. (Compared to the ten seconds of the market methods).
  • table 12 of the RSSI ie, it is possible to obtain a number equal to or greater than twenty reliable RSSI values per access point
  • beacon frames are sent every ten milliseconds, the total time of listening and obtaining RSSI is close to 500 milliseconds precisely because of the multiple tasks of registering, listening and deleting incorrect values.
  • three sweeps of beacon frame listeners are made, for the reason of ensuring the obtaining of good RSSI values regardless of the WiFi infrastructure configuration.
  • performing the process three times ensures that the method will work with any market infrastructure, regardless of the configuration, installation and location of the points of access. Therefore, the total listening time and obtaining
  • the filling time of the table (always referring to the number of RSSI measurements per access point (that is, to the columns of the table), not the number of access points (rows, from the table)) will also depend on the speed of the vehicle. But from experience at the marked speeds (less than 60 km / h) a vehicle manages to be connected at least three seconds to an access point, so that table 12 would be satisfactorily filled in that time (since three seconds is greater than the two necessary seconds).
  • the filling time of the RSSI table 12 is parameterizable according to the vehicle speed; at a lower speed, this time must be lower, since the WiFi location device 4 will have to connect to the location server 5 in a shorter period of time so that the stored RSSI values are reliable at the time of being dumped to the server location 5.
  • a determined number 'x' of RSSI values ('x' full columns of the table) are considered as good, it is ordered to follow the process, so that said filling will occur in greater or lesser time depending on the travel and the average speed of the vehicle.
  • the filling time of table 12 of the RSSI is taken into account as a programmable function in the system (configurable depending on the vehicle speed), not as a fixed variable, thus enabling and if necessary a filling of the table very fast.
  • the method uses a Kalman filter (which uses a heuristic of learning by observing trends and making decisions accordingly) on the values of the RSSI collected previously, being able to adjust the time (or frequency) of sending the information of the location to the corresponding server; that is, the refresh time of the location device is again a programmable system variable.
  • the two processes interact to communicate with the location server, and only when the information to be processed is sent does the process of filling the RSSI table begin again.
  • the 'PARENT' process as shown in Figure 3, consists in applying data filtering techniques 14 to the previous table 12 (to discard incorrect values) and in transmitting 17 the purified data of the position of the hardware device to the system of location 5 through the "refreshment" process.
  • the most important parameter of this process is the refresh time of the position of the location WiFi device 4, which will depend and can be set according to the average speed of the vehicle 3; The higher the average speed at which the vehicle 3 is traveling, the lower the cooling time should be if we want the location results to be reliable.
  • a Kalman filter is used on the columns of the RSSI table (each row i of table 12 stores a series of n values (RSSIi, RSSI 21 RSSl 3 ..., RSSI n ) corresponding to the access point i) discarding incorrect RSSI values until the filter finally purifies all the values in the table to a single RSSI by access point (the most reliable).
  • the datagram that is sent consists of:
  • the datagram will have as many RSSI value groups as access points you have scanned;
  • Figure 4 shows, concurrently, a flow chart of the two processes, 'SON' and 'FATHER'.
  • the filling time of the RSSI table and the cooling time of the position of the location device are closely related, since the first one can be configured to make less passes on the filling of the table (there may be WiFi infrastructures that with only collecting once the beacon frames the table is correctly filled, without incorrect values), so that the Kalman filter is applied over less values and, consequently, is faster. Therefore, it can be concluded that depending on the WiFi infrastructure, the final time (which is, in practice, the cooling time of the location device position) can vary between one second (a filling of the table -500 msec- with a very fast Kalman filter - less than 500 msec -) and two seconds (three filled with the table - approx. 1, 5 sec - with a Kalman filter - approx. 500 msec). ⁇ -
  • a pre-engine will be used for each WiFi infrastructure deployed, containing the logical radio rules applied to that particular location.
  • a pre-motor between the device to be located and the positioning motor allows applying logical business rules to the system, configurable according to the state of the radio spectrum in each specific case, and thus eliminating noise that could interfere with The quality of the precision achieved.
  • the pre-engine introduces two new configurable parameters in each installation:
  • Fake APs False Access Points

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Abstract

Método de localización de vehículos basado en infraestructuras WiFi, con una pluralidad de puntos de acceso físicamente ubicados en el entorno donde se efectúa Ia localización, y en el que el vehículo a localizar va equipado con un dispositivo WiFi de localización, comprendiendo: escuchar (10), por parte del dispositivo WiFi, los diferentes canales radio de los puntos de acceso (1); obtener y almacenar (11), para cada escucha, valores RSSI de Ia intensidad de Ia señal de radio para cada punto de acceso (1) disponible; filtrar (14) los valores RSSI almacenados, obteniendo un único valor RSSI filtrado, RSSIFILT, para cada punto de acceso (1); generar (15) un mensaje de localización con información del dispositivo WÍFi y el valor RSSIFILT para cada punto de acceso; enviar (17) el mensaje de localización a un servidor de localización; obtener el servidor de localización las coordenadas de posicionamiento físico del vehículo (3), a partir de Ia información incluida en el mensaje de localización.

Description

Método de localización de vehículos basado en infraestructuras WiFi
Campo de Ia invención
La presente invención se engloba en el sector de las TIC aplicadas al tráfico y transporte. Se trata concretamente de un procedimiento para mejorar el resultado actual de los sistemas de posicionamiento basados en infraestructuras inalámbricas, y más concretamente para conseguir precisiones de hasta 0,5 metros en sistemas de posicionamiento que utilizan infraestructuras de tipo WiFi (basados en medidas de RSSI, "Received Signal Strength Indication", Indicador de Ia Intensidad de Ia Señal de Radio) para localizar dispositivos con el mismo radio (WiFi) en un entorno concreto y en movimiento. Se trata, pues, de un método específico que mejora los sistemas actuales de posicionamiento WiFi mediante nuevos algoritmos relacionados con el escaneo del medio y con el procesamiento de los RSS), todo ello aplicado a vehículos en movilidad. La presente invención se puede emplear, por ejemplo, para Ia localización de autobuses' en un intercambiador de transportes, una cochera o una estación de autobuses, que son lugares donde Ia tecnología GPS no funciona correctamente
* (suelen ser interiores). Dichos autobuses se equiparían con un dispositivo de localización que operaría según el método objeto de Ia invención. , '
Antecedentes de Ia invención
Existen numerosos documentos de patente en el estado del arte relacionados con Ia presente invención. El documento WO02054813-A1 divulga un método para estimar Ia loealización de un receptor en una comunicación inalámbrica, el documento WO03102621 -A1 describe un método y un módulo para estimar Ia localización de un dispositivo objetivo. El documento WO2004008796-A1 está también relacionado con Ia presente invención. ,
Pero el método objeto de Ia presente invención se diferencia de los arriba comentados en que consigue una clara mejora en Ia precisión de cualquier escenario y, sobre todo, en los dispositivos en movimiento y a velocidades de transporte público (hasta 60 km/h). De hecho, los métodos actuales de localización por infraestructuras WiFi no están diseñados para ser utilizados en vehículos, y mucho . menos en movilidad. Ello hace que Ia precisión real que se obtiene con estos sistemas sea, en el mejor dé los casos, entre 3 y 10 m, y disminuyendo dicha precisión con Ia velocidad (a más velocidad, más error y menos precisión), de manera que a velocidades urbanas (por debajo de 60 km/h) el resultado de aplicar sistemas de localización por WiR es poco fiable y, en consecuencia, inútil.
Cualquier sistema RTLS ("Real Time Locatioή System", Sistema de Localización en Tiempo Real) de mercado (basado en RSSI o en TDOA, 'Time Difference Of Arrival", diferencia temporal en Ia recepción de datos) utiliza un procedimiento como el siguiente (el procedimiento se aplica a los basados en RSSI): se genera un algoritmo que recoge una tabla con los valores de los RSSI de los puntos de acceso WiFi en cada lugar (medida desde un dispositivo cliente a localizar), y dichos valores se envían a un servidor de localización, donde se transforman los RSSI medidos en cada lugar en coordenadas geográficas concretas. Existen sistemas que en vez de recopilar valores de RSSI almacenan información de los tiempos de respuesta desde los puntos de acceso (los basados en TDOA) o .información de los ángulos en los que llega Ia señal al equipo cliente (AOA), pero Ia metodología empleada es similar a Ia descrita; los tiempos o ángulos necesarios que recogen los valores que más tarde procesarán Ia información de localización no son fiables con el factor movimiento, y dicho error se acentúa progresivamente con Ia velocidad.
Como resumen general, las claves por Ia que estos sistemas no funcionan con Ia precisión deseada son dos:
La primera es que el entorno radioeléctrico genera unos problemas directos que afectan a, Ia calidad del radio, y de difícil solución.
La segunda es que los sistemas actuales no permiten controlar los tiempos que a ' nivel interno cada subsistema necesita para ejecutar sus algoritmos correspondientes: el tiempo necesario para que se llene Ia tabla de los RSSI de los puntos de acceso WiFi, y el tiempo de refresco de Ia localización. De cualquier forma y aunque existe tecnología que permite parametrizar este último tiempo, nunca se consiguen tiempos de refresco inferiores a 5 segundos (utilizando únicamente una infraestructura WiFi estándar; hay tecnologías que sí consiguen reducir ese tiempo a 1 seg, perp utilizan múltiples infraestructuras inalámbricas para realizar las funciones de localización, siendo al menos una de ellas infraestructura propietaria) por una razón: porque los métodos empleados necesitan un tiempo para escuchar en todos los canales WiFi y llenar Ia tabla de los RSSI igual o superior a 5 segundos, y muchas veces cercanos a los 10 segundos. Por Io tanto, hasta que no se llene Ia tabla con RSSI, se filtre, procese y codifique no se puede enviar Ia información al servidor de localización; y con una frecuencia de refresco tan baja el factor movimiento influye de manera decisiva, ya que en 5 ó 10 segundos un vehículo puede variar considerablemente su posición. En consecuencia, los datos que marcan de localización no son reales. Los sistemas actuales de localización por WiFi y basados en RSSl utilizan métodos de lanzamiento de tramas de datos a Ia dirección de broadcast para llenar Ia tabla de los RSSI de los puntos de acceso; estos métodos son lentos y, si el dispositivo a localizar se mueve (como un vehículo), no son fia.bles.
El método de Ia presente invención introduce variables que permiten eliminar ruido radioeléctrico y, en consecuencia, aumenta Ia calidad de dicha precisión hasta 0,5 metros, a velocidades de hasta 60 km/h, disminuyendo y controlando el tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo de localización y el tiempo de llenado de Ia tabla de RSSI anteriores hasta valores de 1 seg.
Dados los dos principales problemas anteriormente descritos, las principales características que Ia invención propone van en dos direcciones: introducir un pre- motor que contenga toda Ia lógica de negocio e introducir un sistema que permita controlar 2 tiempos: el tiempo de refresco de localización (que filtra y envía los datos de localización al sistema central) y el tiempo de llenado de Ia tabla de los RSSI de los puntos de acceso WiFi. El pre-motor actúa como una "caja negra" que se pone entre el motor de posicionamiento y Ia infraestructura WiFi, y que alberga Ia lógica de negocio asociada a esa instalación. Si no se utilizara un pre-motor se tendría que configurar los n dispositivos de una instalación (asociados a una infraestructura) uno a uno, parametrizando Ia lógica de negocio y Ia lógica de radio unitariamente, y ordenándole que se comporte de cierta manera en función del entorno. Con el pre-motor se tiene una capa de lógica de negocio por cada infraestructura WiFi, ya que todos los dispositivos se comportan igual dentro de una misma infraestructura. Por Io tanto, Ia ¡dea de introducir el pre-motor es que el dispositivo de localización termine siendo un mero transmisor de información con Ia lógica de radio embebida, pero que Ia lógica de negocio se controle desde el pre-motor. El pre-motor es por tanto un dispositivo que simplifica Ia tarea de configuración.
De esta forma se consigue que los tiempos de llenado de Ia tabla citada sean ínfimos y que, por Io tanto, el envío de Ia posición del dispositivo a localizar al servidor , de localización sea muy rápido, no afectando de esta forma Ia velocidad del vehículo a Ia precisión en Ia localización.
En el método se tiene en cuenta Ia velocidad de los vehículos a localizar y Ia tasa de actualización de envío de valores RSSI hacia el servidor, siendo este último valor parametrizable. Este parámetro se puede cambiar para optimizar ciertos entornos (el parámetro se configurará dependiendo de Ia disposición física del entorno, Ia velocidad de los vehículos a localizar, etc.). Por otra parte el método realiza mediciones de los RSSI, y hace un cálculo estimativo teniendo en cuenta el posible movimiento del vehículo a localizar, descartando aquellos valores que debido al ruido, a las interferencias o a otras circunstancias pueden hacer equivocar al sistema.
Descripción de Ia invención
La invención se refiere a un método de localización de vehículos basado en infraestructuras WiFi de acuerdo con Ia reivindicación 1. Realizaciones preferidas del sistema y del método se definen en las reivindicaciones dependientes. Existen en Ia infraestructura WiFi una pluralidad de puntos de acceso físicamente ubicados en el entorno donde se efectúa Ia localización. El vehículo a localizar va equipado con un dispositivo WiFi de localización. El método comprende:
- escuchar, por parte del dispositivo WiFi de localización, los diferentes canales radio de los puntos de acceso; - obtener y almacenar, para cada escucha, valores RSSI de Ia intensidad de Ia señal de radio para cada punto de acceso disponible;
- filtrar los valores RSSI almacenados, obteniendo un único valor RSSI filtrado, RSSIRLT, para cada punto de acceso;
- generar un mensaje de localización con información del dispositivo WiFi y el valor RSSIHLT para cada punto de acceso;
- enviar el mensaje de localización a un servidor de localización;
- obtener el servidor de localización las coordenadas de posicionamiento físico del vehículo, a partir de Ia información incluida en el mensaje de localización.
En Ia etapa de escucha de los diferentes canales radio de los puntos de acceso, se escucha preferiblemente las "tramas beacon" de los puntos de acceso.
El mensaje que contiene Ia información de localización es preferiblemente un paquete UDP.
La información del dispositivo de localización incluye preferentemente:
- dirección MAC, - tipo de equipo,
- nivel de batería y situación de Ia misma,
- canales escaneados.
El almacenamiento de los valores RSSI en el dispositivo WiFi se puede efectuar en una tabla. El tiempo de llenado de dicha tabla es configurable hasta valores mínimos inferiores a un segundo. Por otro lado, el tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo WiFi de iocalización puede ser configurado hasta valores mínimos de un segundo. El tiempo de llenado de Ia tabla de los RSSI y el tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo WiFi de Iocalización se pueden configurar en función de, Ia velocidad estimada del vehículo. Se puede introducir Ia ganancia de Ia antena WiFi como función programable en , el dispositivo WiFi a localizar. También se introduce preferiblemente un pre-motor entre el dispositivo WiFi a localizar y el motor de posicionamiento, albergando reglas lógicas de negocio para eliminar interferencias del espectro radioeléctrico. En este caso se introduce como función programable el "Punto de Acceso falso" para fijar las coordenadas físicas (x,y) del dispositivo de Iocalización a lugares deseados. En Ia etapa de escucha de los diferentes canales radio de los puntos de acceso, el dispositivo WiFi de Iocalización puede seleccionar los puntos de acceso de los que se quieren recibir valores de RSSI. Dicha selección de los puntos de acceso se puede realizar a través de, un "Secuenciador" o "BitStream".
Breve descripción de los dibujos
, A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor Ia invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
La Figura 1 muestra un esquema general del entorno al que se aplica el método de localización objeto de Ia presente invención.
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo del proceso 'HIJO'. La Figura 3 muestra un diagrama de flujo del proceso 'PADRE'. La Figura 4 muestra, de forma concurrente, un diagrama de flujo de los procesos, 'HIJO' y 'PADRE'.
Descripción de una realización preferida de Ia invención
La presente invención consiste en un método de localización de vehículos basado en infraestructuras WiFi, con una pluralidad de puntos de acceso 1 físicamente ubicados en el entorno 2 donde se efectúa Ia localización, y en el que el vehículo 3 a localizar va equipado con un dispositivo WiFi 4 de localización. En Ia Figura 1 se muestra un esquema general del entornó al que se aplica el método de localización. La localización del vehículo se efectúa en un servidor de localización 5. Para recoger los valores de RSS! de los puntos de acceso WiFi (necesarios para efectuar fa localizador)) el método objeto de Ia invención escucha los diferentes canales capturando tramas 'beacon' de los puntos de acceso 1- (los puntos de acceso 1 emiten múltiples tramas: tramas 'beacon', tramas de datos, tramas 'management'; se emplean las tramas 'beacon' porque son las más sencillas de las que extraer los
5 valores RSSI, que es Io que importa). Cada punto de acceso de cada infraestructura puede emitir en el mismo o distintos canales, sin reglas establecidas, pues depende de cada entorno radioeléctrico, fabricante, configuración, etc.
La invención contempla dos procesos concurrentes, un proceso 'HIJO' y un proceso 'PADRE'. El proceso 'HIJO', representado en Ia Figura 2, consiste en generar
10 11 una tabla 12 dinámica con los valores de los RSSI de los puntos de acceso 1 , y mantener esa tabla 12 hasta que se llene de valores, momento en el cual se borra 13 y comienza de nuevo. El parámetro más importante de este proceso es el tiempo necesario para que se llene Ia tabla de los RSSI, y dependerá y se podrá configurar en función de Ia velocidad media del vehículo. Los métodos actuales utilizados para llenar
1.5 Ia tabla 12 de los RSSI se basan en lanzar tramas de datos a Ia dirección de broadcast, donde todos los puntos de acceso 1 que están en una ventana de tiempo escuchan,, y sólo si les llega Ia trama en Ia misma ventana de tiempo estos puntos de acceso 1 responden; el inconveniente es que estos métodos no aseguran qué responderán todos los puntos de acceso 1 (sólo los que escuchen en Ia misma
20 ventana de tiempo), por Io que hay que lanzar muchas tramas de datos a Ia dirección de broadcast para poder llenar Ia tabla de los RSSI y, consecuentemente, este proceso conlleva bastante tiempo (unos 10 segundos). Este hecho, unido al factor movimiento, hace que un llenado tan lento de Ia tabla 12 almacene unos valores de RSSI que en el momento de enviarlos 17 al servidor de localización 5 ya no sirvan,
25 dado que se corresponden con posiciones muy atrasadas si el dispositivo WiFi 4 está embarcado en un vehículo 3 en movimiento. En consecuencia, los métodos de localización basados en esta forma de llenado de tablas no dan buenos resultados con la.velocidad.
Sin embargo, el presente método ejecuta órdenes que permiten un llenado de
30 Ia tabla 12 de RSSI tanto rápido (pudiendo sincronizar información ágilmente) como fiable (descartando valores incorrectos), al tiempo que permite un refresco en cuanto al envío de datos de localización al servidor de localización 5 muy elevado y apto para vehículos 3 en movimiento.
La presente invención utiliza un método de escucha de canales para llenar Ia
35 tabla 12 de los RSSI: el dispositivo cliente va escuchando 10 y analizando los canales de radio disponibles y no solapados en 2,4 GHz (el canal 1 , 6 y 11 , ya que en 2,4 GHz hay once canales, pero sólo tres sin solapar - que son los que utilizarán los puntos de acceso WiFi para "radiar" los servicios -, por Io que si sólo se analizan los canales que interesan el proceso será más rápido, y se tardará menos tiempo en llenar Ia tabla 12 de los RSSI ), y va almacenando 11 en forma de tabla 12 todos los RSSI que encuentra, uno por cada punto de acceso. Para ello se escuchan las denominadas tramas "beacon" (balizas que envían los puntos de acceso para saber que están operativos), y se extrae de dicha trama el RSSI. Se emplean tramas "beacon porque son muy sencillas de obtener y rápidas para extraer Ia información que interesa. El tiempo que se emplea en escuchar 10 todos los canales es inferior a 500 mseg. (frente a los diez segundos de los métodos de mercado). Podemos considerar como satisfactorios un total de veinte valores de RSSl por punto de acceso 1 (veinte valores es un número muy fiable para que el filtro de Kalman, utilizado en una posterior fase de filtrado, funcione correctamente, ya que aprende y extrae conclusiones de un número elevado de valores). Debido a que se reciben tramas beacon cada diez milisegundos, se consigue llenar Ia tabla 12 de loa RSSI (es decir, se consigue obtener un número igual o superior a veinte valores de RSSI fiables por punto de acceso) en un tiempo aproximado de dos segundos. Se tarda 500 mseg en escuchar, los tres canales no solapados, con un procedimiento como el siguiente: se pone Ia tarjeta WiFi en el canal 1 , en escucha; se eliminan escuchas erróneas; se registran valores de RSSI; se cambia al siguiente canal, canal 6; se escucha y se. repiten los mismos pasos sucesivamente. Aunque las tramas beacon sé envían cada diez milisegundos el tiempo total de escucha y obtención de RSSI se aproxima a los 500 milisegundos precisamente por las múltiples tareas de registrar, escuchar y eliminar valores incorrectos. Al mismo tiempo se hacen tres barridos de escuchas de tramas beacon, por la razón de asegurar Ia obtención de buenos valores de RSSI independientemente de Ia configuración de Ia infraestructura WiFi. Aunque con aígunas infraestructuras y configuraciones con una pasada (es decir, aprox. 500 mseg) sería suficiente, realizando el proceso tres veces se asegura que el método funcionará con cualquier infraestructura de mercado, independientemente de Ia configuración, instalación y ubicación de los puntos de acceso. Por ello, el tiempo total de escucha y obtención de
RSSI es de 500 mseg * 3 = 1 ,5 segundos lo que, unido a un breve tiempo de filtrado
• (500 mseg del filtro de Kalman), hacen un total máximo de dos segundos. El tiempo de llenado de Ia tabla (refiriéndose siempre al número de mediciones de RSSl por punto de acceso (es decir, á las columnas de la tabla), no al número de puntos de acceso (filas, de Ia tabla)) también dependerá de Ia velocidad del vehículo. Pero por experiencia a las velocidades marcadas (inferior a 60 km/h) un vehículo consigue estar conectado al menos tres segundos a un punto de acceso, por Io que Ia tabla 12 se llenaría satisfactoriamente en ese tiempo (ya que tres segundos es superior a los dos segundos necesarios).
De cualquier manera el tiempo de llenado de Ia tabla 12 de RSSI es parametrizable en función de Ia velocidad del vehículo; a mayor velocidad menor deberá ser dicho tiempo, ya que el dispositivo WiFi 4 de localización tendrá que conectar con el servidor de localización 5 en un plazo menor de tiempo para que los valores almacenados de RSSI sean fiables en el momento de ser volcados al servidor de localización 5. Cuando se consideran como buenos un número determinado 'x' de valores de RSSI ('x' columnas llenas de Ia tabla) se ordena que siga el proceso, por Io que dicho llenado se producirá en mayor o menor tiempo en función del recorrido y Ia velocidad media del vehículo. A Ia vez se tiene en cuenta el tiempo de llenado de Ia tabla 12 de los RSSI como una función programable en el sistema (configurable en función de Ia velocidad del vehículo), no como una variable fija, posibilitando de esta forma y si es necesario un llenado de Ia tabla muy rápido. De forma paralela él método emplea un filtro de Kalman (que utiliza una heurística de aprendizaje observando tendencias y tomando decisiones en consecuencia) sobre los valores de los RSSI recogidos anteriormente, pudiendo de nuevo ajustar el tiempo (o frecuencia) de envío dé Ia información de localización al servidor correspondiente; es decir, el tiempo de refresco del dispositivo de localización vuelve a ser una variable programable del sistema. Los dos procesos interactúan para comunicar con el servidor de localización, y sólo cuando se envía lá información a procesar se inicia de nuevo el proceso de llenar Ia tabla de los RSSI.
El proceso 'PADRE, tal como se muestra en Ia Figura 3, consiste en aplicar técnicas de filtrado 14 de datos a Ia tabla 12 anterior (para descartar valores incorrectos) y en transmitir 17 los datos depurados de Ia posición del dispositivo hardware al sistema de localización 5 mediante el proceso de "refresco". El parámetro más importante de este proceso es el tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo WiFi 4 de localización, que dependerá y se podrá configurar en función de Ia velocidad media del vehículo 3; cuanta mayor sea Ia velocidad media a Ia que circule el vehículo 3 menor deberá ser el tiempo de refresco si pretendemos que los resultados de localización sean fiables. Para el filtrado y depuración de datos se emplea un filtro de Kalman sobre las columnas de Ia tabla de los RSSI (cada fila i de Ia tabla 12 almacena una serie de n valores (RSSIi, RSSI21RSSl3... ,RSSIn) correspondiente al punto de acceso i) descartando valores incorrectos de RSSI hasta que el filtro, finalmente, depura, todos los valores de Ia tabla a un sólo RSSI por punto de acceso (el más . fiable). Una vez filtrada Ia tabla se ejecutan las órdenes para Ia formación 15 de un 5 paquete UDP que impleménte el protocolo del fabricante del sistema de localización. El paquete se envía preferiblemente en UDP porque es Ia forma más rápida de enviarlo, y el tiempo es un aspecto crítico en esta metodología.
El datagrama que se envía consta de:
- Información de cabecera, que porta información general del paquete. 10 - Información del dispositivo de localización:
- Dirección MAC,
- Tipo de equipo,
- Nivel de batería y situación de Ia misma,
- Canales escaneados. ,
15 - Información del RSSI. El datagrama tendrá tantos grupos de valores de RSSI como puntos de acceso haya escaneado;
- Dirección MAC.
- Medida de RSSI, en dBm.
- Canal donde se midió el RSSI.
20 El datagrama que se envía debe contener exactamente todos los parámetros anteriores para que el motor de posicionamiento contra el que interactuará Io entienda correctamente.
' El siguiente paso consiste en detener 16 el proceso 'HIJO' para poder establecer Ia comunicación con el servidor de localización 5, ya que dicho proceso
25 'HIJO' está continuamente "escuchando" 10 los puntos de acceso y no permite
, establecer comunicación alguna. Una vez detenido el proceso 'HIJO' se establece comunicación con el servidor y se envía 17 Ia información de posicionamiento (dentro
. del datagrama) al servidor de localización 5, donde se traduce a coordenadas (x,y).
Dicha información se encuentra dentro del paquete UDP. Una vez enviado el paquete
30 UDP que determinará Ia posición del dispositivo, se vuelve a poner en marcha 18 el proceso 'HIJO'.
La Figura 4 muestra, de forma concurrente, un diagrama de flujo de los dos procesos, 'HIJO' y 'PADRE'.
Cabe destacar, por último, que el tiempo de llenado de Ia tabla de los RSSI y el 35 tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo de localización están estrechamente relacionados, ya que se puede configurar el primero para hacer menos pasadas sobre el llenado de Ia tabla (puede haber infraestructuras WiFi que con recoger tan sólo una vez las tramas beacon Ia tabla se quede correctamente llenada, sin valores incorrectos), de forma que el filtro de Kalman se aplica sobre menos valores y, en consecuencia, es más rápido. Por Io tanto, se puede concluir que en función de Ia infraestructura WiFi el tiempo final (que es, en Ia práctica, el tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo de localización) puede variar entre un segundo (un llenado de Ia tabla -500 mseg- con un filtro de Kalman muy rápido -menos de 500 mseg-) y dos segundos (tres llenados de Ia tabla -aprox. 1 ,5 seg- con un filtro de Kalman -aprox. 500 mseg-). ^ -
Se utilizará un pre-motor por cada infraestructura WiFi desplegada, conteniendo las reglas lógicas de radio aplicadas a ese lugar concreto. El hecho de introducir como innovación un pre-motor entre el dispositivo a localizar y el motor de posicionamiento permite aplicar reglas lógicas de negocio al sistema, parametrizables en función del estado del espectro radioeléctrico en cada caso concreto, y eliminando así ruido que pudiese interferir en Ia calidad de Ia precisión conseguida. El pre-motor introduce dos nuevos parámetros configurables en cada instalación:
- Introducción de "Puntos de Acceso falsos" ("APs falsos" o "Fakes AP") en el sistema, pudiendo fijar de esta forma las coordenadas físicas (x,y) del dispositivo de localización a lugares deseados: al llegar a cierto umbral de nivel de señal de radio deseado, se introduce el Fake AP para fijar Ia posición deseada del dispositivo de localización y que esta no varíe ni por
. el ruido radioeléctrico ni por cualquier otra razón, de forma que el cálculo de su posición sea exacto. - Introducción de "Secuenciadores" o "Bitstreams" en el sistema: de esta forma se consigue decir al dispositivo WiFi de vehículos que no reciba valores de RSSI de todos los puntos de acceso WiFi, sino sólo de los que interesen en ese lugar. De esta forma eliminamos los Puntos de Acceso que puedan provocar nuevamente ruido en el sistema. Por otra parte y antes de comenzar el desglose analítico de los procesos acaecidos en el dispositivo WiFi del vehículo, como otra innovación se introduce en este dispositivo otra función programable en el sistema: Ia ganancia del dispositivo. Este parámetro tiene tremenda importancia en vehículos, ya que en función de Ia altura a Ia que se instale Ia antena WiFi se consigue eliminar nuevamente ruido y mejorar notablemente Ia precisión.

Claims

REIVINDICACIONES
1- Método de localización de vehículos basado en infraestructuras WiFi, con una pluralidad de puntos de acceso (1) físicamente ubicados en el entorno (2) donde se efectúa Ia localización, y en él que el vehículo (3) a localizar va equipado con un dispositivo WiFi (4) de localización, caracterizado porque comprende:
- escuchar (10), por parte del dispositivo WiFi (4) de localización, los diferentes canales radio de los puntos de acceso (1);
- obtener y almacenar (11), para cada escucha, valores RSSI de Ia intensidad de Ia señal de radio para cada puntó de acceso (1) disponible;
- filtrar (14) los valores RSSI almacenados, obteniendo un único valor RSSI filtrado, RSSIFILT, para cada punto de acceso (1);
- generar (15) un mensaje de localización con información del dispositivo WiFi (4) y el valor RSSIF|LT para cada punto de acceso; - enviar (17) el mensaje de localización a un servidor de localización (5);
- obtener el servidor de localización (5) las coordenadas de posicionamiento físico del vehículo (3), a partir de Ia información incluida en el mensaje de localización.
2- Método de localización de vehículos según reivindicación 1, caracterizado porque en Ia etapa de escucha de los diferentes canales radio de los puntos de acceso, se escucha las "tramas beacon" de los puntos de acceso.
3- Método de localización de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el , mensaje que contiene Ia información de localización es un paquete UDP.
4- Método de localización de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque Ia información del dispositivo de localización incluye: - dirección MAC,
- tipo de equipo,
- nivel de batería y situación de Ia misma,
- canales escaneados.
5- Método de localización de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el almacenamiento de los valores RSSI en el dispositivo WiFi (4) se efectúa en una tabla (2), y porque el tiempo de llenado de dicha tabla es configurable hasta valores mínimos inferiores a 1 segundo.
6- Método de localización de vehículos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo WiFi (4) de localización es configurable hasta valores mínimos de 1 segundo. . . . '
7- Método de localización de vehículos según las reivindicaciones 5 y 6, caracterizado porque el tiempo de llenado de Ia tabla de los RSSI y el tiempo de refresco de Ia posición del dispositivo WiFi de localización se configuran en función de Ia velocidad estimada del vehículo.
8- Método de localización de vehículos según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se introduce como función programable en el dispositivo WiFi (4) a localizar Ia ganancia de Ia antena WiFi.
9- Método de localización de vehículos según las reivindicaciones anteriores; caracterizado porque se introduce un pre-motor entre el dispositivo WiFi a localizar y el motor de posicionamiento, albergando reglas lógicas de negocio para eliminar interferencias del espectro radioeléctrico. r
10- Método de localización de vehículos según Ia reivindicación 9, caracterizado porque se introducé como función programable el "Punto de Acceso falso" para fijar las coordenadas físicas (x,y) del dispositivo de localización a lugares deseados.
11- Método de localización de vehículos según Ia reivindicación 9, caracterizado porque en Ia etapa de escuchar (10) los diferentes canales radio de los puntos de acceso (1), el dispositivo WiFi (4) de localización selecciona los puntos de acceso (1) de los que se quieren recibir valores de RSSI.
12- Método de • localización de vehículos según Ia reivindicación 11 , caracterizado porque dicha selección de los puntos de acceso (1) de los que se quieren recibir valores de RSSI se realiza a través de un "Secuenciador" o "BitStream".
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