CN104541556A - 在无关联无线状态中的补充位置相关信息传输 - Google Patents
在无关联无线状态中的补充位置相关信息传输 Download PDFInfo
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Abstract
系统和方法针对位置点(LP)与无线设备之间的信息交换。LP可以包括网络接入点(AP)和/或专用位置实体。在一个实施例中,可以从LP向无线设备无线传输包括但不限于地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、LP类型、距另一LP的距离和/或定时偏移校准准确性的LP的补充位置相关信息。
Description
对相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年9月17日提交的美国申请no.13/621,446的权益,其全部内容通过引用并入于此。
技术领域
本公开一般地涉及无线通信的领域,并且特别地涉及无线设备位置标识。
背景技术
考虑到针对营销机会和社交联网的新应用和服务的出现,准确地确定无线设备的位置或定位已经日益变得重要。
已经做出各种尝试以开发室内导航系统,其在进入特定室内区域(例如房间、大型购物中心等)时向无线设备提供数字电子地图。典型地,这样的室内定位系统已经基于Wi-Fi网络,使用所接收的信号强度指示符(RSSI)或者基于定时的技术。然而,这些室内定位系统并非没有准确性和可靠性问题,因为它们有时依赖于不反映真实世界条件或操作特性的某些假设。
附图说明
图1描绘了依照本公开的各种方面和原理的包括经由位置点耦合到有线网络的许多无线设备的无线位置标识系统的功能框图。
图2描绘了图示出依照本公开的各种方面和原理的通过供给位置相关信息来标识无线设备的位置的方法的流程图。
图3描绘了图示出依照本公开的各种方面和原理的通过供给位置相关信息来标识无线设备的位置的另一方法的流程图。
图4描绘了图示出依照本公开的各种方面和原理的通过供给位置相关信息来标识无线设备的位置的另外的方法的序列流程图。
图5描绘了依照本公开的各种方面和原理的无线位置标识系统的功能框图。
具体实施方式
在以下描述中,已经为同样的组件给出相同参考标号,而不管它们是否在不同实施例中被示出。为了以清楚和简明的方式说明本公开的(多个)实施例,附图可以不必是按比例的并且某些特征可以以略微示意性的形式示出。关于一个实施例描述和/或图示的特征可以以相同的方式或者以类似的方式使用在一个或多个其它实施例中和/或与其它实施例的特征相组合或者替代于其它实施例的特征。
依照本公开的各种实施例,所提出的是用于位置点(LP)与无线设备之间的信息交换的无线通信系统及其方法。例如,包括但不限于地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、LP类型、距另一LP的距离、定时偏移校准准确性的LP的补充位置相关信息可以从LP无线传输到无线设备。
例如,在一个实施例中,呈现一种系统,其包括至少一个无线设备和被配置成向至少一个无线设备无线传输数据的位置点(LP)。所传输的数据可以至少包括LP的位置特定信息,其包括以下中的一个或多个:地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、LP类型、距另一LP的距离、定时偏移校准准确性。
在另一实施例中,呈现一种系统,其包括被配置成从一个或多个位置点(LP)接收数据的无线设备。由无线设备接收的数据至少包括一个或多个LP中的每一个LP的位置特定信息。
在又一实施例中,呈现一种方法,其包括从位置点(LP)向无线设备发送数据。从LP向无线设备发送的数据至少包括LP的位置特定信息。
这些和其它特征及特性,以及有关结构元件和各部分组合的操作方法和功能以及制造的经济将在参考附图而考虑以下描述和所附权利要求时变得更加显而易见,所有附图形成本说明书的一部分,其中同样的参考标号在各图中指代对应的部分。然而,要明确理解的是,附图仅仅用于图示和描述的目的并且不旨在作为权利要求的界限的限定。如在说明书中和权利要求中所使用的,“一”、“一个”和“那个”的单数形式包括复数所指对象,除非上下文以其它方式清楚规定。
作为回顾,发明人已经注意到,常规无线室内导航和位置标识系统依赖于并非总是适用的某些假设,从而使可靠性和准确性有所折衷。例如,一些基于Wi-Fi的技术,特别是在众包(crowdsourcing)/调查上所预计的那些,假设网络接入点(AP)保持在固定定位处。然而,AP可能装配在车辆(例如,公共汽车、火车等)上或者在移动装置中,从而严重影响相关联的位置算法的效力。
作为另一示例,有时部署附加的伪AP设备以解决某些覆盖问题。这些伪AP设备被配置成充当用于位置目的的网络AP但是有意缺少全通信能力。然而,在不具有关于接近的伪AP设备是全运转网络AP还是伪设备的任何信息的情况下,无线设备可能尝试将通信命令与伪AP设备相关联并且与伪AP设备传递/协商通信命令,从而浪费功率和带宽。
在又一示例中,对于采用RSSI技术的无线室内位置标识系统而言,相关联的位置算法假设网络AP以恒定功率传输其射频(RF)信标。作为实际和/或实现特定的情况,信标并非总是以恒定能量进行操作。
如此说来,所公开的实施例针对解决以上指出的许多缺陷的能够交换某些补充位置相关信息的无线位置标识系统和方法。特别地,图1描绘了依照本公开的各种方面和原理的无线位置标识系统100的非限制性示例。系统100包括与许多无线设备(包括无线电话140和160、笔记本计算机150和个人数字助理170)通信的网络位置点(AP)110。LP 110被配置成为无线设备140、150、160、170提供对网络120的访问。如将领会的,网络120无线地或者有线地通信耦合到可以包括一个或多个计算平台的服务器130。
如本文所使用的,术语“(多个)无线设备”是指可以经由无线信号与其它设备通信的任何设备。这样的设备可以包括例如,膝上型计算机、移动设备、蜂窝/智能电话、游戏设备、平板计算机、无线使能的患者监视设备、个人通信系统(PCS)设备、个人数字助理(PDA)、个人音频设备(PAD)、便携式导航设备和/或被配置成接收无线信号的任何其它电子无线使能的设备。它还可以包括具有无线能力的相对静止的设备,诸如台式计算机。这样的无线设备可以经由任何数目的无线通信协议进行通信,以下指出无线通信协议的示例。
如本文所使用的,术语“位置点”或“LP”是指具有位置确定能力的设备。这样的设备可以包括网络接入点(AP)和/或专用位置实体。
如本文所使用的,术语“接入点”或“网络接入点”是指具有从一个或多个设备接收无线信号并且提供对例如诸如局域网(LAN)或因特网之类的网络的访问的能力的任何设备。应当领会的是,这样的设备还包括位置确定操作。在实施例中,网络AP可以安装在固定陆地位置处或者可以安装在车辆或移动装置上。在一个方面,网络AP可以包括用于将蜂窝电话服务扩展到商务或家庭中的毫微微小区。在这样的实现中,一个或多个无线设备可以经由例如码分多址(CDMA)蜂窝通信协议与毫微微小区通信,并且毫微微小区将会通过诸如因特网之类的另一宽带网络为无线设备提供对较大蜂窝电信网络的访问。当然,这些是利用一个或多个无线设备和网络AP的示例实现,并且所要求保护的主题的范围在这方面不受限。
如本文所使用的,专用位置实体可以是相比于网络AP而言经降级的AP,其仅具有位置确定能力并且缺少网络访问和/或连接性。如本文所使用的,专用位置实体或经降级的AP可以包括伪AP和/或专用ToF标签AP。
如本文所使用的,术语“网络”是指可以使用在如以下讨论的示例实现中的无线通信网络。网络可以被配置成操作在各种无线通信协议和标准之下,诸如例如,Wi-Fi、WiMax、WWAN、WLAN、WPAN、蓝牙、GSM、CDMA、GPRS、3G或4G、LTE、无线USB、IEEE 802.11x标准、2008年6月12日公布的IEEE std. 802.11k-2008或者2012年3月29日公布的IEEE std. 802.11-2012,或者合适无线标准的任何其它实现。将领会的是,无线通信不限于任何特定标准并且所讨论的示例可以与彼此分离地或者组合地实现。
参考图1,依照本公开的各种方面和原理,无线位置标识系统100被配置成促进LP 110与无线设备140、150、160、170之间的补充位置相关信息的传输。该补充信息使得能够实现无线设备140、150、160、170的准确位置/定位确定并且可以在初始、无关联通信阶段(例如应答、握手(hand-shaking)、协商阶段等)期间在无线设备140、150、160、170与LP 110之间传送——不必建立全网络连接性。
也就是说,无线标准/协议定义包含关于诸如LP 110和无线设备140、150、160、170之类的通信实体的基本信息的某些分组帧的内容和字段格式。例如,IEEE 802.11-2012和/或IEEE 802.11k-2008定义了用于WiFi通信的分组帧格式。这样的成帧格式可以被用于引入可以在实体之间传输的补充位置相关信息以便优化实体位置/定位的确定。
与各种实施例一致,补充位置相关信息可以被配置成包括例如:指示LP获得其地理位置的是哪种类型的源的地理位置源数据;指示所获得的地理位置有多准确的地理位置准确性数据;以及指示地理位置最后一次更新的地理位置更新定时数据。
此外,补充位置相关信息可以包括LP类型数据,诸如例如,指示LP是静止还是移动、LP是否为伪AP、LP是否为专用飞行时间(ToF)标签AP和/或LP是WiFi AP还是WiFi非AP(例如客户端)的数据;指示LP离其它AP有多远的距离数据;定时偏移校准准确性数据(其在未校准LP时被设为零),或其组合。
在各种实施例中,地理位置源可以被手动配置,在某个精度内从其它AP自动推断,由网络服务器提供等。在某些实施例中,伪AP可以被配置成提供较低辐射的RF功率、较小覆盖,并且被部署成仅用于位置确定目的。
返回到图1,依照本公开的各种方面和原理,可以通过采用LP 110的RF信标来同时向许多无线设备140、150、160、170广播补充位置相关信息。也就是说,在某些无线实现(诸如例如WiFi网络)中,LP 110通过广播包含信标帧的RF信标信号来向处于范围内的无线设备140、150、160、170警报关于其存在。这样,RF信标信号标识和通告LP 110连同供给AP相关信息,如在信标帧中包含的那样。LP 110(或伪AP)可以以毫秒量级来传输信标信号。这样的广播发生在无关联WiFi状态中,其中无线设备140、150、160、170尚未通过LP 110建立网络连接性。考虑到在无关联状态中传输AP相关信息110的能力,可以在信标帧中引入补充位置相关信息。
为此,图2描绘了依照本公开的各种方面和原理的经由广播信标帧供给补充位置相关信息的过程200的流程图。再次要指出的是,尽管为了清楚和易处理起见,本文与WiFi实现有关地并且与一个或多个IEEE 802.11x标准相兼容地描述了所公开的实施例,但所要求保护的主题的范围在这方面不受限。
在过程200中,LP 110的位置特定信息203可以在位置特定信息元素(LIE)205中定义。
如以上指出的,诸如例如LP 110的地理位置之类的标准信息可以包括在LIE 205中。然而,LIE 205可以被定义成包括补充位置相关信息,诸如位置特定信息203。在各种实施例中,LIE 205可以使用如在IEEE 802.11-2012处的表8-54中所示的预留WiFi格式帧元素ID(例如ID 128-129,133-136,143-173,175-220和222-255)或者如在IEEE 802.11k-2008处的表7-26中列举的预留元素ID中的一个。例如,位置特定IE 205可以被定义为IEEE 802.11-2012处的表8-54中的元素175。
作为说明,LIE 205可以被配置成包括如下表1中所示的补充位置相关数据。
如表1中描绘的,LIE 205可以包括位置特定信息203,其指示AP类型信息,诸如LP 110是静止还是移动,或者它是否为伪AP;地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、离另一AP的距离;和/或定时偏移校准准确性。位置特定信息203可以如出于实现目的而可能合适的那样占据多个八位组(octet)。为了LIE 205的完整描述,表1还包括标准信息,诸如具有类似于用于位置配置信息报告的测量报告字段格式的八位组成帧的地理位置信息,如IEEE 802.11k-2008,章节7.3.2.22.9或IEEE 802.11-2012,章节8.4.2.24.10所提供的那样。
表1
。
参考回过程200,在块220处,可以将在块210处定义的LIE 205引入到信标帧格式207中。一般地,信标帧包括MAC标头(header)、信标帧主体和帧校验序列(FCS),如本领域普通技术人员已知的那样。例如,IEEE 802.11-2012的表8-20的信标帧主体包括网状信道切换参数信息和供应商特定信息。在表2中所示的示例中,信标帧主体207包括LIE 205的信息。
在过程200的块230处,从LP 210向无线设备140、150、160、170广播信标帧。信标帧主体包括LIE 205,其包含补充位置特定信息203,其指示AP类型信息,诸如LP 110是静止还是移动、或者它是否为伪AP;地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、离另一AP的距离;和/或定时偏移校准准确性。以此方式,可以依靠LP 110的广播RF信标来向许多无线设备140、150、160、170广播补充的位置相关信息而无需关联或连接到网络。
表2
信息 | 注释 |
网状信道切换参数 | |
地址特定信息元素205 | 如果dot11MgmtOptionLocationActivated为真,则可选地存在信标位置信息元素 |
供应商特定 | 可选地存在一个或多个供应商特定元素。这些元素跟随所有其它元素 |
在某些实施例中,可以通过采用如IEEE 802.11x标准所定义的位置配置信息(LCI)报告来向无线设备140、150、160、170提供补充的位置相关信息。特别地,在LP 110的附近的无线设备140、150、160、170可以发起对LP 110的询问,请求其当前定位。作为响应,LP 110传输LCI报告,其典型地包括标准当前定位信息,诸如例如,纬度数据、经度数据、高度数据和可选地方位数据。
考虑到该初步报告方案,补充位置相关信息可以被适配和引入成LCI报告格式来以无关联状态的方式向询问设备140、150、160、170传输或传送补充的位置相关信息。
图3描绘了依照本公开的各种方面和原理的经由LCI报告来供给补充位置相关信息的过程300的流程图。在过程300的块310处,可以以与IEEE 802.11k-2008或IEEE 802.11-2012标准一致的方式将至少包括如以上定义的位置特定信息203的位置特定信息元素(LIE)205引入到LCI报告中。
在过程300的块320处,依照IEEE 802.11k-2008或IEEE 802.11-2012标准,可以向(多个)询问无线设备140、150、160、170传输包括位置特定信息元素(LIE)205的LCI报告。
在某些实施例中,可以通过利用飞行时间(ToF)测量协议向无线设备140、150、160、170提供补充的位置相关信息。也就是说,可以响应于ToF测量请求而提供补充的位置相关信息。
这样,依照本公开的各种方面和原理,图4描绘了图示出用于供给补充的位置相关信息的ToF技术的序列流程图400并且图5描绘了被配置成执行ToF测量的对应无线位置系统500的功能框图。
如图5中所示,系统500包括多个网络AP,例如AP1、AP2、AP3、AP4等,以及在未知定位处的无线设备502。AP 1-4可以是通过充当WLAN无线电信号的发射器和接收器二者来允许无线设备与彼此通信的设备。AP 1-4可以采取以上讨论的LP 110的形式,包括包含内置网络适配器、天线、无线电发射器等的专用硬件设备,而无线设备502可以采取无线设备140、150、160、170中任一个的形式。在一个实施例中,系统500合并至少三个AP(尽管图5出于图示目的而描绘了AP1到AP4),其从未知位置接收无线信号。
参考图4,在间隔410处,无线设备502可以初始向LP传输动作帧M1(例如请求消息)并且记录对消息被传输的时刻进行指示的时间戳T1(例如M1的出发时间(ToD))。
在间隔420处,LP可以接收动作帧M1,将它接收到消息M1的时刻记录为T2(即M1的到达时间(ToA))并且在稍后的时间处,将应答消息M1-ACK传输回无线设备502并且将M1-ACK的ToD记录为T3。
在间隔430处,无线设备502可以接收应答消息M1-ACK并且将它接收到消息M1-ACK的时刻记录为T4(即M1-ACK的ToA)。
在间隔440处,LP可以响应于动作帧M1向无线设备502发送帧M2。帧M2可以包含:时间T2,其为LP接收到消息M1的时刻,即M1的ToA;时间T3,其表示LP发送应答消息M1-ACK的时刻,即M1-ACK的ToD,并且可以容纳其它信息。也就是说,信息可以背负(piggyback)到ToF响应帧(或消息)M2上或者以其它方式耦合到ToF响应帧(或消息)M2。所背负的信息然后可以在LP与无线设备502之间传输。在某些实施例中,补充的位置相关信息可以经由响应帧M2被引入。例如,位置特定信息元素(LIE)205可以背负到响应帧M2上。
出于这种考虑,在间隔450处,无线设备502可以接收响应帧M2,其可以至少包括位置特定信息元素(LIE)205。无线设备502然后可以拥有分别在间隔410和430处已经被记录的T1和T4信息、T2、T3信息,以及所背负的位置特定信息元素(LIE)205,其已经在间隔440处从响应帧M2被检索。
然后可以使用以下等式来计算在无线设备502与LP之间的飞行时间(ToF):
ToF = [(T4-Tl)-(T3-T2)]/2
然后可以根据rk=ToF*C来计算在无线设备502与LP之间的距离,其中C是光速,其中k=1,2,……,k,并且K大于3以供三边测量(例如在图5的示例中k=4)。
同时,无线设备502可以从响应帧M2检索所背负的位置特定信息元素(LIE)205,所述响应帧M2是对动作帧M1的响应。此外,在稍后时间处,无线设备502可以根据ToF测量协议向LP发送应答帧M2-ACK。在这样做时,可以通过以无关联状态方式在ToF协议上背负位置特定信息元素(LIE)205来供给补充的位置相关信息。
因此已经描述了基本概念,在阅读了本详细公开之后对本领域技术人员而言将相当显而易见的是,前述详细公开意图仅作为示例呈现并且不是限制性的。本领域技术人员将想到和意图各种更改、改进和修改,尽管在此未明确陈述。这些更改、改进和修改意图由本公开暗示,并且处于本公开的示例性方面的精神和范围内。
而且,某些术语已经被用于描述本公开的实施例。例如,术语“一个实施例”、“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本公开的至少一个实施例中。因此,要强调并且应当领会的是,在本说明书的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替换实施例”的两个或更多提及不一定都是指相同的实施例。另外,特定特征、结构或特性可以如在本公开的一个或多个实施例中合适的那样被组合。此外,术语“逻辑”表示执行一个或多个功能的硬件、固件、软件(或其任何组合)。例如,“硬件”的示例包括但不限于集成电路、有限状态机或甚至组合逻辑。集成电路可以采取诸如微处理器、专用集成电路、数字信号处理器、微控制器等的处理器的形式。
另外,处理元件或序列的所记述的顺序或者数字、字母或其它标示的使用因此不意图将所要求保护的过程和方法限制到任何顺序,除了如可在权利要求中指定的那样之外。尽管以上公开通过各种示例讨论了当前被视为本公开的各种有用方面的内容,但是要理解的是,这样的细节仅仅用于该目的,并且所附权利要求不限于所公开的方面,而是相反,意图覆盖处于所公开方面的精神和范围内的修改和等同布置。
类似地,应当领会的是,在本公开的实施例的前述描述中,各种特征有时出于使本公开整体化的目的而在单个实施例、图或其描述中被群组在一起,这有助于对各种发明方面中一个或多个的理解。然而,不要将该公开方法解释为反映这样的意图:即所要求保护的主题要求比在每一个权利要求中所明确记述的更多的特征。而是,如以下权利要求所反映,发明方面在于少于单个前述所公开实施例的所有特征。因此,跟随详细描述的权利要求据此被明确并入到该详细描述中。
Claims (28)
1.一种系统,包括:
至少一个无线设备;以及
被配置成向至少一个无线设备无线传输数据的位置点(LP),
其中所传输的数据包括LP的位置特定信息,LP位置特定信息包括以下中的一个或多个:地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、LP类型、距另一LP的距离、定时偏移校准准确性及其组合。
2.根据权利要求1所述的系统,其中LP包括网络接入点(AP)、专用位置实体及其组合。
3.根据权利要求1所述的系统,其中LP包括专用位置实体,其包括伪AP、专用ToF标签AP及其组合。
4.根据权利要求1所述的系统,其中LP被配置成在无关联无线状态中与至少一个无线设备传输数据。
5.根据权利要求1所述的系统,其中LP类型指示LP是静止还是移动、LP是否为伪AP、LP是否为专用飞行时间(ToF)标签AP、LP是无线AP还是无线非AP,或者其组合。
6.根据权利要求1所述的系统,其中LP被配置成经由广播而传输数据。
7.根据权利要求1所述的系统,其中LP被配置成经由RF信标信号而传输数据,RF信标信号包括位置特定信息元素。
8.根据权利要求7所述的系统,其中位置特定信息元素包括LP位置特定信息。
9.根据权利要求8所述的系统,其中位置特定信息元素还包括包含LP的地理位置的标准信息。
10.根据权利要求1所述的系统,其中LP被配置成在位置配置信息(LCI)报告中传输数据,位置配置信息(LCI)报告包括LP位置特定信息。
11.根据权利要求1所述的系统,其中LP被配置成响应于飞行时间(ToF)请求而发送数据,其中响应包括LP位置特定信息。
12.一种系统,包括:
被配置成从一个或多个位置点(LP)接收数据的无线设备,
其中由无线设备接收的数据至少包括一个或多个LP中的每一个LP的位置特定信息,LP位置特定信息包括以下中的一个或多个:地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、LP类型、距另一LP的距离、定时偏移校准准确性及其组合。
13.根据权利要求12所述的系统,其中一个或多个LP包括网络接入点(AP)、专用位置实体及其组合。
14.根据权利要求12所述的系统,其中无线设备被配置成在无关联无线状态中从一个或多个LP接收数据。
15.根据权利要求12所述的系统,其中无线设备被配置成经由RF信标信号而接收数据,RF信标信号包括位置特定信息元素。
16.根据权利要求15所述的系统,其中位置特定信息元素包括LP位置特定信息。
17.根据权利要求16所述的系统,其中位置特定信息元素还包括包含地理位置的标准信息。
18.根据权利要求12所述的系统,其中无线设备被配置成在位置配置信息(LCI)报告中接收数据,位置配置信息(LCI)报告包括LP位置特定信息。
19.根据权利要求12所述的系统,其中无线设备被配置成在对ToF请求消息的飞行时间(ToF)响应中接收数据,其中ToF响应包括LP位置特定信息。
20.根据权利要求12所述的系统,其中无线设备被配置成计算在无线设备与一个或多个LP中每一个之间的飞行时间(ToF)并且使用位置特定信息来估计无线设备的定位。
21.一种方法,包括:
从位置点(LP)向无线设备发送数据,
其中从LP向无线设备发送的数据包括LP的位置特定信息,LP位置特定信息包括地理位置源、地理位置准确性、地理位置更新时间、LP类型、距另一LP的距离、定时偏移校准准确性及其组合。
22.根据权利要求21所述的方法,其中从LP向无线设备发送数据是在无关联无线状态中。
23.根据权利要求21所述的方法,其中LP的地理位置源被手动配置,或者从近邻的其它LP自动推断或者来自服务器。
24.根据权利要求21所述的方法,其中发送数据还包括:
将位置特定信息元素引入到RF信标信号中,位置特定信息元素包括LP位置特定信息;以及
从LP向无线设备传输RF信标信号。
25.根据权利要求21所述的方法,其中从LP向无线设备发送数据还包括:
在位置特定信息元素中,将LP位置特定信息引入到位置配置信息(LCI)报告中;以及
从LP向无线设备传输LCI报告。
26.根据权利要求21所述的方法,其中从LP向无线设备发送数据还包括:
在位置特定信息元素中,将LP位置特定信息引入到响应于飞行时间(ToF)请求的ToF响应中;以及
从LP向无线设备传输包括LP位置特定信息的ToF响应。
27.根据权利要求26所述的方法,其中ToF响应还包括ToF请求的到达时间(ToA)时间戳和ToF应答消息的出发时间(ToD)时间戳。
28.根据权利要求26所述的方法,还包括计算在无线设备与AP之间的飞行时间(ToF),以及使用LP位置特定信息来估计无线设备的定位。
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