DE102009049672A1 - Konzept zum Generieren von Erfahrungsmeldungen zur Aktualisierung einer Referenzdatenbank - Google Patents

Konzept zum Generieren von Erfahrungsmeldungen zur Aktualisierung einer Referenzdatenbank Download PDF

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Jürgen HUPP
Thorsten Vaupel
Stephan Haimerl
Frank Müller
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Abstract

An einer aktuellen Position wird von einem mobilen Endgerät ein Messpaket zu einem Messzeitpunkt bestimmt. Das Messpaket weist dabei Senderkennungen von an der aktuellen Position des mobilen Endgeräts zum Messzeitpunkt empfangbaren Funksendern auf. Mittels Referenzmesspaketen, die dem mobilen Endgerät zur Verfügung gestellt werden, kann von dem mobilen Endgerät selbst dessen aktuelle Position bestimmt werden. Zusätzlich wird eine Abweichung der ermittelten Senderkennungen des Messpakets von Referenzsenderkennungen der Referenzmesspakete bestimmt. Wird eine Abweichung der Referenzsenderkennungen von den an der aktuellen Position ermittelten Senderkennungen festgestellt, können Erfahrungsmeldungen generiert werden, welche wiederum eine Aktualisierungsmaßnahme zur Folge haben können, wie beispielsweise das Aktualisieren der Referenzdatenbasis, indem neue Senderkennungen zu der Referenzdatenbasis hinzugefügt und/oder veraltete Referenzsenderkennungen aus der Referenzdatenbasis entfernt werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Generieren von Erfahrungsmeldungen zur Aktualisierung einer Referenzdatenbank mit gespeicherten Empfangssignalbedingungen an Referenzpositionen und insbesondere damit, wie schnurlos kommunizierende Endgeräte zuverlässig und mit hoher Präzision lokalisiert werden können, wobei fortlaufend Informationen über die Änderungen der Infrastruktur in Form von Erfahrungsmeldungen von der eigentlichen Lokalisierung mit eingebunden werden.
  • In wenigen Jahren wird die (Selbst-)Lokalisierung von mobilen Geräten beziehungsweise Endgeräten eine der wichtigsten Grundlagen für moderne, benutzerfreundliche Anwendungen sein. Mit der stetig zunehmenden Verbreitung von handlichen, mobilen Geräten (z. B. PDAs, Smartphones) in Verbindung mit der flächendeckenden Verfügbarkeit von digitalen oder analogen Übertragungstechnologien (z. B. WLAN, UMTS, GSM) wachst der Markt für Anwendungen, die den Nutzer in jeder Situation mit standortrelevanten Informationen versorgen. Heutige Anwendungen setzen dabei hauptsächlich auf das Satellitennavigationssystem NAVSTAR-GPS. Dieses kann jedoch im innerstädtischen Bereich mit hohen Bauwerken, Tunneln und Brücken sowie in Gebäuden (z. B. Flughäfen, Bahnhöfen, Messezentren) oft keine oder nur eine sehr ungenaue Position liefern, da die Satellitensignale zu stark abgeschwächt oder beeinflusst werden. Speziell diese Orte zeichnen sich aber durch eine hohe Besucherfrequenz aus. Eine alternative, kostengünstige und zuverlässige Ortungstechnologie ist deshalb notwendig, die diesem Szenario Rechnung trägt.
  • Für die drahtlose Netzwerkanbindung tragbarer Geräte hat sich der WLAN-Standard nach IEEE 802.11 (a, b, g) etablieren können. Dieser wird kontinuierlich weiterentwickelt, sowohl hinsichtlich der Datenrate als auch der Reichweite. Die etablierten Standards, ebenso wie der in der Entwurfsphase befindliche 802.11n-Standard, ermöglichen eine breitbandige Datenübertragung mit hohen Datenraten und zeichnen sich durch einen hohen Integrationsgrad aus, welcher kostengünstige Hardware ermöglicht. In aktuellen PDAs und Smartphones sind schnurlose Schnittstellen, wie das erwähnte WLAN, meist integriert. Darüber hinaus wird oft Bluetooth, und in Zukunft eventuell auch WIMAX eingesetzt werden.
  • Im Fall von WLAN stehen inzwischen an vielen Orten mit hoher Besucherfrequenz kommerzielle, öffentliche WLAN-Zugangspunkte (Hotspots) zur Verfügung. Darüber hinaus hat die stark steigende Verbreitung von Breitbandinternetanschlüssen (zum Beispiel über DSL) auch im privaten Bereich die Verbreitung von WLAN als günstige Heimvernetzungstechnologie gefördert. Mehrere Studien haben ergeben, dass der innerstädtische Bereich an vielen Orten heute bereits nahezu flächendeckend mit WLAN versorgt oder gar überabgedeckt ist. Insbesondere Orte des täglichen Lebens und von touristischem Interesse sind diesbezüglich gut ausgestattet.
  • Momentan bietet es sich daher an, WLAN als Basistechnologie für eine Ortung zu verwenden. In Zukunft werden sicherlich auch andere Technologien zum Einsatz kommen, auf die sich das im Folgenden geschilderte erfinderische Konzept ebenfalls anwenden lässt. Die Ortung in WLAN-Netzen kann prinzipiell durch Auswertung der empfangenen Basisstationen (Hotspots bzw. Access Points) erfolgen, wobei beispielsweise deren jeweilige auf dem Endgerät empfangene Signalstärke ausgewertete wird. WLAN-Signale werden jedoch durch Bauwerke und andere Hindernisse stark abgeschirmt, wobei insbesondere in Gebieten mit umfassender WLAN-Versorgung üblicherweise keine idealen Freifeldbedingungen vorherrschen, da sich diese im Stadtgebiet befinden. Somit kann nicht direkt von der gemessenen Signalstärke bzw. Feldstärke auf die Entfernung zu einer Basisstation oder einem anderen Kommunikationspartner geschlossen werden. Eine öffentliche Umgebung oder ein dynamisch veränderliches Umfeld (beispielsweise eine Lagerhalle), unterliegt prinzipiell nicht beeinflussbaren Änderungen (Aufbau/Abbau/Tausch von Access Points, nur zeitlich begrenzte Aktivität der Zugangspunkte usw.).
  • Bei WLAN-basierten Ortungssystemen kommt als Basisverfahren oft ein so genanntes Received-Signal-Strength (RSS) Fingerprinting zum Einsatz. Dieses Verfahren basiert auf der Annahme, dass an einem aktuellen Ort empfangene bzw. empfangbare Signalstärken von Funksignalen mehrerer Funkstationen den aktuellen Ort bzw. die aktuelle Position eindeutig charakterisieren. Existiert eine Referenzdatenbasis, die für eine Anzahl von Referenzorten bzw. Referenzpositionen Senderkennungen von dort zu Referenzzeitpunkten empfangenen bzw. empfangbaren Funkstationen sowie die Signalstärken der entsprechenden Funksignale enthält, so kann aus einem Satz aktueller Messwerte (Senderkennungen und zugehörige Signalstärkenwerte) auf die aktuelle Position geschlossen werden, indem ein Abgleich zwischen aktuell gemessenen Messwerten und den Referenzwerten der Datenbasis erfolgt. Dieser Abgleich – auch Matching bezeichnet – bewertet für jeden Referenzpunkt, wie ähnlich dessen vorher aufgezeichnete Messwerte bzw. Referenzwerte zu den aktuellen Messwerten der aktuellen Position sind. Der oder die ähnlichsten Referenzpunkte bilden dann eine Basis für einen Schätzwert für den aktuellen Aufenthaltsort des mobilen Endgeräts.
  • Für eine Referenzdatenbasis wird durch eine Referenzmessung die Signalstärke von einem zu einem Referenzmesszeitpunkt an einer Referenzposition empfangbaren Funksender experimentell ermittelt. Dadurch entsteht eine Datenbasis, die zu jeder Referenzposition, an der eine Referenzmessung durchgeführt wurde, eine Liste von Funksendern (Access Points) mit der jeweilig zugeordneten Empfangsfeldstärke und -qualität enthält. Diese Liste kann auch als Referenzpaket bezeichnet werden. Bei einer WLAN-Implementierung kann eine solche Referenzdatenbasis beispielsweise die folgenden Parameter enthalten:
    RID MAC RSSI PGS X Y Z MAPNR CREATED
    1 00.0D.54.9E.17.81 46530 100 5795 15627 150 0 12.03.07 12:42
    1 00.0D.54.9E.1A.BA 67260 90 5795 15627 150 0 12.03.07 12:42
    1 00.0D.54.9E.1D.64 72002 88 5795 15627 150 0 12.03.07 12:42
    1 00.0E.6A.D3.B9.8B 59531 100 5795 15627 150 0 12.03.07 12:42
    1 00.0F.A3.10.07.6C 46464 96 5795 15627 150 0 12.03.07 12:42
    1 00.0F.A3.10.07.FB 74488 94 5795 15627 150 0 12.03.07 12:42
    1 00.0F.A3.10.09.SF 72375 97 5795 15627 150 0 12.03.07 12:42
    2 00.0D.54.9E.17.81 54138 100 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    2 00.0D.54.9E.18.1D 76560 11 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    2 00.0D.54.9E.1A.BA 62318 94 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    2 00.0D.54.9E.1D.64 71348 96 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    2 00.0E.6A.D3.B9.8B 45393 100 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    2 00.0F.A3.10.07.6C 66853 96 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    2 00.0F.A3.10.07.FB 72251 100 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    2 00.0F.A3.10.09.5F 70990 90 14399 15451 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0D.54.9E.17.81 58291 100 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0D.54.9E.18.1D 78610 68 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0D.54.9E.1A.BA 62153 98 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0D.54.9E.1D.64 64187 90 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0E.6A.D3.B9.8B 32851 100 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0F.A3.10.07.6C 69006 96 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0F.A3.10.07.FB 71749 92 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0F.A3.10.09.5F 71482 83 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
    3 00.0F.A3.10.09.80 71000 40 24583 15627 150 0 12.03.07 12:43
  • Dabei enthält die Tabelle die folgenden Informationen:
    • – die Referenzposition-Identifikation (RID)
    • – die MAC-Adressen der empfangenen Stationen
    • – die Empfangsfeldstärken der Funksender (RSSI (Received Signal Strength Indicator); 46560 bedeutet –46,560 dBm)
    • – die Referenzposition in kartesischen, metrischen Koordinaten (x, y, z; 24583 bedeutet 245,83 m) sowie
    • – den Zeitpunkt der Messwertaufnahme.
  • Die Spalte PGS („Percentage Seen”) gibt an, wie häufig diese Station bei der Messwertaufnahme prozentual gesehen wurde (d. h. PGS = 90 bedeutet, dass im Schnitt die Station bei 9 von 10 Messungen gemessen wurde).
  • In der oben dargestellten Tabelle entsprechen sämtliche Informationen, die einer Referenzposition-Identifikation (RID) zugeordnet sind, einem Referenzmesspaket. D. h. die obige, exemplarische Tabelle umfasst drei Referenzmesspakete entsprechend drei verschiedenen geografischen Referenzpositionen.
  • Für die Lokalisierung werden aktuell empfangene Funksender mit ihrer jeweilig zugeordneten Empfangsfeldstärke (Messpaket) mit Referenzpaketen aus der Referenzdatenbasis in einer Abgleichphase verglichen. Referenzpakte mit einer kleinen Distanz zu dem aktuellen Messpaket, d. h. vielen gemeinsamen Funksendern und wenig unterschiedlichen Empfangsfeldstärken, passen gut dem aktuellen Messpaket. Die zu den gut passenden Referenzpakten gehörigen Referenzpositionen sind sehr wahrscheinlich und gehen in eine Positionsberechnungsphase ein. Ein Schätzwert für die aktuelle Position ergibt sich beispielsweise aus einer einem zu dem aktuellen Messpaket ähnlichsten Referenzpaket zugeordneten Referenzposition oder aus einer Interpolation von mehreren ähnlichen Referenzpaketen zugeordneten Referenzpositionen.
  • Eine in der Abgleichphase oftmals verwendete herkömmliche Distanzformel
    Figure 00050001
    geht davon aus, dass alle Funksender überall empfangbar sind. In Gl. (1) bedeutet acc die Distanz zwischen aktuellem Messpaket und Referenzpaket und Neq eine Anzahl von Funksendern, von denen vorher aufgezeichnete Senderkennungen an der Referenzposition mit an der aktuellen Position gelieferten Senderkennungen identisch sind. Differenzen von RSSI-Werten von Funksendern, von denen vorher aufgezeichnete Senderkennungen an der Referenzposition mit an der aktuellen Position gelieferten Senderkennungen identisch sind werden als ΔRSSIn (n = 1, ..., Neq) bezeichnet. Allerdings birgt diese herkömmliche Vorgehensweise auch die Gefahr einer fehlerhaften Positionsschätzung – nämlich beispielsweise dann, wenn die Anzahl der Funksender, von denen vorher aufgezeichnete Senderkennungen an der Referenzposition mit an der Position gelieferten Senderkennungen identisch sind, gering ist und dadurch eine ebenfalls geringe RSSI-Wert-Abweichung ermittelt wird, was zu einer fälschlicherweise gut eingeschätzten Übereinstimmung führen kann. Dass alle Funksender überall empfangbar sind, ist beispielsweise aufgrund von (kurzfristigen) Abschattungseffekten nicht immer gegeben. Enthält ein Referenzpaket Funksender A, B und C, ein aktuelles Messpaket die Funksender D, E, so ergibt sich als Distanz (ein optimaler) Wert 0. Anscheinend passt das Referenzpaket perfekt, obwohl kein einziger Funksender zwischen Referenz- und aktuellem Messpaket übereinstimmt.
  • Ein modifizierter Abgleich zwischen an einer aktuellen (geografischen) Position aktuell gelieferten bzw. gemessenen Werten bzw. Eigenschaften (z. B. Senderkennungen und Signalstärkenwerten) fest positionierter Funksender und vorher aufgezeichneten Referenzwerten bzw. Eigenschaften an einer betrachteten (geografischen) Referenzposition kann durch eine Art Filterung der aktuell gemessenen Eigenschaften der Funksignale an der Position und der Referenzwerte der vorher aufgezeichneten Funksignale an der Referenzposition erreicht werden. Dabei werden die Funksignale in eine erste Anzahl Neq von Funksendern aufgeteilt, von denen vorher aufgezeichnete Senderkennungen an der Referenzposition mit an der aktuellen Position gelieferten Senderkennungen identisch sind, und in eine zweite Anzahl Nneq von Funksendern, von denen vorher aufgezeichnete Senderkennungen an der Referenzposition und an der Position gelieferte Senderkennungen verschieden sind, d. h., deren Senderkennungen entweder nur an der aktuellen Position geliefert werden und vorher an der Referenzposition nicht aufgezeichnet wurden, oder, deren Senderkennungen vorher nur an der Referenzposition aufgezeichnet wurden und nicht an der aktuellen Position geliefert werden.
  • Die Ermittlung der Distanz bzw. des Übereinstimmungsmaßes für die Position erfolgt basierend auf den gelieferten Eigenschaften der Funksignale, wobei sowohl Eigenschaften der ersten Anzahl Neq von Funksendern als auch Eigenschaften der zweiten Anzahl Nneq von Funksendern bei der Bestimmung des Übereinstimmungsmaßes berücksichtigt werden, und wobei die Eigenschaften der ersten Anzahl Neq von Funksendern und die Eigenschaften der zweiten Anzahl Nneq von Funksendern unterschiedlich in das Übereinstimmungsmaß eingehen. Bei der ersten Anzahl Neq von Funksendern sind vorher aufgezeichnete Senderkennungen an der Referenzposition mit an der aktuellen Position gelieferten Senderkennungen identisch. Bei der zweiten Anzahl Nneq von Funksendern werden Senderkennungen entweder nur an der aktuellen Position geliefert und wurden vorher an der Referenzposition nicht aufgezeichnet, oder, Senderkennungen wurden vorher nur an der Referenzposition aufgezeichnet und werden nicht an der aktuellen Position geliefert.
  • Es werden Differenzen zwischen den vorher aufgezeichneten elektromagnetischen Eigenschaften an der Referenzposition und den an der aktuellen Position gelieferten elektromagnetischen Eigenschaften der ersten Anzahl Neq von Funksendern gemäß gebildet. Diese Differenz-RSSI-Werte ΔRSSI1 bis ΔRSSINeq werden gemäß Gl. (1) zu einer Summe ΣΔRSSIn aufsummiert. Nach der Summation wird die Summe ΣΔRSSIn mit einem Gewichtungsfaktor EQW gewichtet, d. h. EQW·ΣΔRSSIn. EQW definiert dabei ein Gewicht zwischen 0 und 1, das angibt, wie stark die Distanz der Messwerte bzw. die Distanz der Signalstärkewerte ΣΔRSSIn im Vergleich zu den an der aktuellen Position gegenüber zuviel oder zuwenig gehörten Funksendern gewertet werden soll.
  • Würde man an dieser Stelle mit der Berechnung des Übereinstimmungsmaßes aufhören, so wäre es möglich, dass eigentlich schlechter zu der aktuellen Position passende Referenzpositionen als Kandidaten ausgewählt würden als besser passende. Dafür ein Beispiel: Angenommen, für einen ersten Referenzpunkt ergibt sich im Vergleich zu der aktuellen Position Neq = 1, d. h. lediglich eine Funksendersenderkennung zwischen Referenzmesspaket und aktuellem Messpaket stimmt überein. Liegen die entsprechenden RSSI-Werte der übereinstimmenden Messpakete nun beispielsweise zufällig 2,5 dB auseinander, so ergibt sich ΣΔRSSI1/Neq = 2,5 dB. Weiter angenommen, für einen zweiten Referenzpunkt ergibt sich im Vergleich zu der aktuellen Position Neq = 3, d. h. drei Funksendersenderkennungen stimmen zwischen Referenzmesspaket und aktuellem Messpaket überein. Liegen die entsprechenden RSSI-Werte nun beispielsweise 2 dB, 3 dB und 4 dB auseinander, so ergibt sich insgesamt ΣΔRSSIn/Neq = 3 dB. In der Folge würde der zweite Referenzpunkt schlechter bewertet werden als der erste, was zu einem Schätzfehler führen würde. Gemäß des folgenden modifizierten Abgleichs können derartige Schätzfehler vermieden bzw. wenigstens reduziert werden.
  • Für jede Station, die in den Referenzwerten vorhanden ist, jedoch nicht in den aktuellen Messwerten, kann ein Maluswert Mnh,m() (m = 1, ..., Nnh) definiert werden. Dieser kann beispielsweise davon abhängen, wie zuverlässig die entsprechend zuwenig empfangene Station in der Vergangenheit an der Referenzposition empfangbar war. Bei einer bisher guten Empfangbarkeit der zuwenig empfangenen Station, d. h. hoher RSSI-Wert, resultiert beispielsweise ein hoher Maluswert. Des Weiteren kann die Malusfunktion Mnh,m() (m = 1, ..., Nnh) mit einem PGS-Wert des entsprechenden zuwenig empfangenen Funksenders verknüpft sein. Ein kleiner PGS-Wert in der Referenzdatenbasis kann beispielsweise auch nur zu einem kleinen Wert der entsprechenden Malusfunktion Mnh,m() führen. Die Nnh Maluswerte Mnh,m() (m = 1, ..., Nnh) für die an der aktuellen Position zuwenig empfangenen Funksender werden summiert, um eine erste Summe ΣMnh,m() der Nnh Maluswerte der zuwenig empfangenen Funksender zu bestimmen.
  • Ferner kann jedem der an der aktuellen Position zuviel empfangenen Funksender eine Malusfunktion Mhtm,r() (r = 1, ..., Nhtm) bzw. ein Maluswert zugeordnet werden. Auch hier kann die Funktion für den Maluswert Mhtm,r() (r = 1, ..., Nhtm) abhängig vom aktuellen RSSI-Messwert des Funksenders, sowie von Modellen, beispielsweise für die Umgebung, der Güte der Messwerte, dem Alter der Referenzdaten etc., sein. Des Weiteren kann die Malusfunktion Mhtm,r() (r = 1, ..., Nhtm) mit einem PGS-Wert des entsprechenden zuviel empfangenen Funksenders verknüpft sein. Ein kleiner PGS-Wert in der Referenzdatenbasis kann beispielsweise auch nur zu einem kleinen Wert der entsprechenden Malusfunktion Mhtm,r() (r = 1, ..., Nhtm) führen.
  • Die erste Summe ΣMnh,m() der Maluswerte der zuwenig empfangenen Funksender und die zweite Summe ΣMhtm,r() der zuviel empfangenen Funksender werden aufsummiert und mit einem Gewichtungsfaktor (1 – EQW) gewichtet, d. h. (1 – EQW)·(ΣMnh,m() + ΣMhtm,r()).
  • Schließlich werden die gewichtete Summe EQW·ΣΔRSSIn der Differenzen zwischen vorher aufgezeichneten elektromagnetischen Eigenschaften an der Referenzposition und den an der Position gelieferten elektromagnetischen Eigenschaften der ersten Anzahl Neq von Funksendern und die gewichtete Summe (1 – EQW)·(ΣMnh,m() + ΣMhtm,r()) der Maluswerte aufsummiert und mit (Neq + Nnh + Nhtm) normiert, um den Distanzwert acc zwischen der aktuellen Position und der betrachteten Referenzposition zu erhalten. Der Distanzwert acc berechnet sich also beispielsweise gemäß
    Figure 00080001
  • Wird der Distanzwert acc gemäß Gl. (2) bestimmt, so ist eine Übereinstimmung zwischen der aktuellen Position und der betrachteten Referenzposition umso größer, je kleiner der Distanzwert acc ist. D. h., die Übereinstimmung ist umso größer, je kleiner die Summe ΣΔRSSIn der Differenzen ist und je kleiner die Summen ΣMnh,m(), ΣMhtm,r() der Maluswerte sind. Der Distanzwert acc entspricht dem Übereinstimmungsmaß.
  • In einer städtischen, durch ständige Umgebungsänderungen geprägten Umwelt, ergibt sich durch den Einsatz eines solchen eingelernten Verfahrens das folgende Problem. Die Datenbasis mit Referenzwerten bzw. die Referenzdaten werden anfangs erfasst und müssen später kontinuierlich oder wiederkehrend aktualisiert werden. Andernfalls sinkt die Aussagekraft der Referenzdaten – sie „altern” – und die Ortungsqualität wird leiden, da sich die Empfangsbedingungen, bzw. die Umgebungsbedingungen (aufnehmbare Umgebungsinformationen) mit der Zeit ändern.
  • Während das Fingerprinting-Verfahren an sich funktioniert, ist das zentrale Problem die Aktualisierung der Referenzdaten. Teilweise wurden, um den Aufwand für den Aufbau und die Pflege der Datenbasis bzw. der Referenzdaten in Grenzen zu halten, Verfahren vorgeschlagen, bei dem alle Nutzer Lücken und Fehler in der Datenbasis durch „Nachlernen” beheben können. Problematisch an diesem Ansatz ist der Austausch und die Vertrauenswürdigkeit solchermaßen erhobener Daten. Um das System funktionsfähig zu erhalten, muss in jedem Fall verhindert werden, dass irrtümliche Fehlmessungen (z. B. wenn ein Nutzer beim Nachlernen eine falsche Ist-Position angibt) sowie bewusste Sabotageversuche die gemeinsame Datenbasis unbrauchbar machen. Bestehende Ansätze zur WLAN-Ortung, die für den Einsatz in offenen Umgebungen konzipiert sind (wie z. B. Place Lab oder Skyhook-Wireless) benutzen Triangulation statt Fingerprinting als Basisverfahren, mit den oben beschriebenen Nachteilen. Daher benötigen diese Verfahren eine Datenbasis, in der eine Zuordnung von einer Standortinformation der Basisstation zu deren Basisstationserkennung erfolgt (beispielsweise anhand der MAC-Adresse der Basisstation bzw. des Access Points). Aus aktuellen Messwerten werden Entfernungen zu mehreren Basisstationen geschätzt und daraus eine Position berechnet. Bei diesen Systemen ist also ebenfalls der Aufbau einer gesicherten, zuverlässigen Datenbasis erforderlich.
  • Das Problem der Vertrauenswürdigkeit eingelernter Informationen sowie eine Modellierung der dynamischen Änderungen des Umfeldes sind bislang nur unzureichend gelöst. Place Lab konvertiert und importiert bestehende Datenbanken mit Basisstationsstandorten z. B. von Hotspot-Betreibern oder aus der War-Driving-Community. Als War-Driving wird das gezielte Abfahren von Straßenzügen mit dem Ziel bezeichnet, WLAN-Stationen aufzuspüren und mit Ortsbezug zu versehen. War-Driver nutzen dazu ein WLAN-fähiges Laptop, dass zusätzlich mit einem GPS-Empfänger ausgestattet ist. Das Problem dabei ist, dass eine Aktualität dieser Daten insbesondere im Bezug auf private Stationen nicht garantiert ist. Gleichsam sind Präzision und Vertrauenswürdigkeit dieser Methodik anzuzweifeln.
  • Skyhook Wireless versucht das Problem durch die Mitarbeit von sog. „Scannern” zu lösen. Dies sind speziell ausgewählte, vertrauenswürdige Nutzer, welche die Datenbasis durch gezieltes War-Driving pflegen. Dadurch ist das Aktuellhalten der Datenbasis mit hohem Aufwand verbunden, eine schnelle Anpassung bei Änderungen von Access Points ist nicht möglich. Skyhook Wireless bietet seinen Kunden derzeit ein jährliches Update der Datenbasis an. Damit die Datenbasis trotzdem nicht zu schnell altert, werden Access Points, die nicht zu öffentlichen Hotspots großer Anbieter gehören (welche damit potentiell kontinuierlich in Betrieb und an einem Standort fest installiert sind) vom System ausgeschlossen. Damit sinkt jedoch die Flächendeckung deutlich, da aktuell bereits ein Großteil der installierten WLAN-Basisstationen privater, nichtöffentlicher Natur sind (SOHO, Industrie etc.) und sich damit der Kontrolle und Informationsversorgung weitestgehend entziehen.
  • Die oben beschriebenen, teilweise bereits eingesetzten, Verfahren können die Datenbasis also nur in großen zeitlichen Abständen aktualisieren. Daher bieten diese keinen sinnvollen Umgang bzw. kein sinnvolles Konzept zum Umgang mit nur zeitweise aktiven Stationen.
  • Dieses Problem ist gerade für private Stationen, die einen stark wachsenden Teil der Stationen darstellen, besonders relevant, da solche privaten Stationen aufgrund von Bedenken bezüglich der Gefahr eines Einbruchs in das WLAN-Netz oder wegen der Strahlenbelastung häufig nur bei Bedarf betrieben werden. Die bis dato implementierten Lösungen erlauben also insbesondere nicht, im interessanten städtischen Bereich, in dem zum Einen die Empfangsbedingungen für eine Triangulation zu schwierig sind und zum Anderen die zur Verfügung stehenden Basisstationen bzw. Kommunikationspartner häufig wechseln, eine Lokalisierung von Endgeräten ohne den Einsatz externer Positionssysteme zuverlässig durchzuführen.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Konzept zum verbesserten Lokalisieren von Endgeräten bzw. zum verbesserten Verhalten von Referenzdaten bzw. Referenzumgebungsinformationen zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 13 gelöst.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen Computerprogramme zur Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahren.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung machen sich die Tatsache zu Nutze, dass gängige fingerprinting-basierte Ortungsalgorithmen (beispielsweise basierend auf WLAN, Bluetooth, WIMAX usw.) für eine sichere Ortung in der Regel lediglich drei bis vier Basisstationen benötigen. Daher können geringfügige Änderungen in der Infrastruktur (z. B. das Hinzukommen oder Verschwinden einer Station) mit geringen Genauigkeitseinbußen toleriert werden. Nach einer Positionsberechnungsphase ist also sowohl eine aktuelle Position eines mobilen Endgeräts bekannt, als auch die Tatsache, dass eine Veränderung beobachtet wurde, so dass die Änderung an der Infrastruktur bzw. an den Umgebungsinformationen mit der geschätzten Position verknüpft und weiter verarbeitet werden kann. Eine derart nachgewiesene Veränderung bzw. eine derart bestimmte Abweichung der Umgebungsinformationen von Referenzumgebungsinformationen, die zeigt, dass für die geschätzte Position die ursprünglichen Referenzumgebungsinformationen (Referenzdaten) veraltet sind, kann dazu genutzt werden, um die beobachtete Änderung in Referenzdaten zu integrieren.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird an einer aktuellen Position von einem mobilen Endgerät ein Messpaket zu einem Messzeitpunkt bestimmt. Das Messpaket weist dabei, wie eingangs bereits beschrieben wurde, Senderkennungen von an der aktuellen Position des mobilen Endgeräts zum Messzeitpunkt empfangbaren Funksendern auf. Mittels Referenzmesspaketen, die dem mobilen Endgerät zur Verfügung gestellt werden, kann von dem mobilen Endgerät selbst dessen aktuelle Position bestimmt werden. Zusätzlich wird eine Abweichung der ermittelten Senderkennungen des Messpakets von Referenzsenderkennungen der Referenzmesspakete bestimmt. Wird eine Abweichung der Referenzsenderkennungen von den an der aktuellen Position ermittelten Senderkennungen festgestellt, wird eine Erfahrungsmeldung generiert, auf deren Basis eine Aktualisierungsmaßnahme ergriffen werden kann, wie beispielsweise das Aktualisieren der Referenzdatenbasis, indem neue Senderkennungen zu der Referenzdatenbasis hinzugefügt und/oder veraltete Referenzsenderkennungen aus der Referenzdatenbasis entfernt werden. Dabei wird gemäß Ausführungsbeispielen das Messpaket der geschätzten, aktuellen Position mit Referenzpaketen von Referenzposition in der Umgebung der geschätzten, aktuellen Position verglichen.
  • Bei einer Erfahrungsmeldung können prinzipiell zwei unterschiedliche Szenarien unterschieden werden. Zum einen kann es vorkommen, dass von dem mobilen Endgerät an seiner aktuellen Position Funksender detektiert werden, deren Senderkennungen bisher, zumindest bei positionsmäßig infrage kommenden Referenzmesspaketen, nicht in der Referenzdatenbank gespeichert sind. Diese Funksender werden an der aktuellen Position von dem mobilen Endgerät also praktisch zuviel empfangen. Funksender, die an der aktuellen Position des mobilen Endgeräts zuviel empfangen werden, d. h. nicht in der Referenzdatenbasis enthalten sind, wurden seit der Erhebung der Referenzdaten neu aufgestellt und/oder angeschaltet.
  • Um Referenzdaten mit für neu befundenen Funksendern zu aktualisieren, schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Aktualisieren einer Referenzdatenbank, die geographischen Referenzpositionen zuordenbare Referenzmesspakete aufweist, welche an den jeweiligen geographischen Referenzpositionen zu Referenzzeitpunkten ermittelte Referenzsenderkennungen von an der jeweiligen Referenzposition zu den Referenzzeitpunkten empfangbare Senderkennungen aufweisen. Die Vorrichtung zum Aktualisieren weist eine Einrichtung zum Ermitteln eines aktuellen Messpakets an einer aktuellen geographischen Position zu einem aktuellen Zeitpunkt auf, wobei das aktuelle Messpaket MP(i) Senderkennungen von an der aktuellen geographischen Position zum aktuellen Zeitpunkt empfangbaren Funksendern aufweist. Ferner umfasst die Vorrichtung zum Aktualisieren eine Einrichtung zum Feststellen, ob das aktuelle Messpaket MP(i) eine Senderkennung aufweist, die in der Referenzdatenbank, zumindest bei positionsmäßig infrage kommenden Referenzmesspaketen, nicht enthalten ist, und eine Einrichtung zum Erzeugen einer Erfahrungsmeldung bezüglich eines neu hinzugekommen Funksenders, zur Aktualisierung der Referenzdatenbank.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Einrichtung zum Feststellen ausgebildet, um jede Senderkennung des aktuellen Messpakets ohne Vorauswahl in jedem Referenzpaket der Referenzdatenbank zu suchen. Wird wenigstens eine Senderkennung des aktuellen Messpakets nicht in der Referenzdatenbank gefunden, so wird eine Maßnahme ergriffen.
  • Das Ziel einer Auswerteeinheit für Erfahrungsmeldungen ist es, die wenigstens eine für neu befundene Senderkennung gemäß einem Ausführungsbeispiel einem bereits bestehenden Referenzpaket in der Referenzdatenbank zuzuordnen. Dazu wird das bereits bestehende Referenzpaket, welches einer bestimmten Referenzposition zugeordnet ist, um die für neu befundene Senderkennung und um weitere der Senderkennung zugeordnete Werte, wie z. B. die Empfangsleistung, erweitert. Dazu ist es jedoch zunächst notwendig, die aktuelle Position des mobilen Endgeräts, an dem die neue Senderkennung empfangen wurde, zu schätzen und mit der Referenzposition des Referenzmesspakets zu vergleichen. Lediglich im Fall einer guten Übereinstimmung von aktueller Position und Referenzposition wird das Referenzmesspaket zu der Referenzposition um die wenigstens eine neue Funksenderkennung erweitert. Kann zu der geschätzten aktuellen Position keine ausreichend gut passende Referenzposition gefunden werden, kann die Erfahrungsmeldung nicht in der oben beschriebenen Form verarbeitet werden.
  • Ein zweites Szenario bei einer dynamischen Infrastruktur ist das vollständige Verschwinden von bestimmten Funksendern. Werden bestimmte Funksender nach Erhebung der Referenzdaten beispielsweise abgeschaltet oder deinstalliert, so ist es vorteilhaft, dieser Tatsache durch eine entsprechende Aktualisierung der Referenzdatenbank Rechnung zu tragen, da sonst diesen Funksendern, die ja nicht mehr empfangen werden können, bei der Berechnung des Übereinstimmungsmaßes fälschlicherweise ein Maluswert zugeordnet würde. Ein Maluswert kann Stationen zugeordnet werden, die beispielsweise in den Referenzwerten vorhanden sind, jedoch nicht in den aktuellen Messwerten, oder umgekehrt. Dieser kann beispielsweise davon abhängen, wie zuverlässig die entsprechend zuwenig oder zuviel empfangene Station in der Vergangenheit an der Referenzposition empfangbar war. Maluswerte verursachen bei kurzzeitigen Abschattungseffekten einen Fehler und wirken hier eher kontraproduktiv. Aktualisierungsmaßnahmen sind in erster Line notwendig um den negativen Folgen von verschwundenen (abgeschaltet oder deinstalliert) Funksendern zu begegnen.
  • Um verschwundene Funksender zu berücksichtigen, schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Aktualisieren einer Referenzdatenbank, die geographischen Referenzpositionen zuordenbare Referenzmesspakete aufweist, welche an den jeweiligen geographischen Referenzpositionen zu Referenzzeitpunkten ermittelte Referenzsenderkennungen von an der Referenzposition zu den Referenzzeitpunkten empfangbaren Funksendern aufweisen. Die Vorrichtung zum Aktualisieren umfasst eine Einrichtung zum Ermitteln eines aktuellen Messpakets an einer aktuellen geographischen Position zu einem aktuellen Zeitpunkt, wobei das aktuelle Messpaket MP(i) eine Senderkennung von wenigstens einem an der aktuellen geographischen Position zum aktuellen Zeitpunkt empfangbaren Funksender aufweist. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zum Auswählen einer Menge von Referenzmesspaketen, die ein vorbestimmtes Übereinstimmungsmaß zu dem aktuellen Messpaket übersteigen, wobei die Menge von Referenzmesspaketen ein Referenzmesspaket oder eine Mehrzahl von Referenzmesspaketen aufweist. Die Vorrichtung weist eine Einrichtung zum Ermitteln einer Senderkennung auf, die in der Menge der ausgewählten Referenzmesspakete enthalten ist und die nicht in dem aktuellen Messpaket enthalten ist, und eine Einrichtung zum Erzeugen einer entsprechenden Erfahrungsmeldung bezüglich der ermittelten Senderkennung. Aufgrund der Erfahrungsmeldung kann die ermittelte Senderkennung aus der Gesamtmenge der Referenzmesspakete entfernt werden.
  • Die Ermittlung von verschwundenen Funksendern gestaltet sich im Allgemeinen aufwändiger als die Ermittlung von neu hinzu gekommenen Funksendern, da im letzteren Fall im Bezug auf die aktuelle Position in jedem Fall zuerst eine Menge an geeigneten Referenzpositionen gefunden werden sollte, um eine entsprechende Auswertung durchzuführen. Es kann vorkommen, dass durch eine Unsicherheit in der Positionsschätzung ein zunächst als verschwunden detektierter Funksender später wieder revidiert werden muss. Dazu werden gemäß einem Ausführungsbeispiel potentiell verschwundene Funksender in einem Speicher gesammelt und ständig mit aktuellen Messpaketen verglichen. Taucht ein potentiell verschwundener Funksender in einem aktuellen Messpaket auf, so wird dieser aus der Menge der potentiell verschwundenen Funksender entfernt.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen werden Aktualisierungsmaßnahmen in der Referenzdatenbank lediglich dann durchgeführt, wenn ein bestimmtes Vertrauenskriterium erfüllt ist. Beispielsweise kann eine Aktualisierung dann durchgeführt werden, wenn eine Mindestanzahl von verschiedenen mobilen Endgeräten dieselbe Aktualisierungsmaßnahme vorschlägt. Des Weiteren kann als Vertrauenskriterium ein Qualitätsmaß beispielsweise für die Positionsbestimmung des mobilen Endgeräts herangezogen werden. Gibt das Qualitätsmaß an, dass die Positionsbestimmung sehr zuverlässig erfolgt ist, d. h. dass eine aktuell geschätzte Position der tatsächlichen aktuellen Position gut entspricht, so kann dem Aktualisierungsvorschlag des mobilen Endgeräts entsprochen werden.
  • Bei einer Implementierung des erfindungsgemäßen Konzepts kann mit Hilfe der bereits generierten Informationen über die sich geänderten Umfeldbedingungen, die benötigte sichere Lokalisierung des mobilen Endgeräts robuster gemacht werden. Damit kann dieses Verfahren auch bei sich bereits deutlich veränderten Umgebungsbedingungen relativ sicher arbeiten.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel wird das Konzept auf schnurlosen Endgeräten zur Verwendung gebracht, die beispielsweise mittels WLAN, GSM, Bluetooth oder WIMAX mit anderen Kommunikationspartnern kommunizieren können. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Konzepts auf solchen Geräten kann den Vorteil haben, dass eine sichere und hoch genaue Lokalisierung auch in Umgebungen ermöglicht wird, die einer raschen Änderung der Umgebungsbedingungen, also der Empfangsbedingungen für die zugrunde liegende Schnurlostechnologie unterworfen sind. Dazu hat ein schnurloses Endgerät die Referenzdatenbank oder zumindest einen Teil davon, der beispielsweise einer Umgebung um den aktuellen Aufenthaltsort entspricht, gespeichert und manipuliert bzw. aktualisiert die Referenzdatenbank bzw. den Teil davon aufgrund eigener Erfahrungsmeldungen.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das erfindungsgemäße Konzept in einem Peer-zu-Peer-Modus angewendet, in dem unterschiedliche Endgeräte miteinander ohne die Notwendigkeit einer zentralen Verwaltungsinstanz kommunizieren, um gegenseitig Erfahrungsmeldungen auszutauschen. Auch hier haben die einzelnen schnurlosen Endgeräte jeweils die Referenzdatenbank oder zumindest einen Teil davon, der beispielsweise einer Umgebung um den aktuellen Aufenthaltsort entspricht, selbst gespeichert. Dies kann den Vorteil bewirken, dass die Implementierung kostengünstig ist, da auf eine zentrale Verwaltungsinstanz verzichtet werden kann. Auch kann vorteilhaft sein, dass die Aktualisierung der Referenzdaten in der Umgebung äußerst schnell erfolgt, da keine weitere Übertragungsstrecke zu einem möglicherweise entfernt angebrachten zentralen Server in Kauf genommen werden muss. Dadurch kann auch als weiterer Vorteil ein verringertes Datenaufkommen hervorgerufen werden, wenn im Peer-zu-Peer-Modus lediglich diejenigen benachbarten weiteren Endgeräte über die Abweichung informiert werden, für die diese Information Relevanz besitzt, die sich also beispielsweise in einer näheren geographischen Umgebung des neu hinzugekommenen, bzw. verschwundenen Funksenders befinden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird das Konzept gemäß einem Client-Server-System mit einer zentralen Referenzdatenbank betrieben, die die Referenzdaten verwaltet und gegebenenfalls, basierend auf von mobilen Endgeräten übermittelten Erfahrungungsmeldungen, aktualisiert. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Referenzdatenbank mehrere Erfahrungsmeldungen von unterschiedlichen Endgeräten empfangen, so dass eine Zuverlässigkeit der Erfahrungsinformationen bewertet werden kann, bevor die Referenzdaten aktualisiert werden. Ein Vorteil eines Ausführungsbeispiels kann daher eine erhöhte Zuverlässigkeit der Referenzdaten sein.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine dem Stand der Technik entsprechende Vorrichtung zum Lokalisieren von Endgeräten;
  • 2 ein Beispiel einer Anwendung des Verfahrens zur Lokalisierung von Endgeräten;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aktualisieren einer Referenzdatenbank durch die Auswertung von Erfahrungsmeldungen bezüglich sich geänderter Umgebungsbedingungen, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen von entsprechenden Erfahrungsmeldungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein detailliertes Flussdiagramm eines Schritts des Verfahrens gemäß 4;
  • 6 eine schematische Darstellung des Hinzufügens eines als neu befundenen Funksenders zur Menge aller Funksender, sowie das Reduzieren des Messpakets um neue Funksender für die Weiterverabeitung;
  • 7 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Aktualisieren einer Referenzdatenbank durch die Auswertung von Erfahrungsmeldungen bezüglich sich geänderter Umgebungsbedingungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 8 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Aktualisieren der Referenzdatenbank durch die Auswertung von Erfahrungsmeldungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Erzeugen von entsprechenden Erfahrungsmeldungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erzeugen von entsprechenden Erfahrungsmeldungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine schematische Darstellung einer Rückkopplung der Information bezüglich potentiell verschwundener Funksender in eine laufende Lokalisierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 12 eine schematische Darstellung einer zentralen Referenzdatenbank, die Aktualisierungsinformationen (Erfahrungsmeldungen) von einer Mehrzahl von mobilen Endgeräten erhält; und
  • 13 eine schematische Darstellung einer Ermittlung, Verarbeitung und Integration von Erfahrungsmeldungen in die Referenzdatenbank.
  • Bezüglich der nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen und somit die Beschreibung dieser Funktionselemente in den verschiedenen, nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander austauschbar sind.
  • Anhand der 1 und 2 wird im Folgenden kurz eine Ortung gemäß dem Fingerprinting-Verfahren beschrieben, um das erfindungsgemäße Konzept, das danach anhand der 3 bis 13 näher erläutert wird, zu motivieren.
  • Dabei wird insbesondere der Tatsache Rechnung getragen, dass die wachsende Verbreitung von nicht-öffentlichen WLAN-Funksendern in vielen Städten inzwischen zu einer deutlichen Überabdeckung führt. Oftmals sind an einem einzigen Punkt acht bis zwölft Funksender (Access Points) empfangbar, wobei im innerstädtischen Bereich eine Anzahl empfangbarerer Funksender von 30 sogar überschritten werden kann (Spitzenwerte auf belebten Plätzen oder Gebieten hoher Wohn- oder Bevölkerungsdichte). Für eine sichere und genaue Ortung reichen in der Regel bereits drei bis vier Funksender aus.
  • 1 illustriert, wie die Ortung eines mobilen Endgeräts mittels Fingerprinting (WLAN, GSM, Bluetooth, WIMAX usw.) im öffentlichen Bereich als Selbstlokalisierung jedes einzelnen mobilen Endgeräts realisierbar ist. Dabei ist eine Datenübertragung nicht notwendig, so dass prinzipiell auf eine Konnektivität des mobilen Endgeräts mit anderen Kommunikationspartnern verzichtet werden kann. Dies ist möglich, da das mobile Endgerät seine eigene Position berechnet, indem es kontinuierlich (z. B. alle 200 Millisekunden) aktuelle Signalcharakteristika (empfangene Messpakete) seiner Umgebung misst und mit einer lokalen Referenzdatenbasis (also mit Referenzmesspaketen) abgleicht.
  • 1 zeigt zur Illustration des Konzepts beispielhaft eine schematische Darstellung eines mobilen Endgeräts 10, welches der Selbstlokalisierung fähig ist. Von einer Empfangseinrichtung 12 werden Messpakete bestimmt, die eine Anzahl in Reichweite befindlicher Funksender und deren jeweilige Empfangsfeldstärke aufweisen. Diese Messpakete werden dann an eine Positionsbestimmungseinheit 14 übertragen, welche ferner Zugriff auf zu vorherigen Referenzzeitpunkten aufgezeichnete Referenzmesspakete hat, die in einer Referenzdatenbasis 16 gespeichert sein können.
  • Dabei kann die Referenzdatenbasis 16 sowohl lokal innerhalb des mobilen Endgeräts 10 als auch nicht lokal auf einem externen Speicherplatz oder Gerät gespeichert sein. Im letzteren Fall muss das mobile Endgerät 10 selbstverständlich Zugang auf die Referenzdaten haben, wofür zumindest eine Kommunikationsverbindung mit der Referenzdatenbasis 16 bestehen muss. Die Positionsbestimmungseinrichtung 14 verwendet einen Ortungsalgorithmus, um, basierend auf einem aktuellen Messpaket und den Referenzmesspaketen, die aktuelle Position des mobilen Endgeräts 10 zu bestimmen. Dazu werden zunächst in einer Abgleichphase diejenigen Referenzmesspakete ermittelt, welche am besten mit dem aktuellen Messpaket übereinstimmen, d. h. deren Ähnlichkeit am größten ist. Danach wird in einer Positionsberechnungsphase basierend auf den ermittelten ähnlichen Referenzmesspaketen und deren zugeordneten geographischen Referenzpositionen die aktuelle geographische Position des mobilen Endgeräts 10 geschätzt. Ist die aktuelle Position geschätzt, kann diese optional an ein Anwendungsmodul 18 übermittelt werden, um beispielsweise bei einem digitalen Stadtplan die aktuelle Position anzuzeigen, bzw. um Services anzubieten, die in direkter Kausalbeziehung zur geschätzten aktuellen Position stehen (so genannte Location Based Services).
  • Im Standardfall haben die mobilen Endgegäte 10 jeweils einen Auszug der Datenbasis 16, die alleine von einem zentralen Server verwaltet wird (mobile Endgeräte würden normalerweise nicht ihre eigenen Referenzdaten verändern). Im Gegensatz zu den mobilen Endgeräten 10 hält der Server immer den aktuellsten Stand der Datenbank 16. Die mobilen Endgeräte holen sich z. B. in gewissen zeitlichen Abständen einen kompletten neuen und somit aktuellen Stand vom Server, z. B. im Austausch gegen gemachte Erfahrungsmeldungen. Aktualisierungen am Datenbestand macht nur der Server aus Erfahrungsmeldungen bzw. neuen Einmesskampagnen.
  • 2 zeigt beispielhaft ein Anwendungsszenario mit zwei mobilen Endgeräten 10a und 10b und einer Mehrzahl von Kommunikationspartnern bzw. Funksendern 22a bis 22e, die sich in einer Umgebung der mobilen Endgeräte 10a und 10b befinden. Als Umgebungsinformationen können die mobilen Endgeräte 10a und 10b beispielsweise die eindeutigen Identifikationsnummern der Funksender und die den jeweiligen Funksendern zugeordnete Empfangsfeldstärke bestimmen. Der Funksender 22e befindet sich in einer größten Entfernung zu den mobilen Endgeräten 10a und 10b, so dass dieser zu manchen Zeitpunkten von den mobilen Endgeräten 10a und 10b empfangen werden kann und zu anderen Zeitpunkten nicht, was auch durch eine Abschaltung der Basisstation 22e hervorgerufen werden kann. Im städtischen Bereich kann auch eine Abschattung durch Passanten oder PKWS erfolgen. Zusätzlich kann auch eine Änderung der Luftbeschaffenheit, insbesondere der Luftfeuchtigkeit, dazu führen, dass an manchen Tagen Funksender 22e empfangen wird und an anderen nicht.
  • Die mobilen Endgeräte 10a und 10b werden also im Allgemeinen zeitlich variierende Umgebungsinformationen empfangen, selbst wenn sich diese selbst nicht bewegen. Aktualisierungsmaßnahmen am Datenbestand dürfen nur nicht aufgrund von kurzzeitigen Erscheinungen durchgeführt werden. Wichtig ist es, diese kurzeitigen Erscheinungen von den tatsächlichen Änderungen der Infrastruktur, wie einer Deinstallation oder einer Neuinsatllation von Funksendern, zu unterscheiden.
  • Werden die Referenzdaten in den 1 und 2 beschriebenen Anwendungsfällen nicht laufend aktualisiert, kann dies zu einer relativ starken Beeinträchtigung der Ortungsgenauigkeit der mobilen Endgeräte führen.
  • In einem ersten Fall kann es passieren, dass seit einer Erhebung der Referenzdaten an bestimmten Orten neue Funksender aufgestellt bzw. installiert wurden.
  • Neue Funksender verursachen jedoch keinen Malus in der Positionsberechnung, da sie bereits im Vorfeld ausgefiltert werden können. Neue Funksender sind nicht zu verwechseln mit, im Ableich mit einem beliebigen Referenzmesspaket, detektierten zuviel gehörten Funksendern, welche wiederum einen Malus verursachen würden.
  • Um diese künftig für Lokalisierungszwecke zu nutzen und somit ein Wegfallen von Funksendern zu kompensieren, ist es sinnvoll, von Benutzern detektierte neue Basisstationen in die Referenzdatenbank 16 zu integrieren. Dies kann entweder lokal auf dem mobilen Endgerät 10 selbst geschehen, oder zentral in einer zentralen Referenzdatenbank.
  • Neue Funksender verusachen lokal bei einem mobilen Endgerät in erster Linie Erfahrungsmelungen, welche dann an zentraler Stelle in die Referenzdatenbank eingepflegt werden können, falls ausreichend Informationen bezüglich eines ganzen Bereichs, um die vermutete Position des neuen Funksenders herum, vorliegen. Eine Gefahr ist hier, dass an Orten, an denen die Referenzmesspakete noch nicht aktualisiert wurden, der neue Funksender aber trotzdem messbar wäre, falsche Maluswerte für zuviel gehörte Funksender vergeben werden.
  • Eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 30 zum Aktualisieren einer Referenzdatenbank hinsichtlich neu hinzu gekommener Funksender ist schematisch in 3 gezeigt.
  • Die Vorrichtung 30 dient zum Aktualisieren der Referenzdatenbank 16, die geographischen Referenzpositionen zugeordnete Referenzmesspakete aufweist, welche an den jeweiligen geographischen Referenzpositionen zu Referenzzeitpunkten ermittelte Referenzsenderkennungen von an der Referenzposition zu den Referenzzeitpunkten empfangbaren Funksendern aufweisen. Die Vorrichtung 30 umfasst eine Einrichtung 12 zum Ermitteln eines aktuellen Messpakets MP(i) an einer aktuellen geographischen Position zu einem aktuellen Zeitpunkt i, wobei das aktuelle Messpaket MP(i) Senderkennung APk (k = 1, 2, ..., K) von an der aktuellen geographischen Position zum aktuellen Zeitpunkt i empfangbaren K Funksendern aufweist. Die Einrichtung 12 ist mit einer Einrichtung 34 zum Feststellen, ob das aktuelle Messpaket MP(i) eine Senderkennung APneu aufweist, die in der Referenzdatenbank 16 nicht enthalten ist, gekoppelt. Dazu hat die Einrichtung 34 zum Feststellen selbstverständlich Zugang zu der Referenzdatenbank 16, sei es über eine kabelgebundene Verbindung oder eine Funkverbindung zwischen der Einrichtung 34 und der Referenzdatenbank 16. Eine Einrichtung 36 dient zum Erzeugen einer Erfahrungsmeldung bzgl. der Senderkennung APneu bestehend aus mindestens der Funksenderkennung APneu, einem Zeitstempel und der aktuellen Position, welche durch die standardmäßige WLAN-Lokalisierung gewonnen wird. Die Einrichtung 36 ist mit einer Einrichtung 38 zum Aktualisieren der Referenzdatenbank 16 gekoppelt. Aktualisierungsmaßnahmen werden abhängig von den vorhandenen Erfahrungsmeldungen bezüglich neuer Funksender durchgeführt. Liegen nicht ausreichend Informationen für eine entsprechende Erweiterung der Referenzmesspakete um einen neuen Funksender vor, so könnte zumindest der Bedarf einer neuen Einmesskampagne an geeigneter Stelle angemeldet werden.
  • Die in 3 gezeigte Vorrichtung 30 dient zur Durchführung des in 4 schematisch dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrens zum Generieren von entsprechenden Erfahrungsmeldungen zur Aktualisierung der Referenzdatenbank 16 hinsichtlich neu hinzu gekommener Funksender, welches anhand der 4 und 5 im Nachfolgenden näher beschrieben wird.
  • In einem ersten Schritt 42 wird mittels der Sende-/Empfangseinrichtung 12 das aktuelle Messpaket MP(i) an der aktuellen Position des mobilen Endgeräts 10 ermittelt. In einem darauf folgenden Schritt 44 wird festgestellt, ob das in Schritt 42 ermittelte aktuelle Messpaket MP(i) eine Senderkennung APneu aufweist, die in der Referenzdatenbank 16 nicht enthalten ist. Schließlich wird in einem Schritt 46 eine entsprechende Erfahrungsmeldung zur Aktualisierung der Referenzdatenbank generiert.
  • Beim Feststellen 44, ob das aktuelle Messpaket MP(i) eine Senderkennung APneu aufweist, die in der Referenzdatenbank 16 nicht enthalten ist, können, gemäß einem Ausführungsbeispiel, die in dem aktuellen Messpaket MP(i) auftretenden Senderkennung APk (k = 1, 2, ..., K), unabhängig von der aktuellen Position des mobilen Endgeräts, mit sämtlichen in der Referenzdatenbank 16 vorliegenden Referenzsenderkennungen verglichen werden. Bei Referenzdatenbanken 16, die ein beträchtliches geographisches Gebiet umfassen bzw. die eine hohe Anzahl von Referenzmesspaketen aufweisen, ist diese Vorgehensweise jedoch zu aufwändig, so dass in solchen Fällen eine Vorauswahl an Referenzmesspaketen getroffen werden kann, deren Referenzsenderkennungen mit den Senderkennungen APk (k = 1, 2, ..., K) des aktuellen Messpakets MP(i) verglichen werden. Diese Vorauswahl kann beispielsweise auf einem Schätzwert für die aktuelle Position oder aber einem unmittelbar dem aktuellen Zeitpunkt i vorhergehenden Positionsschätzwert basieren. Demnach werden gemäß anderen Ausführungsbeispielen nur solche Referenzpakete für den Vergleich herangezogen, deren Referenzpositionen in einer vom Rechenaufwand her vertretbar großen Umgebung zu der aktuellen bzw. der vorhergehenden Position des mobilen Endgeräts 10 liegen. Für die Gewinnung der Ortsinformation werden die bereits detektierten neuen Funksender ausgefiltert, da diese den Ortungsalgorithmus stören würden. Nach diesem Schritt ist sowohl die Position bekannt, als auch die Tatsache, dass eine Veränderung beobachtet wurde, so dass die Änderung an der Infrastruktur bzw. an den Umgebungsinformationen mit der geschätzten Position verknüpft und weiter verarbeitet werden kann.
  • Ein neu hinzugekommener Funksender beeinflusst die Lokalisierung in keinster Weise, da er zur eigentlichen Positionsbestimmung bereits ausgefiltert wurde. Dies geschieht durch einen Abgleich mit allen in den Referenzpunkten enthaltenen Funksenderkennungen.
  • Diese Vorgehensweise soll im Nachfolgenden noch einmal anhand der 5 zusammengefasst werden.
  • Beim Feststellen 44, ob das aktuelle Messpaket MP(i) eine Senderkennung aufweist, die nicht in der Referenzdatenbank 16 enthalten ist, wird das aktuelle Messpaket MP(i) zunächst um gegenüber positionsmäßig infrage kommenden Referenzmesspaketen zuviel empfangene Senderkennungen in einem Schritt 442 reduziert. Die dabei betrachteten Referenzmesspakete entsprechen vorzugsweise Referenzpositionen, die in einer näheren Umgebung des mobilen Endgeräts 10 liegen, was durch eine herkömmliche Positionsberechnungsphase ermittelt werden kann. Außerdem kann die nähere Umgebung des mobilen Endgeräts 10 beispielsweise durch einen vorbestimmten Radius um die letzte, ermittelte Position des mobilen Endgeräts 10 liegen.
  • In einem Schritt 444 wird das reduzierte aktuelle Messpaket MP'(i) mit den Referenzmesspaketen der näheren Umgebung verglichen, d. h. die Messpakete werden lediglich auf Basis derjenigen Senderkennungen und der entsprechenden RSSI-Werte verglichen, die sowohl in dem aktuellen Messpaket als auch in den Referenzmesspaketen vorkommen. Durch diesen Vergleich kann dasjenige Referenzpaket bestimmt werden, welches eine höchste Übereinstimmung bzw. Ähnlichkeit zu dem reduzierten Messpaket aufweist, bei dem also Unterschiede zwischen den jeweiligen RSSI-Werten der Senderkennung am geringsten sind. Dies kann beispielsweise mit der eingangs beschriebenen Gl. (1) festgestellt werden, d. h. die Ähnlichkeit hängt von einer Anzahl Neq von übereinstimmenden Senderkennungen zwischen dem aktuellen Messpaket MP(i) und einem Referenzpaket und Differenzen (z. B. ΔRSSI) zwischen mit einer Empfangsfeldstärke in Beziehung stehenden Größen, welche den übereinstimmenden Senderkennungen zugeordnet sind, ab. Die Ähnlichkeit ist umso größer, je mehr Senderkennungen übereinstimmen und je kleiner die Differenzen sind. Weiterhin werden Maluswerte für die im Messpaket zuviel enthaltenen und die zuwenig enthaltenen Funksender vergeben.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung können, zusammen mit der für neu befundenen Senderkennung APneu, zugehörige Zusatzinformationen als Erfahrungsmeldung abgespeichert werden, um eine geeignete Weiterverarbeitung ermöglichen. Diese Zusatzinformationen kann beispielsweise ein Zeitstempel sein, der angibt, wann die Erfahrungsmeldung gemacht wurde, bzw. wann die Referenzdatenbank 16 aktualisiert wurde. Ferner kann die Zusatzinformation ein RSSI-Wert, ein PGS-Wert, ein Qualitätsmaß für die aktuelle, geschätzte Position, oder die aktuelle, geschätzte Position selbst sein. Ein Qualitätsmaß für die aktuelle, geschätzte Position kann sich beispielsweise aus den ermittelten Übereinstimmungsmaßen acc zwischen aktuellem Messpaket und den ähnlichsten Referenzpaketen ableiten. Je besser die Übereinstimmungen zwischen aktuellem Messpaket und Referenzmesspaketen, desto zuverlässiger auch die Schätzung der aktuellen Position.
  • 6 zeigt noch einmal das Vorgehen bei der Überprüfung des aktuellen Messpakets MP(i) auf die Gültigkeit der darin gelisteten Funksender.
  • Das aktuelle Messpaket MP(i) wird zumindest mit einem Teil der Referenzdatenbank 16 verglichen, welcher bisher gültige Funksenderkennungen aufweist. Durch diesen Vergleich können Funksender, die zwar in dem Messpaket MP(i) vorkommen, jedoch nicht in dem Teil der Referenzdatenbank 16, für neu befunden werden. Die für neu befundenen Funksender und deren zugeordnete RSSI-Werte werden für eine nachfolgende Abgleich- und Positionsbestimmungsphase zunächst aus dem aktuellen Messpaket MP(i) entfernt, wodurch ein reduziertes Messpaket MP'(i) entsteht. Dieses reduzierte Messpaket MP'(i) kann daraufhin mit geeigneten Referenzpaketen verglichen werden, um ähnliche Referenzpakete und damit die aktuelle Position des mobilen Endgeräts 10 zu bestimmen.
  • Eine dynamische Infrastruktur von Basisstationen bzw. Funksendern in einem drahtlosen Kommunikationssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass nicht nur neue Funksender hinzukommen können, sondern dass auch Funksender verschwinden, weil sie beispielsweise (zeitweise) abgeschaltet oder komplett deinstalliert werden. Ein weiterer wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung ist solche aus einem System verschwundene Funksender ebenfalls ausfindig zu machen, und die Referenzdatenbank 16 entsprechend zu aktualisieren, indem diese verschwundenen Funksender aus der Referenzdatenbank 16 entfernt werden oder zumindest nicht weiter berücksichtigt werden. Anders alls bei neu hinzugekommenen Funksendern, entsteht hier eine direkte Beeinflussung der Lokalisierungsqualität, durch das Verschwinden eines registrierten Funksenders.
  • Dazu zeigt 7 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 80 zum Erzeugen von Erfahrungsmeldungen hinsichtlich verschwundener Funksender, um eine Referenzdatenbank zu aktualisieren.
  • Die Vorrichtung 80 weist eine Sende-/Empfangseinrichtung bzw. eine Einrichtung 12 zum Ermitteln eines aktuellen Messpakets MP(i) an einer aktuellen geographischen Position zu einem aktuellen Messzeitpunkt i auf. Das aktuell ermittelte Messpaket MP(i) wird an eine Einrichtung 84 weitergeleitet, zum Auswählen einer Menge von Referenzmesspaketen RP, die ein vorbestimmtes Übereinstimmungsmaß zu dem aktuellen Messpaket MP(i) übersteigen. Dazu ist die Einrichtung 84 zum Auswählen mit der Referenzdatenbank 16 gekoppelt. Die Menge der ausgewählten Referenzmesspakete RPn (n = 1, 2, ..., N) und das aktuell ermittelte Messpaket MP(i) werden an eine Einrichtung 86 weitergeleitet, zum Ermitteln wenigstens einer Senderkennung APalt, die in der Menge der ausgewählten Referenzmesspakete enthalten ist, jedoch nicht in dem aktuellen Messpaket enthalten ist.
  • Die Vorrichtung 80 weist ferner eine Einrichtung 88 zum Erzeugen einer Erfahrungsmeldung bezüglich der ermittelten Senderkennung (APalt) auf. Nur, wenn Funksender von einem oder mehreren mobilen Endgeräten zuverlässig als verschwunden erkannt werden, werden sie mittels einer Aktualisierungseinheit 89 aus allen betreffenden Referenzmesspaketen der kompletten Datenbank 16 entfernt. Die Aktualisierungseinheit 89 kann auf einem mobilen Endgerät oder auf einem zentralen Server arbeiten. In jedem der beiden Fälle ist es möglich, Erfahrungsmeldungen von mehrer Clients zu verarbeiten. Wichtig in diesem Zusammenhang ist der Zeitpunkt der Aktualisierung, sprich dem eigentlichen Verändern der Referenzdaten, da bei diesem Vorgang Informationen verloren gehen können.
  • Die zuverlässige Ermittlung der verschwunden Funksender gestaltet sich aufwändiger als die Suche nach neuen Funksendern, da zuerst eine Menge an geeigneten Referenzpositionen bzw. Referenzpaketen gefunden werden muss, um eine entsprechende Auswertung durchzuführen. Weiterhin ist zu bedenken, dass durch eine bestehende Unsicherheit in der Positionsermittlung ein zuvor als verschwunden detektierter Funksender unter Umständen später wieder revidiert werden muss. Das erfindungsgemäße Verfahren, welches durch die Vorrichtung 80 ausgeführt werden kann, soll im Nachfolgenden anhand von 8 grob skizziert werden, bevor es anhand der 9, 10 und 11 detailliert beschrieben wird.
  • Zunächst wird von einem mobilen Endgerät 10 an dessen aktueller Position ein aktuelles Messpaket MP(i) ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise alle 200 ms durch ein Abscannen von Frequenzen in einem bestimmten Frequenzband, um in diesem Frequenzband sendende Funksender in der Nähe der aktuellen Position empfangen zu können. Genau so gut kann das Ermitteln 92 aber auch durch eine aktive Anfrage des mobilen Endgeräts 10 initiiert werden in einer Art PingPong-Protokoll, wobei das mobile Endgerät 10 anfragt und ein Funksender in der Nähe antwortet. Auf diese Art und Weise können normalerweise mehrere (z. B. K) Funksender in der näheren Umgebung des mobilen Endgeräts 10 mit jeweils zugeordneten Signalstärken empfangen werden. Die Senderkennungen APk (k = 1, 2, ..., K) und die Empfangssignalwerte RSSIk (k = 1, 2, ..., K) dieser Funksender machen dann das aktuelle Messpaket MP(i) aus.
  • In einem nachfolgenden Schritt 94, der innerhalb einer Positionsberechnungsphase liegen oder danach erfolgen kann, wird eine Menge von Referenzmesspaketen ausgewählt, die eine vorbestimmte Übereinstimmung mit dem aktuellen Messpaket MP(i) aufweisen, d. h. deren Distanz acc kleiner als eine Obergrenze acc*. Das heißt, der Schritt 94 stellt eine erste Matching- bzw. Abgleichphase dar, in der eine Übereinstimmung zwischen in der Referenzdatenbank 16 gespeicherten Referenzpaketen und dem aktuellen Paket bestimmt wird. Hier geht es quasi also erst einmal um eine Ermittlung positionsmäßig relevanter Referenzmesspakete, deren zugeordnete Referenzpositionen sich normalerweise in einem näheren Umkreis der geschätzten aktuellen Position des mobilen Endgeräts 10 befinden.
  • In einem darauf folgenden Schritt 96 werden die in dem aktuellen Messpaket MP(i) vorhandenen Senderkennungen APk (k = 1, 2, ..., K) mit den in den ähnlichen Referenzmesspaketen vorhandenen Senderkennungen verglichen. Treten dabei in den ähnlichen Referenzmesspaketen Senderkennungen auf, die in dem aktuell ermittelten Messpaket MP(i) nicht vorhanden sind, so ist dies ein Indiz dafür, dass die entsprechenden Funksender zurzeit abgeschaltet bzw. eventuell sogar komplett deinstalliert wurden und es kann eine entsprechende Erfahrungsmeldung ausgegeben werden (Schritt 98), die von dem mobilen Endgerät 10 selbst, einem zentralen Server oder einem anderen mobilen Endgerät benutzt werden kann, um eine Datenbasis zu aktualisieren.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können diese ermittelten, in dem aktuellen Messpaket MP(i) zuwenig empfangenen Senderkennungen APalt als potentiell verschwundene Senderkennungen bzw. Funksender markiert werden.
  • Die Weiterverarbeitung soll im Folgenden näher anhand der 9, 10 und 11 beschrieben werden.
  • Nachdem ein aktuelles Messpaket MP(i) an der aktuellen Position des mobilen Endgeräts 10 ermittelt wurde, wird dieses zusammen mit Referenzpaketen aus der Referenzdatenbank 16 der Einrichtung 84 zum Auswählen zugeführt, um durch das dort stattfindende Matching eine bewertete Menge 102 an Referenzpaketen zu erhalten, von denen diejenigen auszuwählen sind, welche am besten zum aktuellen Messpaket MP(i) passen. Für eine Ermittlung der (potentiell) verschwundenen Funksender kann hier im einfachsten Fall nur dasjenige Referenzpaket ausgewählt werden, welches positionsmäßig am besten zu dem aktuellen Messpaket passt und den besten bzw. niedrigsten acc-Wert hat.
  • Durch eine zweite Abgleichphase in der Einrichtung 86, der die ausgewählte Menge 102 an Referenzpaketen und das aktuelle Messpaket MP(i) selbst zugeführt wird, können Funksender 104 detektiert werden, welche in der ausgewählten Menge 102 der Referenzpakete enthalten sind, nicht jedoch in dem aktuellen Messpaket MP. Diese durch den Block 86 ausgewählte Menge an Funksendern 104 wird mit einer Menge 106 von Funksendern verglichen, die innerhalb eines vordefinierten Zeitintervalls vor dem aktuellen Messzeitpunkt i bereits empfangen wurden. Dazu weist die Vorrichtung 80 eine Einrichtung zum Speichern auf, in der zeitlich vor dem aktuellen Zeitpunkt i und nach einer letzten Aktualisierung der Referenzdatenbank 16 ermittelte Senderkennungen, d. h. die Menge 106, gespeichert sind. Sollten Funksender aus der Menge 104 nicht in der Menge 106 enthalten sein, so werden diese einer Menge 108 von potentiell verschwundenen Funksendern zugeordnet. Dazu ist die Einrichtung 88 zur Generierung einer Erfahrungsmeldung bezüglich einem verschwundenen Funksender angepasst, um eine ermittelte Senderkennung APalt in der Menge 108 potentiell verschwundener Senderkennungen aufzunehmen, wenn die ermittelte Senderkennung APalt nicht in der Menge 106 der vorher empfangenen Funksender gespeichert ist. Zusätzlich zu den potentiell verschwundenen Funksendern 108 können gemäß Ausführungsbeispielen Zusatzinformationen, wie beispielsweise Zeitstempel, RSSI-Wert, PGS-Wert, Qualitätsmaß der aktuellen Position oder die Position selbst, mit abgespeichert werden. Das aktuell gemessene Messpaket MP(i) dient außerdem der Aktualisierung der Menge 106 der bereits empfangenen Funksender und der Menge 108 der potentiell verschwundenen Funksender. Diejenigen Funksender, die in dem aktuellen Messpaket MP(i) gelistet sind, jedoch nicht in der Menge 106 der bereits empfangenen Funksender, werden in diese Menge 106 der bereits empfangenen Funksender mit aufgenommen. Das heißt, mit zunehmender Mess-, Lokalisation- oder Navigationsdauer des mobilen Endgeräts 10 nimmt die Menge 106 ständig zu.
  • Falls ein an einer Referenzposition eines Referenzpakets vorher für potentiell verschwunden befundener Funksender in einem aktuell gemessenen Messpaket MP(i) auftaucht, so wird dieser aus der Menge 108 der potentiell verschwundenen Funksender wieder entfernt und in die Menge 106 der bereits empfangenen Funksender verschoben. Die Menge 106 wird in einem bestimmten Intervall immer wieder neu aufgebaut, um die Menge nicht zu groß werden zu lassen und einen eventuellen Aktualisierungsbedarf nicht zu blockieren. Wie groß der vorbestimmte Messzeitraum ist, richtet sich nach einem gewünschten Aktualisierungsintervall. Er kann Stunden, aber auch Tage umfassen.
  • Sollte von dem mobilen Endgerät 10 eine Erfahrungsmeldung bzgl. eines verschwundenen Funksenders generiert werden, so hat eine eventuell darauffolgende Aktualisierungsmaßnahme in der Datenbank das Löschen bzw. Entfernen der entsprechenden Einträge des Funksenders in allen Referenzmesspaketen der Datenbank zur Folge. Deshalb ist die Einrichtung 88 zum Erzeugen der Erfahrungsmeldung angepasst, um für Funksender aus der Menge 108 der potentiell zu entfernenden Senderkennungen Erfahrungsmeldungen zu erzeugen und nur dann an die Aktualisierungseinheit 89 zu übertragen, wenn ein Wahrscheinlichkeitsmaß überstiegen wird, das angibt, wie hoch eine Wahrscheinlichkeit einzuschätzen ist, dass die Funksender in der Menge 108 der zu entfernenden Senderkennungen in einer Umgebung der aktuellen geographischen Position tatsächlich nicht mehr vorhanden sind.
  • Funksender, insbesondere private WLAN-Funksender, können nur zu bestimmten Tageszeiten aktiviert sein. So wird beispielsweise ein privater WLAN-Funksender eher abends eingeschaltet sein als tagsüber, wenn sein Besitzer beispielsweise seiner Erwerbstätigkeit nachgeht. Um derartige tageszeitliche Effekte ermitteln zu können, wird gemäß einem Ausführungsbeispiel die Menge 106 der bereits empfangenen Funksender in gewissen zeitlichen Abständen neu aufgebaut. Dies gilt jedoch nicht für die Menge 108 der potentiell verschwundenen Funksender.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel läuft die anhand von 9 geschilderte Prozedur lokal auf einem mobilen Endgerät 10 ab. Das heißt, das mobile Endgerät 10 verwendet die bereits aufgebaute Informationen bezüglich der potentiell verschwundenen Funksender, wie dies in 11 beschrieben ist, um die laufende Lokalisierung damit zu verbessern. In gewissen zeitlichen Abständen, oder bei einer günstigen Option bezüglich des Verbindungsaufbaus zu dem zentralen Server oder eines weiteren mobilen Endgeräts, werden aus den potentiell verschwundenen Funksendern und den dazugehörigen Zusatzinformationen, Erfahrungsmeldungen generiert und übertragen. Dies hat beispielsweise den Vorteil, dass die Aktualisierung der Referenzdatenbank 16 basierend auf Erfahrungsmeldungen verschiedener mobiler Endgeräte stattfindet und somit diese Aktualisierung zuverlässiger sein kann, als wenn sie lediglich auf der Erfahrung nur eines mobilen Endgeräts basiert. Dazu weist das mobile Endgerät 10 eine Schnittstelle auf, um eine Erfahrungsmeldung an einen räumlich entfernten zentralen Referenzdatenbankserver oder weitere mobile Endgeräte zu übertragen.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Menge 108 der potentiell verschwundenen Funksender für die Abgleichphase, d. h. die Bestimmung des Übereinstimmungsmaßes bzw. der Distanz acc zwischen aktuellem Messpaket MP(i) und Referenzmesspaketen, herangezogen werden, wie es schematisch in 11 gezeigt ist.
  • Eine Auswertungseinheit 120 bewertet die bereits ermittelten Erfahrungsmeldungen bezüglich der Menge 108 der potentiell verschwundenen Funksender, abhängig von den beinhalteten Zusatzinformationen, wie z. B. die Zuverlässigkeit der Positionsbestimmung (Qualitätsmaß) oder, oder der Häufigkeit mit der die Erfahrungsmeldung generiert wurde. In der Positionierung mittels Fingerprinting (Einheit 84) werden für jedes zu vergleichende Referenzmesspaket, diejenigen Funksender ermittelt, welche nicht im aktuellen Messpaket enthalten sind. Diese Funksender bezüglich eines Referenzmesspakets sind entweder ein Indiz dafür, dass die Position des Referenzmesspaketes nicht zur aktuellen Position passt, oder dass dieser Funksender verschwunden ist. Um den letzeren Fall auszuschließen, werden die entsprechenden Funksender von der Auswertungseinheit 120 überprüft, ob diese als verschwunden einzustufen sind. Ist dies der Fall, so können diese Funksender bei der Abgleichphase zwischen aktuellem Messpaket MP(i) und Referenzmesspaketen unberücksichtigt bleiben. D. h., die Einrichtung 84 ist mit der Auswertungseinheit 120 gekoppelt, um basierend auf einem Abgleich bzw. Vergleich (Matching) des aktuellen Messpakets MP(i) mit Referenzmesspaketen RP aus der Datenbasis 16, und basierend auf einer Rückkopplung von Erfahrungsmeldungen bezüglich der Menge 108 der potentiell zu entfernenden Senderkennungen in den Vergleich, die aktuelle geographische Position zu schätzen. Die aktuelle geographische Position wird dabei geschätzt basierend auf einem Übereinstimmungsmaß acc zwischen dem aktuellen Messpaket MP(i) und einem Referenzmesspaket, abhängig von einer Anzahl von übereinstimmenden Senderkennungen zwischen dem aktuellen Messpaket MP(i) und dem Referenzpaket und Differenzen zwischen mit einer Empfangsfeldstärke in Beziehung stehenden Größen (RSSI-Werte), welche den übereinstimmenden Senderkennungen zugeordnet sind, so dass an der aktuellen geographischen Position nicht empfangene Funksender, die in der Menge 108 der potentiell zu entfernenden Senderkennungen gelistet sind, keinen Einfluss auf das Übereinstimmungsmaß acc haben. Das heißt beispielsweise, dass an der aktuellen Position nicht empfangene Funksender, die in der Menge 108 der potentiell verschwundenen Funksender gelistet sind, nicht mit das Matching verschlechternden Malusfunktionen beaufschlagt werden. Sind jedoch an der aktuellen Position nicht empfangene Funksender in der Menge 108 der potentiell verschwundenen Funksender nicht gelistet, so handelt es sich evtl. nur um eine kurzfristige Abschattung der jeweiligen Funksender, so dass sie für das Matching mit Malusfunktionen beaufschlagt werden können.
  • Wie im Vorhergehenden bereits erwähnt wurde, könnte die Aktualisierung der Datenbank 16 lokal auf jedem mobilen Endgerät für sich geschehen, so dass jedes mobile Endgerät praktisch seinen eigenen Erfahrungshorizont hat, je nachdem, wo es sich aufhält bzw. aufgehalten hat. Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Aktualisierung der Referenzdatenbank 16 aber auch zentralisiert sein, z. B. dann, wenn die Referenzdatenbank 16 auf einem zentralen Server gespeichert ist, der mit den verschiedenen mobilen Endgeräten in Verbindung steht. Dieser Sachverhalt ist schematisch in 12 gezeigt.
  • Die Erfahrungsmeldungen der einzelnen mobilen Endgeräte 10a bis 10d werden in geeigneter Form (z. B. roh oder vorverarbeitet) zu dem zentralen Server mit der Referenzdatenbank 16 übertragen. Nach einer Aufbereitung und einem Abgleich mit anderen entsprechenden Erfahrungsmeldungen von anderen mobilen Endgeräten durch eine Auswertungseinheit auf dem Server (nicht gezeigt) werden gegebenenfalls betreffende Referenzmesspakete zu entsprechenden Referenzpunkten um bestimmte Funksender reduziert bzw. erweitert.
  • Das Ziel einer erfindungsgemäßen Referenzdatenaktualisierung ist es, Referenzpakete um neue Funksender evtl. zusammen mit dem entsprechenden RSSI-Wert, dem PGS-Wert oder weiteren Daten zu erweitern bzw. um verschwundene Funksender und ihre Einträge zu verringern. Hierzu ist es nötig, aus Positionsdaten der Lokalisierung passende Referenzpakete auszuwählen, auf welche diese Erfahrungsmeldung anzuwenden ist. In wie weit der WLAN-Positionierung für die betreffende Erfahrungsmeldung vertraut werden kann, kann abhängig von dem jeweiligen Qualitätswert gemacht werden. Eine weitere Herausforderung liegt darin, dass gegebenenfalls mehrere Erfahrungsmeldungen von unterschiedlichen mobilen Endgeräten für den gleichen Ort verarbeitet werden können. Hierbei ist es wichtig, dass zu Positionsqualität auch eine Qualität des ermittelnden Endgeräts betrachtet wird. Weiterhin ist zu bedenken, dass von unterschiedlichen mobilen Endgeräten, Funksignale unterschiedlich hoch gemessen werden. So können Abweichungen mehrere dB betragen. Daher kann es wichtig sein, Gerätetypen zuvor zu charakterisieren, um bei einer Erfahrungsmeldung anhand einer beinhalteten Device-ID entsprechend reagieren zu können.
  • Zusammenfassend können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, um eine Qualität einer Navigation bzw. Lokalisierung zu erhalten bzw. zu erhöhen, indem eine Referenzdatenbank mit Referenzpaketen ständig aktualisiert wird, ohne dediziertes Einmessen von Referenzpunkten in regelmäßigen Zeitabständen. In dem hier vorgestellten Konzept werden Erfahrungsmeldungen über Veränderungen der Infrastruktur von am System beteiligten mobilen Endgeräten generiert. Diese können in eine laufende Lokalisierung auf dem mobilen Endgerät zurückgekoppelt werden, um diese relativ zeitnah zu verbessern, oder auch zu einem Server übertragen werden, um damit eine Aktualisierung der Referenzdatenbank 16 zu vollziehen, wie es in der 13 schematisch gezeigt ist.
  • Abhängig von den Gegebenheiten kann das erfindungsgemäße Konzept zur Aktualisierung in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette, CD oder DVD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass die erfindungsgemäßen Verfahren zur Aktualisierung der Referenzdatenbank ausgeführt wird. Allgemein besteht die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner und/oder Mikrocontroller abläuft. In anderen Worten ausgedrückt kann die Erfindung somit als ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens realisiert werden, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Mikrocontroller abläuft.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
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    • 802.11n-Standard [0003]

Claims (14)

  1. Vorrichtung (80) zum Aktualisieren einer Referenzdatenbank (16), die geographischen Referenzpositionen zugeordnete Referenzmesspakete (RP) aufweist, welche an den jeweiligen geographischen Referenzpositionen zu Referenzzeitpunkten ermittelte Referenzsenderkennungen von an der Referenzposition zu den Referenzzeitpunkten empfangbaren Funksendern (22) aufweisen, mit folgenden Merkmalen: einer Einrichtung (12) zum Ermitteln eines aktuellen Messpakets (MP(i)) an einer aktuellen geographischen Position zu einem aktuellen Zeitpunkt (i), wobei das aktuelle Messpaket (MP(i)) Senderkennungen (APk) von an der aktuellen geographischen Position zum aktuellen Zeitpunkt empfangbaren Funksendern aufweist; einer Einrichtung (84) zum Auswählen einer Menge von Referenzmesspaketen (102; RPn), die ein vorbestimmtes Übereinstimmungsmaß zu dem aktuellen Messpaket (MP(i)) übersteigen, wobei die Menge der ausgewählten Referenzmesspakete (102; RPn) ein Referenzmesspaket oder eine Mehrzahl von Referenzmesspaketen aufweist; einer Einrichtung (86) zum Ermitteln einer Senderkennung (APalt), die in der Menge (102; RPn) der ausgewählten Referenzmesspakete enthalten ist und die nicht in dem aktuellen Messpaket enthalten ist; und einer Einrichtung (88) zum Erzeugen einer Erfahrungsmeldung bezüglich der ermittelten Senderkennung (APalt).
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Einrichtung (84) zum Auswählen ausgebildet ist, um durch einen Vergleich des aktuellen Messpakets (MP(i)) mit Referenzmesspaketen (RP) die aktuelle geographische Position zu schätzen, und um ein Übereinstimmungsmaß zwischen dem aktuellen Messpaket (MP(i)) und einem Referenzmesspaket mit einer Referenzposition in einer Nähe der geschätzten aktuellen geographischen Position abhängig von einer Anzahl von übereinstimmenden Senderkennungen zwischen dem aktuellen Messpaket (MP(i)) und dem Referenzpaket und Differenzen zwischen mit einer Empfangsfeldstärke in Beziehung stehenden Größen zu bestimmen, welche den übereinstimmenden Senderkennungen zugeordnet sind.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der das Übereinstimmungsmaß umso größer ist, je mehr Senderkennungen übereinstimmen und je kleiner die Differenzen sind.
  4. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Einrichtung zum Speichern aufweist, in der zeitlich vor dem aktuellen Zeitpunkt (i) und nach einer letzten Aktualisierung der Referenzdatenbank (16) empfangene Senderkennungen (106) in einer Menge (106) vorher empfangenen Funksender gespeichert sind.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei die Einrichtung (88) zum Erzeugen der Erfahrungsmeldung angepasst ist, um die ermittelte Senderkennung (APalt) in einer Menge (108) potentiell zu entfernender Senderkennungen aufzunehmen, wenn die ermittelte Senderkennung (APalt) nicht in der Menge (106) der vorher empfangenen Funksender gespeichert ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Einrichtung (88) zum Erzeugen der Erfahrungsmeldung angepasst ist, um eine bereits der Menge (108) potentiell zu entfernender Senderkennungen zugeodnete Senderkunnung (APalt) wieder aus dieser Menge zu entfernen, sollte sie im aktuellen Messpaket (MP) enthalten sein und somit der Menge (106) vorher empfangener Funksenderangehören.
  7. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, die eine Aktualisierungseinheit (89) zum Aktualisieren einer Datenbank (16) aufweist, und wobei die Einrichtung (88) zum Erzeugen der Erfahrungsmeldung angepasst ist, für Funksender aus der Menge (108) der potentiell zu entfernenden Senderkennungen Erfahrungsmeldungen zu erzeugen und an die Aktualisierungseinheit (89) zu übertragen, wenn ein Wahrscheinlichkeitsmaß überstiegen wird, das angibt, wie hoch eine Wahrscheinlichkeit einzuschätzen ist, dass ein Funksender in der Menge (108) der zu entfernenden Senderkennungen in einer Umgebung der aktuellen geographischen Position tatsächlich nicht mehr vorhanden ist.
  8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Einrichtung (84) zum Auswählen ausgebildet ist, um basierend auf einem Vergleich des aktuellen Messpakets (MP(i)) mit Referenzmesspaketen (RP) und basierend auf einer Rückkopplung von Erfahrungsmeldungen bezüglich der Menge (108) der potentiell zu entfernenden Senderkennungen in den Vergleich die aktuelle geographische Position zu schätzen.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die aktuelle geographische Position basierend auf einem Übereinstimmungsmaß (acc) zwischen dem aktuellen Messpaket (MP(i)) und einem Referenzmesspaket abhängig von einer Anzahl von übereinstimmenden Senderkennungen zwischen dem aktuellen Messpaket (MP(i)) und dem Referenzpaket und Differenzen zwischen mit einer Empfangsfeldstärke in Beziehung stehenden Größen, welche den übereinstimmenden Senderkennungen zugeordnet sind, geschätzt wird, so dass an der aktuellen geographischen Position nicht empfangene Funksender, die in der Menge (108) der potentiell zu entfernenden Senderkennungen gelistet sind, keinen Einfluss auf das Übereinstimmungsmaß haben.
  10. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die in einem mobilen Endgerät (10) implementiert ist.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei das mobile Endgerät (10) ein WLAN-fähiges mobiles Endgerät ist.
  12. Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei den von der Vorrichtung empfangbaren Funksendern um WLAN-Basisstationen handelt, welche MAC-Adressen als Senderkennungen aufweisen.
  13. Verfahren zum Aktualisieren einer Referenzdatenbank (16), die geographischen Referenzpositionen zugeordnete Referenzmesspakete (RP) aufweist, welche an den jeweiligen geographischen Referenzpositionen zu Referenzzeitpunkten ermittelte Referenzsenderkennungen von an der Referenzposition zu den Referenzzeitpunkten empfangbaren Funksendern (22) aufweisen, mit folgenden Schritten: Ermitteln (92) eines aktuellen Messpakets (MP(i)) an einer aktuellen geographischen Position zu einem aktuellen Zeitpunkt (i), wobei das aktuelle Messpaket (MP(i)) Senderkennungen (APk) von an der aktuellen geographischen Position zum aktuellen Zeitpunkt empfangbaren Funksendern aufweist; Auswählen (94) einer Menge von Referenzmesspaketen (102; RPn), die ein vorbestimmtes Übereinstimmungsmaß zu dem aktuellen Messpaket (MP(i)) übersteigen, wobei die Menge der ausgewählten Referenzmesspakete (102; RPn) ein Referenzmesspaket oder eine Mehrzahl von Referenzmesspaketen aufweist; Ermitteln (96) einer Senderkennung (APalt), die in der Menge (102; RPn) der ausgewählten Referenzmesspakete enthalten ist und die nicht in dem aktuellen Messpaket enthalten ist; und Erzeugen einer Erfahrungsmeldung bezüglich (98) der ermittelten Senderkennung (APalt)
  14. Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens zum Aktualisieren nach Anspruch 13, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Mikrocontroller abläuft.
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