CN101129078B - 用于无线网络中资产位置的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于追踪资产的系统，包括无线接入点和与该接入点通信以将该设备的位置确定为第一数据、代表从该设备到该三个接入点的第三信号的传输时间的第二数据、以及这三个接入点的位置的函数的计算装置。该第一数据包括第一信号强度数据和第二信号强度数据之一，该数据代表分别由该设备发送并由这三个接入点接收的第一和第二信号的强度。该位置区域是这三个接入点的预定接收范围内的区域。该装置将该位置区域内的设备的位置确定为第二数据和多个接入点中至少三个其它接入点的每一个的位置的函数。

Description

用于无线网络中资产位置的系统和方法

背景技术

传统的资产追踪系统经常利用附加到资产(例如计算机、移动单元(“MU”)、机器、设备等)上的无线电频率(“RF”)标签来识别定位或追踪这种资产。这种RF追踪系统的主要优点之一是RF读取器或询问器与RF标签之间的视线(“LOS”)对于通信来说不是必须的。这允许了较大组的资产被加入到RF追踪系统中而不需要任何庞大的处理。

有许多种方法来确定RF标签和/或MU的位置。例如，RF标签的位置可以通过测量响应信号的到达时间差(“TDOA”)来确定。特别的，RF标签的位置可以通过比较该RF标签的响应信号到达不同位置的三个或更多收发信机的时间来确定。RF标签的位置还可使用响应信号的功率测量读数(即，接收信号强度指示“RSSI”方法)来确定。RSSI利用响应信号的强度并将其与预定的地理标记点相比较。

然而，RSSI和TDOA每个都具有不同的强度和不足。例如，已经知道RSSI由于动态变化环境(例如，物体的运动、信道衰减等)的原因在某些应用中具有有限的准确度，而TDOA很大程度上会被多径效应(例如，来自墙体或这种情况下的其它物体)影响。因此，对用于定位远程或遥远距离资产的改善的高准确度资产追踪系统具有很大的需求。

发明内容

在此描述的是用于追踪资产的系统和方法。该系统可包括多个无线接入点和与这些接入点进行通信的计算装置。该装置将设备的位置区域确定为第一数据和多个接入点中至少三个接入点的每一个的位置的函数。该第一数据包括第一信号强度数据和第二信号强度数据中的至少一个。该第一信号强度数据代表了由该设备发射的并由至少三个接入点接收的第一信号的强度。第二信号强度数据代表了由该至少三个接入点发射的并由该设备接收的第二信号的强度。位置区域是在至少三个本地接入点的预定接收范围内的区域。

该装置将在位置区域中的该设备的位置确定为第二数据和多个接入点中至少另外三个接入点的每一个的位置的函数。该第二数据代表了从该设备到该至少另外三个接入点的每一个的第三信号的传输时间。

附图说明

图1显示了根据本发明的追踪系统的适应性实施例；以及

图2显示了根据本发明的方法的示意性实施例。

具体实施方式

参考以下描述和附图，本发明将被更进一步地理解，其中相同元件引用相同的参考数字。本发明的一个示意性实施例是用于在无线通信网络中定位资产(例如，移动单元(“MU”)、RF标签等)的系统和方法。本发明通过使用资产定位和追踪系统以及操纵的或交换的信号束来提供比传统资产定位系统有所提高的准确度。本发明例如可用于要求在资产定位和追踪中的准确度的应用，以及用于具有扩展范围和移动功率节省特点的数据通信。

图1显示了根据本发明的追踪系统1的示意性实施例。该追踪系统1可用在无线网络100中，比如无线局域网(“WLAN”)，其根据被IEEE所采纳的通信协议进行操作。具体地，该WLAN及其中任何无线计算设备都使用802.11(例如802.11b)通信协议来处理无线通信。本领域技术人员应理解本发明的追踪系统1可使用在室内环境中(例如仓库、零售店等)，也可使用在室外环境中(例如公园、城市等)。

网络100中的无线计算设备可包括多个与计算装置(例如服务器20)通信的接入点(“AP”)(例如，AP110、112和114)。AP110、112、114中的每一个都可以是传统的无线接入点，而且在一个示意性实施例中，AP110、112、114中的每一个都包括智能天线(例如，交换束、自适应阵列等)。本领域普通技术人员应理解，该智能天线可提供操纵和/或交换束能力，以使得AP可以动态地指引发射/接收以响应于RF环境。也就是，该AP可以指引和/或交换到指向网络100中预定位置的一个或多个束。

根据本发明，AP110、112、114和服务器20可联合工作以定位和追踪网络100中的资产。在本发明的一个示意性实施例中，该资产是位于AP110、112、114中至少一个的RF覆盖区域内的移动单元(“MU”)30。该MU30可以是任何计算设备(例如PDA、扫描仪、蜂窝电话、膝上型电脑、网卡和PC、手持计算机等)。尽管本发明的示意性实施例将参照作为资产的MU30而被描述，但是本领域技术人员应理解该资产可包括任何具有RF发射机和/或在其上附加有RF标签的物体(例如，设备、货物、动物)。此外，MU30本身可包括附加到其上的RF标签40。

如图1所示，服务器20可确定网络100中的MU30的位置。服务器20可指示AP110、112、114中的每一个来发起一个粗略位置操作。在一个示意性实施例中，该粗略位置操作对应于使用RSSI的定位确定。通过这种方式，该粗略位置操作可使得AP110、112、114中的每一个都发送信号到MU30。AP110、112、114中的每一个都可连续地接收来自MU30的确认信号，以确认AP所发送的信号的接收。在该确认信号中，MU30可发送对应于由每个AP所发送并由该MU30所接收的信号的强度的信号强度数据。AP110、112、114中的每一个可进一步记录对应于由AP110、112、114中的每一个所接收的确认信号的强度的信号强度数据。根据本发明，AP110、112、114中的每一个可包括用来传导传统无线通信的接收机，并且装配有另一接收机用来追踪该资产，如在此所描述的。然后，每个AP可以将一个或两个信号强度数据都转发到服务器20。该服务器20可利用该信号强度数据来确定网络100中的MU30的粗略位置50。

在另一个示意性实施例中，从MU30到AP110、112、114中的每一个的传输可包括来自之前由MU30所接收的传输的信号强度数据。而且，AP110、112、114中的每一个可记录和存储(例如，缓存)一个或多个来自以前由MU30接收的传输的信号强度数据。在这个实施例中，服务器20不需要等待AP110、112、114中的每一个发送该信号到MU30并反过来接收确认信号。服务器20可从之前存储在AP110、112、114中的每一个上的传输来接收该数据。因此，当从服务器20接收到发起粗略位置操作的请求时，AP110、112、114中的每一个可从之前的传输发送该信号强度数据到服务器20，该之前的信号强度数据可包括来自MU30和/或AP的信号强度数据。

一旦服务器20确定了网络100中MU30的粗略位置50，该服务器就可指示AP110、112、114中的每一个来发起精确位置操作。在一个示意性实施例中，该精确位置操作对应于使用TDOA的定位确定。通过这种方式，服务器20可指令AP110、112、114中的每一个操纵其束或交换到指向服务器20所确定的粗略位置50的束。可选地，服务器20可对AP110、112、114中的每一个提供粗略位置50，AP110、112、114中的每一个在之后会自己指引该束。然后AP110、112、114中的每一个等待从MU30接收信号并确定该信号的传输时间。然后AP110、112、114中的每一个转发每个传输时间到服务器20，服务器20利用该传输时间来确定粗略位置50中的MU30的精确位置。

图2显示了根据本发明的用于定位网络100中的资产的方法200的示意性实施例。该方法将参考图1中显示的网络100、AP110、112、114和MU30而被描述。本领于技术人员应理解具有变化配置的其它无线系统，例如不同数量的WLAN、AP和MU，也可利用和/或实施在此描述的示意性方法200。

在一个示意性实施例中，方法200的步骤201—209描述了用于使用接收信号强度指示(“RSSI”)来确定MU30的粗略位置50(例如近似位置或位置区域)的第一阶段。例如，该第一阶段(例如，RSSI阶段)可包括MU30和/或AP110、112、114所执行的对信号的功率测量读数(例如，强度)。

在步骤201，服务器20可发起对MU30的追踪过程。该追踪过程可包括用于确定MU30的粗略位置50的第一阶段，和用于确定该粗略位置内的MU30的精确位置的第二阶段。在这个实施例中，服务器20可响应于对确定MU30的位置的请求，或该服务器可在预定的间隔(例如，每2个小时)或在特定条件下(例如，当MU30开机时)自动确定MU30的位置。在另一个示意性实施例中，网络100的操作者或经营者可使用服务器20发起该追踪过程。在另一实施例中，另一个MU可发起追踪处理。例如，另一个MU的用户可能想知道MU30在网络中的什么位置。同样，MU30或其用户可能想知道网络100中的特定位置(例如，补收费站、商场中的产品等)。因此，服务器20、网络100的操作者和/或MU30可发起该追踪过程。

在步骤203，产生第一数据。该第一数据可包括第一信号强度数据(“FSSD”)和/或第二信号强度数据(“SSSD”)。FSSD代表由MU30发射的并由包括例如AP110、112、114的至少三个AP所接收的第一信号的强度。SSSD代表由至少三个AP(AP110、112、114)发射的并由MU30所接收的第二信号的强度。该FSSD和/或SSSD可包括RF标签40标识、MU30的识别符等。

在一个示意性实施例中，服务器20可首先确定在与MU30的通信范围内的至少三个AP。也就是，服务器20回顾之前的信号强度数据和/或来自之前追踪过程的位置数据以识别与MU30邻近的那些AP。在另一个示意性实施例中，服务器20可指示多个AP来搜集该第一数据。如果多于三个AP响应给服务器20该第一数据，那么服务器20优选地选择具有最高RSSI的三个AP。在上面任何一个实施例中，该第一数据都可进一步包括网络100中AP110、112、114中的每一个的位置。

在步骤205，AP110、112、114发送第一数据到服务器20。在步骤207，服务器20处理FSSD和/或SSSD以确定MU30的粗略位置50(例如，位置区域)和/或网络100中的RF标签40。在确定MU30的位置的过程中，服务器20可利用FSSD和/或SSSD的强度，即与一个或多个预定地理标记的位置或点(例如，网络100中的)相比较。例如，网络100可包括特定数量的标记点，每个都具有测量的功率读数。优选地，该标记点是静态的或不太可能相对于AP110、112、114移动，因此允许服务器20将FSSD和/或SSSD与常量相比较。

然后，服务器20将FSSD和/或SSSD与标记点的测量功率读数相比较。在一个实施例中，服务器20和/或AP110、112、114可存储标记点的一个或多个测量功率读数。可选地或额外地，服务器20可指示AP110、112、114在追踪过程开始时和/或在预定的时间间隔从标记点搜集新的功率读数。基于该比较，MU30的粗略位置50可被确定。

一旦MU30的位置区域或粗略位置50被确定，精确位置就可通过到达时间差(“TDOA”)方法(步骤209—215)在方法200的第二阶段过程中被确定。具体地，精确位置(例如，粗略位置50中的MU30的位置)可以通过来自网络100中的至少三个AP110、112、114的操纵的信号来使用TDOA方法而被确定。本领域技术人员应理解，如果例如网络100覆盖了相对小的区域(例如，零售店里的某个部门)，那么只有第一阶段是必要的(例如，确定粗略位置50)。

在步骤209，服务器20可以发起MU30的追踪过程的第二阶段。如本领域技术人员理解的，服务器20可以不需要发起追踪过程的第二阶段，因为该过程可以继续直到MU30的精确位置被确定。也就是，服务器20可以简单地只发起一次该追踪过程，并且结果是，输出/确定网络100中的MU30的精确位置。

在步骤211，第二数据被产生。在一个示意性实施例中，该第二数据可由AP110、112、114根据上述TDOA机制来采集。也就是，AP110、112、114中的每一个和/或服务器20可计算由MU30所发送的并由AP110、112、114中的每一个所接收的信号的传输时间。在另一个示意性实施例中，服务器20可指示AP110、112、114的粗略位置50，并指示它们每一个都指引(或交换)被指向其的束。因此，在AP110、112、114中的每一个对智能天线的使用提供了对MU30的精确位置的更精准的确定。

第二数据还可包括AP110、112、114的位置，以及许多数据，这些数据例如包括RF标签40标识、MU30的识别符、对MU30激活响应模式的指令等。

在步骤213，AP110、112、114发送该第二数据到服务器20。在步骤213，服务器20处理该第二数据以确定MU30的精确位置。通过这种方式，服务器20利用包括例如三角测量算法的软件应用，该三角测量算法计算粗略位置50中的MU30的精确位置。服务器20进一步将精确位置与网络100中的标记点所产生的TDOA数据相比较。该比较提供了对MU30的更精准的精确位置。

本发明的优势包括MU30和/或RF标签40的功率节省。此外，由于减少了来自束操纵/交换的多径，该追踪过程可提供位置确定中更高的准确度。本发明可被用在无线网络中而不需要对MU30和/或RF标签40的硬件或软件修改。

本发明的另一个优势是对网络100中不明MU和AP的增强的检测。例如，MU和/或AP到网络100的介入和/或进入需要硬件和/或固件更改以响应服务器20的请求。因此，本发明提供了改善的基于位置的安全性和网络完整性。

本发明已经参照具有MU30、RF标签40、网络100和AP110、112、114的实施例被描述。本领域技术人员应理解本发明还可成功实施于例如多个MU

30、RF标签40、AP110、112、114和/或多个WLAN。因此，可以在不脱离如在下面权利要求中所陈述的本发明的最广阔精神和范围的情况下对实施例做出各种修改和变化。因此本说明书和附图被认为是说明性的而不是限制的意思。

Claims (19)

1.一种用于确定无线通信设备的位置的计算装置，包括：

存储器装置，存储至少三个接入点的每一个的位置；以及

接收第一数据的通信装置，所述第一数据包括第一信号强度数据和第二信号强度数据中的至少一个，所述第一信号强度数据指示由该设备发送并由该至少三个接入点接收的第一信号的强度，而所述第二信号强度数据代表了由所述至少三个接入点发送并由该设备接收的第二信号的强度，以及

处理器，用于将该设备的位置区域确定为第一数据和该至少三个接入点中每一个的位置的函数，所述位置区域处于该至少三个接入点的预定接收范围内，

其中该处理器将所述位置区域内的设备的位置确定为第二数据和该至少三个接入点中的每一个的位置的函数，所述第二数据指示从该设备到该至少三个接入点的每一个的第三信号的传输时间。

2.如权利要求1所述的计算装置，其特征在于，所述至少三个接入点中的每一个包括智能天线，用于引导集中的信号束朝向所述位置区域。

3.如权利要求1所述的计算装置，其特征在于，所述位置区域是设备的粗略位置。

4.如权利要求1所述的计算装置，其特征在于，该设备包括以下内容中的一个：蜂窝电话、无线电频率标签、膝上型电脑、无线传感器、条形码扫描仪和手持计算机。

5.如权利要求1所述的计算装置，其特征在于，所述第一和第二信号强度数据包括接收信号强度指示符数据。

6.如权利要求1所述的计算装置，其特征在于，该第二数据包括到达时间差数据。

7.一种用于确定无线通信设备的位置的方法，包括：

将该设备的位置区域确定为第一数据和至少三个接入点中每一个的位置的函数，所述第一数据包括第一信号强度数据和第二信号强度数据中的至少一个，所述第一信号强度数据指示由该设备发送并由所述至少三个接入点接收的第一信号的强度，所述第二信号强度数据代表了由所述至少三个接入点发送并由该设备接收的第二信号的强度，所述位置区域是在该至少三个接入点的预定接收范围内的区域；以及

将所述位置区域内的设备的位置确定为第二数据和该至少三个接入点中的每一个的位置的函数，所述第二数据指示从该设备到所述至少三个接入点中每一个的第三信号的传输时间。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少三个接入点中的每一个包括智能天线，用于引导集中的信号束朝向位置区域。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

发送指令到所述至少三个接入点中的至少一个以将集中的信号束朝向所述位置区域发送。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述位置区域是设备的粗略位置。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，该设备包括以下内容中的一个：蜂窝电话、无线电频率标签、膝上型电脑、无线传感器、条形码扫描仪和手持计算机。

12.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一和第二信号强度数据包括接收信号强度指示符数据。

13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二数据包括到达时间差数据。

14.一种用于确定无线通信设备的位置的系统，包括：

至少三个无线接入点；以及

与所述至少三个接入点通信的计算装置，该装置将该设备的位置区域确定为第一数据和所述至少三个接入点的每一个的位置的函数，所述第一数据包括第一信号强度数据和第二信号强度数据中的至少一个，所述第一信号强度数据指示由该设备发送并由所述至少三个接入点接收的第一信号的强度，所述第二信号强度数据指示由所述至少三个接入点发送并由该设备接收的第二信号的强度，所述位置区域处于该至少三个接入点的预定接收范围内，

其中该装置将所述位置区域内的设备的位置确定为第二数据和该至少三个接入点中的每一个的位置的函数，所述第二数据代表了从该设备到所述至少三个其它接入点的第三信号的传输时间。

15.如权利要求14所述的系统，其特征在于，该设备包括以下内容中的一个：蜂窝电话、无线电频率标签、膝上型电脑、无线传感器、条形码扫描仪和手持计算机。

16.如权利要求14所述的系统，其特征在于，所述至少三个接入点中的每一个包括智能天线，用于引导集中的信号束朝向位置区域。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二信号强度数据包括接收信号强度指示符数据。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第二数据包括到达时间差数据。

19.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该计算装置是服务器。

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