DE60220812T2 - Positionsdetektion und standortverfolgung in einem drahtlosen netzwerk - Google Patents

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Echtzeit-Ortung und Bewegungs-Verfolgung von drahtlosen Kommunikationsgeräten.
• Hintergrund
• Kommunikationen mit drahtlosen Geräten wurden sehr schnell ein allgegenwärtiger Teil des modernen Lebens. Derartige drahtlose Geräte können irgendeine Anzahl von Formen annehmen. Beispielsweise können drahtlose Geräte Zellular-Telefone und Suchrufgeräte sowie verschiedene Arten von Internet-Web- und anderen Netzwerk-fähigen Geräten einschließen, wie z. B. persönliche digitale Assistenten (PDAs). Ein schnelles Wachstum hat sich auf dem Gebiet der mobilen Telefone und dem Gebiet anderer persönlicher und Geschäfts-Recheneinrichtungen ergeben. Die Anzahl von Zellulartelefon-Kunden ist beispielsweise exponentiell über die letzten wenigen Jahre angestiegen, und gleiches gilt für die Anzahl von drahtlosen persönlichen und Geschäfts-Recheneinrichtungen. Jedes dieser Netzwerk-fähigen Geräte kann eine Internet- oder Web-Funktionalität einschließen. Allgemein kann ein drahtloses Gerät, das zum Senden, Empfangen, für den Zugriff oder Austausch von Daten über ein Netzwerk konfiguriert ist, als ein „mobiles Gerät" bezeichnet werden, und Kommunikationen zwischen mobilen Geräten können als „drahtlose Kommunikation" bezeichnet werden.
• Als Teil der technischen Entwicklung der Netzwerke zur Erfüllung des Bedarfs an mobiler Kommunikation sind Betreiber von einer Analog-basierten Technologie auf verschiedene digitale Transport-Technologien übergegangen, bei denen digitale Daten „paketisiert" und über digitale Netzwerke ausgesandt werden. Neuere Versionen von digitalen drahtlosen Kommunikations-Netzwerken unterstützen eine Vielzahl von Datenkommunikations-Diensten, die dazu bestimmt sind, die üblichen Datenkommunikations-Fähigkeiten der drahtgebundenen Domäne auf die drahtlose mobile Domäne zu erstrecken.
• Der derzeitige Trend auf dem Zellular-Gebiet geht in Richtung auf die dritte Generation (3G) von drahtlosen Telefonie-Netzwerken (beispielsweise 3G-Ix-Netzwerken). Die 3RD-Generation Partnership Project 2 (3GPP2) Norm mit dem Titel Wireless IP Network Standard, 3GPP2P.S0001-A, Version 3.0.0^® 3GPP2, Versions-Datum 16. Juli 2001 (die „3GPP2-Norm", auch als IS-835-Norm bekannt) legt die Verwendung des mobilen IP in einem 3G-Ix-Paketdaten-Netzwerk fest, das auch als ein Codemultiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA-) oder CMDA2000-1 x-Paketdaten-Netzwerk berzeichnet wird.
• Auf dem Gebiet von persönlichen und Geschäftsgeräten, bei denen die drahtlose Kommunikation in einem örtlich begrenzten Bereich über ein örtliches Kommunikations-Netzwerk erfolgen kann, überwiegt die IEEE802.11-Norm. Ein lokalisierter Bereich kann ein Gebäude, ein Gebiet innerhalb eines Gebäudes, ein Gebiet, das mehrere Gebäude umfasst, Außenbereiche, oder eine Kombination von Innenbereichen und Außenbereichen sein. Die meisten modernen Einrichtungen der Ortungs- und Bewegungsverfolgungs-Techniken eines Objektes beinhalten eines von Folgendem:1) Signal-Zeitlagen-Analyse, wie z.B. Ankunftszeit- (Zeitdifferenz-) (TOA- oder TDOA-) basierte Messungen, wie z.B. globale Positionierungssysteme (GPS); 2) Signalfrequenzverschiebungsanalysen, wie z.B. Radar; 3) die Verwendung von vorgegebenen Signalbarken für eine aktive oder passive Detektion, wie z.B. die Unterbrechung eines Lichtstrahles beim Eintreten oder Verlassen eines Raumes; oder 4) die Verwendung eines Netzwerkes von Empfängern, die das Vorhandensein eines Mobil-Bakensignals feststellen, das sich durch einen Raum ausbreitet, wie z.B. Infrarot-Sender auf PDAs oder Zellulartelefonen innerhalb der Reichweite eines örtlichen Zellular-Funkturmes, oder eine Triangulation über eine Kombination dieser oder verwandter Verfahren.
• Die meisten dieser Techniken sind für die Aufgabe der Messung der Position anwendungsspezifisch und dienen in vielen Fällen keiner anderen Funktion, mit Ausnahme im Fall eines Mobiltelefons, wie dies weiter oben erläutert wurde, wobei die Position eines Zellulartelefons auf einem groben Maßstab von Hunderten von Fuß festgestellt werden kann, woraus geschlossen wird, dass es sich in der Nähe eines vorgegebenen Sendeturms befindet. Einige dieser Techniken sind in bestimmten Räumen nicht verfügbar, wie z.B. die Verwendung von GPS in Innenräumen oder im Untergrund, oder sie sind aufgrund von Störungen, Mehrpfad-Signaleffekten oder deshalb unpraktisch, weil die optimalen Geschwindigkeitsprofile für die verfolgten Objekte (wie z.B. Radar) das Zielverhalten der Objekte nicht erfüllen. Schließlich könnte der Einsatz eines Netzwerkes von Sensoren, wie sie vorstehend beschrieben wurden, lediglich für die Positionsdetektion oder Ortung eines mobilen Gerätes untragbar aufwändig und unpraktisch für diese einzige Funktion sein.
• Bei manchen Anordnungen wird die Detektion und Ortung in einem definierten örtlichen Gebiet unter Verwendung von lokalen Netzwerken (LAN) durchgeführt, die aus einem Satz von „Zugangspunkten" (APs) bestehen. Die APs sind Kommunikations-Ports für drahtlose Geräte, bei denen die Kommunikation über eine „drahtlose Strecke" zwischen dem drahtlosen Gerät und den APs erfolgt. Das heißt, dass APs Nachrichten, die von dem drahtlosen Gerät empfangen werden, über das LAN an andere Server, Computer, Anwendungen, Teilsysteme oder Systeme weiterleiten, wie dies geeignet ist. Die APs sind bidirektional, so dass sie auch zum Senden an die drahtlosen Geräte konfiguriert sind. Typischerweise sind die APs mit einem oder mehreren Netzwerk-Servern gekoppelt, die den Nachrichten-Verkehrsfluss verwalten. Anwendungs-Server können über die Netzwerk-Server angekoppelt sein oder einen Zugriff hierauf ermöglichen, um Daten oder typische Anwendungs-Funktionalität für das drahtlose Gerät bereitzustellen.
• Bei derartigen Systemen wird der Prozess der Definition der örtlichen Gebiete (beispielsweise Raumgestaltungen, Bodengestaltungen usw.) für das Netzwerk in vielen Fällen als „Training" des Gebietes oder Systems bezeichnet. Das Gebiet wird in Räume unterteilt, die von drahtlosen Geräten durchlaufen werden, während sie sich durch das trainierte Gebiet bewegen. Die Ortung und Detektion innerhalb des trainierten Gebietes wird typischerweise als eine Funktion der Signalstärke von dem drahtlosen Gerät bezüglich eines oder mehrerer APs bestimmt. Die APs sind so konfiguriert, dass sie die Signalstärke bestimmen und sie an nachgeschaltete Teilsysteme zur Verarbeitung weiterleiten.
• Die Ortung und Detektion wird typischerweise als eine Funktion der Empfangssignalstärke-Anzeige-(RSSI-) Werte bestimmt, die von den Kommunikationen zwischen dem drahtlosen Gerät und dem LAN gewonnen werden. Als allgemeine Regel gilt, dass je höher die Signalstärke ist, desto näher sich das sendende drahtlose Gerät vermutlich an einem AP befindet. Änderungen der Signalstärke während der Bewegung der drahtlosen Geräte in dem trainierten Gebiet ermöglichen eine Verfolgung. Wenn es zumindest drei APs gibt, die die Signale von dem drahtlosen Gerät empfangen, so kann eine Triangulation verwendet werden, um den Ort des Gerätes in dem trainierten Gebiet zu bestimmen. Die Triangulation ist ein Verfahren zur Bestimmung der Position des drahtlosen Gerätes als Funktion der Längenabschnitte zwischen dem drahtlosen Gerät und jedem der APs.
• Triangulations-Berechnungen werden von dem drahtlosen Gerät unter Verwendung der RSSI-Daten ausgeführt, die mit einer passenden Software konfiguriert sein müssen (beispielsweise einem Klienten-seitigen Modul), um derartige Aufgaben zu erfüllen. Als Ergebnis werden die Anforderungen an das drahtlose Gerät vergrößert. Obwohl die Detektion und Verfolgung für im Wesentlichen alle drahtlosen Geräte innerhalb des trainierten Gebietes wünschenswert ist, ist dies weiterhin wesentlich schwieriger zu erzielen, weil die vielen Arten von drahtlosen Geräten alle unterschiedliche Konfigurationen haben können.
• Ein Ortungssystem für drahtlose Geräte, wie es in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert ist, sowie ein Verfahren zur Bestimmung des Ortes eines drahtlosen Gerätes, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 6 definiert ist, ist aus der GB-A-2329801 bekannt. Bei diesem bekannten System ist eine Vielzahl von eindeutig identifizierten Zugangspunkten mit einem oder mehreren Computergeräten verbunden, die mit einem Satz von Speichereinrichtungen verbunden sind und so konfiguriert sind, dass sie die Signalstärke eines drahtlosen Gerätes feststellen und die Signalstärke von Signalen, die von dem drahtlosen Gerät an jedem Zugangspunkt erzeugt werden, bestimmen und speichern. Bei einer Ausführungsform dieses bekannten Systems und Verfahrens wird das System durch Anordnen des drahtlosen Gerätes an bekannten Koordinaten und nachfolgendes Messen der Signalstärke an den Zugangspunkten trainiert. Diese bekannten Koordinaten und gemessenen Signalstärken an diesen Koordinaten werden dann vom Trainieren eines neuronalen Netzwerkes verwendet. Im praktischen Betrieb werden gemessene Signalstärke-Daten von einem drahtlosen Gerät auf das trainierte neuronale Netzwerk angewandt, das dann die Positions-Koordinaten erzeugt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Ortungssystem für drahtlose Geräte geschaffen, wie es im Anspruch 1 angegeben ist.
• Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird ein Verfahren zur Ortung eines drahtlosen Gerätes geschaffen, wie es im Anspruch 6 angegeben ist.
• Das System und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine Netzwerk-basierte Positionsbestimmung eines drahtlosen mobilen (oder Klienten-) Gerätes innerhalb eines definierten Raumes, beispielsweise in einem Detektionssystem für mobile Geräte. Vorzugsweise benötigen die mobilen Geräte keine spezielle Klienten-seitige Konfiguration, Module oder Programme zu ihrer Detektion, weil die Detektion auf der Netzwerk-Seite der Schnittstelle ausgeführt wird. Die Verfügbarkeit von Anwendungen und der Zugriff auf Daten kann selektiv als eine Funktion des Ortes des mobilen Gerätes und einer Identität des mobilen Gerätes oder seines Benutzers oder von beiden bereitgestellt oder gesperrt werden. Die Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Echtzeit-Detektion kann auf Weltbereichs-Kommunikationsmedien im Freien, wie z. B. zellulare oder Such-Netzwerke oder auch drahtlose lokale Netzwerke (LAN) im Inneren oder außerhalb von Gebäuden und auf Kommunikationen, wie z.B. IEEE802.11 „Blootooth" angewandt werden.
• Das mobile Gerät kann irgendein bekanntes tragbares oder transportables Gerät sein, das für drahtlose Kommunikationen konfiguriert ist, wie z.B. ein Mobiltelefon, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein Suchrufgerät, ein E-Mailgerät, ein Laptop oder irgendein Web-fähiges Gerät. Viele derartiger Geräte können handgehaltene Geräte sein, doch können auch andere drahtlose Geräte, die keine derartige kompakte Größe aufweisen, detektiert werden. Als drahtlose Geräte sind die mobilen Geräte so konfiguriert, dass sie mit einem Netzwerk über eine drahtlose Schnittstelle kommunizieren.
• Das Detektionssystem für mobile Geräte schließt ein Netzwerk, eine Vielzahl von Detektoren (beispielsweise Zugangspunkten (APs)) und zumindest ein Prozessor- oder Verarbeitungssystem ein. Das Verarbeitungssystem schließt vorzugsweise eine Benutzerschnittstelle ein oder unterstützt diese, und schließt Speicher zur Ermöglichung der anfänglichen Inbetriebnahme, des Betriebs und der Wartung des Systems ein. Das Netzwerk koppelt einen Satz von selektiv verteilten Zugangspunkten mit dem Verarbeitungssystem. Das Netzwerk kann außerdem eine Vielzahl von Funktionalitäten und Daten einschließen oder auf diese Zugriff haben, die auf dem Netzwerk oder auf Teilsystemen oder auf Systemen untergebracht sind, die über das Netzwerk zugänglich sind, möglicherweise über ein oder mehrere andere Netzwerke.
• Das Detektionssystem für mobile Geräte kombiniert eine digitale Definition des physikalischen Raums mit einem statistischen Signalstärke-Modell, um einen Kontext zu schaffen, innerhalb dessen die mobilen Geräte detektiert werden können. Die digitale Form oder Karte des physikalischen Raumes schließt vorzugsweise die Identifikation permanenter Hindernisse ein, die die Sende- und Empfangsfähigkeiten der Zugangspunkte beeinflussen, beispielsweise Wände, Säulen usw. Das Signalstärke-Modell definiert für jeden Zugangspunkt in dem physikalischen Raum ein Muster eines Signalstärke-Empfanges, der von einem mobilen Gerät erwartet wird, das innerhalb des Raumes sendet, wobei die Hindernisse und die Anordnung der Zugangspunkte berücksichtigt werden. Bei einer Vielzahl von Zugangspunkten wird eine Vielzahl von Signalstärke-Mustern definiert, von denen sich mehrere typischerweise in gewissem Ausmaß überlappen.
• Der definierte Raum besteht aus einem Satz von definierten Bereichen, Gebieten oder Orten (die zusammenfassend als „Lokalitäten" bezeichnet werden). Eine Lokalität kann als ein Innenraum oder ein Außenraum oder ein Ort oder eine Kombination hiervon sein. Beispielsweise kann ein Konferenzraum als eine Lokalität definiert werden. Jede Lokalität ist in dem System in Beziehung zu der digitalen Form des physikalischen Raumes definiert. Lokalitäten können entweder vor oder nach der Erzeugung des Signalstärke-Modells definiert werden. Typischerweise werden, sobald die digitale Form des Raumes gebildet wurde, die Lokalitäten definiert und das statistische Signalstärke-Modell wird dann definiert. In anderen Formen kann ein iterativer Prozess der Definition von Lokalitäten, der Erzeugung des Signalstärke-Modells und der (wahlweisen) Positionierung der Zugangspunkte verwendet werden.
• Wenn die digitale Form des physikalischen Raumes definiert ist, kann das Signalstärke-Modell bestimmt werden. Der Prozess der Erzeugung eines Signalstärke-Modells wird als „Training" des Gebietes oder Systems bezeichnet. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Signalstärke-Modell in einer von zumindest zwei Arten erzeugt werden. Bei einer ersten Art werden Zugangspunkte in dem physikalischen Raum installiert und aktuelle Signalstärke-Daten werden durch die Wanderung eines sendenden mobilen Gerätes durch den Raum gesammelt. Die aktuellen Signalstärke-Daten, die von den Zugangspunkten empfangen werden, werden zum Aufbau eines statistischen Signalstärke-Modells verwendet, das der digitalen Form des physikalischen Raumes zugeordnet ist. Eine oder mehrere einer Vielzahl von bekannten statistischen Modellierungs-Lösungen können zum Aufbau des Signalstärke-Modells, wie z.B. eines Markov-Modells verwendet werden.
• Eine zweite Art des Aufbaus des statistischen Modells schließt die Verwendung von simulierten Zugangspunkten und simulierten Messwerten von den mobilen Geräten innerhalb des Kontextes der Darstellung des physikalischen Raumes in digitaler Form ein. In diesem Fall nimmt das System bestimmte Empfangs- und Sende-Charakteristiken der Zugangspunkte und der mobilen Geräte in dem Kontext des Raumes in digitaler Form an. Das statistische Signalstärke-Modell) wird als eine Funktion dieser Annahmen erzeugt. Vorzugsweise ermöglicht das System das Überarbeiten der Annahmen (unter Einschluss der Positionierung der Hindernisse und der Zugangspunkte), um unterschiedliche statistische Modelle unter Verwendung der Benutzer-Schnittstelle des Systems zu gewinnen.
• Entsprechend kann bei manchen Ausführungsformen das System zur Detektion mobiler Geräte ein Modul zur Bestimmung der Anordnung der Zugangspunkte innerhalb des definierten Raumes einschließen. In einem derartigen Fall wird der Raum in einer digitalen Karte definiert, unter Einschluss einer Definition der Hindernisse. Hindernissen können Werte gegeben werden, die sich auf die Größe der Störung beziehen, die sie hervorrufen können. Beispielsweise ergibt eine Ziegelwand typischerweise ein größeres Ausmaß an Störung, als dies ein Fenster tut. Eine Analyse der Störcharakteristiken im Hinblick auf einen Bereich von Signalstärken an einem vorhersehbaren Satz von mobilen Geräten und im Hinblick auf die Detektions- und Sende-Eigenschaften der Zugangspunkte ermöglicht es, die Anordnung von Zugangspunkten zu bestimmen. Wenn es Detektoren mit unterschiedlichen Detektions- und Sendeeigenschaften gibt, die in dem System identifiziert sind, kann das System nicht nur die Anordnung sondern auch die Auswahl der Detektoren bestimmen. Bei manchen Ausführungsformen kann das System auch die Anordnung der Detektoren bezüglich der Lokalitäten bestimmen.
• Wenn der Raum trainiert wurde, wird die Positionsdetektion oder Ortung innerhalb und zwischen den Lokalitäten durch Verarbeitung aktueller Signalstärke-Daten eines mobilen Gerätes, während sich dieses umherbewegt oder sich in einem definierten Raum befindet, und durch Vergleichen der aktuellen Daten mit dem bekannten statistischen Signalstärke-Modell durchgeführt. Zu irgendeiner Zeit kann ein mobiles Gerät, das in dem trainierten Raum sendet, durch eine Vielzahl von Detektoren detektiert werden, die sich an der gleichen oder unterschiedlichen Lokalitäten befinden. Ein Vergleich der aktuellen Signalstärke-Daten an jedem Zugangspunkt, der das Signal des mobilen Gerätes empfängt, mit dem Signalstärke-Mustern (die in dem Signalstärke-Modell enthalten sind) dieser Zugangspunkte ermöglicht eine Feststellung des Echtzeit-Ortes des mobilen Gerätes innerhalb des definierten Raumes. Eine derartige Analyse, ermöglicht, wenn sie über die Zeit ausgeführt wird, eine Verfolgung des mobilen Gerätes innerhalb und zwischen den Lokalitäten.
• Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Verfolgung zu verbessern, kann das Konzept der Lokalitäts-Nachbarschaft verwendet werden. Das heißt, wenn eine Lokalität „A" lediglich benachbart zu einer Lokalität „S" und einer Lokalität „C" ist, und sich das mobile Gerät gemäß den Signalstärke-Daten in der Lokalität „B" oder der Lokalität „E" befinden könnte, so erlaubt es die Kenntnis, dass die vorhergehende Lokalität des mobilen Gerätes die Lokalität A war, es dem System genau zu bestimmen, dass sich das mobile Gerät derzeit in der Lokalität B und nicht in der Lokalität E befindet.
• Das Konzept der Nachbarschaft kann in einer zustandsbasierten Lösung implementiert werden. In einem derartigen Fall kann jede Lokalität in einzigartiger Weise als ein Zustand innerhalb eines Zustandsdiagramms modelliert werden. Weil lediglich eine endliche Anzahl von bekannten nächsten Zuständen und vohergehenden Zuständen für jeden Zustand existieren kann, kann der derzeitige Zustand mit größerer Zuverlässigkeit im Hinblick auf die Kenntnis des vorhergehenden Zustandes und der Teilmenge von zulässigen nächsten Zuständen bestimmt werden.
• Es kann eine Kombination von Lösungen implementiert werden, um ein mobiles Gerät durch den definierten Raum und von Lokalität zu Lokalität zu orten und zu verfolgen. Beispielsweise kann unter Verwendung von Cluster-Statistiken der Empfangssignalstärke-Anzeige-(RSSI-) Daten von einem oder mehreren Zugangspunkten eine Feststellung des Ortes des mobilen Gerätes mit relativ hoher Genauigkeit durchgeführt werden. Zusätzlich kann eine Triangulations-Analyse der RSSI-Daten, die von drei unterschiedlichen Detektoren empfangen werden, durchgeführt werden, wobei der Ort des mobilen Gerätes als eine Funktion der Länge der Seiten eines Dreieckes bestimmt wird, das durch die drei Zugangspunkte gebildet ist. Die Ergebnisse der Cluster-Statistik und der Triangulation werden kombiniert, um die Genauigkeit der Gesamt-Bestimmung des Ortes des mobilen Gerätes zu vergrößern. Diese Lösung kann auch über die Zeit für eine verbesserte Verfolgung ausgeführt werden.
• Verschiedene Beispiele können Rückführungs-Teilsysteme oder Überwachungseinrichtungen einschließen, die den Status der Zugangspunkte überwachen. Beispielsweise kann ein derartiges Teilsystem so konfiguriert werden, dass es feststellt, wenn ein Zugangspunkt eine Fehlfunktion aufweist, abgeschaltet ist oder außer Betrieb ist, ob ein neuer Zugangspunkt hinzugefügt wurde, oder irgendeine Kombination des Vorstehenden. Einer derartigen Form wird ein Rückführungs-Pfad zwischen den Zugangspunkten und einem Übewachungs-Prozessor, einer Verwaltung, einem Modul, einem Programm oder Teilsystem (insgesamt „Überwachungsmodul") vorgesehen. Das Überwachungsmodul gewinnt Status-Daten, die von jedem Zugangspunkt geliefert werden, und die für die vorstehenden Feststellungen verwendet werden, und es erzeugt Status-Mitteilungen, Fehler-Mitteilungen oder beides. Die Mitteilungen können als Beispiel die Form einer E-Mail- oder Telefonalarmierung für einen Netzwerk-Administrator, Techniker, Manager, Sicherheitspersonal oder irgendeine Kombination hiervon ankommen. Bei manchen Formen kann ein System und Verfahren das statistische Modell in Abhängigkeit von dem Ausfall oder einer Fehlfunktion von einem oder mehreren Zugangspunkten abgleichen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Figuren der Zeichnungen zeigen bevorzugte Ausführungsformen in Form eines Beispiels, jedoch nicht als Beschränkung. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern die gleichen oder ähnliche Elemente.
• 1 ist ein funktionelles Blockschaltbild eines Detektions- und Verfolgungssystems für mobile Geräte gemäß der vorliegenden Erfindung.
• 2 ist eine schematische Darstellung eines definierten Raumes in digitaler Form.
• 3A zeigt ein Signalstärke-Muster um eine Kommunikations-Quelle oder einen Zugangspunkt herum ohne Umgebungsstörungen, während 3B mehrfache sich überlappende Signalstärke-Muster zeigt.
• 4 zeigt ein verzerrtes Signalstärke-Diagramm um eine Kommunikations-Quelle oder einen Zugangspunkt, das das Ergebnis von Hindernissen in der Umgebung ist, die entweder eine Reflexion oder Signaldämpfung hervorrufen.
• 5 ist eine Ansicht eines verzerrten Signalstärke-Felddiagramms, das einer digitalen Karte überlagert ist.
• 6 ist ein Diagramm, das eine RSSI-Clusterbildung und Triangulation zeigt, die von einem Ortungs- und Verfolgungssystem für mobile Geräte implementiert wird.
• 7 zeigt ein Beispiel einer grafischen Benutzer-Schnittstelle (GUI) für mobile Kommunikationsgeräte, bei der der derzeitige Ort des Benutzers auf einer digitalen Karte gezeigt ist.
• Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
• Es wird ein System und Verfahren geschaffen, das eine Netzwerk-basierte Positions-Detektion und Verfolgung eines drahtlosen mobilen (oder Klienten-) Gerätes innerhalb eines definierten Raumes ermöglicht, beispielsweise ein Ortungs- und Verfolgungssystem für mobile Geräte. Vorzugsweise benötigt das mobile Gerät keine spezielle Klienten-seitige Konfiguration, Module oder Programme, um detektiert und verfolgt zu werden, weil die Detektion und Verfolgung auf der Netzwerkseite der Schnittstelle durchgeführt werden. Die Verfügbarkeit von Anwendungen und der Zugriff auf Daten kann selektiv als eine Funktion des Ortes des mobilen Gerätes und (wahlweise) als Funktion einer Identität des mobilen Gerätes oder dessen Benutzers oder von beiden bereitgestellt oder gesperrt werden. Die vorliegende erfindungsgemäße Lösung für eine Echtzeit-Positionsdetektion oder Bewegungs-Verfolgung kann auf im Freien befindliche Weitbereichs-Kommunikationsmedien, wie z.B. zellulare oder Suchruf-Netzwerke, oder auf im Inneren oder außerhalb von Gebäuden befindliche drahtlose lokale Netzwerke (LAN) und Kommunikationen, wie z.B. IEEE802.11 oder „Bluetooth", um Beispiele zu nennen, angewandt werden.
• 1 zeigt ein Beispiel eines Diagramms höherer Ebene eines Detektions- oder Ortungs- und Verfolgungssystems 100 für mobile Geräte gemäß der bevorzugten Ausführungsform. Allgemein koppelt ein Netzwerk 115 eine Vielzahl von Detektoren, beispielsweise Zugangspunkten (APs) 110 mit dem System 100. Die Zugangspunkte sind selektiv über den gesamten definierten Raum verteilt, um einen drahtlosen Dienst für ein oder mehrere mobile Geräte 120 bereitzustellen, die in diesem Raum arbeiten. Das mobile Gerät 120 kann irgendein bekanntes tragbares oder transportierbares Gerät sein, das für Kommunikationen konfiguriert ist, wie z.B. ein Mobiltelefon, ein persönlicher digitaler Assistent (PDA), ein Suchrufgerät, ein E-Mail-Gerät, ein Laptop oder irgendein Web-fähiges Gerät. Viele dieser Geräte können handgehaltene Geräte sein, doch können auch andere drahtlose Geräte, die keine derart kompakte Größe aufweisen, detektiert und verfolgt werden. Als drahtlose Geräte sind die mobilen Geräte 120 so konfiguriert, dass sie mit dem Netzwerk 115 über eine drahtlose Schnittstelle kommunizieren, wie z.B. die Zugangspunkte 110.
• Die Zugangspunkte 110 schließen vorzugsweise Empfangs- und Sendeeinrichtungen (beispielsweise Sendeempfänger) zur Ermöglichung einer bidirektionalen Wechselwirkung mit mobilen Geräten 120 ein. Beispielsweise können bei der bevorzugten Ausführungsform die Zugangspunkte 110 ein AP1000-Gerät sein, das von der Firma Agere Systems of Allantown, Pennsylvania, USA, geliefert wird. Derartige Zugangspunkte werden so konfiguriert, dass sie die Signalstärke eines mobilen Gerätes aus einem empfangenen Signal bestimmen, und sie sind in der Technik bekannt.
• Das Detektions- und Verfolgungssystem 100 für mobile Geräte kann mehrere oder alle die funktionellen Module einschließen, die in 1 gezeigt sind. Allgemein kann eine Systemverwaltung 130 die anderen Module überwachen und mit Aufgaben versehen, und eine Schnittstelle zu anderen Systemen oder Anwendungen schaffen. Eine Benutzer-Schnittstellen-(UI-) Verwaltung, in diesem Falle eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) 140 ist vorgesehen, um Daten zur Erzeugung und Unterstützung von Bildschirmanzeigen zu liefern, die für den Aufbau, den Betrieb und die Wartung des Detektions- und Verfolgungssystems für mobile Geräte geeignet sind. Die GUI-Verwaltung 140 kann Daten an ein Endgerät oder einen Computer, das bzw. der als ein Teil des Detektions- und Verfolgungssystems für mobile Geräte enthalten ist, an mobile Geräte 120 oder andere Geräte liefern, die mit dem Netzwerk 115 gekoppelt sind.
• Eine digitale Karten-Erzeugungs-Einrichtung 150 ist vorgesehen, um eine Definition des definierten Raumes in digitaler Form aufzunehmen oder zu erzeugen. Die digitale Karten-Erzeugungs-Einrichtung 150 kann Aufgaben über die Systemverwaltung 130 empfangen und mit der GUI-Verwaltung 140 in Wechselwirkung treten, um die Erzeugung und Betrachtung der digitalen Karte zu ermöglichen. Die digitale Karte kann beispielsweise durch Übersetzen einer Architektur-Zeichnung in digitales Format oder durch die Verwendung einer vorhandenen digitalen Karte des definierten Raumes gebildet werden. Bei anderen Ausführungsformen kann eine digitale Karte unter Verwendung typischer computerunterstützter Konstruktions-(CAD-) Werkzeuge gebildet werden. Vorzugsweise schließt die digitale Karten-Erzeugungs-Einrichtung 150 Werkzeuge zur Ermöglichung einer der vorstehenden Lösungen zur Aufnahme oder Erzeugung einer digitalen Karte definierten Raumes ein, die in dem Speicher 105 gespeichert wird.
• Typischerweise umfasst der definierte Raum einen Satz von definierten Gebieten, Bereichen oder Orten (die insgesamt als „Lokalitäten" bezeichnet werden). Jede Lokalität ist innerhalb des System in Beziehung zu der digitalen Form des körperlichen Raumes definiert. Eine Lokalität kann als ein Innen- oder Außenraum oder ein Ort oder eine Kombination hiervon definiert sein. Beispielsweise können ein Konferenzraum, ein Büro, ein Wartebereich jeweils als eine einzelne Lokalität innerhalb eines definierten Raumes definiert werden. Lokalitäten können entweder vor oder nach der Erzeugung des Signalstärke-Modells definiert werden. Typischerweise werden jedoch, sobald die digitale Karte des Raumes gebildet wurde, die Lokalitäten definiert, und das statistische Signalstärke-Modell wird dann definiert. Bei anderen Formen kann ein iterativer Prozess der Definition von Lokalitäten, der Erzeugung des Signalstärke-Modells und (wahlweise) der Positionierung der Zugangspunkte 120 verwendet werden. Ein Benutzer kann dann unterschiedliche Privilegien, einen unterschiedlichen Zugang oder Rechte bezüglich der Funktionalität der Daten in Abhängigkeit von der derzeitigen Lokalität des Benutzers haben. Der Übergang von einer Lokalität zu einer anderen Lokalität kann den Verlust von Privilegien, Rechten und Zugangsmöglichkeiten, und in manchen Fällen den selektiven Verlust oder die Zustellung von Daten hervorrufen.
• Als ein Beispiel zeigt 2 einen definierten Raum 200, der aus einer Anzahl von Lokalitäten und Hindernissen besteht. Begrenzungen von Lokalitäten sind als gestrichelte Linien dargestellt. Hindernisse sind mit dicken durchgezogenen Linien dargestellt (beispielsweise Wände „W1" und „W2") oder sie sind von dicken durchgezogenen Linien umgeben (beispielsweise die Hindernisse „O1" und „O2"). Die Hindernisse O1 und O2 können Fahrstuhl-Schächte, Heiz-Kanäle oder Geräte-Schränke sein, um Beispiele zu nennen. Die Lokalität „A" kann ein Konferenzraum sein. Die Lokalitäten „B1" und „B2" können Büros sein. Die Lokalitäten „C1" und „C2" können getrennte Wartebereiche sein. Die Lokalität „D" kann ein Gebiet sein, das einen Außenraum „D1" und einen Innenraum „D2" einschließt. Die Lokalität „E" kann eine Ort, beispielsweise ein sehr kleines Gebiet oder ein Punkt sein. Schließlich kann der Raum „F" eine gemeinsame Lokalität oder ein Gebiet sein, für das keine Lokalität definiert ist.
• Das Ortungs- und Verfolgungs-System 100 für mobile Geräte kombiniert ein statistisches Signalstärke-Modell mit der digitalen Definition des körperlichen Raumes, um einen Kontext zu schaffen innerhalb dessen die mobilen Geräte 120 geortet und verfolgt werden können. Das Signalstärke-Modell definiert für jeden Anfangs-Punkt 110 innerhalb des körperlichen Raumes ein Muster des Signalstärke-Empfangs, der von einem mobilen Gerät 120 erwartet wird, das in dem Raum sendet, wobei die Hindernisse und die Anordnung der Zugangspunkte 110 berücksichtigt werden. Mit einer Vielzahl von Zugangspunkten wird eine Vielzahl von Signalstärke-Mustern definiert, von denen sich mehrere typischerweise in gewissem Ausmaß überlappen werden.
• 3 zeigt ein Signalstärke-Muster oder -Diagramm 300 um einen Zugangspunkt 310 herum ohne Umgebungs-Störungen. Das Signalstärke-Diagramm 300 stellt einen Idealfall dar, bei dem die Signalstärke allein lediglich die Nähe der Quelle 310 anzeigen würde. Das heißt, dass im Idealfall das Signal um so stärker und der Messwert um so höher ist, je näher man sich an der Quelle 310 befindet. Im praktischen Einsatz besteht jedoch die große Wahrscheinlichkeit, dass eine Kommunikations-Quelle oder ein Zugangspunkt einer gewissen Auswirkung der Umgebung ausgesetzt ist, wodurch eine Absorption, Dämpfung, Reflexion oder eine Kombination dieser Faktoren für das Kommunikations-Medium in unterschiedlichen Gebieten über den definierten Raum hervorgerufen wird, der für das Signal zugänglich ist, wie dies in der digitalen Karte 200 auftreten würde.
• 4 zeigt ein verzerrtes Signalstärke-Diagramm 400 um einen Zugangspunkt 410 herum, das das Ergebnis von Hindernissen 420 und 425 in der Umgebung ist. Die resultierende Ungleichförmigkeit ergibt eine Möglichkeit für eine Ortung, weil in Abhängigkeit von der Umgebung Lokalitäten (oder andere interessierende Orte innerhalb des definierten Raumes) sehr stark unterscheidbare ungleichförmige Signalstärke-Profile haben können. Weil der definierte Raum von Natur aus Beschränkungen dafür ergeben kann, wo sich das mobile Gerät 120 bewegen oder nicht bewegen kann (beispielsweise Korridore, Wände, Räume usw.) ergibt sich die Möglichkeit zur Vergrößerung der Anzahl von Lokalitäten, die deutlich verschiedene Signalstärke-Profile haben. Weil es wahrscheinlicher ist, dass sich das mobile Gerät 120 so bewegt, dass es benachbarte oder miteinander verbundene Lokalitäten durchläuft, das heißt, dass sich das Gerät nicht zu einem Zeitpunkt in einem Gebiet und dann sofort nachfolgend zwei oder mehr Lokalitäten weiter befinden kann, ist es zusätzlich möglich, die Fähigkeit zur genauen Identifikation des Ortes und der Bewegung des mobilen Gerätes 120 innerhalb des definierten Raumes zu identifizieren, weil lediglich bestimmte Signalstärke-Profil-Übergänge wahrscheinlich festgestellt werden.
• 5 zeigt eine repräsentative Draufsicht 500 auf ein verzerrtes Signalstärke-Feld-Diagramm 510, das mit einem digitalen Gebäudeplan 520 für einen einzigen Zugangspunkt 510 in einem definierten Raum kombiniert oder überlagert ist. 5 zeigt, wie die durchquerbaren Lokalitäten innerhalb des definierten Raumes unterschiedliche Signalstärke-Profile haben können, und wie unterschiedliche benachbarte Lokalitäten ebenfalls eine unterschiedliche Signalstärke-Charakteristik haben können.
• Bis zu dieser Stelle wurden einige Annahmen gemacht, nämlich die Verwendung eines einzigen Zugangspunktes mit einem gleichförmigen Kommunikations-Diagramm und einer gleichförmigen Ausrichtung. Weiterhin wurde bisher nicht erwähnt, wie das statistische Modell aufgebaut oder für die Verfolgung angewandt wird, wie seine Auflösung und seine Zuverlässigkeit ist, ob Messwerte von den mobilen Kommunikations-Geräten oder dem (angenommenen) festen Einsatz des Kommunikations-Medien-Netzwerkes gewonnen werden, und wie die Anordnung der Zugangspunkte erfolgt.
• Wenn die digitale Karte des physikalischen Raumes definiert ist, kann das Signalstärke-Modell erzeugt werden. Der Prozess der Erzeugung eines Signalstärke-Modells wird als „Training" des Gebietes oder Systems bezeichnet. Entsprechend schließt das Ortungs- und Verfolgungs-System 100 für mobile Geräte eine Signalstärke-Modellier-Einrichtung 160 ein, die einen Zugriff auf die digitale Karte 200 in der Datenbank 105 ausführen kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Signalstärke-Modellier-Einrichtung 160 so konfiguriert werden, dass sie das Signalstärke-Modell in zumindest einer von zwei Arten erzeugt. Bei einer ersten Art werden die Zugangspunkte 110 in dem körperlichen Raum installiert und tatsächliche Signalstärke-Daten werden bei einer Wanderung eines sendenden mobilen Gerätes 120 durch den Raum gesammelt. Die tatsächlichen Signalstärke-Daten, die von den Zugangspunkten 110 empfangen werden, werden zum Aufbau eines statistischen Signalstärke-Modells verwendet, das der digitalen Karte des körperlichen Raumes zugeordnet ist. Irgendeine oder mehrere einer Vielzahl von bekannten statistischen Modellierungs-Lösungen können zum Aufbau des Signalstärke-Modells verwendet werden.
• Das heißt, das gemäß dieser Lösung der Aufbau des statistischen Signalstärke-Modells die Durchführung einer Kommunikations-Signalstärke-Erkundung des definierten Raumes einschließt. Dies umfasst die Installation von einem oder mehreren Kommunikations-Medium-Zugangspunkten 110 in dem definierten Raum und ein Durchlaufen der zugänglichen Gebiete innerhalb des definierten Raumes. Die Kommunikations-Zugangspunkte 110 können entweder als Signal-Quellen verwendet werden, die von dem mobilen Kommunikations-Gerät 120 während der Erkundung gemessen werden, oder sie können als Empfangs-Posten dienen, die die Signalstärke von dem mobilen Gerät 120 messen. Trotz der Tatsache, dass sich beide Trainings-Verfahrensweise hinsichtlich der Anzahl, der Quellen und der Werte der Messungen, die gewonnen werden, unterscheiden, ist das einzige, was wichtig ist, dass Daten auf Grund der Erkundung existieren, um ein Profil der verschiedenen Lokalitäten innerhalb des definierten Raumes zu entwickeln.
• Die resultierenden Daten, die bei der Erkundung gesammelt wurde, können von dem Signalstärke-Modul 160 auf eine Anzahl von unterschiedlichen Arten verwendet werden, um ein statistisches Modell zu entwickeln, nämlich eine manuelle Lösung und eine automatisierte Lösung. Bei der manuellen Lösung wählt der Entwickler des Modells lediglich die Gebiete von hauptsächlichem Interesse oder Lokalitäten auf der digitalen Karte des Raumes aus, für die das Modell aufzubauen ist, wobei die Position der Zugangspunkte 110 bestimmt wird. Dies beschränkt die Gebiete, in denen die Zugangspunkte 110 angeordnet werden, auf diejenigen, die der Planer bestimmt. Die automatisierte Lösung beinhaltet stattdessen die Verwendung einer statistischen Technik zur Ableitung der Anzahl von deutlich erkennbaren Lokalitäten mit stark unterschiedlichen Signalprofilen dadurch, dass der Benutzer entweder die Anzahl der Lokalitäten oder einen bestimmten statistischen Vertrauens-Faktor bestimmt.
• Eine weitere Art und Weise zum Aufbau des statistischen Modells schließt die Verwendung simulierter Zugangspunkte und simulierter Messwerte für mobile Geräte in dem Kontext der digitalen Karte 200 des physikalischen Raumes ein. In einem derartigen Fall nimmt die Signalstärke-Modellier-Einrichtung 160 bestimmte Empfangs- und Sende-Charakteristiken für die Zugangspunkte 110 und die mobilen Geräten 120 innerhalb des Kontextes des Raumes in der digitalen Karte 200 an. Das statistische Signalstärke-Modell wird als eine Funktion dieser Annahmen erzeugt. Vorzugsweise ermöglicht das System 100 eine Überarbeitung der Annahmen (unter Einschluss der Positionierung von Hindernissen und von Zugangspunkten), um unterschiedliche statistische Modelle unter Verwendung der Benutzer-Schnittstelle des Systems zu erzielen.
• Im einzelnen kann das Training durch Sammeln von etikettierten Daten für jeden Ort erfolgen. Die Daten werden in eindeutiger Weis etikettiert und ihrem entsprechenden Zugangspunkt zugeordnet. Die Daten sind ein Satz von „Abtastproben", von denen jede eine Messung von einem oder mehreren Zugangspunkten, ermittelt über eine Zeitperiode, hat. Viele dieser Abtastproben (typischerweise ungefähr 25) stellen das dar, was als eine „Signatur" bezeichnet wird. Bei manchen Ausführungsformen könnte die Verwendung nicht etikettierter Daten zur Vergrößerung oder zum Ersatz der vorhandenen Daten eingesetzt werden, doch wird vorzugsweise die Zuordnung zu einem Zugangspunkt aufrecht erhalten. Weiterhin können die Signaturen aus weniger als ungefähr 25 „Abtastproben" bestehen, entweder dadurch, dass einfach weniger Abtastproben gesammelt werden, oder durch automatische Dezimierung oder durch eine Auswahl mit Hilfe eines Algorithmus, um festzustellen, welche Abtastproben beibehalten werden sollen. Selbstverständlich könnte auch das Sammeln von mehr Abtastproben nützlich sein. Bei weiteren Ausführungsformen könnten die Signaturen hinsichtlich ihrer Darstellung von einem Satz von „Abtastproben" auf irgendeine Anzahl von anderen Schemas geändert werden, unter Einschluss der Verwendung von Stützvektor-Maschinen (SVMs) oder ähnlichen Schemas, um kritische „Abtastproben" auszuwählen, oder Gaus'schen Clustern zur Abschätzung der Dichten, oder irgendeine anderen Anzahl von Dichte-Abschätz-Schemas.
• Aus diesen Signaturen werden intern „Silhouetten" erzeugt. Bei der bevorzugten Implementierung ergibt jede Signatur eine Silhouette. Bei anderen Ausführungsformen könnten jedoch auch Silhouetten erzeugt werden, die aus mehreren Signaturen bestehen, wenn dies sinnvoll ist. Eine Silhouette wird beispielsweise durch Überprüfen jeder „Quellen"-Abtastprobe in einer Signatur und durch Identifizieren der anderen (das heißt „Ziel"-) Abtastproben (von allen „Signaturen" kombiniert) erzeugt, die die größte Dichte in der Nähe dieser Quellen-Abtastprobe haben, wie dies weiter unten bezüglich einer abgestuften Dichte-Abschätzung beschrieben wird. Eine Quellen-Abtastprobe ist eine Probe von einem Abtastproben-Satz, der einem Zugangspunkt zugeordnet ist, und zur Verarbeitung ausgewählt ist, und eine Ziel-Abtastprobe ist eine Abtastprobe von dem gleichen Abtastproben-Satz, die nicht die Abtastprobe ist, die verarbeitet wird, die jedoch für Bezugs-, Vergleichs- oder andere Zwecke bezüglich der Verarbeitung der Quellen-Abtastprobe verwendet wird. Bei anderen Ausführungsformen könnten Ziel-Abtastproben von anderen Abtastproben-Sätzen stammen. Die Signatur, die am stärksten in diesen resultierenden Ziel-Abtastproben-Dichten dargestellt ist, wird gezählt. Dies wird für jede Quellen-Abtastprobe in einer Signatur durchgeführt, und die resultierende Zählung von Ziel-Signaturen wird vermerkt und wird zu einer Silhouette. Der größte Teil der Operationen, die in einer Nachverarbeitung (das heißt Operation) durchgeführt werden, werden an Silhouetten durchgeführt, obwohl sie in der Benutzer-Schnittstelle in vielen Fällen als Signatur dargestellt ist. Dies wird so gemacht, weil es eine eins-zu-eins-Abbildung zwischen diesen gibt, und dies vermeidet eine Verwirrung des Benutzers, wenn Silhouetten überhaupt nicht aufrecht erhalten werden.
• Ein abgestuftes Dichte-Abschätz-Schema wird zur Abschätzung von Signatur-Abtastproben-Dichten verwendet, hauptsächlich aus Gründen der Bequemlichkeit der Implementierung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Parzen-Fenster-Schema mit einer Serie von gestapelten kastenförmigen Kernen verwendet, wie dies für den Fachmann verständlich ist. Wie dies weiterhin zu erkennen ist, kann jedoch irgendeine Anzahl von anderen bekannten Dichte-Abschätz-Schemas mit guter Wirkung verwendet werden. Andere Techniken schließen eine Vielzahl von anderen Kern-basierten Abschätz-Schemas ein, wie die gut bekannte k-nn- oder Gaus'sche-Cluster-Bildung.
• Diese manuellen, halbautomatischen und automatischen Techniken verwenden einen statistischen Mechanismus, um eine Korrelation der Kommunikations-Signalstärken zu schaffen, die während eines Erkundungs-Durchganges mit Lokalitäten in dem definierten Raum gewonnen werden. Ein derartiges statistisches Modell kann mit Hilfe der Signalstärke-Modellier-Einrichtung 160 unter Verwendung eines Markov-Modells implementiert werden, wobei die Zustands-Variablen die Lokalitäten innerhalb des definierten Raumes darstellen, und die Übergangs-Wahrscheinlichkeiten die Bewegungs-Wahrscheinlichkeit zwischen diesen darstellen. Das verwendete Markov-Modell könnte entweder kontinuierlich oder diskret sein, und durch die gewünschte Verfolgungs-Auflösung, die Anzahl der Signal-Quellen oder Zugangspunkte und deren Änderungen über den Raum hinweg beeinflusst sein. Die Signalstärke-Modellier-Einrichtung 160 kann das statistische Signalstärke-Modell unter Verwendung des Markov-Modells erzeugen, oder es kann das Ergebnis der Anwendung irgendeiner anderen probabilistischen Anpass-Technik sein, um die Signalstärke-Verteilung an interessierenden Orten oder Lokalitäten darzustellen. In gleicher Weise können mehrfache Verteilungen verwendet werden, um die Auswirkung unterschiedlicher Umgebungs-Profile darzustellen, wie zum Beispiel Tageszeit, erwartete Kommunikations-Netzwerk-Last, vorübergehende Umgebungsfaktoren und andere physikalische oder Wetterbezogene Erscheinungen, jedoch ohne Einschränkung hierauf.
• Wie dies weiter oben erwähnt wurde, können entweder das mobile Kommunikations-Gerät 120 oder die Kommunikations-Medien-Zugangspunkte 110 als die Quelle des Signalmediums für die Zwecke der Erkundung verwendet werden. Während des aktiven Gebrauchs (das heißt nach dem Training) würde die gleiche Konfiguration, mit der die Messungen für das statistische Modell bereitgestellt wurden, zur Feststellung des Ortes und der Bewegung des mobilen Gerätes 120 durch eine Ortungs- und Verfolgungs-Verwaltung 170 verwendet werden. Die Entscheidung, ob die aktive Verfolgungsdaten-Sammlung für das mobile Gerät oder „hinter der Szene" auf dem Hintergrund-Netzwerk 115 des Kommunikations-Mediums eingesetzt wird, kann durch eine Anzahl von praktischen Erwägungen beeinflusst werden. Wenn die Kommunikations-Bandbreite knapp ist, so kann es vorzuziehen sein, dass das mobile Geräte 120 lediglich eine Kommunikation ausführt, und dass die gesamte Verfolgung bezüglich der gesammelten Daten auf dem Hintergrund-Netzwerk 115 erfolgt. Wenn die Rechen-Ressourcen des Kommunikations-Hintergrund-Netzwerkes 115 nicht skaliert werden können, um die Berechnung der Orte aller der zu verfolgenden mobilen Geräte zu unterstützen, so kann das mobile Kommunikations-Gerät 120 stattdessen Signalstärke-Daten von den Zugangspunkten 110 sammeln, dass statistische Modell örtlich anwenden, um seinen Ort zu berechnen, und das Ergebnis an das Hintergrund-Netzwerk 115 weiterleiten. In Abhängigkeit von dem Installations-Szenarium und den spezifischen Fähigkeiten des mobilen Gerätes 120 kann jedoch auch eine geeignete Mischung beider Techniken angewandt werden. Wie dies in 5 gezeigt ist, ist es möglich, die Position von mehrfachen Orten in dem definierten Raum 500 unter Verwendung eines einzigen Zugangspunktes 510 zu verfolgen, wie sie durch das mobile Gerät 120 ermittelt wird. Diese Technik ist jedoch in gleicher Weise gültig, wenn mehrfache Quellen oder Kommunikations-Zugangspunkte 110 verwendet werden. In geeigneter Weise angeordnete Kommunikations-Zugangspunkte 510 können ein weiteres unabhängiges Signal-Profil liefern, das die Genauigkeit der Ortsbestimmung und der Bewegungs-Verfolgung sehr stark verbessert, und das Zweideutigkeiten auflösen kann, die sich aus Symmetrien oder ähnlichen Signalstärke-Verteilungen 520 von einer einzigen Quelle 510 ergeben. Im Grenzfall kann die Hinzufügung mehrfacher Zugangspunkte 110 als ein multidimensionales System betrachtet werden, deren Koordinaten-Indizes zunehmend eindeutiger und genauer mehr und kleinere Orte in dem Raum definieren, wie dies in 3B gezeigt ist. In 3B hat jeder Zugangspunkt A, B, C und D sein eigenes Signalstärke-Diagramm, wobei „X" bei ungefähr bei A = 50%, B = 60%, C = 25% und D = 50% liegt.
• Die Auflösung eines derartigen statistisch basierten, von der Umgebung abhängigen Systems beruht auf einer Anzahl von Faktoren, die die Anzahl und Kompliziertheit von Umgebungs-Hindernisse, die Anzahl von Kommunikations-Zugangspunkten 110 und deren Ortung, und die Skalierbarkeit des Kommunikations-Mediums selbst umfassen. Die Erfinder haben ein System mit einem einzigen Kommunikations-Zuganspunkt mit über sechs Positionen in einem Großraum-Büro-Raum getestet, wobei jeder Ort eine Verfolgungs-Genauigkeit mit wenigen Metern hatte. Der primäre Faktor, der die Auflösung beeinflusst, ist der dynamische Bereich der Zugangspunkt-Signale selbst. Durch die Hinzufügung von Kommunikations-Zugangspunkten 110 mit spezifischen Signaldiagramm-Profilen, die eine erhebliche Änderung der Signalstärke über den gewünschten Raum haben, kann die Ortung und Verfolgung beträchtlich vergrößert werden. Selbstverständlich muss trotz der vorhergesagten oder erwarteten Auflösung eines Systems eine tatsächliche Installation Störungen von anderen unerwarteten Quellen oder die Tatsache berücksichtigen, dass die Ausrichtung des Kommunikations-Signal-Wandlers auf irgendeinen der Kommunikations-Zugangspunkte 110 oder auf das mobile Gerät 120 einen Faktor bei der genauen Messung der Signalstärke darstellt.
• Die Anordnung der Kommunikations-Zugangspunkte 110 wird als fest angenommen, weil der größte Teil einer derartigen Kommunikations-Infrasturkur mit irgendeinem Hintergrund-Netzwerk 115 verbunden ist, dessen Ort festgelegt ist. Eine mobile Kommunikations-Zugangspunkt-Infrastruktur könnte verwendet werden, wenn es eine vorhersagbare Bewegung oder Periodizität der Position der Zugangspunkte 110 gibt, oder wenn ein Bezugsrahmen in Verbindung mit einer anderen Einrichtung zur Positions-Erkennung oder Ortung ausgebildet werden kann, wie zum Beispiel GPS. Unter der Annahme einer ausreichenden Anzahl von Kommunikations-Zugangspunkten 110 würde es möglich sein, die relative Position der mobilen Kommunikations-Geräte 120 abzuleiten, ohne notwendigerweise die Positionen der Kommunikations-Zugangspunkte 110 zu kennen, indem die geeigneten geometrischen Zwangsbedingungen festgelegt werden. Unter der Annahme einer festen Anordnung der Kommunikations-Zugangspunkte 110 kann die vorstehend beschriebene Erkundungs-Technik dazu verwendet werden, eine optimale Anordnung der Zugangspunkte 110 zu bestimmen, um sowohl die Kommunikations-Signal-Überdeckung als auch die Verfolgungs-Genauigkeit über einen vorgegebenen definierten Raum zu einem Maximum zu machen. Ein Beispiel schlägt die Anordnung der Kommunikations-Zugangspunkte 110 derart vor, dass irgendeine räumliche Symmetrie bezüglich der durchquerbaren Pfade aufgebrochen ist, sodass die dynamischen Bereichsänderungen soweit wie möglich zu einem Maximum gemacht werden. Unterschiedliche Heuristiken können für unterschiedliche räumliche Geometrien und die Anzahl der einzusetzenden Kommunikations-Zugangspunkte angewandt werden.
• Entsprechend kann bei manchen Ausführungsformen das System 100 zur Ortung und Verfolgung von mobilen Geräten ein Modul, beispielsweise eine AP-Verwaltung 190, einschließen, um die Anordnung der Zugangspunkte 110 innerhalb des definierten Raumes zu bestimmen. In einem derartigen Fall wird der Raum in digitaler Form definiert, unter Einschluss einer Definition der Hindernisse. Hindernissen können Werte zugeordnet werden, die sich auf die Größe der Störung beziehen, die sie wahrscheinlich ergeben. Beispielsweise ergibt eine Ziegelwand typischerweise ein größeres Ausmaß an Störung, als ein Fenster. Eine Analyse der Stör-Charakteristiken im Hinblick auf einen Bereich von Signalstärken von einem vorhersehbaren Satz von mobilen Geräten 120 und im Hinblick auf die Detektions- und Sende-Charakteristiken der Zugangspunkte 110 ermöglicht eine Bestimmung der Anordnung der Zugangspunkte. Wenn es Zugangspunkte mit unterschiedlichen Detektions- und Sende-Charakteristiken gibt, die in dem System 100 identifiziert sind, so kann das Ortungs- und Verfolgungs-System 100 für mobile Geräte nicht nur die Anordnung sondern auch die Auswahl von Zugangspunkten 110 bestimmen. Bei manchen Formen kann das System 100 auch die Anordnung der Zugangspunkte bezüglich der Lokalitäten bestimmen.
• Nachdem der definierte Raum trainiert wurde, wird die Ortung und Bewegungsverfolgung unter der Steuerung einer Ortungs- und Verfolgungs-Verwaltung 170 innerhalb und zwischen den Lokalitäten durch Verarbeiteten tatsächlicher Signalstärke-Daten eines mobilen Gerätes 120 während dessen Bewegung in dem definierten Raum und durch Vergleichen der tatsächlichen Daten mit dem bekannten statistischen Signalstärke-Modell ausgeführt. Zu jeder Zeit kann das mobile Gerät 120 während seines Sendens in dem trainierten Bereich durch eine Anzahl von Detektoren oder Zugangspunkten 110 detektiert werden, die sich in den gleichen oder unterschiedlichen Lokalitäten befinden können. Ein Vergleich der tatsächlichen Signalstärke-Daten an jedem Zugangspunkt, der das Signal des Mobilgerätes 120 empfängt, mit dem Signalstärke-Muster (die in dem Signalstärke-Modell enthalten sind) dieser Zugangspunkte 110 ermöglicht es der Ortungs- und Verfolgungs-Verwaltung 170, die Echtzeit-Position des mobilen Gerätes 120 innerhalb des definierten Raumes zu bestimmen. Wenn eine derartige Analyse über die Zeit ausgeführt wird, so ermöglicht dies eine Verfolgung des mobilen Gerätes innerhalb der und den Lokalitäten. Die Ortungs- und Verfolgungs-Verwaltung 170 kann dazu verwendet werden, Dienste, Daten oder anderen Inhalt an das mobile Gerät 120 „zu schieben", oder Information von dem mobilen Geräte 120 „zu holen" oder das mobile Geräte in einer Warteschlange zum Erhalt von Diensten von dem Netzwerk anzuordnen.
• Im Betrieb (das heißt während der Laufzeit) werden, wie beim Trainieren, Daten von dem mobilen Gerät 120 in Abtastproben gesammelt, die Vektoren sind, die aus gemittelten Signalstärken von einer oder mehreren Mess-Stadionen bestehen. Eine Abwesend-Vektor-Komponente unterscheidet sich von einer Anwesend-Komponente mit dem Wert 0. Verschiedene Variationen sind ebenfalls möglich, unter Einschluss einer „Nach-Normalisierung" der gesammelten Rohdaten auf der Grundlage bekannter Hochfrequenz-Ausbreitungs-Eigenschaften oder Qualitäten der Signalstärke-Information, die von dem Medienzugangs-Steuer-(MAC-) Chip geliefert wird, wie er im Handel erhältlich und in der Technik bekannt ist.
• Um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ortung zu verbessern, kann die Ortungs- und Verfolgungs-Verwaltung 170 Funktionalität einschließen, die das Konzept der Nachbarschaft von Lokalitäten implementiert. Das heißt, wenn gemäß 2 die Lokalität D lediglich benachbart zur Lokalität 51 und zur Lokalität F ist, und wenn sich das mobile Gerät 120 nach den Signalstärke-Daten in der Lokalität B1 oder der Lokalität A befinden könnte, es die Kenntnis, dass die vorhergehende Lokalität des mobilen Gerätes 120 die Lokalität D war, dem System 100 ermöglicht, genau festzustellen, dass das mobile Gerät 120 sich derzeit in der Lokalität 51 und nicht in der Lokalität A befindet.
• Das Konzept der Nachbarschaft kann in einer Zustands-basierten Lösung implementiert werden. In einem derartigen Fall kann jede Lokalität in eindeutiger Weise als ein Zustand innerhalb eines Zustandsdiagramms modelliert werden. Weil lediglich eine endliche Anzahl von bekannten nächsten Zuständen und vorhergehenden Zuständen für jeden Zustand existieren kann, kann der derzeitige Zustand mit größerer Zuverlässigkeit bestimmt werden, wenn eine Kenntnis des vorhergehenden Zustandes und seiner Teilmenge von zulässigen nächsten Zuständen vorhanden ist.
• Im einzelnen kann als Teil des Verfolgungs-Prozesses die Ortungs- und Verfolgungs-Verwaltung 170 eine Funktionalität für eine Orts-Vorhersage einschließen, die in zwei Stufen erfolgen kann. Erstens wird, während ankommende Abtastproben gesammelt werden, die Dichte jeder der trainierten Signaturen gemessen, und die entsprechenden Silhouetten werden identifiziert. Ein Zähler für jede dieser Silhouetten wird entsprechend ihrer örtlichen Dichte implementiert. Jeder dieser Zähler wird dann dadurch abgeglichen, dass die Summe aller der Zähler normalisiert wird. Zweitens werden die Zähler auf der Grundlage einer „Nachbarschafts"-Zahl eingestellt, die identifiziert, mit welcher Wahrscheinlichkeit sich das mobile Gerät 120 in einer bestimmten Silhouette befindet, unter der Voraussetzung, dass es sich in einer speziellen Silhouette unmittelbar vorher befand. Dies bedeutet, das wenn vorhergesagt wird, das sich ein Gerät in der Silhouette A befindet, und unmittelbar danach vorhergesagt wird, dass es sich mit gleicher Wahrscheinlichkeit in B oder C befindet, und B „benachbart" zu A ist, in diesem Fall B ausgewählt wird. Als Ergebnis werden die Silhouetten typischerweise eine annehmbar hohe „Eigen-Nachbarschaft" haben, im Hinblick darauf, dass es unmittelbar vor der Vorhersage wahrscheinlich die beste a-priori-Schätzung des Ortes des Gerätes ist. Nach dieser vorübergehenden Nachbarschafts-Einstellung wird die den höchsten Wert aufweisende Silhouette ausgewählt und auf eine Lokalität abgebildet. Ein oder mehrere Silhouetten können der gleiche Lokalität entsprechen.
• Gemäß 6 kann eine Kombination von Lösungen implementiert werden, um ein mobiles Gerät, das sich durch den definierten Raum und von einer Lokalität zur anderen bewegt, zu orten und zu verfolgen. Beispielsweise kann unter Verwendung einer Cluster-Eildungs-Statistik der empfangenen Signalstärke-Anzeige-(RSSI-) Daten von einem oder mehreren Zugangspunkten eine Feststellung des Ortes des mobilen Gerätes mit relativ hoher Genauigkeit erreicht werden, wie dies in der Technik bekannt ist. Beispielsweise existieren Cluster 610, 620 und 630 von drei unterschiedlichen Zugangspunkten. Zusätzlich kann eine Triangulations-Analyse der von drei unterschiedlichen Zugangspunkten empfangenen RSSI-Daten durchgeführt werden, wobei die Position des mobilen Gerätes als eine Funktion der Länge der Seiten eines Dreieckes 640 bestimmt werden kann, das durch die von den drei Zugangspunkten empfangenen Daten gebildet ist. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen können die Ergebnisse der Cluster-Bildungs-Statistiken und der Triangulation kombiniert werden, um die Genauigkeit der Gesamt-Bestimmung des Ortes des mobilen Gerätes 120 zu vergrößern. Diese Lösung kann außerdem über die Zeit für eine verbesserte Verfolgung ausgeführt werden.
• Bei Vorhandensein von Hindernissen würde eine strikte Triangulation fehleranfällig oder stark ungenau sein, wenn eine Ortung und Verfolgung auf der Grundlage der Signalstärke durchgeführt würde. In einem derartigen Fall könnte das mathematische Modell, das die Signalstärke auf die Entfernung bezieht, möglicherweise die gleichen resultierenden Werte für unterschiedliche Lokalitäten ergeben, was zu einer fehlerhaften Lokalitäts- oder Positions-Identifikation führt. Durch die Verwendung von Signalstärken von mehrfachen Zugangspunkten über ein statistisches Modell können diese mehrfachen möglicherweise unterschiedlichen Abbildungs-Funktionen in einer derartigen Weise kombiniert werden, dass Positions-Ungenauigkeiten aufgrund der Meßwerte von einem einzigen Zugangspunkt kompensiert werden. Im Wesentlichen werden anstelle der Verwendung einer konventionellen Triangulation auf der Grundlage der Signalstärke die Signalstärken (als ein Aggregat) effektiv in einer statistischen Triangulations-Abbildungs-Funktion kombiniert, die als Ergebnis des Sammelns von aktiven Trainingsdaten an jeder interessierenden Lokalität ausgeführt wird, und die aus einem Simulationsmodell der Hochfrequenz-Effekte im Raum erzeugt oder durch eine Überprüfung eindeutiger und zuverlässig identifizierbarer Lokalitäten aus Daten abgeleitet wird, die während einer Hochfrequenz-Erkundung über den gesamten Raum gesammelt wurden, wie dies weiter oben erläutert wurde.
• Verschiedene Beispiele können ein Rückführungs-Teilsystem oder eine Überwachungseinrichtung 180 einschließen, die den Status der Zugangspunkte 120 überwacht und weiterhin eine Schnittstellenverbindung mit der Zugangspunkt-Verwaltung 190 hat. Beispielsweise kann ein derartiges Teilsystem so konfiguriert sein, dass es feststellt, ob ein Zugangspunkt eine Fehlfunktion hat, abgeschaltet ist, oder außer Betrieb ist, oder ein neuer Detektor hinzugefügt wurde, oder irgendeine Kombination des Vorstehenden. Bei einer derartigen Ausführungsform wird ein Rückführungspfad zwischen den Zugangspunkten 110 und der Überwachungseinrichtung 180 geschaffen. Die Überwachungseinrichtung 180 gewinnt Daten, die von jedem Zugangspunkt geliefert werden, der für die vorstehenden Feststellungen verwendet wird, und erzeugt Status-Mitteilungen, Fehler-Mitteilungen oder beides. Die Mitteilungen können beispielsweise in Form einer E-Mail oder einer Telefon-Alamierung eines Netzwerk-Verwalters, eines Technikers, einer Verwaltung, Sicherheitspersonal oder irgendeiner Kombination hiervon geliefert werden. Bei manchen Ausführungsformen kann das System und Verfahren zusätzlich das statistische Signalstärke-Modell in Abhängigkeit von dem Verlust oder der Fehlfunktion von einem oder mehreren Zugangspunkten abgleichen. Bei anderen Ausführungsformen können in Übereinstimmung mit der Ortungs- und Verfolgungs-Verwaltung Daten von bestimmten Zugangspunkten 110 selektiv unterdrückt werden, um eine Zweideutigkeit der Signalstärke-Daten zu verringern. Unter Verwendung des Rückführungs-Mechanismus kann der Netzwerkbeispielsweise drahtloses LAN-) Status und die Zugangspunkt-Auslegung überwacht werden. Die Rückführung kann weiterhin dazu dienen, die Simulations-Modellierung zu verbessern und Fehlerkorrektur-Schätzwerte dadurch zu liefern, dass beispielsweise aktuelle Daten mit simulierten Daten verglichen werden. Eine Rückführung kann auch zur Verbesserung und Feststellung von Änderungen verwendet werden, die bei dem Trainings-Modell nützlich sind, indem eine größere Genauigkeit durch eine Analyse und der Signalstärke und Zugangspunkt-Information während des Trainings verwendet wird.
• Der Fachmann wird erkennen, dass die vorliegende Erfindung einen breiten Bereich von Anwendungen hat, und dass die Beispiele einen großen Bereich von Modifikationen zulassen, ohne von den Konzepten der Erfindung abzuweichen. Ein System gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Grundlage eines Systems und eines Verfahrens zur Schaffung einer Orts- und Kontext-bewussten Kommunikation und von Datendiensten an den Inhaber des Kommunikations-Gerätes bilden. Beispielsweise kann die dargestellte Ausführungsform dazu verwendet werden, den Ort und die Bewegung von Verbrauchern, die mobile Kommunikations-Geräte in einer kommerziellen Handelsumgebung tragen, Angestellte in einem Bürogebäude, Ausrüstungen und Pakete in einer Herstellungs- und Versand-Einrichtung, oder Teilnehmer an einer Konferenz in einem Konferenz-Zentrum zu verfolgen. In anderen Beispielen kann bei der Wanderung durch eine Ausstellung oder ein Museum ein Inhalt oder Daten, die einen Gegenstand beschreiben, der in der Nähe ausgestellt ist, oder sich auf diesen beziehen, geliefert werden, jedoch mit Änderungen, während der Benutzer seinen Ort ändert. In einer akademischen Umgebung können Information (wie zum Beispiel Bemerkungen, Prüfungen und dynamische audiovisuelle Inhalte) einen Studenten und/oder einem Professor als eine Funktion des Klassenraumes geliefert werden, den er benutzt (beispielsweise als eine Lokalität) und der Tageszeit. In einer medizinischen Umgebung kann Patienten-Information einen Arzt oder eine Krankenpflegerin als eine Funktion des Patienten geliefert werden, der sich in einem Raum oder einem Bett befindet, die der Arzt oder die Krankenschwester besucht.
• In irgendeiner einer Vielzahl von Beispielen kann zusätzlich zu dem Inhalt, der Funktionalität oder Daten, die zumindest teilweise als eine Funktion des Ortes geliefert oder zugänglich gemacht werden, der Benutzer des mobilen Gerätes 120 Ort-Verfolgungs-Lokalitäts-Information oder Information über Interessengebiete oder irgendeine Kombination hiervon über die GUI-Verwaltung 140 empfangen. In derartigen Fällen kann dem Benutzer Audio-, grafische-, Text- oder Druck- Information oder irgendeine Kombination hiervon geliefert werden. Die vorstehende Information kann statisch oder dynamisch sein, und sie kann über die GUI oder eine andere Ausgangseinrichtung geliefert werden. In derartigen Fällen kann die GUI einen Teil oder den gesamten digitalen Gebäudeplan sowie die derzeitige Position des mobilen Gerätes 120 anzeigen. Sie kann weiterhin historische Information anzeigen, wie zum Beispiel den Pfad, der durch den definierten Raum verfolgt wurde.
• 7 zeigt eine Bildschirmdarstellung 700 eines Beispiels einer GUI, deren Inhalt von dem Ortungs- und Verfolgungs-System 100 für mobile Geräte geliefert wird, und die auf einem mobilen Kommunikations-Gerät 120 bereitgestellt werden kann. Es ist zu erkennen, dass die GUI 700 einen Teil einer digitalen Gebäudekarte 710 zeigt. Dem digitalen Gebäudeplan ist ein Piktogram 720 überlagert, das die Position des Benutzers des mobilen Gerätes 120 in dem definierten Raum anzeigt.
• Das System 100 kann eine Routenführungs-Funktion einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie eine Route oder einen Pfad zwischen zwei Orten innerhalb einer Lokalität oder eines definierten Raumes in digitaler Form aufzeichnet. Die GUI-Verwaltung 140 könnte ebenfalls den Fortschritt des mobilen Gerätes 120 auf einer aufgezeichneten Route verfolgen. Bei anderen Ausführungsformen kann eine Funktionalität enthalten sein, die über das mobile Gerät 120 Anzeigen über Funktionalitäten, Rechte, Privilegien, Daten und Zugänge liefert, die für den Benutzer des mobilen Gerätes an unterschiedlichen Lokalitäten innerhalb des definierten Raumes zur Verfügung stehen, beispielsweise durch Anbringen einer Aufklapp-Textmitteilungs-Umrandung oder eines Piktogramms als Antwort darauf, dass der Benutzer Angaben einer Lokalität auswählt oder eingibt. Das heißt, dass wenn gemäß 2, der Benutzer die Lokalität C1 eingibt, er in die Lage versetzt wird, E-Mail zu empfangen.
• Zusätzlich zu der Kontext-bewussten Funktionalität, die dem mobilen Benutzer in dem definierten Raum zur Verfügung gestellt wird, kann Information gesammelt und dazu verwendet werden, zu analysieren, an welcher Stelle verschiedene Arbeitsablauf-Engpässe vorhanden sein können, oder andere räumlich bezogenen Herausforderungen bestehen. Beispielsweise kann die Kenntnis der Bewegung des mobilen Gerätes 120 dazu verwendet werden, es dem Kommunikations-Netzwerk 115 zu ermöglichen, eine Übergabe an einen Satz von Kommunikations-Zugangspunkten 110 vorauszusehen und präventiv sich auf eine mögliche Netzwerk-Übergabe der Kommunikation des mobilen Gerätes 120 vorzubereiten. Ein weiteres Beispiel einer makroskopischen oder Verhaltens-Analyse der mobilen Kommunikations-Endgeräte oder Geräte 120 würde eine Verkehrsüberwachung in einem Supermarkt, einem Einkaufszentrum oder einem Konferenz-Zentrum sein, um Produkte und Dienste in der Zukunft besser zu Vermarkten, zu Positionieren oder Anzuordnen.
• Obwohl im vorstehenden das beschrieben wurde, was als die beste Ausführungsform und/oder andere bevorzugte Ausführungsformen betrachtet wird, ist es verständlich, dass verschiedene Modifikationen hieran gemacht werden können, und dass die Erfindung oder die Erfindungen in verschiedenen anderen Formen und Ausführungsformen implementiert werden können, und dass sie auf vielfältige Anwendungen anwendbar sind, von denen lediglich einige hier beschrieben wurden. Als Beispiel könnte eine gleitende Datensammlung verwendet werden. Das heißt, dass derzeit jede Abtastprobe auf der Grundlage eines eine feste Breite aufweisenden Fensters erzeugt wird, was in manchen Fällen zu fehlenden Vektor-Komponenten führt, für die in annehmbarer Weise kurzfristig vergangene Messungen vorgelegen haben. Ein Fenster mit veränderbarer Breite, das neuere Daten stärker bewertet, könnte anstelle der Verwendung derartiger Daten verwendet werden. Ein verdecktes Markov-Model-(HMM-) basiertes Training und eine Vorhersage könnte verwendet werden, wobei anstelle der Silhouetten-Lösung eine Signatur-Übereinstimmung als ein Symbol behandelt werden könnte, das in einer HMM verwendet wird, wobei die internen Zustände den Orten entsprechen würden. Dies würde weiterhin ein Training ohne Etiketten ermöglichen, wobei Etiketten zu irgendeinem späteren Zeitpunkt angewandt würden. Bei einer kontinuierlichen HMM-Vorhersage könnten die Rohsignal-Messungen möglicherweise an eine kontinuierliche HMM für eine Vorhersage geliefert werden. Bei anderen Formen könnten heuristische Daten oder andere Sensoren (beispielsweise Gabeln, IR, usw.) ohne Weiteres als Hochqualitäts-Signatur-Übereinstimmungen eingeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen könnten adaptive Trainingsdaten verwendet werden, bei denen verschiedene Cluster-Algorithmen oder andere Lösungen verwendet werden können, um es Trainingsdaten zu ermöglichen, sich graduell an Umgebungsänderungen anzupassen. Bei weiteren Ausführungsformen könnten zeitlich eingebettete Vektoren verwendet werden, wobei anstelle einer ausschließlichen Bezugnahme auf die vorhandenen Nachbarschafts-Nummern die Merkmals-Vektoren in zeitlich eingebettete Vektoren umgewandelt werden könnten. Weiterhin könnten Parameter, wie zum Beispiel eine gemessene RSSI-Varianz, in die Trainings-/Vorhersage-Vektoren eingefügt werden. Bei anderen Formen kann die Anwendung von SVM oder anderen Kern-Maschinen-Algorithmen implementiert werden.
• Wie sie hier verwendet werden, haben die Ausdrücke „einschließt" und „einschließend" eine Bedeutung ohne Beschränkung. Es ist vorgesehen, dass die Folgenden Ansprüche sämtliche und alle Modifikationen und Abänderungen beanspruchen, die in den wahren Schutzumfang der Konzepte der vorliegenden Erfindung fallen.

Claims (10)

1. Ortungssystem für drahtlose Geräte, mit einem Netzwerk, das eine Vielzahl von eindeutig identifizierten Zugangspunkten (110; 310) einschließt, die mit einem oder mehreren Computer-Geräten verbunden sind, die mit einem Satz von Speichergeräten gekoppelt sind, wobei die Zugangspunkte (110; 310) so konfiguriert sind, dass sie die Signalstärke eines drahtlosen Gerätes (120) erfassen; mit Einrichtungen zur Feststellung und zur Speicherung der Signalstärke von Signalen, die von dem drahtlosen Gerät (120) an jedem Zugangspunkt (110; 310) erzeugt werden, wenn sich das drahtlose Gerät (120) an verschiedenen Punkten in einem Gebiet befindet; und mit einem Lokalisierungs-Modul (170), das Signalstärke-Daten von den Zugangspunkten (110; 310) über das Netzwerk empfängt und den Ort des drahtlosen Gerätes (120) feststellt; gekennzeichnet durch: Einrichtungen (150) zur Erzeugung einer digitalen Karte (200) des Gebietes, unter Einschluss von Hindernissen (O1, O2), die an den Zugangspunkten (110; 310) empfangene Signale verzerren, und von Orten, an denen sich das drahtlose Gerät (120) bewegen und nicht bewegen kann; Einrichtungen (160) zur Verwendung der digitalen Karte zur Erzeugung eines Signalstärke-Modells für jedem Zugangspunkt (110; 310) unter Einschluss von Einrichtungen zur Feststellung einer Signalstärke von Signalen, die von dem drahtlosen Gerät (120) an jeden Zugangspunkt (110; 310) erzeugt werden, wenn sich das drahtlose Gerät an verschiedenen Punkten in dem Gebiet befindet, und Einrichtungen zur Korrelation der festgestellten Signalstärke mit der digitalen Karte zur Erzeugung eines statistischen Signalstärke-Modells; und Einrichtungen in dem Lokalisierungsmodul zum Empfang der Signalstärke-Daten von den Zugangspunkten (110; 310) über das Netzwerk und, für jeden Zugangspunkt, an dem eine Signalstärke festgestellt wird, Vergleichen der empfangenen Signalstärke-Daten mit dem statistischen Signalstärke-Modell für diesen Zugangspunkt (110; 310), und Bestimmen des Ortes auf der Grundlage der Vergleiche.
2. Ortungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einrichtungen zum Erzeugen der digitalen Karte des Gebietes aus Architektur-Zeichnungen.
3. Ortungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Korrelieren der festgestellten Signalstärken mit der digitalen Karte so ausgebildet sind, dass sie ein Markov-Modell zur Erzeugung des statistischen Signalstärke-Modells verwenden.
4. Ortungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Erzeugung des Signalstärke-Modells Einrichtungen zur Erzeugung simulierter Signalstärke-Daten umfassen.
5. Ortungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zur Erzeugung der digitalen Karte (200) des Gebietes Einrichtungen zur Erzeugung eines Satzes von Lokalitäten (A, B1, B2, C1, C2, D1, D2, E, F), die für das drahtlose Gerät (120) zugänglich sind, und Einrichtungen zur Verwendung der digitalen Karte des Gebietes zur Bestimmung der Anordnung jedes Zugangspunktes (110; 310) innerhalb des Gebietes umfassen.
6. Verfahren zur Feststellung eines Ortes eines drahtlosen Gerätes (120) innerhalb eines vorgegebenen Gebietes, das eine Vielzahl von Zugangspunkten (110; 310) aufweist, die sich innerhalb des Gebietes befinden, die jeweils mit einem Netzwerk (115) verbunden sind, und die mit einer oder mehreren Computer-Einrichtungen verbunden sind, die mit einem Satz von Speichergeräten verbunden sind, mit den folgenden Schritten: Feststellen der Signalstärke des drahtlosen Gerätes an den Zugangspunkten (110; 310); Feststellen und Speichern der Signalstärke von Signalen, die von dem drahtlosen Geräte an jedem Zugangspunkt erzeugt werden, wenn sich das drahtlose Gerät an verschiedenen Punkten in dem Gebiet befindet; und Empfangen der Signalstärke-Daten von den Zugangspunkten (110; 310) über das Netzwerk an einem Lokalisierungsmodul (170) und Feststellen des Ortes des drahtlosen Gerätes (120), wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es weiterhin Folgendes umfasst: Erzeugen einer digitalen Karte (200) des Gebietes unter Einschluss von Hindernissen (O1, O2), die von dem drahtlosen Gerät (120) empfangene Signale verzerren, und von Orten, an denen sich das drahtlose Gerät (120) bewegen kann und nicht bewegen kann; Verwenden der digitalen Karte (200) zur Erzeugung eines Signalstärke-Modells für jeden Zugangspunkt, unter Einschluss der Feststellung einer Signalstärke von Signalen, die von dem drahtlosen Gerät (120) an jedem Zugangspunkt erzeugt werden, wenn sich das drahtlose Gerät an verschiedenen Punkten in dem Gebiet befindet, und Korrelieren der festgestellten Signalstärken mit der digitalen Karte zur Erzeugung eines statistischen Signalstärke-Modells; und Empfangen von Signalstärke-Daten von den Zugangspunkten (110; 3109 über das Netzwerk, und, für jeden Zugangspunkt, an dem eine Signalstärke festgestellt wird, Vergleichen der empfangenen Signalstärke-Daten mit dem statistischen Signalstärke-Modells für diesen Zugangspunkt (110; 310), und Feststellen des Ortes auf der Grundlage der Vergleiche.
7. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Erzeugung der digitalen Karte (200) des Gebietes aus Architektur-Zeichnungen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, dass der Schritt der Korrelation der festgestellten Signalstärken mit der digitalen Karte (200) die Verwendung eines Markov-Modells zur Erzeugung des statistischen Signalstärke-Modells umfasst.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erzeugung eines Signalstärke-Modells für jeden Zugangspunkt (110; 310) die Erzeugung simulierter Signalstärke-Daten umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 9, weiterhin gekennzeichnet durch die Verwendung einer digitalen Karte (200) des Gebietes zur Festlegung einer Anordnung jedes Zugangspunktes (110; 310) in dem Gebiet.