專(zhuān)利名稱(chēng)：利用無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度的設(shè)備位置測(cè)量系統(tǒng)的定標(biāo)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及IEEE802.11設(shè)備，更特別地，涉及使用無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度定位無(wú)線設(shè)備。
背景技術(shù)：
了解大樓中用戶(hù)和設(shè)備的位置，對(duì)于基于位置的服務(wù)和無(wú)所不在的計(jì)算的各方面是重要的先決條件。一種有前途的確定位置的方法是通過(guò)三角測(cè)量法，通過(guò)測(cè)量IEEE802.11無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度?；贗EEE802.11定位的系統(tǒng)的最有吸引力的特征之一是除了許多大樓中已有的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)之外它不需要任何額外的基礎(chǔ)設(shè)施。這與其它使用主動(dòng)/被動(dòng)的證件和攝像機(jī)的個(gè)人跟蹤系統(tǒng)大不相同，該系統(tǒng)反過(guò)來(lái)需要安裝和維護(hù)額外的設(shè)備。
使用802.11無(wú)線客戶(hù)作為位置傳感器(例如，便攜計(jì)算機(jī)作為接收器)，正在成為支持基于位置服務(wù)的日益流行的方法。來(lái)自多個(gè)接入點(diǎn)(AP)的信號(hào)強(qiáng)度的三角測(cè)量法可用來(lái)精確地確定接收設(shè)備的位置直至幾米。但是，這種準(zhǔn)確等級(jí)的獲得，其代價(jià)是需要繁重而耗時(shí)的體力勞動(dòng)，以便獲得信號(hào)強(qiáng)度的空間高密度定標(biāo)數(shù)據(jù)作為位置函數(shù)。
在一網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)上從幾個(gè)不同AP知道了無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量值之后，研究者們已示出了如何計(jì)算位置直到幾米。這種類(lèi)型的位置測(cè)量特別有吸引力，因?yàn)樗褂么髽羌捌溆脩?hù)的現(xiàn)有設(shè)備，而且因?yàn)樗谑覂?nèi)起作用，而室內(nèi)全球定位系統(tǒng)(GPS)和蜂窩電話位置信號(hào)常常中斷。然而，這類(lèi)系統(tǒng)的精度通常依賴(lài)于極度細(xì)致的定標(biāo)過(guò)程，包括物理移動(dòng)無(wú)線客戶(hù)接收器至大樓內(nèi)部許多各不相同的已知位置和不同的方向。期望任何人都花費(fèi)財(cái)力在這種工作上常常是不切實(shí)際的——當(dāng)將這種期望作為新產(chǎn)品一部分提出時(shí)，軟件產(chǎn)品規(guī)劃者常常拒絕，抱怨系統(tǒng)管理員甚至不愿意保持更新打印機(jī)的位置，更不用說(shuō)創(chuàng)建和維護(hù)高分辨率的IEEE802.11信號(hào)強(qiáng)度表。
對(duì)于手工定標(biāo)的一種替換方案是基于大樓的大樓平面圖、射頻(RF)傳播的物理仿真以及無(wú)線接入點(diǎn)的位置的資料，通過(guò)分析來(lái)預(yù)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度。對(duì)于所選仿真方法，已發(fā)現(xiàn)物理仿真信號(hào)強(qiáng)度比由手工定標(biāo)獲得的值增加將近46％(從2.94米到4.3米)的中值位置誤差。此外，好的物理仿真通常需要大樓更詳細(xì)的模型而不是一般可用的那種。
在IEEE802.11定位領(lǐng)域中，一種出版著作是基于RADAR系統(tǒng)，一種大樓內(nèi)基于RF定位和跟蹤系統(tǒng)。RADAR根據(jù)室內(nèi)位置和相應(yīng)信號(hào)強(qiáng)度的表工作。使用手工定標(biāo)的表，最近鄰近值算法給出大約2.94米的中值空間誤差。另一基于仿真無(wú)線電波傳播的表以增加中值誤差到4.3米的代價(jià)來(lái)允許避免大多數(shù)定標(biāo)工作。RADAR工作還考慮了減少定標(biāo)工作量的問(wèn)題。發(fā)現(xiàn)定標(biāo)點(diǎn)數(shù)量從七十減少到四十在準(zhǔn)確性上只有很小的負(fù)面影響。在后繼的工作中，在通過(guò)大樓的短路徑上使用類(lèi)似維特比(Viterbi)算法增強(qiáng)了RADAR。這進(jìn)一步減少中值誤差至大約2.37米。
作為Carnegie Mello的Andrew系統(tǒng)的部分，使用走廊中八個(gè)離散位置進(jìn)行了IEEE802.11定位系統(tǒng)的有限研究。建立了信號(hào)強(qiáng)度相對(duì)于位置的表。確定了在返回到八個(gè)位置時(shí)，系統(tǒng)87.5％的時(shí)間推斷出正確位置。
另一位置服務(wù)使用信噪比，取代了較常用的原始信號(hào)強(qiáng)度。位置算法是在兩座大樓中的離散位置手工地訓(xùn)練的貝葉斯定理(Bayesian)網(wǎng)絡(luò)。貝葉斯公式允許包括個(gè)人位置的先驗(yàn)概率(a priori probability)，以及位置之間的轉(zhuǎn)移概率(transition probability)。關(guān)于走廊中十二個(gè)位置的一次測(cè)試中，服務(wù)能夠識(shí)別最高概率達(dá)到97％時(shí)間的正確位置，不計(jì)算它是不確定的15％的時(shí)間。
在另一個(gè)研究中，IEEE802.11用于計(jì)算無(wú)線PocketPC的位置，既在室內(nèi)又在室外。取代手工定標(biāo)，使用了近似到無(wú)線接入點(diǎn)的距離作為信號(hào)強(qiáng)度的函數(shù)的公式。使用爬山(hill-climbing)算法，系統(tǒng)使用來(lái)自多個(gè)接入點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算位置直至大約十米(近似三十五英尺)。
還有IEEE802.11定位系統(tǒng)的另一個(gè)研究中，使用了貝葉斯定理推理和隱藏的馬爾可夫(Markov)模型。不僅考慮了信號(hào)強(qiáng)度，而且考慮了從給定位置看到接入點(diǎn)的概率。象其它操作一樣，它基于手工定標(biāo)。系統(tǒng)明確地模仿方向，并達(dá)到近似一米的中值空間誤差，使用走廊中每大約1.5米取得的定標(biāo)樣本。盡管按照準(zhǔn)確性，這可能是最好的結(jié)果，但研究也承認(rèn)定標(biāo)工作量的問(wèn)題，并建議定標(biāo)的位置能通過(guò)為定標(biāo)器配備加速計(jì)表和磁羅盤(pán)來(lái)自動(dòng)推斷。
在上文所述的一些傳統(tǒng)系統(tǒng)明確地朝著更準(zhǔn)確努力，但以增加定標(biāo)工作量為代價(jià)。
概述為了提供本發(fā)明一些方面的基本理解，以下給出本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述。本概述不是本發(fā)明大范圍的綜述。它不打算確定本發(fā)明的關(guān)鍵/重要的元素或者描繪本發(fā)明的范圍。它唯一的目的是以簡(jiǎn)化的方式提出本發(fā)明的一些概念，作為稍后提出的更詳細(xì)描述的前序。
在此所揭示和聲明的本發(fā)明，在其一個(gè)方面，包括一種IEEE802.11基于位置的技術(shù)，用于粗略地定標(biāo)一個(gè)系統(tǒng)，使用該技術(shù)考慮給定位置的無(wú)線信號(hào)強(qiáng)度來(lái)確定精確三角測(cè)量的位置。定標(biāo)技術(shù)基于一個(gè)回歸函數(shù)，它產(chǎn)生足夠準(zhǔn)確的位置信息作為信號(hào)強(qiáng)度的函數(shù)，不管定標(biāo)數(shù)據(jù)或最小可用數(shù)據(jù)中的間隔。
由于房間是大樓中自然空間基準(zhǔn)(spatial fiducial)，并假設(shè)手工定標(biāo)在有些時(shí)候是主要方法，本發(fā)明的體系結(jié)構(gòu)揭示了一種新的IEEE802.11定位系統(tǒng)，它基于相對(duì)容易的記錄信號(hào)強(qiáng)度直到房間分辨率的定標(biāo)過(guò)程(例如，從大樓的每個(gè)房間中的任一點(diǎn)或一組點(diǎn)或者每個(gè)房間內(nèi)更精確的位置)。所揭示的定位算法設(shè)計(jì)為盡管未得到數(shù)據(jù)仍工作，即，由于一個(gè)房間、一組房間或者甚至大樓側(cè)樓不可到達(dá)，所以數(shù)據(jù)是難以獲得的?；貧w算法從大樓中已知位置處取得一組信號(hào)強(qiáng)度，并生成將信號(hào)強(qiáng)度映射到(x，y)位置的函數(shù)。然后可使用這個(gè)函數(shù)估計(jì)新位置。易于表示和計(jì)算的基于徑向的函數(shù)用于回歸。
算法在信號(hào)強(qiáng)度上回歸以提供定位的事實(shí)使有可能在定標(biāo)期間跳過(guò)房間，但仍估算那些房間中的位置。這對(duì)于最常規(guī)的IEEE802.11定位算法更為困難，這種替代必須將信號(hào)強(qiáng)度分類(lèi)至只有先前看到過(guò)的位置。盡管準(zhǔn)確性隨著減少的定標(biāo)數(shù)據(jù)而降低，但它降得出乎意料得少。這個(gè)結(jié)果量化了精度和工作量之間的權(quán)衡，并建議了一種用于手工定標(biāo)這類(lèi)系統(tǒng)的規(guī)定。
一個(gè)實(shí)施例提供了更精確的位置測(cè)量方法，其中通過(guò)將接收器放在要測(cè)量的位置的一個(gè)點(diǎn)上并且根據(jù)單一接收器位置測(cè)量信號(hào)特性來(lái)完成定標(biāo)。用戶(hù)在示出相對(duì)于要測(cè)量位置的接收器位置的地圖上選擇接收器的近似位置。此外，提供平均最后十個(gè)計(jì)算出的(x，y)位置的平均函數(shù)來(lái)進(jìn)一步減少噪聲。
在精確性較差的第二實(shí)施例中，用戶(hù)將接收器繞著位置移動(dòng)，例如在房間中，同時(shí)在幾個(gè)定標(biāo)點(diǎn)上進(jìn)行測(cè)量。這樣接收器的準(zhǔn)確位置是不知道的。為了定標(biāo)，取接收器的位置為房間的(x，y)矩心，當(dāng)進(jìn)行測(cè)量時(shí)不管接收器位于房間中的什么地方。
為了前述和相關(guān)目標(biāo)的完成，在此將結(jié)合下列描述和附圖描述本發(fā)明某些例示性方面。然而，這些方面是表似性的，但具有使用本發(fā)明原理的一些不同的方法，但本發(fā)明旨在包括全部這些方面及其等價(jià)物。本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和新穎性當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，從以下詳細(xì)的描述中可變得顯而易見(jiàn)。


圖1示出用于根據(jù)信號(hào)特性確定新位置的一個(gè)系統(tǒng)的定標(biāo)過(guò)程的幾何結(jié)構(gòu)。
圖2示出本發(fā)明的通用定標(biāo)過(guò)程的流程圖。
圖3示出一個(gè)過(guò)程的流程圖，用于確定新位置信息。
圖4示出用于按照本發(fā)明確定從信號(hào)強(qiáng)度到(x，y)位置的映射的過(guò)程的更詳細(xì)的流程圖。
圖5示出典型的辦公樓層房間平面圖，用于本發(fā)明定標(biāo)過(guò)程的實(shí)例應(yīng)用。
圖6示出示例性圖形用戶(hù)界面的屏幕快照，用于方便定標(biāo)數(shù)據(jù)的信號(hào)強(qiáng)度登錄。
圖7示出可用于執(zhí)行所揭示的體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的方框圖。
圖8示出按照本發(fā)明的示例性計(jì)算環(huán)境的示意性方框圖。
詳細(xì)說(shuō)明現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明，其中相同的參考數(shù)字用于表示通篇的相同部件。在以下描述中，為說(shuō)明起見(jiàn)，提供了大量特定的細(xì)節(jié)以便提供本發(fā)明的完整理解。然而，很顯然，本發(fā)明沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)也可實(shí)施。在其它的實(shí)例中，眾所周知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以方框圖形式示出，以便于描述本發(fā)明。
如本應(yīng)用中所使用的，術(shù)語(yǔ)“組件”和“系統(tǒng)”是要指計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，或者硬件、硬件和軟件的結(jié)合、軟件，或者執(zhí)行中的軟件。例如，組件可以是，但不限于，運(yùn)行在處理器上的進(jìn)程、處理器、對(duì)象、可執(zhí)行碼、執(zhí)行的線程、程序和/或計(jì)算機(jī)。作為例示，運(yùn)行在服務(wù)器上的應(yīng)用和該服務(wù)器都可以是一個(gè)組件。一個(gè)或多個(gè)組件可駐留在進(jìn)程和/或執(zhí)行的線程內(nèi)，且組件可本地化在一個(gè)計(jì)算機(jī)上和/或分布在兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)之間。
如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“推斷(inference)”通常指從通過(guò)事件和/或數(shù)據(jù)捕捉的一組觀測(cè)中推理或推斷系統(tǒng)、環(huán)境和/或用戶(hù)的狀態(tài)。推斷能用于識(shí)別特定的環(huán)境或動(dòng)作，或者能生成狀態(tài)的概率分布，例如。推斷可以是概率-即基于考慮數(shù)據(jù)和事件計(jì)算在感興趣的狀態(tài)上概率分布。推斷也能指從一組事件和/或數(shù)據(jù)中組成更高級(jí)事件所使用的技術(shù)。這個(gè)的推斷導(dǎo)致從一組觀測(cè)到的事件和/或存儲(chǔ)的事件數(shù)據(jù)建立新的事件或動(dòng)作，無(wú)論這些事件是否與緊密的時(shí)間接近(close temporal proximity)相關(guān)，以及無(wú)論這些事件和數(shù)據(jù)是來(lái)自一個(gè)或幾個(gè)事件和數(shù)據(jù)源。
所揭示的定標(biāo)體系結(jié)構(gòu)支持這個(gè)前提，即只在空間準(zhǔn)確性中少量減少的情況下能顯著減少定標(biāo)工作量。這有效地減少更廣泛采用IEEE802.11基于位置測(cè)量技術(shù)所最恨的實(shí)施障礙之一。
現(xiàn)在參考圖1，示出了用于本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)的定標(biāo)過(guò)程的幾何結(jié)構(gòu)，所述系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)特性確定新位置。期望這些新位置在區(qū)域100內(nèi)。區(qū)域100可以是由一個(gè)或多個(gè)發(fā)送器110覆蓋的一大樓、一個(gè)樓層或任何其它區(qū)域。發(fā)送器110可以位于區(qū)域100的內(nèi)部或外部。為了定位系統(tǒng)能夠確定至少一個(gè)(x，y)位置，至少必須有三個(gè)發(fā)送器110，其信號(hào)特性能在區(qū)域100中測(cè)量。這些發(fā)送器110可以是，但不要求是，例如，部署在網(wǎng)絡(luò)上的接入點(diǎn)(AP)收發(fā)器。但是，為了本說(shuō)明，短語(yǔ)“發(fā)送設(shè)備(transmitting device)”和術(shù)語(yǔ)“發(fā)送器(transmitter)”應(yīng)該理解為包括任何可部署在或者可不部署在網(wǎng)絡(luò)上的并且發(fā)送信號(hào)的設(shè)備。
區(qū)域100劃分為部分120，部分120可包括，例如，大樓中的房間、走廊或休息室，且因此可以是不同大小的。可供選擇地，部分120可以是房間內(nèi)特定的位置。發(fā)送器110不必位于部分120中。而且，可以有不劃入部分120的附加區(qū)100。
部分120可包含一或多個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130。在定標(biāo)期間，將接收器140順序地放在每個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130。對(duì)于每個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130，記錄每個(gè)可接收的發(fā)送器110的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)特性。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)送器110是服從IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)的收發(fā)器，且信號(hào)特性是在定標(biāo)點(diǎn)130測(cè)量的發(fā)送器110的信號(hào)強(qiáng)度。而且，對(duì)于每個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130，記錄相應(yīng)部分120的身份。相應(yīng)部分120的身份能通過(guò)例如用戶(hù)從地圖上選擇一個(gè)部分來(lái)指出。所有部分120的空間位置都需要定標(biāo)。這些空間位置可以是每個(gè)部分120空間范圍的矩心。
在另一實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)部分只有一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130。定標(biāo)點(diǎn)130位于每個(gè)部分120內(nèi)的已知位置。然后在單個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130處原地旋轉(zhuǎn)接收器140的同時(shí)，多次測(cè)量信號(hào)特性。取部分120的空間位置為定標(biāo)點(diǎn)130的空間位置。
在另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于每個(gè)部分有多個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130。選擇的這些定標(biāo)點(diǎn)130散布在部分120各處。對(duì)于每個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130，可測(cè)量一次或多次信號(hào)特性。取部分120的空間位置為部分120的矩心。
在任何實(shí)施例中，在行動(dòng)作150，由接收器140在所有定標(biāo)點(diǎn)130測(cè)量信號(hào)特性，并收集所有部分120的空間位置。在行動(dòng)160，然后在這個(gè)數(shù)據(jù)上執(zhí)行回歸。對(duì)所收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸操作以產(chǎn)生回歸函數(shù)，如在行動(dòng)作170所指出的，隨后可用回歸函數(shù)來(lái)根據(jù)新測(cè)量的信號(hào)特性估算遍及區(qū)域100的新位置。這些新位置不約束于定標(biāo)點(diǎn)130上。事實(shí)上，甚至它們不約束于部分120內(nèi)；它們能出現(xiàn)在定標(biāo)時(shí)不可訪問(wèn)的位置上。
現(xiàn)在參考圖2，示出依照本發(fā)明的通用定標(biāo)過(guò)程的流程圖。為了簡(jiǎn)化說(shuō)明，以例如流程圖的形式的圖2的方法以及任何隨后的方法在此示出和描述為一系列行動(dòng)，要理解和意識(shí)到本發(fā)明不受到行動(dòng)順序的限制，如有些行動(dòng)可能依照本發(fā)明以不同的順序發(fā)生，和/或與來(lái)自在此所示和所述的其它行動(dòng)同時(shí)發(fā)生。例如，在本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員將理解和意識(shí)到，能可替換地將方法表示為一系列相互關(guān)連的狀態(tài)或事件，諸如在狀態(tài)圖中。而且，可能不要求所有示出的行動(dòng)以實(shí)現(xiàn)依照本發(fā)明的方法。
在200，將接收器帶到定標(biāo)點(diǎn)130。在202，隨后記錄接收器的空間位置。注意，空間位置信息的記錄不必在每個(gè)定標(biāo)點(diǎn)上執(zhí)行，但可在部分120的定標(biāo)期間只記錄一次。然后接收器測(cè)量并記錄位置的一個(gè)或多個(gè)發(fā)送器的信號(hào)強(qiáng)度，如在204所指出的。在206，如果必須在更多的定標(biāo)點(diǎn)130測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度，則流程回至200，將接收器帶到下一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130，并繼續(xù)對(duì)那個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130測(cè)量和記錄過(guò)程。如果沒(méi)有其它定標(biāo)點(diǎn)130必須測(cè)量，則流程從206前進(jìn)到208，以創(chuàng)建回歸函數(shù)。通過(guò)回歸訓(xùn)練這個(gè)回歸函數(shù)。訓(xùn)練組(training set)包括在定標(biāo)點(diǎn)130測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度和部分120的空間位置。然后確定回歸函數(shù)，它提供(x，y)坐標(biāo)位置作為整個(gè)區(qū)域100上信號(hào)強(qiáng)度的函數(shù)?？晒┻x擇地，回歸函數(shù)可提供(x，y，z)坐標(biāo)，如果區(qū)域100延伸到大樓的多個(gè)層。
現(xiàn)在參考圖3，示出了用于確定新位置的進(jìn)程的流程圖。在300，將接收器帶到新位置的一般區(qū)。這個(gè)位置可能是一個(gè)以前訪問(wèn)過(guò)的位置或者第一次訪問(wèn)的位置。然后測(cè)量和記錄信號(hào)強(qiáng)度，如在302指出的。可從任何關(guān)聯(lián)于區(qū)域100的發(fā)送器接收信號(hào)。在304，使用回歸函數(shù)，根據(jù)由接收器在302測(cè)得的信號(hào)強(qiáng)度估計(jì)區(qū)域100內(nèi)的新位置。進(jìn)程然后到達(dá)停止框。
算法現(xiàn)在參考圖4，示出了用于依照本發(fā)明確定從信號(hào)強(qiáng)度到(x，y)位置映射的進(jìn)程的更詳細(xì)的流程圖。在400，將來(lái)自每個(gè)部分120的信號(hào)強(qiáng)度向量群集成為K個(gè)簇(cluster)。在402，將所有信號(hào)強(qiáng)度向量分成向量的訓(xùn)練組和測(cè)試組(test set)。在404，選擇的未試驗(yàn)值西格馬(σ)。在406，從訓(xùn)練組創(chuàng)建核心矩陣。在408，求出線性系統(tǒng)的系數(shù)阿爾法(α)和貝塔(β)。在410，保存西格馬(σ)、阿爾法(α)和貝塔(β)的值。在412，利用公式(2)和(3)在測(cè)試組上估算西格馬(σ)、阿爾法(α)和貝塔(β)。在414，確定是否已經(jīng)達(dá)到最后的西格馬(σ)。如果否，則流程返回404的輸入以選擇另一個(gè)未試驗(yàn)過(guò)的西格馬(σ)。如果是，則流程到416，保存最佳的西格馬(σ)、阿爾法(α)和貝塔(β)。
以下是算法和相關(guān)公式的詳細(xì)描述。
為了便于理解在下文中所述的數(shù)學(xué)，infra，每組定標(biāo)信號(hào)強(qiáng)度讀數(shù)用向量si指示，其中i是在實(shí)質(zhì)上全部房間位置中實(shí)質(zhì)上全部定標(biāo)向量上的索引。每個(gè)定標(biāo)向量具有相應(yīng)的(xi，yi)給出取得它的位置。這可能是部分120的空間范圍的矩心或者放置接收器的任何地方。每個(gè)信號(hào)強(qiáng)度向量si具有多個(gè)元素，一個(gè)元素對(duì)應(yīng)每個(gè)在區(qū)域100中可接收的發(fā)送器。在si中相應(yīng)于在定標(biāo)點(diǎn)130未檢測(cè)到的發(fā)送器的元素，給它一個(gè)比整個(gè)試驗(yàn)中看到的最小信號(hào)強(qiáng)度更小的值。從WRAPI(無(wú)線研究應(yīng)用編程接口)庫(kù)返回的信號(hào)強(qiáng)度作為以dBm為單位的整數(shù)，其中dBm＝10log10(毫瓦)。
許多常規(guī)的基于IEEE802.11的位置研究已經(jīng)將位置測(cè)量任務(wù)用公式表示為分類(lèi)問(wèn)題，其中目標(biāo)是將信號(hào)強(qiáng)度向量分類(lèi)成離散的位置組。這包括概率公式化，其中分類(lèi)結(jié)果作為在所有可能位置上的一組概率而給出。然而，分類(lèi)公式化不適合于在定標(biāo)階段完全跳過(guò)某些房間的目的。如果訓(xùn)練過(guò)的分類(lèi)器從沒(méi)有看到某個(gè)房間，它將永遠(yuǎn)不把來(lái)自那個(gè)房間的數(shù)據(jù)分類(lèi)。
本發(fā)明代之以使用回歸形成回歸函數(shù)，它將信號(hào)強(qiáng)度向量映射到位置。因此，本發(fā)明能將信號(hào)強(qiáng)度向量映射到從沒(méi)有定標(biāo)過(guò)的一個(gè)新位置。如果分類(lèi)(而不是回歸)仍是想要的，則能進(jìn)行后處理檢查以確定哪個(gè)房間，如果有的話，包含所估算的位置。
以下是依照?qǐng)D1的實(shí)施例如何測(cè)量信號(hào)強(qiáng)度的描述，被用于產(chǎn)生回歸函數(shù)，回歸函數(shù)給出作為信號(hào)強(qiáng)度向量的函數(shù)的位置，之后以有原則的方法減少定標(biāo)向量的數(shù)量，以了解減少定標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)量如何影響位置測(cè)量的準(zhǔn)確性。
回歸將一個(gè)函數(shù)擬合定標(biāo)向量si和相應(yīng)的房間坐標(biāo)(xi，yi)。本發(fā)明利用核回歸(kernal regression)，它通過(guò)下列公式估算新的位置x(s)=cx+Σj=0M-1αjK(||s-sj*||),and----(1)]]>y(s)=cy+Σj=0M-1βjK(||s-sj*||);]]>其中K(r)是所選擇的核心函數(shù)(kernel function)，s*j是所選擇的核心函數(shù)中心，以及αj和βj是基于定標(biāo)數(shù)據(jù)的計(jì)算的權(quán)重。觀測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度向量s與存儲(chǔ)的信號(hào)強(qiáng)度向量s*j之間的歐幾里德距離r由 表示。能以多種方法計(jì)算偏移(cx，cy)，如在本領(lǐng)域已知的機(jī)器學(xué)習(xí)。在一個(gè)實(shí)施例中，偏移只是訓(xùn)練數(shù)據(jù)的矩心，即，(cx,cy)=1N(Σi=0N-1xi,Σi=0N-1yi);----(2)]]>其中N是定標(biāo)向量的數(shù)量(在這里提供的應(yīng)用中，這個(gè)數(shù)量是28，144)。
在圖1的實(shí)施例中，選擇核心函數(shù)為各向同性的高斯(Gaussian)核心函數(shù)K(r)=exp(-r22σ2).----(3)]]>其中σ是半徑，以及r是歐幾里德距離 核心函數(shù)的這種選擇還需要選擇比例參數(shù)西格馬(σ)，這在下面描述。另外，M個(gè)核中心(kernel center)S*j的選擇也在下面描述。
本發(fā)明使用最小二乘法(least-squares)擬合，根據(jù)定標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算權(quán)重αj和βj。要計(jì)算αj(對(duì)于x坐標(biāo))，在定標(biāo)數(shù)據(jù)與x(si)之間最小化均方誤差，即，err=Σi=0N-1(xi-cx-Σj=0M-1αjKij)2,----(4)]]>其中Kij=K(||s-s*j||)]]>公式。 相對(duì)于αj的最小化給出能求出向量a＝(α0，α1，...，αM-2，αM-1)T的線性方程KTKa＝KTX (5)這里K是NxM矩陣Kij，以及x＝(x0-cx，x1-cx，...，xN-2-cx，xN-1-cx)T。類(lèi)似地，從KTKβ＝KTy得到βj。
注意KTK具有MxM大小，其中M是存儲(chǔ)的信號(hào)強(qiáng)度向量的選擇數(shù)量。KTK是一個(gè)核矩陣(kernel matrix)。一個(gè)可能的選擇是令每個(gè)定標(biāo)點(diǎn)si用作存儲(chǔ)的信號(hào)強(qiáng)度向量，給出M＝N。求解具有M大于27,000的方程(5)(如在圖1的實(shí)施例中使用的)將是非常計(jì)算密集的。此外，當(dāng)M＝N時(shí)產(chǎn)生的回歸函數(shù)可能不平滑地在定標(biāo)點(diǎn)130之間統(tǒng)一化。代之以在每個(gè)位置中群集成信號(hào)強(qiáng)度定標(biāo)向量，以及使用簇中心作為核中心。使用標(biāo)準(zhǔn)的k-平均值算法，在每個(gè)房間中計(jì)算k＝5信號(hào)強(qiáng)度簇，產(chǎn)生小于700個(gè)核中心以表示在測(cè)試層上的所有118個(gè)房間。
如果定標(biāo)點(diǎn)130的位置的不確定性是已知的，可用方程(4)中的每個(gè)項(xiàng)相應(yīng)的定標(biāo)點(diǎn)的不確定性的變化量的倒數(shù)，加權(quán)在方程(4)中的每個(gè)項(xiàng)。在本領(lǐng)域中，這被稱(chēng)為異方差回歸(heteroscedastic regression)。
唯一保留的選擇是比例參數(shù)σ。在可能的σ值上執(zhí)行簡(jiǎn)單的線性搜索。對(duì)于每個(gè)候選σ，首先使用定標(biāo)數(shù)據(jù)的70％計(jì)算權(quán)重α和β。使用剩余不相交(disjoint)的30％估算候選。系統(tǒng)選擇在(x，y)給出最小均方根距離誤差的σ。雖然使用70/30分割用于計(jì)算σ，但使用100％的定標(biāo)數(shù)據(jù)用于核中心群集。
如前面指出的，一個(gè)可選的步驟是將最后幾個(gè)位置的結(jié)果一起平均以減少噪聲。最后十個(gè)(x，y)結(jié)果被一起平均。
如前所述，在與訓(xùn)練數(shù)據(jù)隔開(kāi)一些日子取第二組測(cè)試向量。使用每部分120取一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)130的實(shí)施例，第二組數(shù)量為25,457的讀數(shù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)。當(dāng)測(cè)試這個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)，核回歸(kernel regression)方法產(chǎn)生均方根誤差約3.75米。均方根誤差的計(jì)算在本領(lǐng)域中是已知的，并且因而在此不說(shuō)明了。
應(yīng)用示例如上面指出的，本發(fā)明的定位算法是基于從已知房間位置取得的信號(hào)強(qiáng)度訓(xùn)練數(shù)據(jù)的回歸來(lái)工作的。
現(xiàn)在參考圖5，示出由房間502組成的典型辦公樓層500的平面圖，用于本發(fā)明的定標(biāo)過(guò)程的實(shí)例應(yīng)用。樓層500包括132個(gè)房間502，其中118個(gè)是可到達(dá)的。樓層500的面積近似2,680平方米。取這個(gè)樓層為區(qū)域100。樓層的大樓地圖被提取為多邊形表示和位圖兩者。將所有地圖的坐標(biāo)表示為以米為單位的實(shí)際樓層坐標(biāo)。在具有118個(gè)不同房間的樓層500上估算這個(gè)算法。
為研究定標(biāo)工作量的問(wèn)題，減少定標(biāo)數(shù)據(jù)的數(shù)量，好象在每個(gè)房間花費(fèi)更少的時(shí)間并且好象已經(jīng)跳過(guò)某些房間。將118個(gè)房間分成137個(gè)部分，因?yàn)樵诟蟮姆块g例如會(huì)議室中，使用更多的接收器位置。通過(guò)使用地圖通過(guò)圖6的界面進(jìn)行位置選擇記錄接收器的位置，在下文描述。這些結(jié)果指出每個(gè)19.5平方米的定標(biāo)位置。為了定標(biāo)，帶一個(gè)無(wú)線連接的接收器例如運(yùn)行登錄程序(logging program)的便攜式PC進(jìn)入每個(gè)可到達(dá)的部分。登錄程序使用WRAPI接口以從所有可見(jiàn)的IEEE802.11發(fā)送器獲得信號(hào)強(qiáng)度。接收器在每個(gè)位置測(cè)量信號(hào)約60秒。另外，將接收器朝向許多不同的方向以析出方向效果因數(shù)。使用3.4Hz的掃描速率為每個(gè)位置提供約200個(gè)掃描。每個(gè)掃描產(chǎn)生信號(hào)強(qiáng)度與無(wú)線接入點(diǎn)的MAC(介質(zhì)訪問(wèn)控制器)地址的組。平均起來(lái)，無(wú)線通信接口在任何給定時(shí)間能“看見(jiàn)”3.9個(gè)AP。如前面指出的，第一組信號(hào)強(qiáng)度讀數(shù)數(shù)量為27,796，以及在稍后一些日子取得的第二組用作測(cè)試數(shù)據(jù)，數(shù)量為25,457。
作為減少噪聲和增加準(zhǔn)確性的方法，將一個(gè)移動(dòng)平均濾波器(runningaverage filter)應(yīng)用于所計(jì)算的位置向量。這個(gè)濾波器是十個(gè)樣本長(zhǎng)，它在3.4Hz的掃描速率時(shí)引起約2.9秒的延時(shí)。
要測(cè)試減少時(shí)間的效果，用相同的訓(xùn)練算法處理最先的s秒定標(biāo)數(shù)據(jù)，以及然后用整個(gè)測(cè)試組測(cè)試。當(dāng)在每個(gè)位置所花費(fèi)的時(shí)間只是十秒時(shí)，準(zhǔn)確性沒(méi)有明顯地受到損害。在十秒時(shí)，均方根誤差只從在60秒時(shí)的均方根誤差增加大約12％(或0.45米)。在3.4Hz的數(shù)據(jù)速率時(shí)，十秒數(shù)據(jù)只產(chǎn)生三十四個(gè)信號(hào)強(qiáng)度向量。這表示在定標(biāo)期間不必在每個(gè)位置上花費(fèi)更多時(shí)間。
減少定標(biāo)位置的數(shù)量從原來(lái)137個(gè)位置的完全組到原來(lái)的10％的效果進(jìn)行測(cè)試。為了要從原來(lái)的定標(biāo)組中選擇k個(gè)位置，在原來(lái)的位置上進(jìn)行k-平均值群集算法(k-means clustering algorithm)以產(chǎn)生k個(gè)簇。選擇最靠近k個(gè)簇矩心的k原來(lái)的位置作為用于定標(biāo)的位置。如確定的，均方根誤差隨著位置數(shù)量的減少而增加。然而，甚至在50％時(shí)，均方根誤差具有只增加20％(0.74米)，以及在20％時(shí)，增加42％(1.59米)。在10％的原來(lái)位置，均方根誤差是9.19米，這在100％時(shí)的最佳結(jié)果上145％的增加(5.44米)。因此，這對(duì)于移動(dòng)至定標(biāo)點(diǎn)更密集的組示出顯著減小的回報(bào)。這個(gè)試驗(yàn)還提議一個(gè)方法通過(guò)以一個(gè)密集組開(kāi)始的距離選擇定標(biāo)點(diǎn)，例如，在每個(gè)房間的矩心，并且使用k-平均值將組群集成代表性的子樣本。
此外，在準(zhǔn)確性中只有少量降級(jí)的情況下，既能顯著減少在每個(gè)位置花費(fèi)的時(shí)間又顯著減少位置的數(shù)量。例如，在40％的位置中花費(fèi)三十秒增加均方根誤差僅約21％(從3.75米至4.55米)，還減少超過(guò)一半的定標(biāo)工作量。
現(xiàn)在參考圖6，示出圖形用戶(hù)界面(GUI)600的示例性屏幕快照，用于方便定標(biāo)數(shù)據(jù)的信號(hào)強(qiáng)度登錄。GUI 600簡(jiǎn)化樓層500的樓層圖形表示602及其房間的顯示。用戶(hù)通過(guò)經(jīng)鼠標(biāo)、鍵盤(pán)或其它常規(guī)輸入設(shè)備從樓層表示602中選擇一個(gè)房間來(lái)表示接收器的位置。另外，提供一個(gè)信號(hào)強(qiáng)度子窗口604用于提供信號(hào)強(qiáng)度指示圖605，它顯示從附近的發(fā)送器測(cè)量的信號(hào)強(qiáng)度的表示法。例如，第一個(gè)條606包括第一色彩或填充圖案，表示從在當(dāng)前正在定標(biāo)的樓層上的一個(gè)發(fā)送器接收的信號(hào)。與條606相關(guān)聯(lián)的是數(shù)據(jù)608，表示信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)，房間所在的樓層以及發(fā)送器的房間號(hào)碼(即，113/3/3327)。在這個(gè)特定的例子中，發(fā)送器是在大樓號(hào)碼(113)、第三層(3)的房間號(hào)碼3327(也在610圖形表示的)中。
第二個(gè)條標(biāo)識(shí)(bar identification)612可用于表示從不是正在定標(biāo)的當(dāng)前樓層上的發(fā)送器接收的測(cè)量。條612與房間113/4/4327相關(guān)聯(lián)，這是在大樓113的第四層上的房間4327。應(yīng)該意識(shí)到GUI能編程以給測(cè)量信號(hào)提供多種多樣的圖形響應(yīng)，包括閃爍條以及文本、音頻輸出信號(hào)等，一般能用于提供這樣的界面特征。
界面600還包括一個(gè)位置輸入(Location Input)子窗口614，允許用戶(hù)經(jīng)地圖縮放(Map Zoom)子窗口在樓層地圖中縮放，并且經(jīng)樓層選擇器(MapChooser)子窗口選擇一個(gè)樓層用于定標(biāo)。
界面600還包括掃描控制子窗口616用于為信號(hào)檢測(cè)選擇掃描速率。用戶(hù)還能經(jīng)登錄路徑欄位(loggin path field)618直接將數(shù)據(jù)登錄到接收設(shè)備的位置。用戶(hù)也可通過(guò)在路徑欄位618中進(jìn)入相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)路徑選擇一個(gè)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)位置。一旦輸入，所有數(shù)據(jù)被自動(dòng)存儲(chǔ)到指定的文件位置中。
乍一看，約3.75米的均方根誤差用于定位系統(tǒng)，好象比在第一個(gè)常規(guī)試驗(yàn)中獲得約2.94米的中值誤差或者第二常規(guī)試驗(yàn)中獲得約一米的先前常規(guī)研究要差得多。然而，這兩個(gè)常規(guī)需要多得多的定標(biāo)工作量。第一常規(guī)試驗(yàn)用七十個(gè)定標(biāo)點(diǎn)覆蓋在大約五十四個(gè)房間外面的走廊。第二個(gè)常規(guī)試驗(yàn)用相距約1.5米(五英尺)定標(biāo)點(diǎn)覆蓋走廊。相比之下，所揭示的例子使用每房間一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)，平均的中心至中心距離約2.85米。其它工作量也要更加注意保證定標(biāo)點(diǎn)的位置是已知的。盡管上述第一和第二常規(guī)試驗(yàn)示出仔細(xì)的定標(biāo)可完成什么，但是所揭示的方法示出用一個(gè)實(shí)用的方法可完成什么。
部署基于IEEE802.11的定位系統(tǒng)的一個(gè)障礙是定標(biāo)工作量。在所揭示的例子中，約花費(fèi)四小時(shí)定標(biāo)大樓的一個(gè)樓層的118個(gè)房間。令人想要知道的是這個(gè)定標(biāo)的數(shù)量是否真正地必需。特別地，令人想要的是估算減少在每個(gè)房間中花費(fèi)的時(shí)間和減少訪問(wèn)房間的數(shù)量的效果。通過(guò)在原來(lái)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)的子集上訓(xùn)練，仿真減少時(shí)間和房間數(shù)量的效果。
總之，用于基于IEEE802.11的定位的定標(biāo)可以是非常繁重的。在所揭示的應(yīng)用例子中，定標(biāo)一個(gè)辦公樓的一個(gè)樓層直到房間分辨率，這近似于對(duì)于一個(gè)大規(guī)模部署的IEEE802.11定位系統(tǒng)所能期望的。使用徑向基函數(shù)(radialbasis function)插入位置作為信號(hào)強(qiáng)度的函數(shù)，在平均距離(mean spacing)約3.27米的房間上實(shí)現(xiàn)約3.75米的均方根誤差。通過(guò)將問(wèn)題用公式表示為一個(gè)插值問(wèn)題，有可能通過(guò)跳過(guò)相當(dāng)部分的房間而使定標(biāo)過(guò)程更容易。另外，不必在每個(gè)房間中花費(fèi)更多時(shí)間，因?yàn)樵诔龊芏痰淖钚≈抵獾母鄷r(shí)間并不會(huì)提高準(zhǔn)確性很多。
在一個(gè)可替換的實(shí)現(xiàn)中，代替在各個(gè)定標(biāo)位置從單個(gè)接收器測(cè)量多個(gè)發(fā)送器的強(qiáng)度，所揭示的發(fā)明可同樣應(yīng)用于通過(guò)在已知位置固定許多接收器和在各個(gè)定標(biāo)位置測(cè)量單個(gè)發(fā)送器的強(qiáng)度來(lái)確定發(fā)送器的位置。后者可應(yīng)用于發(fā)送器是音頻源(例如人)的情況，而接收器是一組音頻話筒。
在另一個(gè)可替換的實(shí)施例中，定標(biāo)和回歸不必對(duì)信號(hào)強(qiáng)度操作。能使用各種信號(hào)特性，諸如相位、自相關(guān)(autocorrelation)或頻譜?；貧w能同樣很好地應(yīng)用于這些可替換的信號(hào)特性，甚至每個(gè)特性本身不是標(biāo)量。于是核回歸系統(tǒng)的輸入將由包括拼接在一起的多個(gè)信號(hào)特性的多個(gè)向量的向量組成。
現(xiàn)在參考圖7，示出一個(gè)可用于執(zhí)行所揭示的體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的方框圖。為了提供附加的環(huán)境用于本發(fā)明的各種方面，圖7和下列討論是想要提供一個(gè)合適的計(jì)算環(huán)境700的一般描述，在這個(gè)環(huán)境中可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種方面。盡管上面已經(jīng)在可在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的一般環(huán)境中描述了本發(fā)明，在本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，也可結(jié)合其它程序模塊和/或硬件與軟件的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。一般而言，程序模塊包括例程、程序、組件、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，它們執(zhí)行特定的任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類(lèi)型。而且，在本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員將意識(shí)到，可用其它計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置實(shí)施本發(fā)明的方法，包括單處理器或多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，小型機(jī)，大型計(jì)算機(jī)以及個(gè)人計(jì)算機(jī)，手持計(jì)算機(jī)設(shè)備，基于微處理器或可編程的消費(fèi)電子產(chǎn)品等等，它們每一個(gè)可有效地連接至一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的設(shè)備。還可在分布式計(jì)算環(huán)境中實(shí)施本發(fā)明的例示方面，在分布式計(jì)算機(jī)環(huán)境中可由通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)連接的遠(yuǎn)程處理設(shè)備執(zhí)行某些任務(wù)。在分布式計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可位于本地或遠(yuǎn)程兩者的存儲(chǔ)器設(shè)備中。
再參考圖7，示出用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種方面的示例性環(huán)境700，包括計(jì)算機(jī)702，計(jì)算機(jī)702包括處理單元704、系統(tǒng)存儲(chǔ)器706和系統(tǒng)總線708。系統(tǒng)總線708連接系統(tǒng)組件，包括但不限于系統(tǒng)存儲(chǔ)器706至處理單元704。處理單元704可以是任何各種商業(yè)上可用的處理器。雙微處理器和其它多處理器體系結(jié)構(gòu)也能被用作處理單元704。
系統(tǒng)總線708可以是任何幾種總線結(jié)構(gòu)，包括存儲(chǔ)器總線或存儲(chǔ)器控制器，外設(shè)總線和使用任何各種各樣商業(yè)上可用的總線體系結(jié)構(gòu)的局部總線。系統(tǒng)存儲(chǔ)器706包括只讀存儲(chǔ)器(ROM)710和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)712。基本輸入/輸出系統(tǒng)(BIOS)存儲(chǔ)在ROM 710中，包含諸如在起動(dòng)時(shí)幫助在計(jì)算機(jī)702內(nèi)的部件傳送信息的基本例程。
計(jì)算機(jī)702還包括硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器714、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器716，(例如，從可移動(dòng)磁盤(pán)718讀或?qū)懙娇梢苿?dòng)磁盤(pán)718)和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器720，(例如，讀CD-ROM盤(pán)722或者從其它光介質(zhì)讀或?qū)懙狡渌饨橘|(zhì))。硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器714、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器716和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器720能分別通過(guò)硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口724、磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口726和光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器接口728連接至系統(tǒng)總線708。驅(qū)動(dòng)器及其相關(guān)聯(lián)的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)提供數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)指令等的非易失性存儲(chǔ)。對(duì)于計(jì)算機(jī)702，驅(qū)動(dòng)器和介質(zhì)提供以合適的數(shù)字格式廣播編程的存儲(chǔ)。盡管上面計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的描述指硬盤(pán)、可移動(dòng)磁盤(pán)和CD，但本領(lǐng)域那些熟練技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，計(jì)算機(jī)可讀的其它類(lèi)型的介質(zhì)，諸如zip驅(qū)動(dòng)器、磁帶、閃存卡、數(shù)字視頻盤(pán)、錄音帶盒等等，也可在示例性操作環(huán)境中使用，并且此外任何這樣的介質(zhì)可包含計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令用于執(zhí)行本發(fā)明的方法。
能將許多程序模塊存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)器和RAM 712中，包括操作系統(tǒng)730，一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序732，其它程序模塊734和程序數(shù)據(jù)736。要意識(shí)到，本發(fā)明能用各種商業(yè)上可用的操作系統(tǒng)或操作系統(tǒng)的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
用戶(hù)能通過(guò)鍵盤(pán)738和定點(diǎn)設(shè)備諸如鼠標(biāo)740將信息輸入到計(jì)算機(jī)702中。其它輸入設(shè)備(未示出)可包括話筒，紅外線遙控器，操縱桿，游戲墊，衛(wèi)星天線，掃描儀等等。這些和其它輸入設(shè)備常常通過(guò)連接到系統(tǒng)總線708的串行口接口742連接到處理單元704，但可通過(guò)其它接口諸如并行口、游戲口、通用串行總線(“USB”)，紅外線接口等連接。監(jiān)視器744或其它類(lèi)型的顯示設(shè)備也通過(guò)接口諸如視頻適配器連接到系統(tǒng)總線708。除監(jiān)示器744之外，計(jì)算機(jī)一般包括其它外部輸出設(shè)備(未示出)，諸如揚(yáng)聲器、打印機(jī)等。
計(jì)算機(jī)702可在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境中運(yùn)行，使用邏輯連接至一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)諸如遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)748。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)748可能是工作站、服務(wù)器計(jì)算機(jī)、路由器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、基于微處理器的娛樂(lè)器具、對(duì)等設(shè)備或其它普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以及一般包括許多或全部相對(duì)于計(jì)算機(jī)702所述的部件，盡管為了簡(jiǎn)短，只示出一個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備750。所述的邏輯連接包括局域網(wǎng)(LAN)752和廣域網(wǎng)(WAN)754。這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在辦公室、企業(yè)級(jí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi)部互聯(lián)網(wǎng)和因特網(wǎng)中是很普通的。
當(dāng)在LAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用時(shí)，計(jì)算機(jī)702通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口或適配器756連接至局域網(wǎng)752。適配器756可方便與LAN 752的有線或無(wú)線通信，LAN 752可能還包括在其上部署的無(wú)線接入點(diǎn)用于與無(wú)線適配器756通信。當(dāng)在WAN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用時(shí)，計(jì)算機(jī)702一般包括調(diào)制解調(diào)器758，或者連接到LAN上的通信服務(wù)器，或者具有在WAN 754諸如因特網(wǎng)上建立通信的其它裝置。可以是內(nèi)置的或者外置的調(diào)制解調(diào)器758，通過(guò)串行口接口742連接至系統(tǒng)總線708。在網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境中，相對(duì)于計(jì)算機(jī)702所述的程序模塊或者其部分，可存儲(chǔ)在遠(yuǎn)程存儲(chǔ)器設(shè)備750中。將意識(shí)到，所示的網(wǎng)絡(luò)連接是示例性，并且可使用在計(jì)算機(jī)之間建立通信連接的其它裝置。
現(xiàn)在參考圖8，示出依照本發(fā)明的示例性計(jì)算環(huán)境800的示意性方框圖。系統(tǒng)800包括一個(gè)或多個(gè)客戶(hù)802?？蛻?hù)802可以是硬件和/或軟件(例如，線程，過(guò)程，計(jì)算設(shè)備)。客戶(hù)802能通過(guò)使用本發(fā)明提供點(diǎn)心文件(cookie)和/或相關(guān)聯(lián)的上下文信息，例如。在客戶(hù)802與服務(wù)器804之間一個(gè)可能的通信可以用適合于在兩個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)過(guò)程之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包形式?？赏ㄟ^(guò)有線(包括光纖)和/或無(wú)線技術(shù)方便通信。客戶(hù)802有效地連接至一個(gè)或多個(gè)客戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器808，能用它(們)存儲(chǔ)客戶(hù)802本地的信息(例如，點(diǎn)心文件和/或相關(guān)聯(lián)的上下文信息)。同樣，服務(wù)器804有效地連接至一個(gè)或多個(gè)服務(wù)器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器810，能使用它(們)存儲(chǔ)服務(wù)器804本地的信息。
上面所述的內(nèi)容包括本發(fā)明的例子。當(dāng)然，為了描述本發(fā)明，不可能描述每個(gè)想得到的組件或方法的組合，但在本領(lǐng)域的一個(gè)普通熟練技術(shù)人員認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的許多進(jìn)一步的組合和排列是可能的。因此，本發(fā)明旨在包括落在所附權(quán)利要求書(shū)的精神和范圍之內(nèi)的所有替換、修改和變化方案。此外，還達(dá)到術(shù)語(yǔ)“包括”(includes)在詳細(xì)說(shuō)明中或在權(quán)利要求書(shū)所所使用的程度，這樣的術(shù)語(yǔ)以類(lèi)似于術(shù)語(yǔ)“包含”(cemprising)的方式來(lái)規(guī)定為包括在內(nèi)的(inclusive)，如當(dāng)“包含”(comprising)用作為在權(quán)利要求中的一個(gè)過(guò)渡的詞所解釋的“包含”(comprising)。
權(quán)利要求
1.用于定標(biāo)一個(gè)系統(tǒng)的一種方法，所述系統(tǒng)用于依靠觀測(cè)的信號(hào)特性確定新的位置，包括測(cè)量與已確定的位置有關(guān)的信號(hào)特性；以及至少部分地基于所述信號(hào)特性產(chǎn)生一回歸函數(shù)，所述回歸函數(shù)作為一個(gè)觀測(cè)的信號(hào)特性的函數(shù)估算新的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，所述回歸函數(shù)包括多個(gè)核心函數(shù)，每個(gè)核心函數(shù)計(jì)算觀測(cè)的信號(hào)特性的向量與存儲(chǔ)的信號(hào)特性的向量之間的差。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，所述核心函數(shù)是各向同性的高斯(Gaussian)核心函數(shù)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，通過(guò)群集多個(gè)測(cè)量的信號(hào)特性的向量來(lái)計(jì)算所述存儲(chǔ)的特性的向量。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，所述回歸函數(shù)還包括權(quán)重和比例參數(shù)，使得每個(gè)核心函數(shù)依靠所述比例參數(shù)，通過(guò)以下步驟確定所述比例參數(shù)，選擇多個(gè)比例參數(shù)值；對(duì)于每個(gè)比例參數(shù)值，使用比例參數(shù)值將所述權(quán)重?cái)M合所述信號(hào)特性的第一子集；使用所述擬合的權(quán)重在所述信號(hào)特性的第二子集上估算回歸函數(shù)，第二子集與第一子集是不相交的；當(dāng)所述回歸函數(shù)在所述信號(hào)特性的第二子集上獲得最小位置誤差時(shí)，選擇一個(gè)最佳的比例參數(shù)；以及存儲(chǔ)所述最佳參數(shù)和相應(yīng)的權(quán)重。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，所述回歸函數(shù)包括權(quán)重，以及產(chǎn)生回歸函數(shù)的行動(dòng)包括通過(guò)調(diào)整所述權(quán)重將所述回歸函數(shù)擬合所述測(cè)量的信號(hào)特性。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，依照最小二乘法擬合過(guò)程調(diào)整所述權(quán)重。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，通過(guò)計(jì)算核矩陣調(diào)整所述權(quán)重。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，基于與每個(gè)已確定的位置相關(guān)聯(lián)的位置不確定性的估算來(lái)調(diào)整所述權(quán)重。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，所述權(quán)重包括多個(gè)權(quán)重用于計(jì)算x位置和多個(gè)權(quán)重用于計(jì)算y位置。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，所述回歸函數(shù)還包括從所述已確定的位置的矩心計(jì)算的附加參數(shù)。
12.如權(quán)利要求1所述的方法1，所述信號(hào)特性是關(guān)于從無(wú)線收發(fā)器發(fā)射的無(wú)線射頻信號(hào)的，以及所述信號(hào)特性包括信號(hào)強(qiáng)度。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，所述無(wú)線收發(fā)器依照IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述新位置的一子集在定標(biāo)的時(shí)候是不可到達(dá)的，所述不可到達(dá)的位置包括一個(gè)房間、分布遍及一個(gè)樓層的多個(gè)房間和接近地位于一個(gè)樓層上的多個(gè)房間中的至少一個(gè)。
15.定標(biāo)一無(wú)線設(shè)備位置測(cè)量系統(tǒng)的一種方法，包括訪問(wèn)至少一個(gè)無(wú)線發(fā)射設(shè)備；為每個(gè)無(wú)線發(fā)射設(shè)備記錄信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)；以及基于所述信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)產(chǎn)生一回歸函數(shù)，利用所述回歸函數(shù)估算新位置。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，從在所述發(fā)射設(shè)備的區(qū)域內(nèi)的多個(gè)不同位置記錄所述信號(hào)強(qiáng)度數(shù)據(jù)。
17.一定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)觀測(cè)信號(hào)特性以確定新位置，包括用于測(cè)量與已確定的位置相關(guān)的信號(hào)特性的裝置；以及裝置，用于至少部分地基于所述信號(hào)特性產(chǎn)生一回歸函數(shù)，所述回歸函數(shù)作為一個(gè)觀測(cè)的信號(hào)特性的函數(shù)估算新的位置。
18.一定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)使用觀測(cè)的信號(hào)特性以確定新位置，包括一測(cè)量組件，用于測(cè)量與已確定的位置有關(guān)的信號(hào)特性；以及一回歸組件，用于至少部分地基于所述信號(hào)特性產(chǎn)生一回歸函數(shù)，所述函數(shù)基于觀測(cè)的信號(hào)特性數(shù)據(jù)估算新位置。
19.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述回歸函數(shù)包括多個(gè)核心函數(shù)，每個(gè)核心函數(shù)計(jì)算觀測(cè)的信號(hào)特性的向量與存儲(chǔ)的信號(hào)特性的向量之間的差。
20.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，所述核心函數(shù)是各向同性的高斯(Gaussian)核心函數(shù)。
21.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，通過(guò)群集多個(gè)測(cè)量的信號(hào)特性的向量來(lái)計(jì)算所述存儲(chǔ)的特性的向量。
22.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，所述回歸函數(shù)包括權(quán)重，以及所述回歸組件包括一擬合組件，用于通過(guò)調(diào)整所述權(quán)重將所述回歸函數(shù)擬合所述測(cè)量的信號(hào)特性。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，所述擬合組件包括一最小二乘法擬合組件。
24.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，所述擬合組件包括一組件用于計(jì)算一核矩陣。
25.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，所述擬合組件接收與每個(gè)已確定的位置相關(guān)聯(lián)的位置不確定性的估算作為輸入。
26.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，所述權(quán)重包括多個(gè)權(quán)重用于計(jì)算x位置和多個(gè)權(quán)重用于計(jì)算y位置。
27.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng)，所述回歸函數(shù)還包括從所述已確定的位置的矩心計(jì)算的附加參數(shù)。
28.如權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，所述信號(hào)是從無(wú)線收發(fā)器發(fā)射的無(wú)線信號(hào)，以及所述信號(hào)特性包括信號(hào)強(qiáng)度。
29.如權(quán)利要求28所述的系統(tǒng)，所述無(wú)線收發(fā)器依照IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。
30.如權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，還包括所述新位置的一子集在定標(biāo)的時(shí)候是不可到達(dá)的，所述不可到達(dá)的位置包括一個(gè)房間、分布遍及一個(gè)樓層的多個(gè)房間和接近地位于一個(gè)樓層上的多個(gè)房間中的至少一個(gè)。
31.一計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求18的所述系統(tǒng)。
32.用于定標(biāo)一系統(tǒng)的一用戶(hù)界面，所述系統(tǒng)觀測(cè)信號(hào)特性以估算新位置，包括一用戶(hù)輸入組件，用于接收至少與所述位置相關(guān)聯(lián)的用戶(hù)優(yōu)選信息；以及一表現(xiàn)組件，用于表現(xiàn)所述信號(hào)特性的表示法以及用于方便用戶(hù)優(yōu)選信息的輸入。
33.如權(quán)利要求32所述的界面，還包括所述位置的單獨(dú)的表示法的樓層平面圖，其特征在于，所述位置表示法是可選擇的。
34.如權(quán)利要求32所述的界面，還包括繪圖能力，用于繪制與選擇的位置和未選擇的位置相關(guān)聯(lián)的信號(hào)特性。
35.如權(quán)利要求32所述的界面，所述用戶(hù)輸入組件包括下列各項(xiàng)中的至少一項(xiàng)用于選擇與所述位置相關(guān)聯(lián)的大樓的裝置；用于選擇所述大樓中樓層的裝置；用于選擇所述位置之一的裝置；以及用于為取樣所述信號(hào)特性選擇掃描速率的裝置。
36.如權(quán)利要求32所述的界面，還包括裝置以顯示相應(yīng)于所述用戶(hù)優(yōu)選信息的狀態(tài)的色彩和/或圖案。
37.用于定標(biāo)一系統(tǒng)的一計(jì)算機(jī)，所述系統(tǒng)使用信號(hào)特性以估算新位置，包括裝置，用于測(cè)量與已確定的位置有關(guān)的信號(hào)特性；以及用于回歸的裝置，所述回歸裝置至少部分地基于所述信號(hào)特性產(chǎn)生一回歸函數(shù)，使用所述回歸函數(shù)估算新位置。
38.如權(quán)利要求37所述的計(jì)算機(jī)，所述用于回歸的裝置還包括，用于為回歸算法使用而群集所述信號(hào)特性。
39.如權(quán)利要求37所述的計(jì)算機(jī)，所述用于回歸的裝置還包括裝置以將所述測(cè)量的信號(hào)特性分成訓(xùn)練組和測(cè)試組。
40.如權(quán)利要求37所述的計(jì)算機(jī)，所述用于回歸的裝置還包括，用于從所述訓(xùn)練組產(chǎn)生一核矩陣的裝置。
41.如權(quán)利要求37所述的計(jì)算機(jī)，所述測(cè)量的信號(hào)特性包括信號(hào)強(qiáng)度。
全文摘要
用于在IEEE802.11設(shè)備位置測(cè)量系統(tǒng)中最小化定標(biāo)工作量的體系結(jié)構(gòu)。定標(biāo)技術(shù)以回歸函數(shù)為基礎(chǔ)，所述回歸函數(shù)作為信號(hào)強(qiáng)度的函數(shù)產(chǎn)生足夠準(zhǔn)確的位置信息，不管定標(biāo)數(shù)據(jù)或最低程度可用數(shù)據(jù)中的間隔。算法從大樓中已知房間位置取得一組信號(hào)強(qiáng)度并生成給出(x，y)的函數(shù)作為信號(hào)強(qiáng)度的函數(shù)，這個(gè)函數(shù)隨后可用于新位置的估算。為回歸使用便于表達(dá)與計(jì)算的基于徑向的函數(shù)。算法將信號(hào)強(qiáng)度映射到連續(xù)位置的事實(shí)，使得有可能在定標(biāo)期間跳過(guò)房間但仍估算在那些房間中的位置。
文檔編號(hào)H04L12/28GK1570664SQ20041004340
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月25日
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