DE60110052T2

DE60110052T2 - Positionierungserfassung

Info

Publication number: DE60110052T2
Application number: DE60110052T
Authority: DE
Inventors: Michael Alton Overy; Natividade Windsor Lobo
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 2000-02-02
Filing date: 2001-02-02
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-02-03
Also published as: DE60116267T2; AU2001228711A1; AU2001228715A1; EP1264193B1; US20060270349A1; JP2003521714A; EP1264192B1; EP1496370A1; US7107065B2; US20030114115A1; JP2003521856A; WO2001057548A1; DE60116267D1; ATE314663T1; WO2001057547A1; EP1264193A1; CN1441910A; DE60110052D1; ATE293255T1; EP1264192A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verwendung der drahtlosen Datenübertragung, zum Schätzen der Position einer Person oder eines Gerätes. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Funk- Sender/Empfänger, der so angeordnet ist, dass er seine Position durch Empfangen von Nachrichten bestimmt, welche von einer ersten Mehrzahl von benachbarten Funk-Sender/Empfängern gesendet werden; und ferner so angeordnet ist, dass er die Bestimmung der Position eines zweiten benachbarter Funk-Senders/Empfängers durch Senden einer oder mehrerer Nachrichten zu diesem zweiten benachbarten Funk-Sender/Empfänger und zu ad-hoc-Netzen, welche aus solchen Funk-Sendern/Empfängern gebildet sind.
Oft ist es wünschenswert, zur Bestimmung der eigenen Position oder der Position einer anderen Person oder eines Gerätes in der Lage zu sein. Das Globale Positionierungssystem (GPS) ermöglicht die Lokalisierung spezieller Empfänger an der Erdoberfläche. GPS verwendet ein festes Netzwerk von Satellitensendern, welche die Erde auf festen Umlaufbahnen umkreisen, um an den Empfänger zu senden und diesen dadurch zu lokalisieren. Auf Zellen basierende Positionierungssysteme wurden ebenfalls vorgeschlagen, bei denen das bestehende Netzwerk von festen Basisstations-Funk-Sendern/Empfängern zur Lokalisierung von Mobiltelefonen verwendet wird. Die unveränderliche Position und Identität der festen Basisstationen und der Abstand des Mobiltelefons von den Basisstationen wird zur Abschätzung der Position des Mobiltelefons benutzt. Diese beiden Systeme arbeiten über große Reichweiten von vielen Kilometern.
Ein Funklokalisierungssystem, welches für das Verfolgen von Objekten über kurze Distanzen geeignet ist, wird in Patent US 5,119,104 vorgeschlagen. Ein festes Netz von Empfängern ist über ein Gebiet verteilt und ein Funk-Sender/Empfänger ist am zu verfolgenden Objekt befestigt. Messungen der Ankunftszeiten der ausgesendeten Signale an den verteilten Empfängern werden zur Lokalisierung des Objektes benutzt. Das Dokument US 5,959,580 bezieht sich auf eine Infrastruktur, bestehend aus ortsfesten Funkzellen zur Kommunikation, zur Lokalisierung eines mobilen Funkkommunikations-Senders/Empfängers.
Es wäre wünschenswert, ein System bereitzustellen, durch das die Position von Personen oder Objekten drahtlos bestimmt werden kann, aber ohne in ein aufwändiges festes Netzwerk von Funkempfängern investieren zu müssen.
Es wäre wünschenswert, bestehende drahtlose Technologien zur Positionsbestimmung wieder zu verwenden, welche für einen anderen Zweck zur Verfügung gestellt wurden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Funk-Sender/Empfänger entsprechend Anspruch 1 geliefert, ein Verfahren wie in Anspruch 28 beansprucht wird und eine Anordnung wie in Anspruch 29 beansprucht. Die Anordnung kann in ihrer Verteilung, der Zahl und/oder Identität der Funk-Sender/Empfänger zeitlich variabel sein. Funk-Sender/Empfänger in einer Anordnung können ein anpassungsfähiges und ad-hoc-Netzwerk mit benachbarten Funk-Sendern/Empfängern bilden. Der Funk-Sender/Empfänger, welcher das Netzwerk bildet, kann seine Position von den anderen Funk-Sender/Empfängern anfordern, welche im Netz enthalten sind und kann, nachdem er seine Position angefordert hat, in das Netzwerk eines benachbarten Funk-Senders/Empfängers eingeschlossen werden, welcher seine Position ermittelt. Das erfordert für die aktuell benachbarten Funk-Sender/Empfänger, dass diese anstelle einer festen Infrastruktur für die Positionsbestimmung benutzt werden.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu verstehen, wie der gleiche Effekt erzielt werden kann, sollen im Folgenden begleitend zu den Zeichnungen einige Beispiele gegeben werden, in denen:
1 eine Büroumgebung darstellt, in der ein ad-hoc-Netz von Funk-Sendern/Empfängern geringer Leistung gebildet werden kann;
2 ein kabelloses Netz darstellt mit einem Master und einer Mehrzahl von Slaves;
3a und 3b darstellen, wie die Position des Masters aus der vom Slave zur Verfügung gestellten Information entsprechend separater Darstellungen bestimmt wird;
4a, 4b und 4c darstellen, wie das Netz dynamisch verändert werden kann;
5 ist eine schematische Darstellung eines Funk-Sender/Empfängers;
6a, 6b und 6c stellen die Funktion eines Masters im Positionsbeschaffungsmodus illustriert;
In 7a, 7b und 7c die Funktion eines Slaves während des Positionsbeschaffungsmodus des Masters illustriert;
8 illustriert eine Verteilung von Funk-Sendern/Empfängern;
9 illustriert eine exemplarische Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung zwischen Sender und Empfänger in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Sender und Empfänger darstellt;
10 illustriert eine exemplarische Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die wahrscheinliche Position eines Funk-Sender/Empfängers auf der x-Achse darstellt; und
11 illustriert einen Funk-Sender/Empfänger.
1 illustriert eine Büroumgebung 2, in der ein ad-hoc-Netz von Funk-Sendern/Empfängern niedriger Leistung gebildet werden kann. In der Abbildung ist ein an einer Wand montierter Referenz-Funk-Sender/Empfänger 4 und eine Anzahl von Bürogeräten dargestellt, welche Zentralrechner für andere Funk-Sender/Empfänger sind. Diese Geräte sind ein Drucker 6, ein erster Computer 8, ein Tischtelefon 10, ein zweiter Computer 12 und ein tragbares Kommunikationsgerät 14 wie beispielsweise ein Mobiltelefon. Der Referenz-Funk-Sender/Empfänger 4 in diesem Beispiel, welcher sich mit einer bekannten Position dauerhaft an der Wand befindet, kann wahlweise mobil sein und über eine integrierte Positionsbestimmungstechnologie wie GPS verfügen. Die Funk-Sender/Empfänger im Drucker 6, in den Computern 8 und 12 und im Tischtelefon 10 werden bewegt, wenn der Zentralrechner bewegt wird, was tendenziell unregelmäßig geschieht. Der Funk-Sender/Empfänger mit geringer Leistung im tragbaren Gerät 14 wird gemeinsam mit dem Zentralrechner häufig bewegt. Der Referenz-Funk-Sender/Empfänger 4 ist wahlfrei und nichtnotwendig für die Funktion der Erfindung. Obwohl eine Büroumgebung 2 dargestellt wurde, ist diese nicht nur exemplarisch. In einem Netz kann das tragbare Gerät 14 ein Fahrzeug mit einem mehreren anderen Funk-Sender/Empfängern sein, welche in andere Fahrzeuge oder am Straßenrand eingebaut/installiert sind.
Jeder der Funk-Sender/Empfänger mit geringer Leistung kann mit anderen Funk-Sendern/Empfängern kommunizieren, welche innerhalb seines Sendebereiches sind und kann ein Netwerk mit diesen bilden. Einer der Funk-Sender/Empfänger arbeitet als Master des Netzes und die weiteren Funk-Sender/Empfänger als Slaves. Der Master befindet sich im Zentrum des Netzes und kommuniziert normalerweise immer nur mit einem einzelnen Slave, obwohl es für diesen möglich ist, zu allen Slaves gleichzeitig zu senden. Das Netz ist ein sternförmiges Netz mit einem Master im Mittelpunkt und einem Slave am Ende jedes Strahls, wobei die Strahlen unterschiedlich lang sein können.
Die maximale Ausdehnung des Netzes wird durch die Entfernung bestimmt, bei welcher der Master gerade nicht mehr mit einem Slave-Funk-Sender/Empfänger kommunizieren kann. Die Größe des Netzes wird durch die Anzahl der Slave-Funk-Sender/Empfänger bestimmt, welche der Master kontrollieren kann. Im Bluetooth-System (Spezifikation 1.0) sind das 7 Slave-Funk-Sender/Empfänger.
Das vom Master gebildete ad-hoc-Netz kann verwendet werden, um die Position des Master-Funk-Sender/Empfängers zu bestimmen. Bezugnehmend auf 1 bedeutet dass, wenn die Position des tragbaren Gerätes 14 angefordert wurde, dann arbeitet der vom Gerät verwaltete Funk-Sender/Empfänger als ein Master und bildet ein ad-hoc-Netz mit den Funk-Sendern/Empfängern im Sendebereich. In diesem Beispiel sind das der Referenz-Funk-Sender/Empfänger 4 und die Funk-Sender/Empfänger im Drucker 6, in den Computern 8 und 12 und das Tischtelefon 10. Der Master fragt jeden Slave ab und bestimmt seine Position aus den erhaltenen Rückantworten.
Die Slaves können eine Identifikation ihrer Position speichern. Typischerweise speichert jeder Funk-Sender/Empfänger einen dreidimensionalen Datensatz seiner Position.
In einer ersten Ausführungsform wird die Position des Slaves an den Master übertragen und der Master schätzt die Entfernung zwischen einem Slave bekannter Position und sich selbst ab. Typischerweise erfolgt das durch Erhalt eines Signals, welches von einem Slave mit bekannter Leistung an den Master gesendet wird und Messung der Signalleistung, welche vom Master empfangen wird. Die Abschwächung des Signals wird berechnet und daraus die Übertragungsdistanz abgeschätzt. Bei direkter Übertragung vom Slave zum Master entspricht die Übertragungsentfernung der Entfernung zwischen Slave und Master. Dann benutzt der Master die Kenntnis der aktuellen Position der lokalen Funk-Sender/Empfänger und Kenntnis ihrer entsprechenden Abstände vom Master, um die aktuelle Position des Masters abzuschätzen. Die Abschätzung kann Fuzzy-Logik in geeigneter Weise nutzen.
In einer zweiten Ausführungsform wird die Position jedes Slaves zum Master übertragen. Der Master benutzt die Position jedes einzelnen Slaves und die Tatsache, dass jeder Slave innerhalb des Kommunikationsbereichs ist, zur Abschätzung seiner Position. Die Abschätzung kann Fuzzy-Logik in geeigneter Weise nutzen. Diese Methode ist weniger genau als die Methode in der ersten Darstellung aber ist ressourcenschonender und erfordert keine speziellen Schaltungstechnik zur Messung der Leistung empfangener Signale oder deren Ankunftszeit.
Die Abschätzung kann für jeden der Slaves die Ungenauigkeit in der Position des Slaves berücksichtigen. Der Wert dieser Ungenauigkeit wird vom Slave an den Master übertragen. Die Abschätzung kann für jeden der Slaves die Ungenauigkeit in der Entfernungsberechnung zwischen Slave und Master berücksichtigen. Der Wert dieser Ungenauigkeit wird im Master berechnet. Die Abschätzung kann für jeden Slave die Wahrscheinlichkeit berücksichtigen, dass die Speicherung der vom Slave an den Master übertragenen Position falsch/ungenau ist. Der Funk-Sender/Empfänger wird als vertrauenswürdig bewertet, die Funk-Sender/Empfänger im Drucker, in den Computern und dem Tischtelefon werden neutral bewertet und der Funk-Sender/Empfänger im tragbaren Gerät wird als nicht vertrauenswürdig bewertet.
Der Master kann dann seine neu berechnete Position zu den Slaves im Netz übertragen. Das kann einige Slaves aktivieren, ihre Position erneut anzufordern, indem sie als Master fungieren. Dadurch ist das Netz als Ganzes lernfähig/anpassungsfähig.
2 ist die Darstellung eines Netzes 20. Das Netz beinhaltet einen Master-Funk-Sender/Empfänger 30 am Knoten und Slave-Funk-Sender/Empfänger 32, 34, 36, 38 und 40 innerhalb des Umkreises 22 der physikalischen Ausdehnung des Netzes. Die Funk-Sender/Empfänger 42, 44, 46 und 48 sind nicht Teil des Netzes 20. Das Netz 20 wird dadurch bestimmt, welcher der Funk-Sender/Empfänger 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46 oder 48 als Master fungiert. Zu bevorzugen, aber nicht notwendig ist, dass jeder Funk-Sender/Empfänger mit der gleichen Leistung sendet und die physikalische Ausdehnung des Netzes durch diese Leistung bestimmt wird. Es kann abgeschätzt werden, dass im Fall des Funk-Senders/Empfängers 36 als Master der Durchmesser des Netzes durch die gepunktete Linie 24 gekennzeichnet ist und die Funk-Sender/Empfänger 38, 30, 34, 40, 42 und 44 Slaves dieses ad-hoc-Netzes sind.
3a stellt dar, wie einsprechend der ersten Ausführungsform für das Netz 20 aus 1 die Position des Masters 30 abgeschätzt werden kann, wenn die Position der Funk-Sender/Empfänger 32, 34, 36, 38 und 40 und deren Entfernung vom Master bekannt ist. Für jeden Slave-Funk-Sender/Empfänger bekannter Position sollte der Master auf dem Kreis um die Position des Slave-Funk-Sender/Empfänger liegen, der einen Radius hat, welcher der berechneten Entfernung zwischen dem Slave-Funk-Sender/Empfänger und dem Master-Funk-Sender/Empfänger gleich ist. Je größer die Anzahl genutzter Slave-Funk-Sender/Empfängern bekannter Position ist, desto größer ist die mögliche Genauigkeit der Lokalisierung des Master-Funk-Sender/Empfängers.
3b stellt dar, wie entsprechend der zweiten Ausführungsform für das Netz 20 aus 1 die Position des Masters 30 abgeschätzt werden kann, wenn die Position der Funk-Sender/Empfänger 32, 34, 36, 38 und 40 und deren maximale Entfernung vom Master bekannt sind. Im dargestellten Beispiel sendet jeder der Funk-Sender/Empfänger mit der gleichen Leistung und folglich mit gleichem Sendebereich. Das vereinfacht das Beispiel, ist aber nicht notwendig. Wichtig ist, dass der Master den maximalen Sendebereich jedes Slaves kennt. Für jeden Slave-Funk-Sender/Empfänger bekannter Position sollte der Master auf dem Kreis um die Position des Slave-Funk-Sender/Empfänger liegen, der einen Radius entsprechend dem Sendebereich dieses Funk-Sender/Empfängers hat. Je größer die Anzahl genutzter Slave-Funk-Sender/Empfänger bekannter Position ist, desto größer ist die mögliche Genauigkeit der Lokalisierung des Master-Funk-Sender/Empfängers.
4a stellt das Netz 20 zu einem späteren Zeitpunkt dar, wenn der Funk-Sender/Empfänger 30 die Positionsanforderung gestartet hat und deshalb als Master fungiert. Jedoch haben sich die Funk-Sender/Empfänger zuvor bewegt. Die Funk-Sender/Empfänger 32 und 36 sind nicht mehr innerhalb des Durchmessers 22 und damit nicht mehr Teil des Netzes 20.
4c stellt das Netz 20 zu einem späteren Zeitpunkt dar, wenn der Funk-Sender/Empfänger 30 die Positionsanforderung gestartet hat und deshalb als Master fungiert. Die im Netz 20 in 4a bestehenden Slave-Funk-Sender/Empfänger 32, 34, 36, 38 und 40 sind weiterhin vorhanden, haben sich aber innerhalb des Durchmessers 22 bewegt.
Das Netz 20 ist dynamisch und die einzelnen Funk-Sender/Empfänger sind veränderlich. Es handelt sich um ein ad-hoc-Netz, in dem jeder Funk-Sender/Empfänger als Master fungieren und ein neues Netz bilden kann, bei dem die anderen Funk-Sender/Empfänger innerhalb des Sendebereiches als Slaves fungieren.
5 stellt einen Hochfrequenz-Funk-Sender/Empfänger 100 geringer Leistung dar. Der Funk-Sender/Empfänger arbeitet vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Bluetooth-Protokoll (entsprechend dem Bluetooth-Protokoll). Ein Beispiel eines exemplarischen Hochfrequenz-Funk-Sender/Empfängers ist im Patent UK Patent-Nr. 9820859-8 beschrieben, dessen Inhalt hiermit als Referenz eingefügt/angegeben wird.
Entsprechend dem Bluetooth-Protokoll kann ein Funk-Sender/Empfänger variabel als das Netz kontrollierender oder als Slave innerhalb des Netzes arbeiten. Die Master- und Slave-Funk-Sender/Empfänger kommunizieren unter Verwendung von Datenpaketen. Die Funk-Sender/Empfänger innerhalb des Netzes arbeiten in einem zeitlich aufgeteilten Modus und Senden und Empfangen an einem Funk-Sender/Empfänger geschehen nicht gleichzeitig.
Entsprechend der Ausführungsformen der Erfindung beinhaltet der Funk-Sender/Empfänger 100 eine Antenne 102, einen Übertragungsschaltkreis 104, einen Empfangsschaltkreis 106, einen Prozessor 120, einen Speicher 140 für die Datenbasis eines ad-hoc-Netzes, einen Speicher 122, der einen Schlüssel für die einheitliche Identifizierung des Funk-Sender/Empfängers durch andere Funk-Sender/Empfänger speichert, einen Speicher 124 zur Speicherung der aktuellen Position des Funk-Senders/Empfängers, einen Speicher 126 zur Speicherung eines Positionsfehlers, welcher die Genauigkeit des in Speicher 124 gespeicherten Wertes kennzeichnet, einen Speicher 128 zur Speicherung eines Wertes, welcher die Übertragungsleistung des Funk-Sender/Empfängers widerspiegelt und ein Speicher 130, welcher einen Wert speichert, der die Vertrauenswürdigkeit des Inhaltes von Speicher 124 widerspiegelt.
Die einheitliche ID kann vom Prozessor 120 gelesen werden und wird vom Funk-Sender/Empfänger beim Senden verwendet, um die Quelle des Signals korrekt zu identifizieren.
Der in Speicher 124 gespeicherte Positionswert ist üblicherweise dreidimensional (x, y, z), wobei x, y und z passende, eventuell verschiedene Messgrößen sind, welche die Position von einem einheitlich definierten Ursprung identifizieren. Die x, y, und z-Achsen sind in 1 dargestellt. Bei einer Variante können die Werte von x und y in Metern gemessen werden und der z-Wert kann die richtige Etage in einem Gebäude darstellen. Der Positionsfehler kann drei Werte X, Y und Z haben, welche den möglichen Fehler in x, y und z darstellen oder kann ein einzelner Wert sein. Der Prozessor 120 kann schreiben nach und lesen von Speicher 124 und 126.
Vorzugsweise arbeiten alle Funk-Sender/Empfänger mit dem gleichen Leistungsniveau. Der Prozessor 120 liest den Wert aus Speicher 128, welcher de Leistung des Übertragungs-Schaltkreises 104 widerspiegelt. Der Wert in Speicher 128 kann bei bedarf über das Signal 132 angepasst werden.
Der in Speicher 130 gespeicherte Wert widerspiegelt die Wahrscheinlichkeit, dass der Funk-Sender/Empfänger bewegt wurde, seit seine Position letztmalig bestimmt wurde und damit die Wahrscheinlichkeit, dass die Werte in Speicher 124 und 126 ungenau/falsch sind. Ein fester oder permanenter Referenz-Funk-Sender/Empfänger hat einen Wert [11] (genau), ein Funk-Sender/Empfängerin einem tragbaren oder halb-permanenten Zentralrechner hat einen Wert [10] (neutral) und ein Funk-Sender/Empfänger in einem tragbaren Zentralrechner hat einen Wert [01] (ungenau). Ein Bewegungsmelder innerhalb des Zentralrechners kann zusätzlich oder alternativ zum Zurücksetzen benutzt werden, indem er das Signal 134, also den Wert aus Speicher 130, auf [00] (falsch) setzt. Der Prozessor 120 kann den Speicher 130 lesen. Der Speicher 140 speichert einen Datensatz, welcher Einträge für jeden Slave-Funk-Sender/Empfänger des ad-hoc-Netzes enthält, für die der Funk-Sender/Empfänger letzter Master war oder derzeitiger Master ist. Der Datensatz hat eine Reihe für jeden Slave-Funk-Sender/Empfänger. In der ersten und zweiten Anwendung hat jede Reihe vorzugsweise 5 Felder: Slave-ID, Slave-Position, Slave-Positions-Fehler, Slave-Bewertung und ein Schlussfeld. In der ersten Anwendung ist dieses Feld eine Entfernungsmessung zwischen Master und Slave. Das kann die erhaltene Leistungsstärke des Slaves oder eine Umrechnung dieses Wertes in eine Entfernung oder Reichweite (z.B. d < 2m; 2m < d < 4m) sein. In der zweiten Anwendung ist das letzte Feld eine Messung der maximalen Übertragungsreichweite jedes Slaves und kann konsequenterweise nicht benutzt werden, wenn alle Funk-Sender/Empfänger mit einer vordefinierten Leistung senden und deshalb einen vordefinierten Sendebereich haben.
Für eine spezielle Reihe speichern die Werte in den Feldern die Situation zum Zeitpunkt der letzten Aktivität des Netzes. Die Slave-ID ist die einheitliche ID, welche in Speicher 122 eines speziellen Slaves gespeichert ist und über das Netz an den Master gesendet wurde. Die Slave-Position und der Slave-Positions-Fehler sind die Werte, welche in Speicher 124 und 126 des jeweiligen Slaves gespeichert wurden als das Netz zum letzten Mal aktiv war und über das Netz an den Master gesendet wurden.
Als ein Beispiel ist in 2 der Inhalt der Datenbank 140 des Funk-Senders/Empfängers 30 dargestellt, wie er für einen Funk-Sender/Empfänger entsprechend der ersten Umgebung sein könnte:
Die dritte Dimension z, Z wurde nicht benutzt. In diesem Beispiel ist der Funk-Sender/Empfänger 38 ein Bluetooth-Funk-Sender/Empfänger und kann deshalb ein Netz 20 bilden, aber er hat notwendig die Funktionalität, die Positionsermittlung auszuführen oder zu unterstützen. Er wurde deshalb in Feld 1 identifiziert, während alle anderen Felder leer sind. Der Funk-Sender/Empfänger 34 ist ein Bluetooth-Funk-Sender/Empfänger mit genau der Funktionalität zur Ausführung und Unterstützung der Positionsermittlung, aber er hat seine eigene Position noch nicht angefordert. Er ist deshalb in den Feldern 1 und 4 identifiziert, die Felder zur Position sind jedoch leer.
Die Datenbank 140 wird jedes Mal vollständig neu aufgebaut, wenn der Funk-Sender/Empfänger 100 ein Netz bildet.
Obwohl als unterschiedliche Speicher 122, 124, 136, 128, 130 und 140 beschrieben, können diese als verschiedene teile in einen oder mehrere Speicher eingebaut werden.
Der Prozessor 120 bietet die Daten 108 der Übertragungsschaltungsanordnung 104 zum Senden über Antenne 102 an. Antenne 102 ist gleichzeitig mit der Empfängerschaltungsanordnung 106 verbunden, welche die erhaltenen Daten 110 dem Prozessor 120 anbietet.
Die Empfängerschaltungsanordnung 106 kann wahlweise über zusätzliche Schaltungsanordnungen (nicht dargestellt) zur Messung der Leistung eines mit Antenne 102 empfangenen Signals verfügen und stellt dem Prozessor über das Signal 112 eine Identifikation der erhaltenen Signalstärke zur Verfügung.
Erste Anwendung
Der Prozess der Positionserfassung entsprechend der ersten Anwendung wird im Folgenden detaillierter beschrieben mit Hinweis auf die 6a, 6b und 6c, welche im Netz-Master ablaufende Ereignisse beschreiben und auf 7a, 7b und 7c, welche in jedem der Netz-Slaves ablaufende Prozesse beschreiben.
Ein Funk-Sender/Empfänger bildet ein ad-hoc-Netz indem er als Master arbeitet. Während der Funktion als Master kann der Funk-Sender/Empfänger seine Position durch Aufnahme des Positions-Ermittlungs-Modus 200 bestimmen. Der Master-Funk-Sender/Empfänger fragt lokale Funk-Sender/Empfänger 202 ab, um ein ad-hoc-Netz zu bilden. Der Master-Funk-Sender/Empfänger bestimmt 204 die Anzahl M der Slave-Funk-Sender/Empfänger im Netz. Der Master-Funk-Sender/Empfänger bildet dann den Datensatz 140 für das Netz durch Ausführung einer Serie 206 von Schritten für jeden einzelnen Slave-Funk-Sender/Empfänger. Der Master-Funk-Sender/Empfänger sendet 208 ein angefordertes Signal gezielt an einen ersten Slave-Funk-Sender/Empfänger. Dann wartet der Master-Funk-Sender/Empfänger 210 auf eine Antwort vom ersten Funk-Sender/Empfänger. Das Fehlen einer Antwort zeigt an, dass der erste Slave-Funk-Sender/Empfänger nicht die erforderliche Funktionsweise hat, um die Positionsbestimmung zu unterstützen. Eine Antwort von einem ersten Slave-Funk-Sender/Empfänger, der zunächst seine eigene Position ermittelt hat, schließt folgende Felder im Datensatz ein: Slave-ID, Slave-Position, Slave-Positions-Fehler und Slave-Bewertung. Diese Information wird vom ersten Slave-Funk-Sender/Empfänger an den Master übertragen durch Aufspielen eines Paketes und Schreiben 216 zusammen mit dem berechneten Wert für die Entfernung zwischen Master und Slave auf die erste Zeile der Datenbank 140.
Eine Antwort vom ersten Slave-Funk-Sender/Empfänger, der nicht zunächst seine eigene Position ermittelt hat, enthält die Felder des Datensatzes: Slave-ID und Slave-Bewertung Diese Information wird vom ersten Slave-Funk-Sender/Empfänger an den Master übermittelt durch Aufspielen eines Pakets und Schreiben in die erste Reihe der Datenbank 140.
Wenn der Slave-Funk-Sender/Empfänger zunächst seine eigene Position ermittelt hat, dann werden die Schritte 212 und 214 ausgeführt, bevor der Datensatz geschrieben wird, um das fünfte Feld der Datenbasis, die Entfernung, zu bestimmen. In Schritt 212 wird die Leistungsstärke des eingehenden Signals vom ersten Slave-Funk-Sender/Empfänger getestet und diese wird in Schritt 214 zur Abschätzung des Abstands zwischen Master und erstem Slave benutzt. Die Leistung, mit der der erste Slave sendet, ist entweder ein Standardwert oder der Wert wird vom Slave an den Master übertragen. Ein Vergleich der empfangenen Leistung eines Signals vom ersten Slave und der Leistung des gesendeten Signals ermöglicht es, den Betrag der Abschwächung zu berechnen und die Entfernung zwischen Slave und Master abzuschätzen.
Eine Reihe des Datensatzes ist vollständig für jeden der Slaves nach Durchlaufen der Schleife 206. Wenn der Datensatz vollständig ist, wird die Schleife 206 in A verlassen.
Entsprechend 6b berechnet 220 der Master dann seine Position anhand der in Feld 2, 3 und 5 aufgezeichneten Informationen der Datenbank 140 (Slave-Position, Slave-Positions-Fehler und Abstand) und schätzt den Fehler in der Berechnung der Masterposition ab.
Wenn der Fehler ausreichend klein ist 222, dann werden die Positionswerte in den Speicher 124 und die Fehlerwerte werden in den Speicher 126 gespeichert mit den alten zwischengespeicherten Werten (wenn vorhanden) aus dem Prozessor 120.
Wenn der Fehler größer als der vorbestimmte Wert E1 ist, dann erfolgt eine gewichtete Berechnung der Masterposition auf Grundlage der in Feld 2, 3, 4 und 5 gespeicherten Informationen der Datenbank 140 (Slave-Position, Slave-Positions-Fehler, Slave-Bewertung und Entfernung). In dieser gewichteten Berechnung werden die Werte der sicheren Slaves (Bewertung = [11] doppelt bewertet und die Werte der unsicheren Slaves (Bewertung = [01]) oder der falschen Slaves (Bewertung = [00]) werden ignoriert. Die gewichtete Berechnung erzeugt eine neue Position für den Master und neue Fehlerwerte.
Wenn der Fehler ausreichend klein ist 226, dann werden die Positionswerte gespeichert in Speicher 124 und die Fehlerwerte werden in Speicher 126 gespeichert mit den alten, zwischengespeicherten Werten (wenn vorhanden) aus dem Prozessor 120.
Wenn der Fehler größer als der vorbestimmte Wert E2 ist, dann erfolgt eine Positionsberechnung 2. Ordnung. Das Netz 1. Ordnung ist jenes Netz, welches durch den aktuellen Master gebildet wird, der seine Position ermittelt, und die anderen Funk-Sender/Empfänger in dem Netz sind Slaves erster Ordnung. Ein Netz zweiter Ordnung ist eines, das gebildet wird, wenn ein Slave erster Ordnung als ein Master zweiter Ordnung arbeitet und ein Netz mit Slaves zweiter Ordnung bildet. Die zuvor beschriebenen Positionskalkulationen waren erster Ordnung insofern, dass sie nur Positionsinformationen über Slave-Funk-Sender/Empfänger erster Ordnung an das Master-Netz erster Ordnung verwendeten. Eine zusätzlich Berechnung zweiter Ordnung zur Nutzung von Positionsinformationen über Slave-Funk-Sender/Empfänger erster Ordnung an das Master-Netz erster Ordnung nutzt Informationen über Slave-Funk-Sender/Empfänger zweiter Ordnung. Die Information über die Slaves zweiter Ordnung wird in jeder der Datenbanken 140 der Slaves erster Ordnung gespeichert. Diese Information beschreibt das letzte ad-hoc-Netz, welches ein Slave nicht-erster Ordnung gebildet hat, als er zuvor ein Master zweiter Ordnung war. Der Master-Funk-Sender/Empfänger erster Ordnung fordert den Transfer der Datensätze 140 von jedem seiner Slaves.
Aus den Datenbänken 2. Ordnung bestimmt der Master die Bereiche, in welchen der Master nicht lokalisiert werden kann, weil der Master keine Slaves zweiter Ordnung als Slaves erster Ordnung identifiziert hat. Der Master benutzt dann die Information in seiner Datenbank entsprechend der Position der Slaves erster Ordnung um das Gebiet zu bestimmen, in welchem der Master lokalisiert sein könnte. Der Master nutzt die Information über Slaves zweiter Ordnung, welche von den Datenbanken der Slaves erster Ordnung zur Identifizierung der Slaves zweiter Ordnung übermittelt werden, die außerhalb des Kommunikationsbereiches mit dem Master sind und deshalb keine Slaves erster Ordnung sind. Der Masters schließt Teile dieses neu bestimmten Gebietes aus, in denen der Master nicht lokalisiert werden kann, da er außerhalb des Bereichs der identifizierten Slaves zweiter Ordnung ist. Das Ergebnis wird umgerechnet in Positionswerte mit zugehörigen Fehlerwerten. Die Positionswerte werden in Speicher 124 gespeichert und die Fehlerwerte werden in Speicher 126 gespeichert mit den alten, zwischengespeicherten Werten (wenn vorhanden) aus dem Prozessor 120.
Die Unterschiede zwischen den alten und en neuen Positionswerten werden verglichen 232 und wenn sie einen Grenzwert überschreiten, startet eine Aktualisierungsroutine 240 in B, in der die neuen Werte an den Master-Slave mitgeteilt werden, wodurch sie ihre Datenbanken 140 aktualisieren können und wenn notwendig erneut ihre Position mit dieser neuen Information anfordern können. Wenn der Positionsunterschied einen Grenzwert nicht überschreitet, dann wird der Unterschied im Fehler berechnet. Wenn dieser einen Grenzwert überschreitet, wird die Aktualisierungsroutine 240 in B gestartet. Wenn die Differenz einen Grenzwert E2 nicht überschreitet, dann wird der Positions-Anforderungs-Modus verlassen 236 und das Programm zurückgesetzt 238.
Die Aktualisierungsroutine 240 ist in 6c dargestellt. Der Master sendet ein Aktualisierungspaket an jeden der Slaves in seinem Netz. Das Paket hat einen Nutzinhalt bestehend aus ID (gelesen aus dem Master-Speicher 122), Position (gelesen aus dem Master-Speicher 124), Positionsfehler (gelesen aus dem Master-Speicher 126), Übertragungsleistung (gelesen aus dem Master-Speicher 128) und Master-Bewertung (gelesen aus dem Slave-Speicher 130).
7a, stellt den Anfrage-Antwort Vorgang dar, der in einem Slave statfindet. Wenn der Funk-Sender/Empfänger im Slave Modus 302 ist und er eine Positionsermittlungsanfrage 304 von einem Master Funk-Sender/Empfänger erhält, antwortet der Slave 306, indem er diese von seinen Speichern 122, 124, 126, 128 und 130 liest und ein Paket an den Master sendet. Das Paket hat einen Nutzinhalt bestehend aus Slave ID (gelesen aus dem Slave-Speicher 122), eine Slave-Position (gelesen aus dem Slave-Speicher 124), Slave-Positionsfehler (gelesen aus dem Slave-Speicher 126), Übertragungsleistung (gelesen aus dem Slave-Speicher 128) und Slave-Bewertung (gelesen aus dem Slave-Speicher 130).
7b stellt dar, wie ein Slave auf das Erhalten eines Aktualisierungspaketes vom Master (s. 6c) antworten kann. Wenn der Funk-Sender/Empfänger im Slave-Modus 310 ist und ein Aktualisierungspaket vom Master 312 erhält, dann speichert er den Inhalt der Information in seinem Prozessor 120 zwischen. Der Prozessor 120 prüft dann die Datenbank 140 des Slaves, um zu bestimmen, ob dort bereits eine Abzeichnung für einen Funk-Sender/Empfänger mit der gleichen ID vorhanden ist. Wenn eine solche Aufzeichnung nicht existiert, dann beginnt der Slave den Positions-Anforderungs-Modus 320, welcher in Zusammenhang mit 6a, 6b und 6c beschrieben wurde. Wenn bereits eine Aufzeichnung existiert, dann werden die Abstände zwischen der alten Position des Funk-Senders/Empfängers und der neuen Position verglichen. Wenn sie um mehr als einen Grenzwert voneinander abweichen, dann wird der Positions-Anforderungs-Modus in 320 gestartet. Wenn sie um weniger als der Grenzwert voneinander abweichen, dann werden die Differenzen in den Fehlerwerten für die neue Aufzeichnung mit der alten Aufzeichnung verglichen. Wenn die Abweichung einen Grenzwert überschreitet, dann wird der Position-Anforderungs-Modus gestartet, falls der Slave nicht zu seinem Ruhezustand zurückgeht.
7c stellt dar, wie ein Slave-Funk-Sender/Empfänger auf eine Positionsanforderung zweiter Ordnung antwortet. Der Slave sendet den Inhalt seiner Datenbank 140 an den Master.
Zweite Ausführungsform
Der Vorgang der Positionsanforderung durch den Master, welcher zuvor in Zusammenhang mit 6a, 6b und 6c entsprechend der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, ist für die zweite Ausführungsform entsprechend. Die Unterschiede sind:
Nach Schritt 210 und vor Schritt 216 ist ein einzelner Schritt, in welchem der Master den maximalen Kommunikationsbereich der N Slaves bestimmt, welcher danach im fünften Feld der Datenbank in Schritt 216 gespeichert wird;
Der Schritt der Berechnung der neuen Position des Masters mit dem Fehler 220 ist wie zuvor in Zusammenhang mit 3b beschrieben unter Verwendung der in Feld 2, 3 und 5 aufgezeichneten Information der Datenbank 140 (Slave-Position, Slave-Positions-Fehler und maximaler Sendebereich).
Der Vorgang aus Anforderung und Antwort, welcher in einem Slave entsprechend der zweiten Ausführungsform erfolgt, ist der gleiche wie in Zusammenhang mit 7a, 7b und 7c. Wenn der Slave mit konstanter Leistung sendet (und deshalb einen konstanten Sendebereich hat), dann überträgt der Slave ein Paket an den Master.
Das Paket enthält eine Zusatzinformation: Slave-ID (gelesen aus dem Slave-Speicher 122), Slave-Position (gelesen aus dem Slave-Speicher 124), Slave-Positions-Fehler (gelesen aus dem Slave-Speicher 126) und Slave-Bewertung (gelesen aus dem Slave-Speicher 130).
Wenn der Slave mit unterschiedlichen Leistungsniveaus sendet, dann muss jede Zusatzinformation zusätzlich die Sendeleistung (gelesen aus dem Slave-Speicher 128) enthalten. Diese Angabe des Sende-Leistungs-Niveaus ist auch eine Angabe über seinen Sendebereich.
Aus der vorhergehenden Beschreibung kann abgeschätzt werden, dass ein Funk-Sender/Empfänger, welcher seine Position anfordert, das durch Kommunikation mit benachbarten Funk-Sendern/Empfänger kann. Ein Funk-Sender/Empfänger kann als Antwort auf einen Abbruch in den Positions-Anforderungs-Modus gehen. Dieser Abbruch kann durch einen Nutzer manuell erzeugt werden durch eine Benutzer-Schnittstelle oder durch eine Uhr innerhalb des Funk-Senders/Empfängers. Beispielsweise können solche Unterbrechungen durch eine Uhr regelmäßig aller 30 Minuten erzeugt werden. Die Dauer zwischen den Unterbrechungen kann programmierbar sein. Ein Abbruch kann wahlweise erzeugt werden, wenn ein Funk-Sender/Empfänger durch einen neuen, lokalen Funk-Sender/Empfänger abgefragt wird oder wenn der Funk-Sender/Empfänger einen neuen, lokalen Funk-Sender/Empfänger abfragt. Ein Funk-Sender/Empfänger startet auch in Schritt 320 in 7b den Positions-Anforderungs-Modus.
Das Netz kann eingerichtet und/oder kalibriert werden durch Verwendung eines tragbaren Funk-Senders/Empfängers, der auch andere Positionierungstechnologie enthält. Diese Positionierungstechnologie kann eine GPS-Schaltung sein, welche die Position des Gerätes in globalen Koordinaten angibt. Eine weniger vorteilhafte Positionierungstechnologie kann eine Mobil-Telefon-Schaltung für den Einsatz in einem netzförmigen Netz fester hochfrequenzbasierter Stationen sein, und für die die Abschätzung ihrer Entfernung von den lokalen, festen Basisstationen zur Abschätzung der Position angepasst wurde. Solch ein gerät kann als ein Referenzgerät bewertet werden und wird lokale Funk-Sender/Empfänger durch Liefern von Informationen über seine Position einrichten. Das Referenzgerät beginnt den Positions-Anforderungs-Modus wie in 6a dargestellt. In Schritt 220 verwendet es seine Positionierungs-Technologie zur Berechnung der neuen Position und springt dann zu Schritt 230. Ähnlich verwendet es seine Positionierungstechnologie zur Berechnung seiner Position und benutzt diese Position in seiner Antwort an den Master, wenn das Referenzgerät in Schritt 306 an den Master antwortet. Das Referenzgerät braucht nicht in einer speziellen Netzzone zu verbleiben, sondern kann durch mehrere Netzzonen ziehen und diese kalibrieren. Für ein ad-hoc-Netz ist es nicht notwendig, über Referenz-Funk-Sender/Empfänger zu verfügen.
Eine alternative zweite Ausführungsform
In der alternativen zweiten Ausführungsform wird die Position jedes Slaves als Wahrscheinlichkeitsfunktion an den Master übertragen. Der Master schätzt oder leitet eine Wahrscheinlichkeitsfunktion ab, die die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung vom Slave an den Master darstellt. Der Master verwendet die mutmaßliche Position von jedem der Slaves und die Wahrscheinlichkeitsfunktion, welche die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung darstellt, zur Abschätzung seiner Position.
Die beschriebene Datenbank erfordert einige Modifikationen um diese alternative Ausführungsform zu ermöglichen. Die Slave Position und der Slave-Positions-Fehler können die mittlere arithmetische und die Standardabweichung sein, wenn die mutmaßliche Position als Normalverteilung dargestellt werden kann, ansonsten müssen sie durch eine Wahrscheinlichkeitsfunktion ersetzt werden, die die Slave-Position darstellt. Das Endfeld wird zur Aufzeichnung der Wahrscheinlichkeitsfunktion benutzt, welche die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung darstellt, wenn diese von Slave zu Slave variiert.
8 stellt einen Funk-Sender/Empfanger Ti dar, welcher fähig ist, ein ad-hoc-Netz 2 über Funkkommunikation mit den Funk-Sendenr/Empfängenr Tj zu bilden. Das Netz kann durch Ti gebildet werden, wenn dieser als Master fungiert mit den Funk-Sendern/Empfängern Tj als Slaves. Vorzugsweise sind die Funk-Sender/Empfänger Bluetooth-Geräte und das Netz ist ein Kleinstnetz. Wenn der Funk-Sender/Empfänger Ti seine Position anfordert, bildet dieser ein Netz mit den benachbarten Funk-Sendern/Empfängern Tj, welche ihre Position bereits angefordert haben. Der Kommunikationsbereich des Funk-Senders/-Empfängers ist durch den Kreis 4 dargestellt. Eine Anzahl von Funk-Sendern/Empfängern Tj sind außerhalb des Bereichs 4 und können nicht am Netz 2 teilnehmen.
Der Funk-Sender/Empfänger Ti kann, wenn er seine Position angefordert hat, als Slave in einem anderen Netz, das von einem anderen Funk-Sender/Empfänger zur Anforderung seiner Position gebildet wird, teilnehmen. Alle Funk-Sender/Empfänger T sind gleich. Jeder fungiert als Master ur Bildung eines Netzes mit Slave-Funk-Sendern/Empfängern zur Anforderung seiner Position und kann dann als Slave in einem anderen Netz teilnehmen, das ein anderer Funk-Sender/Empfänger zur Anforderung seiner Position gebildet wird. Die Funk-Sender/Empfänger T sind nicht keine Informationsstruktur. Sie sind vorzugsweise in Zentralgeräte integriert, wie Mobiltelefone, Tischtelefone, Computer usw.. Die Funk-Sender/Empfänger, welche für die Teilnahme im Netz zur Verfügung stehen, können sich deshalb in Funk-Sender/Empfänger innerhalb und außerhalb des Sendebereiches des Master-Funk-Senders/Empfängers unterscheiden.
Entsprechend zu 8 versucht der Funk-Sender/Empfänger Ti seine Position zu bestimmen. Er bildet ein Netz mit N Funk-Sendern/Empfängern Tj mit j = 1, 2, 3, ... N.
Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Funk-Sender/Empfänger erfolgreich zum Funk-Sender/Empfänger Ti übertragen kann, wenn er durch eine Distanz y von diesem getrennt ist, ist gegeben durch prob_{TransSuccessfull ji}[y]. Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die Wahrscheinlichkeit darstellt, dass ein Funk-Senders/Empfängers j erfolgreich an den Funk-Sender/Empfänger Ti übertragen kann, ist gegeben durch
Wenn alle Funk-Sender/Empfänger TJ gleich sind, dann kann prob_{TransSuccessfull
ji}[y] durch prob_{TransSuccessfull}[y] ersetzt werden, das die Wahrscheinlichkeit darstellt, dass irgend einer der Funk-Sender/Empfänger Tj erfolgreich an den Funk-Sender/Empfänger Ti übertragen kann, wenn er durch den Abstand y getrennt ist. Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die Wahrscheinlichkeit darstellt, dass ein Funk-Sender/Empfänger j erfolgreich an irgendeinen Funk-Sender/Empfänger Ti übertragen kann, ist durch pdf_{TransSuccessfull ji}[y].mit
gegeben.
10 stellt eine exemplarische Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion dar, welche die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung zwischen einem Sender und einem Empfänger Ti darstellt, wenn der Abstand zwischen Sender und Empfänger variiert. Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion kann eine Näherung sein, welche gewählt wird, um nachfolgende Berechnungen zu vereinfachen. Die dargestellte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ist eine Näherung zur Vereinfachung nachfolgender Berechnungen. Diese nimmt an, dass innerhalb eines bestimmten Bereiches des Senders die Wahrscheinlichkeit des Empfangs gut und konstant ist, aber bei einer bestimmten Grenzentfernung vom Sender die Wahrscheinlichkeit des Empfangs proportional mit der Entfernung vom Grenzwert abnimmt.
Die Funk-Sender/Empfänger T sind vorzugsweise in drei Dimensionen in Bezug auf drei orthogonale lineare Achsen positioniert. Obwohl das nicht notwendig ist, bietet es Vorteile, da die Positionierung eines Funk-Senders/Empfängers in Bezug auf eine der Achsen unabhängig von der Positionierung in Bezug auf die beiden anderen Achsen ist. Der Funk-Sender/Empfänger wird deshalb in drei Dimensionen positioniert, indem er separat in Bezug auf jede Achse positioniert wird. In der folgenden Beschreibung wird die Positionierung eines Funk-Sender/Empfängers Ti in Bezug auf eine Achse beschrieben. Entsprechende Prozeduren werden für die verbleibenden Achsen ausgeführt.
Jeder Funk-Sender/Empfänger ist unter Verwendung einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion in Bezug auf die lineare Achse positioniert. Der Funk-Sender/Empfänger Tj ist in Bezug auf die linearen Achsen mit pdf_j[z] positioniert, wobei das Argument eine Position des Funk-Senders/Empfängers Tj von einem für den Funk-Sender/Empfänger üblichen Ursprung darstellt. Die Funktion pdf_j[z] variiert, wenn das Argument variiert, welches einen Maximalwert an der Stelle hat, welche der Funk- Sender/Empfänger höchstwahrscheinlich erreicht. Der Funk-Sender/Empfänger Ti erhält seine Position der Berechnung einer Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion pdf_i[z] für sich selbst.
11 stellt eine exemplarische Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion pdf_i[z] dar, welche die wahrscheinliche Position eines Funk-Senders/Empfängers auf der x-Achse darstellt, wobei z einen Abstand entlang der x-Achse darstellt.
Wenn der Funk-Sender/Empfänger Ti seine Position anfordert, erhält er pdf_i[z] von jedem der N Funk-Sender/Empfänger Tj mit j = 1, 2, 3 ... N. Das heißt, er erhält pdf₁[z] von T1, pdf₂[z] von T2, pdf₃[z] von T3 usw.
Wenn alle Funk-Sender/Empfänger Tj gleich sind, besteht keine Notwendigkeit für jeden der Sender j, prob_{TransSuccessfull ji}[y] zu senden. Die Werte von prob_{TransSuccessfull}[y] können in Ti gespeichert werden. Wenn jedoch die Funk-Sender/Empfänger Zj unterschiedliche Übertragungscharakteristiken wie z.B. unterschiedliche Übertragungsleistungsniveaus haben, dann kann es für jeden der Funk-Sender/Empfänger Tj empfehlenswert sein, prob_{TransSuccessfull ji}[y] an den Funk-Sender/Empfänger Ti zu übertragen.
Auf der Basis dieser Informationen kann der Funk-Sender/Empfänger Ti seine Position entsprechend einer Berechnung erster Ordnung berechnen. Diese Berechnung erster Ordnung berücksichtigt die Funk-Sender/Empfänger Tj, mit denen der Funk-Sender/Empfänger direkt kommunizieren kann. Die Berechnung bestimmt, wo der der Funk-Sender/Empfänger Ti sein könnte, da er mit den Funk-Sendern/Empfängern Tj kommunizieren kann.
Der Funk-Sender/Empfänger Ti kann seine Positionsdichtefunktion pdf_i[z] berechnen, welche alle Funk-Sender/Empfänger berücksichtigt durch Kombination der gemittelten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen pdf_ij[y], die berechnet wird, das der einzelne Funk-Sender/Empfänger Tj mit Ti kommunizieren kann, für alle j.
Die gemittelten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen pdf_ij[y], welche berechnet werden, da die einzelnen Funk-Sender/Empfänger Tj mit Ti kommunizieren können, sind gegeben durch
Das kann mathematisch umgeformt werden zu:
Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die Position des Funk-Senders/Empfängers darstellt, ist deshalb gegeben durch die Faltung der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die Position des Funk-Senders/Empfängers Tj mit der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion darstellt, welche die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung vom Sender an den Empfänger darstellt.
Der Funk-Sender/Empfänger Ti kann seine Positionsdichtefunktion pdf_i[z] berechnen, welche alle Funk-Sender/Empfänger Tj durch Kombination der gemittelten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen pdf_ij[y] berücksichtigt, die wie folgt berechnet werden, da die einzelnen Funk-Sender/Empfänger Tj mit Ti kommunizieren können:
wobei α_j ein Parameter ist, der die Vertrauenswürdigkeit des Funk-Senders/Empfängers Tj darstellt. Beispielsweise wird er für einen Funk-Sender/Empfänger Tj als Referenzstation einen hohen Wert haben, wohingegen er für einen sehr tragbaren Funk- Sender/Empfänger Tj einen niedrigen Wert haben wird. Es kann abgeschätzt werden, das die Werte α_j vom Funk-Sender/Empfänger Tj and den Funk-Sender/Empfänger Ti übertragen (obwohl eine Renormalisierung erforderlich ist, so dass Σαj = 1 ist) oder die Werte von α_j können durch Ti berechnet werden auf der Basis der Informationen, die von den Funk-Sendern/Empfängern empfangen wurden wie auch andere Indikatoren von deren Vertrauenswürdigkeit.
Die Nutzung der Vertrauenswürdigkeit in der Berechnung kann durch setzen von α_j = 1 für alle j deaktiviert werden.
Die obige Berechnung von pdf_i[z] bestimmt effektiv den renormalisierten Überlapp der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen pdf_ij[z] (unter Berücksichtigung ihrer Vertrauenswürdigkeit, wenn erforderlich) für alle j. Ein Problem entsteht jedoch, wenn die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen pdf_ij[z] nicht überlappen.
Eine bevorzugte Methode der Kombination der gemittelten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen pdf_ij[y] berücksichtigt, dass die gemittelte Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen pdf_ij[z] nicht alle überlappen können. Die Methode kombiniert die gemittelten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen paarweise. Wenn das Paar von Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen, welche kombiniert werden, überlappt, dann berechnet die Methode den renormalisierten Überlapp der beiden gemittelten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen. Wenn jedoch das Paar kombinierter Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen nicht überlappt, dann berechnet die Methode eine gewichtete Summe der beiden Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen.
Eine Art der Durchführung der bevorzugten Methode wird nun beschrieben. In dieser bevorzugten Methode kann der Funk-Sender/Empfänger Ti keine aktuelle Position haben oder eine abgelaufene Position, bevor er seine neue Position angefordert hat. Wenn die aktuelle Position abgelaufen ist, wird die Variable pdfi_(old)[y] mit dem aktuell abgelaufenen Wert von pdf_i[y] gleichgesetzt. Wenn keine aktuelle Position verfügbar ist, dann wird die Variable pdfi_(old)[y] auf 0 gesetzt. Eine temporäre Variable pdf_{i Temp.j}[y] zur Benutzung in der Berechnung bestimmt. Dieser wird zunächst auf j = 0 gesetzt entsprechend pdfi_(old)[y]. Die temporäre Variable pdf_{i Temp.1}[y] wird paarweise mit pdf_i.j[y] kombiniert, beginnend mit der paarweisen Kombination der Variablen pdf_{i Temp.0}[y] mit pdf_i1[y] zur Erzeugung von pdf_{i Temp.1}[y], dann der paarweisen Kombination von pdf_{i Temp.1}[y] mit pdf_i2[y] zur Erzeugung von pdf_{i Temp.2}[y] usw. endend mit der paarweisen Kombination von pdf_{i TempN-1}[y] mit pdf_iN[y] zur Erzeugung von pdf_{i Temp.N}[y] welches die Position von Ti(pdf_i[y]) ist, wobei nur die Funk-Sender/Empfänger Tj mit j = 1, 2, 3 ... N erster Ordnung berücksichtigt werden.
Die Methode kann wie folgt verschlüsselt werden:
So weit stellen die Werte vom pdf_i[y] die Position des Funk-Senders/Empfängers Ti unter Berücksichtigung nur der Funk-Sender/Empfänger Tj {j = 1, 2, ... N} dar, welche direkt mit dem Funk-Sender/Empfänger Ti kommunizieren können. Jeder der Funk-Sender/Empfänger Tj kann direkt mit Funk-Sender/Empfängern kommunizieren, mit denen der Funk-Sender/Empfänger Ti nicht direkt kommunizieren kann. Solche Funk-Sender/Empfänger sind Funk-Sender/Empfänger zweiter Ordnung, da der Funk-Sender/Empfänger, welcher seine Position anfordert, mit diesen nicht direkt kommunizieren kann, aber Informationen über diese von den Funk-Sendern/Empfängern erhalten kann, mit den er kommunizieren kann. Informationen über die Funk-Sender/Empfänger zweiter Ordnung können für eine zsätzliche Verbesserung von pdf_i[y] genutzt werden, so dass nicht nur angegeben werden kann, wo der Funk-Sender/Empfänger Ti sein kann, weil er direkt mit den Funk-Sendern/Empfängern Tj kommunizieren kann, sondern auch, wo er nicht sein kann, weil er nicht mit den Funk-Sendern/Empfängern zweiter Ordnung kommunizieren kann.
Jeder der Funk-Sender/Empfänger zweiter Ordnung sei durch Tk bezeichnet, wobei k ≠ j und k ≠ i, k = 1, 2 ... M sei.
In der obigen Verschlüsselung folgt direkt nach der Schleife und vor dem „Endergebnis" die Verschlüsselung:
Für den Funk-Sender/Empfänger ist es notwendig, die Werte von pdf_k[y] über die Funk-Sender/Empfänger erster Ordnung zu erhalten, welche mit den Funk-Sendern/Empfängern zweiter Ordnung in Kommunikation stehen.
Ebenso sollte prob_{TransSuccessfull.ki}[y] an Ti über die Funk-sender/Empfänger erster Ordnung Tj an Ti übertragen werden. Wenn jedoch alle Funk-Sender/Empfänger zweiter Ordnung gleich sind, dann ist prob_{TransSuccessfull.ki}[y] konstant und kann gespeichert werden. Entsprechend zu einer ersten Ausführungsform wird der geschätzte Wert prob_{TransSuccessfull}[y], welcher in den Berechnungen erster Ordnung benutzt wurde, auch in den Berechnungen zweiter Ordnung benutzt.
Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche eine Position des Funk-Senders/Empfängers darstellt, weist normalerweise eine Gleichverteilung wie in 3 dargestellt auf. Verbesserungen können durch die Annahme erreicht werden, dass die pdfs eine Normalverteilung aufweisen. Die vollständige Information, welche zur Definition einer Normalverteilung erforderlich ist, ist die arithmetische Mittel- und die Standardabweichung. Konsequenterweise kann die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, welche die Position des Funk-Senders/Empfängers darstellt, übertragen werden durch Nutzung von nur zwei Parametern- der arithmetischen Mittel- und der Standardabweichung.
12 stellt einen Funk-Sender/Empfänger dar, der zur Ausführung der Erfindung verwendbar ist. Er enthält eine Sendeschaltungsanordnung, eine Empfängerschaltungsanordnung, einen Prozessor und einen Speicher. Der Speicher speichert den oben beschriebenen Algorithmus. Der Prozessor führt den Algorithmus aus. Die Parameter, welche als Eingabe für den Algorithmus verwendet werden, werden im Speicher gespeichert und das Ergebnis des Algorithmus, die Position des Funk-Senders/Empfängers, wird ebenfalls im Speicher gespeichert. Wenn der Funk-Sender/Empfänger als ein Empfänger arbeitet, um seine Position anzufordern, dann erhält er die Parameter, welche er für den Algorithmus von den Funk-Sendern/Empfängern anfordert, mit denen der kommuniziert, und speichert diese im Speicher. Wenn der Funk-Sender/Empfänger als ein Sender arbeitet, dann ist er so betreibbar, dass er seine gespeicherte Position zum empfangenden Funk-Sender/Empfänger durch Nutzung seiner Sendeschaltungsanordnung überträgt. Der Algorithmus kann für den Transfer zu einem Funk-Sender/Empfänger, indem ein Datenträger wie beispielsweise eine CD-ROM oder eine Floppy-Disc verwendet wird.
Die hierbei zuvor beschriebenen Funk-Sender/Empfänger können in geeigneter Weise in Mobiltelefone integriert werden und das Mobiltelefon kann zur Kommunikation der vom Telefon angeforderten Position über die Funkschnittstelle benutzt werden zur Verwendung innerhalb des Netzes wie die Bereitstellung von wertsteigernden Zusatzleistungen oder anderweitig/ähnlich.
Wenn der Funk-Sender/Empfänger als ein Master fungiert, dann können einige Eingaben durch den Benutzer erforderlich sein, um diesen bei der Anforderung einer Position, wie beispielsweise die Auswahl zwischen zwei oder mehreren uneindeutigen Positionen.

Claims

Funk-Sender/Empfänger zur Verwendung in einer variablen, mehrere Funk-Sender/Empfänger umfassenden Anordnung, der so betreibbar ist, dass er: mit Benachbarten der mehreren Sender/Empfänger ein drahtloses Netz bildet und dieses Netz steuert; seine Position durch Verarbeiten positionsbezogener Nachrichten, die von den benachbarten Sender/Empfängern in dem Netz empfangen werden, berechnet, wenn er das Netz steuert; in einem Netz enthalten ist, das durch einen Benachbarten der mehreren Sender/Empfänger gesteuert wird; und an den benachbarten, steuernden Funk-Sender/Empfänger wenigstens eine positionsbezogene Nachricht sendet, wenn er in einem durch den benachbarten steuernden Funk-Sender/Empfänger gesteuerten Netz enthalten ist.
Funk-Sender/Empfänger nach Anspruch 1, bei dem jede positionsbezogene Nachricht ein vorgegebenes Format und einen Inhalt aufweist, der von der Position des Funk-Sender/Empfängers abhängt, von dem sie gesendet wird, mit: einem Speicher; einer Empfängerschaltungsanordnung, die dann, wenn der Funk-Sender/Empfänger das Netz steuert, so betreibbar ist, dass sie eine positionsbezogene Nachricht von jedem der in dem Netz enthaltenen benachbarten Sender/Empfänger empfängt; Verarbeitungsmitteln, die so betreibbar sind, dass sie aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten Lokalisierungsdaten bestimmen, die die Position des Funk-Sender/Empfängers identifizieren, und die bestimmten Lokalisierungsdaten in dem Speicher speichern; und einer Senderschaltungsanordnung, die dann, wenn der Funk-Sender/Empfänger in einem Netz enthalten ist, an den benachbarten steuernden Funk-Sender/Empfänger wenigstens eine positionsbezogene Nachricht sendet, die das vorgegebene Format und einen Inhalt besitzt, der von den in dem Speicher gespeicherten bestimmten Lokalisierungsdaten des Funk-Sender/Empfängers abhängt.
Funk-Sender/Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, bei dem jede positionsbezogene Nachricht eine Angabe der Position des Funk-Sender/Empfängers, von dem sie gesendet wird, enthält.
Funk-Sender/Empfänger nach Anspruch 3, bei dem jede positionsbezogene Nachricht außerdem eine Angabe des Positionsfehlers enthält.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, der so beschaffen ist, dass er eine Angabe der Vertrauenswürdigkeit in Bezug auf die wahrscheinliche Genauigkeit der positionsbezogenen Nachrichten, die er sendet, wenn er in einem Netz enthalten ist, speichert.
Funk-Sender/Empfanger nach Anspruch 5, bei dem die Angabe der Vertrauenswürdigkeit den Funk-Sender/Empfänger als tragbar identifiziert.
Funk-Sender/Empfänger nach Anspruch 5, bei dem die Angabe der Vertrauenswürdigkeit den Funk-Sender/Empfänger als einen Referenztyp, der eine zuverlässige Position hat, identifiziert.
Funk-Sender/Empfänger nach einem der Anspruche 5 bis 7, bei dem die positionsbezogene Nachricht, die von dem Sender/Empfänger gesendet wird, die Angabe der Vertrauenswürdigkeit enthält.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, der so beschaffen ist, dass er Identifizierungsdaten, die den Funk-Sender/Empfänger eindeutig identifizieren, speichert, wobei die von dem Sender/Empfänger gesendeten positionsbezogenen Nachrichten die Identifizierungsdaten enthalten.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die positionsbezogene Nachricht eine Angabe der Leistung enthält, mit der die positionsbezogene Nachricht gesendet wird, oder eine Angabe des Sendebereichs des Sender/Empfängers enthält.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Berechnung der Position aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten eine Berechnung erster Ordnung umfasst, die auf den Positionen der benachbarten Funk-Sender/Empfänger basiert, wovon jeder ein Funk- Sender/Empfänger ist, der durch Senden und Empfangen direkt mit dem einen Funk-Sender/ Empfänger kommunizieren kann.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Berechnung der Position aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten eine Berechnung zweiter Ordnung umfasst, die Berechnungen anhand der Positionen nicht Benachbarter der mehreren Funk-Sender/Empfänger enthält, wovon jeder durch Senden und Empfangen mit wenigstens einem der benachbarten Sender/Empfänger direkt kommunizieren kann, jedoch mit dem einen Funk-Sender/Empfänger nicht direkt kommunizieren kann.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Berechnung der Position aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten Berechnungen enthält, die auf den Positionen des maximalen Kommunikationsbereichs jedes der ersten Mehrzahl benachbarter Sender/Empfänger basieren.
Funk-Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Berechnung der Position aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten Berechnungen umfasst, die auf den Positionen und dem geschätzten Abstand zu dem Funk-Sender/Empfänger für jeden der ersten Mehrzahl benachbarter Sender/Empfänger basieren.
Funk-Sender/Empfänger nach Anspruch 14, ferner mit einer Leistungserfassungsschaltungsanordnung, die die Leistung eines empfangenen Signals erfasst, und Schätzmitteln, die aus der erfassten Leistung eines empfangenen Signals den Abstand zu dem einen der ersten Mehrzahl benachbarter Sender/Empfänger, der das Signal gesendet hat, schätzen.
Funk-Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Berechnung der Position aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten die Faltung der Wahscheinlichkeitsdichtefunktionen, die die Position der benachbarten Sender/Empfänger darstellen und in den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten enthalten sind, mit Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen, die die Wahrscheinlichkeit repräsentieren, dass eine Übertragung von dem benachbarten sendenden Sender/Empfänger bei dem Funk-Sender/Empfänger erfolgreich empfangen wird, umfasst.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Berechnung der Position aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten Berechnungen umfasst, die von der Vertrauenswürdigkeit wenigstens eines der benachbarten Sender/Empfänger abhängen.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Berechnung der Position aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten gewichtete Berechnungen umfasst, die von der Vertrauenswürdigkeit der benachbarten Sender/Empfänger abhängen.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, der so beschaffen ist, dass er eine Anforderung an jeden der benachbarten Sender/Empfänger sendet.
Funk-Sender/ Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, der so beschaffen ist, dass er in Reaktion auf eine empfangene Anforderung die positionsbezogene Nachricht an den Sender/Empfänger, der die Anforderung ausgegeben hat, sendet.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner mit Steuermitteln, die den Sender/Empfänger so steuern, dass er als Master arbeitet und mit den als Slaves arbeitenden benachbarten Sender/Empfängern ein drahtloses Netz bildet.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, ferner mit Steuermitteln, die den Sender/Empfänger so steuern, dass er als ein Slave arbeitet, der in einem drahtlosen Netz enthalten ist.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, der in Übereinstimmung mit dem Bluetooth-Protokoll für drahtlose Kommunikation arbeitet.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, der Steuermittel umfasst, die den Sender/Empfänger dazu veranlassen, in eine Positionserfassungsbetriebsart einzutreten, in der: der Sender/Empfänger Anforderungen an jeden der ersten Mehrzahl be nachbarter Sender/Empfänger sendet; der Sender/Empfänger in Reaktion auf eine positionsbezogene Nachricht von jedem der ersten Mehrzahl benachbarter Sender/Empfänger eine Antwort empfängt; und der Sender/Empfänger die positionsbezogenen Nachrichten verarbeitet, um seinen Ort zu schätzen.
Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, der so beschaffen ist, dass er jeden der ersten Mehrzahl von Sender/Empfängern nach der Berechnung seiner Position über seine neu berechnete Position informiert.
Funk-Sender/Empfänger nach Anspruch 25, bei dem die Übertragung an jeden der ersten Mehrzahl von Sender/Empfangern, um diese über die neu berechnete Position zu informieren, davon abhängt, ob sich die neu berechnete Position von der vorher berechneten Position wesentlich unterscheidet.
Chip-Satz für Funk-Sender/Empfänger nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Chip-Satz Verarbeitungsmittel, die so betreibbar sind, dass sie Lokalisierungsdaten bestimmen, die den Ort des Funk-Sender/Empfängers identifizieren, und Steuermittel, die die Senderschaltungsanordnung so steuern, dass diese in Abhängigkeit von den Lokalisierungsdaten eine oder mehrere Nachrichten sendet, bereitstellt.
Verfahren, durch das ein erster Funk-Sender/ Empfänger, der seine Position nicht erfasst hat, seine Position durch Bilden eines ad-hoc-Funkkommunikationsnetzes mit mehreren benachbarten Funk-Sender/ Empfängern, die ihre Position bereits erfasst haben und die den Funk-Sender/Empfänger bei seiner Positionserfassung unterstützen, erfassen kann, wobei der erste Funk-Sender/Empfänger, nachdem er seine Position erfasst hat, dadurch in der Lage ist, als Teil eines ad-hoc-Funkkommunikationsnetzes einen zweiten Funk-Sender/Empfänger, der seine Position nicht erfasst hat, bei der Erfassung seiner Position zu unterstützen, umfassend die folgenden Schritte: der Funk-Sender/Empfänger, der seine Position nicht erfasst hat, bildet ein drahtloses Netz; die Funk-Sender/Empfänger, die in dem Netz enthalten sind und ihre Positionen erfasst haben, senden positionsbezogene Nachrichten an den Funk- Sender/Empfänger, der seine Position nicht erfasst hat; der Funk-Sender/Empfänger, der seine Position erfasst, empfängt die gesendeten positionsbezogenen Nachrichten und erfasst seine Position durch Berechnen aus den empfangenen positionsbezogenen Nachrichten.
Ad-hoc-Funknetz, das mehrere Funk-Sender/Empfänger umfasst, die wenigstens einen beweglichen Funk-Sender/Empfänger enthalten, wobei jeder der mehreren Funk-Sender/Empfanger so betreibbar ist, dass er: mit einem Benachbarten der mehreren Sender/Empfänger ein drahtloses Netz bildet und dieses Netz steuert; seine Position durch Verarbeiten positionsbezogener Nachrichten, die von den benachbarten Sender/Empfängern im Netz empfangen werden, berechnet, wenn er ein Netz steuert; in einem Netz enthalten ist, das durch einen Benachbarten der mehreren Funk-Sender/Empfänger gesteuert wird; und an den benachbarten steuernden Funk-Sender/Empfänger wenigstens eine positionsbezogene Nachricht sendet, wenn er in einem durch den benachbarten steuernden Funk-Sender/Empfänger gesteuerten Netz enthalten ist.