專(zhuān)利名稱(chēng)：基于wlan的rtls中的改進(jìn)房間分隔及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)，更具體地說(shuō)，涉及以高可 靠性和精度在指定時(shí)間提供物品的實(shí)時(shí)位置和該物品所位于的確切房間 的WLAN定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在安裝有實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的許多場(chǎng)所中，重要的是，不僅高可靠性地 在指定時(shí)間獲知物品的實(shí)時(shí)位置，而且獲知該物品所位于的確切房間號(hào)。 在被分成許多小房間的諸如醫(yī)院建筑物的大建筑物的樓層區(qū)域中尤其需 要這種實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。
典型的基于WLAN的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)(RTLS)利用無(wú)線(xiàn)電波信號(hào)， 以便計(jì)算設(shè)備位置。這典型地進(jìn)行對(duì)標(biāo)簽發(fā)送的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的RSSI (遠(yuǎn) 程信號(hào)強(qiáng)度指示)測(cè)量或TOA (抵達(dá)時(shí)間)測(cè)量。該信號(hào)被處于不同位 置中的幾個(gè)位置接收器或接入點(diǎn)接收，并且執(zhí)行特定幾何和數(shù)學(xué)算法， 以計(jì)算設(shè)備的位置。這些系統(tǒng)和方法的更詳細(xì)描述可以在上述專(zhuān)利申請(qǐng) 中找到。
即使這種系統(tǒng)現(xiàn)今可以達(dá)到高定位精度(小于1 m-2m)，該系統(tǒng)也 具有提供獲知確切房間位置/號(hào)的最佳解決方案的問(wèn)題。這種特征被稱(chēng)為 "房間分隔"。因此，位于一個(gè)房間中的物品可以錯(cuò)誤地呈現(xiàn)在墻的另一 側(cè)，即，在相鄰房間中。這是因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)電信號(hào)可以穿過(guò)墻并且系統(tǒng)有時(shí) 對(duì)墻的存在不"敏感"的事實(shí)而發(fā)生的。
針對(duì)房間分隔的主要挑戰(zhàn)如下(1)提供幾乎100°/。的房間分隔，以 非常低的將物品定位在錯(cuò)誤房間中的概率告訴用戶(hù)物品的確切房間位 置，(2)保持定位能力和基于WLAN的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的其它優(yōu)點(diǎn)，如戶(hù) 外定位、遙測(cè)等，以及(3)以最小的單房間附加成本實(shí)現(xiàn)上述目的。針對(duì)"房間分隔"問(wèn)題的典型解決方案是使用低頻無(wú)線(xiàn)電通信低 頻發(fā)送器(有時(shí)稱(chēng)為激勵(lì)器)定期發(fā)送包括房間號(hào)信息的信標(biāo)信號(hào)。標(biāo) 簽被該低頻發(fā)送觸發(fā)，喚醒并發(fā)送向該系統(tǒng)報(bào)告激勵(lì)器ID和/或房間號(hào)的
WLAN消息。該激勵(lì)器位于房間的入口處，以使它觸發(fā)進(jìn)入該房間的每
一個(gè)標(biāo)簽。在其它情況下，該激勵(lì)器位于房間內(nèi)部的墻上，并且被調(diào)諧 為使其輻射將在該房間內(nèi)并且僅在該房間中的幾乎每一個(gè)位置處接收 到。這些系統(tǒng)和方法的更詳細(xì)描述可以在上述專(zhuān)利申請(qǐng)中找到。
上述系統(tǒng)在完全與WLAN RTLS集成時(shí)，解決了要求#2。然而，它 沒(méi)有完全滿(mǎn)足要求#3——因?yàn)榧?lì)器的成本而難于獲得相對(duì)較低的單房 間成本的解決方案。而且，它不是始終提供100%房間分隔(要求#1)， 因?yàn)?a)有時(shí)非常難于將激勵(lì)器調(diào)諧成在房間中且僅在該房間中的每 一個(gè)點(diǎn)處接收；和(b)難于區(qū)分進(jìn)入房間時(shí)間和退出房間事件，這使整 體系統(tǒng)解決方案變復(fù)雜。
利用超聲波是提供房間分隔的另一種方式，因?yàn)槌暡ㄔ谡婵諈^(qū)中 隨意擴(kuò)展，但不穿過(guò)墻。利用超聲波的現(xiàn)有實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)包括標(biāo)簽中 的發(fā)送器，和連接在網(wǎng)絡(luò)中且附接至房間內(nèi)部的墻或天花板的一個(gè)或更 多個(gè)超聲接收器。該標(biāo)簽恒定發(fā)送超聲信號(hào)，而接收器向網(wǎng)絡(luò)報(bào)告信號(hào) 電平和/或?qū)M(jìn)行發(fā)送的標(biāo)簽所處的房間進(jìn)行標(biāo)識(shí)的標(biāo)簽ID。因?yàn)橥ㄟ^(guò)標(biāo) 簽發(fā)送的超聲信號(hào)僅被與它處于同一房間中的那些接收器接收到，所以 相當(dāng)容易地確定確切房間。還可以確定房間中的確切位置，但更為困難。
這種系統(tǒng)解決了要求#1，提供了一種用于獲取幾乎完美的房間分隔 的好方法。然而，該超聲波系統(tǒng)是需要其自己的獨(dú)特基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的單獨(dú)系 統(tǒng)，由此，它不滿(mǎn)足要求#2，并且不包括用戶(hù)從針對(duì)定位系統(tǒng)使用他的 標(biāo)準(zhǔn)WLAN基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而獲取的全部益處。它還不滿(mǎn)足要求#3，因?yàn)樗?了需要WLAN基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，還需要獨(dú)特的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，這增加了解決方案的 總成本。在每一個(gè)房間中，需要存在多個(gè)接收器，由此，每個(gè)房間的總 成本也相對(duì)較高。
因此，需要提供用于解決上述問(wèn)題的系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)和方法考 慮到利用超聲信號(hào)以及基于WLAN的定位和服務(wù)來(lái)執(zhí)行房間分隔。將兩
7種技術(shù)組合并集成在一起的體系結(jié)構(gòu)方式使得能夠以非常有效的方式來(lái) 滿(mǎn)足上述針對(duì)房間分隔的全部要求。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)。該無(wú)線(xiàn)定 位系統(tǒng)用于跟蹤和定位具有多個(gè)限定區(qū)域的結(jié)構(gòu)中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，且對(duì)所 述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分。該無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)具有位于各限定區(qū)域中的至 少一個(gè)超聲發(fā)送器，該超聲發(fā)送器用于發(fā)送具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息和/或發(fā)送 器ID信息的超聲信號(hào)。設(shè)置有多個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，其中，每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽都 以標(biāo)簽消息發(fā)送該無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到并接受的最新區(qū)域標(biāo)識(shí)信息或最新發(fā)
送器ID。在所述結(jié)構(gòu)中安裝有多個(gè)位置接收器和/或WLAN接入點(diǎn)，用 于接收所述標(biāo)簽消息并且用于向公共服務(wù)器報(bào)告從所述標(biāo)簽接收到的消 息以及可選測(cè)量參數(shù)。所述服務(wù)器還利用所述限定區(qū)域或每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo) 簽報(bào)告的發(fā)送器ID來(lái)確定所述結(jié)構(gòu)中的各無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的位置。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，公開(kāi)了一種用于跟蹤和定位一結(jié)構(gòu)的 多個(gè)限定區(qū)域中的多個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽且對(duì)所述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分的方 法。該方法包括以下步驟設(shè)置安裝在所述結(jié)構(gòu)中的位置接收器和/或 WLAN接入點(diǎn)，以定位無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽；在各單獨(dú)限定區(qū)域中安裝至少一個(gè)超 聲發(fā)送器；通過(guò)各單獨(dú)限定區(qū)域中的所述至少一個(gè)超聲發(fā)送器中的每一 個(gè)超聲發(fā)送器發(fā)送超聲信號(hào)，各超聲信號(hào)都限于進(jìn)行發(fā)送的單獨(dú)限定區(qū) 域，所述超聲信號(hào)具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息和/或發(fā)送器ID;通過(guò)在所述單獨(dú)限 定區(qū)域中的所述至少一個(gè)超聲發(fā)送器的覆蓋范圍中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收具有 所述區(qū)域標(biāo)識(shí)信息和/或發(fā)送器ID的所述超聲信號(hào)；以及通過(guò)覆蓋范圍中
的所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽發(fā)送標(biāo)簽消息，所述標(biāo)簽消息包括所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到
并接受的最新標(biāo)識(shí)信息(區(qū)域標(biāo)識(shí)和/或發(fā)送器ID)以及無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，公開(kāi)了一種無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽。該無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽具 有超聲接收器模塊，該超聲接收器模塊用于接收具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息和/或
發(fā)送器ID信息的超聲信號(hào)。設(shè)置有發(fā)送器，該發(fā)送器用于發(fā)送所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到并接受的區(qū)域標(biāo)識(shí)信息和/或發(fā)送器ID信息以及所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)
簽的標(biāo)識(shí)號(hào)。設(shè)置有存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器用于至少存儲(chǔ)所述標(biāo)識(shí)號(hào)(區(qū)域
和/或發(fā)送器ID)。 一微處理器耦合至所述存儲(chǔ)器、所述超聲接收器模塊 以及所述發(fā)送器。設(shè)置有電源，該電源用于向所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的電路提供 電力。
當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，通過(guò)參照下面的詳細(xì)描述，將最佳地理解本發(fā)明。


圖l是具有本發(fā)明的系統(tǒng)的圖2是示出圖1的系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖； 圖3是本發(fā)明中使用的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的簡(jiǎn)化框圖；以及 圖4是本發(fā)明中使用的超聲發(fā)送器的簡(jiǎn)化框圖。 貫穿所有附圖和詳細(xì)描述都使用共同標(biāo)號(hào)來(lái)指示相同的要素。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，公開(kāi)了本發(fā)明的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)100的一個(gè)實(shí)施方式。網(wǎng)絡(luò)IOO 是以高可靠性和精度在指定時(shí)間提供物品的實(shí)時(shí)位置和該物品所位于的 確切房間的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)。
網(wǎng)絡(luò)IOO使用標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽102。在圖1中，示出了六個(gè)不同的標(biāo)簽 102。然而，這僅被示為一個(gè)示例，而不應(yīng)對(duì)本發(fā)明的范圍造成限制。根 據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，標(biāo)簽102是基于WLAN的標(biāo)簽。然而，本發(fā)明可以用 標(biāo)簽102以及在這種網(wǎng)絡(luò)中工作的任何標(biāo)準(zhǔn)無(wú)線(xiàn)客戶(hù)端實(shí)現(xiàn)。為簡(jiǎn)化起 見(jiàn)，在本申請(qǐng)中對(duì)標(biāo)簽102的任何引用還適用于WLAN移動(dòng)單元或 WLAN標(biāo)準(zhǔn)客戶(hù)端，反之亦然。
標(biāo)簽102被用于無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)104中。該無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)可以是基于 WLAN的定位系統(tǒng)等。在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以使 用其它類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)。下面針對(duì)基于WLAN的系統(tǒng)進(jìn)行描述。然 而，這不應(yīng)視為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。如圖1所示，無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)104使用遍布于圖A的多個(gè)位置接收器和/接入點(diǎn)IIO，并且能夠接收標(biāo)簽102 發(fā)送的消息。然而，如上所述，房間區(qū)分是一個(gè)問(wèn)題。每一個(gè)標(biāo)簽100 的位置都由連接至這些位置接收器和/或接入點(diǎn)102的服務(wù)器(圖1未示 出)基于這些位置接收器和/或接入點(diǎn)102針對(duì)每一個(gè)標(biāo)簽100報(bào)告的信 息來(lái)計(jì)算。如前所述，當(dāng)僅基于針對(duì)RF無(wú)線(xiàn)電信號(hào)測(cè)量的參數(shù)來(lái)計(jì)算這 個(gè)位置時(shí)，可能會(huì)使該位置處于錯(cuò)誤房間中。
為了解決房間區(qū)分問(wèn)題，每一個(gè)標(biāo)簽102都集成有超聲接收器模塊 106 (參見(jiàn)圖3)。 一旦被超聲信號(hào)(US)發(fā)送器108發(fā)送的包括房間和/ 或發(fā)送器ID號(hào)的超聲信號(hào)觸發(fā)，標(biāo)簽102就向網(wǎng)絡(luò)100發(fā)送包括房間和 /或發(fā)送器ID以及將特定標(biāo)簽102與特定房間相關(guān)聯(lián)的WLAN無(wú)線(xiàn)電消 息(腿)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式， 一個(gè)或更多個(gè)基于超聲的發(fā)送器108 位于房間內(nèi)，并且定期發(fā)送包括房間ID (即，區(qū)域#1、區(qū)域#2等)或任 何其它標(biāo)識(shí)信息(例如，發(fā)送器ID)在內(nèi)的超聲信號(hào)(US)。由于超聲 信號(hào)(US)的不穿透特性，因而，標(biāo)簽102僅被位于該標(biāo)簽102所處的 房間內(nèi)的發(fā)送器108的超聲信號(hào)(US)觸發(fā)。該超聲信號(hào)(US)不能穿 透房間墻，由此不觸發(fā)位于該房間外的標(biāo)簽102。由于超聲信號(hào)在包圍區(qū) 域內(nèi)的傳播特性，因而，它們將被房間內(nèi)任何位置或角度的標(biāo)簽102接 收到。應(yīng)注意到，在圖1中，通常在房間的入口/出口區(qū)域處使用門(mén)，以 防止超聲信號(hào)(US)觸發(fā)位于房間的入口/出口區(qū)域的相對(duì)側(cè)的標(biāo)簽102。 因而，圖1的區(qū)域2中的標(biāo)簽#2接收不到區(qū)域#1中的發(fā)送器108發(fā)送的 超聲信號(hào)(US)。
標(biāo)簽102可以測(cè)量該標(biāo)簽102接收到的幾個(gè)US信號(hào)的TOA (抵達(dá) 時(shí)間)，并且位置服務(wù)器可以使用該信息來(lái)執(zhí)行利用TDOA (抵達(dá)時(shí)差) 的精確定位。以+/-1毫秒的精度來(lái)測(cè)量超聲信號(hào)TOA和LF信號(hào)TOA， 這兩個(gè)信號(hào)都從一個(gè)發(fā)送器發(fā)送，這還使得可以計(jì)算標(biāo)簽102與發(fā)送器 108之間的距離。
網(wǎng)絡(luò)100的一個(gè)關(guān)鍵益處在于，網(wǎng)絡(luò)100利用標(biāo)簽102的主干WLAN 連接，以便發(fā)送房間和/或發(fā)送器ID以及標(biāo)簽ID。因而，網(wǎng)絡(luò)100不需
10要任何附加網(wǎng)絡(luò)連接或超聲單元以外的新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。
在網(wǎng)絡(luò)100的另一實(shí)施方式中，可以增大基于WLAN系統(tǒng)104的定 位精度，而非僅僅提供物品位于哪一個(gè)房間中的信息。發(fā)送器108發(fā)送 的發(fā)送ID限制物品相對(duì)于限定區(qū)域(即，限定房間區(qū)域)的位置坐標(biāo)， 由此，發(fā)送ID可以消除獲得處于該發(fā)送ID的限定房間區(qū)域外的坐標(biāo)的 位置計(jì)算結(jié)果。在另一實(shí)施方式中，由于房間信息是樓層信息的子集， 因而，可以使用這種附加信息來(lái)避免檢測(cè)錯(cuò)誤樓層中的物品(樓層分隔)。 在這個(gè)方法的另一實(shí)施方式中，可以使用房間和/或發(fā)送器ID信息來(lái)過(guò)濾 —些WLAN位置接收器110的讀數(shù)?？梢韵@種路線(xiàn)(way)錯(cuò)誤因 素(如對(duì)特定位置接收器的千擾)，從而WLAN系統(tǒng)104計(jì)算出的整體 位置坐標(biāo)將更準(zhǔn)確。
下面，參照?qǐng)D3，并且根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，標(biāo)簽102包括一個(gè)或更多 個(gè)超聲麥克風(fēng)112。超聲麥克風(fēng)112連接至可以根據(jù)接收到的超聲信號(hào) (US)獲取數(shù)據(jù)的超聲接收器模塊106。來(lái)自超聲信號(hào)(US)的發(fā)送ID 被發(fā)送至微處理器120?？罩械亩ㄆ诔曅盘?hào)(US)觸發(fā)發(fā)送器114，該 發(fā)送器114通過(guò)基于WLAN的定位系統(tǒng)104發(fā)送相關(guān)信息(例如，房間 ID和/或發(fā)送器ID)。另選的是，可以將該信息存儲(chǔ)在標(biāo)簽102的存儲(chǔ)器 116中并且在該標(biāo)簽102的WLAN發(fā)送的下一個(gè)會(huì)話(huà)中發(fā)送。WLAN發(fā) 送信號(hào)典型地按預(yù)定間隔定期發(fā)送，并且還包括廣播地址、序列號(hào)以及 與標(biāo)簽有關(guān)的包括標(biāo)簽ID和遙測(cè)信息在內(nèi)的其它信息。作為最小量的發(fā) 送信號(hào)包括從存儲(chǔ)器116獲取的與標(biāo)簽102相關(guān)聯(lián)的標(biāo)識(shí)號(hào)，該存儲(chǔ)器 116還可以存儲(chǔ)微處理器120指令和數(shù)據(jù)。
傳感器電路122可以耦合至信號(hào)處理器120,以從外部傳感器連接器 124或內(nèi)部傳感器126獲取信號(hào)，而電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路128也可以耦合至 信號(hào)處理器120,以指示電源130的強(qiáng)度。電池狀態(tài)監(jiān)測(cè)電路128和傳感 器電路122向信號(hào)處理器120提供信息，該信息連同標(biāo)簽ID可以被發(fā)送 至基于WLAN的定位系統(tǒng)104中的位置接收器和/或接入點(diǎn)110。
可以包括探測(cè)器(sniffer)電路132，以確定WLAN信道是否暢通。 如果WLAN信道暢通，則按預(yù)定時(shí)間發(fā)送該發(fā)送信號(hào)，否則，應(yīng)用由WLAN采用的特定WLAN規(guī)范所規(guī)定的回退(back-off)算法，并且隨 后在該信道暢通時(shí)發(fā)送該信號(hào)。另選的是，可以省略探測(cè)器電路132，在 該情況下，利用非標(biāo)準(zhǔn)碼序列或非標(biāo)準(zhǔn)前導(dǎo)碼來(lái)區(qū)分該發(fā)送信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn) WLAN信號(hào)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，因?yàn)橐呀?jīng)存在的低頻接收器134 (如用 于上述激勵(lì)器解決方案的低頻接收器)通常工作于相同頻率范圍(40 Khz -200 Khz)下，所以出于接收超聲信號(hào)(US)的目的，標(biāo)簽102可以利 用該低頻接收器134。超聲麥克風(fēng)112和低頻接收器134的低頻天線(xiàn)134A 可以并聯(lián)連接，作為低頻接收器134的兩個(gè)天線(xiàn)，并且標(biāo)簽102可以包 括這兩個(gè)選項(xiàng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式，標(biāo)簽102可以被與發(fā)送器側(cè)的超聲信 號(hào)(US)同步的低頻無(wú)線(xiàn)電信號(hào)觸發(fā)。在這個(gè)實(shí)施方式中，由于超聲波 相對(duì)于無(wú)線(xiàn)電波的低傳播速度，因而可以使用同步，來(lái)通過(guò)測(cè)量無(wú)線(xiàn)電 信號(hào)與超聲信號(hào)(US)之間的時(shí)延來(lái)計(jì)算標(biāo)簽102與發(fā)送器108之間的 距離。這個(gè)信息可以通過(guò)基于WLAN的定位系統(tǒng)104發(fā)送，并且用于諸 如房間內(nèi)的改進(jìn)定位的各種定位目的。在任何情況下，由于標(biāo)簽102是 對(duì)功率非常敏感的器件，因而，在標(biāo)簽中具有超聲接收器而沒(méi)有超聲發(fā)
送器，使得能夠?qū)崿F(xiàn)低功耗，這提供了長(zhǎng)電池壽命。
在該系統(tǒng)的特定實(shí)施方式中，標(biāo)簽102可以具有接收窗，在該接收 窗中，低頻接收器134定期被激活，并且檢測(cè)超聲信號(hào)的存在性。低頻 接收器134可以從空閑(省電模式)或者從完全斷電狀態(tài)激活?？梢允?用這種特征，以便減少標(biāo)簽102的整體功耗，從而增加其電池壽命。這 種特征的重要性在于，由于超聲信號(hào)的慢傳播，所以消息的接收對(duì)于標(biāo) 簽102而言是功耗任務(wù)。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，可以將低頻激勵(lì)器定位在具有許多房 間的區(qū)域的入口/出口處，并且可以使用該低頻激勵(lì)器來(lái)在標(biāo)簽102進(jìn)入/ 退出該區(qū)域時(shí)激活/停用該標(biāo)簽102中的超聲接收器106 (恒定地或者激 活/停用定期接收間隔)。使用這種低頻激勵(lì)器，以便增加標(biāo)簽的電池壽命， 使得在標(biāo)簽不位于該場(chǎng)所的需要超聲區(qū)域分隔的區(qū)段中時(shí)的時(shí)間段，完全停用超聲接收器106。在另一實(shí)施方式中，可以將激勵(lì)器用于修改標(biāo)簽 的超聲接收間隔，而非僅激活/停用該超聲接收器。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，標(biāo)簽102可以具有其本身的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò) 接收器(雙向標(biāo)簽)。在能夠按其它方式(如基于RF的定位)獲知標(biāo)簽 的位置的系統(tǒng)中，該系統(tǒng)通過(guò)其RF接收器向標(biāo)簽102發(fā)送命令，以在標(biāo) 簽102進(jìn)入/退出需要超聲區(qū)域分隔的區(qū)域時(shí)激活/停用超聲接收器106 (或定期接收窗)。
下面，參照?qǐng)D4，超聲發(fā)送器108包括用于定期發(fā)送超聲信號(hào)的超聲 換能器108A。微處理器108C可以用于確定何時(shí)發(fā)送超聲信號(hào)(US)。 超聲信號(hào)(US)在其數(shù)據(jù)凈荷中包括房間ID或任何其它標(biāo)識(shí)信息(例如， 發(fā)送器ID)。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，超聲發(fā)送器108將包括電源108D。 電源可以是使得發(fā)送器108能夠安裝在墻上并且獲取發(fā)送器操作的電力 的電氣插頭。另選的是，電源108D可以根據(jù)電池操作，或者直接連接至 如同吊燈的電氣網(wǎng)絡(luò)。另選的是，可以將若干個(gè)發(fā)送器108安裝在同一 房間內(nèi)，這些發(fā)送器108全部發(fā)送相同數(shù)據(jù)，以確保針對(duì)非常大的包圍 區(qū)域的覆蓋范圍。
可以將房間ID (或任何其它相關(guān)ID)人工(例如，利用DIP開(kāi)關(guān) 108E)或者利用諸如串聯(lián)連接器108F等的任何其它接口，設(shè)置給發(fā)送器 108。
在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，發(fā)送器108可以出于(如房間ID或輸 出功率的)網(wǎng)絡(luò)配置目的而連接至基于WLAN的定位系統(tǒng)104，或者針 對(duì)利用PoE (以太網(wǎng)供電)開(kāi)關(guān)的電源而連接至有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(例如，以太 網(wǎng))。網(wǎng)絡(luò)配置(有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn))將為用戶(hù)提供安裝和維護(hù)時(shí)的更多靈活性。 當(dāng)使用WLAN連接時(shí)，可以通過(guò)向超聲發(fā)送器單元108中集成可選無(wú)線(xiàn) 收發(fā)器108G，由此提供OTA (空中傳播)配置和控制，來(lái)將該超聲發(fā)送 器單元108中的微處理器108C連接至基于WLAN的定位系統(tǒng)104。
根據(jù)發(fā)送器108的另一實(shí)施方式，發(fā)送器108包括諸如上述激勵(lì)器 的與低頻發(fā)送器108B的集成部，以形成超聲激勵(lì)器。這使得能夠?qū)⒊?信標(biāo)與低頻無(wú)線(xiàn)電信標(biāo)同步，從而對(duì)于因功耗原因而偏好以低頻無(wú)線(xiàn)電
13進(jìn)行觸發(fā)的標(biāo)簽來(lái)說(shuō)，使得能夠以低頻無(wú)線(xiàn)電觸發(fā)標(biāo)簽。
在這個(gè)實(shí)施方式中，超聲激勵(lì)器可以包括一個(gè)以上的揚(yáng)聲器。在一 個(gè)典型實(shí)施方式中，在盒子的正面應(yīng)當(dāng)有一個(gè)揚(yáng)聲器，而在每一側(cè)應(yīng)當(dāng) 有多達(dá)四個(gè)揚(yáng)聲器，這些揚(yáng)聲器全部同時(shí)或順序地進(jìn)行發(fā)送。每一個(gè)揚(yáng) 聲器都可以被激活或停用。每一個(gè)揚(yáng)聲器的振幅和相位還可以被控制并 且設(shè)置成在零與最大可用輸出之間的任何電平。這個(gè)特征可以用于增加 在房間中的不同位置安裝超聲激勵(lì)器、優(yōu)化其對(duì)整個(gè)房間空間的覆蓋以 及縮減其通過(guò)房間中的開(kāi)口 (如門(mén)和窗)的泄漏的靈活性。
在本發(fā)明的各種實(shí)施方式中，超聲激勵(lì)器的發(fā)送頻率可以在20KHz 到200 KHz之間改變，由于頻率越高傳播損耗就越高，因而，可以將高 頻用于更精確的定位精度。在其它實(shí)施方式中，可以使用不同頻率來(lái)避 免對(duì)標(biāo)簽102中的接收器的千擾(如，因其他的鄰近US源而造成的干擾)。 避免干擾可以通過(guò)動(dòng)態(tài)或靜態(tài)改變頻率來(lái)完成。
在本發(fā)明的一特定實(shí)施方式中，可以將多個(gè)超聲激勵(lì)器(或混合LF+ 超聲激勵(lì)器)菊鏈連接在一起。該菊鏈連接可以用于通過(guò)使所有激勵(lì)器 同時(shí)發(fā)送(以它們之間的空間相位互相關(guān))而在特定空間中提供更大或 優(yōu)化的超聲信號(hào)覆蓋。在另一實(shí)施方式中，可以使這些超聲激勵(lì)器同步， 以使每一個(gè)超聲激勵(lì)器都可以按不同時(shí)間間隔發(fā)送。這可以用于避免同 一房間中的若干個(gè)超聲激勵(lì)器的發(fā)送之間的空中干擾，并且在同一房間 中創(chuàng)建更高分辨率的區(qū)域分隔。
在本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施方式中，監(jiān)測(cè)超聲激勵(lì)器狀態(tài)。這種監(jiān)測(cè) 可以通過(guò)自測(cè)試機(jī)制或通過(guò)在該激勵(lì)器本身內(nèi)嵌入縮減范圍的超聲接收 器(如標(biāo)簽中使用的超聲接收器)以檢測(cè)發(fā)送信號(hào)來(lái)完成。監(jiān)測(cè)指示可 以在激勵(lì)器本地完成(例如，通過(guò)接通LED)，或者通過(guò)該激勵(lì)器的網(wǎng)絡(luò) 連接來(lái)完成。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，US激勵(lì)器可以被設(shè)計(jì)成在其背部 上包括內(nèi)置AC電力出口的盒子，以使可以通過(guò)簡(jiǎn)單地將它插入到插座 中而安裝它并向它供電。這提供了簡(jiǎn)單安裝和供電解決方案的組合。
本發(fā)明還可以在任何基于無(wú)線(xiàn)電的WLAN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)。 一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式是標(biāo)準(zhǔn)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)，但任何其它WLAN無(wú)線(xiàn)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，無(wú)論是 標(biāo)準(zhǔn)的還是專(zhuān)用的，都可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明滿(mǎn)足針對(duì)"房間分隔"的全部3個(gè)要求。在本發(fā)明中，通過(guò) 將超聲信號(hào)引入到系統(tǒng)中而獲得了非常接近于100 %的房間分隔。該系統(tǒng) 基于WLAN實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，由此保持了 WLAN定位系統(tǒng)的全部?jī)?yōu)點(diǎn)， 包括使用現(xiàn)有基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、定位精度、基于WLAN的服務(wù)以及使用遙測(cè)。 每個(gè)房間的總成本因標(biāo)簽所需附件組件量較少、超聲發(fā)送器單元成本較 低且簡(jiǎn)單以及利用了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而較低。本發(fā)明可簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)且有 效。本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)上提供了上述優(yōu)點(diǎn)，即，以對(duì)現(xiàn)有組件的最小附加成 本，且對(duì)標(biāo)簽電池的壽命的最小影響，而自然組合到WLAN定位系統(tǒng)中。
本公開(kāi)提供了本發(fā)明的示范實(shí)施方式。本發(fā)明的范圍不受這些示范 實(shí)施方式限制。根據(jù)本公開(kāi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)變型例，無(wú) 論是本說(shuō)明書(shū)明確規(guī)定的還是通過(guò)本說(shuō)明書(shū)暗示的，如結(jié)構(gòu)、尺度、材 料類(lèi)型以及制造工序方面的變型例。
相關(guān)申請(qǐng)
本申請(qǐng)涉及2005年11月22日公布的發(fā)明名稱(chēng)為"METHOD AND SYSTEM FOR LOCATION FINDING IN A WIRELESS LOCAL AREA NETWORK"的美國(guó)專(zhuān)利6968194、 2005年11月8日公布的發(fā)明名稱(chēng)為 "WIRELESS LOCAL AREA NETWORK (WLAN) CHANNEL RADIO-FREQUENCY IDENTIFICATION (RFID) TAG SYSTEM AND METHOD THEREFOR"的美國(guó)專(zhuān)利6963289、以及2006年8月8曰提 交的發(fā)明名稱(chēng)為"ENHANCED AREA SEPARATION IN WIRELESS LOCATION SYSTEMS SYSTEM AND METHOD"且具有序列號(hào) 11/466540的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)。這些全部被轉(zhuǎn)讓給同一受讓人，并且通過(guò)引 用并入于此。
1權(quán)利要求
1、一種無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，該無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)用于跟蹤和定位具有多個(gè)限定區(qū)域的結(jié)構(gòu)中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽且對(duì)所述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分，所述無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)包括位于所述多個(gè)限定區(qū)域中的每一個(gè)限定區(qū)域中的至少一個(gè)超聲發(fā)送器，所述超聲發(fā)送器用于發(fā)送超聲信號(hào)，該超聲信號(hào)具有包括區(qū)域標(biāo)識(shí)信息或發(fā)送器ID中的至少一個(gè)在內(nèi)的數(shù)據(jù)；多個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，其中，每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽都以標(biāo)簽消息發(fā)送包括該無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到并且接受的最新區(qū)域標(biāo)識(shí)信息或發(fā)送器ID中的至少一個(gè)在內(nèi)的數(shù)據(jù)；安裝在所述結(jié)構(gòu)中的多個(gè)位置接收器，所述位置接收器用于接收所述標(biāo)簽消息并且用于報(bào)告接收到的所述標(biāo)簽消息和測(cè)量參數(shù)；以及服務(wù)器，該服務(wù)器用于接收所述標(biāo)簽消息和測(cè)量參數(shù)，并且用于確定每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的位置和限定區(qū)域。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，所述多個(gè)位置接收器是WLAN接入點(diǎn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，所述超聲信號(hào)觸發(fā)每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽以標(biāo)簽消息發(fā)送所述標(biāo)識(shí)信息。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，所述區(qū)域標(biāo)識(shí)信息存儲(chǔ)在每一個(gè)標(biāo)簽中，并且在每一個(gè)標(biāo)簽的下一個(gè)發(fā)送會(huì)話(huà)中發(fā)送。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)超聲發(fā)送器定期發(fā)送具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息的所述超聲信號(hào)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，所述至少一個(gè)超聲發(fā)送器還發(fā)送與所述超聲信號(hào)同步的低頻無(wú)線(xiàn)電信號(hào)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，每一個(gè)標(biāo)簽都包括超聲接收器模塊，該超聲接收器模塊用于接收具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息的所述超聲信號(hào)；和發(fā)送器，該發(fā)送器用于發(fā)送所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到并接受的所述區(qū)域標(biāo)識(shí)信息。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，每一個(gè)標(biāo)簽還包括:存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器用于至少存儲(chǔ)單獨(dú)標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)號(hào)；微處理器，該微處理器耦合至所述存儲(chǔ)器、所述超聲接收器模塊以及所述發(fā)送器；以及電源，該電源用于向各單獨(dú)標(biāo)簽的電路提供電力。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，每一個(gè)標(biāo)簽還包括:耦合至所述信號(hào)處理器的探測(cè)器電路，該探測(cè)器電路用于確定用于所述發(fā)送器進(jìn)行發(fā)送的信道何時(shí)暢通；和電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，該電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)器用于監(jiān)測(cè)所述電源的狀態(tài)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，所述超聲接收器模塊包括超聲麥克風(fēng)；和超聲接收器，該超聲接收器耦合至所述超聲麥克風(fēng)并且耦合至所述信號(hào)處理器。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，每一個(gè)標(biāo)簽還包括耦合至所述信號(hào)處理器的低頻接收器。
12、 一種用于跟蹤和定位一結(jié)構(gòu)的多個(gè)限定區(qū)域中的多個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽且對(duì)所述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分的方法，該方法包括以下步驟設(shè)置安裝在所述結(jié)構(gòu)中以定位無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的位置接收器；在各單獨(dú)限定區(qū)域中安裝至少一個(gè)超聲發(fā)送器；通過(guò)各單獨(dú)限定區(qū)域中的所述至少一個(gè)超聲發(fā)送器中的每一個(gè)超聲發(fā)送器發(fā)送超聲信號(hào)，每一個(gè)超聲信號(hào)都限于進(jìn)行發(fā)送的單獨(dú)限定區(qū)域，所述超聲信號(hào)具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息或發(fā)送器ID中的至少一個(gè)；通過(guò)在所述單獨(dú)限定區(qū)域中的所述至少一個(gè)超聲發(fā)送器的覆蓋范圍中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收具有所述區(qū)域標(biāo)識(shí)信息或發(fā)送器ID中的至少一個(gè)的所述超聲信號(hào)；以及通過(guò)覆蓋范圍中的所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽發(fā)送標(biāo)簽消息，所述標(biāo)簽消息包括所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到并接受的最新標(biāo)識(shí)信息或發(fā)送器ID中的至少一個(gè)以及無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述位置接收器是WLAN接入點(diǎn)。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，所述超聲信號(hào)觸發(fā)所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽以所述標(biāo)簽消息發(fā)送所述標(biāo)識(shí)信息。
15、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，該方法還包括以下步驟-在所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽中存儲(chǔ)所述區(qū)域標(biāo)識(shí)信息；和在所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的下一個(gè)發(fā)送會(huì)話(huà)中發(fā)送所述標(biāo)簽消息。
16、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，發(fā)送超聲信號(hào)的步驟還包括定期發(fā)送所述超聲信號(hào)的步驟。
17、 根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，該方法還包括通過(guò)所述至少一個(gè)超聲發(fā)送器發(fā)送與所述超聲信號(hào)同步的低頻無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的步驟。
18、 一種無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，該無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽包括超聲接收器模塊，該超聲接收器模塊用于接收具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息或發(fā)送器ID信息中的至少一個(gè)信息的超聲信號(hào)；發(fā)送器，該發(fā)送器用于發(fā)送所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到并接受的區(qū)域標(biāo)識(shí)信息或發(fā)送器ID信息中的所述至少一個(gè)以及所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)號(hào)；存儲(chǔ)器，該存儲(chǔ)器用于至少存儲(chǔ)所述標(biāo)識(shí)號(hào)；微處理器，該微處理器耦合至所述存儲(chǔ)器、所述超聲接收器模塊以及所述發(fā)送器；以及電源，該電源用于向所述無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的電路提供電力。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，該無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽還包括耦合至所述信號(hào)處理器的探測(cè)器電路，該探測(cè)器電路用于確定用于所述發(fā)送器進(jìn)行發(fā)送的信道何時(shí)暢通；和電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)器，該電力狀態(tài)監(jiān)測(cè)器用于監(jiān)測(cè)所述電源的狀態(tài)。
20、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，其中，所述超聲接收器模塊包括超聲麥克風(fēng)；和超聲接收器，該超聲接收器耦合至所述超聲麥克風(fēng)并且耦合至所述信號(hào)處理器。
21、 根據(jù)權(quán)利要求20所述的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，其中，每一個(gè)標(biāo)簽還包括耦合至所述信號(hào)處理器的低頻接收器。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于跟蹤和定位具有多個(gè)限定區(qū)域的結(jié)構(gòu)中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽且對(duì)所述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽都能夠測(cè)量每一個(gè)標(biāo)簽接收到的多個(gè)超聲信號(hào)的抵達(dá)時(shí)間，所述服務(wù)器使用測(cè)量出的所述抵達(dá)時(shí)間來(lái)利用TDOA計(jì)算每一個(gè)標(biāo)簽的位置。
23、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，其中，所述超聲接收器模塊能夠測(cè)量接收到的多個(gè)超聲信號(hào)的抵達(dá)時(shí)間，服務(wù)器使用測(cè)量出的所述抵達(dá)時(shí)間來(lái)利用TDOA計(jì)算所述標(biāo)簽的位置。
24、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于跟蹤和定位具有多個(gè)限定區(qū)域的結(jié)構(gòu)中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽且對(duì)所述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽都具有每一個(gè)標(biāo)簽被激活以接收所述超聲信號(hào)的接收窗。
25、 根據(jù)權(quán)利要求18所述的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，其中，所述超聲接收器模塊具有所述超聲接收器模塊被激活以接收所述超聲信號(hào)的接收窗。
26、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于跟蹤和定位具有多個(gè)限定區(qū)域的結(jié)構(gòu)中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽且對(duì)所述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分的無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)，其中，在同一預(yù)定區(qū)域中的位置接收器被菊鏈連接在一起。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于WLAN的RTLS中的改進(jìn)房間分隔及其方法。無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)跟蹤和定位具有多個(gè)限定區(qū)域的結(jié)構(gòu)中的無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，且對(duì)所述多個(gè)限定區(qū)域進(jìn)行區(qū)分，該無(wú)線(xiàn)定位系統(tǒng)具有位于各限定區(qū)域中的至少一個(gè)超聲發(fā)送器，所述超聲發(fā)送器用于發(fā)送具有區(qū)域標(biāo)識(shí)信息和/或發(fā)送器ID信息的超聲信號(hào)。設(shè)置有多個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽，其中，每一個(gè)無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽都以標(biāo)簽消息發(fā)送該無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽接收到并接受的最新區(qū)域標(biāo)識(shí)信息和/或發(fā)送器ID信息。在所述結(jié)構(gòu)中安裝有多個(gè)位置接收器，用于接收所述標(biāo)簽消息并且用于向公共服務(wù)器報(bào)告從所述標(biāo)簽接收到的消息以及可選測(cè)量參數(shù)。該公共服務(wù)器利用所述限定區(qū)域或者各無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽報(bào)告的發(fā)送器ID來(lái)確定所述結(jié)構(gòu)中的各無(wú)線(xiàn)標(biāo)簽的位置。
文檔編號(hào)G01S15/00GK101644777SQ200810131330
公開(kāi)日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2008年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月6日
發(fā)明者丹尼爾·阿勒加迪夫, 阿迪·沙米爾, 魯文·阿姆薩勒姆 申請(qǐng)人:艾洛思高有限公司