背景技术
不同定位技术可用于定位移动终端。用于户外区域定位和/或导航的可能最熟悉的***为卫星辅助的全球定位***(GPS)。对于建筑物内或者室内的定位和/或导航,已知存在各种方法,诸如红外***、RFID(射频识别)***或者IEEE 802.11 WLAN网络的场强度评估(WLAN=无线局域网络)。目前,GPS***仅对于室外区域能够被可靠地使用。最近升级,诸如高灵敏度接收器或者所谓A-GPS(辅助GPS)代表尝试使用同样在建筑物内的技术。在此背景下,A-GPS将基于卫星的GPS***与自蜂窝式移动无线电网络的所谓辅助信息的接收相结合。然而,目前,这些技术没有表现出预期平均准确度。红外和RFID***一般不可用于全面覆盖,并且约束于特定先决条件。
对于便携式设备的无线网络连接,根据IEEE 802.11的WLAN标准本身能够自己建立。数据速率和范围方面正在继续进一步发展。建立的标准(正如仍在设计阶段的标准)能够实现高数据速率的宽带数据传输,且具有高集成度的特征,而高集成度使得能够实现低成本硬件。目前PDA(个人数字助理)和智能手机大多数其中集成有无线接口,例如,诸如上述WLAN。此外,经常使用蓝牙,且在未来还可能使用WiMAX。
在WLAN情况下,商业公共WLAN接入点(所谓热点)现在可用于经历许多访问者的许多地方。此外,同样在私人住宅中的宽带互联网连接(例如,经由DSL)传播的剧增已经增强了作为成本有效的家庭网络技术的WLAN传播。一些研究已经表明,现在,许多地方的城市区域呈现几乎全面覆盖WLAN,或者甚至出现供过于求。特别是,日常生活和游客感兴趣的地方在这方面设施齐全。因此,使用WLAN作为用于定位移动设备的基本技术当前是很便利的。在未来,当然还可采用所描述的本发明思想也能够适用的其它技术。
在WLAN网络中进行的移动终端定位原理上可通过估计由移动终端接收到的基站(热点或者接入点)来执行,例如,估计在终端处接收到的它们各自的信号强度。然而,WLAN信号被建筑物和其它障碍物强烈地遮去,特别是在具有广泛WLAN覆盖范围的区域中,通常没有理想自由场条件,这是因为所述区域位于城市区域。因此,根据所测量出的信号强度和/或场强度,不能直接推断出移动终端与基站或者任何其它通信方之间的距离。
在基于WLAN的定位***中,所谓接收信号强度指纹识别经常被用作基本方法。该无线电指纹识别方法是基于几个无线电站的无线电信号的信号强度的假设的,所述信号强度在当前位置处被接收或者是可接收的,并明确描述当前定位或者位置。如果存在参考数据库,其中该参考数据库包括:针对多个参考定位或者参考位置,在参考时间此处接收到或能够接收到的无线电站发射器ID,且包括相应无线电信号的信号强度,则从当前测量值(发射器ID以及相关信号强度值)的集合能够推断移动设备的当前位置,原因在于,当前测量出的测量值与数据库中的参考值匹配。这种匹配针对每个参考点,评估了其先前记录的测量值或者参考值与当前位置的当前测量值的相似度。呈现最高相似度的(多个)参考点然后形成移动终端当前位置的估计值的基础。
针对参考数据库,在参考位置处以参考测量时间可接收的无线电发射器的信号强度可借助于参考测量来通过实验确定。这导致产生数据库,所述数据库包括:针对每个地理参考位置,具有各自相关接收场强度和质量的无线电发射器(接入点)的列表。与参考位置相关联的该列表还可称为参考测量包或者参考包(RP)。利用WLAN实施,这种参考数据库可为如下,例如:
RID |
MAC |
RSSI |
PGS |
X |
Y |
Z |
MAPNR |
创建日期 |
1 |
00.0D.54.9E.17.81 |
46530 |
100 |
5795 |
15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:42 |
1 |
00.0D.54.9E.1A.BA |
67260 |
90 |
5795 |
15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:42 |
1 |
00.0D.54.9E.1D.64 |
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88 |
5795 |
15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:42 |
1 |
00.0E.6A.D3.B9.8B |
59531 |
100 |
5795 |
15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:42 |
1 |
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5795 |
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150 |
0 |
12.03.07 12:42 |
1 |
00.0F.A3.10.07.FB |
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5795 |
15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:42 |
1 |
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5795 |
15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:42 |
2 |
00.0D.54.9E.17.81 |
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100 |
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15451 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
2 |
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11 |
14399 |
15451 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
2 |
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62318 |
94 |
14399 |
15451 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
2 |
00.0D.54.9E.1D.64 |
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96 |
14399 |
15451 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
2 |
00.0E.6A.D3.B9.8B |
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100 |
14399 |
15451 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
2 |
00.0F.A3.10.07.6C |
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96 |
14399 |
15451 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
2 |
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72251 |
100 |
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12.03.07 12:43 |
2 |
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90 |
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15451 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
3 |
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58291 |
100 |
24583 |
15627 |
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0 |
12.03.07 12:43 |
3 |
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68 |
24583 |
15627 |
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0 |
12.03.07 12:43 |
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12.03.07 12:43 |
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15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
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15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
3 |
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0 |
12.03.07 12:43 |
3 |
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71000 |
40 |
24583 |
15627 |
150 |
0 |
12.03.07 12:43 |
表含有以下信息:
●参考位置标识符(ID)(这里:1、2、3),
●在各个参考位置处接收到的无线电发射器MAC地址,
●参考位置处可接收的无线电发射器的接收场强度(RSSI=接收的信号强度指示;46.56符号化-46.56dBm,例如),
●笛卡尔度量坐标(x,y,z)中的参考位置,以及
●测量值采集的时间点或者时间戳。
可选PGS(百分比示出)值表示看到各个站的频率,表示为测量值采集下的百分比(即,PGS=90是指平均在10个测量值的9个测量值中测量出该站)。
此外,参考包可包括方位信息,所述方位信息包括关于移动终端的空间方位的信息,其中利用该空间方位记录相应参考包。即,方位信息存储关于在参考点校准期间移动终端被保持的方向和/或关于在参考点校准期间移动终端移动的方向的信息。当移动终端(诸如WLAN使能装置)保持在紧贴用户身体前面而使得身体会造成阴影效应时,这特别受关注。即使没有由身体造成的阴影效应,另外方位信息可能是有用的,这是因为事实上每根天线都具有方向图。因此,方位也可理解为是指例如移动终端的天线的主瓣的空间对准。
描述的参考数据和/或参考包通常至少在基于无线电的定位***操作期间中的训练阶段产生,且可以不同方式获得:例如手动产生各个参考点和/或参考包;从移动测量值产生参考数据;或者借助基于无线电的定位***的预测数据来产生参考数据。
如上所述,以上借助指纹识别的基于无线电的定位都使用无线电发射器的信号强度值(RSSI)来进行定位。定位装置观察到的信号强度(即,在定位装置内用于定位目的的信号强度)可能受到变化,而该变化可能归因于不同原因。例如,用于测量WLAN信号的不同天线在质量方面可能有很大不同,尤其在设想背景是在尽可能类型多的不同终端上使用尽可能地与装置和平台无关的软件进行WLAN定位的情况下。其中,这种天线质量的差异对观察到的用于定位的无线电信号的信号电平产生影响。
除了上述天线质量差异之外,其它原因也会对用于定位的无线电信号的信号电平产生影响。例如,定位装置有时会被携带在衣服口袋或者行李中。在这种情况下,由于衣服或者行李的材料,无线电信号或多或少受到严重衰减。
因为信号强度和/或信号电平允许得出关于定位装置与发射相应无线电信号的无线电发射器之间的距离的结论,所以实际存在的信号强度(即,不存在由不同天线质量或者可变衰减造成的任何坏影响)的获悉会有助于可靠地定位定位装置的当前位置。
发明内容
因此,本发明目的在用于提供一种对于施加至用于定位的无线电信号的信号强度的恒定或者准恒定影响更鲁棒和/或更不敏感的基于无线电的定位。
该目的通过具有根据权利要求1所述的特征的用于校准定位装置的设备或者通过根据权利要求13所述的校准基于无线电定位的定位装置的方法来实现。
根据本文中所公开的教导,各个无线电信号不仅被彼此分离地检查,而且将与参考数据比较的无线电信号模式是根据从一个或者多个无线电信号产生的。无线电信号模式的产生可被配置为使得模式的特定性质对于上述(例如与装置有关)的影响基本上不变。根据本文所公开的校准旨在校正恒定或者至少准恒定的影响。因此,关于无线电信号的频率或者任何其它量,在例如时间上、空间上足够分散的相对宽广的数据库进行校准,以平均得出随机偏差和/或具有代表性。
根据本发明的实施方式,提供一种用于校准定位装置的设备。用于校准的设备包括:用于将接收的无线电信号模式与多个参考无线电信号模式比较的装置;用于确定信号强度差的装置;以及用于确定校准值且将该校准值提供给定位装置的装置。用于将接收的无线电信号模式与多个参考无线电信号模式比较的装置被配置为借助于接收的无线电信号模式与分别来自于多个参考无线电信号模式中的一个参考无线电信号模式之间的匹配度量,从多个参考无线电信号模式选择选择子集。关于用于确定校准值的装置的部件进行的校准值确定是基于信号强度差的。
接收的无线电信号模式包括发射器ID以及接收的无线电信号的信号强度中的至少一个。用于比较的装置被进一步配置为使接收的无线电信号模式内关于不同发射器ID的相对信号强度与参考无线电信号模式内相应相对信号强度相关联,且由此推断匹配度量。
根据定义,选择子集获取与接收的无线电信号模式相似的这种参考无线电信号模式。这种相似性通常被定量映射,除此也可以至少是匹配度量的定性映射。通常可以假设选择子集内所包含的参考无线电信号模式与空间上接近定位装置的当前位置的位置有关(即,与接收所接收的无线电信号模式的位置有关)。为了简单起见,可以假设,接收的无线电信号模式与(相似)参考无线电信号模式之间的差异使它们自己本身就能感觉的到,这是因为接收的无线电信号模式的、用于定位的信号电平被确定为恒定低于或者高于参考数据产生期间的情况。例如,仔细一看,在整个测量范围内经常会发现两个装置之间的信号电平的差几乎是恒定的。在不同可行情况下,至少针对定位装置位于衣服或者行李里面的时间段,假设该差是基本上恒定的。信号电平的这种准恒定波动不足以被定位装置中预先确定以及固定编程的校正值考虑。
如上所述,接收的无线电信号模式包括可接收无线电发射器的发射器ID以及接收的无线电信号的信号强度中的至少一个。如果发射器ID以及接收的无线电信号的信号强度都存在,可利用最近时间单位内接收的发射器ID执行粗略定位。基于此,可实现精细定位,原因在于结合还已经接收的发射器ID估计接收的无线电信号的信号强度。通常,无线电信号模式将包括多个数据元素,每个数据元素至少包括一个发射器ID和一个信号强度值。因此,多个参考无线电信号模式(pattern)中的至少一个参考无线电信号模式可包括参考无线电信号模式中所考虑的无线电发射器的发射器ID以及参考无线电信号模式中所考虑的无线电信号的无线电信号强度中的至少一个。以此方式,比较接收的无线电信号强度与参考无线电信号模式可以使例如无线电信号模式内不同发射器ID的相对信号强度与参考无线电信号模式内相应相对信号强度相关联,且由此得出关于接收的无线电信号模式与相应参考无线电信号模式之间可能匹配的结论。
根据实施方式,匹配度量对于接收的无线电信号模式和参考无线电信号模式的缩放可以是不关心的。因此,关于信号强度的***偏差或者偶然偏差对匹配度量没有影响或者只有很少影响。因此,关于特定参考无线电信号模式至选择子集内的包含的确定并不依赖于接收的无线电信号模式和/或参考无线电信号模式的绝对信号强度,这是因为毕竟,本文中所公开的校准必须是基于接收的无线电信号模式的信号强度至少呈现恒定或者准恒定误差的假设。
根据其他实施方式,用于比较的装置可被配置为比较匹配度量值与阈值ACCTh。如果接收的无线电信号模式与特定参考无线电信号模式之间的匹配度量满足由阈值ACCTh限定的条件,那么接收的无线电信号模式与特定参考无线电信号模式将彼此相关地(例如,作为组合数据结构的数据元素)包含至选择子集内。然而,如果相应匹配度量不满足由阈值ACCTh限定的条件,那么接收的无线电信号模式与特定参考无线电信号模式将不被包含至选择子集内。因为如果接收的无线电信号模式与特定参考无线电信号模式满足上述条件,那么它们将被彼此相关地包含至选择子集内,所以明显地,确定出无线电信号模式之间的信号强度差。阈值ACCTh通常确保,只有与接收的无线电信号模式具有足够相似性的参考无线电信号模式被包括至选择子集内。因此,通常可以以充分的可靠性防止校准依赖于不合适数据。
根据实施方式,用于比较的装置可被配置为选择与接收的无线电信号模式的匹配度量在公差范围内的参考无线电信号模式用于选择子集,公差范围包括到现在为止确定的最佳匹配度量值。通常,公差范围将被配置为只单点限定,使得在任何情况下考虑新的最佳匹配度量值。然而,根据本实施方式,公差范围还从到现在确定的最佳匹配度量值向较差匹配度量值的方向上延伸。以此方式,具有第二最佳、第三最佳等匹配的参考无线电信号模式也将包括至选择子集中,使得更宽数据库将可用于校准。此外,以此方式,可以非常可靠地防止参考无线电信号模式会作为单个参考无线电信号模式意外地(例如,所指无线电信号内的噪声)影响校准,即使如果没有意外影响,也不会实现最佳匹配度量值。注意,到现在为止确定的最佳匹配度量值可在接收的无线电信号模式与多个参考无线电信号模式的比较期间连续确定,或者可以已经预先确定。在后者情况下,最佳匹配度量绝对值将用作到现在为止确定的最佳匹配度量值。
根据实施方式,公差范围可至少在一侧上从直到现在确定为最佳匹配度量值延伸到相当于直到现在确定为最佳匹配度量值的30%的容差范围,优选到延伸到相当于直到现在确定为最佳匹配度量值的10%的容差范围,更优选到延伸到相当于直到现在确定为最佳匹配度量值的5%的容差范围。例如,对于直到现在确定为最佳匹配度量值的5%的容差范围,对参考无线电信号模式包括到选择子集中进行相对严格的选择。只有当最佳两个、三个、四个以上参考无线电信号模式具有的与接收的无线电信号模式的匹配度量位于窄范围内,即,最佳匹配度量值的5%,选择子集将包括一个以上参考无线电信号模式。例如,当定位装置与几个无线电发射器具有大致均等的距离时且当无线电信号的传播条件也基本上相似时(或者当不同无线电信号的距离和传播条件彼此均衡(compensate)时),这种情况可能发生。在这样的情况下,考虑校准可同样良好接收的所有无线电发射器而不是只考虑可最佳接收的无线电发射器会是有用的。
可替换地,用于比较的装置可被配置为可选择与接收的无线电信号模式的匹配度量在多个参考无线电信号模式的匹配度量是极佳、或者最佳、较佳的参考无线电信号模式用于选择子集。例如,可能包括这些参考无线电信号模式全部的百分之一至与接收的参考无线电信号模式具有最佳匹配度量的选择子集中。总是包括特定数目的参考无线电信号模式(例如,五个)的选择子集也是可行的,只要这在诸如阈值ACCTh的其它条件基础上是可行的即可。实际上,由于阈值条件,可能出现选择子集仍然为空,由此校准通常被暂时停止。
根据实施方式,用于比较的装置可被配置为选择满足以下条件的这种参考无线电信号模式用于选择子集:
ACCi≤ACCmax
ACCi≤ACCTh以及
ACCmax=ACC0·LIMIT
其中,ACC0为具有当前最佳匹配的参考无线电信号模式的匹配度量值,ACCTh为关于选择子集中的内含物的匹配度量的阈值。例如,值LIMIT可被选择为略大于1,例如,即1.05或者1.08。值LIMIT可被视为如上所述的公差范围。
根据实施方式,用于确定和提供校准值的装置可包括低通滤波器,低通滤波器用于至少对信号强度差或者校准值进行滤波。低通滤波器的可选设置是基于由校准平衡的差为恒定或者至少只有很少或者缓慢变化的发现的,所述差例如由不同类型定位装置的存在或者由于(缓慢)改变环境条件引起的。长远来看,信号强度差或者校准值的恒定或者缓慢变化的信号分量将在低通滤波器输出处占主导,而通常归因于偶然原因的快速变化将只存在于低通滤波器输出的高度衰减状态下。
根据实施方式,低通滤波器可以是具有滤波器输入系数和滤波器反馈系数的递归滤波器。滤波器反馈系数通常大于滤波器输入系数,使得从低通滤波器的输出反馈的滤波器输出值对滤波器输出信号的影响大于对滤波器输入信号的影响。滤波器反馈系数可比滤波器输入系数大十倍、一百倍、一千倍或者一万倍。如果滤波器反馈系数由参数a表示,那么滤波器输入系数可例如根据滤波器反馈系数来表示,例如,滤波器输入系数=1/(a+1)。示例性值a=500因此将导致滤波器反馈系数和滤波器输入系数之比为25,500。参数值a可根据当前设定的采样率(轮询间隔)来设定。
根据实施方式,低通滤波器可被配置为从多个单独信号强度差确定滤波信号强度差。多个单独信号强度差可对应于多个参考无线电信号模式中的参考无线电信号模式中与该参考无线电信号模式中考虑的无线电发射器有关的信号强度差。此外,多个单独信号强度差可用作低通滤波器的输入量。因此,单独信号强度差可被直接以其他方式使用,这是因为无论如何,可能产生的任何***偏差有可能对所有单独信号强度差具有影响。
本文所公开的技术教导的一个方面涉及一种基于无线电定位的定位装置,定位装置包括:以上所述的用于校准的装置;以及用于接收无线电信号的装置。用于接收无线电信号的装置被配置为接收由用于校准的装置产生的校准值,且利用所产生的校准值缩放无线电信号,使得由用于接收无线电信号的装置输出的任何缩放的无线电信号数据在信号强度方面基本上对应于与无线电信号数据比较(通过定位装置的其他功能单元)的参考信号数据。因此,定位装置能够以规则间隔或者连续地自校准。(自)校准能力可确保连续可靠的定位,特别是在定位装置位于具有低无线电发射器覆盖范围的区域的情况下。确切地说,在这样的区域中,确定可接收的无线电发射器的无线电信号的信号强度在定位中起着相对重要作用。
根据实施方式,定位装置的操作模式是基于指纹识别原理。使用指纹识别原理,可执行相对精确的定位,特别是在除了无线电发射器的发射器ID可被定位装置接收之外,还可确定与由无线电发射器辐射的无线电信号的信号强度有关的相对精确的数据的情况下。
本文中所公开的教导涉及对基于无线电定位的定位装置进行校准的方法,包括以下步骤:
比较接收的无线电信号模式与多个参考无线电信号模式;
利用接收的无线电信号模式与分别来自于多个参考无线电信号模式中的一个参考无线电信号模式之间的匹配度量,从多个参考无线电信号模式选择参考无线电信号模式到选择子集中;
分别确定接收的无线电信号模式与选择子集的一个参考无线电信号模式之间的信号强度差;以及
确定信号强度的校准值,并且提供校准值以供定位装置使用。
本文所公开的技术教导还涉及计算机程序,其中当该计算机程序在处理器或者微控制器上运行时,用于执行上述方法。
通过前面提到的与用于校准的装置有关的技术特征,可更详细说明校准方法和计算机程序两者。
具体实施方式
图1示出了基于无线电的定位的基本原理。在给定时间点处,定位装置10位于待找出的当前位置处。定位装置10位于四个无线电发射器16、17、18和19的范围内,以使得定位装置10可从无线电发射器16至19接收无线电信号。定位装置10和无线电发射器16至19之间的距离分别为d1、d2、d3和d4。然而,所述距离对于定位装置而言预先是未知的。
由于定位装置10位于无线电发射器16至19的范围内的事实,可能已经执行粗略定位。为此,每个无线电发射器16至19用发射器ID标记所发出的无线电信号。为了更精确的定位,可利用无线电信号随着距离变弱的事实。所指无线电发射器与定位装置10的当前位置之间的距离可基于当前位置处存在的信号强度和/或信号水平来估计。基于该信息,例如,可通过插值法来确定位置。
基于无线电的定位的可行实施是所谓的指纹识别方法。根据指纹识别原理,将当前位置处从无线电发射器16至19接收的无线电信号与预先获取的多个参考点比较。接收的无线电信号的选定性质(无线电发射器标识符以及可能的信号强度)最相似的参考点将被选择用于进一步处理。可以假设,定位装置10位于获取参考点的位置空间附近且因此为已知的。
以举例方式,图2示出实际观察到的信号强度22的时间曲线。实际观察到的信号强度22涉及无线电发射器i(具体地,诸如在给定定位装置10的当前位置处所确定的无线电发射器)的无线电信号。信号强度绘制在图2所示的曲线图的纵坐标上且由RSSI(接收信号强度指示符)表示。实际观察到的信号强度22基本上恒定,且关于长期平均只有略微变化。
在图2中还以虚线的方式绘制了预期信号强度24的时间曲线。例如,在基于无线电的定位***的训练阶段,确定预期信号强度24。训练阶段使用的定位装置可以不同于使用阶段所用的定位装置。这种不同解释了预期信号强度24偏离实际观察到的信号强度22。然而,偏差ΔRSSI随着时间推移基本上恒定。在不采取任何其他步骤的情况下,定位装置10无法确定偏差ΔRSSI中哪个部分落到无线电发射器16与定位装置10之间的距离内以及哪个部分落到***偏差内,例如该***偏差是由一方面在训练阶段以及另一方面在使用阶段利用不同质量的天线所导致的。
图3示出由定位装置10在当前位置处实际观察到的、与表示所指无线电发射器的索引i有关的信号强度31、32、33和34。根据各个无线电发射器绘制的信号强度和/或由无线电发射器提供的发射器ID可被视为类似于无线电信号模式的示例。图3还示出了以类似方式产生的参考信号强度36、37、38和39的相似参考信号模式。相似参考信号模式被描绘为虚线。图3所示的示例中的接收的无线电信号模式和相似参考信号模式之间的相似性产生于信号强度差在每个情况下为6dB的事实。因此,例如,关于无线电发射器的索引i的信号强度差的分散(scatter)可被表示为匹配度量。因为在定位装置的实际应用中,通常会有大量参考无线电信号模式,所以校准是关于从如由匹配度量所定义的与接收的无线电信号模式相似的这些参考无线电信号模式作出选择。这种选择应当无关乎接收的无线电信号模式的绝对信号强度,即,图3所示的偏差恒定为6dB还是偏差恒定为8dB通常都是无关紧要。通常,唯一重要的是,偏差对于所有无线电发射器i基本上为相同,即具有小的分散量。
图4示出可如何使用定位装置10内的校准。根据指纹识别原理操作的定位装置10通常包括测量值获取器42,除了别的以外,测量值获取器42执行无线电信号接收器的功能。因此,接收的无线电信号被适当处理(放大、解调等)。此外,测量值获取器42还确定所接收的无线电信号的信号强度。测量值获取器42输出所谓的测量包(MP),测量包继续被WLAN定位模块44使用。WLAN定位模块44通常将所接收的发射器ID与数据库匹配,且借助由测量值获取器42提供的信号强度,确定定位装置的位置。在图4所示的框图中,用于校准的装置被集成到WLAN定位模块44中。因此,WLAN定位模块44提供校准偏差(校准偏移量),所述校准偏差将被返回到测量值获取器42。测量值获取器42使用校准偏移量相应地校正由它确定的信号强度,这对测量值获取器42的功能通常也具有有利的影响。
图5示出根据本文所公开的教导的用于校准的装置的示意框图。用于校准的装置从测量值获取器42获得例如测量包50,或替换地,用于校准的装置可被配置为自主确定测量包50。用于校准的装置还访问含有参考包54(RP)的存储装置或者数据库。反映当前接收的无线电信号模式的所接收测量包50以及参考包54被提供给用于比较的装置51。用于比较的装置51通常的任务是对多个参考包54和接收的测量包50进行比较,由于***的偏移量、恒定偏移量或者准恒定偏移量导致的参考包54和接收的测量包50之间的差通常(且尽可能实施为)不被用于比较的装置51考虑。用于比较的装置51提供参考包选择55作为输出,其中考虑与上述***偏移量、恒定偏移量或者准恒定偏移量无关地与接收的测量包50中的接收无线电信号模式相似的这种参考包。这样的相似性可通常解释为表示包括在参考包选择55的选定参考包中的参考无线电信号模式已经在位于当前位置空间附近的位置被获取,其中该当前位置与接收的测量包50的接收无线电信号模式有关。
一旦参考包选择55完成,则它就被供给用于确定信号强度差(匹配)的装置56。用于确定信号强度差的装置56还包括当前测量包50的输入。用于确定信号强度差的装置56通常为参考包选择55中的每个参考包确定信号强度差。所确定的信号强度差(ΔRSSI值)被存储于数据结构或者数据库57中。信号强度差从数据结构或者数据库被供给历史加权滤波器58。因此,可以实现,大量成对参考包54和测量包50中出现的这种统计平均偏差出现于参考包和所接收的测量包之间。历史加权滤波器58输出校准值59(校准偏移量),校准值59被反馈到测量值获取器42(图4)。
图6示出根据所公开的教导的实施方式的用于校准的装置的略为再详细的示意性框图。接收的无线电信号模式被提供给用于无线电信号模式比较的装置61。多个参考无线电信号模式64中的一参考无线电信号模式在每个情况下用作用于无线电信号模式比较的装置61的又一输入量。注意,通常通过装置61对特定接收的无线电信号模式和多个或者甚至所有参考无线电信号模式64进行比较。为了限制无线电信号模式比较所需的计算开支以及为了限制所需相应时间,例如可基于最近确定的位置在多个参考无线电信号模式64之间作出合理预选,这是因为最近确定的位置与当前位置之间的空间接近是可能的。用于无线电信号模式比较的装置61输出针对一个比较对(接收的无线电信号模式对参考无线电信号模式)的一个匹配度量ACCi。所确定的匹配度量ACCi首先通过功能块62与绝对阈值ACCTh比较。如果所确定的匹配度量ACCi大于绝对阈值ACCTh,那么接收的无线电信号模式与参考无线电信号模式之间不存在充分匹配。这个比较对因此将被丢弃。然而,如果匹配度量满足条件ACCi≤ACCTh,那么匹配度量ACCi将被转发到选择功能块63,选择功能块63将确定最佳匹配度量ACCi的值或者最佳匹配度量值的量。在图6所示的情况下,匹配度量ACCi的小值对应于接收的无线电信号模式与相应参考无线电信号模式之间的高度匹配,而匹配度量ACCi的大值反映较差匹配。最终,这是界定匹配度量的问题且对所公开的教导没有基础影响。用于匹配度量的缩写ACC产生于英文单词“精确度(accuracy)”。根据实施和构造,选择功能块63输出与和接收的无线电信号模式最佳匹配的这个或者这些参考无线电信号模式有关的索引或者几个索引。索引i或者多个索引i被转发到数据库查询65,数据库查询65使用它们来在数据库中查询参考无线电信号模式64。随后,数据库64返回相应参考无线电信号模式,并且用于数据库查询65的装置将它们***到数据结构或者另一数据库66,数据库66包括参考无线电信号模式的选择。
图6描述参考无线电信号模式的连续选择,其中当前具有最佳匹配度量的参考无线电信号模式会不断变化。可替换地,对于由定位装置确定的每个测量包(MP),一次性确定存在于数据库64中的所有(或者至少一些)参考无线电信号模式的匹配度量也是可行的。随后,根据它们的匹配度量来评估参考无线电信号模式,使得可确定最佳匹配参考无线电信号模式。
接收的无线电信号模式以及包括在参考无线电信号模式的选择66中的参考无线电信号模式都被用作用于确定信号强度差的装置67的输入量。如结合图5所提到,为由接收的无线电信号模式以及选择66的参考无线电信号模式组成的每个比较对,确定一个信号强度差。因此,用于确定信号强度差的装置67输出多个信号强度差值(ΔRSSI值)。信号强度差输出以计算它们的顺序被提供给低通滤波器68。低通滤波器68确定校准值,该校准值完全对应于接收的无线电信号模式和所选定参考无线电信号模式之间的大量比较对中能够确定的恒定偏差。校准值然后被用于提供校准值的装置69获取,使得定位装置的接收器单元能够从用于提供校准值的装置69中使用校准值,或者可被定位装置的接收器单元调用。
匹配度量ACC可以以下在德国公开文献DE 102008036681A1中描述的方式确定。无线电信号和/或与无线电信号相关联的无线电发射器可被分为或者滤波为在参考位置处预先记录的发射器ID与当前位置处提供的发射器ID相同的第一数目Neq个无线电发射器以及参考位置处预先记录的发射器ID与当前位置处提供的发射器ID不同的第二数目Nneq个无线电发射器,即,为其发射器ID仅在当前位置处提供且并不在参考位置处预先记录或其发射器ID仅在参考位置处预先记录而并不提供于当前位置的Nneq个无线电发射器。存在以下子步骤:从第二数目Nneq个无线电发射器选择当前位置处未被接收的Nnh个(“未听到”)无线电发射器,即,在参考位置存在预先记录的性质而在当前位置处不提供这些性质的Nnh个无线电发射器。当前位置处未被接收的无线电发射器数目Nnh越大,当前位置不对应于参考位置的可能性越大。此外,可提供又一子步骤包括:从第二数目Nneq个无线电发射器选择当前位置处过度接收的Nhtm个(“听得太多”)无线电发射器,其中在参考位置处不存在预先记录的电磁性质而其中存在当前位置处所提供的电磁性质。当前位置处过度接收的无线电发射器数目Nhtm越大,当前位置不对应于参考位置的可能性越大。因此,根据Nneq=(Nnh+Nhtm),第二数目Nneq个无线电发射器由当前位置处未被接收的Nnh个无线电发射器和当前位置处过度接收的Nhtm个无线电发射器组成。
基于提供的无线电信号性质,第三步骤包括:确定当前位置的匹配度量和/或距离值ACC,其中第一数目Neq个无线电发射器的性质以及第二数目Nneq个无线电发射器的性质都被考虑用于确定匹配度量,并且其中,第一数目Neq个无线电发射器的性质以及第二数目Nneq个无线电发射器的性质被反映为不同程度的匹配度量。根据实施方式,第一数目Neq个无线电发射器的性质比第二数目Nneq个无线电发射器的性质被赋予更大的权重,这将在下文中更详细地解决。
确定和/或提供无线电信号性质的步骤通过移动终端或者客户端(例如,诸如能够WLAN的PDA、能够蓝牙的PDA或者甚至移动电话)来执行。为此,客户端具有用于确定和/或提供固定定位的无线电发射器的无线电信号性质的装置,该性质通常的特征在于固定定位的无线电发射器的ID及其电磁信号特性,诸如接收场强度、接收频谱或者接收信噪比。
固定定位的无线电发射器的ID或者标识特征可以为MAC(媒介接入控制)地址、基站ID或者小区ID。
无线电信号的性质可理解为表示先前描述的测量包MP(i)。已确定和/或提供的性质MP(i)被提供给用于将无线电信号和/或它们相关联的无线电发射器分为第一数目Neq个无线电发射器和第二数目Nneq个无线电发射器的装置34。第一数目Neq个无线电发射器包括在参考位置处先前记录的发射器ID与当前位置处确定的发射器ID相同的这些无线电发射器。第二数目Nneq=(Nnh+Nhtm)个无线电发射器包括其发射器ID仅提供在当前位置处且在参考位置并不预先记录或者其发射器ID仅在参考位置处预先记录而并不提供到当前位置的这些无线电发射器。因此,无线电信号被分为至少两个组。第一组包括第一数目Neq个无线电发射器的无线电信号的性质,而第二组包括第二数目Nneq个无线电发射器的无线电信号的性质。如上文已经描述的,第二组还可被细分为当前位置处未被接收的无线电发射器的无线电信号性质的组以及当前位置处被过度接收的无线电发射器的无线电信号性质的组。第一数目Neq个无线电发射器的性质以及第二数目Nneq个无线电发射器的性质可被反映为不同程度的匹配度量,即,可被不同地加权。
只要它们为可接收,几个基站和/或无线电发射器的信号就在每个场所或者位置处具有不同信号强度以及相关联发射器ID。在WLAN网络情况下,这样的电子指纹包括针对每个WLAN装置或者WLAN无线电发射器明确的MAC地址以及相关联接收信号强度的列表,因此使当前位置特征化。WLAN无线电发射器被放在哪里是无关紧要的。
差异现在形成于参考位置处先前记录的电磁性质与当前位置处提供的第一数目Neq个无线电发射器的电磁性质之间。例如,差异由参考位置处先前记录的发射器ID与当前位置处提供的发射器ID相同的无线电发射器的RSSI值形成。这些RSSI差值ΔRSSI1至ΔRSSINeq被相加以产生总和∑ΔRSSIn。Neq为出现在测量包和参考包两者中的无线电发射器的第一数目。函数ΔRSSI计算两个信号强度值之间的距离。人们可以选择例如以dB为单位的测量值的欧几里得距离作为距离函数。在此背景下,距离因此并不是指空间距离,而是数学偏差。相加之后,总和∑ΔRSSIn被利用加权因子EQW加权,即EQW·∑ΔRSSIn。EQW定义介于0和1之间的权重,权重表示与当前位置处过度听到或者未听到的无线电发射器相比估计出的测量值的距离和/或信号强度值的距离的程度∑ΔRSSIn。
如果将停止计算该点处的匹配度量,那么可能会将这样的参考位置选择作为实际上与当前位置具有较差匹配的候选位置,而不是具有较佳匹配的候选位置。这样的一个示例为:假设对于第一参考点,与当前位置的比较产生Neq=1,即,在参考测量包和当前测量包之间,存在仅一个无线电发射器ID匹配。例如,如果测量包的测量的相应RSSI值被偶然地以例如2.5dB分离,那么将产生∑ΔRSSI1/Neq=2.5dB。让我们进一步假设,对于第二参考点,与当前位置的比较产生Neq=3,即,在参考测量包和当前测量包之间,存在3个无线电发射器ID的匹配。如果相应RSSI值被以例如2dB、3dB和4dB分离,那么将总共产生∑ΔRSSIn/Neq=3dB。因此,与第一参考点相比,第二参考点将被给予较差评估,这将导致估计错误。借助先前描述的方案,这样的估计错误可被避免或者至少减少。
对于未被接收的每个无线电发射器,可定义马吕斯函数和/或马吕斯值Mnh,m()(m=1,...,Nnh)。这意味着,对于以参考值而不是当前测量值出现的每个站,可定义马吕斯值Mnh,m()(m=1,...,Nnh)。所述马吕斯值可取决于例如过去在参考位置是可接收的站相应地未被接收的可靠性水平。在到现在为止未被接收的站具有高可接收性情况下,即在高RSSI值情况下,例如,将产生高马吕斯值。因此,马吕斯值Mnh,m()(m=1,...,Nnh)可与当前位置处未被接收的该站的参考RSSI值直接成比例。此外,马吕斯函数Mnh,m()(m=1,...,Nnh)可与相应、未被接收的无线电发射器的PGS值有关系。例如,在参考数据库中小PGS可能只会导致相应的马吕斯函数Mnh,m()的小值。这也可通过以下式子计算:
Mnh,m(PGS)=固定马吕斯+动态马吕斯,其中,
动态马吕斯=固定马吕斯*PGS/100。因此,根据实施方式,未接收的无线电发射器的马吕斯值的函数Mnh,m()(m=1,...,Nnh)取决于与接收场强度有关且先前记录在参考点处的性质并且取决于例如针对环境的测量值质量等的模型。当前位置处未被接收的无线电发射器的Nnh个马吕斯值Mnh,m()(m=1,...,Nnh)被进一步处理,以确定未接收的无线电发射器的Nnh个马吕斯值的第一总和∑Mnh,m()。
在当前位置处过度接收的Nhtm个无线电发射器的无线电信号的性质与在参考位置不存在先前记录的电磁性质而是在当前位置存在所提供的电磁性质的无线电发射器相关联。在当前位置处过度接收的每个无线电发射器可具有马吕斯函数Mhtm,r()(r=1,...,Nhtm)或者与它相关联的马吕斯值。这意味着,针对在参考值中缺少但包括在当前测量出的测量值中的每个无线电发射器,可定义马吕斯值Mhtm,r()(r=1,...,Nhtm)。在此背景下,马吕斯值Mhtm,r()(r=1,...,Nhtm)的函数可能也取决于无线电发射器的当前RSSI测量值以及取决于例如针对环境的测量值质量、参考数据龄期等的模型。在当前位置处过度接收的无线电发射器可以具有与它相关联的马吕斯值Mhtm,r()(r=1,...,Nhtm),这取决于与无线电信号的接收场强度有关的性质(例如根据RSSI值)。因此,马吕斯值Mhtm,r()(r=1,...,Nhtm)通常与当前位置处过度接收的站的参考RSSI值直接成比例。此外,马吕斯函数Mhtm,r()(r=1,...,Nhtm)可以与过度接收的相应无线电发射器的PGS值有关系。例如,参考数据库中的小PGS可能只会导致相应马吕斯函数Mhtm,r()(r=1,...,Nhtm)的小值。过度接收的Nhtm个无线电发射器的马吕斯值被相加为第二总和∑Mhtm,r()。
未被接收的无线电发射器的马吕斯值的第一总和∑Mnh,m()以及被过度接收的无线电发射器的第二总和∑Mhtm,r()根据实施方式被相加,且使用加权因子(1-EQW)被加权,即(1-EQW)·(∑Mnh,m()+∑Mhtm,r())。
最后,预先记录在参考位置处的电磁性质与在第一数目Neq个无线电发射器的位置处提供的电磁性质之间的差的加权总和EQW·∑ΔRSSIn以及马吕斯值的加权总和(1-EQW)·(∑Mnh,m()+∑Mhtm,r())被相加且利用(Neq+Nnh+Nhtm)被标准化,以获得当前位置和所设想的参考位置之间的距离值ACC。例如,可根据下式计算距离值ACC:
如果根据式子(1)确定距离值ACC,那么当前位置和所设想的参考位置之间的匹配越大,距离值ACC将越小。这意味着,差的总和∑ΔRSSIn越小并且马吕斯值的总和∑Mnh,m()、∑Mhtm,r()越小,匹配将越大。
根据其它实施方式,匹配的测量也可能与距离值ACC相反,或者如果ACC无法变为大于1,那么它可能根据(1-ACC)算出。即,距离ACC越小,匹配度量越大。当然,其它计算规范也是可行的,其中,第一数目Neq个无线电发射器的性质以及第二数目Nneq=(Nnh+Nhtm)个无线电发射器的性质被反映为不同匹配度量程度。
根据上述针对距离值ACC的计算方法,过度接收或者未接收的每个站增加距离ACC。不同站在指纹和当前测量值方面的处理强烈影响精度:在存储的参考指纹中缺少但在当前测量时出现的站是该指纹不匹配的强有力迹象。
图7示出地理区域(诸如城镇或者具有商品交易会摊位以及介于它们之间的过道的商品交易会厅的一部分)70的平面图。定位装置10位于当前位置76处。对于地理区域70内的多个位置,参考数据集已经被记录,参考数据集被描绘为图7中的圆圈或者十字。描绘为十字的参考位置79与定位装置10的当前位置76相距太远,以使得没有用于这两个位置处可接收的无线电发射器的匹配(或者只有小匹配)。在描绘为圆圈的参考位置78处,在当前位置76接收的无线电信号模式与针对相应参考位置记录的参考无线电信号模式之间存在至少基本匹配。这样的基本匹配可能是由于在两个位置处可接收的无线电发射器存在足够的匹配。此外,图7还示出当前位置76处可接收的无线电信号模式与相应参考位置处的参考无线电信号模式之间的匹配度量。相应参考位置处的小圆圈表示仅存在小匹配。然而,大圆圈表示存在高匹配。
位于当前位置76附近的参考位置71、72、73、74和75对应于接收的无线电信号模式与相应参考无线电信号模式之间相对良好的匹配。参考位置71表示具有最佳匹配的参考位置。参考位置72至75表现出接收的无线电信号模式与相应参考无线电信号模式之间的充分匹配,使得它们也可用于校准目的。因此,在参考无线电信号模式57和66(图5和图6)的选择中,分别考虑与参考位置71至75相对应的参考无线电信号模式。即使当前位置76处的接收无线电信号模式的信号强度从针对参考位置71至75确定的信号强度显著偏离-由于在绝对值中缺乏校准或者校准较差,用于比较的装置51、61也可确保空间接近当前位置76的这种参考位置用于校准。
图8示出可用作例如历史加权滤波器58或者低通滤波器68的低通滤波器的实施方式的示意框图。图8所示的滤波器为首先使用滤波器输入系数81滤除滤波器输入量的递归滤波器。这里,滤波器输入系数81被表示为参数a的函数,具体地为1/(1+a)。乘以滤波器输入系数81的滤波器输入量被提供到加法器82。加法器82具有另一输入端,先前滤波器输出值经由该另一输入端而提供给加法器82。先前滤波器输出值在加法器82的输出端被分支;被供应给延迟元件83;且然后乘以滤波器反馈系数84,该滤波器反馈系数在图8所示情况下等于参数a。因此,时间k时的滤波器输出可表示为如下:y[k]=(1/(1+a))·x[k]+a·y[k-1]。
参数a通常被选择为相对较大,例如a=500。可根据当前设定的采样率(轮询间隔)来提供参数a的值。
图9示出滤波器输入值至低通滤波器68的供给的示意表示。在用于确定信号强度差的装置56、67中确定的信号强度差被暂时存储在数据结构96中。数据结构96可被组织为使得接收的无线电信号模式与几个参考无线电信号模式比较的信号强度差被以不同长度的矢量存储。矢量会具有不同的长度,这是因为选择子集内足够可用的参考无线电信号模式或多或少,这取决于所接收的无线电信号模式。可根据矢量添加到数据结构96的时间来标记数据结构96内的矢量,以使得可通过定序器97以此顺序读出矢量。定序器97读取当前读出的矢量的各个信号强度值,并将它们转发到低通滤波器68。一旦读出属于特定无线电信号模式的矢量,就可在数据结构96内删除它,使得释放存储空间以用于新到的信号强度差。
标号ΔRSSI i.j表示接收的无线电信号模式i与参考无线电信号模式j之间的信号强度差,j对应于参考无线电信号模式的选择量内针对接收的无线电信号模式i的编号。
图10示出根据本文所公开的教导的实施方式的校准方法的示意流程图。在101处开始方法之后,在102处,接收当前无线电信号模式。然后在103处,执行校准方法,执行接收的无线电信号模式和多个参考无线电信号模式之间的比较。基于执行的比较,一个或多个参考无线电信号模式被选择到选择子集内。为了该目的,分别评估接收的无线电信号模式和参考无线电信号模式之一之间的匹配度量结果。
对于包括在选择子集中的参考无线电信号模式,在每个情况下,分别确定接收的无线电信号模式与一个参考无线电信号模式之间的一个信号强度差(块105)。在106处,确定信号强度的校准值。这基于所确定的信号强度差来实现,通常执行对几个信号强度差求平均,以在很大程度上避免校准值意外变化。在107处,校准方法提供用于定位装置的部件上使用的校准值。通常,定位装置的接收装置将使用所提供的校准值。成功校准之后,接收装置能够以足以用于定位目的精确度来确定接收的无线电信号模式和/或接收无线电的信号的平均的绝对信号强度。方法在108处结束:然而,它可周期性重复。例如,可每个时间单位执行一次,例如,每隔10秒执行一次、每隔30秒执行一次或者每隔60秒执行一次。方法还可由特殊情况触发,例如由新无线电信号模式的接收来触发。
即使结合装置描述了一些方面,但应当理解,这些方面还表示相对应方法的描述,从而装置的块或者组件还应被理解为相对应的方法步骤或者方法步骤的特征。类似地,结合或者作为方法步骤描述的方面还表示相对应装置的相应块或者细节或者特征的描述。方法步骤中一些或者全部可通过(或者同时使用硬件装置)硬件装置来执行,硬件装置诸如有微处理器、可编程计算机或者电子电路。在一些实施方式中,最重要方法步骤中的一些或者全部可通过这种装置执行。
根据具体实施要求,本发明实施方式可以以硬件或者软件实施。可使用数字存储介质来执行实施,数字存储介质例如有软盘、DVD、蓝光光盘、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROM或者闪存、硬盘或者任何其它磁性或者光学存储器,电子可读控制信号存储于这种存储器上并且可与可编程计算机***协作或者确实是合作来执行各个方法。因此,这就是为什么数字存储介质可为计算机可读。
因此,根据本发明的一些实施方式包括具有电子可读控制信号的数据载体,所述电子可读控制信号能够与可编程计算机***合作来执行本文所描述的任一种方法。
一般地,本发明实施方式可实施为具有程序代码的计算机程序产品,当计算机程序产品在计算机上运行时,程序代码可操作为执行任一种方法。
例如,程序代码也可存储于机器可读载体上。
其它实施方式包括用于执行本文所描述的任一种方法的计算机程序,所述计算机程序存储于机器可读载体上。
换言之,因此,本发明方法的实施方式为具有程序代码的计算机程序,当计算机程序在计算机上运行时,程序代码执行本文所描述的任一种方法。
因此,本发明方法的又一实施方式为其上记录有用于执行本文所描述的任一种方法的计算机程序的数据载体(或者数字存储介质,或者计算机可读介质)。
因此,本发明方法的又一实施方式为数据流或者表示用于执行本文所描述的任一种方法的计算机程序的信号序列。数据流或者信号序列例如可被配置为经由数据通信链路(例如经由互联网)传输。
又一实施方式包括被配置为或者用于执行本文所描述的任一种方法的处理装置,例如,计算机或者可编程逻辑器件。
又一实施方式包括其上安装有用于执行本文所描述的任一种方法的计算机程序的计算机。
根据本发明的又一实施方式包括被配置为将用于执行本文所描述的任一种方法的计算机程序传输给接收器的装置或者***。例如,传输可通过电学或者光学的方式实现。例如,接收器可为计算机、移动设备、存储装置或者类似装置。例如,所述装置或者***可包括用于将计算机程序传输到接收器的文件服务器。
在一些实施方式中,可编程逻辑器件(例如,现场可编程门阵列、FPGA)可用于执行本文中描述的方法的一些或者全部功能。在一些实施方式中,现场可编程门阵列可与微处理器协作来执行本文所描述的任一种方法。在一些实施方式中,方法一般通过任何硬件装置来执行。例如,后者(硬件装置)可以是通常使用的硬件(诸如计算机处理器(CPU))或者专用于该方法的硬件(诸如ASIC)。
上述实施方式仅仅是本发明原理的示意性表示。应当理解,本文中所描述的配置和细节的修改和变化对于本领域技术人员将是显而易见的。因此,这就是为什么意指本发明仅仅由所附权利要求的范围限定而不是由本文中通过实施方式的描述和解释所提供的具体细节进行限定。