CN106255199B - 室内定位装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提出一种室内定位装置，包含通信接口及处理单元。处理单元，耦接于通信接口，于启动室内定位功能时，将电子装置设定为不接受连线状态；以及于公告状态中通过通信接口周期性广播公告讯息。公告讯息包含代表电子装置的识别码、发送公告讯息时的时间戳记以及发送功率。

Description

室内定位装置
技术领域
本发明涉及一种定位技术，特别是一种室内定位方法以及使用该方法的装置。
背景技术
目前的全球定位***(GPS,Global Positioning System)或辅助全球定位***(AGPS,Assisted Global Positioning System)通过追踪卫星信号来计算位置。然而，卫星信号容易被建筑物遮蔽，并不适合运用在室内的场合。因此，需要一种室内定位方法以及使用该方法的装置，解决以上所述的问题。
发明内容
本发明的实施例提出一种室内定位方法，由从节点中的处理单元执行，包含以下步骤。于启动室内定位功能时，将从节点设定为不接受连线状态。于公告状态中周期性广播公告讯息，其中包含代表从节点的识别码、发送公告讯息时的时间戳记以及发送功率。
本发明的实施例还提出一种室内定位方法，由主节点中的处理单元执行，包含以下步骤。于扫描阶段中从公告者取得公告讯息中的发送功率；计算公告讯息的接收强度；依据发送功率及接收强度计算衰减程度；依据所述衰减程度决定电子装置与公告者间的距离；以及将相应于公告者的定位信息传送至定位伺服器。定位信息包含主节点的位置、公告者的识别码、公告讯息中的时间戳记以及计算出的距离，使得定位伺服器可依据定位信息计算公告者的位置。
本发明的实施例提出一种室内定位装置，包含通信接口及处理单元。处理单元，耦接于通信接口，于启动室内定位功能时，将电子装置设定为不接受连线状态；以及于公告状态中通过通信接口周期性广播公告讯息。公告讯息包含代表电子装置的识别码、发送公告讯息时的时间戳记以及发送功率。
本发明的实施例还提出一种室内定位装置，包含通信接口及处理单元。处理单元，耦接于通信接口，于扫描阶段中通过通信接口从公告者取得公告讯息中的发送功率；计算公告讯息的接收强度；依据发送功率及接收强度计算衰减程度；依据衰减程度决定电子装置与公告者间的距离；以及将相应于公告者的定位信息传送至定位伺服器。定位信息包含电子装置的位置、公告者的识别码、公告讯息中的时间戳记以及计算出的距离，使得定位伺服器可依据定位信息计算公告者的位置。
附图说明
图1示出了依据本发明实施例的室内定位***的网络架构图。
图2示出了依据本发明实施例的运算装置的***架构图。
图3示出了依据本发明实施例的运算装置的***架构图。
图4示出了依据本发明实施例的连接层状态机示意图。
图5示出了依据本发明实施例的由移动装置的处理单元执行的室内定位方法流程图。
图6示出了依据本发明实施例的由蓝牙节点的处理单元于扫描状态执行的室内定位方法流程图。
附图符号说明
10室内定位***； 110局域网络/互联网络；
131～136蓝牙节点； 150移动装置；
170定位伺服器； 210处理单元；
220显示单元； 230输入装置；
240存储装置； 250存储器；
260通信接口； 310处理单元；
330输入装置； 340存储装置；
350存储器； 360通信接口；
S410扫描状态； S420待命状态；
S430初始化阶段； S440连线阶段；
S450公告状态； S510～S560方法步骤；
S610～S650方法步骤。
具体实施方式
以下说明是为完成发明的较佳实施方式，其目的在于描述本发明的基本精神，但并不用以限定本发明。实际的发明内容必须参考权利要求范围。
必须了解的是，使用于本说明书中的“包含”、“包括”等词，是用以表示存在特定的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件以及/或组件，但并不排除可加上更多的技术特征、数值、方法步骤、作业处理、元件、组件，或以上的任意组合。
于权利要求中使用如“第一”、“第二”、“第三”等词是用来修饰权利要求中的元件，并非用来表示之间具有优先权顺序，先行关系，或者是一个元件先于另一个元件，或者是执行方法步骤时的时间先后顺序，仅用来区别具有相同名字的元件。
图1示出了依据本发明实施例的室内定位***10的网络架构图。例如，一个三维空间中包含六个蓝牙节点(Bluetooth Node)131至136，而使用者可携带移动装置150在三维空间中任意移动，并藉由蓝牙节点131至136的帮助知道目前的位置。蓝牙节点131至136中的每一个设置在一个三维空间中的固定位置。移动装置150可以是手机、平板电脑、笔记型电脑、智能手表等。蓝牙节点131至136形成一个多路径网络(mesh network)，其中的每一个可与邻近节点相互通信。蓝牙节点131可同时配备有局域网络(LAN,Local Area Network)模块或无线局域网络(WLAN,Wireless Local Area Network)模块，用以连接上局域网络、互联网络或以上两者110。蓝牙节点131至136中的任一个可拥有中继器(repeater)的功能，使得数据可以逐一传递至没有直接连接上的节点。例如，虽然蓝牙节点136因为距离或发送功率的限制不能直接连接上蓝牙节点133，但却可以通过蓝牙节点134或135将数据传递至蓝牙节点133。移动装置150使用特定通信(例如，Bluetooth 4.0)持续广播公告讯息(Advertising messages)，其中至少包含代表移动装置150的识别码、时间戳记(Timestamp)与发送功率(Tx Power)的信息。蓝牙节点131至136中的任一个取得移动装置150广播的公告讯息，计算此公告讯息的接收强度，依据公告讯息中的发送功率与计算出的接收强度决定衰减程度，并且依据衰减程度决定与移动装置150间的距离。蓝牙节点131至136中的任一个还可将定位信息，例如自己的三维空间位置、移动装置150的识别信息、公告讯息的时间戳记以及计算出的距离，经由其他蓝牙节点(如有必要)以及局域网络、互联网络或以上两者110传送至定位伺服器170。定位伺服器170持续搜集蓝牙节点131至136回报的定位信息，并据以使用多角定位方法来更新移动装置150的三维空间位置。
图2示出了依据本发明实施例的运算装置的***架构图。此***架构可实施于移动装置150以及定位伺服器170，至少包含处理单元210。处理单元210可使用多种方式实施，例如以专用硬件电路或通用硬件(例如，单一处理器、具有平行处理能力的多处理器、图形处理器或其他具有运算能力的处理器)，并且在执行程序码或软件时，提供之后所描述的功能。***架构还包含存储器250用以存储执行过程中需要的数据，例如，变数、数据表(datatables)等，以及存储装置240，用以存储各式各样的电子文件，例如，网页、文件、音频文件、视频文件等。***架构还包含通信接口260，让处理单元210可藉以跟蓝牙节点131至136或其他电子装置进行沟通。通信接口260可以是低成本、低耗电的蓝牙模块。输入装置230可包含键盘、滑鼠、触控面板等。使用者可按压键盘上的按键来输入字符，藉由操作滑鼠来控制鼠标，或者是在触控面板制造手势来控制执行中的应用程序。手势可包含单击、双击、单指拖曳、多指拖曳等，但不限定于此。显示单元220可包含显示面板(例如，薄膜液晶显示面板、有机发光二极管面板或其他具显示能力的面板)，用以显示输入的字符、数字、符号、拖曳鼠标的移动轨迹、绘制的图案或应用程序所提供的画面，提供给使用者观看。
图3示出了依据本发明实施例的运算装置的***架构图。此***架构可实施于蓝牙节点131至136中的任一个，至少包含处理单元310。处理单元310可使用多种方式实施，例如以专用硬件电路或通用硬件(例如，单一处理器、具有平行处理能力的多处理器、图形处理器或其他具有运算能力的处理器)，并且在执行程序码或软件时，提供之后所描述的功能。***架构还包含存储器350用以存储执行过程中需要的数据，例如，变数、数据表等，以及存储装置340，用以存储各式各样的电子文件。***架构还包含通信接口360，让处理单元310可藉以跟移动装置150或其他无线装置进行沟通。通信接口360可以是低成本、低耗电的蓝牙模块。
于布署时，蓝牙节点131至136组态为主节点(master nodes)，而移动装置150组态为从节点(slave node)。蓝牙节点131至136及移动装置150于连接层(link layer)各自实施一个状态机(state machine)，用以管理蓝牙节点131至136中的一个及移动装置150间于连接层中的讯息交换以及执行相应于接收到讯息的处理。图4示出了依据本发明实施例的连接层状态机示意图。当开机或开启蓝牙时，蓝牙节点131至136及移动装置150皆处于待命(Standby)状态S420。接着，移动装置150周期性地由待命状态S420进入公告(Advertising)状态S450用以广播公告讯息(Advertising messages)，蓝牙节点131至136则周期性地由待命状态S420进入扫描(Scanning)状态S410用以扫描特定频段中是否存在任何从节点广播的公告讯息。一般情况下，当蓝牙节点131至136检测到移动装置150广播的公告讯息时，进入初始化(Initiating)状态S430用以发送连线要求给移动装置150。当移动装置150于待命状态S420接受了蓝牙节点131至136中的任一个的连线请求时，移动装置150及请求的蓝牙节点都进入连线(Connection)状态S440。
当移动装置150启动室内定位功能时，设定为不接受连线状态，关闭与任何蓝牙节点进行连线的功能。因为当移动装置150与任何蓝牙节点进行连线时，需要做更多的状态转换及讯息交换，阻碍公告讯息的广播，使得移动装置150无法较频繁地被定位。图5示出了依据本发明实施例的由移动装置150的处理单元210执行的室内定位方法流程图，此方法周期性向蓝牙节点广播公告讯息。首先，当室内定位功能启动时，移动装置150设定为不接受连线状态(步骤S510)。于步骤S510，使用者可使用移动装置150提供的人机界面(MMI,Man-machine Interface)来进行此设定。接着，启动广播计时器，用以于到达一段时间后发出中断给处理单元210(步骤S520)。接着反复执行一个循环(步骤S530至S550)，用以周期性地广播公告讯息。详细来说，当处理单元210检测到广播计时器发出的中断，指示广播计时器已计数到达一段时间(例如一秒)之后(步骤S530)，进入公告状态S450用以广播公告讯息(步骤S540)，接着判断是否室内定位功能被关闭(步骤S550)。于此须注意的是，当进入公告状态S450时，移动装置150被视为一个公告者(Advertiser)。若是，则将移动装置150设定为接受连线状态(步骤S560)，结束整个流程。否则回到待命状态S420，重设广播计数器(步骤S520)。于步骤S540，处理单元210可使用iBeacon分组通过通信接口260广播公告讯息。由于移动装置150设定为不接受连线状态，处理单元210将iBeacon分组的标头(Header)的分组数据单元类型(PDU type)设为“ADV_SCAN_IND”，使得蓝牙节点131至136中的任一个检测到此广播的iBeacon分组时，不发送连线请求给移动装置150。于此须注意的是，为避免蓝牙节点131至136中的任一个尝试与移动装置150建立连线，处理单元210不将iBeacon分组的标头的分组数据单元类型设为“ADV_IND”。处理单元210还可将信息以表1的方式封装至分组数据单元内文(PDU Body)：
表1
处理单元210可于“Timestamp”字段中存放发送公告讯息当时的时间戳记，于“User ID”字段中存放代表移动装置150的识别信息，于“Tx Power”字段中存放广播此公告讯息的发送功率，以及于“User Status”字段中存放应用程序需要的信息，例如，心跳、血压、体温等与健康相关的信息。
图6示出了依据本发明实施例的由蓝牙节点131至136中的任一个的处理单元310于扫描状态S410执行的室内定位方法流程图。于此须注意的是，当进入扫描状态S410时，此蓝牙节点被视为扫描者(Scanner)。于取得公告者(例如，移动装置150)广播的公告讯息后(步骤S610)，判断是否需要与公告者间建立连线(步骤S620)。于步骤S620，处理单元310可判断iBeacon分组的标头中的分组数据单元类型(PDU type)设为“ADV_SCAN_IND”或“ADV_IND”。若iBeacon分组的标头中的分组数据单元类型(PDU type)设为“ADV_IND”，则判断需要与公告者间建立连线；若iBeacon分组的标头中的分组数据单元类型(PDU type)设为“ADV_SCAN_IND”，则判断不需要与公告者间建立连线。若需要与公告者间建立连线(步骤S620中“是”的路径)，则处理单元310使用特定通信协定通过通信接口360与公告者建立连线(步骤S650)。若不需要与公告者间建立连线(步骤S620中“否”的路径)，则处理单元310计算此公告讯息的接收强度(RSSI)(步骤S631)，依据公告讯息中的发送功率与计算出的接收强度决定衰减程度(步骤S633)，并且依据衰减程度决定与公告者间的距离，其中衰减程度越大代表距离越远(步骤S635)，以及传送定位信息，例如扫描者的三维空间位置、公告者的识别信息、公告讯息的时间戳记以及计算出的距离，经由其他蓝牙节点(如有必要)以及局域网络、互联网络或以上两者110至定位伺服器170(步骤S637)。
虽然图2至图3中包含了以上描述的元件，但不排除在不违反发明的精神下，使用更多其他的附加元件，以达成更佳的技术效果。此外，虽然图5、图6的方法流程图采用特定的顺序来执行，但是在不违反发明精神的情况下，本领域技术人员可以在达到相同效果的前提下，修改这些步骤间的顺序，所以，本发明并不局限于仅使用如上所述的顺序。
虽然本发明使用以上实施例进行说明，但需要注意的是，这些描述并非用以限制本发明。相反地，此发明涵盖了本领域技术人员显而易见的修改与相似设置。所以，申请权利要求范围须以最宽广的方式解释来包含所有显而易见的修改与相似设置。

Claims (5)

1.一种室内定位装置，包含：
一通信接口；以及
一处理单元，耦接于所述通信接口，于启动一室内定位功能时，将所述室内定位装置设定为一不接受连线状态；以及于一公告状态中通过所述通信接口周期性广播一公告讯息，其中所述公告讯息包含代表所述室内定位装置的一识别码、发送所述公告讯息时的一时间戳记以及一发送功率，
其中，所述公告讯息的广播使用一iBeacon分组，并且当所述室内定位装置设定为所述不接受连线状态时，所述处理单元将所述iBeacon分组的一标头的一分组数据单元类型设为“ADV_SCAN_IND”。
2.根据权利要求1所述的室内定位装置，其中，所述处理单元还判断所述室内定位功能是否被关闭；以及当所述室内定位功能被关闭时，将所述室内定位装置设定为一接受连线状态。
3.根据权利要求1所述的室内定位装置，其中，所述室内定位装置组态为一从节点。
4.一种室内定位装置，包含：
一通信接口；以及
一处理单元，耦接于所述通信接口，于一扫描阶段中通过所述通信接口从一公告者取得一公告讯息中的一发送功率；计算所述公告讯息的一接收强度；依据所述发送功率及所述接收强度计算一衰减程度；依据所述衰减程度决定所述室内定位装置与所述公告者间的一距离；以及将相应于所述公告者的一定位信息传送至一定位伺服器，其中所述定位信息包含所述室内定位装置的一第一位置、所述公告者的一识别码、所述公告讯息中的一时间戳记以及所述距离，使得所述定位伺服器可依据所述定位信息计算所述公告者的一第二位置，
其中，所述处理单元判断是否需要与所述公告者建立连线；以及当不需要与所述公告者建立连线时，计算所述公告讯息的一接收强度；当需要与所述公告者建立连线时，结束室内定位功能，
其中，所述公告讯息的广播使用一iBeacon分组，当所述iBeacon分组的一标头中的一分组数据单元类型设为“ADV_SCAN_IND”时代表不需要与所述公告者建立连线。
5.根据权利要求4所述的室内定位装置，其中，所述室内定位装置组态为一主节点，以及所述公告者组态为一从节点。
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