TW201543929A - 基於存取點的定位系統和方法 - Google Patents

Abstract

一種基於存取點的定位系統包含一行動裝置，至少三存取點和一定位伺服器。其中行動裝置定期地將探測請求傳送到至少三存取點的每一存取點。至少三存取點的每一存取點依據探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到定位伺服器。定位伺服器依據訊號強度計算出行動裝置的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置。

Description

基於存取點的定位系統和方法

本揭露係關於一種基於存取點的定位系統和方法，特別是關於一種可遠端監測之基於存取點的定位系統和方法。

現今市場上應用最為廣泛的室外定位裝置大部分是基於GPS定位技術，且當GPS接收機在室內或受遮蔽的環境工作時，由於信號受遮蔽的影響而衰減，定位精度亦相對降低，要想達到與室外一樣直接從衛星廣播中提取導航數據和時間信息困難度將大為增加。另一方面，無線廣域網路(WAN)亦可做為定位技術，但是仍有信號因遮蔽或室內的環境影響而衰減，以及密集佈建基地台成本過高等等缺點。

一般在室內或受遮蔽的環境執行定位可採用無線區域網路(WLAN)來執行定位，其最常被作為室內定位的無線區域網路是使用WiFi系統。在傳統的定位方法中，WiFi系統的裝置(Device)端會收集各個存取點(Access point,AP)的訊 號強度，當收集到三個以上的存取點的訊號強度，裝置端便能根據三角定位(Triangulation and Multi-lateration Localization)的演算法來估算出裝置端的所在位置，如第一圖所示。

在第一圖中，裝置端收集五個存取點AP1、AP2、AP3、AP4和AP5的訊號強度。使用上述三角定位的方法是透過每一個存取點與裝置端之間的距離或角度，利用三角形幾何性質計算出裝置端所在之位置。而測量距離的方式，則可透過存取點以及裝置端觀察到的訊號抵達時間(Time of Arrival)、訊號抵達時間差(Time Difference of Arrival)、訊號入射角度(Angle of Arrival)或訊號衰減模型(Path-loss Model)；而角度則可直接利用訊號輸入的角度或是透過地球磁場量測得知。

上述使用WiFi系統的傳統定位方法是以裝置端為基礎的定位技術，其定位的方法需要在裝置端進行複雜的訊號演算來測量每一存取點與裝置端之間的距離或角度。再者此種以裝置端為基礎的定位技術只能提供裝置端自己認知定位的位置(配合裝置端建立的地圖資料)，無法提供遠端監測裝置端定位的位置。為改善上述複雜的訊號偵測與演算的缺點，以及針對遠端可以監測特定裝置端定位的位置的需求，本發明提出一種基於存取點的技術，可快速執行定位以及適合遠端監測。

本揭露實施例可提供關於一種基於存取點的定位系統和方法。

所揭露的一實施例是關於一種基於存取點的定位系統包含：一行動裝置，至少三存取點和一定位伺服器。其中行動裝置定期地將探測請求傳送到至少三存取點的每一存取點。至少三存取點每一存取點依據探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到定位伺服器。定位伺服器依據訊號強度計算出行動裝置的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置。

所揭露的另一實施例是關於一基於存取點的定位方法包括：使用一行動裝置定期地將探測請求傳送到一至少三存取點的每一存取點。至少三存取點的每一存取點依據探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到一定位伺服器。定位伺服器依據訊號強度計算出行動裝置的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置。

茲配合下列圖示、實施例之詳細說明及申請專利範圍，將上述及本揭露之其他優點詳述於後。

20‧‧‧基於存取點的定位系統

21‧‧‧行動裝置

22‧‧‧至少三存取點

23‧‧‧定位伺服器

211、212、213、214、215‧‧‧探測請求

221、222、223、224、225‧‧‧訊號強度

41‧‧‧使用一行動裝置定期地將探測請求傳送到一至少三存取點的每一存取點

42‧‧‧至少三存取點的每一存取點依據探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到一定位伺服器

43‧‧‧定位伺服器依據訊號強度計算出行動裝置的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置

第一圖說明一種以裝置端為基礎的定位技術。

第二圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明 一種基於存取點的定位系統。

第三圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明樣本比對定位法。

第四圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明一種基於存取點的定位方法。

本發明係關於一種基於存取點的定位系統和方法，特別是關於一種可遠端監測之基於存取點的定位系統和方法。

所揭露的一實施例是關於一基於存取點的定位系統。第二圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明一種基於存取點的定位系統。一種基於存取點的定位系統20包含：一行動裝置21，至少三存取點22和一定位伺服器23。其中行動裝置21定期地將探測請求傳送到至少三存取點22的每一存取點。至少三存取點22每一存取點依據探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到定位伺服器23。定位伺服器23依據訊號強度計算出行動裝置21的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置21。參考第二圖，行動裝置21定期地將探測請求211、212、213、214、215傳送到至少三存取點22的每一存取點(AP1、AP2、AP3、AP4和AP5)。每一存取點依據探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到定位伺服器23。例如存取點AP2將接收的探測請求212計算出訊號強度，並且將此訊號強度 傳送到定位伺服器23。最後定位伺服器23依據訊號強度計算出行動裝置21的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置21。

在第二圖中，行動裝置21例如是使用WiFi的通信協定將探測請求211、212、213、214、215傳送到至少三存取點22的每一存取點。其中行動裝置21將探測請求211在行動裝置21與存取點AP1的通信通道上傳送到存取點AP1，行動裝置21將探測請求212在行動裝置21與存取點AP2的通信通道上傳送到存取點AP2，行動裝置21將探測請求213在行動裝置21與存取點AP3的通信通道上傳送到存取點AP3，行動裝置21將探測請求214在行動裝置21與存取點AP4的通信通道上傳送到存取點AP4，以及行動裝置21將探測請求213在行動裝置21與存取點AP5的通信通道上傳送到存取點AP5。

承上述，行動裝置21將探測請求211、212、213、214、215傳送到存取點AP1、AP2、AP3、AP4、AP5後，每一存取點依據接收的探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度221、222、223、224、225傳送到定位伺服器23。例如存取點AP1將計算出的訊號強度221傳送到定位伺服器23，存取點AP2將計算出的訊號強度222傳送到定位伺服器23，存取點AP3將計算出的訊號強度223傳送到定位伺服器23，存取點AP4將計算出的訊號強度224傳送到定位伺服器23，以及存取點AP5將計算出的訊號強度225傳送 到定位伺服器23。

根據一實施範例，在第二圖中的基於存取點的定位系統中，每一存取點計算出訊號強度後，還可將行動裝置21的辨識碼(ID)和存取點自身的辨識碼(ID)傳送到定位伺服器23，即存取點將行動裝置21的辨識碼(ID)、存取點自身的辨識碼(ID)以及訊號強度一起傳送到定位伺服器23。

承上述，接著在第二圖中定位伺服器23依據接收的訊號強度計算出行動裝置21的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置21。其中定位伺服器23計算行動裝置21位置的方法例如可使用樣本比對定位法(Pattern-Matching Localization)。此樣本比對定位法是依據接收的訊號強度與已建立的多個樣本比對，其中多個樣本的每一樣本對應到一相對應的位置。而比對的方式是以尋找最相近的樣本成為比對的結果。因而與定位伺服器23接收的訊號強度最相近的樣本所對應到的位置即為定位伺服器23計算出的行動裝置21位置。

上述樣本比對定位法如第三圖所示，假設在一定位空間中有n個存取點，例如AP1、AP2、AP3、AP4、…、APn，以及m個給定的位置，例如L1、L2、L3、…、Lm。並且在每一個位置Li上鄰近的存取點可收集到位於位置Li上的行動裝置的平均訊號強度，可稱之為特徵向量(feature vector)Vi=[Vi,1,Vi,2,Vi,3,…,Vi,n]。

如上述，樣本比對定位法可依據接收的訊號強度與已建立的多個樣本比對，其中每一樣本對應到一相對應的位置。上述之特徵向量(feature vector)Vi=[Vi,1,Vi,2,Vi,3,…,Vi,n]即為所述之對應於位置Li的樣本。

再者比對的方式是以尋找最相近的樣本成為比對的結果。首先假定行動裝置目前在某一位置(目前尚未知道)，此時定位伺服器23經由鄰近的存取點接收的訊號強度之特徵向量為S=[S1,S2,S3,…,Sn]。比對的方式是計算訊號強度S與Vi的差異，即歐幾里得距離H(Li)來判斷相似程度以尋找最相近的樣本，其中歐幾里得距離H(Li)的計算如下：H(Li)=∥ S,Vi ∥=[(S1-Vi,1)²+(S2-Vi,2)²+…+(Sn-Vi,n)²]^1/2

上述計算出的H(Li)值最小者所對應的特徵向量Vi即是最相近的樣本。因此計算出的H(Li)值最小者所對應的位置Li即為定位伺服器23計算出的行動裝置21的位置。

根據一實施範例，在第二圖中的基於存取點的定位系統中，定位伺服器23還可包含一資料庫以儲存位置Li上的行動裝置所收集鄰近的n個存取點的平均訊號強度Vi=[Vi,1,Vi,2,Vi,3,…,Vi,n]。在定位系統執行定位前，此訊號強度Vi的資料需先建立在定位伺服器23的資料庫中，定位伺 服器可以樣本比對定位法執行行動裝置的定位。

根據一實施範例，在第二圖中的基於存取點的定位系統還可包含一遠端監測器，來與定位伺服器通信以監測行動裝置21。在一實施範例中，定位伺服器23還包含一時間記錄器以記錄定位伺服器23接收到各個存取點的訊號強度的時間，此時間即為行動裝置21位於計算出的行動裝置21位置的時間。遠端監測器可經由定位伺服器通信得到此時間的資訊，來監測行動裝置21。

所揭露的另一實施例是關於一基於存取點的定位方法。第四圖是與所揭露的一實施範例一致的一示意圖，說明一種基於存取點的定位方法。此方法包括：使用一行動裝置定期地將探測請求傳送到一至少三存取點的每一存取點(步驟41)。至少三存取點的每一存取點依據探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到一定位伺服器(步驟42)。定位伺服器依據訊號強度計算出行動裝置的位置，並且將計算出的位置傳送到行動裝置(步驟43)。

在第四圖中的步驟41中，行動裝置使用WiFi的通信協定將探測請求傳送到至少三存取點的每一存取點。

在第四圖中的步驟42中，每一存取點計算出訊號強度後，還可將行動裝置的辨識碼(ID)和存取點自身的辨識碼(ID)傳送到定位伺服器，即存取點將行動裝置21的辨識碼 (ID)、存取點自身的辨識碼(ID)以及訊號強度一起傳送到定位伺服器。

在第四圖中的步驟43中，定位伺服器計算行動裝置位置的方法例如可使用樣本比對定位法(Pattern-Matching Localization)。此樣本比對定位法是依據接收的訊號強度與已建立的多個樣本比對，其中多個樣本的每一樣本對應到一相對應的位置。而比對的方式是以尋找最相近的樣本成為比對的結果。因而與定位伺服器接收的訊號強度最相近的樣本所對應到的位置即為定位伺服器計算出的行動裝置的位置。

根據一實施範例，在第四圖中的基於存取點的定位方法還包含使用一資料庫以儲存多個樣本的每一樣本以及每一樣本相對應的位置。

根據一實施範例，第四圖中的基於存取點的定位方法還包含使用一遠端監測器，來與定位伺服器通信以監測行動裝置。在一實施範例中，第四圖中的基於存取點的定位方法還包含記錄定位伺服器接收到各個存取點的訊號強度的時間，並且遠端監測器可經由定位伺服器通信得到此時間的資訊來監測行動裝置。

以上所述者皆僅為本揭露實施例，不能依此限定本揭露實施之範圍。大凡本發明申請專利範圍所作之均等變化 與修飾，皆應屬於本發明專利涵蓋之範圍。

20‧‧‧基於存取點的定位系統

21‧‧‧行動裝置

22‧‧‧至少三存取點

23‧‧‧定位伺服器

211、212、213、214、215‧‧‧探測請求

221、222、223、224、225‧‧‧訊號強度

Claims (16)

1. 一種基於存取點的定位系統，該定位系統包含：一行動裝置；至少三存取點；以及一定位伺服器；其中該行動裝置定期地將探測請求傳送到該至少三存取點的每一存取點；該至少三存取點的該每一存取點依據該探測請求計算出訊號強度，並且將訊號強度傳送到該定位伺服器；以及該定位伺服器依據該訊號強度計算出該行動裝置的位置，並且將計算出的該位置傳送到該行動裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該行動裝置使用WiFi的通信協定將探測請求傳送到該至少三存取點的該每一存取點。
3. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該每一存取點將該行動裝置的辨識碼和該存取點自身的辨識碼傳送到該定位伺服器。
4. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該定位伺服器使用一樣本比對定位法來計算出該位置。
5. 如申請專利範圍第4項所述之定位系統，其中該樣本比對定位法是依據該訊號強度與一多個樣本的每一樣本比對以尋找最相近的樣本，其中該多個樣本的每一樣本對應到一位置，並且該最相近的樣本所對應的位置即為計算出的該位置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之定位系統，其中該定位伺服器還包含一資料庫以儲存該多個樣本的每一樣本以及該每一樣本對應的該位置。
7. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，還包含一遠端監測器來與該定位伺服器通信以監測該行動裝置。
8. 如申請專利範圍第1項所述之定位系統，其中該定位伺服器還包含一時間記錄器以記錄該定位伺服器接收到該訊號強度的時間。
9. 一種基於存取點的定位方法，該定位方法包括：使用一行動裝置定期地將探測請求傳送到至少三存取點的每一存取點；該至少三存取點的該每一存取點依據該探測請求計算出訊號強度，並且將該訊號強度傳送到一定位伺服器；以及該定位伺服器依據該訊號強度計算出該行動裝置的位置，並且將計算出的該位置傳送到該行動裝置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之定位方法，其中該行動裝置使用WiFi的通信協定將探測請求傳送到該至少三存取點的該每一存取點。
11. 如申請專利範圍第9項所述之定位方法，其中該每一存取點將該行動裝置的辨識碼和該存取點自身的辨識碼傳送到該定位伺服器。
12. 如申請專利範圍第9項所述之定位方法，其中該定位伺服器使用一樣本比對定位法來計算出該位置。
13. 如申請專利範圍第12項所述之定位方法，其中該樣本比對定位法是依據該訊號強度與一多個樣本的每一樣本比對以尋找最相近的樣本，其中該多個樣本的每一樣本對應到一位置，並且該最相近的樣本所對應的位置即為計算出的該位置。
14. 如申請專利範圍第13項所述之定位方法，還包含使用一資料庫以儲存該多個樣本的每一樣本以及該每一樣本對應的該位置。
15. 如申請專利範圍第9項所述之定位方法，還包含使用一遠端監測器來與該定位伺服器通信以監測該行動裝置。
16. 如申請專利範圍第9項所述之定位方法，還包含記錄該定位伺服器接收到該訊號強度的時間。