TWI545334B - 室內定位裝置 - Google Patents

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TWI545334B TW104118084A TW104118084A TWI545334B TW I545334 B TWI545334 B TW I545334B TW 104118084 A TW104118084 A TW 104118084A TW 104118084 A TW104118084 A TW 104118084A TW I545334 B TWI545334 B TW I545334B
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Description

室內定位裝置
本發明關連於一種定位技術，特別是一種室內定位方法以及使用該方法的裝置。
目前的全球定位系統(GPS,Global Positioning System)或輔助全球定位系統(AGPS,Assisted Global Positioning System)透過追蹤衛星訊號來計算位置。然而，衛星訊號容易被建築物遮蔽，並不適合運用在室內的場合。因此，需要一種室內定位方法以及使用該方法的裝置，解決以上所述的問題。
本發明的實施例提出一種室內定位方法，由從節點中之處理單元執行，包含以下步驟。於啟動室內定位功能時，將從節點設定為不接受連線狀態。於公告狀態中週期性廣播公告訊息，其中包含代表從節點的識別碼、發送公告訊息時的時間戳記以及發送功率。
本發明的實施例另提出一種室內定位方法，由主節點中之處理單元執行，包含以下步驟。於掃描階段中從公告者取得公告訊息中的發送功率；計算公告訊息的接收強度；依據發送功率及接收強度計算衰減程度；依據上述衰減程度決定 電子裝置與公告者間的距離；以及將相應於公告者的定位資訊傳送至定位伺服器。定位資訊包含主節點的位置、公告者的識別碼、公告訊息中的時間戳記以及計算出的距離，使得定位伺服器可依據定位資訊計算公告者的位置。
本發明的實施例提出一種室內定位裝置，包含通訊介面及處理單元。處理單元，耦接於通訊介面，於啟動室內定位功能時，將電子裝置設定為不接受連線狀態；以及於公告狀態中透過通訊介面週期性廣播公告訊息。公告訊息包含代表電子裝置的識別碼、發送公告訊息時的時間戳記以及發送功率。
本發明的實施例另提出一種室內定位裝置，包含通訊介面及處理單元。處理單元，耦接於通訊介面，於掃描階段中透過通訊介面從公告者取得公告訊息中的發送功率；計算公告訊息的接收強度；依據發送功率及接收強度計算衰減程度；依據衰減程度決定電子裝置與公告者間的距離；以及將相應於公告者的定位資訊傳送至定位伺服器。定位資訊包含電子裝置的位置、公告者的識別碼、公告訊息中的時間戳記以及計算出的距離，使得定位伺服器可依據定位資訊計算公告者的位置。
10‧‧‧室內定位系統
110‧‧‧區域網路/網際網路
131~136‧‧‧藍芽節點
150‧‧‧行動裝置
170‧‧‧定位伺服器
210‧‧‧處理單元
220‧‧‧顯示單元
230‧‧‧輸入裝置
240‧‧‧儲存裝置
250‧‧‧記憶體
260‧‧‧通訊介面
310‧‧‧處理單元
330‧‧‧輸入裝置
340‧‧‧儲存裝置
350‧‧‧記憶體
360‧‧‧通訊介面
S410‧‧‧掃描狀態
S420‧‧‧待命狀態
S430‧‧‧初始化階段
S440‧‧‧連線階段
S450‧‧‧公告狀態
S510~S560‧‧‧方法步驟
S610~S650‧‧‧方法步驟
第1圖係依據本發明實施例之室內定位系統的網路架構圖。
第2圖係依據本發明實施例的運算裝置的系統架構圖。
第3圖係依據本發明實施例的運算裝置的系統架構圖。
第4圖係依據本發明實施例的連接層狀態機示意圖。
第5圖係依據本發明實施例之由行動裝置的處理單元執行的室內定位方法流程圖。
第6圖係依據本發明實施例之由藍芽節點的處理單元於掃描狀態執行的室內定位方法流程圖。
以下說明係為完成發明的較佳實現方式，其目的在於描述本發明的基本精神，但並不用以限定本發明。實際的發明內容必須參考之後的權利要求範圍。
必須了解的是，使用於本說明書中的”包含”、”包括”等詞，係用以表示存在特定的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件以及/或組件，但並不排除可加上更多的技術特徵、數值、方法步驟、作業處理、元件、組件，或以上的任意組合。
於權利要求中使用如”第一”、"第二"、"第三"等詞係用來修飾權利要求中的元件，並非用來表示之間具有優先權順序，先行關係，或者是一個元件先於另一個元件，或者是執行方法步驟時的時間先後順序，僅用來區別具有相同名字的元件。
第1圖係依據本發明實施例之室內定位系統10的網路架構圖。例如，一個三度空間中包含六個藍芽節點(Bluetooth Node)131至136，而使用者可攜帶行動裝置150在三度空間中任意移動，並藉由藍芽節點131至136的幫助知道目前的位置。藍芽節點131至136中之每一者設置在一個三度空間中 的固定位置。行動裝置150可以是手機、平板電腦、筆記型電腦、智慧型手表等。藍芽節點131至136形成一個多路徑網路(mesh network)，其中的每一者可與鄰近節點相互通訊。藍芽節點131可同時配備有區域網路(LAN,Local Area Network)模組或無線區域網路(WLAN,Wireless Local Area Network)模組，用以連接上區域網路、網際網路或以上兩者110。藍芽節點131至136中之任一者可擁有中繼器(repeater)的功能，使得資料可以逐一傳遞至沒有直接連接上的節點。例如，雖然藍芽節點136因為距離或發送功率的限制不能直接連接上藍芽節點133，但卻可以透過藍芽節點134或135將資料傳遞至藍芽節點133。行動裝置150使用特定通訊(例如，Bluetooth 4.0)持續廣播公告訊息(Advertising messages)，其中至少包含代表行動裝置150的識別碼、時間戳記(Timestamp)與發送功率(Tx Power)的資訊。藍芽節點131至136中之任一者取得行動裝置150廣播的公告訊息，計算此公告訊息的接收強度，依據公告訊息中的發送功率與計算出的接收強度決定衰減程度，並且依據衰減程度決定與行動裝置150間的距離。藍芽節點131至136中之任一者另可將定位資訊，例如自己的三度空間位置、行動裝置150的識別資訊、公告訊息的時間戳記以及計算出的距離，經由其他藍芽節點(如有必要)以及區域網路、網際網路或以上兩者110傳送至定位伺服器170。定位伺服器170持續蒐集藍芽節點131至136回報的定位資訊，並據以使用多角定位方法來更新行動裝置150的三度空間位置。
第2圖係依據本發明實施例的運算裝置的系統架 構圖。此系統架構可實施於行動裝置150以及定位伺服器170，至少包含處理單元210。處理單元210可使用多種方式實施，例如以專用硬體電路或通用硬體(例如，單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具運算能力的處理器)，並且在執行程式碼或軟體時，提供之後所描述的功能。系統架構另包含記憶體250用以儲存執行過程中需要的資料，例如，變數、資料表(data tables)等，以及儲存裝置240，用以儲存各式各樣的電子檔案，例如，網頁、文件、音訊檔、視訊檔等。系統架構另包含通訊介面260，讓處理單元210可藉以跟藍芽節點131至136或其他電子裝置進行溝通。通訊介面260可以是低成本、低耗電的藍芽模組。輸入裝置230可包含鍵盤、滑鼠、觸控面板等。使用者可按壓鍵盤上的硬鍵來輸入字元，藉由操作滑鼠來控制鼠標，或者是在觸控面板製造手勢來控制執行中的應用程式。手勢可包含單擊、雙擊、單指拖曳、多指拖曳等，但不限定於此。顯示單元220可包含顯示面板(例如，薄膜液晶顯示面板、有機發光二極體面板或其他具顯示能力的面板)，用以顯示輸入的字元、數字、符號、拖曳鼠標的移動軌跡、繪製的圖案或應用程式所提供的畫面，提供給使用者觀看。
第3圖係依據本發明實施例的運算裝置的系統架構圖。此系統架構可實施於藍芽節點131至136中之任一者，至少包含處理單元310。處理單元310可使用多種方式實施，例如以專用硬體電路或通用硬體(例如，單一處理器、具平行處理能力的多處理器、圖形處理器或其他具運算能力的處理器)， 並且在執行程式碼或軟體時，提供之後所描述的功能。系統架構另包含記憶體350用以儲存執行過程中需要的資料，例如，變數、資料表等，以及儲存裝置340，用以儲存各式各樣的電子檔案。系統架構另包含通訊介面360，讓處理單元310可藉以跟行動裝置150或其他無線裝置進行溝通。通訊介面360可以是低成本、低耗電的藍芽模組。
於佈署時，藍芽節點131至136組態為主節點(master nodes)，而行動裝置150組態為從節點(slave node)。藍芽節點131至136及行動裝置150於連接層(link layer)各自實施一個狀態機(state machine)，用以管理藍芽節點131至136中之一者及行動裝置150間於連接層中的訊息交換以及執行相應於接收到訊息的處理。第4圖係依據本發明實施例的連接層狀態機示意圖。當開機或開啟藍芽時，藍芽節點131至136及行動裝置150皆處於待命(Standby)狀態S420。接著，行動裝置150周期性地由待命狀態S420進入公告(Advertising)狀態S450用以廣播公告訊息(Advertising messages)，藍芽節點131至136則週期性地由待命狀態S420進入掃描(Scanning)狀態S410用以掃描特定頻段中是否存在任何從節點廣播的公告訊息。一般情況下，當藍芽節點131至136偵測到行動裝置150廣播的公告訊息時，進入初始化(Initiating)狀態S430用以發送連線要求給行動裝置150。當行動裝置150於待命狀態S420接受了藍芽節點131至136中之任一者的連線請求時，行動裝置150及請求的藍芽節點都進入連線(Connection)狀態S440。
當行動裝置150啟動室內定位功能時，設定為不接受連線狀態，關閉與任何藍芽節點進行連線的功能。因為當行動裝置150與任何藍芽節點進行連線時，需要做更多的狀態轉換及訊息交換，阻礙公告訊息的廣播，使得行動裝置150無法較頻繁地被定位。第5圖係依據本發明實施例之由行動裝置150的處理單元210執行的室內定位方法流程圖，此方法週期性向藍芽節點廣播公告訊息。首先，當室內定位功能啟動時，行動裝置150設定為不接受連線狀態(步驟S510)。於步驟S510，使用者可使用行動裝置150提供的人機介面(MMI,Man-machine Interface)來進行此設定。接著，啟動廣播計時器，用以於到達一段時間後發出中斷給處理單元210(步驟S520)。接著反覆執行一個迴圈(步驟S530至S550)，用以週期性地廣播公告訊息。詳細來說，當處理單元210偵測到廣播計時器發出的中斷，指示廣播計時器已計數到達一段時間(例如一秒)之後(步驟S530)，進入公告狀態S450用以廣播公告訊息(步驟S540)，接著判斷是否室內定位功能被關閉(步驟S550)。於此須注意的是，當進入公告狀態S450時，行動裝置150被視為一個公告者(Advertiser)。若是，則將行動裝置150設定為接受連線狀態(步驟S560)，結束整個流程。否則回到待命狀態S420，重設廣播計數器(步驟S520)。於步驟S540，處理單元210可使用iBeacon封包透過通訊介面260廣播公告訊息。由於行動裝置150設定為不接受連線狀態，處理單元210將iBeacon封包的標頭(Header)的封包資料單元類型(PDU type)設為”ADV_SCAN_IND”，使得藍芽節點131至136中之任一者偵測到此廣播的iBeacon封包 時，不發送連線請求給行動裝置150。於此須注意的是，為避免藍芽節點131至136中之任一者嘗試與行動裝置150建立連線，處理單元210不將iBeacon封包的標頭的封包資料單元類型設為”ADV_IND”。處理單元210另可將資訊以表1的方式封裝至封包資料單元內文(PDU Body)：
處理單元210可於”Timestamp”欄位中存放發送公告訊息當時的時間戳記，於”User ID”欄位中存放代表行動裝置150的識別資訊，於”Tx Power”欄位中存放廣播此公告訊息的發送功率，以及於”User Status”欄位中存放應用程式需要的資訊，例如，心跳、血壓、體溫等與健康相關的資訊。
第6圖係依據本發明實施例之由藍芽節點131至136中之任一者的處理單元310於掃描狀態S410執行的室內定 位方法流程圖。於此須注意的是，當進入掃描狀態S410時，此藍芽節點被視為掃描者(Scanner)。於取得公告者(例如，行動裝置150)廣播的公告訊息後(步驟S610)，判斷是否需要與公告者間建立連線(步驟S620)。於步驟S620，處理單元310可判斷iBeacon封包的標頭中的封包資料單元類型(PDU type)設為”ADV_SCAN_IND”或”ADV_IND”。若iBeacon封包的標頭中的封包資料單元類型(PDU type)設為”ADV_IND”，則判斷需要與公告者間建立連線；若iBeacon封包的標頭中的封包資料單元類型(PDU type)設為”ADV_SCAN_IND”，則判斷不需要與公告者間建立連線。若需要與公告者間建立連線(步驟S620中”是”的路徑)，則處理單元310使用特定通訊協定透過通訊介面360與公告者建立連線(步驟S650)。若不需要與公告者間建立連線(步驟S620中”否”的路徑)，則處理單元310計算此公告訊息的接收強度(RSSI)(步驟S631)，依據公告訊息中的發送功率與計算出的接收強度決定衰減程度(步驟S633)，並且依據衰減程度決定與公告者間的距離，其中衰減程度越大代表距離越遠(步驟S635)，以及傳送定位資訊，例如掃描者的三度空間位置、公告者的識別資訊、公告訊息的時間戳記以及計算出的距離，經由其他藍芽節點(如有必要)以及區域網路、網際網路或以上兩者110至定位伺服器170(步驟S637)。
雖然第2至3圖中包含了以上描述的元件，但不排除在不違反發明的精神下，使用更多其他的附加元件，已達成更佳的技術效果。此外，雖然第5、6圖的方法流程圖採用特定的順序來執行，但是在不違法發明精神的情況下，熟習此技藝 人士可以在達到相同效果的前提下，修改這些步驟間的順序，所以，本發明並不侷限於僅使用如上所述的順序。
雖然本發明使用以上實施例進行說明，但需要注意的是，這些描述並非用以限縮本發明。相反地，此發明涵蓋了熟習此技藝人士顯而易見的修改與相似設置。所以，申請權利要求範圍須以最寬廣的方式解釋來包含所有顯而易見的修改與相似設置。
S510~S560‧‧‧方法步驟

Claims (10)

  1. 一種室內定位裝置，包含：一通訊介面；以及一處理單元，耦接於上述通訊介面，於啟動一室內定位功能時，將上述室內定位裝置設定為一不接受連線狀態，關閉與任何藍芽節點進行連線的功能；以及於一公告狀態中透過上述通訊介面週期性廣播一公告訊息，其中上述公告訊息包含代表上述室內定位裝置的一識別碼、發送上述公告訊息時的一時間戳記以及一發送功率。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的室內定位裝置，其中，上述公告訊息的廣播係使用一iBeacon封包。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的室內定位裝置，其中，上述處理單元更判斷上述室內定位功能是否被關閉；以及當上述室內定位功能被關閉時，將上述室內定位裝置設定為一接受連線狀態。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的室內定位裝置，其中，上述公告訊息的廣播係使用一iBeacon封包，並且當上述室內定位裝置設定為上述不接受連線狀態時，上述處理單元將上述iBeacon封包的一標頭的一封包資料單元類型設為”ADV_SCAN_IND”。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的室內定位裝置為一從節點。
  6. 一種室內定位裝置，包含： 一通訊介面；以及一處理單元，耦接於上述通訊介面，於一掃描階段中透過上述通訊介面從一公告者取得一公告訊息中的一發送功率；計算上述公告訊息的一接收強度；依據上述發送功率及上述接收強度計算一衰減程度；依據上述衰減程度決定上述室內定位裝置與上述公告者間的一距離；以及將相應於上述公告者的一定位資訊傳送至一定位伺服器，其中上述定位資訊包含上述室內定位裝置的一第一位置、上述公告者的一識別碼、上述公告訊息中的一時間戳記以及上述距離，使得上述定位伺服器可依據上述定位資訊計算上述公告者的一第二位置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的室內定位裝置，其中，上述處理單元判斷是否需要與上述公告者建立連線；以及當不需要與上述公告者建立連線時，計算上述公告訊息的一接收強度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的室內定位裝置，其中，上述公告訊息的廣播係使用一iBeacon封包。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的室內定位裝置，當上述iBeacon封包的一標頭中的一封包資料單元類型設為”ADV_SCAN_IND”時代表不需要與上述公告者建立連線。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的室內定位裝置，其中，上述室內定位裝置組態為一主節點，以及上述公告者組態為一從節點。
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