專利名稱：在自組織網(wǎng)絡(luò)中基于距離的相對3d定位的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在像例如藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)那樣的自組織(ad-hoc)網(wǎng)絡(luò)中進 行3D定位的領(lǐng)域，其中自動地和獨立地建立無線電氣裝置之間的無線 連接。自組織網(wǎng)絡(luò)的大量應(yīng)用基于節(jié)點的"真實世界"位置。通常這 些應(yīng)用并不要求絕對位置(也就是這樣的基于類似WGS84的某些標(biāo)準(zhǔn) 世界坐標(biāo)系的位置)，而是要求簡單的相對3D坐標(biāo)。"相對"這里指 在依賴于構(gòu)成該坐標(biāo)系的某些特殊位置的坐標(biāo)系中表達(dá)所述位置。通 常這些位置是通過網(wǎng)絡(luò)中的一組特殊節(jié)點確定的位置。相對坐標(biāo)系中 的位置不能夠絕對地指定節(jié)點在空間中的位置，而是僅僅相對于定義 節(jié)點的坐標(biāo)系來指定。這種相對位置仍保持節(jié)點之間的距離(即所有 位置之間的距離能夠被計算，不僅網(wǎng)絡(luò)能夠針對其測量距離的那些位 置)，并且節(jié)點之間的相對空間關(guān)系(例如，如果節(jié)點B在現(xiàn)實中位 于節(jié)點A與C之間，節(jié)點B在相對坐標(biāo)系中的位置也位于節(jié)點A和C 的位置之間)。
確定坐標(biāo)系的所述節(jié)點組將在下文中被稱為基準(zhǔn)(basis)，基準(zhǔn) 中的節(jié)點是基節(jié)點。顯然，基準(zhǔn)中的任何波動以及基節(jié)點的移動都可 能影響坐標(biāo)系。結(jié)果坐標(biāo)系可能改變，這反過來可能導(dǎo)致非基節(jié)點的 (錯誤地)被改變的位置。為了防止坐標(biāo)系的變化需要兩種機制。首 先，必須以波動和移動盡可能不可能發(fā)生的方式來選擇所述基準(zhǔn)。其 次，如果基節(jié)點移動，將會有利的是能夠補償這種移動。最后，當(dāng)甚 至在基準(zhǔn)穩(wěn)定性的上述方面下存在不同的可能的基準(zhǔn)時，可能應(yīng)用其 他優(yōu)化準(zhǔn)則，以便選擇最有利的基準(zhǔn)。
因為并不通過被稱為"錨，，的一組特殊節(jié)點的已知位置集合(通 常在標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系中)來確定所使用的坐標(biāo)系，所以使用相對定位的定 位系統(tǒng)還被稱為無錨的。通常通過另一個定位系統(tǒng)(像GPS)來測量或 者針對非移動節(jié)點預(yù)先配置這些已知的位置。
在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中使用定位還對所使用的定位系統(tǒng)施加限制。 首先，大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)并不提供可靠的通信。因此，定位系統(tǒng)必須應(yīng) 對不可靠的通信。盡管許多無線自組織網(wǎng)絡(luò)提供有效的鄰居通信(通常為鄰居廣播的形式)，但是使用多跳通信有時候在某些網(wǎng)絡(luò)中是不 可能的或者在延遲和努力方面是高代價的。因此，定位系統(tǒng)應(yīng)該主要 使用鄰居通信。無線自組織網(wǎng)絡(luò)的一個特征是到節(jié)點的連接性中的恒 定波動的可能性。這可以通過技術(shù)問題(例如噪聲峰值)或通過節(jié)點 的移動引起。因此，定位系統(tǒng)必須能夠應(yīng)對這些問題。另外，不能夠 依賴于節(jié)點隨著時間過去的存在的情況防止不能夠應(yīng)對其中某節(jié)點突 然地和未經(jīng)宣告地消失的情況的定位系統(tǒng)設(shè)計。某些網(wǎng)絡(luò)允許節(jié)點不 時地進入休眠模式。在這種休眠模式期間，沒有應(yīng)用代碼(像定位計 算)在節(jié)點本身可能仍在網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)并且是距離測量的主體的同時能 夠被執(zhí)行。因此，定位系統(tǒng)應(yīng)該在某些節(jié)點處于休眠模式的情況下也 能夠計算位置。
在理想情況下，定位系統(tǒng)必須滿足以下要求。
功能要求
要求1:如果在技術(shù)上有可能計算自組織網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點在相對坐 標(biāo)系中的3D位置，則所需要的部件應(yīng)該能夠返回該3D位置。如果對 于節(jié)點只能夠計算2D位置，則應(yīng)該返回該M位置。
要求2:所述部件應(yīng)該僅4吏用通過網(wǎng)絡(luò)測量的3D距離以及通過網(wǎng) 絡(luò)可得到的其他數(shù)據(jù)用于確定所述位置。
要求3:當(dāng)計算位置時應(yīng)該不使用之前已知的位置(例如，使用 GPS或被預(yù)先配置的位置)。
要求4:應(yīng)該以能夠期望最終的坐標(biāo)系對于時間周期盡可能長地穩(wěn)、 定的方式來選擇在開始時構(gòu)成坐標(biāo)系的所述節(jié)點(基節(jié)點)。
要求5:無論何時在技術(shù)上有可能，基節(jié)點的移動都不應(yīng)該導(dǎo)致坐 標(biāo)系的改變。
要求6:所述部件主要使用鄰居通信。
優(yōu)化目標(biāo)
要求7:位置的計算不應(yīng)要求來自節(jié)點的過多的計算工作量。
要求8:位置的計算不應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)產(chǎn)生顯著的負(fù)荷。
必須考慮的問題
要求9:當(dāng)談到
.進入/離開網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點
.不可到達(dá)/可到達(dá)的節(jié)點
時，所述部件應(yīng)考慮由于不可靠的連接、移動和其他原因所產(chǎn)生的無 線自組織網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)性。
要求10:所述部件應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信可以是不可靠的。
要求11:所述部件應(yīng)考慮休眠節(jié)點不能在處于休眠時執(zhí)行應(yīng)用代《碼。
術(shù)語和定義
錨 通過配置或通過測量提前知道其位置的節(jié)點
基節(jié)點 構(gòu)成基準(zhǔn)的成員的節(jié)點
基準(zhǔn) 初始確定所使用的坐標(biāo)系的節(jié)點集合
主機狀態(tài)(host status) 休眠或運行。參見休眠模式。
休眠模式 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠所處的模式。在該模式下，其他節(jié)點能
夠仍然測量到該節(jié)點的距離并且該節(jié)點參與到網(wǎng)絡(luò)中，但是沒有應(yīng)用
代碼,皮執(zhí)行。
背景技術(shù)：
N浪t多點定位(Multilateration) ( 2002 )
在A. Savvides等人的"The bits and flops of the N-hop multilateration primitive for node localization problems" 中， 介紹了 一種也針對在包含能夠測量其位置的多個錨節(jié)點的無線傳感器 環(huán)境中定位節(jié)點的算法。
為此,根據(jù)Koen Langendoen和Niels Reijers的 "Distributed localization in wireless sensor networks : a quantitative comparison"，對于這種算法還存在三個階段
第一階段"[…]在錨開始，這些錨發(fā)送包括其身份、位置和被設(shè) 置成0的路徑長度的消息。如果溢出極限允許每個接收節(jié)點將測量距 離添加到路徑長度并且轉(zhuǎn)發(fā)(廣播)該消息，則每個接收節(jié)點這樣做。 另一約束是當(dāng)節(jié)點之前已經(jīng)接收到有關(guān)特定錨的信息時，如果當(dāng)前 路徑長度小于前一路徑長度，則僅僅允許轉(zhuǎn)發(fā)所述消息。最終結(jié)果是 每個節(jié)點將會已經(jīng)存儲到至少溢出極限錨的位置和最小路徑長度。"
在第二階段中，"[…]主要構(gòu)思是使用其位置和距離估計構(gòu)造每 個錨的邊界框，然后確定這些框的交叉。節(jié)點的位置被設(shè)置為交叉框 的中心。圖1示出利用到三個錨11、 12和13的距離估計的用于節(jié)點
14的最小-最大方法。被估計的節(jié)點15位于通過在節(jié)點14交叉的傳輸 圓(transmission circle) 111、 121和131的相應(yīng)垂直的或平行的 切線112、 113、 122、 123、 132和133形成的矩形框16內(nèi)。應(yīng)注意， 通過最小-最大被估計的節(jié)點15接近于通過Lateration計算的真實節(jié) 點14。通過從錨位置(xa， ya)添加和減去所估計的距離(da )來產(chǎn) 生錨的邊界框
<formula>formula see original document page 10</formula>
通過取所有坐標(biāo)最小值的最大值以及所有最大值的最小值來計算
邊界框的交叉
<formula>formula see original document page 10</formula>
所述最終位置被設(shè)置為兩個圓角點坐標(biāo)的平均值。[…]如果余項 小，則僅接受最終位置。"
在第三或求精階段"[…]將節(jié)點分組到所謂的計算子樹(過度約 束的配置)中以及迫使子樹內(nèi)的節(jié)點依次以固定的順序執(zhí)行其位置求 精，從而增強預(yù)先規(guī)定的容限的收斂。"
自組織定位系統(tǒng)(AHLoS， UCLA， 2001 )
在 Andreas Savvides 等人的 "Dynamic Fine—Grained Localization in Ad-Hoc Networks of Sensors" 中,介紹了 一種"使 得傳感器節(jié)點能夠使用一組分布式迭代算法發(fā)現(xiàn)其位置"的系統(tǒng)。該 系統(tǒng)也針對在包含能夠測量其位置的多個錨節(jié)點的無線傳感器環(huán)境中 定位節(jié)點。
"如果給定估計節(jié)點間距的測距技術(shù)，則現(xiàn)在描述定位算法。這 些算法在傳感器節(jié)點的自組織網(wǎng)絡(luò)上操作，其中小百分比的節(jié)點通過 手動配置或使用GPS知道其位置。將具有已知位置的節(jié)點稱為信標(biāo)節(jié) 點以及具有未知位置的那些節(jié)點稱為未知節(jié)點。目的是完全以分布式 方式估計盡可能多的未知節(jié)點的位置。所提出的位置發(fā)現(xiàn)算法遵循迭 代過程。在傳感器網(wǎng)絡(luò)被部署之后，信標(biāo)節(jié)點將其位置廣播給相鄰節(jié) 點。相鄰的未知節(jié)點測量其距離鄰居的間距并且使用所廣播的信標(biāo)位 置來估計其自己的位置。 一旦未知節(jié)點估計其位置，該未知節(jié)點就變 成信標(biāo)并且將其所估計的位置廣播給其他鄰近的未知節(jié)點，從而使這 些其他鄰近的未知節(jié)點能夠估計其位置。這種過程重復(fù)直到滿足多點 定位要求的所有未知節(jié)點獲得其未知的估計為止。該過程被設(shè)計為使
用原子多點定位[考慮所測量的距離]作為其主要基本要素的迭代多點 定位，"
自定位算法(SPA， EPFL， 2000 )
能夠如下描述Srdan Capkun等人使用的算法"GPS-free positioning in mobile Ad-Hoc networks"和W0 02/03091 A2:
1. 闡明局部坐標(biāo)系和相鄰的位置。在每個節(jié)點 la.檢測一遏t鄰居
lb.測量到所有一跳鄰居的距離 lc.發(fā)送一跳鄰居及其到所有一跳鄰居的距離的列表 Id.自己的位置(0.0) le.計算所有相鄰節(jié)點的位置(如果可能的話)
2. 闡明網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系
2, a將位置參考組"RG， Locat ion Reference Group )建立為"穩(wěn) 定的和較少可能從網(wǎng)絡(luò)消失，，的節(jié)點集合。使用該LRT計算網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo) 的原點和方向。
3. 將局部坐標(biāo)系中的位置調(diào)整到網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系 3.a從LRG開始，傳播網(wǎng)絡(luò)坐標(biāo)系和調(diào)整局部位置。
圖2示出SPA的輸入和輸出。在左側(cè)示出網(wǎng)絡(luò)21，該網(wǎng)絡(luò)21包括 像例如節(jié)點d 211、節(jié)點c 212及其彼此的連接213那樣的多個節(jié)點和 連接。在右側(cè)示出坐標(biāo)系22，該坐標(biāo)系22包括現(xiàn)在通過xy坐標(biāo)指示 的來自網(wǎng)絡(luò)21的相同節(jié)點。還示出節(jié)點d 221和節(jié)點c 222。
無錨的分布式定位(AFL， MIT， 2003 )
在N. Priyantha等人的"Anchor—free distributed localization in sensor networks"中介紹了 一種也在相對坐標(biāo)系(即無錨地)定 位節(jié)點的算法。這通過兩階段機制完成。在第一階段，兩對節(jié)點被選 擇來使得a)每對的節(jié)點盡可能地遠(yuǎn)離，b)該算法給定的兩條線盡 可能垂直。這兩條線然后被用作位置的啟動解決方案的軸。然后，這 種啟動解決方案通過所謂的"質(zhì)點-彈簧優(yōu)化(mass-spring optimization)"算法來求精。該算法將該節(jié)點考慮為通過其長度對 應(yīng)于所測量的距離的彈簧來連接。在優(yōu)化之后平衡在這種彈簧網(wǎng)絡(luò)中 的能量。啟動階段的算法確保所述優(yōu)化并不陷入某些錯誤的最小值， 其中最終的位置圖是真實位置圖的折疊(并且因此是不現(xiàn)實的)版本。
自組織定位(2001 )
在D.Niculescu和B. Nath的"Ad-hoc positioning system" 中 介紹了一種也針對在包含能夠測量其位置的多個錨節(jié)點的無線傳感器 環(huán)境中定位節(jié)點的算法。為此，根據(jù)Koen Ungendoen和Niels Rei jers 的 "Distributed localization in wireless sensor networks: a quantitative comparison"，對于這種算法存在兩個階段
第一階段"[…]是基于圍繞錨的節(jié)點的局部幾何結(jié)構(gòu)。錨再次發(fā) 起溢出，但是轉(zhuǎn)發(fā)距離比前面的情況更復(fù)雜。當(dāng)節(jié)點已經(jīng)從知道其到 錨的距離以及彼此間的距離的兩個鄰居接收到消息時，該節(jié)點能夠計 算到錨的距離。示出具有兩個鄰居nl和n2的節(jié)點(本身)，這些鄰居具有 到錨的距離估計(a和b)。與已知的范圍c、 d和e —起，歐幾里德 (Euclidean)達(dá)到節(jié)點到錨的距離的兩個可能值(rl和r2 )。 Niculescu描述了判定使用哪個距離(即使有的話)的兩種方法。如果 存在具有到錨的距離估計并且被連接到nl或n2的第三鄰居(n3)， 則能夠應(yīng)用鄰居表決方法。通過n3代替n2 (或nl )將再次產(chǎn)生一對 距離估計。正確的距離是兩對中的部分，并且通過簡單的表決進行選 擇。當(dāng)然，能夠包括更多的鄰居來使得選擇更精確。
第二種選擇方法被稱為公共鄰居，并且如果節(jié)點n3被連接到nl 和n2，則能夠應(yīng)用該方法?；編缀谓Y(jié)構(gòu)推理導(dǎo)致以下結(jié)論錨和n3 在鏡像線nl-n2的相同或相反側(cè)上，并且類似地本身和n3是否在相同 側(cè)上。根據(jù)這個結(jié)論得出本身和錨是否位于相同側(cè)上。
為了處理范圍誤差引入的不確定性，Niculescu實現(xiàn)一種拒絕不恰 當(dāng)形成的(平的)三角形的安全機制，這種安全機制能夠容易地通過 "鄰居表決"和"公共鄰居，，使選擇過程轉(zhuǎn)移。這種檢驗驗證兩個最 小側(cè)的求和超出被乘以門限的最大側(cè)，所述門限被設(shè)置為范圍偏差 (range variance)的兩倍。[…]注意，隨著范圍偏差增加，安全檢 驗變得更嚴(yán)格。這導(dǎo)致被定義為針對其確定位置的非錨節(jié)點的百分比 的較慢收斂。"
第二階段使用迭代的多點定位。
ABC ( 2001 )
在 Savarese 等人的 "Locationing in Distributed Ad-Hoc
Wireless Sensor Networks"中介紹了一種3D算法，該3D算法首先 選擇三個范圍內(nèi)的節(jié)點并且給它們分配坐標(biāo)以滿足節(jié)點間距離，然后 該3D算法使用到具有已經(jīng)使用多點定位計算的坐標(biāo)的四個節(jié)點的距離 遞增地計算節(jié)點的坐標(biāo)。最后，迭代的求精階段通過讓每個節(jié)點使用 其鄰居的位置重新計算其位置來改進所計算的位置，直到所述計算已 經(jīng)收斂。
穩(wěn)健的定位(2002 )
在 C. Savarese等人的 "Robust positioning algorithms for distributed ad-hoc wireless sensor networks" 中介紹了一種也針 對在包含能夠測量其位置的多個錨節(jié)點的無線傳感器環(huán)境中定位節(jié)點 的算法。為此，根據(jù)Koen Langendoen和Niels Reijers的"Distributed localization in wireless sensor networks: a quantitative comparison"，對于這種算法還存在三個階段
第一階段"[…]基本上由兩個溢出波構(gòu)成。在類似于Sum-dist的 第一波之后，節(jié)點已經(jīng)獲得到至少溢出極限錨的位置和最小的跳數(shù)。 需要第二校準(zhǔn)波將跳數(shù)轉(zhuǎn)換成距離，以致階段2能夠計算位置。這種 轉(zhuǎn)換由將跳數(shù)乘以平均跳距離構(gòu)成。在第一波期間無論何時錨al推斷 另一錨a2的位置時，該錨al計算它們之間的距離，并且用跳的數(shù)目 除該距離以得出al與a2之間的平均跳距離。當(dāng)進行校準(zhǔn)時，錨考慮 它知道的所有遠(yuǎn)程錨。節(jié)點僅從校準(zhǔn)它們的第一錨轉(zhuǎn)發(fā)(廣播)校準(zhǔn) 消息，這減小了網(wǎng)絡(luò)中的消息的總數(shù)。"
笫二階段使用迭代的多點定位。
第三或求精階段"[…]當(dāng)節(jié)點在數(shù)量小的步驟中更新其位置時， 考慮所有節(jié)點間距離。在每個步驟開始時，節(jié)點廣播其位置估計，從 其鄰居接收位置和相對應(yīng)的范圍估計，以及執(zhí)行階段2的Lateration 過程以確定其新位置。在許多情況下，通過到相鄰位置的距離所施加 的約束將迫使新的位置朝向節(jié)點的真實位置。在多次迭代之后，當(dāng)位 置更新變小時，求精停止并且報告最后的位置。以上闡述的基本迭代 求精過程證明太簡單以至于不能在實際中使用。主要問題是錯誤通過 網(wǎng)絡(luò)快速傳播；某節(jié)點引入的單個誤差僅僅需要d次迭代來影響所有 節(jié)點，其中d是網(wǎng)絡(luò)直徑。這種影響通過以下方式來對抗(1)削減 具有到小于三個錨的非重疊路徑的未確定節(jié)點，(2)過濾出困難的對 稱拓樸，和(3)將置信度度量與每個節(jié)點相關(guān)聯(lián)和在加權(quán)最小二乘法
解決方案:("""鉤中使用它們。，，現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問題
現(xiàn)有技術(shù)并不滿足每個上述要求。當(dāng)考慮表格1時，能夠看出 在支持相對定位的方法中不是每個現(xiàn)有方法支持補償移動基節(jié)點，以 有利的方式選擇基節(jié)點，并且僅要求鄰居廣播。沒有現(xiàn)有方法能夠應(yīng) 對休眠節(jié)點或不可靠的通信。最后，只有少數(shù)現(xiàn)有方法考慮3D距離和 返回3D位置(大多數(shù)2D方法要求保護能夠容易地得出相應(yīng)的3D方 法)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供在自組織網(wǎng)絡(luò)中基于距離的定位方法；因此 節(jié)點并不要求事先知道其絕對位置。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是考慮3D距離和返回3D位置。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是應(yīng)對休眠節(jié)點。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是應(yīng)對不可靠的通信。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是僅使用鄰居廣播。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是以特定方式選擇基節(jié)點。
本發(fā)明的另 一 目標(biāo)是補償基節(jié)點的移動。
本發(fā)明的另一目標(biāo)是使用較不復(fù)雜的算法來計算節(jié)點的位置。
這些目標(biāo)通過無線自組織網(wǎng)絡(luò)的定位設(shè)備來解決，所述設(shè)備可操 作來定位形成所述無線自組織網(wǎng)絡(luò)的所述設(shè)備和多個無線電子裝置的 當(dāng)前相對位置，所述定位設(shè)備包括可操作來分別測量和聚集(gather) 數(shù)據(jù)的距離測量聚集裝置，所述數(shù)據(jù)包括所述設(shè)備與所述無線電子裝 置之間的距離，以及包括所述無線電子裝置之間的距離，其中所述距 離測量聚集裝置包括可操作來測量所述設(shè)備與所述無線電子裝置之間 的距離的距離測量裝置，并且所述定位設(shè)備包括可操作來根據(jù)所述距 離數(shù)據(jù)和相對坐標(biāo)系計算所述設(shè)備和所述無線電子裝置的當(dāng)前相對位 置的定位裝置，所述定位裝置包括可操作來計算基準(zhǔn)和相對坐標(biāo)系的 基準(zhǔn)探測器(finder)裝置，其中相對坐標(biāo)系基于所述基準(zhǔn)，其中所 述基準(zhǔn)包括特定數(shù)目的基節(jié)點，其中所述基節(jié)點包括所述設(shè)備和/或無 線電子裝置，所述基節(jié)點具有在傳輸范圍中的特定數(shù)目的基節(jié)點，相 應(yīng)的距離不等于零并且所述基節(jié)點是正交獨立的，由此基準(zhǔn)探測器裝 置被設(shè)計來在基節(jié)點被移動時維持相對坐標(biāo)系。
有利地，所述基準(zhǔn)包括至少三個無線電子裝置。 有利地，所述基準(zhǔn)包括至少四個無線電子裝置。
有利地，所述定位裝置可操作來通過3D定位算法計算當(dāng)前相對位置。
有利地，所述距離測量裝置可操作來通過使用預(yù)先確定的門限值 補償測量假信號(glitch)和/或波動。有利地，所述定位設(shè)備包括可 操作來在無線網(wǎng)絡(luò)中與相鄰的無線電子裝置建立連接的網(wǎng)絡(luò)部件。
有利地，所述定位設(shè)備包括可操作來從定位裝置查詢當(dāng)前相對位 置的位置使用應(yīng)用(position using application)。
有利地，所述距離測量聚集裝置包括可操作來存儲距離數(shù)據(jù)的距 離數(shù)據(jù)存儲器。
有利地，所述距離測量聚集裝置包括可操作來將距離數(shù)據(jù)發(fā)送到 無線電子裝置的發(fā)送距離報告裝置和可操作來從無線電子裝置接收距 離數(shù)據(jù)的接收距離報告裝置。
有利地，所述距離測量聚集裝置包括可操作來查詢無線電子裝置 的多巨離完成器(completizer )裝置。
有利地，所述距離完成器裝置可操作來在無線電子裝置在預(yù)定的 時間不可訪問時從距離數(shù)據(jù)存儲器去除所述無線電子裝置。
有利地，所述定位裝置包括可操作來存儲位置數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)存 儲器和可操作來計算網(wǎng)絡(luò)中的所有無線電子裝置的初始位置的位置計 算器裝置。
有利地，所述位置計算器裝置可操作來在以下情況下將位置數(shù)據(jù) 設(shè)置為空值所計算的位置在合理值之外，和/或使用所計算的位置和 使用所測量的距離的、單個無線電子裝置到所有相鄰無線電子裝置的 距離差的總和超出一定門限值，和/或整個網(wǎng)絡(luò)的全局能量比(Global Energy Ratio)超出一定值。
有利地，所述定位裝置包括可操作來監(jiān)視位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)則以及激 活基準(zhǔn)探測器裝置的位置監(jiān)視器裝置，其中所述準(zhǔn)則包括基節(jié)點的數(shù) 目和測量的質(zhì)量。
有利地，所述定位裝置包括可操作來監(jiān)視距離數(shù)據(jù)以便檢測無線 電子裝置的移動的移動監(jiān)視器裝置和可操作來計算被移動的無線電子 裝置的位置的被移動位置計算器裝置。
有利地，所述被移動位置計算器裝置可操作來在無線電子裝置不 可到達(dá)時從所述位置數(shù)據(jù)存儲器去除這些無線電子裝置。
有利地，所述定位裝置包括可操作來允許位置使用應(yīng)用查詢無線 電子裝置的位置的查詢/預(yù)訂裝置。
有利地，所述基準(zhǔn)探測器裝置可操作來根據(jù)以特定電源運行的最 大數(shù)目的基節(jié)點和/或根據(jù)其最低全局能量比值而選擇基準(zhǔn)。
所述目標(biāo)還可以通過在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中定位無線電子裝置的當(dāng) 前相對位置的方法來解決，所述無線自組織網(wǎng)絡(luò)包括多個無線電子裝
置，所述方法包括距離聚集步驟，該距離聚集步驟包括以下步驟測 量到無線電子裝置的距離和/或從無線電子裝置接收距離報告，所述距 離報告包括距離數(shù)據(jù)，而定位步驟包括以下步驟確定基準(zhǔn)、計算形 成基準(zhǔn)的、無線電子裝置的位置和相對坐標(biāo)系以及根據(jù)所述距離數(shù)據(jù) 和所述相對坐標(biāo)系計算其他無線電子裝置的位置，其中所述相對坐標(biāo) 系基于所述基準(zhǔn)，其中所述基準(zhǔn)包括特定數(shù)目的基節(jié)點，其中所述基 節(jié)點包括所述無線電子裝置，所述基節(jié)點具有在傳輸范圍中的特定數(shù) 目的基節(jié)點，相應(yīng)的距離不等于零并且基節(jié)點是正交獨立的，由此當(dāng) 基節(jié)點被移動時，維持該相對坐標(biāo)系。
有利地，所述定位步驟包括基準(zhǔn)選擇步驟，所述基準(zhǔn)選擇步驟可 操作來選擇由至少三個無線電子裝置構(gòu)成的基準(zhǔn)。
有利地，所述定位步驟包括基準(zhǔn)選擇步驟，所述基準(zhǔn)選擇步驟可 操作來選擇由至少四個無線電子裝置構(gòu)成的基準(zhǔn)。
有利地，所述定位步驟包括通過3D定位算法計算當(dāng)前相對位置的 計算步驟。
有利地，所述距離聚集步驟包括通過使用預(yù)先確定的門限值來補 償測量假信號和/或波動的步驟。
有利地，所述定位步驟包括位置計算步驟，該位置計算步驟可操 作來在以下情況下或者計算無線電子裝置的位置或者將位置數(shù)據(jù)設(shè)置 為空值所計算的位置在合理值之外，和/或使用所計算的位置和使用 所測量的距離的、單個無線電子裝置到所有相鄰無線電子裝置的距離 差的總和超出一定門限值，和/或整個網(wǎng)絡(luò)的全局能量比超出一定值。
有利地，所述定位步驟包括用于監(jiān)視位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)則以及用于激 活確定基準(zhǔn)、計算位置和相對坐標(biāo)系的步驟的位置監(jiān)視步驟，其中所
述準(zhǔn)則包括基節(jié)點的數(shù)目和測量的質(zhì)量。
有利地，所述定位步驟包括基準(zhǔn)選擇步驟，所述基準(zhǔn)選擇步驟包
括以下步驟計算位置，對所計算的位置的數(shù)目進行計數(shù)，計算全局 能量比，檢查無線電子裝置的電源，其中接下來選擇基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)具 有最大數(shù)目的無線電子裝置，然后該基準(zhǔn)具有特定電源和最低全局能 量比值。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其他目標(biāo)、特征
和優(yōu)點將會變得更加明顯，其中
圖1示出用于位置確定的現(xiàn)有技術(shù)方法的實例的示意圖，
圖2示出用于位置確定的現(xiàn)有技術(shù)方法的另一實例的示意圖，
表格1示出現(xiàn)有技術(shù)方法的技術(shù)特征與本發(fā)明主題之間的比較，
圖3示出包括本發(fā)明實施例的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的實例，
圖4示出可能節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)配置的實例，其中若干節(jié)點包括本發(fā)明
的替換實施例，
圖5示出作為本發(fā)明實施例的部分的通過定位裝置實現(xiàn)的方法實 例的流程圖，
圖6示出作為本發(fā)明實施例的部分的通過位置計算器裝置實現(xiàn)的 方法實例的流程圖，
圖7示出作為本發(fā)明實施例的部分的通過移動監(jiān)視器裝置實現(xiàn)的 方法實例的流程圖，
圖8示出作為本發(fā)明實施例的部分多點通過被移動位置計算器裝 置實現(xiàn)的方法實例的流程圖，
圖9示出作為本發(fā)明實施例的部分的通過基準(zhǔn)探測器裝置實現(xiàn)的 方法實例的流程圖，
圖IO示出作為本發(fā)明實施例的部分的通過基準(zhǔn)探測器裝置實現(xiàn)的 另一方法實例的流程圖，
圖11示出如何能夠計算位置確定的方法實例的示意圖，
圖12示出作為本發(fā)明實施例的部分的實現(xiàn)距離聚集的方法實例的 流程圖，和
圖13示出作為本發(fā)明實施例的部分的實現(xiàn)定位計算過程的方法實
例的流程圖。
具體實施例方式
圖3示出無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點31的實例的示意圖，該無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點31 包括網(wǎng)絡(luò)部件33、位置使用應(yīng)用32和本發(fā)明的實施例，所述本發(fā)明的 實施例包括距離測量聚集(DMG)裝置35和定位(P)裝置34。像例如 蜂窩電話機、PDA、筆記本等等那樣的任何無線電子裝置可以包括網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點31。
能夠建立稍后在圖4中描述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括無線網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點31和類似于或與無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點31相同的多個網(wǎng)絡(luò)裝置。類似 的網(wǎng)絡(luò)裝置可能只包含網(wǎng)絡(luò)部件33。
網(wǎng)絡(luò)部件33包括像例如藍(lán)牙通信那樣的無線網(wǎng)絡(luò)，其中P裝置34 和/或DMG裝置35可操作來使用該無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收電磁波。除網(wǎng) 絡(luò)部件33之外，系統(tǒng)的每個節(jié)點具有運行的0、1或兩個裝置34和35。 網(wǎng)絡(luò)中的多個節(jié)點31能夠處于休眠模式。為了激活P裝置34,至少一 個位置使用應(yīng)用32位于其中P裝置34正在運行的節(jié)點31上。
DMG裝置35在節(jié)點31上被執(zhí)行，同時處于喚醒中以便允許有效的 距離聚集。所述DMG裝置35可操作來經(jīng)由距離測量裝置351測量到相 鄰節(jié)點的距離，以經(jīng)由接收距離報告裝置353從其他節(jié)點接收距離報 告332并且以經(jīng)由發(fā)送距離報告裝置352將距離報告331發(fā)送到鄰居。 最終，所述DMG裝置35將所有距離的列表提供給P裝置34。 DMG裝置 35包括距離測量裝置(DM) 351、發(fā)送距離報告裝置(SDR) 352、接收 距離報告裝置(RDR) 353、距離完成器裝置(DC) 354和距離(AD )數(shù) 據(jù)存儲器355。在圖3中，AD數(shù)據(jù)存儲器355被指示為所有距離。由 于DMG裝置35僅在處于喚醒時操作，所以即使定位在沒有稍后在圖4 中示出的DMG裝置35的情況下也包括這些節(jié)點31的位置，也能夠存 在不包含DMG裝置35的、節(jié)點31的配置。
DM裝置351可操作來使用網(wǎng)絡(luò)部件33周期性測量到該節(jié)點的鄰居 的距離以及將該鄰居節(jié)點的距離插入到AD數(shù)據(jù)存儲器355中。所述DM 裝置351還可操作來應(yīng)用多個過程，以通過使用門限值來補償測量假 信號和補償測量波動。在被寫入到AD數(shù)據(jù)存儲器355時，對于所測量 的到鄰居節(jié)點的每個距離，"自測量起的時間"的值被設(shè)置為0。
SDR裝置352可操作來周期性地將所有距離的列表331發(fā)送到所有 鄰居，其中所述列表331基于AD數(shù)據(jù)存儲器355的數(shù)據(jù)。為此，如果 網(wǎng)絡(luò)部件33有效地提供這種機制，則能夠使用鄰居廣播。其他可能的 方式包括將所述距離單播到所有鄰居。
RDR裝置353可操作來從相鄰的節(jié)點接收距離報告332。這能夠例 如通過使用網(wǎng)絡(luò)部件33的鄰居廣播或單播的接收方式來實現(xiàn)。對于報 告332中的每個條目，如果"自測量起的時間"值小于或等于AD數(shù)據(jù) 存儲器355中的對應(yīng)值，則對應(yīng)的距離被輸入到AD數(shù)據(jù)存儲器355中。 當(dāng)節(jié)點出現(xiàn)在未被包含在AD數(shù)據(jù)存儲器355中的距離報告332中時， 它凈皮輸入到那里。
如果在一定時間間隔中未接收到來自鄰居節(jié)點的報告，則查詢其 主機狀態(tài)。如果發(fā)現(xiàn)節(jié)點處于休眠，則周期性地查詢該節(jié)點的鄰域閉 包(neighbor closure)(減去AD數(shù)據(jù)存儲器355中已經(jīng)已知的節(jié)點)。 這種閉包被存儲并且被插入到AD數(shù)據(jù)存儲器355中(沒有距離值)。 當(dāng)該節(jié)點喚醒時，這種閉包(也從AD數(shù)據(jù)存儲器355 )被去除。
DC裝置354可操作來周期性檢驗AD數(shù)據(jù)存儲器355的列表中的所 有條目的"自測量起的時間"值并且遞增"自測量起的時間，，值。如 果該值超出某個門限或者如果完全沒有輸入任何值，則使用網(wǎng)絡(luò)部件 33遠(yuǎn)程查詢相對應(yīng)的距離和相應(yīng)地設(shè)置"自測量起的時間，，值。如果 節(jié)點在某個時間內(nèi)不可訪問，則該節(jié)點從AD數(shù)據(jù)存儲器355被去除。
AD數(shù)據(jù)存儲器355可操作來包含具有所有已知節(jié)點之間的所有已 知距離的列表或矩陣。每個條目還包含時間周期值，該時間周期值包 含自測量起的時間。
P裝置34可操作來在節(jié)點處被使用，在這些節(jié)點中應(yīng)用想要知道 網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的位置，以使用通過DMG裝置35所聚集的所有距離的表 格來計算這些位置。當(dāng)?shù)谝粦?yīng)用發(fā)出獲得位置的命令時，開始定位。 在最后應(yīng)用發(fā)出停止獲得位置的命令時，可以停止所述定位。稍后在 圖5中更明確地描述這種方法。
P裝置34包括基準(zhǔn)探測器(BF)裝置342、位置計算器(APC )裝 置343、位置監(jiān)視器(QPM)裝置344、移動監(jiān)視器(MM)裝置345、被 移動位置計算器(MPC)裝置346、查詢/預(yù)訂(QS)裝置341和位置(AP) 數(shù)據(jù)存儲器347。在圖3中，位置計算器343、位置監(jiān)視器344和位置
數(shù)據(jù)存儲器347分別被指示為所有位置計算器、QoPos監(jiān)視器和所有位 置。
BF裝置342可操作來經(jīng)由在圖9中描述的基準(zhǔn)選擇方法計算所有 可能的基準(zhǔn)(由4個節(jié)點構(gòu)成)和/或經(jīng)由在圖10中描述的基節(jié)點位 置計算方法計算被置于AP中的基節(jié)點的位置。在基準(zhǔn)選擇方法期間， 通過使用AD數(shù)據(jù)存儲器355選擇若干基準(zhǔn)。當(dāng)四個節(jié)點中的每個節(jié)點 都滿足以下要求時，這些節(jié)點是一個基準(zhǔn)節(jié)點是其他3個節(jié)點的直 接鄰居，相應(yīng)的距離不是0并且所述節(jié)點是正交獨立的(例如，使用 三重標(biāo)積)。然后，執(zhí)行基節(jié)點位置計算，并且基節(jié)點的所有位置被 置于AP數(shù)據(jù)存儲器347中。而且，BF裝置342可操作來計算相對坐標(biāo) 系。APC裝置343可操作來計算網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的初始位置。在圖6中 描述該過程。
QPM裝置344可操作來監(jiān)視使用當(dāng)前基準(zhǔn)實現(xiàn)的定位的"質(zhì)量"， 并且在被定位節(jié)點的數(shù)目降到某個門限之下和/或如例如通過整個網(wǎng) 絡(luò)的GER測量的定位質(zhì)量降到某個門限之下的情況下，QPM裝置344 可操作來經(jīng)由BF裝置342重新開始基準(zhǔn)探測過程。為此，該裝置監(jiān)視 AP數(shù)據(jù)存儲器355和AD數(shù)據(jù)存儲器347。
MM裝置345可操作來監(jiān)視距離，以便檢測單個節(jié)點的移動。在圖 7中描述該檢測。
MPC裝置346可操作來計算可能被移動的節(jié)點的新位置并將其存 儲到AP數(shù)據(jù)存儲器347中，另外，計算并且在AP數(shù)據(jù)存儲器347中 存儲新出現(xiàn)的節(jié)點的位置。而且，從AP數(shù)據(jù)存儲器347去除消失的節(jié) 點。在圖8中描述這種計算。
QS裝置341可操作來允許應(yīng)用獲得通過其MAC地址標(biāo)識的節(jié)點位 置。這能夠作為GET函數(shù)或作為預(yù)訂/事件機制發(fā)生。從局部AP數(shù)據(jù) 存儲器347取得這些位置。
AP數(shù)據(jù)存儲器347可操作來包含所有已知節(jié)點的所計算的位置 (如果位置已經(jīng)被計算出)。
以下技術(shù)能夠被用于實現(xiàn)本發(fā)明的不同部分
-通過使用直到信號從一個無線連接的裝置到達(dá)另 一個無線連接 的裝置的時間間隔的長度來計算這些裝置之間的距離，到達(dá)時間(TOA ) 技術(shù)允許計算這兩個無線連接的裝置之間的距離，這要求兩個裝置的
時間同步。
-通過使用信號從一個無線連接的裝置到達(dá)另一個無線連接的裝
置的時間差來計算這些裝置之間的距離，到達(dá)時間差(TD0A)技術(shù)允 許計算這兩個無線連接的裝置之間的距離。這要求兩個裝置的時間同 步。
-根據(jù)RSSI (接收信號強度指示)和(例如RF)波傳播的定律， 如果已知有關(guān)信號道路的傳播條件，則能夠?qū)⒔邮招盘枏姸戎涤嬎愠?信號的接收機與發(fā)送機之間的距離。
-如在http: 〃www. multispectral. com/UWBFAQ. html羅BFAQl 中所闡述的那樣，對于超寬帶(UWB)，"基本構(gòu)思是開發(fā)、發(fā)送和接 收非常短持續(xù)時間的、射頻(RF)能量的突發(fā)脈沖(通常持續(xù)時間是 數(shù)十微微秒(一秒的萬億分之一)到數(shù)納秒(一秒的十億分之一))。 這些突發(fā)脈沖表示RF載波的從一到僅僅數(shù)個周期。合成的波形是非常 寬的頻帶[…]。"因為多徑在這種技術(shù)中是較不重要的問題，所以能 夠有利地利用UWB (使用例如T0A)實現(xiàn)距離測量(輸送輸入數(shù)據(jù)用于 進行定位)。
-使用超聲技術(shù)的優(yōu)點是相對低的頻率，這容易利用裝置的電子 學(xué)結(jié)構(gòu)和筒單廉價的結(jié)構(gòu)來處理。主要缺點是在長距離中波束的發(fā)散 (波束的寬度是幾十度)、遲緩、多次反射和大的衰減。
-線性獨立檢驗(Linear Independence Check)技術(shù)控制基準(zhǔn)是 否是線性獨立的，能夠計算基向量(即從原點到其他三個點的向量) 的標(biāo)量三重積。如果該乘積是0，那么該基準(zhǔn)不是線性獨立的。
當(dāng)然，本發(fā)明的主題并不限于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知道的上述 技術(shù)。
圖4示出無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的示意圖的實例，該無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括多 個類似的或相同類型的像在圖3中描述的那樣的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。無線網(wǎng)絡(luò) 系統(tǒng)可操作來分別在每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點41到47之間建立連接。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 41、 42、 43和44是(暫時地)喚醒節(jié)點，其中所有DMG裝置411、 412、 413和414是活動的。相反，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點45、 46和47是(暫時地)休眠 節(jié)點，其中只有網(wǎng)絡(luò)部件413是活動的而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點45、 46和47的所 有其他裝置是不活動的。圖4中描述的所有裝置與圖3中描述的相同 或相似。
節(jié)點41和45包括DMG裝置411、 P裝置412和網(wǎng)絡(luò)部件413。節(jié) 點42包括DMG裝置411、 P裝置412、網(wǎng)絡(luò)部件413和位置使用應(yīng)用 414。節(jié)點43和47包括網(wǎng)絡(luò)部件413，而節(jié)點44和46分別另外包括 DMG裝置411。最終，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點41、 42、 43、 44、 45、 46和47包 括網(wǎng)絡(luò)部件413。為了 P裝置成為活動的或所述可操作的，至少一個位 置使用應(yīng)用414位于其中P裝置412正在運行的節(jié)點上。根據(jù)距離， 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點41到47可操作來分別形成到其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的無線連接。
由于只有節(jié)點42包括查詢其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置的位置使用應(yīng)用 414,所以節(jié)點42將是可操作來示出其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的位置的裝置。然 而，像41和45的其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括本發(fā)明的實施例，所述實施例包 括DMG裝置411和P 412裝置，這些其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可操作來記錄網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點的定位。盡管網(wǎng)絡(luò)節(jié)點43和47僅僅分別包括網(wǎng)絡(luò)部件413，但是 包括所述主題的實施例的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點可操作來建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點43和47或 類似節(jié)點的連接和/或檢測其距離。
圖5示出定位(P)裝置的定位過程的狀態(tài)圖的實例，其中所述P 裝置與圖3中所描述的裝置相同。所述狀態(tài)圖是P裝置可操作來使用 AD數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)計算網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點的位置的過程，由此，包括 所有距離的該數(shù)據(jù)通過圖3中所描述的DMG裝置來聚集。最終，圖5 中所描述的所有裝置與圖3中所描述的裝置相同。所述狀態(tài)圖包括開 始點51、結(jié)束點57、 Pos停止?fàn)顟B(tài)52、 Pos開始狀態(tài)53、基準(zhǔn)探測狀 態(tài)54、基準(zhǔn)使用狀態(tài)55和新基準(zhǔn)需要狀態(tài)56。
在已經(jīng)開始定位過程之后，首先選擇坐標(biāo)系的基準(zhǔn)。然后使用該 基準(zhǔn)來初步計算所有位置，并且稍后更新被移動節(jié)點的位置。當(dāng)聲明 對于新基準(zhǔn)的需要時，再次進入探測新基準(zhǔn)和計算位置的周期。
更詳細(xì)地描述在P裝置被激活之后，所述過程從開始點51開始 并且進入Pos停止?fàn)顟B(tài)52。從Pos停止?fàn)顟B(tài)52，或者能夠服從于結(jié)束 點57停止P裝置的過程，或者服從于Pos開始狀態(tài)53開始該過程。 從Pos開始狀態(tài)53，或者返回服從于Pos停止?fàn)顟B(tài)52停止所述過程， 或者服從于基準(zhǔn)探測狀態(tài)54探測基準(zhǔn)。從基準(zhǔn)探測狀態(tài)54，或者返回 服從于Pos停止?fàn)顟B(tài)52停止所述過程，或者繼續(xù)到基準(zhǔn)使用狀態(tài)55 計算基準(zhǔn)的初始位置。從基準(zhǔn)使用狀態(tài)55，或者返回服從于Pos停止 狀態(tài)52,或者由于繼續(xù)到新基準(zhǔn)需要狀態(tài)56而需要新基準(zhǔn)，停止所述 過程。另一選項通過從基準(zhǔn)使用狀態(tài)55回送到本身而計算被移動節(jié)點 的位置。從新基準(zhǔn)需要狀態(tài)56,或者服從于Pos停止?fàn)顟B(tài)52停止所述 過程，或者服從于基準(zhǔn)探測狀態(tài)54探測新的基準(zhǔn)。
Pos停止?fàn)顟B(tài)52是過程的初始和最終狀態(tài)。Pos開始狀態(tài)53表示 已經(jīng)開始處理。在該狀態(tài)，已經(jīng)提供和/或處理繼續(xù)該過程必需的初始 處理數(shù)據(jù)/參數(shù)。這些參數(shù)包括發(fā)送到子裝置和/或從子裝置接收的命 令和/或數(shù)據(jù)，這些子裝置是P裝置的部分并且在圖3中被描述。如果 所述過程探測到基準(zhǔn)并且在該點不被中斷，則所述過程選擇基準(zhǔn)?；?準(zhǔn)探測狀態(tài)54表示適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)被探測到?；鶞?zhǔn)使用狀態(tài)55表示探測 到的基準(zhǔn)被用于附加的定位計算。新基準(zhǔn)需要狀態(tài)56表示對于繼續(xù)的 定位計算需要新的基準(zhǔn)而不是使用過的基準(zhǔn)。
總而言之，該過程及其判定能夠被自動地和/或通過用戶手動地控制。
當(dāng)需要特定坐標(biāo)系中的坐標(biāo)時，同時僅僅能夠通過定位系統(tǒng)計算 另一 (不是任意的)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)時，能夠使用熟知的、稍后解釋 的將相對系統(tǒng)的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成目標(biāo)坐標(biāo)系的技術(shù)。2D情況下的3個已 知位置以及3D情況下的4個已知位置能夠規(guī)定目標(biāo)坐標(biāo)系。對于這些 位置中的每個位置，兩個坐標(biāo)系中的值必須是已知的。使用這些值能 夠計算坐標(biāo)系變換函數(shù)，該坐標(biāo)系變換函數(shù)能夠用于將任何其他位置 從一個坐標(biāo)系變換到其他坐標(biāo)系。這種變換函數(shù)包含以新坐標(biāo)系表示 的、舊坐標(biāo)系的原點平移向量和一組基向量。
由于本發(fā)明提供確定節(jié)點是否已經(jīng)移動(通過使用距離信息由移 動監(jiān)視器裝置計算)和坐標(biāo)系是否被改變的方式，所以如果小于3個 (在3D情況中小于4個)節(jié)點不移動，而無需這些非移動節(jié)點是其位 置在計算第一變換函數(shù)時已知的節(jié)點，則這個信息能被用來計算下一 相對坐標(biāo)系的變換值(如果位置監(jiān)視器裝置判定重新開始基準(zhǔn)探測過 程)。當(dāng)使用在舊相對坐標(biāo)系中的最后位置計算與新相對坐標(biāo)系中的 第一位置計算之間不移動的節(jié)點的變換位置來改變坐標(biāo)系時，這能夠 通過重新計算變換函數(shù)來實現(xiàn)。結(jié)果，如果在開始已知該給定坐標(biāo)系 中的3個(在3D情況中是4個)節(jié)點的初始位置，則通過本發(fā)明為其 計算位置的所有節(jié)點的位置也能夠被變換到給定的(例如非相對的) 坐標(biāo)系。
當(dāng)來到在圖9中所描述的基準(zhǔn)選擇時，考慮所轉(zhuǎn)換的坐標(biāo)系提供 另外的選擇準(zhǔn)則。上述變換函數(shù)包含以新坐標(biāo)系表示的、舊坐標(biāo)系的 一組基向量。所述新準(zhǔn)則是被規(guī)格化為長度1的這些基向量的標(biāo)量三 重積。該值的絕對值必須接近于1，以便具有優(yōu)良的變換函數(shù)。因此， 能夠顯著地向下區(qū)分優(yōu)先次序(down-prioritize)其基向量的標(biāo)量三 重積不同于該值的基準(zhǔn)。
轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系增加能夠顯著大于定位系統(tǒng)中的其他誤差的附加位置 誤差。因此，如果滿足一定的質(zhì)量準(zhǔn)則，則有可能在變換之后檢驗所 實現(xiàn)的位置的質(zhì)量，并將被變換的位置的列表中的某些節(jié)點的位置設(shè) 置成"沒有位置(NO POSITION)"。類似于所使用的機制，所述質(zhì)量 準(zhǔn)則與圖6中的相同。
圖6示出位置計算器(APC)裝置61的初始定位過程的流程圖的 實例，其中所述APC裝置61與圖3中所描述的裝置相同。該流程圖是 APC裝置61可操作來計算網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點的初始位置的迭代過程。 該過程包括APC裝置61、已定位節(jié)點(APN)裝置62、其余節(jié)點(RN) 裝置63、距離(AD)裝置64、當(dāng)前基準(zhǔn)(CB)裝置65、位置(AP )裝 置66和處理步驟611到633。
最初，所有基節(jié)點被添加到已定位節(jié)點裝置62。其他節(jié)點被添加 到其余節(jié)點裝置63中。然后進入只要在最后的迭代已經(jīng)計算至少一個 節(jié)點的位置就實現(xiàn)的循環(huán)。對于其余節(jié)點裝置63中的每個節(jié)點，試圖 使用已定位節(jié)點裝置62中的節(jié)點的已知位置和該節(jié)點到已定位節(jié)點裝 置62中的節(jié)點的距離來計算其位置。如果在已定位節(jié)點裝置62中有 存在到該節(jié)點的有效距離的至少4個節(jié)點，則能夠?qū)崿F(xiàn)上述計算。然 后，使用圖8、 10和11中所描述的基本3D定位算法來實現(xiàn)該計算。 如果上述節(jié)點能夠被定位，則該節(jié)點被從其余節(jié)點裝置63移動到已定 位節(jié)點裝置62，并且所計算的位置被存儲。在該循環(huán)之后，其余節(jié)點 裝置63中的剩余節(jié)點被設(shè)置為"沒有位置(NO POSITION)"。在位 置裝置66中存儲最終的位置。
作為最后的階段，該部件檢驗所實現(xiàn)的位置的質(zhì)量，并且如果滿 足一定的質(zhì)量準(zhǔn)則，則將位置裝置66中的某些節(jié)點的位置設(shè)置成"沒 有位置(NO POSITION)"。滿足以下準(zhǔn)則首先，所計算的位置在似 真值(plausible value)之外。如果例如最大范圍等于10m，在該范
圍之內(nèi)，通信和距離測量是有可能的，并且如果一個節(jié)點的位置是(2m， 2m， 2m)，則另一相鄰節(jié)點的位置(20m， 5m, 3m)是不可能的。其次， 使用所計算的位置和使用所測量的距離的、單個節(jié)點到所有相鄰節(jié)點 的距離差的總和超出一定的門限值。再次，整個網(wǎng)絡(luò)的全局能量比 (GER，參見N. Priyantha等人的"Anchor-free distributed ad-hoc wireless sensor networks")超出一定的門限。
更詳細(xì)地描述在步驟611， APC裝置61將來自AD裝置64的所 有節(jié)點的距離加載到變量"所有節(jié)點UllNodes)"。在步驟612， APC 裝置61將來自CB裝置65的基節(jié)點加載到變量"基節(jié)點(baseNodes)"。 在步驟613, APC裝置61創(chuàng)建APN裝置62，并且此外在步驟614將所 有基節(jié)點添加到APN裝置62。在步驟615，不是基節(jié)點的所有其他節(jié) 點被APC裝置61定義為其余節(jié)點。在步驟616， APC裝置61創(chuàng)建RN 裝置63，并且此外在步驟617將所有其余節(jié)點添加到RN裝置63。在 步驟618，布爾變量"改變"的值通過APC裝置61被設(shè)置為"真"。 在步驟619， APC裝置61開始當(dāng)型循環(huán)(while-loop),只要變量"改 變"等于對于步驟620到628來說為真的值，該當(dāng)型循環(huán)就繼續(xù)。在 步驟620，布爾變量"改變"的值通過APC裝置61被設(shè)置為"假"。 在步驟621， APC裝置61將來自RN裝置63的所有節(jié)點加載到變量"節(jié) 點"。在步驟622， APC裝置61開始針對通過變量"節(jié)點，，定義的節(jié) 點數(shù)目并且針對步驟623到628循環(huán)的for循環(huán)。在步驟623， APC裝 置61將來自APN裝置62的所有節(jié)點加栽到變量"apn節(jié)點"。在步驟 624， APC裝置61、即if條件檢驗for循環(huán)的所選擇的節(jié)點是否具有 與源自變量"apn節(jié)點"的其他節(jié)點的至少4個距離。如果這是真，則 執(zhí)行步驟625到628。在步驟625， APC裝置61通過加載來自AD裝置 64的距離來計算在前選擇的節(jié)點的位置。在步驟626，節(jié)點被添加到 APN裝置61并在步驟627從RN裝置63被去除。在步驟628， APC裝置 61將變量"改變"的值設(shè)置為真。在步驟629， RN裝置63中的來自當(dāng) 型循環(huán)的剩余節(jié)點;故設(shè)置為"沒有位置(NO POSITION)"。在步驟630， 來自RN裝置63的所有節(jié)點被加載到變量"其余節(jié)點"中并且在步驟 631被添加到AP裝置66。在步驟632，來自APN裝置62的所有節(jié)點被 加載到變量"apn節(jié)點"并且在步驟633被添加到AP裝置66。
因此，節(jié)點的所有已知的和所計算的位置是可得到的，而其他節(jié)
點的未知位置被設(shè)置為"沒有位置(NO POSITION)，，。當(dāng)然，任何其 他值而不是"沒有位置(NO POSITION)"可被設(shè)置來指示空值。
圖7示出移動監(jiān)視器(醒)裝置71的監(jiān)視節(jié)點移動過程的流程圖 的實例，其中所述MM裝置71與圖3中所描述的相同。該流程圖是可 操作來監(jiān)視距離以便檢測單個節(jié)點的移動的腿裝置71的迭代過程。 該過程包括醒裝置71、被移動節(jié)點(mN)數(shù)據(jù)庫72、消失節(jié)點(dN) 數(shù)據(jù)庫73、不移動節(jié)點(nMN)數(shù)據(jù)庫74、新節(jié)點(nN )數(shù)據(jù)庫75、 距離(AD)數(shù)據(jù)庫64和處理步驟711到723。
如果檢測到節(jié)點移動，則使用參數(shù)"被移動節(jié)點的集合"、"不 移動節(jié)點的集合，，、"新出現(xiàn)節(jié)點的集合"和"消失節(jié)點的集合"來 調(diào)用在圖7中未示出的被移動位置計算器(MPC)裝置。MPC裝置使用 最后兩個集合來也處理這些節(jié)點。MPC裝置與圖3中所描述的相同。聲 明節(jié)點已經(jīng)被移動的算法如下
在創(chuàng)建MM 71時，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)"舊距離"被設(shè)置為空列表。然后， MM71在AD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)64處預(yù)訂，以便被通知何時改變距離值。在這種 情況下，顧71查詢所有距離表并在AD 64下存儲該所有距離表?，F(xiàn)在 進入循環(huán)，只有當(dāng)沒有新的節(jié)點被探測來移動到mN 72時，才離開該 循環(huán)。在該循環(huán)中，進入在未,皮包含在mN 72或dN 73中的"舊距離，， 中的所有節(jié)點上的循環(huán)。在該第二循環(huán)中，檢驗兩個事件。首先，如 果到要被檢查的當(dāng)前節(jié)點的所有距離已經(jīng)改變，則該節(jié)點被添加到mN 列表72中。其次，如果要被檢查的當(dāng)前節(jié)點在AD 64中未出現(xiàn)，則將 該節(jié)點添加到dN73。能夠發(fā)生節(jié)點被移動同時保持它到某些相鄰節(jié)點 的距離。如果沿著圍繞這些節(jié)點的球體發(fā)生移動，則是這種情況(因 為球體上的所有位置具有到該球體中心相同的距離)。因此，如果最 后的循環(huán)不確定至少一個被移動的節(jié)點，則具有最大改變距離的節(jié)點 被添加到mN 72。在這些嵌套的循環(huán)之后，未凈皮包含在mN 72或dN 73 中的"舊距離"中的所有節(jié)點被移動到nMN74。然后，未被包含在"舊 距離"中的AD 64中的所有節(jié)點被移動到nN 75。最后，在"舊距離" 中存儲AD 64的值。
更詳細(xì)地描述在步驟711，醒裝置71清空"舊距離"變量，并 然后在步驟712， MM裝置71在AD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)處進行預(yù)訂，以便被通知 何時改變距離值。在步驟713,命令cb—distances-changed—event從
AD數(shù)據(jù)庫64被發(fā)送到醒裝置71。在步驟714，醒裝置71將來自AD 數(shù)據(jù)庫64的所有距離加載到變量"距離"。在步驟715，進入包括步 驟716到718的當(dāng)型循環(huán)，只有當(dāng)沒有新的節(jié)點被探測來移動到mN72 時，才離開該當(dāng)型循環(huán)。在步驟716，對于在舊距離中列表的以及在被 移動節(jié)點數(shù)據(jù)庫72或消失節(jié)點數(shù)據(jù)庫73中未被列表的所有節(jié)點開始 步驟717和718的for循環(huán)。在步驟717，當(dāng)改變節(jié)點的所有距離時， 該節(jié)點被添加到mN數(shù)據(jù)庫72。在步驟718，當(dāng)節(jié)點并沒有在距離裝置 64出現(xiàn)時，該節(jié)點被添加到dN數(shù)據(jù)庫73。在步驟719，對于步驟720 開始for循環(huán)，并且該for循環(huán)是針對在舊距離中以及不在mN數(shù)據(jù)庫 72或dN數(shù)據(jù)庫73中的所有節(jié)點的循環(huán)。在步驟720，所有這些節(jié)點 被添加到n匪數(shù)據(jù)庫74。在步驟721,對于在AD數(shù)據(jù)庫64中列表的 所有節(jié)點開始步驟722的for循環(huán)。在步驟723，所有距離被寫入到變 量"舊距離"中。
圖8示出被移動位置計算器(MPC)裝置81的位置計算過程的流 程圖的實例，其中所述MPC裝置81與在圖3和7中所描述的相同。該 流程圖是可操作來計算可能移動的節(jié)點的新位置以及將其存儲在位置 66中的MPC裝置81的迭代過程。該過程包括醒裝置71、MPC裝置81、 迭代3DposCalc裝置82、位置(AP )數(shù)據(jù)存儲器66、距離(AD )數(shù)據(jù) 庫64和處理步驟811到818。圖8中所描述的所有裝置與在圖3中所 描述的相同。
在步驟811，顧裝置71將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)"被移動節(jié)點"、"不移動節(jié) 點"、"消失節(jié)點"和"新節(jié)點"發(fā)送到MPC裝置81。 一接收到這些 數(shù)據(jù)，MPC裝置81就在步驟812從"位置"66去除被包含在"消失節(jié) 點"中的所有節(jié)點。然后，在步驟813,利用來自"被移動節(jié)點"的節(jié) 點填充"其余節(jié)點"。在步驟814,來自"新節(jié)點"的節(jié)點被添加到"其 余節(jié)點，，。在步驟815，從"不移動節(jié)點，，中的節(jié)點填充"已經(jīng)定位的 節(jié)點"。現(xiàn)在，在步驟817開始在圖6中所描述的定位過程(因為已 經(jīng)在步驟816確定"其余節(jié)點，，和"已經(jīng)定位的節(jié)點")。該過程訪 問"位置，，66和"距離"64并且將最初被包含在"其余節(jié)點"中的節(jié) 點的新位置寫入到"位置"66中。
基本3D定位算法是在給定大量節(jié)點1到(i-l )的已知位置和節(jié) 點l到(i-1)距節(jié)點i的已知距離的情況下返回節(jié)點i的3D位置的
方法。如果不能計算位置，則該算法返回錯誤。
對于基本3D定位算法，存在多個可能選項 -最小-最大方法(以上已經(jīng)描述)
-最小-最大加上掃描多點定位算法以最小-最大開始。結(jié)果，計 算平方(或在3D情況下為立方)，其中包含新節(jié)點的位置。在第二階 段，現(xiàn)在將該平方(立方)劃分為多個子平方(子立方)。這個數(shù)目 通過預(yù)先定義的精度值確定，如子平方(子立方)具有該精度值的長 度、寬度(和深度)。現(xiàn)在對于子平方(立方)的每個中心選擇一個 中心，該中心的、所測量的和所計算的距離(使用中心的位置)之間 的平方距離的總和是最小的。該平方(立方)的中心位置被返回為新 節(jié)點的位置。
-最小-最大加上二進制搜索多點定位算法以最小-最大開始。結(jié) 果，計算平方(或在3D情況下為立方)，其中包含新節(jié)點的位置。在 第二階段，現(xiàn)在遞歸地將該平方(立方)劃分為4(8)個子平方(子 立方)。對于這些平方(立方)的每個中心，選擇一個中心，該中心 的、所測量的和所計算的距離(使用中心的位置)之間的平方距離的 總和是最小的。然后，該平方(立方)再次被劃分成4(8)個子平方 (子立方)等等，直到該平方(立方)的邊長達(dá)到一定的精度值。該 最后平方(立方)的中心位置被返回為新節(jié)點的位置。
-根據(jù) N.Priyantha 等人的 "Anchor-free distributed localization in sensor networks"， "[…]經(jīng)典的質(zhì)點-彈簧優(yōu)化 方法。這里，設(shè)想圖形中的每個邊緣作為兩個質(zhì)點之間的彈簧，剩余 長度等于兩個節(jié)點之間的所測量的距離。如果兩個節(jié)點之間的當(dāng)前估 計距離大于其真實(所測量)的長度，彈簧產(chǎn)生推動它們分開的力。 另一方面，如果所估計的距離大于真實距離，則產(chǎn)生將它們牽引到一 起的力。不同的質(zhì)點-彈簧方案不同地定義這些力的幅度，但是優(yōu)化基 本上以相同的迭代方式進行在每個步驟，節(jié)點在合成力的方向上移 動。在任何節(jié)點，當(dāng)作用于它的合成力是零時，優(yōu)化停止；當(dāng)每個節(jié) 點具有作用于它的零力時，全局優(yōu)化停止。在所述優(yōu)化中，如果每對 相鄰節(jié)點之間的力的幅度也是零(即被測量為這些力的平方和的、系 統(tǒng)的全局能量是零)，那么優(yōu)化已經(jīng)達(dá)到全局最小值；否則，優(yōu)化已 經(jīng)達(dá)到局部最小值。"
圖9示出基準(zhǔn)探測器(BF)裝置的基準(zhǔn)選擇過程的流程圖的實例， 其中，所述BF裝置與在圖3中所描述的相同。該流程圖是BF裝置的 迭代過程。該過程包括處理步驟90到97。
在步驟90，首先通過使用距離數(shù)據(jù)庫分別計算所有可能的由4個 節(jié)點(對于3維定位)構(gòu)成的基準(zhǔn)。當(dāng)四個節(jié)點中的每個節(jié)點是其他3 個節(jié)點的直接鄰居，相應(yīng)的距離不是0以及節(jié)點是正交獨立(例如使 用三重標(biāo)積)時，這四個節(jié)點是基準(zhǔn)。當(dāng)然，能夠選擇更多節(jié)點來增 加定位精度。當(dāng)節(jié)點都在通信范圍中以建立相互之間的連接時， 一個 節(jié)點是另一個節(jié)點的直接鄰居。然后計算可能的基準(zhǔn)，每個基準(zhǔn)被評 估。不同的評估算法是可能的。針對每個節(jié)點的一個有利的評估算法 如下工作在步驟91,分別利用在圖6和11中描述的方法計算基節(jié)點 的位置和其他節(jié)點的位置。在步躁92，計算能夠被計算的節(jié)點的數(shù)目 (即不具有N0P0SITI0N值的節(jié)點)。在步驟93，計算所實現(xiàn)的位置的 全局能量比(GER，參見N. Priyantha等人的"Anchor-f ree distributed ad-hoc wireless sensor networks")。 在步驟94， 檢查哪些節(jié)點 運行在電池電源上以及哪些節(jié)點運行在DC電源上。在已經(jīng)聲明所有可 能基準(zhǔn)的這些值之后，在步驟95,通過選擇具有能夠被計算的最大數(shù) 目或(最大值-l)數(shù)目的節(jié)點(即不具有N0P0SITION值的節(jié)點)的基 準(zhǔn)來減小基準(zhǔn)的數(shù)目。在步驟96,根據(jù)以上基準(zhǔn)集合選擇具有在DC電 源上運行的最大數(shù)目基節(jié)點的基準(zhǔn)。并且最后在步驟97，通過從具有 最低GER值的被減小數(shù)目的基準(zhǔn)中選擇節(jié)點來選擇最適合的基準(zhǔn)。
最適合的基準(zhǔn)被選擇為用于定位的基準(zhǔn)。
圖IO示出基準(zhǔn)探測器(BF)裝置的基節(jié)點位置計算過程的流程圖 的實例，其中所述BF裝置與在圖3中所描述的相同。該流程圖是BF 裝置的迭代過程。該過程包括處理步驟101到105并且在圖9中所描 述的基準(zhǔn)選擇過程之后開始。該過程可操作來計算被用于所有其他位 置計算的相對坐標(biāo)系。
首先在步驟101，從距離數(shù)據(jù)庫中選擇四個基節(jié)點。如下計算基節(jié) 點的位置在步驟102, —個節(jié)點被選擇為原點。按照常規(guī)，該原點的 位置最初是(O， 0， 0)。在步驟103，另一節(jié)點與原點一起構(gòu)成x軸。 按照常規(guī)，該節(jié)點的位置是(到原點的距離，0， 0)。在步驟104，第 三節(jié)點與前兩個節(jié)點一起構(gòu)成xy平面的正象限。使用2D三邊測量法
計算該位置(因為所有三個節(jié)點位于一平面中，所以該方法是有效的)， 其中兩個圓(分別圍繞第一和第二節(jié)點的位置，第三節(jié)點與第一和第 二節(jié)點之間的距離)相交并且(或多或少任意地)選擇一個相交位置。
最終的位置具有格式(x， y， 0)。確定x和y的算法來自 http: //mathforum. org/1ibrary/drmath/view/51836.html。
這兩個圓的圓心是(a， b) ， (c， d)
半徑是r， s
e = c-a [x坐標(biāo)的差]
f = d-b [y坐標(biāo)的差]
fT~T7 [圓心之間的距離]
— 2/7
x = or + ^" + ZVr2 -A2
在步驟105，第四節(jié)點與其他三個節(jié)點一起構(gòu)成坐標(biāo)系的正卦限。 為了計算該位置，使用修正的3D三邊測量法，其中3個球面相交(每 個球面使用前三個節(jié)點之一的位置，半徑是到第四節(jié)點的距離)。當(dāng) 兩個相交位置出現(xiàn)時，(任意地)選擇一個相交位置。最終的位置具 有格式(x， y, z)。算法3D三邊測量法要求4個已知位置和到這些 已知位置的距離。原則上，該算法計算四個球面的相交點。
這種算法的優(yōu)點是在計算上較不復(fù)雜，并且當(dāng)距離精度完美時， 該算法得到完美的結(jié)果。缺點是最終的位置對于距離精度誤差非常敏 感，并且更多的已知位置及其距離不會導(dǎo)致更高的定位精度。
圖11示出包括具有已知位置的多個節(jié)點119、具有未知位置的節(jié) 點118的網(wǎng)絡(luò)配置實例的示意圖，節(jié)點118通過特定的距離117分別 與其他節(jié)點119相分離。該配置經(jīng)由原子多點定位來近似位置計算。
如下闡明在A. Savvides等人的"Dynamic Fine-Grained Local ization in Ad-Hoc Networks of Sensors"中介紹的2D情況的原子多點定位 算法(信標(biāo)是錨)
"在未知節(jié)點及其第i個信標(biāo)之間的所測量距離的誤差能夠被表 示為所測量距離與所估計的歐幾里得距離之間的差(方程3) 。 xO和 yO是未知節(jié)點0的所估計的坐標(biāo)，i=l; 2; 3: : : N，其中N是信標(biāo) 的總數(shù)，而U0是[…]信號從信標(biāo)i傳播到節(jié)點0花費的時間，以及s 是所估計的[…]傳播速度。
/ (x0,少。,》=-- & )2 + (v, — y。 )2 (3)
如果足夠數(shù)目的信標(biāo)節(jié)點是可得到的，則通過采取fi(xO; y0; s) 方程(方程4)組的最小均方估計(MMSE)能夠獲得節(jié)點位置的最大似 然估計。項表示應(yīng)用于每個方程的權(quán)重。為了筒化起見，假設(shè)01=1。
外"+iy/W2 (4)
如果節(jié)點具有三個或更多信標(biāo)，則能夠構(gòu)造形式為(3)的一組三 個方程，從而利用未知節(jié)點0位置的唯一解產(chǎn)生超定方程組。如果四 個或更多信標(biāo)是可得到的，則還能夠估計超聲傳播速度s。能夠通過設(shè) 置fi(xO; y0; s)=方程3、平方和重排項來線性化最終的方程組，
以獲得方程5。
—x,2 — 乂2 =(x02+少02)+^(—2、)+^0(—2乂)一^/,20 : (5)
對于k個這樣的方程，通過從余項中減去第k個方程能夠消除
—A2 — X2 +《-乂 = 2x0 (、 - ) + 2_y0 (a _ X ) + fe —《0) (6) 該方程組具有形式y(tǒng) = bX并且能夠使用通過b-(XTX)"XTy給定的 MMSE的矩陣解進行求解，其中
<formula>formula see original document page 32</formula>這種算法的優(yōu)點是更多已知位置及其距離導(dǎo)致較高的定位精度。 缺點則是相當(dāng)復(fù)雜的計算，
圖12示出描述當(dāng)在例如節(jié)點正在加電的情況下啟動DMG裝置時所 發(fā)生情況的距離聚集的流程圖的實例。所有裝置與在圖3中所描述的 相同。該流程圖包括處理步驟1201到1207。
在步驟1201，啟動DMG。在下一步驟1202，局部測量到所有鄰居 的距離的DM裝置部分地填充AD數(shù)據(jù)存儲器。在步驟1203，從相鄰節(jié) 點接收距離報告的RDR裝置部分地填充AD數(shù)據(jù)存儲器。在步驟1204， SDR裝置保持在AD數(shù)據(jù)存儲器的當(dāng)前內(nèi)容上更新的鄰居。在步驟1205， 檢驗條目是否將變舊。這可以在值"自測量起的時間，，超出預(yù)定門限 時被控制。只要AD中的條目變得太舊，就執(zhí)行步驟1206，并且DC試 圖遠(yuǎn)程查詢對應(yīng)的距離。如果在多次嘗試之后查詢失敗，則去除AD中 涉及某節(jié)點的條目。如果沒有距離是舊的，則該過程服從于步驟1207。 在步驟1207，所述過程控制新節(jié)點是否出現(xiàn)在最后距離檢索中或者條 目已通過DC改變。如果是，則該過程再次在步驟1202開始。如果否， 則該過程返回到步驟1205。只有當(dāng)明確地停止DMG裝置時，才在流程 圖的任何點停止整個過程。
該過程能夠通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何其他方式進行并 且并不限于該實例。例如填充AD數(shù)據(jù)存儲器的順序能夠改變或者甚至 并行地進行處理。
圖13示出在啟動P裝置時執(zhí)行的定位計算過程的流程圖的實例。 所有裝置與在圖3中所描述的相同。該流程圖包括處理步驟1301到 1313。
最初，假設(shè)P裝置還未被啟動。位置使用應(yīng)用在步驟1301查詢某 節(jié)點的位置。接下來在步驟1302，由QS裝置接收該查詢。QS裝置在 步驟1303啟動P裝置。在啟動時，在步驟1304啟動BF裝置。BF裝置
從多個可能基準(zhǔn)候選中確定最適合的基準(zhǔn)，計算基節(jié)點的位置并將這 些位置添加到AP中。在BF已經(jīng)完成之后，在步驟1305啟動APC。 APC 試圖使用已經(jīng)已知的基節(jié)點的位置計算盡可能多的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點位置，將 這些位置添加到AP，以及對于已經(jīng)沒有任何位置被計算的節(jié)點來說在 AP中添加對應(yīng)的條目?，F(xiàn)在，在步驟1306，位置4吏用應(yīng)用(PUA)的 位置查詢可被應(yīng)答已完成。
然后，在步驟1307啟動MM裝置。在啟動時，MM裝置監(jiān)視所有jE巨 離，以便檢測距離變化，這在步驟1308被執(zhí)行。這能夠或者主動地經(jīng) 由輪詢過程或者(當(dāng)DMG裝置提供預(yù)訂"距離改變事件"的可能性時) 通過在DMG裝置預(yù)訂這些事件來完成。如果沒有檢測到改變，則所述 過程返回到步驟1307，從而繼續(xù)監(jiān)視。在檢測到距離的變化時，醒裝
置計算被移動的節(jié)點集合、并不移動的節(jié)點集合、出現(xiàn)的節(jié)點集合和 消失的節(jié)點集合。然后在步驟1309，這些集合被輸送到MPC裝置。使 用類似于在APC裝置中使用的算法，MPC裝置計算被移動的節(jié)點的新位 置以及出現(xiàn)的節(jié)點的新位置并且去除AP中有關(guān)消失的節(jié)點的條目。
然后，在步驟1310啟動QPM裝置。該裝置周期性地監(jiān)視AP中的 位置，以便檢測所定位的節(jié)點數(shù)目的顯著減小，其中所述檢測在步驟 1311被執(zhí)行。只要檢測到這種減小，QPM就在步驟1303重新開始定位 (同時在QS部件中保持所有預(yù)訂和查詢)。否則，當(dāng)沒有檢測到減小 時，所述過程服從于步驟1312。
當(dāng)定位過程正在運行時，即已經(jīng)開始定位過程時，經(jīng)由QS裝置通 過應(yīng)用查詢位置筒單的是讀取AP數(shù)據(jù)存儲器，并且因此能利用查詢結(jié) 果立即應(yīng)答。
以與如上所述的非基節(jié)點的移動相同的方式處理基節(jié)點的移動。 如果基節(jié)點的鄰域中足夠的節(jié)點不移動，則能夠計算基節(jié)點的新位置。 請注意，這并不意味著改變坐標(biāo)系。基節(jié)點僅僅最初定義坐標(biāo)系，即
在計算期間通過APC裝置完成。當(dāng)基節(jié)點被移動時，BF裝置最終被設(shè) 計來維持相對坐標(biāo)系。然后，當(dāng)基于該基準(zhǔn)以所使用的坐標(biāo)系表示所 有被定位節(jié)點的位置時，通過MPC使用這些位置完成的每個位置計算 還將導(dǎo)致該坐標(biāo)系中的位置(即使新定位的節(jié)點是基節(jié)點)。
在沒有應(yīng)用被預(yù)訂到QS裝置以及沒有GET風(fēng)格查詢的 一段時間之 后，在步驟1312， QS裝置能夠判定停止P裝置。為此，停止所有活 動的部件(即應(yīng)用自己的線程或過程的部件)。在醒裝置的情況下， 這可能意味著在步驟1313，如果DMG裝置提供這樣的事件，則它告 知DMG裝置停止在距離改變的情況下通知醒裝置。如果不停止該過程， 則該過程返回到1307，從而繼續(xù)監(jiān)視。
該過程能夠以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任何其他方式進行并且 并不限于該實例。
權(quán)利要求
1. 用于無線自組織網(wǎng)絡(luò)的定位設(shè)備(42)，所述設(shè)備可操作來定位形成所述無線自組織網(wǎng)絡(luò)的所述設(shè)備(42)和多個無線電子裝置(41，43，44)的當(dāng)前相對位置，其包括:可操作來測量和聚集數(shù)據(jù)的距離測量聚集裝置(35)，所述數(shù)據(jù)分別包括所述設(shè)備(42)與所述無線電子裝置(41，43，44)之間的距離并且包括所述無線電子裝置(41，43，44)之間的距離，其中，所述距離測量聚集裝置(35)包括可操作來測量所述設(shè)備(42)與所述無線電子裝置(41，43，44)之間的距離的距離測量裝置(351)，以及可操作來根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)和相對坐標(biāo)系而計算所述設(shè)備(42)和所述無線電子裝置(41，43，44)的當(dāng)前相對位置的定位裝置(34)，所述定位裝置(34)包括可操作來計算基準(zhǔn)和相對坐標(biāo)系的基準(zhǔn)探測器裝置(342)，其中，相對坐標(biāo)系基于所述基準(zhǔn)，其中，所述基準(zhǔn)包括特定數(shù)目的基節(jié)點，其中，所述基節(jié)點包括所述設(shè)備(42)和/或無線電子裝置(41，43，44)，所述基節(jié)點具有在傳輸范圍中的特定數(shù)目的基節(jié)點，相應(yīng)的距離不等于零并且所述基節(jié)點是正交獨立的，由此，基準(zhǔn)探測器裝置(342)被設(shè)計來在基節(jié)點被移動時維持相對坐標(biāo)系。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位設(shè)備(42 )，其中，所述基準(zhǔn)包括至少三個無線電子裝置(41， 42, 43 )。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定位設(shè)備(42 )，其中，所述基準(zhǔn)包括至少四個無線電子裝置(41， 42, 43, 44 )。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的定位設(shè)備(42 )，其中，所述定位裝置(34)可操作來通過3D定位算法計算當(dāng)前相 對位置。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)，其中，所述距離測量裝置(351)可操作來通過使用預(yù)先確定的門限值補償測量假信號和/或波動。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42), 其包括可操作來在無線網(wǎng)絡(luò)中與相鄰的無線電子裝置(41， 43，44 )建立連接的網(wǎng)絡(luò)部件(33)。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)， 其包括可操作來從定位裝置(34)查詢當(dāng)前相對位置的位置使用應(yīng)用(32)。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)，其中，所述距離測量聚集裝置(35)包括可操作來存儲距離數(shù)據(jù) 的距離數(shù)據(jù)存儲器(355 )。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)， 其中，所述距離測量聚集裝置(35)包括可操作來將距離數(shù)據(jù)發(fā)送到無線電子裝置(41， 43, 44 )的發(fā)送 距離報告裝置(352 )，以及可操作來從無線電子裝置(41， 43， 44)接收距離數(shù)據(jù)的接收距 離報告裝置(353 )。
10. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)，其中，所述距離測量聚集裝置(35)包括可操作來查詢無線電子 裝置(41， 43, 44 )的距離完成器裝置(354 )。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的定位設(shè)備(42)，其中，所述距離完成器裝置(354 )可操作來在無線電子裝置(41， 43， 44)在預(yù)定的時間不可訪問時從距離數(shù)據(jù)存儲器(355 )去除所述 無線電子裝置(41， 43, 44 )。
12. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)， 其中，所述定位裝置(34)包括可操作來存儲位置數(shù)據(jù)的位置數(shù)據(jù)存儲器(347 ),和 可操作來計算網(wǎng)絡(luò)中的所有無線電子裝置(41， 42， 43， 44)的 初始位置的位置計算器裝置(343 )。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的定位設(shè)備(42),其中，所述位置計算器裝置(34)可操作來在以下情況下將所述 位置數(shù)據(jù)設(shè)置成空值所計算的位置在合理值之外，和/或 使用所計算的位置和使用所測量的距離的、單個無線電子裝置到所有相鄰無線電子裝置(41, 43， 44)的距離差的總和超出一定門限 值，和/或整個網(wǎng)絡(luò)的全局能量比超出一定值。
14. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)，其中，所述定位裝置(34)包括可操作來監(jiān)視位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)則以 及激活基準(zhǔn)探測器裝置(342 )的位置監(jiān)視器裝置(34)，其中所述準(zhǔn) 則包括基節(jié)點的數(shù)目和測量的質(zhì)量。
15. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)， 其中，定位裝置(34)包括可操作來監(jiān)視距離數(shù)據(jù)以便檢測無線電子裝置(41， 43， 44)的 移動的移動監(jiān)視器裝置(345 )，和可操作來計算被移動的無線電子裝置(41， 43， 44)的位置的被 移動位置計算器裝置(346 )。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的定位設(shè)備(42)，其中，所述被移動位置計算器裝置(346 )可操作來在無線電子裝 置(41， 43， 44)不可到達(dá)時從位置數(shù)據(jù)存儲器(347 )去除所述無線 電子裝置(41， 43， 44)。
17. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)，其中，定位裝置(34)包括可操作來允許位置使用應(yīng)用(32)查 詢無線電子裝置(41, 43， 44)的位置的查詢/預(yù)訂裝置(341)。
18. 根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的定位設(shè)備(42)，其中，基準(zhǔn)探測器裝置(342 )可操作來根據(jù)以特定電源運行的最 大數(shù)目的基節(jié)點和/或根據(jù)其最低全局能量比值而選擇基準(zhǔn)。
19. 一種用于在無線自組織網(wǎng)絡(luò)中定位無線電子裝置的當(dāng)前相對 位置的方法，所述無線自組織網(wǎng)絡(luò)包括多個無線電子裝置(41， 42， 43， 44)， 所述方法包括距離聚集步驟，該距離聚集步驟包括以下步驟測量到無線電子 裝置的距離和/或從無線電子裝置接收距離報告，所述距離報告包括距 離數(shù)據(jù)，和定位步驟，該定位步驟包括以下步驟確定基準(zhǔn)，計算形成該基 準(zhǔn)的、無線電子裝置的位置和相對坐標(biāo)系以及根據(jù)所述距離數(shù)據(jù)和所 述相對坐標(biāo)系計算其他無線電子裝置的位置，其中，所述相對坐標(biāo)系基于所述基準(zhǔn)，其中，所述基準(zhǔn)包括特定數(shù)目的基節(jié)點，其中，所述基節(jié)點包括所述無線電子裝置，所述基節(jié)點具有在傳 輸范圍中的特定數(shù)目的基節(jié)點，相應(yīng)的距離不等于零并且基節(jié)點是正 交獨立的，由此，當(dāng)基節(jié)點被移動時，維持相對坐標(biāo)系。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于定位當(dāng)前相對位置的方法， 其中，所述定位步驟包括基準(zhǔn)選擇步驟，所述基準(zhǔn)選擇步驟可操作來選擇由至少三個無線電子裝置構(gòu)成的基準(zhǔn)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的用于定位當(dāng)前相對位置的方法， 其中，所述定位步驟包括基準(zhǔn)選擇步驟，所述基準(zhǔn)選擇步驟可操作來選擇由至少四個無線電子裝置構(gòu)成的基準(zhǔn)。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19或21所述的用于定位當(dāng)前相對位置的方法， 其中，所述定位步驟包括通過3D定位算法計算當(dāng)前相對位置的計算步驟。
23. 根據(jù)權(quán)利要求19到22之一所述的用于定位當(dāng)前相對位置的 方法， 其中，所述距離聚集步驟包括以下步驟通過使用預(yù)先確定的門 限值補償測量假信號和/或波動。
24. 根據(jù)權(quán)利要求19到23之一所述的用于定位當(dāng)前相對位置的 方法，其中，所述定位步驟包括位置計算步驟，該位置計算步驟可操作 來在以下情況下或者計算無線電子裝置的位置或者將位置數(shù)據(jù)設(shè)置成 空值所計算的位置在合理值之外，和/或使用所計算的位置和使用所測量的距離的、單個無線電子裝置到 所有相鄰無線電子裝置的距離差的總和超出一定門限值，和/或 整個網(wǎng)絡(luò)的全局能量比超出一定值。
25. 根據(jù)權(quán)利要求19到24之一所述的用于定位當(dāng)前相對位置的 方法， 其中，所述定位步驟包括位置監(jiān)視步驟，該位置監(jiān)視步驟用于監(jiān) 視位置數(shù)據(jù)的準(zhǔn)則并且用于激活確定基準(zhǔn)、計算位置和相對坐標(biāo)系的 步驟，其中所述準(zhǔn)則包括基節(jié)點的數(shù)目和測量的質(zhì)量。
26.根據(jù)權(quán)利要求19到25之一所述的用于定位當(dāng)前相對位置的 方法，其中，所述定位步驟包括基準(zhǔn)選擇步驟，所述基準(zhǔn)選擇步驟包括 以下步驟計算位置，對所計算的位置的數(shù)目進行計數(shù)，計算全局能 量比，檢查無線電子裝置的電源，其中，接下來選擇基準(zhǔn)，該基準(zhǔn)具有最大數(shù)目的無線電子裝置， 然后該基準(zhǔn)具有特定電源和最低全局能量比值。
全文摘要
這里描述的發(fā)明應(yīng)用于自組織網(wǎng)絡(luò)，其中該網(wǎng)絡(luò)能夠以某一精度測量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的距離，這些網(wǎng)絡(luò)節(jié)點不僅在范圍內(nèi)而且被相互連接。在這樣的環(huán)境中，定位系統(tǒng)能夠使用這些距離值使用相對坐標(biāo)系來計算某些節(jié)點的3D位置。這首先通過以下方式來實現(xiàn)測量到相鄰節(jié)點的距離，從鄰居接收距離報告和將距離報告發(fā)送到鄰居。其次，通過最初以有利的方式選擇坐標(biāo)系涉及的節(jié)點集合(所謂的基節(jié)點)，并且通過最初計算網(wǎng)絡(luò)中的基節(jié)點和其他節(jié)點的位置來實現(xiàn)。再次，通過檢測網(wǎng)絡(luò)中的移動和通過計算被移動節(jié)點的位置來實現(xiàn)。本發(fā)明的優(yōu)點包括能夠補償基節(jié)點的移動，以有利的方式選擇基節(jié)點，能夠應(yīng)對休眠節(jié)點，能夠應(yīng)對不可靠的通信和能夠應(yīng)對波動的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ａ硗?，只有?dāng)沒有節(jié)點正在休眠時，本發(fā)明才使用鄰居通信。
文檔編號H04L12/56GK101384918SQ200780005683
公開日2009年3月11日 申請日期2007年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月15日
發(fā)明者F·霍爾 申請人:索尼德國有限責(zé)任公司