用於無線網絡的協同定位的製作方法

2023-07-12 03:24:01 2

專利名稱：用於無線網絡的協同定位的製作方法
用於無線網絡的協同定位
相關申請
這 <分申^青要求2006年10月25日以 "COOPERATIVE LOCALIZATION FOR UWB NETWORKS"為題申i青的美國專利 臨時申請第60/854,393號的利益。上述申請的全部教導在此通過 引證被併入。
背景技術：
位置i人知才支術有才艮本改變計算、網全各月良務、傳感器網絡和許 多其它商業、軍事和社會應用的潛能。定位可能用來尋找無線電 裝置在網絡中的位置。所述的網絡可能包括若干無線電裝置(一皮 稱為代理)和若干支撐點。支撐點(例如，網絡基站)通常可能有一 些它們在網^各內的位置的信息，而代理通常可能有一點點或沒有 它們在網絡內的位置的信息。
用來確定4戈理在網全各中的位置的一種已知4支術是集中式定 位。在集中式定位中，網絡的每個節點(例如，支撐點和代理)將 它收集的相對定位測量結果發送到中央處理器。中央處理器可能 使用乂人每個節點獲得的 一組測量結果確定網全各中所有節點的位 置，舉例來說，通過在那組測量結果上4吏用優化函悽t。
大多翁:玉見在的定4立方法利用另 一種已知的一皮稱為非協同定 位的定位:技術。在非協同定位方法中，沒有^理之間的溝通；只 存在代理和支撐點之間的溝通。在定位過程中，代理為了確定它的位置可能需要在與多達三個支撐點溝通的範圍內。因此，為了 使代理給它自己定位，可能需要使用若干支撐點，保證每個代理 有機會存耳又足夠的ft據確定它的位置。因此，為了給所有的代理 定位，非協同定位可能需要高密度的支撐點或長距離高功率的支 撐點傳輸。
第三種已知的定位衝支術是協同定位。在協同定位中，代理之 間的溝通^皮允許，乂人而除去對所有的代理在多個支撐點的通信範 圍內的需求。因此，代理可能為其它的代理充當虛擬支撐點。因 為每個代理都有較多的可用信息，所以協同定位可能提供較高的 準確性和較大的覆蓋範圍。

發明內容
雖然現有#支術的協同定位方法々是供超越當前的集中定位和 非協同定位方法的進步，^f旦是這些現有^支術的協同定位方法仍然 包括若干不足。現有4支術的協同定位方法通常只允許單 一位置估 計從節點到節點交換。單 一估計的使用可能將不準確性帶入到定 位計算中。此外，現有^支術的協同定位方法只利用對稱的^t據組， 例如，節點到節點的距離判斷。現有4支術的協同定位方法還要求 網絡中所有的節點都是同種的，在這種情況下處理信號度量(例 如，收到的信號強度)可能被節點在與等同類型的其它節點的溝 通中獲得。另外，在現有技術的協同定位方法中，每個節點使用 相同的程序或算法估計信號度量通常是必要的，藉此使每個節點 包括同 一 的石更件和壽欠件能力成為必需的。
在本發明的範例實施方案中，通過允許代理和支撐點傳輸其 可能位置的概率，利用協同定位技術獲得代理在網絡系統中的可 能位置分布。在本發明的實施方案中，異種節點和異種處理方法 可能^皮用來處理對稱的和非對稱的數據組，這可能大大#是高定位能力。在本發明的另一個實施方案中，因數圖表理論可能用來研 發全面協同定位方法以確定網絡中所有節點的估計位置。
在本發明的實施方案中，描述了在無線網會各中自動識別無線 電裝置位置的系統和對應的方法。該系統可能包括配置成計算代 表無線電裝置在無線網絡內的至少一個可能位置的分布的至少 一個轉換信念的計算單元。至少 一個轉換信念可以是與無線電裝 置收到的來自至少一個其它無線電裝置的無線電信號相關聯的 任意信號度量的函數。分布可以是概率密度或質量函數。該系統 可以進一步包4舌配置成隨著至少一個專爭換信念變化確定自身信 念的信念確定單元和配置成隨著自身〗言念變4匕識別自己在無線
網鄉備內的^f立置的i口、別單元。
無線網全備可以是隨時間改變的。具體i也i兌，至少多個其它無 線電裝置的子集可以相對於多個其它無線電裝置的至少一個其 它子集是移動的，而且各自的估計單元、轉換單元、信念確定單 元和識別單元可能一皮進一步配置以解決移動性。
多個其它無線電裝置的至少子集的各自的估計單元可以淨皮 配置以估計第一類型的任意信號度量，而多個其它無線電裝置的 至少一個其它子集的各自的估計單元可能被配置以估計第二類 型的任意信號度量。任意信號度量可以是所述的無線電裝置相對 於至少一個其它無線電裝置的特性，而且該特性可能選自角度、 距離、連接性、位置、姿態、速度和角速度信息。與第一類型的 任意信號度量相對應的特性相對於與第二類型的任意信號度量 相對應的特性可以是非對稱的。
轉換單元可以被進一步配置以轉換至少 一個信念，而確定單 元可以-敗配置成基於因數圖解原則確定自身信念。轉換單元也可 能被進一步配置成自己解決與估計任意信號度量有關的能力。確定單元可以淨皮進一步配置以更新先前確定的自身4言念或 確定新的自身4言念。識別單元可以糹皮進一步配置成識別至少一個 其它無線電裝置在無線網絡中的位置。


通過下面結合附圖舉例說明的本發明的範例實施方案的更 具體的描述，上述內容將是顯而易見的，在這些附圖中相似的參 考符號在不同的視圖中自始至終表示同一部份。這些附圖不必依 比例繪製，而是把重點放在舉例說明本發明的實施方案上。
圖1和圖2是依照本發明的範例定位方法和對應裝置所應用 的環境的內務才喿作一匡圖3A-3C是舉例說明在無線電裝置和至少一個其它無線電裝 置之間的相對位置屬性(ARP)範例的圖表；
圖4是表現圖2所示網絡的因數圖範例的圖表；
圖5是在圖2的節點中4吏用的範例^立置處理器的示意圖；而
圖6是依照本發明的範例實施方案描述協同定位方法的範例 操作的流程圖。
具體實施例方式
本發明的範例實施方案描述如下。
圖l提供以各種不同的移動裝置或代理103a-103h為特色的使 用集中定位方法的戶內環境100的平面圖的範例。^理可能是， 舉例來i兌，在4叟尋和才爰救任務期間與個別消防員相關耳關的無線電裝置。該無線電裝置可能是移動裝置並因此有時位置是未知的。
無線電裝置可能完全依靠"支撐點"(例如，無線4妄入點)105a-105c 和中央定位計算單元109來確定它們各自的^f立置。支撐點可能一皮 放在固定的已知位置。支撐點可以發送和接收來自附近代理的信 號來嘗試根據距離(例如，從支撐點到代理的距離)的估計為各種 不同的^理4是供位置判斷。支撐點也可以一皮配置成經由連4妻 107(該連^妻可以是無線連^妄)與中央定位計算單元109通4言。為了 使代理能夠4昔助集中定位方法來確定它的位置，各種不同的支撐 點可能將收到的來自代理的信息發送到中央定位計算單元。該中 央單元109可能計算每個代理在無線網絡中的估定的位置。雖然 集中定位方法可以用來提供可靠的位置判斷，4旦是這個方法有要 求所有的計算在單一位置完成的不足。
圖2舉例說明利用非協同定位方法的網絡範例。網絡200包括 三個可以充當支撐點的網絡基；也無線電收發才幾站("基 站，，)(BTS3、 BTS4和BTS5)。網絡基站或支撐點可以每個都有它 們各自4立置的知識。網會備也可以包4舌若干移動站(MS)，例如，可 以充當^理的行動電話(例如，MS1和MS2)。行動電話或代理可 以有一點點或沒有它們各自^立置的^f言息。此外，4義理也可以是在 網絡中到處移動的；因此，^理可能有可變的^f立置。人們應該領 會到支撐點和代理不分別局限於基站和行動電話，也可以是任何 形式的無線電裝置，其中基站被包括在無線電裝置的這一定義之 中，即使基站通常與網絡是有線連接的。人們還應該領會到支撐 點和 理兩者可以都是移動的。
在非協同定4立方法中，4戈理在確定它們的網絡位置時只與支 撐點通信。舉例來i兌，考慮代理MS1在網絡中位於它只能與支撐 點BS3和BS5溝通的位置(即，代理MS1不在與支撐點BS4通信的 範圍內)的情形。因此，在與支撐點BS3通信時，代理MS1可以獲得來自支撐點的信息包(未展示)。在圖2提供的範例中，與信息包
相對應的無線電信號可以將代理MS1的相對位置屬性(ARP)估計 的信號度量提供給支撐點BS3。
4言號度量可以以一個或幾個因悽t為基礎，例如^氐達時間、 抵達時差、接收信號強度、抵達角度、都卜勒頻移和連接性。這 些信號度量可能提供關於相應的發射器和接收器之間的相對位 置(ARP)的信息。舉例來說，為了估計距離的ARP,可能4吏用信 號度量抵達時間、抵達時差、往返飛行時間、接收信號強度和跳 變計數(hop-count)。為了估計角度的ARP，可能使用信號度量抵 達角度，或可能使用表示天線轉向的信息。為了估計連接性的 ARP，可能使用信號度量接收信號強度(RSS)。
圖3A-3C糹是供ARP信息的範例形式，該ARP信息可能描述連 接性(圖3A;將代理MS 1的可能位置限制在圓盤的交疊區域內， 每個圓盤有以支撐點BS3和BS5為圓心的已知半徑)、距離(圖3B; 將代理MS 1的可能位置限制在圓的交疊圓周部分，每個圓分別有 以支撐點BS3和BS5為圓心的已知半徑)或角度(圖3C;將代理MS1 的可能位置限制在離開支撐點BS3或BS5的一組線上)。各種不同 的其它ARP可以是基於信號度量數據(例如，描述節點的位置、姿 態、速度和角速度信息的ARP)獲得的。
距離的ARP是對稱的。舉例來說，從節點A到節點B的距離等 於從節點B到節點A的距離。角度和連接性的ARP可能是不對稱 的，因為從節點A到節點B的角度或連接性可能不等同於從節點B 到節點A的角度或連接性。
在圖2提供的範例中，接收信號強度的信號度量可以用來估 計^巨離的只於^爾的ARP。《會定ARP估計，代i理MSl可以確定它4立於距支撐點BS3在特定的距離或半徑處。給定支撐點BS3提供的信 息，^理MS 1的可能4立置可以用虛線圓周201表示。
代理MS1從支撐點BS5獲取距離信息，這樣圍繞BS5的虛線圓 周202就表示MS1相對於支撐點BS5所有的可能位置。因此，代理 MS1的真實位置可能被限制在兩個虛線圓周201和202的交點上。 因此，這可能導致代理MS1的兩個可能的位置203和205。因為代 理MS1不在三個支4掌點的通4言範圍內，所以MSl不能夠p舉一i也確 定它自己的位置。
因為代理MS2隻在支撐點BS4和BS5的通信範圍內，所以代理 MS2也可能無法唯一地確定它自己的位置。代理MS2的可能位置 207禾口209隻於應於虛糹戔圓周206寺口208的交,泉。
另 一種確定無線裝置位置的方法可以藉助協同定位。在協同 定位中，^理可以通過交換它們的位置估計與支撐點和其它4戈理 通信。因此，代理可以作為虛擬支撐點。代理和支撐點可能被視 為節點，每個節點可能有能力與其它節點通信，而不管它們的類 型。代理之間的通信消除了對所有的代理都在一個或多個支撐點 的範圍內的需求。
然而，現有4支術的切、同定位方法包^"若干不足。現有糹支術的 協同定位方法只允許每次發送一個位置估計。現有寺支術的協同定 位方法也受到限制，因為現有技術的方法只考慮到使用對稱的 ARP(例如，基於距離的測量)。此外，現有4支術的協同定位方法 通常要求所有的網絡節點是異種的，每個節點接收和發射導致同 一類型的ARP的信號。異種節點也需要相似的硬體和軟體能力以 允許以相似的方式處理位置估計。在本發明的範例實施方案中，通過允許代理和支撐點傳輸描 述可能多個位置的概率特徵的分布來利用協同技術獲得代理在 網絡系統中的可能位置。在本發明的實施方案中，信號度量可以
用來獲得對稱的和不對稱的ARP。因此，依照本發明實施方案， 協同定位方法可能使用技術上已知的任何ARP而且不僅僅局限 於距離的ARP。人們還應該領會到技術上已知的任何信號度量和 ARP都可能#皮用在本發明的任何範例實施方案中。
在本發明的另 一個實施方案中，系統的節點可能是異種的， 因此允許每個節點通過利用可以是非對稱的、數值不等的和屬於 不同類型的ARP來估計位置。依照本發明的範例實施方案，網絡 的異種節點也可能包括從一 節點到另 一 節點不同的硬體和軟體 系統。在本發明的另一個實施方案中，因數圖表理論可能用來研 發全面協同定4立方法以確定所有節點在網全各中的估計位置。
圖4是舉例說明表示圖2所示網絡的因數圖解的頂視圖。圖5 代表在圖2中的每個代理身上可以發現的位置處理器的示意圖。 圖6是舉例說明可仿效的協同定位方法的可能的操作的流程圖。 圖4-6分別描述依照本發明的範例實施方案用於協同定位的數學 的、硬一件的和專tf牛的方法。
因數圖解可以^是供了 一種直觀的方式來表示和理解多變量 函數。因數圖解可以將整體函數表達為因數的產物或局部函數。 通過舉例說明哪個因數取決於哪個變量，因數解圖展示整體函數 的變量如何通過分享的局部函數相互依賴的。
在本發明的範例實施方案中，因數圖解可以是從在給定收集 的信號度量Z的情況下表示所有的節點在網絡中的可能位置的接 合點經驗概率分布p(Xi，...,XN i Z)中獲得的，其中N等於網絡中的 節點總數。接合點經驗分布可以被表示成formula see original document page 14
其中Zj—i可能是節點i從節點j發射的信號獲得的信號度量。函 數p(Zj —i I Xi,Xj)是取決於節點i和j的位置的信號度量的分布。
在獲得結合點經驗概率分布P(Xh...，XN I Z)的表達時，和-積
算法(SPA)(也被稱為信念傳播)可能被用在所產生的因數圖解上 確定用於所有的節點i的邊緣經驗分布p(xi I Z)的近似值。這些邊 緣經驗分布近似值可以被網絡中每個節點用來估計它自己的位 置Xi。邊緣經驗分布p(Xi I Z)的這些近似值也可能使用下面更詳細 地描述的因數圖解理i侖映射到實際網絡。
在圖4提供的範例中，圖2所示的網絡的五個節點BS3、 BS5、 BS4、 MS1和MS2可以分另'J與用方才匡403、 415、 411、 407和419 加亮的子曲線圖相關耳關。節點MS1、 MS2、 BS3、 BS4和BS5的可 能位置可以#皮分別表示為標註X廣Xs的因悽史圖解的邊緣。代理節 點MSl和MS2的可能位置(分別為Xi和X2)可以是由鄰近節點發送 的信息提供的。獲得可能位置的操作可以在因數圖解400中用頂 點表示，下面將更詳細地描述。
在本發明的範例實施方案中，協同定位方法的第 一才喿作可以 是設定網絡中所有節點的信念初值(601)。在i殳定初值時，支撐點 和代理的信念可以被設定為等於它們各自的邊緣先驗分布p(Xi)。 邊緣先驗分布P(Xi)是變量Xj(節點i的可能位置)的函數。邊緣先驗
分布p(Xi)可以反映節點i在定位程序開始之前可能有的信息。用 於網絡中每個節點BS3、 BS5、 BS4、 MS1和MS2的邊緣先驗分布 是分另'H乍為丁貞,泉401、 413、 409、 405禾口417衝示-主的。因為支撐點BS3、 BS5和BS4有它們各自的位置知識，所以這 些支撐點可以以狄喇克(Dirac delta )分布的形式將它們的信念初 值設定到先-驗分布上。Dirac delta分布是為唯一的一個位置(該位 置對於相應的支撐點是已知位置)定義非零概率的函lt。人們應 該領會到在網絡中可能有這樣的支撐點，該支撐點可以總是沒有 關於它們的^f立置的全部知識；因此，有關於其^f立置的部分知識的 支撐點的先驗分布可以呈包括任意形狀的分布形式。
代理MS 1和MS2可以以均勻分布的形式將它們的信念初值設
置有相等的概率值，因為代理最初可能沒有關於它自己的位置的 知識。代理也可能有關於它們的位置的部分知識，藉此使先驗分 布有任意的形狀。代理也可能有關於它們的位置的全部知識，這 將導致用Dirac delta分布定義的先馬全分布。
人們應該領會到代理和支撐點可以有任何上述的分布和技 術上已知的任何其它分布。人們還應該領會到代理和支撐點不需 要全有相同的分布，因為可以有 一 些4戈理和和支撐點與其它的代^ 理和支撐點相比有較多的關於它們各自的位置的知識。
在一個實施方案中，在i殳定網絡中所有的節點的信念初值之 時，重複悽t值可能^皮i殳定或確定(603)。重複婆W直可以定義協同定 位方法可能被網絡中每個節點執行的次數。最大的重複數值"最 大(max)"可以^皮動態地設定成網絡的運行時間。因此，網絡 可以:故配置成堅持不懈i也追蹤和確定與網絡相關耳關的各種裝置 的位置。人們應該領會到並非所有的節點都可以參加每次重複。
一旦重複已被定義，如果最大的重複價值'max'已經被到達， 系統可能頻繁;也或連續i也監測重複"L"的當前j直以確定最大的 重複值"max"是否已達到(605)。如果確定最大的重複值"max"已達到，該定位系統可能一皮引向結束(607)。否則，網絡中的節點 或節點系統可以繼續重複協同定位(609)。首先，該系統可以被配 置成更新所有網絡節點的自身信念(611)。自身信念的更新可能以 節點的移動性為基礎，而且可以依靠技術上已知的任何技術，例 如，惰性測量單元或陀螺儀。代理和支撐點兩者可以都有能力移 動。人們應該領會到在至少 一個實施方案中並非所有的網絡節點 都一皮更新；所以，在這樣的實施方案中每次只有某個節點子集祐L 更殺斤。因jt匕，分別才示注為頂點401、 413、 409、 405詳口417的每個 節點BS3、 BS5、 BS4、 MS1禾口MS2的邊糹彖先馬全分布p(xi)可以一皮 適當地更新。
此外，在此期間，新的節點可以在進入網《各的時^f'矣^皮發現， 或當前的節點可以在離開網絡時被發現，因此改變因數圖解的配 置(例如，與進入網絡的節點相對應的新的子曲線圖可能#皮添加 到該因數圖解中，或離開網絡的節點的子曲線圖可能^皮除去)。 因此，因數圖解的拓樸可能在協同定位程序的有效期中自始至終 隨著網絡拓樸改變而改變。
接下來，所有的網絡節點圖解廣播它們當前的自身信念 (613)。這廣4番可以是與SPA的4吏用一起實現的。SPA可能是作為 傳遞因數圖解的訊息應用的，以便獲得用於每個網絡節點的邊緣 經驗分布p(Xi I Z)的近似值。邊緣經驗分布(Xi I Z)可以用自身信 念b(Xi)近似。
舉例來i兌，在圖4所示的因^t圖解中，支撐點BS3可以將它的 自身信念b(X3)421傳輸給代理MSl，因為代理MS1在支撐點BS3 的通信範圍中。同樣，代理MS1可以充當虛擬支撐點並且將它的 自身信念b(xi)423傳輸給代理MS2，因為代理MS1在代理MS2的通 信範圍內。同樣，代理MS2也可能充當虛擬支撐點並且將它的自 身信念b(x。 425傳輸給代理MS1。支撐點BS4在代理MS2的通信範圍中並因此可能將它的自身信念b(x4)427傳llT^H、理MS2。支 撐點BS5在只於^^裡MS 1和^R理MS2兩者的通4言範圍中並因此可以 3奪它的自身4言念b(x5)428和429分另'H專車lr糹合^R^裡MSl禾口^R^裡MS2。
在與支撐點BS5相關聯的子曲線圖415中，等式頂點431可以 是在將自身信念發送給多個節點的時候使用的。同樣，代理MS1 和MS2的子曲線圖407和419也分別包括等式頂點431，因為那些 代理在與多個節點通信。
人們應該領會到節點可以在廣播周期期間發送和接收多個 訊息包。舉例來i兌，如果節點A估計往返時間的信號度量，節點 A可以將信息包發送給節點B ，而且節點B可以把信息包送回節點 A。
在每個網絡節點廣播自身信念之時，每個節點可以個別地使 用位置處理器500根據廣播的信念計算新的自身信念。首先，節 點可以^昔助天線503^妻收來自其它網絡節點的廣4番信念501 (617)。每個節點可以在接收信念的節點的通信範圍內接收來自若 幹節點的若干廣播信念505。
在收到來自鄰近節點的信念之後，節點可以開始產生轉換信 念的程序(619)。在產生轉換信念的程序中，節點的位置處理器可 以4是供配置成4妄收一皮傳IIH言念501的估計單元507,以Y更估計該節 點與至少一個其它網絡節點有關的任意信號度量。任意信號度量 是可以屬於任何類型或lt值的信號度量(例如，可以^吏用的信號 度量的類型不局限於對稱的或同種的信號度量)。估計的任意信 號度量509可以是從至少 一個節點收到的信念信號的函數。
人們應該領會到如果任意信號度量已^皮同一傳輸節點從之 前的重複或在定4立禾呈序的開始之前估定，那麼新的4壬意〗言號可以該領會到網絡節點可能是異種
的，以致/人估定的信號度量獲得的ARP估計可能乂人一節點到另一 節點4吏用不同的類型和/或教:值。
此外，網糹各節點也可以是異種的，以致每個節點可以4吏用不 同技術或程序估計信號度量。人們還應該領會到信號度量和ARP 可以是通過分4斤方法、It字方法或統計方法的 <壬 <可組合估計的。 人們還應該領會到每個節點可以獨立於其它網糹各節點估計信號 度量。舉例來i兌，節點A可以在不知道其它網糹各節點的一皮估計信 號度量情況下估計來自收到的訊息的信號度量。
一旦已經提供任意信號度量509,這個信號度量可以被傳送 給轉換單元511 ，以便根據已估計的任意信號度量509提供轉換信 念513。每個網全各節點可以有多個估計和轉換單元或可能一皮配置 成同時確定每個收到的輸入信念501的轉換信念513的計算單元 515。作為一K戈，估計和4爭糹奐單元或計算單元515可以4皮配置成繼 續確定每個收到的輸入信念501的轉換信念513。人們應該領會 到，從另一個節點轉送的信念可能被當前節點用來估計若干信號 度量，後者可能依次用來描述若干APR。
轉換信念的產生可以用圖4估支數學解釋。舉例來說，在代理 MS1中，起因於從支撐點BS3傳送給代理MS1的自身信念421的轉 換信念的產生可以用頂點430表示。該SPA可以#皮配置成把所產 生的轉換信念C3 —"x^432送到等式頂點431。同樣，來自支撐點 BS5的被傳輸的自身信念428可以用來獲得估計的任意信號度量 以產生用頂點433舉例i兌明的轉4奐4言念。然後，專爭^^言念C5 — "Xi)434也可以被送到等式頂點431。最後，以被傳輸的自身信念 425為基礎產生第三轉換信念可以經由頂點435舉例說明。所產生 的轉換信念C2—"xJ436也可以藉助SPA送到等式頂點431 。同樣，對於代理MS2，轉換信念的產生可以分別用頂點441、 437和439表示，從而導致轉換信念d—2(x2)442、 C4—2(x。438和Cs -2(x2) 448。轉換信念d—2(x2)442、 C4—2(X2)438和C"2(x。448可以 藉助SPA送到子曲線圖MS2的等式頂點431 。
轉換信念的產生可以用下面的方程表示
c" cc何~—, I A,x》(")
其中Cj—i(Xi)是在當前節點i產生的轉換信念，P(Zj —j I Xi，Xj) 是依據從節點j傳輸到當前節點i的信號提取的信號度量z」—i的分
布，和b^"(Xj)是節點j向當前節點i廣播的自身信念。上述的積分 可以是對所有可能的Xj完成的多維積分。人們應該領會到轉換信 念的產生可以是通過分析的、It字的或統計的整合方法的任何組
合完成的。人們還應該領會到轉換信念可以顧及到與隨著位置Xj 和Xj變化的估計信號度量Zj —i有關的任何不確定性和關於環境的
任何知識(例如，障礙的出現、信噪比低、信號強度弱、估算程 序固有的不確定性，等等)。人們應該領會到轉換信念的產生可
以是通過分4斤方法、It字方法或統計方法的^壬〗可ia合完成的。
一旦所有的轉換信念都被送到它們各自的節點的子曲線圖
的等式頂點431,等式頂點431就可以估算每個轉換信念。等式頂 點431可能自己考慮到不一致性，例如， 一個所產生的轉換信念 的數值是否明顯地不同於所產生的其它轉換信念(621)。舉例來 說，如果轉換信念是從故障節點送出的被傳輸自身信念的結果， 那麼這個自身信念可能偏移後續的定位計算。故障節點可以是以 低信噪比傳輸信號的節點、傳輸錯誤信息的節點數據或傳輸導致 位置判斷非常不同於用從其它節點發來的信息獲得的位置判斷 的信息的節點。一旦轉換信念已針對不 一致性被估定，用於每個節點的新的
自身信念就可以確定(623)。每個節點的位置處理器500可以4巴所 產生的轉4奐信念513全部轉發糹合信念確定單元517。信念確定單元 517可以通過考慮當前節點的邊緣先驗分布p(xO和所產生的轉換 信念(它是在通信範圍內從網絡節點發來的自身信念的函數)產生 新確定的自身信念519。
新確定的自身信念519的產生可以是在考慮到居先確定的自 身信念的情況下完成的。換句話i兌，信念確定單元517可以利用 之前的重複確定的自身信念的記憶或知識從確定新的自身信念 519。利用記憶確定新的自身信念519可以用下面的/>式表示
其中b^(Xi)是在當前的重複L期間確定的節點j的自身信念， bo^)(Xi)是在之前的重複L-l中確定的自身信念，ri是節點i的那組 鄰近節點，乂人那組鄰近節點中節i已經選出一致的轉換:信念，而 Cj—i(Xi)是用節點i發送給節點j的信號度量產生的轉換信念。人們 應該領會到，新確定的自身信念519的產生也可能是在沒有從之 前的重複確定的自身信念的記憶或知識的情況下完成的。在沒有 i己憶的情況下產生新的自身4言念519可以用下面的7>式表示
其中p(xi)是當前節點的邊緣先驗分布。所以，邊緣先驗分布
可以用在不考慮之前產生的自身的系統中。人們應該領會到信念
確定單元517可以利用當前節點i的邊緣先-險分布和之前產生的自 身信念。人們還應該領會到網絡節點可以是異種的，其中一些節 點可以靠記憶產生新的自身信念，而其它網絡節點可以不使用記憶產生新的自身信念。人們還應該領會到新確定的自身信念519 的產生不i侖有沒有記憶都可以是通過分一斤方法、It字方法或統計 方法的任何組合完成的。人們應該領會到不是每個網絡節點都需 要產生自身信念。舉例來說，如果已經確定，某個節點有限定的 位置而且自之前的重複以來沒有移動，則那個節點不需要更新它 的自身信念。
在確定新的自身〗言念之後，識別單元521可以用來估計自身 位置523(625)。估計的自身位置523可以是通過耳又已確定的可能呈 概率分布形式的自身信念的平均值、中值或眾悽t確定的。網絡節 點可能利用不同的方法估計自身位置523。
網絡節點的位置處理器500也可以包括鄰居識別單元527。鄰 居識別單元527可以用來通過耳又鄰近節點傳l命的信念的平均值、 中值或眾悽t估計通信範圍內的節點位置。因此，網絡節點的拓樸 圖529可以產生，/人而將這種拓樸知識給與每個節點。這可能使 每個網絡節點都有衝又使用完全的網絡拓樸。該拓樸圖可能一皮每個 節點用獨立的數據包廣播5 31 。人們應該領會到被傳輸的拓樸5 31 也可以是作為包含糹皮傳l命的確定的自身4言念525的lt據包的一部 份組成的。人們還應該領會到網絡節點可能使用不同的方法創造 拓樸圖529。
人們還應該領會到每個節點產生的估計的信號度量可以拔: 供ARP,後者可能包括關於障礙的信息。障礙可能存在於網絡節 點之間或周圍。障礙的範例可以包括4旦不限於牆壁或建築物。這 個信息也可能被用於產生網絡拓樸和產生自身信念。上述的操作 615-625可以是在現在的重複期間針對網絡中所有的節點完成的 (627)。 一旦才喿作615-625已經在所有的網糹備節點上完成，新的重 復可以^皮完成(629)。在新的重複期間，已確定的自身信念517可 以#皮更新，以Y更考慮到先前描述的移動性(611)。 一旦^皮更新，更新後確定的自身信念就可能^皮廣播525，於是上述的糹乘作615-625 可能隨後〗吏用更新後確定的自身信念糹皮完成。人們應該領會到不 是每個網絡節點在所有的重複中都需要涉及。此外，節點可能不 參與重複中涉及的每個計算操作。
人們應該理解在此揭示的特定程序(例如，協同定位程序)可 以是在硬體、固件或軟體中實現的。如果在軟體中實現，該軟體 可能糹皮儲存在任〗可形式的計算才幾易讀的J 某體上，例如，隨衝幾存:f又 儲存器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、光碟只讀存儲器(CD-ROM), 等等。在運行時，通用或特殊應用處理器以:技術上4艮好理解的方 式裝載和運行該軟體。
雖然這項發明已經參照其範例實施方案,皮具體;t也展示和描 述，但是熟悉這項技術的人將理解在形式和細節方面各種不同的 改變可以在不脫離本發明的 一又利要求書所嚢4舌的範圍的情況下 完成。
權利要求
1.一種用於無線電裝置自己識別在無線網絡中的位置的方法，該方法包括計算代表無線電裝置在無線網絡內的至少一個可能位置的分布的至少一個轉換信念，所述的至少一個轉換信念是任意信號度量的函數，所述的任意信號度量是與所述的無線電裝置從至少一個其它無線電裝置接收到的無線電信號相關聯的；將自身功能確定為至少一個轉換信念的函數；以及在無線網絡內隨著自身信念的變化識別自身位置。
2. 根據權利要求l的方法，其中無線網絡的物理配置是隨時間 改變的。
3. 根據權利要求l的方法，其中至少多個其它無線電裝置的子 集相對於多個其它無線電裝置的至少一個其它子集是移動 的。
4. 才艮據權利要求1的方法，其中至少多個其它無線電裝置的子 集估計第一類型的任意信號度量，而且多個其它無線電裝置 的至少一個其它子集估計第二類型的任意信號度量。
5. 根據權利要求4的方法，其中任意信號度量用來計算該無線 電裝置與那至少一個其它無線電裝置有關的特性，該特性選 自由角度、距離、連接性、位置、姿態、速度和角速度信息 所組成的組。
6. 根據權利要求4的方法，其中第一類型的任意信號相對於第 二類型的任意信號是非對稱的。
7. 根據權利要求l的方法，其中轉換至少一個信念和確定自身 信念以因圖解原則為基礎。
8. 根據權利要求l的方法，其中轉換至少一個信念進一步包括 自己考慮到與估計任意信號度量有關的能力。
9. 根據權利要求l的方法，其中確定自身信念進一步包括更新 先前確定的自身信念或確定新的自身信念。
10. 根據權利要求l的方法，進一步包括識別那至少一個其它無 線電裝置在無線網絡中的位置。
11. 根據權利要求l的方法，其中分布是概率密度或質量函數。
12. —種用來自己識別無線電裝置在無線網絡中的位置的位置 指示器裝置，該裝置包括配置成計算代表無線電裝置在無線網絡內的至少一個可 能位置的分布的至少 一個轉換信念的計算單元，那至少 一個 轉換信念是與無線電裝置收到的來自至少一個其它無線電 裝置的無線電信號相關聯的任意信號度量的函數；配置成將自身信念確定為那至少 一 個轉換信念的函數的 自身〗言念確定單元；以及配置成隨著自身信念的變化在無線網絡內識別自身位置 的i口、別單元。
13. 4艮據4又利要求12的裝置，其中無線網會各的物理配置是隨時 間改變的。
14. 根據權利要求12的裝置，其中至少多個其它無線電裝置的 子集相對於多個其它無線電裝置的至少一個其它子集是移 動的，其中各自的計算單元、自身信念確定單元和識別單元 — 皮進一步配置以解決移動性。
15. 根據權利要求12的裝置，其中至少多個其它無線電裝置的 子集的各自的計算單元被配置成估計第一類型的任意信號 度量，而且那至少一個其它無線電裝置的至少一個其它子集 的各自的計算單元被配置成估計第二類型的任意信號度量。
16. 根據權利要求15的裝置，其中任意信號度量測量無線電裝 置關於那至少一個其它無線電裝置的特性，該特性選自角 度、距離、連接性、位置、姿態、速度和角速度信息。
17. 根據權利要求15的裝置，其中第一類型的任意信號相對於 第二類型的任意信號是非對稱的。
18. 才艮據權利要求12的裝置，其中轉換單元一皮進一步配置成轉 換至少 一個信念，而確定單元淨皮配置成才艮據因悽t圖解原則確 定自身信念。
19. 根據權利要求12的裝置，其中計算單元被進一步配置成自 己解決與估計任意信號度量有關的能力。
20. 根據權利要求12的裝置，其中確定單元被進一步配置成更 新先前確定的自身信念或確定新的自身信念。
21. 根據權利要求12的裝置，其中識別單元被進一步配置成識 別至少一個其它無線電裝置在無線網絡中的位置。
22. 根據權利要求12的裝置，其中分布是概率密度或質量函數。
23. —種在上面^f諸存電腦程式的電腦程式產品，該電腦禾呈序是用 指令定義的，這些指令在^皮無線網絡中的無線電裝置的處理器執行時導致處理器計算代表無線電裝置在無線網絡內的至少 一個可能位置 的分布的至少 一個轉換信念，那至少 一個轉換信念是與該無 線電裝置收到的來自至少一個其它無線電裝置的無線電信號相關聯的任意信號度量的函數；將自身信念確定為那至少一個轉換信念的函fc以及 隨著自身信念在無線網絡內改變識別自己的^f立置。
全文摘要
本發明提供一種使用協同定位技術自己識別無線電裝置在無線網絡中的位置的系統和對應的方法。該系統隨著該無線電裝置收到的來自無線網絡中的至少一個其它無線電裝置的信號的變化估計任意信號度量。該系統也可以轉換表現至少一個其它無線電裝置的至少一個可能位置的分布的至少一個信念以產生至少一個轉換後的信念。該系統可以將自身信念進一步確定為那至少一個轉換信念的函數並且隨著自身信念在該無線網絡內的變化識別自身位置。
文檔編號G01S5/02GK101542310SQ200780043141
公開日2009年9月23日 申請日期2007年10月25日 優先權日2006年10月25日
發明者H·麥米爾施, J·利恩, M·Z·溫 申請人:麻省理工學院