Estimación de la posición mediante el uso de las características de propagación de radio de acceso WLAN en un sistema de posicionamiento WLAN.

Un método para caracterizar al menos un punto de acceso Wi-Fi en un sistema de servicios basado en la localización que tiene una pluralidad de puntos de acceso Wi-Fi (102) en un área objetivo,

los puntos de acceso Wi-Fi que se posicionan en localizaciones geográficas y que tienen áreas de cobertura de señal, el método que comprende:

determinar la localización geográfica del punto de acceso Wi-Fi;

dividir el área de cobertura de señal del punto de acceso Wi-Fi en al menos una sección; y

determinar las características de propagación de radio para cada sección;

en donde las características de propagación de radio de cada sección son indicativas de una relación entre una potencia de una señal de radio de un canal de radio del punto de acceso Wi-Fi y una distancia desde el punto de acceso Wi-Fi en la cual se recibe dicha señal de radio, y en donde se puede usar la caracterización en un algoritmo de localización; el método comprende además: medir una pluralidad de valores de potencia de la señal recibida (201) dentro del área de cobertura de señal, cada valor de potencia de la señal recibida que se mide en una posición asociada con relación al punto de acceso Wi-Fi (302); y

determinar las secciones basadas en la pluralidad de valores de potencia de la señal recibida y las posiciones asociadas.

Estimaciïn de la posiciïn mediante el uso de las caracterïsticas de propagaciïn de radio de acceso WLAN en un sistema de posicionamiento WLAN.

Antecedentes Campo de la invenciïn La invenciïn generalmente se refiere a los sistemas de posicionamiento y, mïs especïficamente, a los mïtodos y sistemas de estimaciïn de atributos de movimiento del usuario (por ejemplo, posiciïn, velocidad, y direcciïn) usando las caracterïsticas de propagaciïn de radio del punto de acceso WLAN en un sistema de posicionamiento WLAN.

Descripciïn de la tïcnica relacionada La determinaciïn de la posiciïn es el componente principal de los sistemas de navegaciïn y cualquiera de los servicios basados en la localizaciïn (LBS) . La proliferaciïn de los puntos de acceso WLAN en los ïltimos aïos ha creado una cobertura de ondas de radio WLAN en todas partes. Por lo tanto, casi en cualquier lugar, hay una gran posibilidad de detectar ondas de radio WLAN, especialmente en ïreas urbanas. El crecimiento exponencial de la WLAN, y el hecho de que se pueden hallar en casi todas partes, inicio una idea de aprovecharlas para un sistema de posicionamiento metropolitano para las ïreas interiores y exteriores. En un sistema de posicionamiento WLAN metropolitano, la localizaciïn de los puntos de acceso WLAN se usan como puntos de referencia, y la intensidad de seïal recibida (RSS) de un punto de acceso WLAN se usa como un indicador de una distancia de un usuario final a partir de los puntos de acceso WLAN que el usuario detecta en cualquier momento. Conociendo la distancia del usuario final a partir de los puntos de acceso WLAN, se puede determinar la localizaciïn del usuario final. El receptor de transmisiïn recibe la intensidad de seïal a distancia basïndose en el supuesto de un modelo de canal de radio especïfico. De ser posible, si se conoce con precisiïn el modelo de canal de radio, se podrïa hallar la distancia exacta del usuario final hasta los puntos de acceso WLAN.

Los sistemas de posicionamiento basados en WLAN en exteriores e interiores se han explorados por un par de laboratorios de investigaciïn, pero ninguno de ellos incluye la estimaciïn de velocidad y orientaciïn en su sistema. Los esfuerzos de investigaciïn mïs importantes en esta ïrea se han dirigido por PlaceLab (www.placelab.com, un proyecto patrocinado por Microsoft y Intel) , proyecto de la Universidad de California San Diego ActiveCampus (ActiveCampus - Sustaining Educational Communities through Mobile Technology, technical report #CS2002-0714) , y el amplio sistema de localizaciïn del campus del MIT, y se evaluï a travïs de varios proyectos pequeïos en universidad Dartmouth (por ejemplo, M. Kim, J.J. Fielding, y D. Kotz, "Risks of using AP locations discovered through war driving") .

Ha habido una serie de ofertas comerciales de sistemas de localizaciïn Wi-Fi dirigidos al posicionamiento en interiores. (Ver, por ejemplo, Kavitha Muthukrishnan, Maria Lijding, Paul Havinga, Towards Smart Surroundings: Enabling Techniques and Technologies for Localization, Proceedings of the International Workshop on Location and Context-Awareness (LoCA 2005) at Pervasive 2005, Mayo de 2005, y Hazas, M., Scott, J., Krumm, J.: Location-Aware Computing Comes of Age. IEEE Computer, 37 (2) :95-97, Feb de 2004 005, Pa005, Pïginas 350-362.) Estos sistemas estïn diseïados para dirigir el seguimiento de recursos y personas dentro de un entorno controlado como un campus corporativo, una instalaciïn hospitalaria o un astillero. El ejemplo clïsico es que tiene un sistema que puede monitorear la localizaciïn exacta del carro de emergencia dentro del hospital de manera que cuando hay un paro cardiaco el personal del hospital no pierde tiempo localizando el dispositivo. Los requisitos de precisiïn para estos casos de uso son muy exigentes demandando tïpicamente una precisiïn de 1-3 metros.

Estos sistemas usan una variedad de tïcnicas para ajustar su precisiïn incluyendo la realizaciïn de estudios de emplazamiento detallados de cada pie cuadrado del campus para medir la propagaciïn de la seïal de radio. Ellos tambiïn requieren una conexiïn de red constante de manera que el punto de acceso y la radio del cliente puedan intercambiar informaciïn de sincronizaciïn similar a cïmo funciona el A-GPS. Si bien estos sistemas son cada vez mïs fiables para los casos de uso en interiores, son ineficaces en cualquier despliegue de extensa ïrea. Es imposible llevar a cabo el tipo de estudio de emplazamiento detallado requerido en toda la ciudad y no hay manera de contar con un canal de comunicaciïn constante con los puntos de acceso 802.11 en toda un ïrea metropolitana en la medida requerida por estos sistemas. La propagaciïn de radio en el exterior mïs importante es fundamentalmente diferente de la propagaciïn de radio en el interior cuya interpretaciïn de estos algoritmos de posicionamiento en interiores casi no sirve para nada en un escenario de extensa ïrea. La precisiïn requerida de los sistemas de posicionamiento basados en la WLAN en interiores, hace que sea difïcil de usar el modelado del canal de radio y se considera como un tema de investigaciïn en ese campo. Adicionalmente, ninguno de los sistemas de posicionamiento basados en la WLAN hasta la fecha han distinguido entre los puntos de acceso, y los mïtodos actuales tratan todos puntos de acceso WLAN por igual.

La Figura 1 representa un sistema de posicionamiento Wi-Fi (WPS) . El sistema de posicionamiento incluye el software de posicionamiento [103] que reside en un dispositivo de computaciïn [10]. A lo largo de un ïrea de cobertura determinada hay puntos de acceso inalïmbrico fijos [102] que transmiten informaciïn usando las seïales de transmisiïn de los canales de control/comïn. El dispositivo del cliente monitorea la seïal de transmisiïn o solicita su transmisiïn a travïs de una peticiïn de sonda. Cada punto de acceso contiene un identificador de hardware ïnico conocido como una direcciïn MAC. El software de posicionamiento del cliente recibe balizas de seïal desde los puntos de acceso 802.11 en el intervalo y calcula la localizaciïn geogrïfica del dispositivo de computaciïn usando las caracterïsticas de las balizas de seïal. Estas caracterïsticas incluyen el identificador ïnico del punto de acceso 802.11, conocido como la direcciïn MAC, y las fuerzas de la seïal que llegan al dispositivo del cliente. El software del cliente compara los puntos de acceso 802.11 observados con los de su base de datos de referencia [104] de los puntos de acceso, que pueden o no residir tambiïn en el dispositivo. La base de datos de referencia contiene las localizaciones geogrïficas calculadas y el perfil de potencia de todos los puntos de acceso que ha recogido el sistema de recopilaciïn. El perfil de potencia se puede generar a partir de una recogida de lecturas que representan la potencia de la seïal desde diferentes localizaciones. Usando estas localizaciones conocidas, el software del cliente calcula la posiciïn relativa del dispositivo de usuario [101] y determina sus coordenadas geogrïficas en la forma de lecturas de latitud y longitud. Estas lecturas se introducen despuïs a las aplicaciones basadas en la ubicaciïn tales como buscadores de amigo, sitios web de bïsqueda locales, sistemas de gestiïn de flota y servicios E911. La US 2006/095348 describe la determinaciïn de las caracterïsticas de propagaciïn de radio para cada secciïn de un ïrea de cobertura de un punto de acceso Wi-Fi y el uso de las mismas en un algoritmo de localizaciïn.

Resumen La invenciïn proporciona mïtodos y sistemas para calcular la posiciïn usando las caracterïsticas de propagaciïn de radio del punto de acceso WLAN (por ejemplo, Wi-Fi) en un servicio basado en la localizaciïn de la WLAN.

Los aspectos de la invenciïn que clasifican los puntos de acceso WLAN basado en un modelo de canal de radio puede usar cualquier modelo de canal, y la invenciïn es independiente de cualquier modelo de canal especïfico.

Segïn un aspecto de la invenciïn, un sistema de servicios basado en la localizaciïn tiene una pluralidad de puntos de acceso Wi-Fi en un ïrea objetivo. Los puntos de acceso Wi-Fi se posicionan en localizaciones geogrïficas y tienen ïreas de cobertura de seïal. Un mïtodo para caracterizar al menos uno de los puntos de acceso Wi-Fi comprende determinar la localizaciïn geogrïfica del punto de acceso Wi-Fi, dividir el ïrea de cobertura de seïal del punto de acceso Wi-Fi en al menos una secciïn, y determinar las caracterïsticas de propagaciïn de radio para cada secciïn. Las caracterïsticas de propagaciïn de radio de cada secciïn se caracterizan por un canal de radio del punto de acceso Wi-Fi, y se puede usar la caracterizaciïn en un algoritmo de localizaciïn.

Segïn otro aspecto de la invenciïn,... [Seguir leyendo]

1. Un mïtodo para caracterizar al menos un punto de acceso Wi-Fi en un sistema de servicios basado en la localizaciïn que tiene una pluralidad de puntos de acceso Wi-Fi (102) en un ïrea objetivo, los puntos de acceso Wi-Fi que se posicionan en localizaciones geogrïficas y que tienen ïreas de cobertura de seïal, el mïtodo que comprende:

determinar la localizaciïn geogrïfica del punto de acceso Wi-Fi; dividir el ïrea de cobertura de seïal del punto de acceso Wi-Fi en al menos una secciïn; y determinar las caracterïsticas de propagaciïn de radio para cada secciïn; en donde las caracterïsticas de propagaciïn de radio de cada secciïn son indicativas de una relaciïn entre una potencia de una seïal de radio de un canal de radio del punto de acceso Wi-Fi y una distancia desde el punto de acceso Wi-Fi en la cual se recibe dicha seïal de radio, y en donde se puede usar la caracterizaciïn en un algoritmo de localizaciïn; el mïtodo comprende ademïs:

medir una pluralidad de valores de potencia de la seïal recibida (201) dentro del ïrea de cobertura de seïal, cada valor de potencia de la seïal recibida que se mide en una posiciïn asociada con relaciïn al punto de acceso Wi-Fi (302) ; y determinar las secciones basadas en la pluralidad de valores de potencia de la seïal recibida y las posiciones asociadas.

2. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde el ïrea de cobertura de seïal es una secciïn (301) .

3. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde las secciones (504) se dividen de acuerdo con al menos una distancia (503) desde el punto de acceso Wi-Fi (501) .

4. El mïtodo de la reivindicaciïn 3, en donde el nïmero de distancias es uno.

5. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde las secciones (504) se dividen de acuerdo con al menos dos radiales y al menos una distancia (503) desde el punto de acceso Wi-Fi (501) .

6. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde las caracterïsticas de propagaciïn de radio incluyen una seïal de gradiente de potencia-distancia (202) .

7. El mïtodo de la reivindicaciïn 6, en donde la seïal de gradiente de potencia-distancia (202) para cada 35 secciïn (504) se determina por un mïtodo que comprende:

medir una pluralidad de valores de potencia de la seïal recibida (201) dentro del ïrea de cobertura de seïal, cada valor de potencia de la seïal recibida que se mide en una posiciïn asociada con relaciïn al punto de acceso Wi-Fi (302) ; llevar a cabo una regresiïn lineal en la pluralidad de valores de potencia de la seïal recibida y las posiciones asociadas; y usar una pendiente determinada por la regresiïn lineal para calcular la seïal de gradiente de potenciadistancia.

8. El mïtodo de la reivindicaciïn 6, en donde la seïal de gradiente de potencia-distancia (202) para cada secciïn (504) se determina por el mïtodo que comprende:

medir una pluralidad de valores de potencia de la seïal recibida (201) dentro del ïrea de cobertura de seïal, cada valor de potencia de la seïal recibida que se mide en una posiciïn asociada con relaciïn al punto de acceso Wi-Fi (302) ; calcular una distancia correspondiente para cada uno de los valores de la potencia de la seïal, las distancias que se miden a partir de las posiciones asociadas de los valores de potencia de la seïal hasta las localizaciones geogrïficas de los puntos de acceso Wi-Fi; estimar un radio promedio de cobertura de seïal usando la desviaciïn estïndar de las distancias;

usar el radio promedio de cobertura de seïal para calcular la seïal de gradiente de potencia-distancia.

9. El mïtodo de la reivindicaciïn 8, en donde la desviaciïn estïndar de las distancias, σ, se calcula de acuerdo con las ecuaciones que tienen la forma en donde:

di es la distancia de la posiciïn asociada del valor de potencia recibida i del punto de acceso Wi-Fi (302) ; y N es el nïmero de los valores de la potencia de la seïal (201) .

10. El mïtodo de la reivindicaciïn 8, en donde la seïal de gradiente de potencia-distancia (202) , α, se calcula usando ecuaciones que tienen la forma en donde:

αmin es un umbral de cobertura de seïal mïnima; σmïx es un umbral de cobertura de seïal mïxima; σ es el radio promedio de cobertura de seïal; αmin es una seïal de gradiente potencia-distancia mïnima; y αmïx es una seïal de gradiente potencia-distancia mïxima.

11. El mïtodo de la reivindicaciïn 10, en donde:

un valor de cinco sigma de σmin es 60 metros; un valor de cinco sigma de σmïx es 700 metros; αmin es 2 dBWatts / dBmetros; y

αmïx es 6 dBWatts / dBmetros.

12. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde las secciones (301) se dividen de acuerdo con al menos dos radiales del punto de acceso Wi-Fi.

13. El mïtodo de la reivindicaciïn 12, en donde el nïmero de radiales es seis o menos.

14. Un sistema que comprende medios para poner en prïctica un mïtodo como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

15. Un cïdigo de programa de computadora adaptado para llevar a cabo la etapa de un mïtodo como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a la 13.

16. Un medio legible por computadora que comprende el cïdigo de programa como se reivindica en la reivindicaciïn 15.

17. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde el sistema de servicios basado en la localizaciïn usa puntos de acceso Wi-Fi pïblico y privado para calcular una posiciïn de un dispositivo habilitado con WLAN.

18. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde el sistema de servicios basado en la localizaciïn usa puntos de acceso Wi-Fi pïblico y privado que cubren tanto los entornos interiores como los exteriores.

19. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde el sistema de servicios basado en la localizaciïn usa puntos de acceso Wi-Fi pïblico y privado desplegados sobre el ïrea metropolitana.