ИНИЦИИРОВАННОЕ ТОЧКОЙ ДОСТУПА ПОЗИЦИОНИРОВАНИЕ ПО ВРЕМЕНИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ Российский патент 2017 года по МПК G01S19/11 

Область техники, к которой относится изобретение

Варианты осуществления относятся к беспроводным сетям. Некоторые варианты осуществления относятся к беспроводным сетям, которые работают в соответствии с одним или больше стандартами ЕЕЕ 802.11, включая в себя стандарты IEEE 802.11-2012. Некоторые варианты осуществления относятся к позиционированию по времени распространения (ToF). Некоторые варианты осуществления относятся к определению местоположения. Некоторые варианты осуществления относятся к навигации внутри помещения.

Уровень техники

Навигация и позиционирование вне помещения широко используется в связи с развитием различных глобальных спутниковых навигационных систем (GNSS), а также различных сотовых систем. Навигация и позиционирование внутри помещения отличаются от навигации и позиционирования вне помещения, поскольку среда внутри помещения не обеспечивает возможность приема сигналов для определения местоположения со спутников или сотовых базовых станций с такой же точностью, как и в среде вне помещения. В результате, точные и выполняемые в режиме реального времени навигация и позиционирование внутри помещения трудно достижимы.

В обычных способах навигации и позиционирования внутри помещения, то есть "снятия отпечатков пальцев", "формирования карты места" и т.д., рассчитывают местоположение путем измерения принятой силы сигнала от точки доступа (АР). Переносное устройство инициирует расчет местоположения путем измерения силы принимаемого сигнала и определяет его местоположение путем определения его расстояния от местоположения маршрутизатора или другой точки доступа, передающей принимаемый сигнал. К сожалению, эти способы являются неточными, из-за значительных вариаций силы принимаемого сигнала. Флуктуации силы принимаемого сигнала приводят к радиусу ошибки приблизительно 20 м. Другой недостаток обычных способов определения местоположения внутри помещения представляет собой неспособность для сети инициировать и в значительной степени управлять синхронизацией и администрированием для определения местоположения портативного устройства. Таким образом, существует потребность в точных способах навигации и позиционирования ToF внутри помещения, которые могут быть инициированы и которыми может управлять сетевая АР и для которых не требуется инициирование со стороны клиента, прерывания, вмешательства, не вызывают неудобства или не требуют передачи ответов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана схема сети, иллюстрирующая примерную сетевую среду, пригодную для инициированного точкой доступа позиционирования по времени распространения (ToF), в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления;

на фиг. 2 показана блок-схема обзора потока обработки на высоком уровне инициированного точкой доступа позиционирования ToF, в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления;

на фиг. 3 иллюстрируется процедура для основных расчетов времени распространения (ToF), в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления;

на фиг. 4 иллюстрируется обновленная процедура для позиционирования по времени распространения (ToF), в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления;

на фиг. 5 иллюстрируется процедура для инициированного точкой доступа позиционирования по времени распространения (ToF), в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления; и

на фиг. 6 иллюстрируется функциональная схема примерной станции передачи данных, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления.

Подробное описание изобретения

Следующее описание и чертежи в достаточной степени иллюстрируют конкретные варианты осуществления для обеспечения для специалистов в данной области техники возможности выполнения их на практике. В других вариантах осуществления могут быть внедрены структурные, логические, электрические, процессуальные и другие изменения. Части и свойства некоторых вариантов осуществления могут быть включены в, или могут быть заменены частями и свойствами в этих или в других вариантах осуществления. Варианты осуществления, представленные в формуле изобретения, охватывают все доступные эквиваленты этой формулы изобретения.

Слово "примерный" используется здесь для обозначения "используемый, как пример, случай или иллюстрация". Любой вариант осуществления, описанный здесь, является "примерным", и не обязательно его следует рассматривать, как предпочтительный или преимущественный по сравнению с другими вариантами осуществления.

Термины "станция передачи данных", "станция", "портативное устройство", "мобильное устройство", "беспроводное устройство" и "оборудование пользователя" (UE), используемые здесь, относятся к устройству беспроводной передачи данных, такому как сотовый телефон, смартфон, планшетный компьютер, нетбук, беспроводный терминал, переносной компьютер, фемтосота, станция абонента с высокой скоростью передачи данных (HDR), точка доступа, терминал доступа или другое устройство персональной системы передачи данных (PCS). Устройство может быть либо мобильным или стационарным.

Термин "точка доступа", используемый здесь, может представлять собой стационарную станцию. Точка доступа также может называться узлом доступа, базовой станцией или с использованием некоторой другой аналогичной терминологии, известной в данной области техники. Терминал доступа также может называться мобильной станцией, оборудованием пользователя (UE), беспроводным устройством передачи данных или используя некоторую другую аналогичную терминологию, известную в данной области техники.

Точное масштабируемое решение для времени распространения (ToF) для позиционирования и навигации внутри помещения обеспечивается для сред, где не доступны сигналы глобальных спутниковых систем навигации (GNSS, GPS, GLONASS и GALILEO). Время распространения (ToF) определено, как общее время, которое требуется для распространения сигнала от пользователя к точке доступа (АР) и обратно к пользователю. Измеряемое значение ToF преобразуется в расстояние, путем деления измеряемого времени на два и умножения его на скорость света.

Во многих случаях и в вариантах применения для сети требуется местоположение клиента, предпочтительно, без инициирования клиентом, перерывов, вмешательства, неудобства или ответов. Раскрыт точный способ для определения местоположения внутри помещения, где АР является инициатором протокола. Настоящие способы определения местоположения, инициированные сетью, требуют, чтобы клиент выполнял какие-то инициированные клиентом процедуры ToF, и/или предоставления обратной отчетности в АР. АР, вместо клиента, полностью управляет временными характеристиками и администрированием общей процедуры определения местоположения внутри помещения, делая эту процедуру более удобной и эффективной по затратам энергии для клиента. Часть точного измерения времени протокола инициированного точкой доступа позиционирования ToF представляет собой симметричный протокол, таким образом инициирование измерения ToF можно свободно переключать между клиентом и АР.

На фиг. 1 иллюстрируются различные сетевые элементы беспроводной сети, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления. Беспроводная сеть 100 включает в себя множество станций передачи данных (STA) и одну или больше точек доступа (АР), которые могут связываться друг с другом в соответствии с технологией передачи данных IEEE 802.11. Станции передачи данных могут представлять собой мобильные устройства, которые не являются стационарными и не имеют фиксированного местоположения. Одна или больше точек доступа могут быть стационарными и могут иметь фиксированные местоположения. Станции могут включать в себя инициирующую станцию STA-A 102 и одну или больше отвечающих станций STA-B 104. Инициирующая станция 102 может выполнять обмен данными со станцией, которая инициирует позиционирование ToF с отвечающей станцией 104 для определения ее местоположения. Процедура позиционирования ToF может включать в себя обмен сообщениями, включающими в себя обмен сообщениями, как более подробно описано ниже со ссылкой на фиг. 3-5.

В некоторых вариантах осуществления инициирующая станция 102 может представлять собой станцию позиционирования и может определять свое местоположение относительно одной или больше отвечающих станций (например, взаимодействующих станций и/или одной или больше точек доступа). Взаимодействующие станции могут представлять собой либо станции передачи данных (STA), сконфигурированные с IEEE 802.11 или АР. В других вариантах осуществления инициирующая станция 102 может определять свое местоположение по геокоординатам. В некоторых вариантах осуществления отвечающая станция может быть выполнена с возможностью определения своего местоположения по относительным или геокоординатам.

На фиг. 2 показана блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая операции при выполнении способа 200, инициированного точкой доступа позиционирования ToF, в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления. Операции в способе 200 могут выполняться инициирующей станцией STA-A 102 и/или отвечающей станцией STA-B, описанной выше со ссылкой на фиг. 1. Как показано на фиг. 2, способ 200 включает в себя операции 202, 204, 206 и 208.

В начале операции 202 инициирующая станция STA-A 102 инициирует операции позиционирования ToF внутри помещения с отвечающей станцией STA-B 104, путем передачи сообщения запроса АР FTM в отвечающую станцию STA-B 104. Поток управления переходит к операции 204.

При операции 204 ToF измеряют между инициирующей станцией STA-A 102 и отвечающей станцией STA-B 104. Измерение ToF выполняют, используя таймеры t1-t4, при этом ToF=(t4-t1)-(t3-t2))/2. Протоколы передачи сообщений для измерения времени подробно описаны ниже со ссылкой на фиг. 5. Поток управления переходит к операции 206.

В ходе операции 206 рассчитывают расстояние от инициирующей станции STA-A 102 до отвечающей станции STA-B по измерениям ToF. Расстояние рассчитывают путем деления измеренного ToF на два и умножения его на скорость света. Поток управления переходит к операции 208.

Во время операции 208 диапазон определения местоположения отвечающей станции STA-B 104 определяют с помощью сети и/или отвечающей станции STA-B по ее рассчитанному расстоянию от инициирующей станции STA-A 102. Другими словами, расстояние местоположения представляет собой круг, имеющий радиус, равный расчетному расстоянию от АР. Точное положение определяют с помощью сети и/или отвечающей станции STA-B, используя трилатерацию множества определенных расстояний до местоположения.

На фиг. 3 иллюстрируется процедура для основной части расчета времени распространения (ToF) для инициированного точкой доступа позиционирования ToF, в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления. Как представлено на фиг. 3, инициирующая станция STA-A 102 может быть размещена так, чтобы передавать сообщение M1 302, которое переносит фрейм администрирования в отвечающую станцию STA-B 104, которая может отвечать, используя ACK 304. M1 302 может представлять собой фрейм действий для измерения временных характеристик. Фрейм действия для измерения времени может представлять собой однонаправленный фрейм администрирования. При этом сохраняют время t1, время отправки (ToD) M1 из инициирующей станции STA-A 102 и t2, время прибытия (ToA) M1 в отвечающей станции STA-B 104.

Отвечающая станция STA-B 104 может быть размещена с возможностью передачи сообщения М2 306 в момент времени ToD t3, в котором передают фрейм администрирования в инициирующую станцию STA-A 102, которая может отвечать ACK 308. Фрейм действия М2 306 может представлять собой фрейм действия по измерению временных характеристик. Фрейм действия по измерению временных характеристик может представлять собой однонаправленный фрейм администрирования. М2 306 может возвращать сохраненное значение времени t2 и ToD для ACK 304, значение времени t3 в инициирующую станцию STA-A 102.

Все значения времени отправления и времени прибытия t1-t4, сохраняют в инициирующей STA-A 102. Инициирующая станция STA-A 102 рассчитывает ToF, используя следующее уравнение:

ToF=(t4-t1)-(t3-t2))/2

(Уравнение 1)

В некоторых вариантах осуществления сообщения M1 302 и М2 306 могут представлять собой фрейм действия по измерению временных характеристик в соответствии с 802.11 (v). Сообщение M1 302 может относиться к фрейму M1, и сообщение М2 306 может относиться к фрейму М2. В некоторых вариантах осуществления сообщение M1 302 может использоваться для инициирования позиционирования ToF с другой станцией.

В некоторых вариантах осуществления сообщение M1 может представлять собой первый фрейм действия по измерению временных характеристик, и сообщение М2 может представлять собой второй фрейм действия по измерению временных характеристик. В некоторых вариантах осуществления фреймы действий по измерению временных характеристик могут представлять собой фреймы измерения временных характеристик. В некоторых вариантах осуществления объект администрирования подуровнем (MLME) для управления доступом к мультимедийной среде (MAC) конструирует фреймы для измерения временных характеристик.

В некоторых вариантах осуществления информация об измерении временных характеристик может представлять собой значение t2 и значение t3 (то есть, два значения), или значение t3-t2 (то есть, одно разностное значение). В этих вариантах осуществления инициирующая станция может быть размещена так, чтобы она анализировала структуру сообщения М2 306. Путем анализа структуры сообщения М2 306 инициирующая станция STA-A 102 может определять, содержит ли сообщение М2 306 одно из значения t2 и t3 (то есть, два значения), или значение t3-t2 (то есть, одно разностное значение). В некоторых из этих вариантов осуществления сообщение М2 306 может включать в себя другие элементы или может использовать кодирование подэлементов для обеспечения для инициирующей станции возможности анализа структуры сообщения М2 306.

В некоторых вариантах осуществления:2 может представлять собой временную метку в соответствии с локальными часами, ассоциированными с прибытием сообщения M1 302 в отвечающей станции STA-B 104, и t3 может представлять собой временную метку, соответствующую локальным часам, ассоциированную с передачей сообщения М2 306, используя отвечающую станцию STA-B 104 (то есть, измеренную относительно тех же часов, что и t2). В некоторых вариантах осуществления t1 может представлять собой временную метку, соответствующую локальным часам, ассоциированным с передачей сообщения M1 302 инициирующей станции STA-A 102, и t4 может представлять собой временную метку в соответствии с локальными часами, ассоциированными с приемом фрейма 304 подтверждения, который подтверждает прием сообщения M1 (то есть, измеренную в соответствии с теми же часами, что и t1).

В некоторых вариантах осуществления значение t2 представляет собой ТоА для сообщения M1 302 в отвечающей станции STA-B 104, и значение t3 представляет собой время, в которое фрейм 304 ACK был передан отвечающей станцией STA-B 104. Включение обоих значений t2 и t3 может быть более оптимальным, поскольку это может обеспечить возможность конкретного и более понятного способа калибровки различий в показаниях часов в двух станциях для увеличения точности ToF. Кроме того, включение одного значения (t3-t2) может обеспечить возможность относительного дрейфа времени между принимающей стороной и отвечающими станциями для их отслеживания с повышенной точностью ToF.

На фиг. 4 иллюстрируется обновленная процедура для позиционирования 400 по времени распространения (ToF) в соответствии с определенными другими примерными вариантами осуществления, имеющими более точное разрешение при измерениях временных характеристик. Как представлено на фиг. 4, отвечающая станция STA-A 104 может быть выполнена с возможностью передачи сообщения M1 402, в котором передают сообщение запроса точных временных характеристик (FTM) в инициирующую станцию STA-A (то есть, АР) 102, которая может отвечать, используя ACK 404.

Инициирующая станция STA-A 102 может немедленно начать измерения временных характеристик путем передачи сообщения с точным измерением 1 временных характеристик (FTM1), М2 406, во время t1' ToD в отвечающую станцию STA-A 104, которое поступает во время:2' ТоА. Отвечающая станция STA-A 104 может отвечать, используя ACK 408 в момент времени t3' ToD, которое поступает в инициирующую станцию STA-A 104 во время t4' ТоА. Т1', ToD для М2 406 из инициирующей станции STA-A 102 и t4' время прибытия (ТоА) для ACK 408 в инициирующую станцию STA-A 102 сохраняют в инициирующей станции STA 102. Такой обмен сообщениями формирует интервал I измерений. В альтернативных вариантах осуществления отвечающая станция STA-A 104 может отвечать с окном доступности таким образом, что само измерение может выполнено на более позднем этапе.

Отвечающая станция STA-А 104 может быть выполнена с возможностью передачи другого сообщения М3 410 запроса FTM, с которым передают второй фрейм администрирования в инициирующую станцию STA-A 102, которая может отвечать, используя ACK 412. Сообщение М3 410 запроса FTM может инициировать другое точное измерение времени с помощью инициирующей станции STA-A 102. Инициирующая станция STA-A 102 может начать второе точное измерение времени немедленно путем передачи сообщения FTM1, М4 416, в момент времени t1 ToD, содержащего отчет с сохраненными значениями t1' и t4', в отвечающую станцию STA-A 104, которая может отвечать, используя ACK 418 во время t3 ToD прибытия в инициирующую станцию STA 104 и во время t4 ТоА. Такой обмен сообщениями формирует интервал II измерений. Инициирующая станция STA-A 102 рассчитывает конечный ToF по значениям времени t1-t4.

В некоторых вариантах осуществления сообщения M1 402 и М3 410 запроса FTM могут представлять собой фрейм действия по точному измерению времени, в соответствии с 802.11 REVmc. Сообщения M1 402 и М3 410 запроса FTM могут относиться к фреймам M1 и М3, соответственно. Сообщения М2 406 и М4 416 FTM1 могут относиться к фреймам М2 и М4, соответственно. В некоторых вариантах осуществления сообщение M1 402 может использоваться для инициирования позиционирования ToF с другой станцией.

В некоторых вариантах осуществления сообщение М2 406 может представлять собой первый фрейм действия для измерения времени, и сообщение М4 414 может представлять собой второй фрейм действия для измерения времени. В некоторых вариантах осуществления фреймы действия для измерения времени могут представлять собой фреймы измерения времени. В некоторых вариантах осуществления объект администрирования подуровнем (MLME) управления доступом к среде (MAC) конструирует фреймы для измерения времени.

В некоторых вариантах осуществления информация об измерении времени может представлять собой значение t1' и значение t4' (то есть, два значения) или значение t4'-t1' (то есть, одно разностное значение). В этих вариантах осуществления инициирующая станция STA-A 102 может быть выполнена с возможностью анализа структуры сообщения М4 416. Путем анализа структуры сообщения М4 416 инициирующая станция STA-A 102 может определять, содержит ли сообщение М4 416 либо значение t1' и значение t4' (то есть, два значения) или значение t4'-t1' (то есть, одно разностное значение). В некоторых из этих вариантов осуществления сообщение М4 416 может включать в себя разные элементы или может использовать кодирование подэлемента для обеспечения возможности для инициирующей станции анализа структуры сообщения М4 416.

В некоторых вариантах осуществления t2 может представлять собой временную метку, соответствующую локальным часам, ассоциированную с прибытием FTM1 сообщения М4 416 в отвечающей станции STA-B 104, и t3 может представлять собой временную метку, соответствующую локальным часам, ассоциированную с передачей фрейма ACK 418 отвечающей станцией STA-B 104. В некоторых вариантах осуществления, t1' может представлять собой временную метку, соответствующую локальной тактовой частоте, ассоциированную с передачей сообщения FTM1 406 инициирующей станцией STA-A 102, и t4 может представлять собой временную метку, соответствующую локальным часам, ассоциированную с приемом подтверждения фрейма 408, что подтверждает получение сообщения М2 406 FTM1 (то есть, измеренного относительно тех же часов, что и t1').

В некоторых вариантах осуществления значение t2 представляет собой время, в которое сообщение М4 416 FTM1 прибывает в отвечающую станцию STA-B 104, и значение t3 представляет собой время, в которое был передан фрейм 418 ACK отвечающей станцией STA-B 104. Включение обоих значений t1' и t4' во второе сообщение 416 FTM1 может быть более оптимальным, поскольку это может обеспечить конкретный и более понятный способ калибровки для различий скорости часов в двух станциях для повышения точности ToF. Кроме того, включение одиночного значения (t4'-t1') может обеспечить возможность отслеживания временного дрейфа между получающей и отвечающей станциями для повышения точности ToF.

На фиг. 5 иллюстрируется процедура инициированного точкой доступа позиционирования 500 ToF, в соответствии с некоторыми примерными вариантами осуществления. Инициированное точкой доступа позиционирование ToF позволяет преодолеть множество недостатков простого применения в обратном направлении протокола, инициированного клиентом, таких, как необходимость воплощения нового потока сообщений, как в АР, так и в устройстве клиента, трудности воплощения необходимых функций для доступности ресурса в устройстве - клиенте и чрезмерное время, в течение которого неассоциированные АР STA 2 АР 522 находятся вне канала.

Инициированное точкой доступа позиционирование ToF минимизирует время, в течение которого неассоциированная АР находится вне канала, из-за того что ассоциированная АР выполняет фазу согласования и получаемую в результате фазу отчетности, что обеспечивает возможность улучшенного использования ресурсов АР и поддержки большего количества пользователей. Фаза измерений инициированного точкой доступа позиционирования ToF почти идентична основному протоколу, что упрощает воплощение, тестирование и сертификацию. Протокол инициированного точкой доступа позиционирования ToF может быть расширен таким образом, чтобы запрос АР FTM содержал множество АР, что обеспечивает возможность использования протокола, полностью инициированного сетью.

Протокол инициированного точкой доступа позиционирования ToF обеспечивает возможность для ассоциированной АР запрашивать позиционирование из устройства, вырабатывая сообщение запроса АР FTM, инициируя устройство для выполнения процедуры FTM, почти идентичной основным протоколам, представленным на фиг. 3 и 4. Вместо передачи сообщения запроса FTM основного протокола в АР, устройство клиент передает сообщение о готовности FTM. Сообщение о готовности FTM обеспечивает выполнение тех же измерений, как и сообщение запроса FTM основных протоколов. После этого выполняют этап измерений (FTM1 и ACK). Все процедуры от готовности FTM до ACK, следующего после FTM1, выполняют с АР, стремящейся позиционировать устройство клиент, что позволяет неассоциированным АР обслуживать больше пользователей путем минимизации времени, в течение которого неассоциированная АР находится вне канала. Способ инициированного точкой доступа позиционирования ToF затем обеспечивает передачу отчета со значениями времени t1-t4, в ассоциированную АР.

Как представлено на фиг. 5, ассоциированная АР, STA1 520, может быть выполнена с возможностью передать сообщения M1 запроса АР FTM 502, содержащее фрейм администрирования, в отвечающее устройство STA3 524, которое может отвечать ACK 504. M1 502 может представлять собой фрейм действия для измерения времени. Фрейм действия для измерения времени может представлять собой однонаправленный фрейм администрирования.

Отвечающее устройство STA3 524 может быть выполнено с возможностью затем передачи сообщения 506 М2 FTM о готовности в ассоциированную АР STA1 520 или неассоциированную АР STA2 522, которая может отвечать ACK 508.

STA2-AP 522 (или STA1 520) могут быть выполнены с возможностью передачи сообщения М3 512 FTM1 в момент времени t1 ToD, которое содержит фрейм администрирования, в отвечающее устройство STA3 524, которое может принимать сообщение в момент t2 ТоА и отвечать фреймом 514 ACK в момент времени t3 ToD, при поступлении в STA2-AP в момент времени х4 ТоА. Сообщение М3 512 FTM1 может представлять собой фрейм действия для измерения времени. Фрейм действия для измерения времени может представлять собой однонаправленный фрейм администрирования. Т2, время прибытия (ТоА) сообщения М3 512 FTM1 в отвечающее устройство STA3 512 и время отправки x3 (ToD) его ACK 514 из отвечающей станции STA3 524 сохраняют в отвечающем устройстве STA3 524.

Отвечающее устройство STA3 524 может быть выполнено с возможностью передачи сообщения М4 516 отчета FTM, который содержит фрейм администрирования, в ассоциированную АР STA1 520, которая может отвечать фреймом 518 ACK. Сообщение М4 516 Отчета FTM может представлять собой фрейм действий для измерения времени. Фрейм действий для измерения времени может представлять собой фрейм администрирования одноадресной передачи. М4 516 может возвращать сохраненные значения t2 и t3 времени в инициирующую ассоциированную АР 520 STA1. Все значения времени отправки и времени прибытия, t1-t4, сохраняют. Инициированное ассоциированное АР 520 STA1 рассчитывает конечный ToF по следующему уравнению:

ToF=(t4-t1)-(t3-t2))/2

(Уравнение 1)

В некоторых вариантах осуществления сообщения M1 302 и М2 306 могут представлять собой фрейм действия для измерения времени в соответствии с 802.1 1 (v)), в то время, как в некоторых других вариантах осуществления они обеспечивают более точное разрешение при измерениях; сообщение M1 202 может представлять собой фрейм действия более точного измерения времени в соответствии с 802.11 REVmc. Сообщение М3 512 может относиться к фрейму М3, и сообщение М4 516 может относиться к фрейму М4. В некоторых вариантах осуществления сообщение M1 502 может использоваться для инициирования позиционирования ToF с другой станцией.

В некоторых вариантах осуществления сообщение М3 может представлять собой первый фрейм действий для измерения времени, и сообщение М4 может представлять собой второй фрейм действий для измерения времени. В некоторых вариантах осуществления фреймы действия для измерения времени могут представлять собой фреймы измерения времени. В некоторых вариантах осуществления объект администрирования подуровнем (MLME) управления доступом к среде (MAC) конструирует фреймы для измерения времени.

В некоторых вариантах осуществления информация об измерениях времени может представлять собой значение t2 и значение t3 (то есть, два значения) или значение t3-t2 (то есть, одно разностное значение). В этих вариантах осуществления инициирующая станция STA1 520 может быть выполнена с возможностью анализа структуры сообщения М4 516. В результате анализа структуры сообщения М4 516 инициирующая станция STA1 520 может определять, содержит ли сообщение М4 516 любое из значения t2 и значения t3 (то есть, два значения) или значение t3-t2 (то есть, одно разностное значение). В некоторых из этих вариантов осуществления сообщение М4 516 может включать в себя разные элементы или может использовать кодирование подэлементов для обеспечения возможности анализа инициирующей станцией STA1-AP 502 структуры сообщения М4 516.

В некоторых вариантах осуществления t2 может представлять собой временную метку в соответствии с локальными часами, ассоциированными с прибытием сообщения М3 в отвечающем устройстве STA3 524, и t3 может представлять собой временную метку в отношении локальных часов, ассоциированных с передачей сообщения 514 ACK отвечающим устройством STA3 524 (то есть, измеренным в отношении тех же часов, что и t2). В некоторых вариантах осуществления t1 может представлять собой временную метку в отношении локальных часов, ассоциированных с передачей сообщения FTM1 М3 512 неассоциированной точкой доступа, STA2 522 и t4 может представлять собой временную метку в отношении локальных часов, ассоциированных с приемом фрейма подтверждения, который подтверждает прием сообщения М3 (то есть, измеренного относительно тех же часов, что и t1).

В некоторых вариантах осуществления значение t2 представляет собой время, в которое сообщение М3 512 FTM1 поступает в отвечающее устройство STA3 524, и значение t3 представляет собой время, в которое фрейм 514 ACK передает отвечающее устройство STA3 524. Включение обоих значений t2 и значения t3 может быть оптимальным, если оно может позволить обеспечить конкретный и более понятный способ калибровки разности показаний часов в двух станциях для повышения точности ToF. Кроме того, включение одного значения (t3-t2) может обеспечить возможность отслеживания относительного дрейфа времени между принимающими и отвечающими станциями для повышения точности ToF.

На фиг. 6 показана функциональная схема станции передачи данных, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления. Станция 600 передачи данных может быть пригодной для использования либо, как отвечающая станция, такая как отвечающая станция 104 (фиг. 1), или как инициирующая станция, такая как инициирующая станция 102 (фиг. 1). Станция 600 передачи данных может включать в себя схему 602 физического уровня для передачи и приема сообщений (например, фреймов), как описано здесь, и схему 604 обработки для выполнения различных описанных здесь операций.

В некоторых вариантах осуществления схема 602 физического уровня и схема 604 обработки могут быть выполнены с возможностью передачи и приема сообщения М1-М4 (фиг. 5), содержащих фреймы администрирования временем, как подробно описано выше.

В некоторых вариантах осуществления станция 600 передачи данных может представлять собой часть портативного беспроводного устройства передачи данных, такого как карманный персональный компьютер (PDA), переносной компьютер или портативный компьютер с возможностью беспроводной передачи данных, сетевой планшетный компьютер, беспроводный телефон, смартфон, беспроводная телефонная трубка, пейджер, устройство передачи мгновенных сообщений, цифровая камера, точка доступа, телевизионное устройство, медицинское устройство (например, монитор сердечного ритма, монитор измерения артериального давления и т.д.), или другое устройство, которое может выполнять беспроводный прием и/или передачу информации.

В некоторых вариантах осуществления станция 600 передачи данных может включать в себя одну или больше антенн. Антенны могут содержать одну или больше направленных или ненаправленных антенн, включая в себя, например, дипольные антенны, монопольные антенны, полосковые антенны, петлевые антенны, антенны на микрополосках или другие типы антенн, пригодных для передачи RF сигналов. В некоторых вариантах осуществления вместо двух или больше антенн может использоваться одна антенна с множеством апертур. В этих вариантах осуществления каждая апертура может рассматриваться, как отдельная антенна. В некоторых вариантах осуществления с множеством входов, множеством выходов (MIMO) антенны могут быть эффективно разделены для получения преимуществ пространственного разнесения и разных характеристик канала, которые могут быть сформированы между каждой из антенн и антеннами передающей станции.

В некоторых вариантах осуществления станция 600 передачи данных может включать в себя одну или больше из клавиатуры, дисплея, порта энергонезависимого запоминающего устройства, множества антенн, графического процессора, процессора приложения, громкоговорителей и других элементов мобильного устройства. Дисплей может представлять собой экран LCD, включающий в себя сенсорный экран.

Хотя станция 600 передачи данных представлена, как имеющая несколько отдельных функциональных элементов, один или больше из функциональных элементов может быть скомбинирован и может быть воплощен с использованием комбинаций, программных конфигурируемых элементов, таких как элементы обработки, включающие в себя цифровые сигнальные процессоры (DSP), и/или другие аппаратные элементы. Например, некоторые элементы могут содержать один или больше микропроцессоров, DSP, программируемых пользователем вентильных матриц (FPGA), специализированных интегральных схем (ASIC), радиочастотных интегральных схем (RFIC) и комбинации различных аппаратных и логических схем, для выполнения, по меньшей мере, функций, описанных здесь. В некоторых вариантах осуществления функциональные элементы станции 600 передачи данных могут относиться к одному или больше процессам, работающим с одним или больше элементами обработки.

Варианты осуществления могут быть воплощены в одном или в комбинации из аппаратных средств, встроенного программного обеспечения и программных средств. Варианты осуществления могут также быть воплощены, как инструкции, сохраненные в считываемом компьютером запоминающем устройстве, которые могут быть считаны и могут быть выполнены, по меньшей мере, одним процессором для выполнения описанных здесь операций. Считываемое компьютером запоминающее устройство может включать в себя любой непереходный механизм для сохранения информации в форме, считываемой устройством (например, компьютером). Например, считываемое компьютером запоминающее устройство может включать в себя постоянное запоминающее устройство (ROM), оперативное запоминающее устройство (RAM), носитель информации на магнитном диске, оптические носители информации, запоминающее устройство флэш, и другие запоминающие устройства и носители. В некоторых вариантах осуществления станция 600 передачи данных может включать в себя один или больше процессоров и может быть выполнена на основе инструкций, сохраняемых в считываемом в компьютере запоминающем устройстве.

В одном примере способ для позиционирования по времени распространения (ToF), выполняемого станцией, инициирующей точку доступа, содержит: передают из точки доступа (АР) сообщение M1, содержащее запрос на точное измерение времени (FTM) АР в отвечающую станцию, сообщение запроса АР FTM направляет отвечающую станцию передавать сообщение М2 готовности FTM, обозначающее, что отвечающая станция готова выполнить точное измерение времени, принимают в АР из отвечающей станции, сообщение М2 готовности к FTM, обеспечивая подготовку инициирующей станции сообщения М3 FTM1 для передачи в отвечающую станцию, передают с помощью АР сообщение М3 FTM1 в отвечающую станцию, направляя отвечающую станцию для передачи сообщения М4 отчета об FTM в АР, и принимают в АР из отвечающей станции сообщения М4 отчета FTM, сообщение М4 отчета FTM содержит информацию для расчета позиционирования ToF отвечающего устройства.

В другом примере станция передачи данных выполнена с возможностью выполнения позиционирования по времени распространения (ToF), станция, содержащая схему физического уровня и элементы обработки, выполненные с возможностью передачи точкой доступа (АР), сообщения M1, содержащего запрос на точное измерение времени (FTM) АР, в отвечающую станцию, сообщение запроса FTM АР, направляющее отвечающую станцию передать сообщение М2 о готовности FTM, обозначающее, что отвечающая станция готова выполнить точное измерение времени, приема в АР из отвечающей станции сообщения М2 о готовности FTM, обеспечивая подготовку инициирующей станцией сообщения М3 FTM1 для передачи в отвечающую станцию, передачи с помощью АР сообщения М3 FTM1 в отвечающую станцию, направляя отвечающую станцию передать сообщение М4 отчета FTM в АР, и приема, в АР из отвечающей станции сообщения М4 отчета FTM, сообщение М4 отчета FTM, содержащее информацию о времени для расчета позиционирования ToF отвечающего устройства.

В другом примере непереходный считываемый компьютером носитель информации, который содержит инструкции для их выполнения одним или больше процессорами для выполнения операций, содержит: передают из точки доступа (АР) сообщение M1, содержащее запрос на точное измерение времени (FTM) АР в отвечающую станцию, сообщение запроса АР FTM направляет отвечающую станцию передавать сообщение М2 готовности FTM, обозначающее, что отвечающая станция готова выполнить точное измерение времени, принимают, в АР из отвечающей станции, сообщение М2 готовности к FTM, обеспечивая подготовку инициирующей станции сообщения М3 FTM1 для передачи в отвечающую станцию, передают с помощью АР сообщение М3 FTM1 в отвечающую станцию, направляя отвечающую станцию для передачи сообщения М4 отчета об FTM в АР, и принимают в АР из отвечающей станции сообщения М4 отчета FTM, сообщение М4 отчета FTM содержит информацию для расчета позиционирования ToF отвечающего устройства.

В одном примере, значение t1 времени для времени отправки (ToD) сообщения М3 и значение t4 времени для времени прибытия (ТоА) для соответствующего принятого фрейма подтверждения (ACK) сохраняют в инициирующей станции.

В другом примере значение t2 времени для времени прибытия (ТоА) сообщения М3 и значение t3 времени для времени отправления (ToD) соответствующего принятого фрейма подтверждения (ACK) или значение разности t3-t2 АР принимает в сообщении М4 Отчета FTM.

В другом примере, время распространения (ToF) рассчитывают, как ((t4-t1)-(t3-t2))/2, и расстояние от инициирующей станции рассчитывают, как (ToF/2) х скорость света.

В другом примере АР определяет дальность местоположения отвечающего устройства, в соответствии с расстоянием от инициирующей станции, выведенным в результате расчета ToF, и точное положение определяют, используя трилатерацию для множества определений дальности местоположения.

Реферат представлен так, что он соответствует 37 C.F.R. секция 1.72 (b), требующей, чтобы реферат позволял пользователю устанавливать природу и суть технического раскрытия. Он представлен с пониманием, что он не будет использоваться для ограничения или интерпретации объема или значения формулы изобретения. Следующая формула изобретения, таким образом, встроена в подробное описание изобретения, и каждый пункт формулы изобретения следует рассматривать самостоятельно, как отдельный вариант осуществления.

Изобретение относится к беспроводной связи. Технический результат заключается в точности навигации позиционирования ToF внутри помещения, которыми может управлять сетевая точка доступа (АР) и для которых не требуется инициирование со стороны клиента, прерывания, вмешательства и которые не требуют передачи ответов. Описаны варианты осуществления системы и способа для инициированного точкой доступа позиционирования по времени распространения в беспроводной сети. Инициируемое сетью точное масштабируемое решение по времени распространения (ToF) для позиционирования внутри помещения и навигации предназначено для окружающих сред, где сигналы спутниковых систем глобальной навигации недоступны. ToF между инициирующей АР и отвечающим устройством измеряют и преобразуют в расстояние путем деления измеренного времени на два и умножения его на скорость света. АР, а не устройство-клиент, полностью управляет временем и руководит общей процедурой определения местоположения внутри помещения. Участок точного измерения времени протокола, инициированного точкой доступа позиционирования ToF, представляет собой симметричный протокол, что измерение ToF можно легко переключать между устройством-клиентом и АР. В некоторых вариантах осуществления сообщение запроса, инициирующее точное измерение времени точкой доступа, инициирует измерение ToF и обмен сообщениями расчета местоположения между инициирующей АР и отвечающим устройством. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ позиционирования по времени распространения (ToF), выполняемый инициирующей станцией точки доступа, при этом способ содержит этапы, на которых:

передают посредством инициирующей станции точки доступа (АР) сообщение M1, содержащее запрос на точное измерение времени (FTM) АР, в отвечающую станцию, причем сообщение запроса FTM АР вызывает передачу отвечающей станцией сообщения М2 готовности к FTM, указывающего, что отвечающая станция готова выполнить точное измерение времени,

принимают в инициирующей станции АР от отвечающей станции сообщение М2 готовности к FTM, вызывая подготовку инициирующей станцией сообщения М3 FTM1 для передачи в отвечающую станцию,

передают посредством инициирующей станции АР сообщение М3 FTM1 в отвечающую станцию, вызывая передачу отвечающей станцией сообщения М4 отчета об FTM в АР, и

принимают в инициирующей станции АР от отвечающей станции сообщение М4 отчета об FTM, причем сообщение М4 отчета об FTM содержит временную информацию для расчета позиционирования ToF отвечающего устройства.

2. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором сохраняют в инициирующей станции АР значение t1 времени для времени отправки (ToD) сообщения М3 и значение t4 времени для времени прибытия (ТоА) соответствующего принятого фрейма подтверждения (АСК).

3. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором принимают посредством инициирующей станции АР значение t2 времени для времени прибытия (ТоА) сообщения М3 и значение t3 времени для времени отправления (ToD) соответствующего принятого фрейма подтверждения (АСК) или значение разности t3-t2 в сообщении М4 Отчета об FTM.

4. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этап, на котором рассчитывают посредством инициирующей станции АР время распространения (ToF) по формуле ((t4-t1)-(t3-t2))/2 и расстояние от инициирующей станции АР по формуле (ToF/2) × скорость света.

5. Способ по п. 1, дополнительно содержащий этапы, на которых: определяют посредством инициирующей станции АР и/или отвечающей станции дальность местоположения отвечающего устройства в соответствии с расстоянием от инициирующей станции АР, полученным в результате расчета ToF, и определяют точное

положение отвечающего устройства посредством трилатерации для множества определений дальности местоположения.

6. Станция связи, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью выполнения позиционирования по времени распространения (ToF), при этом станция связи содержит схему физического уровня и элементы обработки, выполненные с возможностью

передачи сообщения M1, содержащего запрос на точное измерение времени (FTM) точки доступа (АР) в отвечающую станцию, причем сообщение запроса FTM АР вызывает передачу отвечающей станцией сообщения М2 готовности к FTM, указывающего, что отвечающая станция готова выполнить точное измерение времени,

приема от отвечающей станции сообщения М2 готовности к FTM, вызывающего подготовку станцией связи сообщения М3 FTM1 для передачи в отвечающую станцию,

передачи сообщения М3 FTM1 в отвечающую станцию, вызывающего передачу отвечающей станцией сообщения М4 отчета об FTM в станцию связи, и

приема от отвечающей станции сообщения М4 отчета об FTM, причем сообщение М4 отчета об FTM содержит временную информацию для расчета позиционирования ToF отвечающего устройства.

7. Станция связи по п. 6, дополнительно выполненная с возможностью сохранения значения t1 времени для времени отправки (ToD) сообщения М3 и значение t4 времени для времени прибытия (ТоА) соответствующего принятого фрейма подтверждения (АСК).

8. Станция связи по п. 6, дополнительно выполненная с возможностью приема значения t2 времени для времени прибытия (ТоА) сообщения М3 и значение t3 времени для времени отправления (ToD) соответствующего принятого фрейма подтверждения (АСК) или значение разности t3-t2 в сообщении М4 отчета об FTM АР.

9. Станция связи по п. 6, дополнительно выполненная с возможностью расчета времени распространения (ToF) по формуле ((t4-t1)-(t3-t2))/2 и расстояние от инициирующей станции по формуле (ToF/2) × скорость света.

10. Станция связи по п. 6, дополнительно выполненная с возможностью определения дальности местоположения отвечающего устройства в соответствии с расстоянием от станции связи, полученным в результате расчета ToF, и определения точного положения посредством трилатерации для множества определений дальности местоположения.

11. Станция связи по п. 6, дополнительно выполненная с возможностью содержать схему физического уровня и связанную с ней антенну (антенны), выполненную с возможностью передачи и приема сообщений M1-М4 беспроводной связи.

12. Станция связи по п. 6, дополнительно выполненная с возможностью содержать схему обработки для:

передачи посредством инициирующей станции точки доступа (АР) сообщения M1, содержащего запрос на точное измерение времени (FTM) АР в отвечающую станцию, причем сообщение запроса FTM АР вызывает передачу отвечающей станцией сообщения М2 готовности к FTM, указывающего, что отвечающая станция готова выполнить точное измерение времени,

приема в инициирующей станции АР от отвечающей станции сообщения М2 готовности к FTM, вызывающего подготовку инициирующей станцией сообщения М3 FTM1 для передачи в отвечающую станцию,

передачи посредством инициирующей станции АР сообщения М3 FTM1 в отвечающую станцию, вызывающую передачу отвечающей станцией сообщения М4 отчета об FTM в инициирующую станцию АР, и

приема в инициирующей станции АР от отвечающей станции сообщения М4 отчета об FTM, причем сообщение М4 отчета об FTM содержит временную информацию для расчета позиционирования ToF отвечающего устройства.

13. Энергонезависимый считываемый компьютером носитель информации, содержащий инструкции для их выполнения одним или более процессорами для выполнения операций для позиционирования по времени распространения (ToF), выполняемого инициирующей станцией точки доступа, причем способ содержит этапы, на которых:

передают посредством инициирующей станции точки доступа (АР) сообщение M1, содержащее запрос на точное измерение времени (FTM) АР в отвечающую станцию, причем сообщение запроса FTM АР вызывает передачу отвечающей станцией сообщения М2 готовности к FTM, указывающего, что отвечающая станция готова выполнить FTM,

принимают в инициирующей станции АР от отвечающей станции сообщение М2 готовности к FTM, вызывающее подготовку инициирующей станцией сообщения М3 FTM1 для передачи в отвечающую станцию,

передают посредством инициирующей станции АР сообщение М3 FTM1 в отвечающую станцию, вызывающее передачу отвечающей станцией сообщения М4 отчета об FTM в инициирующую станцию АР, и

принимают в инициирующей станции АР от отвечающей станции сообщение М4 отчета об FTM, причем сообщение М4 отчета об FTM содержит временную информацию для расчета позиционирования ToF отвечающего устройства.

14. Энергонезависимый считываемый компьютером носитель информации по п. 13,

дополнительно содержащий этап, на котором сохраняют в инициирующей станции АР, значение t1 времени для времени отправки (ToD) сообщения М3 и значение t4 времени для времени прибытия (ТоА) соответствующего принятого фрейма подтверждения (АСК).

15. Энергонезависимый считываемый компьютером носитель информации по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором принимают посредством инициирующей станции АР значение t2 времени для времени прибытия (ТоА) сообщения М3 и значение t3 времени для времени отправления (ToD) соответствующего принятого фрейма подтверждения (АСК) или значение разности t3-t2 в сообщении М4 отчета об FTM.

16. Энергонезависимый считываемый компьютером носитель информации по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором рассчитывают посредством инициирующей станции АР время распространения (ToF) по формуле ((t4-t1)-(t3-t2))/2 и расстояние от инициирующей станции АР по формуле (ToF/2) × скорость света.

17. Энергонезависимый считываемый компьютером носитель информации по п. 13, дополнительно содержащий этапы, на которых определяют посредством инициирующей станции АР и/или отвечающей станции дальность местоположения отвечающего устройства в соответствии с расстоянием от инициирующей станции АР, полученным из расчета ToF, и определяют точное положение отвечающего устройства посредством трилатерации для множества определений дальности местоположения.