專利名稱：：位置信標數據庫和服務器、構建位置信標數據庫的方法和使用它們的基于位置的服務的制作方法
技術領域：
：本發明總地涉及基于位置的服務，更具體地，涉及確定Wi-Fi接入點的位置和使用這樣的信息來定位支持Wi-Fi的設備的方法和系統。
背景技術：
：近年來，移動計算設備的數目大量地增加，導致需要更先進的移動和無線服務。移動電子郵件、walkietalkie(雙向對講機)服務、多人參加的游戲和呼叫跟隨是在移動設備上正在出現的新應用的例子。另外，用戶正開始要求/尋求不單利用它們的當前的位置而且還與其他人共享該位置信息的應用。父母親希望跟蹤他們的小孩，主管人員需要跟蹤公司的送貨車的位置，以及商務旅行者要尋找最近的藥房來配處方藥。所有的這樣的例子需要個人知道他們自己當前的位置或其他人的位置。至今為止，我們都依靠問路，打電話給某個人詢問他們的行蹤或讓工人隨時報告他們的位置。基于位置的服務是移動應用的新生領域，它使得新的設備具有計算它們當前的地理位置以及把它報告給用戶或服務的能力。這些服務的某些例子包括本地天氣、交通更新、駕駛導向、兒童跟蹤儀、約會伙伴尋找和城市管家服務。這些新的位置敏感的設備依靠各種各樣的技術，但這些技術都使用相同的一般原理。使用來自于已知參考點的射頻信號，這些設備可以在數學上計算用戶相對于這些參考點的位置。這些方法中的每一種所具有的長處和短處都取決于它們所利用的無線電技術和定位算法。由美國政府運行的全球定位系統(GPS)操縱幾十個軌道衛星作為參考點。這些衛星廣播無線電信號，由GPS接收機接收。接收機測量該信號到達接收機所花費的時間。在接收來自三個或多個GPS衛星的信號后，接收機可以三角測量它在地球上的位置。為了使系統有效地工作，無線電信號必須在接收時沒有干擾或只有很少的干擾。天氣、建筑物和樹葉可能造成干擾，因為接收機需要到三個或多個衛星的清晰的視線。干擾也可能是由被稱為多徑的現象造成的。來自衛星的無線電信號從物理結構反彈，造成來自同一個衛星的多個信號在不同的時間到達接收機。由于接收機的計算是基于信號到達接收機所花費的時間，因此多徑信號使得接收機發生混亂，造成大的誤差。蜂窩塔三角測量是使用無線和蜂窩栽波來確定用戶或設備位置的另一種方法。無線網和手持設備互相通信，以便共享網絡可以用來計算設備的位置的信號信息。這個方法原先被看作為GPS的優秀的模型，因為這些信號不需要到測繪點的直達線路，它可以較好地穿透建筑物。不幸的是，由于蜂窩塔硬件的異構性加上多徑信號的問題以及在安放蜂窩塔時的非均勻性，這些方法證明不是最佳的。輔助GPS是較新的模型，它結合GPS和蜂窩塔技術，為移動用戶產生更精確的和可靠的位置計算。在這個模型中，無線網試圖通過發送有關GPS衛星的時鐘偏移和根據所連接的蜂窩塔的位置的用戶的大致位置的信息，幫助GPS改進它的信號接收。這些技術可以幫助GPS接收機應對在室內收到的較弱信號，并幫助接收機更快地"固著"到最接近的衛星，提供更快的"第一讀數值"。這些系統受慢響應時間和不良精度的困擾—在鬧市區域大于100米。最近開發了某些替換模型，嘗試和解決在GPS，A-GPS和蜂窩塔定位方面的已知問題。其中之一，被稱為TV-GPS，利用來自電視廣播塔的信號。(例如，參閱Muthukrishnan,MariaLijding，PaulHavinga，"TowardsSmartSurroundings:EnablingTechniquesandTechnologiesforLocalization",LectureNotesinComputerScience,Volume3479,Jan2Hazas，M.，Scott,J.，Krumm,J.:"Location-AwareComputingComesofAge，，，IEEEComputer，37(2):95國97，Feb2004005，Pa005,pp.350-362.)這個構思依賴于這樣的事實，大多數城市區域具有3個或多個電視廣播塔。專用硬件芯片接收來自這些不同塔的電視信號并使用這些塔的已知位置作為參考點。面對這個模型的挑戰是新的硬件接收機的花費和使用這樣一小組參考點的限制。例如，如果用戶在塔的邊界以外，則系統具有提供合理精度的困難時間。經典的例子是沿海岸線的用戶。由于在海洋中沒有電視塔，因此在參考點之間無法提供參考對稱性，導致計算定位限于內陸用戶。Micosoft公司和Intel公司(經由被稱為PlaceLab的研究小組)開發了Wi-Fi定位系統，使用從業余掃描器(被稱為"wardrivers")獲取的接入點位置，這些掃描器將它們的Wi-Fi掃描數據提交給公共社區網站。(例如參閱LaMarca，A.等，"PlaceLab:DevicePositioningUsingRadioBeaconsinthewild"。)例子包括WiGLE，Wi-FiMaps.com，Netstumbler.com和NodeDB。Micosoft和Intel開發了它們自己的客戶軟件，這些軟件利用這個公共wardriving數據作為參考位置。因為個人自愿提供數據，所以系統遇到許多性能和可靠性問題。首先，在數據庫上的數據不是同時的；某些數據是新的，而其它部分有3到4年了。接入點位置的年齡是重要的，因為過時的接入點可能移走了或者離線了。第二，數據是通過使用各種硬件和軟件配置獲取的。每個802.11無線電設備和天線具有不同的信號接收特性，影響著信號強度的表示。每個掃描軟件實施方案在不同的時間間隔期間以不同的方式掃描Wi-Fi信號。第三，用戶供給的數據受到主干線偏向的影響。因為數據是由沒有遵循設計掃描路線的個人自己報告的，所以數據往往集中在交通繁忙區域。主干線偏向造成最終得到的位置偏向主干線，而不管用戶當前位于什么地方，造成很大的精度誤差。第四，這些數據庫包括被掃描的接入點的計算出的位置，而不是由802.11硬件得到的原始的掃描數據。這些數據庫中的每個數據庫不同地計算接入點位置，并且每個用初步的加權平均公式。結果是許多接入點被表示為遠離它們的實際位置，包括某些接入點被錯誤地表示為好像它們是在水中那樣。已經有許多針對室內使用的商用Wi-Fi定位系統。(例如參閱KavithaMuthulcrishnan，MariaLijding，PaulHavinga，"TowardsSmartSurroundings:EnablingTechniquesandTechnologiesforLocalization",LectureNotesinComputerScience,Volume3479，Jan2Hazas，M.,Seott，J.，Krumm，J.:"Location-AwareComputingComesofAge，，,IEEEComputer,37(2):95國97，Feb2004005，Pa005，pp.350-362.)這些系統被設計成解決在受控環境內，如在公司場所、醫院設施或購物廣場內尋找跟蹤貴重物品和人。經典的例子是可以監視應急車在醫院內的精確位置的系統，這樣，當有心臟梗塞患者時，醫務人員不會浪費時間來尋找該設備。對于這些使用情形的精度要求是非常高的，典型地要求1-3米的精度。這些系統使用各種不同的技術來精細調節它們的精度，包括對場所的每平方英尺進行詳細的地點勘查，以測量無線電信號傳播。它們也需要恒定的網絡連接，以使接入點和客戶無線電設備可以交換同步信息，類似于AGSP那樣工作。雖然這些系統對于這些室內使用情形變得更可靠，但它們在大范圍部署時是無效的。不可能進行這種在整個城市內需要的這種詳細的地點勘查，對在整個市區內通過802.11接入點的恒定通信信道的依賴也無法達到這些系統所需要的程度。最重要的是，室外無線電傳播大大地不同于室內無線電傳播，使得這些室內定位算法在大范圍情景下幾乎是無用的。有許多連同GPS位置讀數一起記錄802.11信號的存在的、可用的802.11位置掃描客戶端。這些軟件應用被人工操作，產生讀數的日志文件。這些應用的例子是Netstumber，Kismet和Wi-FiFoFum。某些業余愛好者使用這些應用來標記它們檢測的802.11接入點信號的位置并且互相共享這些位置信息。該數據的管理和信息的共享都是人工完成的。這些應用對于接入點的物理位置不進行計算，它們僅僅標記接入點被檢測到的位置。底層定位系統的性能和可靠性是任何基于位置的服務的成功部署的關鍵推動力。性能是指系統對于給定的使用情形達到的精度水平。可靠性是指達到想要的性能水平的時間的百分數。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>
發明內容本發明提供位置信標數據庫和服務器、構建位置信標數據庫的方法以及使用它們的基于位置的服務。根據本發明的一個方面，定位在目標地理區域內的Wi-Fi接入點以構建Wi-Fi接入點的位置的參考數據庫。部署至少一輛汽車，它包括至少一個具有GPS設備和Wi-Fi無線設備的掃描設備，還包括Wi-Fi天線系統。按計劃的路線遍歷目標區域，以避免主干線偏向。計劃的路線基本上包括在目標地理區域中的所有可行駛的街道，并解決由所述可行駛的街道表示的圖形的歐拉回路問題。在遍歷目標區域時周期地接收GPS設備的GPS坐標。在遍歷目標區域時檢測來自Wi-Fi設備的范圍中的Wi-Fi接入點的Wi-Fi信號，并記錄所檢測的Wi-Fi接入點的識別信息連同在檢測到Wi-Fi接入點時汽車的GPS位置信息。該位置信息被用來逆三角測量所檢測的Wi-Fi接入點的位置；所檢測的接入點的位置被記錄到參考數據庫中。根據本發明的另一方面，目標地理區域具有約幾十英里的半徑。根據本發明的另一方面，計劃的路線通過使用中國郵遞員路由算法來確定。根據本發明的另一方面，當檢測Wi-Fi信號時，對于給定的Wi-Fi接入點獲得Wi-Fi信號的幾個讀數，這樣，對于給定的Wi-Fi接入點形成一組讀數，并且其中當確定所檢測的Wi-Fi接入點的位置時，使用所述一組讀數。根據本發明的另一方面，當檢測Wi-Fi接入點時，有關來自Wi-Fi接入點的信號強度信號的信息由掃描設備來計算和記錄。根據本發明的另一方面，在給定可行駛的街道的組織結構后，從盡可能多的不同角度檢測給定的Wi-Fi接入點。根據本發明的另一方面，在給定可行駛的街道的組織結構后，從盡可能多的不同角度檢測給定的Wi-Fi接入點，并且其中，確定和記錄給定的Wi-Fi接入點的信號強度的功率分布。根據本發明的另一方面，Wi-Fi天線系統包括定向天線，并且其中掃描設備根據由Wi-Fi接入點在定向天線上接收的不同信號強度來記錄Wi-Fi接入點的原點向量。根據本發明的另一方面，接入點被放置在多個目標區域。根據本發明的另一方面，具有Wi-Fi無線電部分的用戶設備可以被定位。提供在目標區域中Wi-Fi接入點的計算位置的參考數據庫。響應于確定具有Wi-Fi無線電部分的用戶設備的位置的用戶應用請求，Wi-Fi設備被觸發來發送請求到該Wi-Fi設備的范圍內的所有Wi-Fi接入點。從該Wi-Fi設備的范圍內的Wi-Fi接入點接收消息，每個消息標識發送消息的Wi-Fi接入點。計算由Wi-Fi接入點接收的消息的信號強度。訪問參考數據庫，以得到所識別的Wi-Fi接入點的計算位置。根據經由接收的消息識別的Wi-Fi接入點的數目，從多個位置確定算法中選擇相應的位置確定算法，所述選擇的算法適合于所識別的Wi-Fi接入點的數目。所識別的Wi-Fi接入點的計算位置和所述接收的消息的信號強度以及所選擇的位置確定算法被用來確定用戶設備的位置。根據本發明的另一方面，所識別的Wi-Fi接入點的計算位置被濾波，以確定自從有關Wi-Fi接入點的信息被包括到參考數據庫中以來相應的Wi-Fi接入點是否移動。根據本發明的另一方面，多個位置確定算法包括簡單信號強度加權平均模型。根據本發明的另一方面，多個位置確定算法包括最近鄰居模型。根據本發明的另一方面，多個位置確定算法包括三角測量技術。根據本發明的另一方面，多個位置確定算法包括基于設備速度的自適應平滑技術。根據本發明的另一方面，位置確定算法的選擇還基于發出位置請求的用戶應用。根據本發明的另一方面，用于具有約幾十英里量級的半徑的至少一個目標區域的Wi-Fi接入點的數據庫被記錄在計算機可讀介質上。它包括在目標區域中幾乎所有的Wi-Fi接入點的數據庫記錄，每個記錄包括對應的Wi-Fi接入點的識別信息和對應的Wi-Fi接入點的計算出的位置信息，其中所述計算出的位置信息是按下述方式獲得的記錄Wi-Fi接入點的多個讀數，以在計算該Wi-Fi接入點的位置時提供參考對稱性，并避免計算出的位置信息出現主干線偏向。根據本發明的另一方面，Wi-Fi位置服務器包括用于具有約幾十英里量級的半徑的至少一個目標區域的Wi-Fi接入點的數據庫，所述數據庫被記錄在計算機可讀介質上，并包括在目標區域中幾乎所有的Wi-Fi接入點的數據庫記錄，每個記錄包括對應的Wi-Fi接入點的識別信息和對應的Wi-Fi接入點的計算出的位置信息，其中所述計算出的位置信息是按下述方式獲得的記錄Wi-Fi接入點的多個讀數，以在計算該Wi-Fi接入點的位置時提供參考對稱性，并避免計算出的位置信息出現主千線偏向。服務器還包括計算機實施的邏輯塊，對于新發現的Wi-Fi接入點把記錄添加到所述數據庫中，所述計算機邏輯包括對于以前被存儲在所述數據庫中的Wi-Fi接入點重新計算位置信息，以便對于新發現的Wi-Fi接入點利用該位置信息的邏輯。根據本發明的另一方面，服務器包括計算機實施的集群邏輯，用來根據易于出錯的GPS信息識別位置信息。根據本發明的另一方面，所述集群邏輯包括對于針對一個接入點報告的所有位置信息確定一個加權質心位置的邏輯以及用來識別偏離所述質心位置超過統計偏差閾值量的位置信息并從所述數據庫中排除這樣的偏離位置信息，使這樣的偏離位置信息不影響Wi-Fi接入點的計算位置的邏輯。在圖上圖l顯示Wi-Fi定位系統的某些實施例；圖2顯示根據本發明某些實施例的包括掃描設備的掃描車；圖3顯示說明在數據收集時的主干線偏向問題的掃描情形的例子；圖4顯示根據本發明的某些實施例，使用計劃路線用于掃描車的例子；圖5顯示說明在定位用戶設備時缺乏Wi-Fi接入點的參考對稱性問題的示例性情形；圖6顯示說明在定位用戶設備時Wi-Fi接入點的參考對稱性的示例性情形；圖7顯示根據本發明某些實施例的包括掃描設備的掃描車；圖8顯示根據本發明某些實施例的包括Wi-Fi接入點的中央數據庫的中央網絡服務器；圖9顯示根據本發明某些實施例的定位軟件的示例性體系結構；圖10顯示根據本發明的某些實施例的掃描客戶軟件的示例性體系結構；以及圖11比較和對比隨機掃描模型的效果與使用來自中國郵遞員路由算法的模型的效果。具體實施例方式本發明的優選實施例提供用于收集參考位置數據以使商用定位系統能夠使用公共和私有802.11接入點的系統和方法，優選地，以有計劃的方式收集數據，全面探查和覆蓋目標區域的街道。有計劃的方式識別盡可能多的Wi-Fi接入點。通過收集有關更多接入點的位置信息，優選實施例不僅提供更大量的有關接入點的位置信息，而且還可以以更高的精度計算每個接入點的位置信息。隨后，這個更精確數據的更大集合可被定位服務用來更精確地定位利用本發明的優選實施例的用戶設備。某些實施例使用技術在確定Wi-Fi位置時避免錯誤數據并使用新發現的位置信息來提高以前收集的確定的位置信息的質量。某些實施例使用基于在用戶請求位置時的用戶設備的上下文的位置確定算法。例如，位置確定算法是基于在發出位置請求時所識別或檢測的Wi-Fi接入點的數目，或基于發出請求的應用。圖l顯示Wi-Fi定位系統(WPS)的優選實施例的一部分。定位系統包括駐留在計算設備101]上的定位軟件U03。在特定的覆蓋區域內，有固定的無線接入點102，它使用控制/公用信道廣播信號來廣播信息。客戶設備監視廣播信號或經由探測請求來請求它的發送。每個接入點包含被稱為MAC地址的、唯一的硬件識別號。客戶定位軟件從范圍內的802.11接入點接收信號信標，并且使用來自信號信標的特性計算該計算設備的地理位置。這些特性包括被稱為MAC地址的、802.11接入點的唯一的識別號以及到達客戶設備的信號的強度。客戶軟件比較所觀察的802.11接入點與在接入點的參考數據庫[104]中的接入點，數據庫104可以駐留在設備中，也可以不駐留在設備中。參考數據庫包含計算出的地理位置或收集系統已收集的所有接入點的功率分布圖。功率分布圖是代表來自各個位置的信號的功率的一系列讀數。使用這些已知的位置，客戶軟件計算用戶設備[101的相對位置，并以絆度和經度形式確定它的地理位置。這些讀數然后被饋送到基于位置的應用，諸如朋友尋找器、本地搜索網址、車隊管理系統和E911服務。下面參照圖9更詳細地描述定位軟件，圖上顯示定位軟件103的示例性組件。典型地，有利用位置讀數來把某個值(例如，駕駛方向)提供給最終用戶的應用或服務901。該位置應用在該特定時刻對于設備的位置發出定位軟件的請求。該請求啟動掃描器902，它向設備上的802.11無線電部分903發出"掃描請求"。802.11無線電部分發出探測請求到該范圍內的所有802.11接入點[卯4。按照802.11協議，這些接入點在接收到探測請求后發送包含有關接入點的信息的廣播信標。該信標包括設備的MAC地址、網絡名稱、它支持的協議的精確版本和它的安全配置以及有關如何連接到該設備的信息。802.11無線電部分收集來自應答的每個接入點的信息，計算每個接入點的信號強度，并把它發回到掃描器。掃描器將這一列接入點傳遞到定位器9061，它向接入點參考數據庫905檢查每個被觀察的接入點的MAC地址。這個數據庫可以位于設備上，或者可以通過網絡連接設在遠端。接入點參考數據庫返回系統已知的每個被觀察的接入點的位置數據。定位器將這一系列位置信息連同從每個接入點返回的信號特性一起傳遞到壞數據過濾器907。這個過濾器對每個接入點施加多個比較測試，以確定自從它們被加到接入點數據庫以來是否有接入點移動。在去除壞的數據記錄后，該過濾器把剩余的接入點發送到位置計算部件908。使用來自接入點數據庫的參考數據和來自掃描器的信號強度讀數，位置計算部件計算在該時刻的設備的位置。在該位置數據被發回到定位器之前，它被平滑引擎[909處理，平滑引擎求平均過去的一系列位置讀數，以便從前面的計算中去除任何錯誤的讀數。然后把調節的位置數據發回到定位器。由定位器產生的計算出的位置讀數通過包括應用編程接口(API)的應用接口[910或經由虛擬GPS能力[911被傳送到這些基于位置的應用[9011。GPS接收機使用專用消息或使用諸如由NationalMarineElectronicAssociation(國家海軍電子協會)(NMEA)開發的那樣的位置標準傳送它們的位置讀數。使用諸如在機器上的COM端口那樣的標準接口連接到設備可取回消息。本發明的某些實施例包括虛擬GPS能力，它允許任何GPS可兼容的應用與這個新的定位系統通信，而不一定必須改變通信模型或消息。使用一系列旨在將有噪數據流轉換成可靠穩定的位置讀數的定位算法，而產生位置計算結果。客戶軟件比較所觀察的接入點的列表以及它們的計算出的信號強度，加權用戶的位置，以確定設備用戶的精確的位置。采用各種各樣的技術，包括簡單信號強度加權平均模型、與三角測量技術相結合的最近鄰居模型、以及基于設備速度的自適應平滑。不同的算法在不同的情形下效果更好，并且在混合部署中往往一起被用來產生最精確的最后讀數值.本發明的優選實施例可以使用多種定位算法。利用觀察到的接入點的數目和使用它的用戶應用來決定使用哪種算法。過濾模型不同于傳統的定位系統，因為傳統的系統依賴于從不移動的已知參考點。在優選實施例的模型中，不能作出接入點位置固定的假設；接入點不是由定位系統擁有的，所以它們可能移動或呈離線狀態。過濾技術假設某些接入點可能不再位于同一個位置，以及會造成壞的位置計算。所以，過濾算法試圖隔離自從這個位置被記錄以來移動的接入點。過濾器是動態的，并根據在該時刻觀察到的接入點的數目改變。平滑算法包括簡單的位置平均以及含有Kalman濾波器的高級貝葉斯邏輯。速度算法通過從每個接入點的信號強度觀察值估計多卜勒效應而計算設備速度。收集掃描數據構建參考數據庫圖2顯示被用來收集各個接入點的位置信息的組件。大的車隊2011被部署來構建用于定位系統的參考數據庫(圖1的104)。這些汽車201沿著穿過目標掃描區域的計劃路線前進，以最佳的方式收集數據，產生最高質量的數據。目標掃描區域典型地代表大城市區域，包括以15-20英里半徑的每個單向行駛街道。這些汽車配備有掃描設備202，被設計來在遍歷覆蓋區域時記錄802.11信號的特性和位置。掃描設備使用來自GPS衛星[204的信號跟蹤掃描車每一秒的位置。掃描設備還跟蹤在范圍內802.11接入點的存在，并記錄接入點信號的無線電特征以及掃描車的GPS位置。所收集的數據的質量受掃描車所采用的掃描方法很大的影響。每個模型具有它本身的優點和局限性。被稱為隨機模型的一個方法把掃描設備放置在汽車中，隨同它們一起進行日常的商務或個人用途活動。這些汽車可以是送貨車、出租車、旅行銷售商或僅僅是業余愛好者。原理是，隨著時間這些汽車以隨機方式覆蓋足夠的街道，以便構建可靠的參考數據庫。該模型實際上提供了簡單的收集數據的方式，同時最終得到的數據的質量由于"主干線偏向，，問題而受到負面影響。圖3描述了隨機模型的挑戰。當掃描車遍歷被設計為解決除收集數據以外的其它問題(例如，傳遞包裹、接送人們上下班)的路線時，它們往往沿著目的地路線而行。目的地路線是當司機需要從A到B并尋求到達那里的最快路線時的路線。所以，司機尋找到達最近的主干線的最短路線，不管它是高速公路還是主要的大道。結果，隨著時間，隨機駕駛覆蓋越來越多的路面，累積的覆蓋顯示偏向主要道路或干線，以較小的和周圍的道路為代價。在圖3上，干線[304和305被掃描車多次駛過，導致對于這些街道有大量健全的掃描數據。但街道[3061和[3071很少被覆蓋，因為在這些街道上不經常有目的地，主干線是更佳的行進路線。結果是接入點3081和309完全沒有被掃描車掃描，這樣，定位系統將很難識別在街道306和[307上行進的用戶。結果是當系統試圖從掃描數據計算接入點的位置時，它受限于發生偏向的輸入數據。圖11顯示最終得到的數據質量的差別。當掃描車行駛到靠近接入點[1101]時，它連續記錄讀數值和它的位置。定位系統然后必須通過使用整個集合的觀察數據[1103]來計算接入點[1102的位置。在隨機掃描模型中，數據集合限于途經接入點的一條主要道路。這迫使系統計算接入點在該道路附近的位置，而不是緊鄰接入點本身。另一個方法是進化路由算法，它包括在目標區域中每一條街道，以避免在最終得到的數據集合中主干線偏向，從而為最終用戶產生更加可靠的定位系統。圖4描述被稱為中國郵遞員(ChinesePostman)的最優化路由算法，用來計算用于覆蓋目標區域中的每一條街道的最有效的駕駛路線。中國郵遞員路由算法是由郵政機構、公用事業機構和人口調查機構使用的已知算法，它是歐拉回路問題的變例。歐拉回路是尋求訪問每個邊緣至少一次的最短圖形路線的問題。(例如，參閱Kwan,M.K.，"GraphicProgrammingUsingOddorEvenPoints",ChineseMath.1，273-277，1962.)本發明的優選實施例包括用于識別覆蓋目標區域和，然后使用中國郵遞員路線算法來規劃汽車路線的方法。掃描車[401沿著根據算法的最佳路線而行，顯示沒有偏離任何街道，保證所有可觀察的接入點都被系統檢測和繪制。這樣，通過例子，接入點408和409通過使用中國郵遞員模型被加到接入點數據庫，而通過使用隨機模型它們會被丟失。回到圖11,通過中國郵遞員掃描模型，汽車駛過每一條道路，對于接入點[1104得到一組完整的掃描記錄1106。系統然后以較小的誤差計算接入點的位置1105，因為它對于接入點1104比接入點1102具有更加均勻的分布。所以，中國郵遞員掃描模型不僅均勻地收集目標區域上更多的接入點，而且最終得到的數據產生接入點位置的更精確的計算。更高質量AP位置一旦收集(或部分收集)后，掃描數據就被上載回中央接入點數據庫(在本申請中在后面描述)，在該數據庫中進行處理。每個接入點的原始觀察點被用來逆三角測量接入點的實際物理地址或創建代表該接入點的無線電傳播的功率分布圖。為了產生對于具體接入點的最精確的計算位置或創建最精確的功率分布圖，掃描車必須從盡可能多的不同的角度觀察接入點。在隨機模型中(圖3),從僅僅一條街道觀察許多接入點，迫使系統計算它們就在街道[303上的位置。這些位置呈現方向偏移，大大不同于這些接入點[302的實際位置。當它的參考點位置不正確時，誤差被引入到定位系統。所以，在這個定位系統中，接入點位置的精度在最終用戶定位精度中起到很大的作用。通過使用中國郵遞員模型(圖4)，掃描車從放置接入點的建筑物的盡可能多的側面檢測特定的接入點。這個額外的數據大大改進了被用來計算接入點[4031的位置的逆三角測量公式的結果。關于接入點位置質量的更多的細節結合圖ll進行描述。從這個系統收集的掃描數據表示對于每個接入點在它的特定環境下信號傳播分布的可靠代表。每個無線電設備和相關的周圍環境產生獨特的信號覆蓋區(footprint)，表明信號到達多遠以及在信號覆蓋區內的不同位置處信號有多強。這個覆蓋區數據結合計算出的接入點位置一起被用來推進定位系統的高精度。這個覆蓋區也被稱為"功率分布"，因為在每點的信號強度被測量為以瓦計的信號功率。定位系統可以解譯覆蓋區數據，表示802.11接入點無線電部分的特定信號強度與離該接入點的特定距離有關。信號覆蓋區技術在室內Wi-Fi定位中被使用，但已證明，因為收集覆蓋區數據有關困難，所以很難在更大范圍的室外環境下同樣使用該技術。當多個接入點的覆蓋區或功率分布重疊時，定位系統可以僅僅通過尋找觀察的信號強度匹配于合并的覆蓋區的一個位置而確定設備位置。本發明的優選實施例提供用于在具有幾百萬接入點的大規模覆蓋區域內的該覆蓋區數據的可靠系統，以便利用基于覆蓋區的定位算法。參考對稱性定位系統典型地通過跟蹤在設備周圍的三個或多個參考點而工作。這些定位系統以各種方式使用來自這些參考點的無線電信號，以便計算設備的當前位置。當參考點的數目不夠時或當參考點缺乏圍繞用戶的平衡或對稱性時，出現很大的誤差。如圖5所示，因隨機模型產生的干線偏向引發了很多以下情景最終用戶[501移動到其中只有一側記錄有接入點位置[502的物理區域內。最終用戶周圍的參考點的分布缺乏對稱性使得定位算法以很大誤差計算設備位置5031。通過掃描接入點的中國郵遞員模型，用戶一般遇到其中在設備的802.11無線電的范圍[604內在用戶[601的所有側面上都有多個接入點位置6021的物理位置[圖61。最終得到的位置計算值[6031具有減小的位置偏差，結果變得更加精確。圖ll是顯示質量位置計算的影響的另一個例子。掃描設備圖7顯示被用來檢測和識別各種Wi-Fi接入點的掃描設備[702的優選實施例的細節。掃描車701包含掃描設備702，掃描設備連續對空掃描來自GPS衛星[7081和802.11接入點7071的無線電信號。掃描設備運行控制整個過程的掃描客戶軟件[704。掃描客戶軟件啟動GPS接收機[705和802.11無線電設備[706。GPS接收機被設置為連續接收模式，計算設備在每秒的地理位置。該計算值通過掃描客戶軟件讀出，并被存儲在本地數據存儲裝置[703中。掃描客戶軟件啟動802.11無線電設備，并開始使用定向天線[7091發出802.11探測請求。在該探測請求的范圍內的任何802.11接入點707用按照802.11協議的信號信標應答。應答信號信標包含接入點的網絡名稱(被稱為SSID)、接入點設備的MAC地址以及有關接入點的其它元信息。應答信號到達每個定向天線，信號的不同強度取決于原點的向量和接入點的接近度。該向量連同特定天線的識別號與關于接入點的元信息一起被記錄。這個探測-接收-記錄過程每隔十分之一秒不斷地發生。部署的掃描設備是iPAQ4155便攜式PC和具有Xtracv.2.0固件的集成式SiRFII型GPS接收機的加強型GPSPDA安裝機架的組合。某些實施例的掃描客戶軟件[704結合圖IO進行描述。客戶軟件包含三個主要部件數據管理器1001、系統管理器[10021和上載管理器[1003。數據管理器10011控制GPS無線電部分[1006]和802.11無線電部分[1007。數據管理器控制這些無線電何時和以怎樣的頻率掃描信號和處理這些信號。GPS無線電部分一旦被啟動，就接收來自衛星[1004的信號和計算它的地理位置。GPS記錄器[1008每秒記錄所有的這些讀數值，并把它們發送到文件管理器[10101。Wi-Fi記錄器[1009每十分之一秒啟動802.11無線電部分進行掃描，并把這些802.11讀數值與來自GPS無線電部分的GPS讀數值關聯起來，把最終得到的數據發送到文件管理器。文件管理器接收來自GPS記錄器和Wi-Fi記錄器的數據，并創建設備上的存儲文件。這個處理過程在設備運行和兩個無線電部分工作的整個時間上持續進行。在上栽管理器1003中，有熱點探測器1017，它監視802.11掃描結果，查找設備被準許接入的公共熱點[10241(例如，T-mobile)的配置網絡。一旦它檢測到有效的熱點，它就把熱點的存在通知用戶。用戶可以通過啟動創建連接部件1018而選擇連接到熱點。這個部件與熱點的接入點相聯系，并創建802.11連接。然后，熱點認證模塊1019提供有效的認證信息給設備。熱點驗證帳戶，然后提供網絡接入給設備。上載管理器然后發起上載服務器認證過程[1020j，以連接到中央網絡服務器1025]和提供有效的認證信息。一旦被認證，就啟動上載與數據驗證模塊[1021。這個模塊從掃描數據存儲裝置1011取回掃描數據，并使用FTP把該數據上載到中央網絡服務器。中央網絡服務器發起一個過程，把所有的數據存儲在中央接入點數據庫中。在上載完成后，上栽過程把掃描數據從掃描數據存儲裝置[1011移動到設備的備份數據存儲裝置1012。一旦上載完成和被驗證，新版本模塊[1022就檢驗中央網絡服務器，確定對于設備是否有新版本的客戶軟件可用。如果有新的版本，則軟件被下載，新版本安裝[1023]過程開始更新客戶軟件。一旦安裝過程完成，就結束與中央網絡服務器的連接，結束與熱點的連接，并且設備返回到正常掃描操作。被包括在掃描客戶軟件[704中的是一組公用軟件，它幫助管理設備和減小系統錯誤。無線電管理器[1013監視GPS無線電部分和Wi-Fi無線電部分的運行，確信它們正常地工作。如果無線電管理器遇到無線電部分之一有問題，則它將重新啟動無線電部分。用戶接口控制器1014把工具和更新提交給用戶，這樣，他們可以有效地操作設備。錯誤處理和記錄[1015把所有的系統問題記錄到設備，并提醒用戶解決這些問題。當問題不能解決時，就調用系統重啟模塊[1016。這個模塊關斷設備，并且重新啟動硬件、操作系統和掃描客戶軟件，以保證正確的運行。1/10秒的802.11掃描間隔被選擇，因為它使用現貨供應的硬件在這些條件下提供了802.11的最佳掃描時間間隔。802.11b/g/n使用未許可的頻譜的14個信道工作。單個接入點在任何給定的時間在這些信道的一個信道上廣播它的信號信標。掃描設備需要探查每個信道，以便觀察盡可能多的接入點。掃描間隔與掃描車的平均速度相關聯，以使得掃描客戶如何覆蓋特定區域的頻率資源最佳化。中央網絡服務器參照圖8，車隊在沿它們預先設計的路線行進的同時執行它們的掃描程序。每輛汽車801周期地連接到可找到的802.11接入點并向中央網絡服務器的數據通信模塊[807進行認證。典型地，被用來與中央網絡服務器通信的接入點是公共熱點，就像由保證可靠的和計量的接入的T-Mobile操作的那些接入點。這種連接的供應可以經由任何可用的公共接入點完成。掃描車停在附近熱點位置并開始連接到接入點的過程。一旦被認證，掃描客戶軟件[704就識別所有的最近從本地存儲裝置收集的掃描數據，并且把這些數據上栽到中央網絡數據庫802。一旦數據被上栽到數據庫，就開始分析和過濾處理過程[803。分析和過濾處理過程讀取所有的上栽掃描數據，把它們裝載到數據庫的適當的表中。在這個過程中，在質量方面對數據進行評估。在某些情形下，GPS接收機可以在某個時間段內記錄會負面影響最后的接入點位置計算的錯誤的或有誤差的記錄。分析和過濾處理過程識別這些壞的記錄，并且校正它們或者從系統中去除。過濾處理過程使用集群技術消除易于出錯的GPS讀數值。例如，如果90%的讀數值是在互相相隔200米的范圍內，但其余10%的讀數值是離開5公里的，則那些異常值被過濾器去除，并且被存儲在數據庫的出錯表中，用于進一步分析。具體地，系統首先使用所有的報告的數據計算每個接入點的加權質心。然后它根據所報告的位置的分布確定標準偏差。系統使用基于這個分布的和值的、可定義的閾值來濾除存在錯誤的接入點。一旦這些錯誤記錄被標記，就用剩余的位置記錄通過使用下面描述的逆三角測量方法重新計算質心，以確定最后的質心。應當指出，錯誤的記錄可能是已移動的接入點的結果。在本例中，接入點的質心將快速"移"到基于記錄的優勢部分的新位置。算法的額外增強包括基于記錄的年齡的加權因子，以使得新的記錄對于給定的接入點代表當前位置的更有意義的表示。一旦分析過程完成，中央網絡系統就發起逆三角測量模型[8041，開始處理新的數據。在這個處理過程期間，1)把新的接入點加到數據庫，并計算它們的物理位置，以及2)根據由掃描器記錄的任何新的數據重新定位現有的接入點。逆三角測量算法的主要因素在于記錄的數目和它們的相關信號強度，通過準加權平均模型對較強的信號讀數給予比較弱的信號更大的加權。在數據收集期間，WPS用戶配備有Wi-Fi接收設備，它從所有可得到的Wi-Fi接入點測量接收信號強度(RSS)，然后提取相應的接入點的位置信息。接入點的RSS數值被表示為如下"5^,及5^，…及5^如果接入點i的相應的被記錄的GPS位置被表示為^W,.，￡0"gj，并且計算出的接入點位置被表示為^"^iL0Wg,;/，則三角測量的位置可以通過應用如下的算法找出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>選擇功率的四次方根，以使得易于算法的實施，因為開四次方等價于取兩次平方根。第二點涉及到調節系數的動態范圍。如果關心系數的動態范圍，則算法的系數可被除以一個常數，例如<formula>formulaseeoriginaldocumentpage24</formula>參數c可以是任何數，因為在理論上，它不影響結果。因為加權平均值是基于系數的比值，在理論上不是基于絕對值，因此把所有的系數除以一個常數c不影響結果，但它改變系數值的動態范圍。這個最后的Z^"g,;/然后被用作該接入點的位置的最后質心值。綿度和經度將被存儲在數據庫中，包括表示三角測量的新鮮度的時間戳。在中央網絡數據庫被更新和重新定位每個接入點后，數據包構建器805根據國家或世界的區域創建數據庫的子集。數據包構建器有利于各種使用情形下的數據庫的分布，其中僅僅某些地理區域是感興趣的。數據包構建器被配置成代表國家、時區和城市區域的區域坐標。通過利用這個技術，用戶可以僅僅下栽美國的西海岸的位置數據。數據包構建器將數據記錄分段，然后壓縮它們。車隊管理模塊[806幫助管理人員管理掃描車并確保它們遵循路線行程。該模塊處理所有的掃描數據并在系統中構建每輛汽車的位置軌跡。運行管理器可以使用地圖構建器8081創建汽車軌跡的地圖，以便可視地檢查特定區域的覆蓋范圍。來自每個設備的GPS跟蹤數據用路線繪圖軟件查看，以驗證覆蓋范圍的完整性以及識別丟失的區域。這種檢查和驗證均勻覆蓋范圍的能力保證系統有可能得到最好的數據。該模塊也計算汽車的駕駛時間來確定平均速度并減去任何空閑時間。這些輸出被用來監視整個系統的效率和規劃將來的覆蓋范圍。將會看到，本發明不限于上述的實施例，而是由所附權利要求限定，這些權利要求包括對于所描述的內容的修改和改進。權利要求1.一種定位目標地理區域內的Wi-Fi接入點以構建Wi-Fi接入點的位置的參考數據庫的方法，包括部署至少一輛汽車，該汽車包括至少一個具有GPS設備和Wi-Fi無線電設備的掃描設備，還包括Wi-Fi天線系統；按計劃的路線遍歷所述目標區域，以避免主干線偏向，所述計劃的路線主要包括在目標地理區域中的所有可行駛的街道并解決由所述可行駛街道代表的圖形的歐拉回路問題；在遍歷目標區域時，周期地接收所述GPS設備的GPS坐標；在遍歷目標區域時，檢測來自所述Wi-Fi設備的范圍內的Wi-Fi接入點的Wi-Fi信號，并記錄檢測到的Wi-Fi接入點的識別信息連同在檢測到該Wi-Fi接入點時汽車的GPS位置信息；使用所述位置信息來逆三角測量檢測到的Wi-Fi接入點的位置；以及把檢測到的接入點的位置記錄到參考數據庫中。2.根據權利要求1的方法，其中，所述目標地理區域具有幾十英里量級的半徑。3.根據權利要求1的方法，其中，通過使用中國郵遞員路由算法來確定所述計劃路線。4.根據權利要求1的方法，其中，所述參考數據庫位于遠端，Wi-Fi接入點的位置信息經由Wi-Fi接入網被載入所述參考數據庫中。5.根據權利要求1的方法，其中當檢測Wi-Fi信號時，對于給定的Wi-Fi接入點進行Wi-Fi信號的幾次讀數，從而對于給定的Wi-Fi接入點形成一組讀數值，并且其中當確定檢測到的Wi-Fi接入點的位置時使用所述的一組讀數值。6.根據權利要求l的方法，其中當檢測Wi-Fi接入點時，有關來自該Wi-Fi接入點的信號的信號強度信息由所述掃描設備來計算和記錄。7.根據權利要求1的方法，其中，在給定可行駛的街道的組織結構后，從盡可能多的不同角度檢測給定的Wi-Fi接入點。8.根據權利要求6的方法，其中，在給定可行駛的街道的組織結構后，從盡可能多的不同角度檢測給定的Wi-Fi接入點，并且其中，確定和記錄給定的Wi-Fi接入點的信號強度的功率分布。9.根據權利要求1的方法，其中所述Wi-Fi天線系統包括定向天線，并且其中，所述掃描設備才艮據由Wi-Fi接入點在定向天線上接收的不同信號強度記錄該Wi-Fi接入點的原點向量。10.根據權利要求l的方法，其中，由工作在連續模式下的GPS設備大約每秒監視所述汽車的GPS坐標。11.根據權利要求l的方法，其中，所述Wi-Fi設備約每十分之一秒發送探測請求并記錄GPS位置信息。12.根據權利要求1的方法，其中接入點被放置在多個目標區域。13.根據權利要求12的方法，其中所述參考數據庫保留所述多個目標區域內的檢測到的接入點的位置信息，并且其中，所述信息是根據目標區域來組織的。14.一種定位具有Wi-Fi無線電部分的用戶i史備的方法，包括提供在目標區域內的Wi-Fi接入點的計算位置的參考數據庫；響應于確定具有Wi-Fi無線電部分的用戶設備的位置的用戶應用請求，觸發Wi-Fi設備發送請求到該Wi-Fi設備的范圍內的所有Wi-Fi接入點；從該Wi-Fi設備的范圍內的Wi-Fi接入點接收消息，每個消息標識發送該消息的Wi-Fi接入點；計算由Wi-Fi接入點接收的消息的信號強度；訪問參考數據庫，以得到所識別的Wi-Fi接入點的計算位置；根據經由接收的消息識別的Wi-Fi接入點的數目，從多個位置確定算法中選擇相應的位置確定算法，所述選擇的算法適合于所識別的Wi-Fi接入點的數目；使用所識別的Wi-Fi接入點的計算位置和所述接收的消息的信號強度以及所選擇的位置確定算法來確定用戶設備的位置。15.根據權利要求14的方法，其中所識別的Wi-Fi接入點的計算位置被過濾，以確定自從有關Wi-Fi接入點的信息被包括到參考數據庫中以來，相應的Wi-Fi接入點是否移動。16.根據權利要求14的方法，其中所述參考數據庫相對于用戶設備本地放置。17.根據權利要求14的方法，其中所述參考數據庫相對于用戶設備遠程放置。18.根據權利要求14的方法，其中所述用戶設備的位置配有絆度和經度坐標。19.根據權利要求14的方法，其中所述多個位置確定算法包括簡單信號強度加權平均模型。20.根據權利要求14的方法，其中所述多個位置確定算法包括最近鄰居模型。21.根據權利要求14的方法，其中所述多個位置確定算法包括三角測量技術。22.根據權利要求14的方法，其中所述多個位置確定算法包括基于設備速度的自適應平滑技術。23.根據權利要求14的方法，其中位置確定算法的選擇還基于發出位置請求的用戶應用。24.—種用于具有幾十英里量級的半徑的至少一個目標區域的Wi-Fi接入點數據庫，所述數據庫被記錄在計算機可讀介質上并包括在目標區域中幾乎所有的Wi-Fi接入點的數據庫記錄，每個記錄包括對應的Wi-Fi接入點的識別信息和對應的Wi-Fi接入點的計算出的位置信息，其中所述計算出的位置信息是按下述方式獲得的記錄Wi-Fi接入點的多個讀數，以在計算該Wi-Fi接入點的位置時提供參考對稱性，并避免計算出的位置信息出現主干線偏向。25.根據權利要求24的數據庫，具有用于多個目標區域的數據庫記錄，所述數據庫記錄按目標區域組織。26.—種Wi-Fi位置服務器，包括用于具有幾十英里量級的半徑的至少一個目標區域的Wi-Fi接入點數據庫，所述數據庫被記錄在計算機可讀介質上并包括在目標區域中幾乎所有的Wi-Fi接入點的數據庫記錄，每個記錄包括對應的Wi-Fi接入點的識別信息和對應的Wi-Fi接入點的計算出的位置信息，其中所述計算出的位置信息是按下述方式獲得的記錄Wi-Fi接入點的多個讀數，以在計算該Wi-Fi接入點的位置時提供參考對稱性，并避免計算出的位置信息出現主干線偏向；計算機實施的邏輯，對于新發現的Wi-Fi接入點把記錄添加到所述數據庫中，所述計算機邏輯包括對于以前被存儲在所述數據庫中的Wi-Fi接入點重新計算位置信息，以便對于新發現的Wi-Fi接入點利用該位置信息的邏輯。27.根據權利要求26服務器，還包括計算機實施的集群邏輯，用來根據易于出錯的GPS信息識別位置信息。28.根據權利要求27的服務器，其中，所述集群邏輯包括對于針對一個接入點報告的所有位置信息確定一個加權質心位置的邏輯；以及用來識別偏離所述質心位置超過統計偏差閾值量的位置信息并從所述數據庫中排除這樣的偏離位置信息，使這樣的偏離位置信息不影響Wi-Fi接入點的計算位置的邏輯。全文摘要位置信標數據庫和服務器、構建位置信標數據庫的方法以及使用它們的基于位置的服務。定位在目標地理區域內的Wi-Fi接入點，以構建Wi-Fi接入點的位置的參考數據庫。部署至少一輛汽車，它包括至少一個具有GPS設備和Wi-Fi無線設備的掃描設備，還包括Wi-Fi天線系統。按計劃的路線遍歷目標區域，以避免主干線偏向。計劃路線基本上包括在目標地理區域中的所有可行駛的街道，并解決由所述可行駛的街道表示的圖形的歐拉回路問題。在遍歷目標區域時周期地接收GPS設備的GPS坐標。在遍歷目標區域時檢測來自Wi-Fi設備的范圍內的Wi-Fi接入點的Wi-Fi信號，并記錄所檢測的Wi-Fi接入點的識別信息連同當檢測到Wi-Fi接入點時汽車的GPS位置信息。位置信息被用來逆三角測量所檢測的Wi-Fi接入點的位置；所檢測的接入點的位置被記錄到參考數據庫中。可以定位具有Wi-Fi無線電部分的用戶設備。提供在目標區域中Wi-Fi接入點的計算位置的參考數據庫。響應于確定具有Wi-Fi無線電的用戶設備的位置的用戶應用請求，觸發Wi-Fi設備發送請求到Wi-Fi設備的范圍內的所有Wi-Fi接入點。從Wi-Fi設備的范圍內的Wi-Fi接入點接收消息，每個消息標識發送消息的Wi-Fi接入點。計算由Wi-Fi接入點接收的消息的信號強度。訪問參考數據庫，以得到所識別的Wi-Fi接入點的計算位置。根據經由接收的消息識別的Wi-Fi接入點的數目，從多個位置確定算法中選擇相應的位置確定算法，所述選擇的算法適合于所識別的Wi-Fi接入點的數目。使用所識別的Wi-Fi接入點的計算位置和所述接收的消息的信號強度以及所選擇的位置確定算法來確定用戶設備的位置。數據庫可被修改，新加入位置信息，以便改進以前確定的位置的質量，并避免易于出錯的信息。文檔編號H04W4/02GK101438270SQ200580042183公開日2009年5月20日申請日期2005年10月28日優先權日2004年10月29日發明者法施德·阿里扎德-沙伯迪茲,愛德華·詹姆斯·摩根,邁克爾·喬治·謝恩,魯塞爾·吉普·瓊斯申請人:探空氣球無線公司