CN1232132C - 使用第三方超宽频带设备建立地理位置数据 - Google Patents

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Abstract

一种定位无线通信系统中无线设备位置的系统和方法。初始请求被发送到位置信息已知的无线设备，请求定位信息以确定位置未定的第一无线设备的位置。这些位置已知的无线设备在依次接收到初始请求之后，发送定位信息给第一无线设备。如果第一移动无线设备接收到来自于数量不足的位置已知的无线设备的定位信息，则发送附加请求，期望收到其他响应无线设备的响应。在收到来自一个或多个这些响应的其他无线设备的响应之后，与至少一部分响应的无线设备之间进行通信，以得到与第一无线设备与它正在通信的响应无线设备之间的距离相关的信息。接着，第一无线设备的位置可以利用从这些响应的其他无线设备得到的信息和从位置已知的无线设备接收的定位信息来估计。

Description

使用第三方超宽频带设备建立地理位置数据
技术领域
本发明涉及无线通信系统，确切地说，涉及超宽频带收发信机准确的地理定位。
背景技术
超宽频带通信系统和设备得益于超宽频带技术极强的地理定位准确性。另一方面，FCC最近要求现有的所有蜂窝技术提供商能够在紧急需要时采用一些装置在地理上对所有蜂窝电话定位。这种动议被称为“e911”，将作为对未来蜂窝技术的一种要求。因此，可以预见对未来的超宽频带设备也会提出相同的要求。
传统的超宽频带地理位置信息可以通过对三个独立的超宽频带发射塔的信号进行三角变换处理来得到，这三个超宽频带的发射塔位置固定并且已知。但是，可以预见，移动超宽频带设备不会总在三个固定的发射塔的范围内。这种情况下，超宽频带设备的地理定位(即地理位置)可能无法通过传统的方法确定。
因此，可以理解，利用已知位置的其他移动超宽频带设备来得到需要定位的超宽频带设备的地理定位方法在这些情况下更容易成功。
发明内容
本发明提供了用于确定无线通信系统中无线设备位置的一种系统、方法和生产产品。总的说来，初始请求被发送到位置信息已知的一个或者多个无线设备，请求定位信息以确定位置未定的第一无线设备的位置。这些位置已知的一个或者多个无线设备在依次接收到初始请求之后，发送定位信息给第一无线设备。如果第一无线设备接收到来自于数量不足的位置已知的一个或者多个无线设备的定位信息，则发送附加请求，期望收到其他响应无线设备的响应。在从一个或多个这些其他无线设备收到对请求的响应之后，与至少一部分其他无线设备进行通信，以得到第一无线设备与它正在通信的无线设备之间的距离相关的信息。这些其他无线设备也可以以这样的方式来回应请求，即查询更远的位置已知的设备的地理位置，从而产生通过对等网络传播的请求。另一种方式是，在特定情况下，它们可以简单提供到第一无线设备的距离。这种特定情况的例子之一是携带第一无线设备的走失的孩子和若干寻找者，每个寻找者都带有响应的无线设备。在这个例子中，寻找者感兴趣的不是孩子的地理位置，而是孩子与每个寻找者的距离。这种情况下，找到孩子所需的就是不需要地理位置参数的本地三角计算。因此，第一无线设备的位置可以利用从其他无线设备得到的信息(距离或位置)和从位置已知的一个或者多个无线设备接收的定位信息来估计。
在本发明的一个方面，至少一部分无线设备可以包括脉冲无线设备。在本发明的另一方面，足够数量的位置已知的无线设备可以包括位置已知的三个或多个无线设备。在本发明的另一方面，至少一部分发送的请求可以进行编码。
在本发明的一个方面，附加请求定期重发预定次数。在这一方面，如果针对附加请求的前一次发送收到的响应数量不足，则以更高的功率重发附加请求。在本发明的另一方面，得到的与第一无线设备和响应的其他无线设备部分之间的距离相关的信息可以包括计算出来的第一无线设备和响应的其他无线设备部分之间的距离以及一个比例因子。
在本发明的一个实施例中，估计的位置可以存储在第一无线设备的存储器中。在本发明的另一实施例中，得到的信息可以用于更新第一无线设备的内部时钟。
在本发明的另一实施例中，如果从足够数量的位置已知的无线设备接收到定位信息，则可以利用从位置已知的无线设备得到的信息确定第一无线设备的位置。在本发明的另一实施例中，如果第一移动无线设备没有从位置已知的无线设备接收到定位信息，那么第一无线设备的位置仅利用从响应的其他无线设备那部分得到的信息来进行估计。
附图说明
通过下面的详细描述，所附权利要求书以及附图，本发明的前述和其他属性、方面和优点将会更加明显，在附图中：
图1是按照本发明一个实施例的能够采用多址接入方案的示例性超宽频带通信系统的示意图；
图2是超宽频带地理定位模型的示意图；
图3是按照本发明一个实施例的超宽频带无线设备/收发信机的示意框图；
图4是按照本发明一个实施例的超宽频带地理位置模型的示意图，其中多个移动设备与请求设备配合使得请求设备能够确定其位置；
图5是按照本发明一个实施例的基于三个固定位置设备来进行三角计算和存储地理位置信息的处理流程图；
图6是按照本发明一个实施例的确定并存储无线通信设备中移动无线设备的地理位置的处理流程图；
图7是按照本发明一个实施例的处理来自其他无线设备的答复并测试数据量和质量标准的流程图；
图8是按照本发明一个实施例的执行距离修正对话以确定请求的无线设备和其响应的无线设备之间距离的处理流程图；
图9是按照本发明一个实施例的请求无线设备中进行时间修正的处理流程图；以及
图10是按照本发明一个实施例的典型的硬件环境的示意图。
具体实施方式
本发明实施例利用一个或多个移动无线设备(在一个优选实施例中，采用超宽频带设备)的已知地理位置来对附加移动无线设备的位置进行三角计算，前述附加移动无线设备没有在三个固定无线设备例如基站和/或发射塔的地理范围内。应当理解，位置已知的移动无线设备不需要限制成手持移动设备。这种设备也可以包括移动手机、移动互联网设备、便携式移动设备、个人数据助理、桌面计算机或家用电器、汽车、办公环境和类似应用下的超宽频带部件。
图1是处理100的流程图，用以按照本发明的一个实施例确定无线通信系统中地理位置未定/未知的移动无线设备的地理位置。在操作102中，地理位置未定/未知的第一移动无线设备发送至少一个初始请求给地理位置已知的固定位置无线设备(例如，基站和/或发射塔)，以获取用于确定第一移动无线设备地理位置所需的定位信息。这些已知地理位置的固定位置无线设备接收到初始请求(也就是在第一移动无线设备的通信范围之内)，作为响应，发送定位信息给地理位置未定的第一移动无线设备(注：为了便于这一部分描述，通信范围被定义成第一移动无线设备可以进行无线通信的区域)。
如果第一移动无线设备接收到来自于数量不足的位置已知的无线设备的定位信息(例如，在第一移动无线设备通信范围内的固定位置无线设备的数量不足)，则在操作104中，第一移动无线设备发送附加请求，期望收到第一移动无线设备通信范围内的其他移动无线设备的响应/应答。在本发明的一个方面，至少一部分发送的请求可以编码(例如采用键顺序请求的形式)。在操作106中，第一无线设备收到通信范围内的一个或多个其他移动无线设备对请求的响应。然后，在操作108中，与至少一部分响应的其他移动无线设备通信，以得到第一移动无线设备和与第一移动无线设备通信的其他响应移动无线设备之间的距离相关的信息(即数据)。
在操作110中，通过三角计算方法，利用从与第一无线设备通信的其他响应移动无线设备得到的信息以及(如果第一移动无线设备接收到的话)从数量不足的地理位置已知的固定位置无线设备接收到的定位信息来估计第一移动无线设备的定位/位置。
在本发明的一个方面，足够数量的地理位置已知的固定位置无线设备包括至少三个地理位置已知的固定位置无线设备。在本发明的另一方面，附加请求(见操作104)定期重发预定次数。在这一方面，如果针对附加请求的前一次发送收到的响应数量(在预定次数之后)不足，则以更高的功率值重发附加请求(也就是增加从第一移动无线设备发送附加请求的范围)。
图2是超宽频带地理定位模型200的示意图，其中位置已知的固定无线设备，例如发射机/基站202、204、206与请求无线设备208合作，使得请求设备能够根据本发明的一个实施例确定其位置。超宽频带通信系统的一个属性是，高精确性的地理定位信息可以从至少三个地理位置已知的超宽频带发射机(例如202、204、206)接收的信号中识别。典型的情况是，位置未知/未定的设备/收发信机(例如208)从三个固定超宽频带发射机接收超宽频带信号，各发射机发送的信号包含了发送时间和各个发射机的地理位置。利用各固定发射机的已知位置，并且测量接收信号间的细微时间差，地理位置未知的设备可以进行三角计算，准确地确定其地理位置。利用这种三角计算过程，超宽频带设备可以将其地理位置精确确定在几厘米误差范围内。
前面提到，在本发明的一方面，该无线设备可以包括脉冲无线通信设备，例如超宽频带无线(也称为数字脉冲无线)通信设备。图3是按照本发明一个实施例的超宽频带无线设备/收发信机300的示意框图。设备300有多个部件，包括逻辑(即电路)、软件或逻辑和软件的某种组合。确切地说，设备300包括发射机和接收机部件302、304，能够分别收发无线信号306、308(最好是超宽频带无线通信信号)。在一个实施例中，这些信号可以携带可按照已知技术进行分组的数字数据通信信息。
发射机和接收机部件302、304也可以连接到设备300中所包含的附加构件310。在本发明的一个实施例中，附加部件之一可以包括位置部件312。在本发明的一个方面，位置部件312可以包括定时和位置数据库控制器314，后者管理并控制定位和位置数据库316，在定位和位置数据库316中存储例如地理定位的信息。
在固定的超宽频带发射塔/基站中，它们的位置已知，可以存储在本地存储器中。在位于三个或多个固定超宽频带发射塔范围内的移动超宽频带设备300中，地理定位信息可以不断主动记录、更新并存储在设备300的动态定时和位置数据库316中。地理定位信息的主动更新和记录可以以预定的时间间隔自动进行，或者在命令时查询。
例如，在本发明的一个实施例中，位置部件312可以从至少三个其他无线设备接收信号，然后利用这些信号提供的定时关系和位置信息来精确确定无线设备300的位置。知道了收发信机单元300的准确位置，并且固定发射机的位置已知，位置部件312能够精确确定无线设备300到其他无线设备的距离。在一些实施例中，该距离信息则可以依次提供给发射部件302，用于辅助更为精确地调整发射部件用以发射后续信号的功率。
图4是超宽频带地理定位模型400的示意图，其中多个移动设备与请求设备合作，使得请求设备能够按照本发明的一个实施例确定其位置。在本发明的一个实施例中，第三移动无线设备(例如无线设备402)不在三个或多个发射塔(例如发射塔404、406、408、410、412、414)的范围内，它可以请求存储在移动超宽频带设备(例如设备416、418、420)的定时和位置数据库中的地理定位信息，前述移动超宽频带设备位于该范围内并且已经存储了地理定位信息。这种第三移动设备402随后可以利用查询其他移动超宽频带设备的结果，通过三角计算来获知它们自己的位置。
在本发明的一个实施例中，如果第一移动无线设备从足够数量(或更多)的位置已知的固定位置无线设备(例如，在第一移动无线设备通信范围内存在足够数量的位置已知的固定位置移动设备时)接收到定位信息，第一移动无线设备的地理位置可以利用三角计算方法仅根据从地理位置已知的固定位置无线设备得到的信息来确定。图5是处理500的流程图，用于根据本发明的一个实施例基于三个固定位置设备来三角计算并存储地理定位信息。当单个移动超宽频带设备A在操作502中请求位置确定时，它在操作504中发送编码请求(以键序列的形式)，请求位置已知的三个其他超宽频带设备/发射塔的地理位置。该请求可以以预先选定的最低功率设置发送多次(轮询)。通过以最低的可能功率值开始键序列发送，键序列只会到达最小的发射范围，以及最少数量的可能响应该键序列信息请求的邻近超宽频带设备。等待的响应在预定通信信道或者信道集上接收。如果设备A位于三个发射塔范围内(见判断框506)，那么它在操作508中基于响应和时间戳(time stamp)三角计算其自身的位置，并通过定时和位置数据库控制器314将该信息存储在它的定时和位置数据库316中。
响应超宽频带设备的定时和位置数据库316包含了定位值和指定得到该定位值的时间的时间戳。在一种实现中，响应设备可以延迟对请求超宽频带设备的响应，直至响应超宽频带设备更新了它自身的最新地理位置。但是，在优选实现中，由请求设备决定使用响应设备所报告的位置。请求设备根据时间戳和响应设备所提供的其他信息做出这种决定。响应超宽频带设备的移动特性以及该请求设备与响应设备同步的需要也使得位置的确定更为复杂。
如果判断506中确定查询无线设备(即设备A)不在至少三个发射塔范围内，那么按照操作510可以查询邻近查询设备的其他无线设备(即其他移动无线设备)。在本发明的一个实施例中，如果第一移动无线设备没有从位置已知的固定位置无线设备接收到定位信息(也就是0个固定位置无线设备)，那么第一无线设备的位置仅利用从至少一部分响应的其他移动无线设备得到的信息，通过三角计算方法来进行估计。图6是按照本发明的一个实施例，根据操作510确定并存储无线通信系统中的移动无线设备的地理位置的处理流程图。图6示出了基于请求的移动设备与适当多数量的知道自身位置的设备之间的通信能力的一种位置发现算法。与图5的情况一样，请求位置的设备在图6中标为设备A。
设备“A”首先试图与三个或多个基站通信，以三角计算其位置(按照操作504、506、508)。因为基站具有准确的位置信息和高度精确的守时性能，这可能是最为精确的位置确定方法。如果可用的基站数量少于三个(根据判断506的结果)，该设备(即设备A)按照操作510，以最低的可能功率发送键序列，向其他移动设备请求信息。在操作602中，处理请求并测试数据质量和数量标准(最好利用定时和位置数据库和控制器316、314)。在一方面，每个响应设备可以由其独特的标识号来识别。此外，基站的标识范围不能覆盖这些移动设备。如果没有应答，或者应答包含的数据精度差，设备A继续对应答设备进行轮询。如果轮询预定次数还没有得到任何应答，那么请求设备可以逐渐增加发射功率。在操作604中，执行距离修正对话以确定请求无线设备与其他应答无线设备之间的距离，从而使操作606中能够基于确定的距离经其新鲜度加权后，利用三角计算方法进行请求无线设备的位置估计。在本发明的一个实施例中，可以产生估计的定位/位置时间戳，然后在第一移动无线设备的存储器(例如定时和位置数据库)中，利用第一移动无线设备的定时和位置数据库控制器存储估计的定位/位置和相关时间戳。
图7是按照本发明的一个实施例处理来自其他无线设备的应答，并按照图6中操作604测试数据数量和质量标准的流程图。前面讨论过，如果设备A不在三个发射塔范围内，它可以按照操作510发送键序列来定位其他移动设备。其他移动设备响应之后，在请求方和各响应设备之间建立对话，确定距离和时钟不一致。如果请求设备没有在合理时间内接收到响应(在一个优选实施例中，根据环境的不同，可以多达5毫秒)，请求设备将用同样的功率值和多址接入信道(见判断702)重试几次。如果没有设备回应重复的轮询，则启动功率增加算法，以较高的功率值发送键序列(见操作704)。如果达到了最大允许功率却仍没有回应(见判断706)，请求方在操作708中切换道其他多址接入信道。
继续参看图7，设备A也利用重要的数据质量和数量标准来确定它接收的数据值。应当注意，只有知道其位置的其他无线设备会回应操作510的查询。如果对于轮询无响应，设备A增加其输出功率值，直至另一移动设备予以响应(按照操作708)。
参看判断702中的“是”分支，如果邻近请求设备(即设备A)的设备接收到设备A的请求，并已知道关于其自身地理定位/位置的信息，那么该设备可以发送响应给设备A(响应的移动设备此后称为设备B)。设备“B”可以将若干信息编码到它的回应里，包括例如(1)其定位信息的新鲜度(也就是得到和/或更新该定位信息之后经过的时间)；(2)设备B接收到设备A的查询的时间；以及(3)从设备B发送给设备A的查询的响应的响应时间。在接收到响应之后，设备A可以解码该响应，以得到操作710中的编码信息。
继续参看图7，测试从对设备A的请求的各个应答中得到的信息，以确定对特定设备B的响应所提供的信息应给予多大重视。在判断712中，可以测试设备B的信息，以确定设备B的位置信息是否过于陈旧(也就是太旧和/或最近没有被更新)。很清楚，如果设备B在很长一段时间内没有更新其信息(例如，在一个优选实施例中，长于100毫秒)，那么设备B的位置会出现很大的误差。
接着，在判断714中，可以测试从响应中解码的信息，确定设备B响应该请求的时延是否超过预定阈值(例如在一个优选实施例中，大干50毫秒)。例如，如果设备B花费了过多时间来处理查询(之后称为处理时间)，设备B可能过载，易于出现线程冲突而引入定时误差。这种情况下，设备B的应答不具备设备A所需要的精度。在判断712和714进行测试之后，设备A进行后续判断，以确定设备A在判断716中是否接收到了三个或多个设备(也就是三个或多个设备B)的应答。如果三个或多个设备B应答了，并且至少三个应答通过了判断712和714所进行的测试(见判断712和714的“是”分支)，那么确定设备A与三个其他设备的距离的对话可以按照判断716和操作604的“是”分支来执行。相反，如果应答信息无法通过测试(见判断712和714的“否”分支)，或者通过测试的设备B应答少于三个，那么按照操作718，启动对其他设备的轮询序列。
在某些情况下，基于邻近设备的距离计算可能易于出现特定类型的错误。对一些响应设备而言，设备B经历的处理时延是信号传播时延的倍数。这种情况下，“B”的应答质量可能会因为原查询的同时发生的多径反射而下降。在这种杂乱环境下，原查询的反射可能与“B”的应答同时返回“A”，必须重新查询“B”并告知多径时长。一旦“B”接收到这个信息，它可以重发应答，确保应答质量不会因多径影响而下降。另一方面，如果“A”计算出设备B距离很远，那么接收不在直线上的可能性增加，很可能出现大的误差。
如果三个或多个设备应答了，那么按照606可以得到估计的位置。如果多于三个设备对查询做出应答，则基于响应设备提供的信息对估计的距离质量做出判断。对必要的三个设备以外的任何设备都可以评分，以上次更新时间、多径干扰机会、应答负载和距离降级计算得到的质量因子加权后加入估计。
在本发明的另一方面，得到的与第一移动无线设备和响应的那部分其他移动无线设备之间的距离相关的信息可以包括计算得到的第一移动无线设备和响应的那部分其他无线设备之间的距离、传输时间以及比例因子。
图8是按照本发明的一个实施例根据操作604确定请求无线设备到其他响应无线设备之间的距离的距离修正对话的处理流程图。图8示出了设备A为了确定其相对于设备B的位置而必须进行的对话。在操作802中，设备A启动定时器，用于统计设备A发送查询的时间和“A”接收“B”的响应的时间之间的时钟信号。该时间标记称“ΔtsrA”(或者“DtrsA”)。该时间包括信号来回的时间加上设备B对查询做出反应所花的时间(因为设备B可能在接收到查询时正忙，所以该时延并不小)。因为设备A上的振荡器从上次确定设备A的位置以来可能有所偏移，所以ΔtsrA只是真正的来回时间的估计。
一旦设备B在操作804中接收到查询，设备B记下接收时间，启动收发时延定时器，并继续处理在接收到查询时正在处理的这些线程，直至它们有足够的时间对该查询做出响应(见操作806和808)。在设备B能够对查询做出反应时，“B”在操作810中停止定时器，计算收发时延“ΔtsrB”(或DtrsB)和A的时间比例因子。
在操作812中，设备A接收到应答，停止来回定时器，计算来回时间“ΔtsrA”(或者“DtrsA”)。在操作814中，设备A将该值编码到它在下一“时间灯”(“time beacon”)标记时刻发送给设备B的消息中。时间灯标记发生在从发送原查询时刻开始的指定时间间隔结束点。时间灯周期可以是设备A和B的预编程常量，它的值也可以由设备A发送给B在初始查询中发送。
在操作816中，设备B接收到该消息并解码来回时间。设备B随后计算原查询和“时间灯”标记时的应答之间的时间差，以计算真正的信号灯周期(“DtbB”)(见操作816)。在操作818中，设备B随后利用设备A中预编程的信号灯周期对设备B计算得到的真正信号灯周期的比率作为乘数(也就是“比例因子”)，纠正设备A计算得到的来回时间。一旦得到了实际时间，设备B引起的收发时延可以减去，以得到真正的来回传播时间。设备B随后在操作820中将比例因子、传输时间和计算得到的距离发送给设备A。在操作822中，设备A在接收之后可以利用设备B发送的信息来修正时间。
图9是按照本发明的一个实施例在请求无线设备中根据图8的操作822进行时间修正的处理流程图。图9示出了设备A一收到设备B发送的消息(见操作902)，就在操作904中重置其时钟周期计算器。设备A随后解码发送的消息，抽取参数并存储在它的定时和位置数据库中(见操作906)。
除了更新位置之外，设备A可以利用这些参数来重新同步它的时钟。在本发明的一个方面，至少一部分得到的信息(例如发送时间和比例因子)可以用于更新第一移动无线设备的内部时钟。更具体地说，这可以按照操作908，通过以下公式计算接收时间来完成：
接收时间＝(设备B的发送时间+距离/光速)+(处理发送的消息和重置时钟周期计数器所需的时间)
其中：
(处理发送的消息和重置时钟周期计数器所需的时间)＝
((处理发送的消息和重置时钟周期计数器所需的周期)*(比例因子))。
设备A随后在操作910中存储计算得到的接收时间。设备A随后的时间计算基于以下公式：
真正的当前时间＝
(时钟周期计数器值)*(比例因子)+(接收时间)+
(计算和处理(发送、存储等)真正当前时间的周期数)
在多用户环境中，在请求位置信息的超宽频带设备的收发范围内可能有几十个超宽频带设备。所有这些设备的同时响应可能“冲突”，并且使得请求设备无法识别。在本发明的一个方面，提供了一组冲突避免机制，设计用于多用户环境下单个超宽频带设备从多个邻近超宽频带设备请求地理定位信息时减少冲突。
冲突避免机制的实现可以有以下几种：
1.预先确定若干多址接入信道，用于接收地理位置键序列的响应，并将这些信道之一分配给各移动设备。这减少了同一信道中接收到的键序列请求的多个响应的可能性，但并没有消除这种可能性。
2.多个一致的响应可以利用脉位调制(一种优选的调制方案)来进行重叠，但这种方式可能会导致接收方出现不允许的脉冲邻接。如果出现了这种情况，请求设备可能会忽略应答。响应设备期望从请求设备接收到快速确认(根据环境不同最多可以等5毫秒)。如果没有从请求方接收到快速的确认，响应设备可能会利用分配给定位响应信息的其他预定多址接入信道来重传响应。为了减少从多个设备发出的第二响应之间发生干扰的可能性，这些多址接入信道可以随机选择，和/或传输可以推迟随机时延。这些随机因子可以利用随机数生成器来得到，其中种子基于单个设备的唯一标识码。单个设备的标识码也可以直接用于构造对各设备唯一的时延：以及
3.地理定位键序列可以以最低的可能功率值来生成，该功率值只有在发送了3到10个轮询序列而没有回应的情况下才增加。功率增加和轮询序列持续到直到得到第一响应或者到达了分配的最大功率值。功率逐渐增加，因而可能的新响应方的数量比较少，但同时要确保最小数量或响应方三个能够尽快地找到。在到达了最大功率后，如果还没有反应，该超宽频带设备将切换信道，再次以最低功率设置开始轮询并逐渐增加功率。
实施例还可以包括重复轮询序列，以便确保潜在的接收方能够接收到请求。因为请求设备期望从响应设备接收到快速确认，如果请求设备没有在合理时间(根据环境不同可以多达5毫秒)内接收到确认，清求方将重试多达10个轮询序列，然后才开始增加功率或者转移到另一多址接入信道。
此外，实施例可以提供一种同时同步用户时钟并基于响应设备的一个来回计算距离的装置。
因此，本发明的实施例允许在更广的环境范围内采用地理定位信息。它利用并“背负(piggybacks)”多用户环境的存在，扩展超宽频带系统的能力。它扩展了多用户超宽频带环境中地理定位信息的获取能力。本发明的这些方面可能还有助于减小多用户环境中的冲突可能性。扩展更多环境下的地理定位功能的能力可能会成为FCC规范在扩展其“e911”政策时的未来要求。
图10说明了本发明实施例可能籍以实现的典型的硬件环境1000。在这里的描述中，各个部件的不同子部件也可以认为是系统的部件。例如，在系统任何部件上执行的特定软件模块也可以认为是系统部件。图10所示硬件配置1000包括中央处理单元1002，例如微处理器，以及通过系统总线1004互连的多个其他单元。
图10所示硬件配置1000包括随机存取存储器(RAM)1006、只读存储器(ROM)1008、I/O适配器1010将外设例如磁盘存储单元1012连接到总线1004，用户接口适配器1014将键盘1016、鼠标1018、扬声器1020、麦克风1022和/或其他用户接口设备例如触摸屏(未示出)连接到总线1004，通信适配器1024用于将硬件配置连接到通信网1026(例如数据处理网)，显示适配器1028用于将总线1004连接到显示设备1030。
本发明的一个实施例可以利用JAVA、C和C++语言并利用面向对象编程技术来实现。面向对象编程(OOP)在开发复杂应用时的应用越来越广泛。随着OOP成为软件设计和开发的主流，需要调整各种软件方案来利用OOP的优点。需要将这些OOP的原则应用到电子消息传输系统的消息传输借口，例如可以对消息接口提供一组OOP类和对象。
OOP是利用对象开发计算机软件的过程，包括分析问题、设计系统和构造程序的步骤。对象是包含数据和相关结构和过程集的软件包。因为它包含了数据以及结构和过程集，它可以看成是自足的构件，不需要其他附加结构、过程或数据来执行它自己的任务。OOP因而可以看成是由很大程度上自主的构件，叫做对象的集合构成的计算机程序，每个对象负责特定的任务。将数据、结构和过程包装在一个构件或模块中的这个概念叫做封装。
一般而言，OOP构件是可重用的软件模块，它所表示的接口符合对象模型，可以在程序运行时通过构件整合体系结构访问。构件整合体系结构是一组体系结构机制，它允许不同进程空间的软件模块利用彼此的能力或功能。这一般通过假定存在通用的构件对象模型，基于它来构造体系结构。在这里值得注意，需要区分对象和对象类。对象是对象类的一个实例，对象类通常就叫做类。对象类可以看成是用以形成许多对象的蓝图。
OOP允许程序员创建一个对象，而这个对象是另一对象的一部分。例如，代表活塞发动机的对象与代表活塞的对象之间有一种合成关系。实际上，活塞发动机包括活塞、阀和许多其他构件；活塞是活塞发动机的元件的事实在OOP中可以通过两个对象从逻辑上和语义上予以表示。
OOP还允许生成依赖于另一对象的对象。如果有两个对象，一个代表了活塞发动机，另一个代表了活塞由陶制成的活塞发动机，那么这两个对象之间的关系不是合成。陶活塞发动机并不构成活塞发动机。它仅仅是比活塞发动机多一种限制的一类活塞发动机；它的活塞由陶制成。在这种情况下，代表陶活塞发动机的对象称为导出对象，它继承了代表活塞发动机的对象的所有方面，并增加了附加限制或细节。代表陶活塞发动机的对象“依赖于”代表活塞发动机的对象。这些对象之间的关系称为继承。
在代表了陶瓷活塞发动机的对象或类继承了代表活塞发动机的对象的所有方面时，它继承了活塞发动机类中定义的标准活塞的热性能。但是，陶活塞发动机对象覆盖以陶特定的热性能，后者通常与金属活塞相关的热性能不同。陶活塞发动机对象忽略了原函数，而使用与陶活塞相关的新函数。不同类型的活塞发动机具备不同的特性，但是具有相同的与之相关的基础功能(例如，发动机有多少活塞、点火顺序、润滑等)。为了访问任一活塞发动机对象中的这些函数，程序员用相同名字调用相同函数，但是在相同的名字下，各种类型活塞发动机可以有不同/覆盖的功能实现。这种在相同名字后隐藏了函数的不同实现的能力称为多态，它很大程度上简化了对象之间的通信。
有了合成关系、封装、继承和多态概念之后，对象几乎可以表示实际世界中的任何东西。事实上，一个人对现实的逻辑感知仅受限于确定哪类东西可以成为面向对象软件中的对象。一些典型的分类如下：
·代表物理对象的对象，如运输流量中的车辆，电路设计程序中的电器部件，经济模型中的国家，或者空中交通管理系统中的飞机。
·代表计算机用户环境元素的对象，例如窗口、菜单或图性对象。
·代表清单的对象，例如个人文档或者城市经纬度的表。
·代表用户定义的数据类型的对象，例如时间、角度、复数或平面上的点。
OOP利用对象的这种巨大能力，能够表示几乎任何逻辑分离的事件，允许软件开发人员设计和实现代表现实某些方面的模型的计算机程序，不管该现实是物理实体、一种处理、一种系统还是事件的复合体。因为对象可以表示任何东西，软件开发人员可以创建一个对象，而该对象可以用作将来更大的软件项目中的构件。
如果新的OOP软件程序90％由已验证的已有构件组成，这些构件根据已存在的可重用对象生成，那么只有10％的新软件项目必须从头开始写和测。因为90％已经来自频繁测试的可重用对象清单，出现差错的可能区域只是程序的10％。因此，OOP使得软件开发人员能够基于其他事先构造的对象来生成对象。
这个过程非常类似于复杂的机器基于零件和元件构造而成。因而OOP技术使得软件工程师在这方面更象硬件工程师，即软件由已有构件构造而成，这些构件以对象的形式供开发人员使用。所有这些都有助于软件质量的提高，并且加快了软件的开发速度。
编程语言开始完全支持OOP原则，例如封装、继承、多态和合成关系。随着C++语言的出现，许多商用软件开发人员都接受了OOP。C++是一种OOP语言，它提供了快速的机器可执行代码。此外，C++适用于商业应用和系统编程项目。目前，C++成为众多OOP程序员的最为流行的选择，但还有许多其他的OOP语言，例如Smalltalk，Common Lisp Object System(CLOS)和Eiffel。此外，OOP能力也被加入到较为传统的流行计算机编程语言，例如Pascal。
对象类的好处可以归纳如下：
·对象及其相应类将复杂程序问题分解成了许多较小的较为简单的问题。
·封装通过将数据组织成较小的相互通信的独立对象来实现数据抽象。封装保护了对象中的数据免受意外损伤，但允许其他对象通过调用对象的成员函数和结构来与该数据交互。
·子类和继承使得从系统中已有的标准类导出新的对象类，从而扩展和修改对象成为可能。因此，可以创建新的能力而不需要从头开始。
·多态和多重继承使得不同程序员可以混杂和匹配不同类的特性，创建特定的对象，该对象仍然能够以可预测的方式与相关对象合作。
·类体系结构和封装体系结构提供了对现实世界对象及对象间关系进行建模的一种灵活方式。
·可重用类的库在许多情况下都有用，但它们也有一些限制。例如：
·复杂性。在复杂系统中，可能会有数十个甚至数百个类，相关类的类体系结构变得极其难以理解。
·流控制。借助类库写的程序仍然负责控制流(也就是，它必须控制特定库所创建的所有对象之间的交互)。程序员必须决定何时为哪一类对象调用何种函数。
·工作重复。尽管类库允许程序员使用并重用任何小的代码块，各个程序员仍需要将这些块以不同方式组合起来。两个不同的程序员可以使用同一类库集合来写两段程序，这两段程序完成完全一样的事情但是其内部结构(也就是设计)可能会相当不同，这取决于每个程序员在工作过程中会做出的数百个小决定。不可避免的是，较小的代码段最终以少许不同的方式完成类似事情，它们在一起时工作的良好程度并不如想象的那样好。
类库非常灵活。随着程序变得越来越复杂，更多的程序员不得不曰复一日地重复发明对基本问题的基本解决方案。类库概念的一种相对较新的扩展是建立类库框架。这种框架更为灵活，由合作的类的有效集合组成，这些类同时捕捉了实现特定应用领域中的通用需求和设计的小规模模式和主要机制。它们最初开发的目的是为了让应用程序员免于陷于显示菜单、窗口、对话框和个人计算机的其他标准用户接口元素的琐碎之中。
框架还代表了程序员在考虑他们写的代码和别人写的代码之间的交互方式上的变化。在过程化编程的早期，程序员调用操作系统所提供的库以实现特定任务，但是基本上程序从头执行到尾，程序员对流控制完全负责。这对打印薪水单、计算数学表或者解决程序只以一种方式运行的其他问题很合适。
图形用户接口的开发开始将这种过程化编程方式彻底亮出。这些接口允许用户而不是程序逻辑来驱动程序，并决定何时应当执行特定行为。目前，大多数个人计算机软件利用事件循环来完成这一点，前述事件循环监控鼠标、键盘和其他外部事件源，按照用户执行的行为来调用程序员代码的适当部分。程序员不再决定事件发生的顺序。取而代之的是，程序被划分成不同的块，这些块被调用的次数和调用的顺序都不可预测。通过这种方式将控制放给用户，开发人员生成的程序更易于使用。但是，开发人员所写的单个程序块仍然调用操作系统所提供的库来完成特定任务，程序员仍然必须决定在被事件循环调用之后各个块中的控制流。应用代码仍然“稳坐”系统之上。
事件循环程序仍然要求程序员写很多代码，这些代码不需要对各个应用都分别写一份。应用框架的概念进一步扩展了事件循环概念。程序员不再需要处理构造基本菜单、窗口和对话框的所有细节，才能够使这些东西正常运转，他们利用应用框架，基于运转得很好的应用代码和基本用户接口元素进行开发。之后，他们通过将框架的一些通用能力替换成所需应用的特定能力来构造应用。
应用框架减少了程序员必须从头写的代码量。但是，因为框架实际上是通用应用程序，用以显示窗口、支持复制和粘贴等等，程序员也可以将控制放宽到比事件循环程序更为宽松的程度。框架代码负责几乎所有事件处理和流控制，程序员的代码只有在框架需要的时候(也就是创建或操作专用数据结构)才调用。
写框架程序的程序员不仅仅将控制放给用户(这对事件循环程序而言也成立)，而且将框架内程序的具体流控制也放弃了。这种方法使得更为复杂的系统的创建成为可能，这种系统以有趣的方式合作，而不是分离程序、为类似的问题重复创建客户代码。
因此，前面提到，框架基本上是合作的类的集合，这些类构成了给定问题域的可重用的设计方案。它一般包括提供缺省行为的对象(例如为菜单和窗口)，程序员在使用它时继承一些缺省行为而覆盖其他行为，使得框架在适当的时候调用应用代码。
框架和类库之间有三个主要区别：
·行为相对于协议。类库实际上是这样一些行为的集合，这些行为在你的程序中需要时可以调用。另一方面，框架则不仅仅提供行为，而且提供管理行为组合方式的协议或规则集，包括程序员需要提供的规则，而不是框架提供的规则。
·调用相对于覆盖。通过类库，程序员实例化对象并调用它们的成员函数。在框架中可以以相同方式实例化并调用对象(也就是将框架处理成类库)，但是为了充分利用框架的可重用设计，程序员一般写覆盖并被框架调用的代码。框架管理其对象间的流控制。写程序涉及在框架调用的不同软件块之间划分责任，而不是指定不同块应当如何合作。
·实现相对于设计。程序员利用类库只是重用实现，而利用框架，他们可以重用设计。框架体现了相关程序族或软件块的工作方式。它给出的通用设计方案调整后可以用于给定域中不同的特定问题。例如，单个框架可以包含用户接口的工作方式，尽管通过同一框架创建的两个不同用户接口可能解决相当不同的接口问题。
因此，通过对不同问题的解决方案和编程任务的框架开发，可以大幅度减少软件的设计和开发工作量。
在上面描述各种实施例时，应当理解它们仅以示例方式给出，而不是限制性的。因此，优选实施例的宽度和范围应当不受任何上述示例性实施例的限制，而是只受限于后面的权利要求书及其等价物。

Claims (22)

1.一种确定无线设备位置的方法，包括：
位置未定的第一无线设备发送初始请求给位置已知的一个或者多个无线设备，请求定位信息，以确定所述第一无线设备的位置，其中接收初始请求的位置已知的一个或者多个无线设备发送定位信息给第一无线设备；
如果所述第一无线设备接收到来自于数量不足的位置已知的一个或者多个无线设备的定位信息，则所述第一无线设备发送附加请求，期望收到其他无线设备的响应，后者可以从更远的、位置已知的无线设备来得到它们自身的位置；
所述第一无线设备从一个或多个这些其他无线设备接收对所述请求的响应；
所述第一无线设备与至少一部分所述其他无线设备之间进行通信，以得到与第一无线设备与至少一部分所述其他无线设备之间的距离相关的信息；以及
利用从至少一部分所述其他无线设备得到的信息和从所述数量不足的位置已知的一个或者多个无线设备接收的定位信息，所述第一无线设备估计所述第一无线设备的位置。
2.按照权利要求1的方法，还包括在第一无线设备的存储器中存储估计的位置。
3.按照权利要求1的方法，还包括以下步骤，即如果从足够数量的位置已知的无线设备接收到定位信息，则利用从位置已知的无线设备得到的信息确定第一无线设备的位置。
4.按照权利要求1的方法，其中足够数量的位置已知的无线设备包括至少三个位置已知的无线设备。
5.按照权利要求1的方法，其中至少一部分发送的请求是被编码的。
6.按照权利要求1的方法，其中附加请求定期重发预定次数。
7.按照权利要求6的方法，其中如果针对附加请求的前一次发送收到的响应数量不足，则以更高的功率值重发附加请求。
8.按照权利要求1的方法，其中得到的与第一无线设备和至少一部分响应的其他无线设备之间的距离相关的信息包括计算出来的第一无线设备和至少一部分响应的其他无线设备之间的距离以及一个比例因子。
9.按照权利要求1的方法，还包括利用得到的信息更新第一无线设备的内部时钟。
10.按照权利要求1的方法，其中至少一部分无线设备包括脉冲无线设备。
11.按照权利要求1的方法，其中如果第一移动无线设备没有从位置已知的无线设备接收到定位信息，那么第一无线设备的位置仅利用从至少一部分所述响应的其他无线设备得到的信息来进行估计。
12.一种确定无线设备位置的系统，包括位置未定的第一无线设备中的以下逻辑电路：
发送初始请求给位置已知的一个或者多个无线设备，请求定位信息以确定所述第一无线设备的位置的逻辑电路，其中接收初始请求的位置已知的一个或者多个无线设备发送定位信息给第一无线设备；
如果所述第一无线移动设备接收到来自于数量不足的位置已知的一个或者多个无线设备的定位信息，则发送附加请求，期望收到其他无线设备的响应的逻辑电路，这些其他的无线设备可以从更远的位置已知的无线设备来得到它们自身的位置；
从一个或多个这些其他无线设备接收对所述请求的响应的逻辑电路；
与至少一部分其他无线设备之间进行通信，以得到与所述第一无线设备和至少一部分其他无线设备之间的距离相关的信息的逻辑电路；以及
利用从至少一部分其他无线设备得到信息和从数量不足的位置已知的一个或者多个无线设备接收的定位信息，估计所述第一无线设备的位置的逻辑电路。
13.按照权利要求12的系统，还包括用于在第一无线设备的存储器中存储估计的位置的逻辑电路。
14.按照权利要求12的系统，还包括以下逻辑电路，即通过利用从位置已知的其他无线设备接收到的定位信息，根据从位置已知的一个或者多个无线设备得到的信息确定第一无线设备的位置。
15.按照权利要求12的系统，其中足够数量的位置已知的无线设备包括至少三个位置已知的无线设备。
16.按照权利要求12的系统，其中至少一部分发送的请求是被编码的。
17.按照权利要求12的系统，其中附加请求定期重发预定次数。
18.按照权利要求17的系统，其中如果针对附加请求的前一次发送收到的响应数量不足，则以更高的功率值重发附加请求。
19.按照权利要求12的系统，其中得到的与第一无线设备和至少一部分响应的其他无线设备之间的距离相关的信息包括计算出来的第一无线设备和至少一部分这些响应的其他无线设备之间的距离以及一个比例因子。
20.按照权利要求12的系统，还包括利用得到的信息更新第一无线设备的内部时钟的逻辑电路。
21.按照权利要求12的系统，其中至少一部分无线设备包括脉冲无线设备。
22.按照权利要求12的系统，其中如果第一移动无线设备没有从位置已知的无线设备接收到定位信息，那么第一无线设备的位置仅利用从至少一部分响应的其他无线设备得到的信息来进行估计。
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