CN101663593A - 远程可激活的定位系统和方法 - Google Patents

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    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Abstract

一种用于定位被附着定位设备的实体的方法。该方法包括通过蜂窝网络在定位设备处接收消息；以及响应于接收该消息，通过蜂窝网络自动地发起呼叫，来使一方能够应答呼叫，以确定定位设备的位置。

Description

远程可激活的定位系统和方法
相关专利申请的交叉引用
本专利申请要求2007年2月12日提交的美国临时专利申请第60/889,426号的权益，其教导的和公开的内容由此通过引用于此而被全文并入。
背景
已经发现个人跟踪设备在定位丢失物体，且更重要地在定位失踪者方面是有用的。这种跟踪设备典型地使用在近地轨道中的全球定位卫星(GPS)网络，该全球定位卫星网络广播来自星载原子钟的精确的定时信号。使用三角测量公式，同时从几个卫星接收信号的设备能够确定其在全球坐标中的位置，即纬度和经度。因此，假如可利用适当的装备和专门人才来确定GPS设备的位置，就可定位携带GPS设备的物体和/或人员。然而，GPS信号像任何其他卫星信号一样易于受到众多干扰，包括大气扰动，例如太阳耀斑和自然发生的地磁暴。此外，人造干扰也能中断、或干扰GPS信号。进一步，能够阻挡阳光的任何事物能够阻挡GPS信号。这就提出了一个问题，即，在定位可能在建筑物中或临近区域、在树下、在灌木丛中、在桥下、在市内环境中、在交通工具中的失踪者和流浪者时或甚至人已经倒下且他们的GPS单元被他们自己的身体盖住时，GPS是否可靠。
其他已知的跟踪设备使用发出无线电信号的发射机。然而，这些类型的跟踪设备在该区域中需要昂贵的接收器设备来接收和跟踪发出的无线电信号。因此，没有在该区域中的适当的接收设备和/或没有能够操作该接收器的专门人才，对于定位丢失物体和/失踪者来说，这些跟踪设备将是无用的。
附图简述
为了更完整地理解本申请、本申请的目标和优点，现在接合随附的附图参考以下的描述，其中：
图1是示出定位设备的实施方式的图示；
图2是示出用于定位被附着图1的定位设备的实体的定位系统的实施方式的框图；
图3是示出用于定位被附着图1的定位设备的实体的方法的实施方式的流程图；
图4是示出图1的处于备用模式的定位设备的通信路径实施方式的顺序图；
图5是示出图1的处于活动的应急模式的定位设备的通信路径实施方式的顺序图；以及
图6是示出图1的处于非应急模式的跟踪设备的通信路径实施方式的顺序图。
附图详述
图1是示出远程可激活的跟踪设备100的实施方式的图示。设备100包括用于在蜂窝网络上传输和接收消息的电子模块102。在一些实施方式中，电子模块102可与板载识别模块(onboard identity module)104集成在一起。电子模块102包括用于处理和存储数据的处理器101和存储器103。处理器101可以是电子器件102上的一个或更多个微处理器。设备100进一步包括电源106和天线108。在图1示出的实施方式中，电子模块102、板载识别模块104、电源106和天线108被封入上壳体100和下壳体112中。装置100可注册到蜂窝网络114上并维持到蜂窝网络114的低水平(或备用)连通性。蜂窝网络114是由许多无线电单元组成的网络，每个无线电单元由已知为基站的固定发射器提供服务。在一些实施方式中，蜂窝网络114支持用于移动通信的全球移动通信系统(GSM)标准。GSM网络工作在四个不同频率范围内(850/900/1800/1900MHz频率波段)。然而，大多数的GSM网络工作在900MHz或1800MHz波段。
在一些实施方式中，电子模块102可以是支持900MHz和1800MHz波段的双波段GSM模块或是支持所有GMS频率范围的四波段GMS模块。此外，电子模块102可支持数据包接收/传输能力，例如但不限于，借助于通用分组无线业务(GPRS)。通用分组无线业务(GPRS)是一种移动数据业务，其提供从56一直到114Kbps的数据速率。GPRS可用于例如无线应用协议(WAP)访问、短消息服务(SMS)、多媒体消息业务(MMS)的业务，以及用于例如email和万维网访问的互联网通信业务。例如，SMS消息，典型地被称为文本消息传送(text messaging)，可使用GPRS和/或通过蜂窝网络114的控制信道发送。控制信道是允许数据在蜂窝设备(例如设备100)和使用蜂窝网络114基础设施(例如手机发射塔)的其他设备之间传输的信道，即使当设备100不通过语音信道通信时也是如此。通过控制信道进行通信使蜂窝网络114能够确定蜂窝设备100当前处于哪个网络中。此外，控制信道可用来将消息发送至蜂窝设备，以向蜂窝设备通知进入的呼叫并为该呼叫提供一对语音信道频率来使用。语音信道是具有承载语音频率的足够带宽的通信信道。在一些实施方式中，设备100可支持用于移动通信和/或数据包传输的其他标准。
在一些实施方式中，电子模块102可包括能够发展基本能力的嵌入式软件环境，所述基本能力例如移动连通性、位置感知和设备智能。例如，电子模块102可用来监测设备100的状况并通过蜂窝网络114的控制信道或业务信道将远程更新提供给设备100。此外，电子模块102可包括验证进入的信息的常驻软件。设备100仅在接收被适当地验证的远程激活消息时才进入活动状态。在活动状态期间，设备100发起用于定位当前佩带或携带设备100的人或实体的方法，如将在下面进一步描述的。这里所引用的实体可以是人、动物或没生命的物体。进一步，电子模块102可提供用于在不同方之间发起多方呼叫的功能，以帮助定位失踪实体。
板载识别模块104安全地存储网络特定信息，例如但不限于，用来验证和识别与设备100相关联的用户的国际移动用户识别码(service-subscriber key)。这里所引用的用户指的是设备100相关联的人或商业实体。例如，用户可以是佩带或携带设备100的人或可以是负责照料佩带或携带设备100的人的人或实体。此外，设备100可在位于电子模块102上或板载识别模块104上的存储器中存储预先记录的可听到的消息。该预先记录的可听到的消息可被播放以提供附加信息，这作为用于定位被附着设备100的失踪者或实体的方法的部分。例如，该预先记录的可听到的消息可提供关于失踪实体的传记资料，例如但不限于姓名、年龄、身高、体重、种族和病史，所述病史例如但不限于药物过敏史。此外，该预先记录的可听到的消息可提供发起设备100的激活的一方的联系信息。
设备100由电源106提供动力。电源106可包括一个或更多个可再充电的和/或用后即丢弃的电池。在一些实施方式中，电源106可以是锂离子型电池、锂聚合物电池、镍金属氢化物(NiMH)型电池和/或其他类型的电化学电池中的至少一个或它们的组合。在一些实施方式中，电源106也可并入太阳能能量或是基于动能的。
天线108是一种换能器，其被设计为传输或接收电磁波。换而言之，天线108将电磁波转变为电流，且反之亦然。设备100使用天线108来传输和接收来自蜂窝网络114的无线电频率信号。在一些实施方式中，天线108可以是微带贴片天线。微带贴片天线是窄带、宽波束天线，其通过将天线元件图案蚀刻到连接到绝缘介电基片的金属迹线来制成，连续的金属层连接到构成地平面的基片的相对侧。
在图1示出的实施方式中，设备100包括上壳体110和下壳体112，以封住设备100的内部组件。然而，应理解设备100的组件可被任何数量的装置封住。在一些实施方式中，为了维持小且分离的物理外形，设备100可配置有最小的外部连接和指示器。在一些实施方式中，设备100可包括用于电源106的再充电的电连接。此外，在一些实施方式中，设备100可具有指示器，例如但不限于LED灯或指示大约的剩余电池电荷的图形显示。
在一些实施方式中，设备100可以是防溅型或防水型。为了维持设备100的分立性，在一些实施方式中，设备100被掩饰为配件物品。例如，配件物品可包括但不限于作为项链、手镯的一部分，和/或作为领针并入设备100，使使用者能够佩带设备100或在使用者的身上携带设备100。进一步，在一些实施方式中，设备100可包括全球定位系统组件116。因此使设备100能够使用多种位置技术而被定位。
图2是示出用于定位被附着设备100和/或与设备100相关联的实体202的定位系统200的实施方式的框图。负责的请求方204向操作中心206报告实体202失踪。操作中心206是专门人才可以从此访问关于设备100的信息并通过蜂窝网络114与设备100通信的地方。操作中心206从用户数据库208重新得到关于实体202、负责的请求方204和设备100的信息。用户数据库208可以是任何类型的数据储存，包括但不限于关系数据库。用户数据库208可以是在操作中心206的本地数据库或可以是远程定位的。操作中心206使用从用户数据库208重新得到的数据检验负责的请求方204的身份。例如，负责的请求方204可能必须提供匹配存储在用户数据库208中的授权个人识别码(PIN)的PIN。经过适当检验，操作中心206确定与实体202相关联的特定设备100并通过通信网关210将消息传输到该特定设备100。通信网关210允许将消息发送到设备或从设备接收消息，并用来提供到第三方的网络连通性，所述设备例如但不限于设备100。通信网关210将消息传输到蜂窝网络114，在此消息被移动运营商(MNO)212接收。
移动网络运营商212也被称为无线服务供应商，其是为蜂窝用户提供服务的公司。在一些实施方式中，移动网络运营商212是全球移动通信系统(GSM)网络的供应商。移动网络运营商212将消息转送到移动交换中心(MSC)214。移动交换中心214是向在其所服务的区域中漫游的蜂窝设备提供电路交换呼叫、移动性管理、GSM服务的电话局。移动交换中心214与基站子系统(BSS)216通信。基站子系统216是负责处理蜂窝设备和网络交换子系统之间的业务和信令的蜂窝网络114的部分。基站子系统216执行话音信道的代码转换、无线电信道到移动电话的分配、寻呼、通过空中接口进行传输和接收的质量管理，以及关于无线电网络的许多其他任务。移动交换中心214也与网关移动位置中心(218)通信，以向公共安全应答点(PSAP)220提供定位服务。公共安全应答点220是代理处，其典型地由县或市控制，负责应答公共援助或应急呼叫，例如要求来自警察部门、消防部分和救护服务的应急援助的9-1-1。工作在公共安全应答点220的应急调度员能够使用如下面进一步描述的一些形式的无线电定位和网关移动位置中心(GMLC)218提供的信息，来确定设备100的位置。在一些实施方式中，例如在非应急呼叫的情况中，可能不联系公共安全应答点(PSAP)220。代替地，可能联系预先确定的号码，例如但不限于，与操作中心206或负责的请求方204相关联的号码。
现在参考图3，提出了示出用于定位被附着设备100和/或与设备100相关联的实体的方法的实施方式的流程图。图3的方法可通过设备100的组件上的微处理器执行，设备100的组件例如但不限于电子模块102。该方法由发起设备100的启动而开始(块302)。在块302的发起设备100的启动的程序的部分包括为设备100供应一些设置，利用这些设置来访问各种服务，例如无线应用协议(WAP)或多媒体消息传送服务(MMS)。WAP是用于使用无线通信的应用的公开的国际标准，例如能够实现从蜂窝设备导互联网的访问。多媒体消息传送服务是允许发送除了多媒体对象外文本消息(例如短信息服务(SMS)消息)的标准。此外，设备100执行向蜂窝网络114的注册程序，以获得对蜂窝网络114的访问和/或使用。一旦设备100完成块302，设备100就进入备用模式。
在备用模式，当设备100保持低功率状态时，设备100能够通过蜂窝网络114的控制信道与蜂窝网络114通信。在一些实施方式中，设备100执行周期的位置更新和状态检查，包括但不限于检查电源106的状态(块304)。如果设备100检测到错误和/或如果电源106为低(块306)，则设备100可通过蜂窝网络114的控制信道向操作中心206和/或到负责的请求方204发送通知消息(块308)。在一些实施方式中，为了节约设备100的功耗，仅在接收来自操作中心206包含状态请求/命令的消息之后执行周期的检查。在这种情况中，即使设备正常地工作，设备100的状态也可被反馈给操作中心206。
当在备用模式时，设备100也接收激活消息。激活消息在被接收到时可以是激活设备100的特定信号和/或当执行激活设备100时包含命令。在接收激活消息时，设备100确定接收的激活消息是否有效(块310)。在一些实施方式中，可加密激活消息并在设备100能够进入活动状态前要求适当的解密。加密算法/方法可包括加密技术的不对称/对称方法或任何其他的加密技术方法。在一些实施方式中，设备100可验证激活消息和/或传输激活消息的位置/线路。通过使激活消息安全，设备100不能经由接收未授权的激活消息而错误地进入活动状态。在适当验证接收的激活消息时，设备100确定应急激活是否被授权(块312)。
如果已经接收应急激活的授权，设备100通过蜂窝网络114的语音信道向公共安全应答点220自动地发起e911呼叫(块314)。应急激活授权在被接收到时可以是指示设备100发起应急程序的特定信号和/或当执行激活设备100的应急程序时可包含命令。在一些实施方式中，设备100可通过蜂窝网络114的控制/数据信道向公共安全应答点220自动地发起e911呼叫(块314)。例如，公共安全应答点220可装备为接受文本消息和/或视频请求援助。在一些实施方式中，设备100可将存储的预先确定的数据流传输到公共安全应答点220，该数据流提供关于失踪实体的信息和/或发起设备100的激活的一方的联系信息。增强型911(e911)服务是911应急呼叫系统的北美电话网(NANP)的特征，如1999年的无线通信和公共安全法案要求的，其自动地将物理地址与呼叫方的电话号码相关联。在陆线的情况中，这可以通过使用电话号簿来执行。在移动设备(例如设备100)的情况中，这可通过但不限于使用一些形式的无线电定位来执行。无线电定位使用蜂窝网络114的基站来确定设备100的位置。大多数情况，这是通过无线电塔之间的三角测量完成的。设备100的位置由几种方法确定，包括但不限于，到达角度(AOA)、到达时间差(TDOA)，和/或通过使用位置签名。到达角度(AOA)要求至少两个塔，将呼叫者定位在沿着从每个塔起始的角的线路相交的点。到达时间差(TDOA)类似使用多边测量定位(multilateration)的GPS，只是到达时间差是网络确定时间差以及因此距每个塔的距离。位置签名使用“指纹识别”来存储和恢复已知移动电话信号在每个小区的不同位置表现的图案(例如多路径)。
在一些实施方式中，设备100响应于确定e911呼叫已经由公共安全应答点220应答，而播放预先记录的可听到的消息。此外，在一些实施方式中，设备100可发送确认消息给一方，例如但不限于，操作中心206，其传输激活命令以确认呼叫已经被发出(place)并应答。设备100保持与公共安全应答点220的连接，直到接收来自操作中心206的去激活消息为止(块316)。在一些实施方式中，去激活消息可由在公共安全应答点220的一方以及由操作中心206传输。去激活可发生以节约设备100的电源106。去激活消息可能也需要验证。接收和/或验证去激活消息时，设备100返回到备用模式(块318)。一旦应急救援人员在设备100附近，可再激活设备100。进一步，在一些实施方式中，设备100在预先确定的时间或事件(例如但不限于，当丢失蜂窝信号时)之后可自动返回到备用模式以节约功率。在这种情形中，设备100可在检测到信号之后自动地重新发起e911呼叫。
如果在块312接收到非应急的授权，则设备100确定是否接收了更新命令，以执行空中(OTA)编程(块320)。OTA编程是将新软件/固件更新分配到具有用于访问服务(例如WAP或MMS)的设置的蜂窝设备的方法。如果接收到更新命令，则设备100执行OTA更新(块322)。OTA更新功能使设备100的部件能够灵活适应变化的条件。例如，设备100最初可配置为仅用于应急E911呼叫方，但是在将来用户可能希望允许非应急的地理定位服务。软件性能的这种变化可在操作中心206的指导下使用OTA编程来无线地执行。
如果在块320没有接收更新命令，则设备100通过在蜂窝网络114的语音信道上向预先确定的号码(例如操作中心206)发起呼叫来执行非应急功能(块322)。例如，在负责的请求方204向操作中心报告设备100被附着到失踪宠物的情况中，这可以发生。设备100保持连接，直到接收到去激活消息为止(块316)。然后设备100返回到备用模式(块318)。
图4是示出操作中心206和处于备用模式的设备100之间的通信路径的实施方式的顺序图400。在图4示出的实施方式中，通过蜂窝网络114的控制/消息传送信道408传输三种类型的消息/命令。蜂窝网络114也包括业务(语音/数据)信道，例如业务(语音/数据)信道409。
在消息交换402期间，操作中心206将健康检查请求410传输到设备100。设备100以健康检查响应412进行响应。然后操作中心206可传输响应、健康检查确认414，来确认接收到健康检查响应412。
在信息交换404中，在周期的检查期间，如以上描述的，设备100可确定电源106为低。作为响应，设备100可发起警报消息420，通知操作中心206电源106为低。在一些实施方式中，操作中心206可响应于接收警报信息420，而发送警报信息确认422。然后操作中心206通知负责的请求方204：设备100需要对电源106再充电和/或更换。在一些实施方式中，设备100可直接传输警报信息420以通知用户(例如负责的请求方204)：电源106为低。此外，设备100可自动地激活设备100上的指示器，例如LED灯，以指示电源106为低。在一些实施方式中，操作中心206可远程激活设备100上的指示器。
在信息交换406期间，操作中心206可传输激活命令430。然后设备100可如在图3示出的实施方式中所描述的继续进行下去。此外，设备100可响应于接收激活命令430，而发送激活命令确认432。
图5是示出处于活动应急模式的设备100的通信路径的实施方式的顺序图500。在信息交换502中，在接收并检验激活命令430为授权的应急操作以后，设备100通过业务(语音/数据)信道409向公共安全应答点220发起911呼叫510。公共安全应答点220基于从其发起呼叫的蜂窝网络114中的位置来确定设备100的位置。然后设备100通过控制/消息传送信道408传输信息512，指示已经发起911呼叫。一旦设备100确定911呼叫已经停止，设备100通过控制/消息传送信道408传输消息514，指示911呼叫已经停止。在一些实施方式中，设备100可发起操作中心206和公共安全应答点220之间的连接。在一些实施方式中，操作中心206可去激活设备100并使设备100返回到备用模式以节约电源106。例如，在消息交换504期间，操作中心206可通过控制/消息传送信道408向设备100发送去激活命令520。设备100可响应于接收去激活命令520和/或响应于实际的去激活设备100，而返回去激活命令确认522。
图6是示出在操作中心206和活动的非应急模式的设备100之间的通信路径的实施方式的顺序图600。在图6示出的实施方式中，在消息交换602期间，设备100通过业务(语音/数据)信道409将远程信息处理数据610传输到操作中心206。远程信息处理数据610是经由电信设备发送、接收和/或存储的任何数据。操作中心206可使用远程信息处理数据610来在非应急的情形确定设备100的位置并向设备100提供更新。操作中心206可通过控制/消息传送信道408返回确认612，即已经接收到远程信息处理数据610。
此外，在信息交换604期间，操作中心206可实时更新设备100，例如但不限于，通过业务(语音/数据)信道409改变设备100的默认参数。例如，操作中心206可传输远程信息处理更新数据614来改变默认的激活时间参数，以在应急的情形和/或更新预先记录的可听到的消息或预先确定的数据流期间，使设备100保持激活达更长或更短的时间段。设备100可响应于执行接收到的更新，而传输更新确认616。
在消息交换606期间，操作中心206可通过控制/消息传送信道408向设备100发送去激活命令620。设备100可响应于接收去激活命令620和/或响应于实际的去激活设备100，而返回禁用命令确认622。
因此，示例性的实施方式提供了一种用于帮助应急救援人员定位携带或佩带例如设备100的定位设备的实体，例如失踪者的定位系统200。定位系统200通过克服如以上描述的与其他定位方法相关联的问题，提供了一种比其他定位方法更可靠的用于定位失踪实体的方法和装置。例如，被附着设备100的实体不需要执行任何操作来激活设备100，这在糊涂的老人或未成年的孩子的情形中至关重要。此外，示例性的实施方式可在当前的e911系统中执行，而不需要与购买特殊跟踪装备和/或要求人员培训相关联的附加成本。进一步地，示例性的实施方式提供一种用于在非应急的情形中定位实体并用于通过蜂窝网络114无线地更新设备100的方法和装置。

Claims (22)

1.一种用于定位被附着定位设备的实体的方法，其包括：
通过蜂窝网络的控制信道在所述定位设备处接收消息；以及
响应于接收所述信息，通过所述蜂窝网络的语音信道向预先确定的号码自动地发起呼叫，来使一方能够应答所述呼叫，以确定所述定位设备的位置。
2.如权利要求1所述的方法，其进一步包括验证所述消息。
3.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
响应于确定所述呼叫已经被应答，播放预先记录的可听到的消息，以提供关于失踪的所述实体的信息。
4.如权利要求1所述的方法，进一步包括远程地更新所述定位设备。
5.如权利要求1所述的方法，进一步包括通过所述蜂窝网络的所述控制信道将所述定位设备的状态传输到操作中心。
6.如权利要求1所述的方法，其进一步包括由所述定位设备在应答所述呼叫的所述方和传输所述消息的一方之间发起多方呼叫。
7.如权利要求1所述的方法，其进一步包括将确认消息发送到一方，所述方传输确认所述呼叫已被发出的消息。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述呼叫被发出到公共安全应答点。
9.如权利要求1所述的方法，其进一步包括播放预先记录的可听到的消息，以向传输所述消息的一方提供联系信息。
10.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
响应于指示所述定位设备的电源为低的状态，向一方传输远程通知，所述远程通知为所述电源为低。
11.一种定位设备，其包括：
电子模块，用于通过蜂窝网络的控制信道在所述定位设备处接收消息；以及用于响应于接收所述消息，通过所述蜂窝网络的语音信道向预先确定的号码自动地发起呼叫，来使一方能够应答所述呼叫，以确定所述定位设备的位置。
12.如权利要求11所述的定位设备，其进一步包括：
存储器，其用于存储预先记录的可听到的消息；以及
处理器，其用于响应于确定所述呼叫已被应答，而播放所述预先记录的可听到的消息。
13.如权利要求11所述的定位设备，其进一步包括用于存储与所述定位设备相关联的用户的识别信息的存储器。
14.如权利要求11所述的定位设备，其进一步包括用于在应答所述呼叫的所述方和传输所述激活命令的一方之间发起多方呼叫的处理器。
15.如权利要求11所述的定位设备，其被掩饰为配件物品。
16.如权利要求11所述的定位设备，其进一步包括全球定位系统组件。
17.如权利要求11所述的定位设备，其进一步包括用于将所述设备返回到较低功率的非活动模式的处理器。
18.一种用于定位被附着定位设备的实体的方法，其包括：
通过蜂窝网络在所述定位设备处接收消息；以及
响应于接收所述消息，通过所述蜂窝网络自动地发起e911呼叫，来使一方能够应答所述呼叫，以确定所述定位设备的位置。
19.一种用于定位被附着定位设备的实体的方法，其包括：
通过蜂窝网络在所述定位设备处接收加密的消息；以及
响应于验证所述消息，通过所述蜂窝网络自动地发起呼叫，来使一方能够应答所述呼叫，以确定所述定位设备的位置。
20.一种用于定位被附着定位设备的实体的方法，其包括：
通过蜂窝网络在所述定位设备处接收消息；以及
响应于接收所述消息，通过所述蜂窝网络自动地发起呼叫并播放预先记录的可听到的消息，来使一方能够应答所述呼叫，以确定所述定位设备的位置。
21.一种用于定位被附着定位设备的实体的方法，其包括：
通过蜂窝网络的控制信道在所述定位设备处接收消息；以及
响应于接收所述消息，通过所述蜂窝网络的数据信道向预先确定的号码自动地发起呼叫，来使一方能够应答所述呼叫，以确定所述定位设备的位置。
22.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：
响应于确定所述呼叫已被应答，而传输预先确定的数据流，所述数据流提供关于失踪的所述实体的信息。
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