DE102018219592A1 - Procedure for creating a coverage map - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Abdeckungskarte in einer mobilen Einrichtung, wobei die Abdeckungskarte in Kacheln (12, 14) unterteilt wird und für zumindest einige der Kacheln (12, 14) passive Daten zu zumindest einer Signalcharakteristik für wenigstens einen Dienst gemessen wird, und mit Hilfe eines Modells die passive Daten in eine Information bzgl. einer Datenrate des jeweiligen Dienstes gewandelt wird, wobei diese Information mit der zugeordneten Karte verbunden wird.The invention relates to a method for creating a coverage map in a mobile device, the coverage map being divided into tiles (12, 14) and passive data for at least some of the tiles (12, 14) being measured for at least one signal characteristic for at least one service, and using a model, the passive data is converted into information relating to a data rate of the respective service, this information being connected to the assigned card.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen einer Abdeckungskarte und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for creating a cover card and an arrangement for performing the method.
Stand der TechnikState of the art
Eine Abdeckungskarte stellt eine Karte eines bestimmten geographischen Bereichs dar, in der Informationen zur Netzabdeckung enthalten sind. Diese Informationen geben Aufschluss darüber, ob und wenn ja in welchem Maße Dienste, die drahtlos angeboten werden, verfügbar sind. Dabei kann eine Aufschlüsselung nach unterschiedlichen Diensten gegeben sein. Diesen Diensten können dann jeweils Datenraten oder auch statistische Verteilungen von Datenraten zugeordnet sein. Dabei können auch Umgebungsbedingungen, wie bspw. Wetterbedingungen, Berücksichtigung finden.A coverage map is a map of a specific geographic area that contains network coverage information. This information provides information as to whether and if so to what extent services that are offered wirelessly are available. A breakdown by different services can be given. These services can then be assigned data rates or statistical distributions of data rates. Ambient conditions such as weather conditions can also be taken into account.
Die Abdeckungskarte ist typischerweise in sogenannte Kacheln (engl.: tile) unterteilt. Diese repräsentieren üblicherweise Bereiche in der durch die Karte dargestellten Region, die nebeneinanderliegen und sich nicht überlappen. Jeder Kachel ist dann in der Abdeckungskarte zumindest eine Datenrate bzw. zumindest eine statistische Verteilung einer Datenrate für wenigstens einen Dienst zugeordnet. Anhand dieser Abdeckungskarte kann dann der Nutzer abschätzen oder gar bestimmen, in welchen der geographischen Bereiche er welche Dienste nutzen kann. Gegebenenfalls kann dies auch bei der Wahl der Fahrtroute berücksichtigt werden.The coverage map is typically divided into so-called tiles. These usually represent areas in the region shown by the map that lie next to each other and do not overlap. Each tile is then assigned at least one data rate or at least one statistical distribution of a data rate for at least one service in the coverage map. On the basis of this cover map, the user can then estimate or even determine in which of the geographical areas he can use which services. If necessary, this can also be taken into account when choosing the route.
Aus der Druckschrift
Die Druckschrift
Ein Nachteil bestehender Ansätze ist, dass Nutzerdaten von einer zentralen Datenbank gespeichert werden und daher ein Schutz der Privatsphäre des Nutzers nicht vollständig garantiert werden kann. Zudem kann der Nutzer bzw. können dessen Bewegungen leicht nachverfolgt werden. Weiterhin erfordern bekannte Verfahren, dass eine erfasste Signalstärke mit den erfassten Orten verbunden wird. Dies bedingt einen hohen Speicherbedarf.A disadvantage of existing approaches is that user data is saved from a central database and therefore protection of the user's privacy cannot be fully guaranteed. In addition, the user or his movements can be easily tracked. Known methods furthermore require that a detected signal strength be connected to the detected locations. This requires a large amount of memory.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren zum Erstellen einer Abdeckungskarte nach Anspruch 1 und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 11 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a method for creating a cover map according to claim 1 and an arrangement for performing the method according to claim 11 are presented. Embodiments result from the dependent claims and from the description.
Bei dem vorgestellten Verfahren ist vorgesehen, die Abdeckungskarte ausschließlich auf Seiten des Nutzers, bspw. in dem Fahrzeug, abzulegen bzw. zu speichern, so dass sichergestellt ist, dass Nutzerinformationen, bspw. Informationen, die angeben, wo der Nutzer sich befindet bzw. sich bewegt, gesichert sind und niemand davon Kenntnis erlangt. Die Abdeckungskarte wird somit nicht in bzw. mit einer zentralen Datenbank gespeichert, wo viele Abspeicherungen bzw. Daten abgelegt sind.The method presented provides for the cover map to be stored or stored exclusively on the part of the user, for example in the vehicle, so that it is ensured that user information, for example information that indicates where the user is or is located are moved, secured and no one is aware of it. The coverage map is therefore not stored in or with a central database, where a large number of stores or data are stored.
Diese Änderung gegenüber bekannten Verfahren erfordert, dass eine neue Art des Verbindens von erfassten passiven Daten, bspw. der erfassten Signalstärkeinformation, mit dem erfassten Ort gefunden werden muss, da die derzeitigen Verfahren hierfür einen großen Speicherbedarf haben. Diese passiven Daten beziehen sich auf eine Signalcharakteristik und können bspw. die Signalstärke aber auch eine Bandbreite betreffen. Im folgenden wird insbesondere auf die Signalstärke eingegangen, wobei dies keine Beschränkung des Verfahrens auf diese passiven Daten bedeuten soll.This change compared to known methods requires that a new type of connection of the acquired passive data, for example the acquired signal strength information, must be found with the acquired location, since the current methods require a large amount of memory for this. These passive data relate to a signal characteristic and can, for example, relate to the signal strength but also to a bandwidth. The signal strength is dealt with in the following, although this is not intended to limit the method to these passive data.
Passive Daten bzw. Parameter sind Parameter, für deren Bestimmung keine Datenübertragung notwendig ist. Das sind insbesondere Parameter, die von einem Mobilfunkmodem ausgelesen werden können, wie bspw. Signalstärken (z. B. SINR, RSRP, ...).Passive data or parameters are parameters for the determination of which no data transmission is necessary. These are, in particular, parameters that can be read by a cellular modem, such as signal strengths (e.g. SINR, RSRP, ...).
Das genannte Verbinden kann bspw. in folgenden Schritten erfolgen:
- 1. Speichern nur eines Werts für jeden Dienstanbieter in Abhängigkeit von Modellen, andere Variablen können berechnet werden.
- 2. Ähnliche Kacheln werden miteinander verbunden, wenn sie ein ähnliches Verhalten haben.
- 3. Es ist nicht erforderlich, dass ein Wert für jeden Dienstanbieter in jeder Kachel für den Fall gespeichert wird, dass eine Relation zwischen den zuvor gespeicherten Werten für die verschiedenen Dienstanbieter in benachbarten Kacheln hergestellt werden kann.
- 4. Es ist nicht erforderlich, einen Wert zu speichern, für den Fall von ländlichen und städtischen Bereichen, wo Signalausbreitungsmodelle existieren. Indem die Modelle verwendet werden, können die erwarteten und berechneten Werte für eine Kachel verglichen werden, wenn die Werte gleich sind; keine Werte für die Kachel müssen gespeichert werden, lediglich die Information, dass für diese Kachel das physikalische Modell anwendbar ist, ist zu speichern.
- 1. Store only one value for each service provider depending on models, other variables can be calculated.
- 2. Similar tiles are connected if they behave in a similar way.
- 3. It is not necessary to store a value for each service provider in each tile in case there is a relation between the previously saved values for the different service providers can be produced in neighboring tiles.
- 4. There is no need to store a value in the case of rural and urban areas where signal propagation models exist. By using the models, the expected and calculated values for a tile can be compared if the values are the same; no values for the tile have to be saved, only the information that the physical model can be used for this tile has to be saved.
Die mobile Signalabdeckungskarte erfordert in Ausgestaltung vier Hauptschritte bzw. Komponenten:
- 1. einen mobilen Signalstärkedetektor,
- 2. ein Modell, das die erfassten Signalstärkeparameter zu einer verfügbaren Datenrate wandelt, wobei mit Hilfe des Modells Netzwerkqualitätsindikatoren geschätzt werden,
- 3. einen Positions- bzw. Lagedetektor,
- 4. ein Verbinden der erfassten Werte der Signalstärkeparameter mit dem erfassten Ort.
- 1. a mobile signal strength detector,
- 2. a model which converts the recorded signal strength parameters to an available data rate, network quality indicators being estimated with the aid of the model,
- 3. a position or position detector,
- 4. connecting the detected values of the signal strength parameters to the detected location.
Das genannte Modell basiert auf der Idee, eine Art von maschinellem Lernen auf einer großen Datenmenge, die im Fahrzeug nicht ohne weiteres zu speichern ist, anzuwenden, um das Modell zu generieren. Das Modell wird dann im Fahrzeug gespeichert und dort angewendet, um für Messungen von passiven Parametern Datenraten zu erhalten.The model mentioned is based on the idea of applying a type of machine learning to a large amount of data that cannot easily be stored in the vehicle in order to generate the model. The model is then stored in the vehicle and used there to obtain data rates for measurements of passive parameters.
Das Modell kann bspw. ein bereits trainiertes neuronales Netz sein. Alternativ können CCDFs (Complementary Cumulative Distribution Functions) verwendet werden. Somit erhält man eine Art Nachschlagetabelle bzw. Look-up Table für das Mapping von Signalstärken zu Datenraten.The model can be, for example, an already trained neural network. Alternatively, CCDFs (Complementary Cumulative Distribution Functions) can be used. This gives you a kind of look-up table for mapping signal strengths to data rates.
Es wird nachfolgend eine kurze Zusammenfassung des Modells basierend auf CCDFs gegeben:
- Im Vorfeld wird eine große Menge passiver Parameter zusammen mit Datenraten gesammelt. Diese sind notwendig, um das Modell aufzustellen.
- In advance, a large amount of passive parameters are collected together with data rates. These are necessary to set up the model.
Bestimmung des Modells:
- 1. Die passiven Parameter werden in Wertebereiche unterteilt.
- 2. Für jeden der Bereiche wird eine CCDF der in dem Bereich enthaltenen Datenraten erstellt.
- 3. Als Modell werden die Bereiche mit zugeordneten CCDFs gespeichert. Alternativ: Statt den CCDFs selbst wird eine Funktion ermittelt, die die CCDF näherungsweise beschreibt.
- 1. The passive parameters are divided into value ranges.
- 2. A CCDF of the data rates contained in the area is created for each of the areas.
- 3. The areas with assigned CCDFs are saved as a model. Alternatively: Instead of the CCDFs themselves, a function is determined that describes the CCDF approximately.
Verwendung des Modells um für eine Signalstärke eine Datenrate zu bekommen:
- 1. Der Wertebereich, in dem die Signalstärke liegt, wird bestimmt und die zugehörige CCDF ausgewählt.
- 2. Ein bestimmtes Perzentil, z. B. 0.75, wird verwendet, um von der ausgewählten CCDF eine Datenrate abzulesen.
- 3. Die somit bestimmte Datenrate wird als geschätzte Datenrate für den Signalstärkewert verwendet.
- 1. The range of values in which the signal strength lies is determined and the associated CCDF is selected.
- 2. A certain percentile, e.g. B. 0.75 is used to read a data rate from the selected CCDF.
- 3. The data rate thus determined is used as the estimated data rate for the signal strength value.
Falls es für eine Kachel mehrere gemessene Signalstärken gibt, wird für jede Signalstärke eine Vorhersage erstellt und der Median aus den Vorhersagen gebildet.If there are several measured signal strengths for a tile, a prediction is made for each signal strength and the median is formed from the predictions.
Um zu variieren, wie wahrscheinlich die Vorhersage überschritten wird, kann das Perzentil variiert werden. Ziel ist, eine Datenrate vorherzusagen, die möglichst oft überschritten wird, da eine genaue Vorhersage nicht möglich ist. Je höher das Perzentil ist, desto pessimistischer fällt die Vorhersage aus und desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass die tatsächlich erreichbare Datenrate über der Vorhersage liegt.To vary how likely the prediction is exceeded, the percentile can be varied. The goal is to predict a data rate that will be exceeded as often as possible, since an exact forecast is not possible. The higher the percentile, the more pessimistic the prediction and the higher the probability that the actually achievable data rate is higher than the prediction.
Die für diesen Zweck erforderliche Abdeckungskarte benötigt, insbesondere mit gegenwärtigen Methoden, einen großen Speicher, was nicht durchführbar ist, wenn alle Daten in dem Fahrzeug gespeichert sind. Es ist daher eine andere Art der Speicherung von Signalstärkedaten erforderlich. Es wird somit ebenfalls ein neues Vorgehen zum Verbinden der erfassten Signalstärke zu dem erfassten Ort des Nutzers vorgestellt, was weniger Speicherplatz erfordert.The coverage map required for this purpose, especially with current methods, requires a large amount of memory, which is not feasible when all the data is stored in the vehicle. Another way of storing signal strength data is therefore required. A new procedure for connecting the detected signal strength to the detected location of the user is thus also presented, which requires less storage space.
Das vorgestellte Verfahren zielt darauf ab, die Lagekarte in Kacheln zu repräsentieren, so dass die Karte in einer Anzahl von Kacheln unterteilt wird. Es ist außerdem möglich, die Anzahl an erforderlichen Kacheln in Abhängigkeit davon zu steuern, wie groß die Kachel sein sollte, um einen zweckmäßigen Bereich für die Abdeckungskarte abzudecken. Es ist ebenfalls eine mobile Vorrichtung vorgesehen, die die Signalstärke kontinuierlich misst, während diese sich zu einer aktiven Schnittstelle bewegt. Die Daten werden dann zu einem Datenraten-Bestimmungsmodell gereicht, was ein vordefiniertes Modell darstellt, das zum Abdecken der erfassten Signalstärkeparameter in einem verfügbaren Datenratenwert verantwortlich ist. Die mobile Einrichtung umfasst eine Positions- bzw. Ortserfassungskomponente, die dafür verantwortlich ist, dem Fahrzeug mitzuteilen, in welcher Kachel es sich gegenwärtig befindet. Dann wird der erfasste Signalstärkenparameterwert in dieser spezifischen Kachel gespeichert unter dieser spezifischen Schnittstelle.The method presented aims to represent the location map in tiles, so that the map is divided into a number of tiles. It is also possible to control the number of tiles required depending on how large the tile should be to cover a convenient area for the cover card. A mobile device is also provided that continuously measures the signal strength as it moves to an active interface. The data is then passed to a data rate determination model, which is a predefined model that is responsible for covering the acquired signal strength parameters in an available data rate value. The mobile device includes a position or location detection component, which is responsible for informing the vehicle in which tile it is currently located. Then the acquired signal strength parameter value is stored in this specific tile under this specific interface.
Das vorgestellte Verfahren hat gegenüber bekannten Verfahren folgende Vorteile:
- Die Privatsphäre des Nutzers kann besser geschützt werden und es wird schwieriger, den Nutzer nachzuverfolgen. Die erforderliche Speicherkapazität wird verringert, so dass sie in eine verfügbare mobile Vorrichtung bzw. eine Fahrzeug-Hardware passt.
- The user's privacy can be better protected and it becomes more difficult to track the user. The required storage capacity is reduced so that it fits into an available mobile device or vehicle hardware.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It goes without saying that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own without departing from the scope of the present invention.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt Kacheln in einer Weltkarte gemäß NDS (Navigation Data Standard).1 shows tiles in a world map according to NDS (Navigation Data Standard). -
2 zeigt eine Lagekarte, die in Kacheln unterteilt ist.2nd shows a map, which is divided into tiles. -
3 zeigt in einem Flussdiagramm eine mögliche Ausführung des vorgestellten Verfahrens.3rd shows a possible execution of the presented method in a flow chart.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is shown schematically in the drawings using embodiments and is described in detail below with reference to the drawings.
Auf das vorgestellte Verfahren zum Erstellen einer Abdeckungskarte und die beschriebene Anordnung zum Durchführen des Verfahrens wird nachfolgend noch näher eingegangen:
- Wenn eine digitale Sende-Empfangsvorrichtung bewegt wird, wird sie Bereiche durchqueren, in denen ein ausreichendes mobiles Signal zu empfangen ist, und auch Bereiche, in denen das Signale nicht ausreichend oder sogar überhaupt kein mobiles Signal verfügbar ist. Es ist dann unmöglich, ein mobiles Signal zu empfangen, wenn diese Schnittstelle bzw. dieser Kanal verwendet wird. Es wird daher eine Vorgehensweise dargestellt, bei der eine Abdeckungskarte entwickelt werden kann, die Informationen zu den Zuständen des mobilen Signals an verschiedenen Orten trägt, was vorab zeigen kann, wie der Signalzustand für die spezifische Schnittstelle sein wird. Die Signalzustandsinformation kann dann von der mobilen Einrichtung bzw. dem Fahrzeug verwendet werden, um automatisch die optimale Schnittstelle an diesem Ort auszuwählen. Es wird hier angenommen, dass die mobile Einrichtung bzw. das Fahrzeug verschiedene Schnittstellen zur selben Zeit unterstützt, bspw. WLAN 3G, 4G, 5G oder dieselbe Mobiltechnologie, aber von zwei oder mehreren verschiedenen Dienstanbietern zur selben Zeit.
- When a digital transceiver is moved, it will traverse areas where a sufficient mobile signal can be received, as well as areas where the signal is insufficient or even no mobile signal is available. It is then impossible to receive a mobile signal if this interface or channel is used. A procedure is therefore presented in which a coverage map can be developed which carries information on the states of the mobile signal at different locations, which can show in advance what the signal state will be for the specific interface. The signal status information can then be used by the mobile device or the vehicle to automatically select the optimal interface at this location. It is assumed here that the mobile device or the vehicle supports different interfaces at the same time, for example WLAN 3G, 4G, 5G or the same mobile technology, but from two or more different service providers at the same time.
Die Informationen, die die Abdeckungskarte zur Verfügung stellt, dienen dazu, den Erfahrungsschatz und die Qualität des Dienstes zu steigern bzw. verbessern, indem ständig versucht wird, die optimale Schnittstelle für den gegenwärtigen Ort auszuwählen.The information provided by the coverage map serves to increase the experience and the quality of the service by constantly trying to select the optimal interface for the current location.
Das hierin beschriebene Verfahren beruht auf einer Darstellung der Lagekarte in Kacheln. So kann bspw. die Weltkarte in eine Anzahl von Kacheln unterteilt sein. Die Anzahl der erforderlichen Kacheln hängt davon ab, wie groß die Kachel sein soll, um einen zweckmäßigen Bereich für die Abdeckungskarte abzudecken.The method described here is based on a representation of the location map in tiles. For example, the world map can be divided into a number of tiles. The number of tiles required depends on how large the tile should be to cover an appropriate area for the coverage map.
Anstatt ein einzelnes großes Bild anzufertigen, wird eine Kachelkarte das Bild in verschiedene kleinere Bilder unterteilen, d. h. in Kacheln einer festgelegten Größe. Wenn die Karte dargestellt wird, sind nur die Bilder, die den gegenwärtigen geographischen Bereich abdecken, erforderlich. Mit einer in Kacheln unterteilten Karte gibt es eine begrenzte, aber möglicherweise sehr hohe Anzahl an möglichen Kacheln. Dies bedeutet, dass alle Kacheln vorab vorbereitet und nach Aufforderung zwischengespeichert werden können, wenn dies gefordert ist. Die Verarbeitung kann so hocheffizient durchgeführt werden. Instead of making a single large image, a tile map will divide the image into several smaller images, that is, tiles of a fixed size. When the map is displayed, only the images covering the current geographic area are required. With a map divided into tiles there is a limited but possibly very high number of possible tiles. This means that all tiles can be prepared in advance and can be temporarily saved if requested. The processing can be carried out very efficiently.
Es ist nicht erforderlich, die Karte der gesamten Welt darzustellen. Das gegenwärtige Land oder der gegenwärtige Staat kann ausreichend sein und dann kann man damit beginnen, die Karte dieses begrenzten Bereichs in eine spezifische Anzahl von Kacheln mit ähnlicher Größe basierend auf dem möglichen Speicherplatz zu unterteilen.It is not necessary to show the map of the whole world. The current country or state can be sufficient and then one can start dividing the map of this limited area into a specific number of tiles of similar size based on the possible storage space.
Eine in Kacheln unterteilte Karte besteht aus einer Anzahl von Vergrößerungsstufen bzw. Vergrößerungsgraden, wobei jeder Vergrößerungsgrad eine Karte desselben geographischen Bereichs ist, aber bei verschiedenen Skalierungen gezeichnet, unterteilt in Kacheln, wobei jede Kachel dieselbe Größe aufweist unabhängig von dem Vergrößerungsgrad. Ein Erhöhen der Skalierung bedeutet also ein Steigern der Größe der Karte in Pixeln, was wiederum die Anzahl an Kacheln in dem Vergrößerungsgrad erhöht. Die Größe der Kachel kann basierend auf dem verfügbaren Speicher gesteuert werden und auf der Menge der abgedeckten Details bzw. Daten pro Kachel, so dass zwischen dem verfügbaren Speicher und dem maximal abgedeckten Bereich pro Kachel abgewogen werden muss. Je kleiner die Kachel ist, desto genauer ist die Information der Abdeckungskarte, desto höher sind aber auch die Speicheranforderungen.A tiled map consists of a number of magnification levels, each magnification level being a map of the same geographic area but drawn at different scales, divided into tiles, each tile being the same size regardless of the magnification level. Increasing the scaling thus means increasing the size of the map in pixels, which in turn increases the number of tiles in the degree of enlargement. The size of the tile can be controlled based on the available memory and on the amount of details or data covered per tile, so that a balance must be weighed between the available memory and the maximum covered area per tile. The smaller the tile, the more accurate the coverage map information, but the higher the storage requirements.
Das Vorgehen, die Karte in eine spezifische Anzahl von Kacheln zu unterteilen, wird auch beim sogenannten Navigation Data Standard (NDS) verwendet, der ein standardisiertes Format für Navigationsdatenbanken im Automobilbereich darstellt und gemeinsam von Fahrzeugherstellern und Versorgern entwickelt wurde.The procedure of dividing the map into a specific number of tiles is also used in the Navigation Data Standard (NDS), which is a standardized format for navigation databases in the automotive sector and was developed jointly by vehicle manufacturers and suppliers.
Bei diesem System ist vorgesehen:
- - Die Welt ist rekursiv unterteilt in Hälften, wobei in Level 0 2 * 1 Kacheln enthalten sind (östlich und westlich von Greenwich) und jede Kachel 180 * 180 Grad enthält.
- - Level 1 enthält 4*2 Kacheln, wobei jede der 2 Level-0-Kacheln in 4 Teile unterteilt ist.
- - Bei Level N umfasst jede Kachel 180.0/(2level) Grade in jede Richtung.
- - NDS verwendet Level zwischen 1 und 15. In Level 15 ist bspw. die Kachelgröße 393 m * 305 m.
- - Für Kodierungskoordinaten wird ein Skalierungsfaktor angewendet, so dass 360° 232 entspricht, um den gesamten Bereich von 32 Bit mit Vorzeichen versehenen ganzen Zahlen auszuschöpfen. n reichen von -180° bis +180° und Breiten von -90° bis +90°. Somit sind Koordinatenwerte im Bereich von -231 <= × < 231 für Längen und -230 <= y < 230 für Breiten. Dies bedeutet, dass für Breiten 31 Bit ausreichend sind, wobei der Schnittpunkt von Nullmeridian und Äquator fest ist bei der Koordinate X, Y = 0.0, wie dies in
1 gezeigt ist. - - Für jedes niedrigere NDS-Level wird die Kachelanzahl um zwei Bits erhöht.
- - NDS definiert eine Kachel wie folgt: Wenn (x1, y1) die Süd-West-Ecke einer Kachel ist und (x2, y2) deren Nord-Ost-Ecke ist, dann sind alle Punkte (x, y) mit x1 <= x < x2 und y1 <= y < y2 eindeutig dieser Kachel zugeordnet.
- - Die Kachel-Kennung besteht aus der Levelzahl gefolgt von der Kachelzahl. Das physische Kodieren einer Kachel-Kennung packt beide Komponenten zusammen in einen 32-Bit-Wert.
- - The world is recursively divided into halves, with level 0 containing 2 * 1 tiles (east and west of Greenwich) and each tile containing 180 * 180 degrees.
- - Level 1 contains 4 * 2 tiles, whereby each of the 2 Level 0 tiles is divided into 4 parts.
- - At level N, each tile has 180.0 / (2 level ) degrees in each direction.
- - NDS uses levels between 1 and 15. In level 15, for example, the tile size is 393 m * 305 m.
- A scaling factor is used for coding coordinates, so that 360 ° 2 corresponds to 32 in order to utilize the entire range of 32-bit signed integers. n range from -180 ° to + 180 ° and latitude from -90 ° to + 90 °. Thus coordinate values are in the range of -2 31 <= × <2 31 for longitudes and -2 30 <= y <2 30 for latitudes. This means that 31 bits are sufficient for latitudes, the intersection of the prime meridian and the equator being fixed at the coordinate X, Y = 0.0, as shown in
1 is shown. - - For each lower NDS level, the number of tiles is increased by two bits.
- - NDS defines a tile as follows: If (x1, y1) is the south-west corner of a tile and (x2, y2) is its north-east corner, then all points (x, y) with x1 <= x <x2 and y1 <= y <y2 clearly assigned to this tile.
- - The tile identifier consists of the level number followed by the tile number. The physical encoding of a tile identifier packs both components together into a 32-bit value.
Die Kachelzahl kann basierend auf einer gegebenen Koordinate und dem Level berechnet werden:
- - Kachelgröße = 180°/2level [Grad]
- - Kachel y = Betrag ((Breite + 90°)/Kachelgröße)
- - Kachel x = Betrag ((Länge + 180°)/Kachelgröße)
- - tile size = 180 ° / 2 level [degrees]
- - Tile y = amount ((width + 90 °) / tile size)
- - Tile x = amount ((length + 180 °) / tile size)
Bei dem vorgestellten Verfahren kann ein System verwendet werden, das NDS ähnlich ist, aber mit kleinen Änderungen, um dies für die hierin angestrebten Ziele anzupassen. Wie voranstehend erläutert wurde, ist das kleinste Level durch NDS Level 15 gegeben, bei dem die Kachelgröße 393 m x 305 m beträgt, was für die hierin angestrebten Zwecke sehr groß sein kann. Nach Testen verschiedener Kachelgrößen zeigt eine Kachel mit einer Kachelgröße von 50 m x 50 m verlässliche Ergebnisse, da Messungen in diesem Abstand ähnliche Eigenschaften aufweisen. Dies bedeutet, dass mehr als 15 Levels bei dem Verfahren erforderlich sein könnten. NDS verwendet eine maximale Anzahl von 32 Bits, was bis zu 232 verschiedene Kacheln unterstützt. Sollte die gesamte Welt mit einer Kachel von 50 m x 50 m repräsentiert werden, sind mehr als 32 Bits erforderlich.In the presented method, a system can be used that is similar to NDS, but with minor changes, in order to adapt it to the goals aimed at here. As explained above, the smallest level is given by NDS level 15, at which the tile size is 393 mx 305 m, which can be very large for the purposes aimed at here. After testing different tile sizes, a tile with a tile size of 50 mx 50 m shows reliable results because measurements at this distance have similar properties. This means that more than 15 levels may be required in the process. NDS uses a maximum of 32 bits, which supports up to 2 32 different tiles. If the entire world is represented with a tile of 50 mx 50 m, more than 32 bits are required.
Wie voranstehend erwähnt wurde, kann der Ansatz nur für einen begrenzten Bereich angewendet werden. Wird bspw. Deutschland mit näherungsweise 360.000 qm dargestellt, sind bei dieser Kachelgröße 28 Bit ausreichend. Wie weiterhin voranstehend erwähnt wurde, wird, wenn kleinere Kachelgrößen erforderlich sind, das System zu dem nächst niedrigeren Niveau zoomen, was bedeutet, dass sich die Kachelanzahl um zwei Bits vergrößert. Es können bspw. zwei niedrigere Vergrößerungsgrade mit dem 32-Bit-System verwendet werden.As mentioned above, the approach can only be used for a limited area. If, for example, Germany is represented with approximately 360,000 square meters, this includes Tile size 28 bits sufficient. As mentioned above, when smaller tile sizes are required, the system will zoom to the next lower level, which means that the tile number will increase by two bits. For example, two lower levels of magnification can be used with the 32-bit system.
Somit bedeutet die Verwendung eines spezifischen Vergrößerungsgrads, dass eine Kachelgröße von 50 m x 50 m gewährleistet, dass eine bestimmte Anzahl von Kacheln verwendet wird und dass jede Kachel eine Kennzeichnung hat. Diese Kennzeichnung identifiziert die Kachel und dabei insbesondere, welcher Bereich durch die Kachel abgedeckt ist. Die mobile Einrichtung bzw. das Fahrzeug kennt vorab der verwendete Vergrößerungsgrad, und während es sich bewegt, zeigen die gegenwärtigen Koordinaten Länge und Breite an. Entsprechend kann die Kennzeichnung der Kachel berechnet werden.Thus, the use of a specific magnification level means that a tile size of 50 mx 50 m ensures that a certain number of tiles is used and that each tile has a label. This identification identifies the tile and in particular which area is covered by the tile. The mobile device or vehicle knows in advance the degree of magnification used, and while it is moving, the current coordinates indicate longitude and latitude. The marking of the tile can be calculated accordingly.
Wie voranstehend erwähnt wurde, hängt das vorgestellte Verfahren davon ab, Informationen zu der Abdeckungskarte durch die mobile Einrichtung bzw. das Fahrzeug und nicht durch eine Datenbank des Diensteanbieters zu speichern. Dies bedeutet, dass zu Beginn keine Signalzustandsmessungen, d. h. gemessen von dem Fahrzeug, in der Abdeckungskarte abgelegt sein werden, sondern Referenzwerte auf eine der beiden nachstehenden Arten gespeichert sein können:
- 1. Referenzmessungen, die bereits in der Karte, geliefert von dem Kartenanbieter enthalten sind.
- 2. Die Ausgangs- bzw. Anfangs-Karte wird mit Informationen geliefert, die den Ort bzw. die Position der Basisstationen und deren Sendeleistungsinformationen betreffen. Werden diese beiden Parameter verwendet, kann die Empfangsleistung bei verschiedenen Kacheln näherungsweise als Anfangswert berechnet werden.
- 1. Reference measurements that are already included in the card supplied by the card provider.
- 2. The initial or initial card is supplied with information relating to the location or position of the base stations and their transmission power information. If these two parameters are used, the reception power can be calculated approximately as an initial value for different tiles.
Der Kartenanbieter liefert die Karte mit der anfänglichen Kachelverteilung, wobei für jede Kachel Anfangsinformationen enthalten sind. Diese Informationen können den genauen Ort der verschiedenen Basisstationen im Verhältnis zu den Kacheln zusätzlich zu der Übertragungsleistung jeder dieser Basisstationen betreffen.The card provider delivers the card with the initial tile distribution, with initial information being included for each tile. This information can relate to the exact location of the various base stations in relation to the tiles in addition to the transmission power of each of these base stations.
Die Anfangsinformationen können auch direkt die erwartete Empfangsleistung für jede Kachel sein. Der Kartenanbieter kann ein Referenzfahrzeug besitzen, das durch verschiedene Kacheln fährt und die Empfangsleistung an verschiedenen Orten sammelt. Die Messungen variieren von Zeit zu Zeit, selbst an den genauen Orten, aufgrund von Wetterbedingungen, verschiedenen Reflexionsgraden und aufgrund einer unterschiedlichen Anzahl an Nutzern. Entsprechend sind die gesammelten Messungen von dem Kartenanbieter lediglich Ausgangs- bzw. Anfangswerte, die von dem Fahrzeug verwendet werden, wenn dieses zum ersten Mal durch eine bestimmte Kachel fährt.The initial information can also directly be the expected reception power for each tile. The card provider can have a reference vehicle that drives through different tiles and collects the reception power at different locations. The measurements vary from time to time, even at the exact locations, due to weather conditions, different degrees of reflection and due to a different number of users. Accordingly, the measurements collected by the card provider are only initial values that are used by the vehicle when it first drives through a certain tile.
Wenn der Basisstationsort für das Referenzfahrzeug, das von dem Kartenanbieter verwendet wird, um die Messungen zu sammeln, nicht genau bekannt ist, kann eine Triangulation verwendet werden, um den Basisstationsort zu bestimmen. Eine Triangulation bedeutet, dass drei Messungen innerhalb derselben Kachel und basierend auf der Variation in drei Messungen vorgenommen werden, wobei der Ort der Basisstation bestimmt werden kann.If the base station location for the reference vehicle used by the card provider to collect the measurements is not exactly known, triangulation can be used to determine the base station location. A triangulation means that three measurements are made within the same tile and based on the variation in three measurements, and the location of the base station can be determined.
Eine Triangulation kann ebenfalls verwendet werden, um die Empfangsleistungsmessung in der folgenden Kachel vorherzusagen, falls die folgende Kachel durch dieselbe Basisstation abgedeckt ist.Triangulation can also be used to predict the received power measurement in the following tile if the following tile is covered by the same base station.
Die mobile Einrichtung bzw. das Fahrzeug setzt sich in Bewegung, während ihr bzw. ihm verschiedene Schnittstellen zur Verfügung stehen, bspw. 4G von zwei verschiedenen Serviceanbietern und eine WLAN-Schnittstelle. Die mobile Einrichtung misst die verschiedenen Signalstärkeparameter kontinuierlich, während diese sich für die gegenwärtige aktive Schnittstelle bewegt. Signalstärkeparameter, die für 4G benötigt werden, sind empfangene Leistung des Referenzsignals (RSRP), empfangene Referenzsignalqualitäten (RSRQ) und Signal zu Interferenz Rauschverhältnissen (SINR). Für 3G ist die empfangene Signalcodeleistung (RSCP) und für 2G sind Rx-Level und Rx-Qualität erforderlich.The mobile device or the vehicle starts moving while different interfaces are available to it, for example 4G from two different service providers and a WLAN interface. The mobile device continuously measures the various signal strength parameters as it moves for the current active interface. Signal strength parameters that are required for 4G are received power of the reference signal (RSRP), received reference signal qualities (RSRQ) and signal to interference noise ratios (SINR). Received signal code power (RSCP) is required for 3G and Rx level and Rx quality are required for 2G.
Die erforderlichen Parameter werden jedes Mal dann einmal gemessen, wenn das Fahrzeug durch die Kachel fährt. Diese Messungen werden kontinuierlich aktualisiert, jedes Mal, wenn das Fahrzeug durch die Kacheln fährt. Die gemessenen Werte werden in einer Ausführung nicht direkt gespeichert, sondern es werden der Mittelwert und die Varianz der Messungen gespeichert. Jedes Mal, wenn das Fahrzeug durch die Kachel fährt, werden der gespeicherte Mittelwert und die Varianz mit den neuen Messungen aktualisiert. Der Mittelwert und die Varianz der Signalstärkeparameter werden dann für jede der verfügbaren Schnittstellen für jeden Ort bzw. jede Kachel gespeichert. In diesem Beispiel sind drei Sätze von Werten für jeden Ort (Kachel) erforderlich, da es hier zwei 4G-Schnittstellen und eine WLAN-Schnittstelle gibt.The required parameters are measured once each time the vehicle drives through the tile. These measurements are updated continuously every time the vehicle drives through the tiles. In one version, the measured values are not saved directly, but the mean value and the variance of the measurements are saved. Each time the vehicle drives through the tile, the stored mean and variance are updated with the new measurements. The mean and the variance of the signal strength parameters are then stored for each of the available interfaces for each location or tile. In this example, three sets of values are required for each location (tile) because there are two 4G interfaces and one WLAN interface.
4G, RSRP, RSRQ und SINR können bspw. zu einem Datenraten-Abschätzmodell geleitet werden, was ein vorab definiertes Modell ist, das dafür verantwortlich ist, diese Parameter in verfügbare Datenratenwerte zu übertragen.For example, 4G, RSRP, RSRQ, and SINR can be directed to a data rate estimation model, which is a predefined model that is responsible for translating these parameters into available data rate values.
Wenn eine Kachel zum ersten Mal besucht wird und keine Messungen für diese Kachel enthalten sind, können die Daten leicht für diese Kachel gespeichert werden, wie dies voranstehend erläutert ist. Wenn jedoch eine Messung für die Kachel bereits vorhanden ist, entweder zuvor gemessen von dem Fahrzeug oder bereits in der anfänglichen Karte enthalten, dann werden neue Messungen zusammen mit den vorherigen Messungen zusammengefasst, wobei bspw. ein gleitender Durchschnittswert-Algorithmus, bspw. ein exponentieller gleitender Durchschnittswert-Algorithmus (EMA: Exponential Moving Average), verwendet wird. When a tile is visited for the first time and no measurements are included for that tile, the data can be easily saved for that tile as explained above. However, if a measurement for the tile already exists, either previously measured from the vehicle or already included in the initial map, then new measurements are merged with the previous measurements, e.g. a moving average algorithm, e.g. an exponential moving algorithm Average value algorithm (EMA: Exponential Moving Average) is used.
Wie voranstehend erwähnt wurde, werden in Ausführung lediglich der Mittelwert und die Varianz der Messungen gespeichert und dieses sind die Werte, die durch den exponentiellen gleitenden Durchschnittswert-Algorithmus verarbeitet werden.As mentioned above, only the mean and variance of the measurements are stored in execution and these are the values processed by the exponential moving average algorithm.
Ein exponentieller gleitender Durchschnittswert-Algorithmus ist eine Art eines gleitenden Durchschnittswert-Algorithmus, wonach die gegenwärtigen Messungen ein größeres Gewicht im Vergleich zu historischen Messungen haben, d. h. es gilt:
Das System kann die Signalstärke für die nicht aktiven Schnittstellen auch messen, während es sich bewegt, um eine oder mehr zuverlässige Abdeckungskarten zu erlangen. Nach einigen Messungen werden die gespeicherten Daten innerhalb der Abdeckungskarte aufgrund des Konzepts des gleitenden Durchschnittswerts robuster. So kann danach eine Relation zwischen den gespeicherten Signalparameterwerten unter den verschiedenen Schnittstellen innerhalb einer Kachel erstellt werden, was bedeutet, dass nach lediglich einem Messen der Werte für eine Schnittstelle dies ausreichend für die anderen Schnittstellen sein kann, so dass diese entsprechend aktualisiert werden können basierend auf dem zuvor erstellten Modell zwischen den verschiedenen Schnittstellen bei dieser spezifischen Kachel.The system can also measure the signal strength for the inactive interfaces while moving to obtain one or more reliable coverage cards. After a few measurements, the data stored within the coverage map becomes more robust due to the moving average concept. A relationship between the stored signal parameter values can then be created under the various interfaces within a tile, which means that after only measuring the values for one interface, this can be sufficient for the other interfaces so that they can be updated accordingly based on the previously created model between the different interfaces for this specific tile.
Anfänglich wird die Karte in Kacheln mit einer Größe von etwa 50 m x 50 m unterteilt, Kacheln im Bereich von 50 m x 100 m zeigen ähnliche Eigenschaften, wie Versuche gezeigt haben, so dass die Größe in diesem Bereich angepasst werden kann, um bspw. dem NDS-Format zu entsprechen.Initially, the map is divided into tiles with a size of approximately 50 mx 50 m, tiles in the area of 50 mx 100 m show similar properties, as tests have shown, so that the size in this area can be adapted, for example to the NDS Format to match.
Ein einfacher Ansatz kann darin bestehen, alle Werte auf 0 zu setzen und zu füllen, wenn auf die Kachel mit Messwerten zugegriffen wird.A simple approach can be to set all values to 0 and fill them when accessing the tile with metrics.
Eine geographische Umgebung sollte verwendet werden, um die Signalstärke bei einem gegebenen Ort zu bestimmen, bevor ein Fahrzeug eine Kachel befährt. Durch Verwendung der Position der Basisstationen, Umgebungsinformationen, wie bspw. Gebäude, Stadt, ländliches Gebiet und bezogene Modelle für eine weitere Signalausbreitung, wie bspw. Freiraum, Rayleigh-Fading, ein Abstand zu einer Straße und eine Sendeleistung, kann die erwartete Signalstärke berechnet werden. Diese Anfangswerte werden aktualisiert, wenn ein Fahrzeug in eine Kachel gelangt und Werte misst, die genauer sind.A geographic area should be used to determine the signal strength at a given location before a vehicle hits a tile. The expected signal strength can be calculated by using the position of the base stations, environmental information such as buildings, city, rural area and related models for further signal propagation such as free space, Rayleigh fading, a distance to a road and a transmission power . These initial values are updated when a vehicle hits a tile and measures values that are more accurate.
Die Verwendung einer Datenbank, die durch Telekommunikationsanbieter bereitgestellt wird oder offen verfügbare Daten können ebenfalls mit dem vorherigen Ansatz kombiniert werden, um freie Räume abzuschätzen, für die keine Informationen in der Datenbank verfügbar sind.The use of a database provided by telecommunications providers or openly available data can also be combined with the previous approach to estimate free spaces for which no information is available in the database.
Die Anfangswerte werden aktualisiert, wenn ein Fahrzeug in eine Kachel gelangt und mehr Werte misst, die genau sind.The initial values are updated when a vehicle hits a tile and measures more values that are accurate.
Kacheln können zusammengefasst werden, um den Speicherbedarf zu verringern, wenn diese ähnlich sind. Eine Kachelgröße von 50 m x 50 m ist erforderlich für Orte, bei denen Zustände sich schnell ändern, bspw. in städtischen Bereichen. In ländlichen Bereichen mit einer verringerten Bebauung sind Zustände über größere Abstände stabil. Daher können diese Orte zusammengefasst werden. Es gibt zwei Möglichkeiten, diese zusammenzufassen:
- 1. Wenn die Messwerte ähnlich sind, d. h. wenn der Mittelwert und die Varianz ähnlich sind, können Kacheln zu einer Kachel zusammengefasst werden.
- a) angenommen eine normale Verteilung von gemessenen Werten,
- b) eine Varianz ist kleiner als 0,5 für benachbarte Kacheln,
- c) der Mittelwert einer benachbarten Kachel im Bereich plus/minus Varianz des Mittelwerts der gegenwärtigen Kacheln, Kacheln werden kombiniert und lediglich ein Mittelwert und eine Varianz werden gespeichert für die zusammengefassten Kacheln. Der neue Mittelwert und die Varianz sind der geometrische Mittelwert der zusammengefassten Werte.
- d) Wenn die Varianz der Kacheln groß wird, wird die Kachel in mehrere Kacheln unterteilt, bis das kleinste Level erreicht ist. Wenn bspw. die Varianz über 0,75 gelangt, wird die Kachel geteilt.
- e) Daher ist ein Zusammenfassen und ein Teilen ein iterativer Prozess basierend auf der Varianz. Die Schwellwerte der Varianz können angepasst werden.
- f) Die Zusammenfassung kann bei allen benachbarten Kacheln oder nur bei Kacheln in longitudinaler oder latitudinaler Richtung angepasst werden.
- 2. Ein Zusammenfassen basierend auf physikalischen Modellen:
- In ländlichen oder städtischen Bereichen existieren physikalische Modelle für eine Signalausbreitung. Werden die Modelle verwendet, können die erwarteten und gemessenen Werte für eine Kachel verglichen werden, wenn die Werte gleich sind, keine Werte für die Kachel müssen gespeichert werden, nur die Informationen, die für diese des physikalischen Modells angewendet werden, müssen gespeichert werden. Wenn das Modell auf benachbarte Kacheln angewendet wird, können diese Kacheln wiederum zusammengefasst werden.
- 1. If the measured values are similar, ie if the mean and the variance are similar, tiles can be combined to form a tile.
- a) assuming a normal distribution of measured values,
- b) a variance is less than 0.5 for neighboring tiles,
- c) the average of a neighboring tile in the range plus / minus variance of the average of the current tiles, tiles are combined and only an average and a variance are stored for the combined tiles. The new mean and the variance are the geometric mean of the combined values.
- d) If the variance of the tiles becomes large, the tile is divided into several tiles until the smallest level is reached. If, for example, the variance exceeds 0.75, the tile is divided.
- e) Therefore, summarizing and sharing is an iterative process based on the variance. The threshold values of the variance can be adjusted.
- f) The summary can be adjusted for all neighboring tiles or only for tiles in the longitudinal or latitudinal direction.
- 2. A summary based on physical models:
- In rural or urban areas, physical models for signal propagation exist. If the models are used, the expected and measured values for a tile can be compared if the values are the same, no values for the tile need to be saved, only the information that is used for them of the physical model has to be saved. If the model is applied to neighboring tiles, these tiles can be combined again.
Um eine Messung von Parametern auf eine einzige Kachel anzupassen, sollte die Messung während des Überquerens der Kachel beendet sein. Idealerweise startet eine Messung bei Beginn einer Kachel und endet, bevor diese Kachel verlassen wird. Messungen sollen zudem schnell durchgeführt werden.In order to adapt a measurement of parameters to a single tile, the measurement should be finished while crossing the tile. Ideally, a measurement starts at the beginning of a tile and ends before leaving this tile. Measurements should also be carried out quickly.
Einige zusätzliche Merkmale können dem System hinzugefügt werden, was dessen Fähigkeiten erhöht, wie bspw.:
- Eine Information der Kachel wird gelöscht, wenn diese nicht kontinuierlich aktualisiert wird, so dass die Speicherkapazität freigegeben wird und alte Daten entfernt werden.
- Information on the tile is deleted if it is not continuously updated, so that the storage capacity is released and old data are removed.
Um die Verwendung des Speichers weiter zu optimieren, werden nur Kacheln mit sinnvollen Daten verwendet. Nur Kacheln, die Bereiche abdecken, die von dem Fahrzeug bzw. der mobilen Einrichtung erreicht werden können, sind enthalten, so dass Kacheln, die bspw. das Meer oder eine Wüste abdecken, nicht enthalten sein werden, da diese Orte sowieso kein Mobil- oder WiFi-Signal bereitstellen.To further optimize the use of the memory, only tiles with meaningful data are used. Only tiles that cover areas that can be reached by the vehicle or the mobile device are included, so that tiles that cover, for example, the sea or a desert will not be included, since these places are not mobile or Provide WiFi signal.
Kacheln mit ähnlicher Signalcharakteristik, die durch denselben Mittelwert und eine kleinere Varianz angezeigt sind, können zusammen gruppiert werden, um die Speicheranforderungen zu reduzieren. Eine Steigerung zu einem höheren Vergrößerungsgrad bedeutet, dass die Kachelanzahl um zwei Bits reduziert wird. Näheres hierzu wird nachstehend ausgeführt.Tiles with similar signal characteristics, indicated by the same mean and less variance, can be grouped together to reduce memory requirements. An increase to a higher degree of enlargement means that the number of tiles is reduced by two bits. More details are given below.
Das vorgestellte System kann ebenfalls Smartphone-Nutzern zur Verfügung gestellt werden, einschließlich aller Positionen, bspw. auch der Positionen in Gebäuden.The system presented can also be made available to smartphone users, including all positions, for example also positions in buildings.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- US 2015020140 A [0005]US 2015020140 A [0005]
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R118 | Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority |