專利名稱：一種無線局域網(wǎng)的終端定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線局域網(wǎng)的終端定位方法，尤其涉及一種可以在工業(yè)或者民用領(lǐng)域使用的基于WLAN技術(shù)的對(duì)終端的無線定位方法，屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別是WLAN技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
定位技術(shù)的誕生已經(jīng)有很多年的歷史了，從航海技術(shù)和天文學(xué)大發(fā)展的時(shí)候，為了精確的定位航船或者天體的位置，很多定位的理論和方法就已經(jīng)問世了。當(dāng)前，科技技術(shù)的不斷進(jìn)步，用戶需求的不斷增加，使得無線定位技術(shù)越來越被人們所關(guān)注，如GPS，蜂窩通訊系統(tǒng)無線定位，雷達(dá)定位等等。這些技術(shù)廣泛的為人民生活，工業(yè)領(lǐng)域和國(guó)防建設(shè)所使用。無線定位技術(shù)有很多種，但是總體上可以安裝定位的方法分為以下三種測(cè)量接收信號(hào)功率的定位技術(shù)，測(cè)量接收信號(hào)方向(AOA)的定位術(shù)，測(cè)量信號(hào)傳播時(shí)間特性的定位技術(shù)。
WLAN技術(shù)是今年來新興的，也是最熱門的無線技術(shù)，它利用射頻(RF)技術(shù)傳送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無線的局域網(wǎng)連接。人們使用這種技術(shù)可以讓隨身的設(shè)備(如PDA，筆記本電腦，手機(jī))和固定設(shè)備(臺(tái)式電腦，智能家電)具備了無線上網(wǎng)的功能，不必因?yàn)樵O(shè)備的位置和布線大傷腦筋，同時(shí)也方便用戶可以在各種場(chǎng)合下可以方便的使用運(yùn)營(yíng)商和服務(wù)提供商提供的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如瀏覽信息，收發(fā)郵件等等。
在WLAN的通訊原理中，分為對(duì)等組網(wǎng)和基礎(chǔ)模式組網(wǎng)，對(duì)等組網(wǎng)(如圖1所示)不需要無線的接入點(diǎn)(AP)，所有的無線終端(STA)之間互相通訊；基礎(chǔ)模式組網(wǎng)(如圖2所示)則需要無線接入點(diǎn)，無線終端發(fā)出的所有信號(hào)和數(shù)據(jù)都要先發(fā)送到AP，然后由AP轉(zhuǎn)發(fā)給目前終端。后一種模式因?yàn)榉奖愎芾?，而且可以和有線網(wǎng)進(jìn)行橋接，目前是最主要的WLAN使用模式。
由于無線是一種廣播通訊機(jī)制，在同一個(gè)頻段上，一個(gè)時(shí)刻就只能有一個(gè)設(shè)備在發(fā)送信號(hào)，所以每個(gè)通訊的終端設(shè)備如果需要使用無線頻段，則必須要進(jìn)行沖突的避免。在一個(gè)存在多個(gè)通訊終端的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如果有一個(gè)終端設(shè)備出現(xiàn)了故障，它就會(huì)不斷的向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出嘗試占有頻段的信號(hào)，從而干擾其它終端的正常通訊。而且，對(duì)于某些惡意攻擊無線AP的終端，也會(huì)利用這樣的手段，反復(fù)嘗試連接網(wǎng)絡(luò)。所以很需要一種機(jī)制，在WLAN的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對(duì)無線終端的位置進(jìn)行確定，以檢測(cè)這種“壞結(jié)點(diǎn)”的位置，從而避免干擾和攻擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無線局域網(wǎng)的終端定位方法，可以有效檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的壞節(jié)點(diǎn)，進(jìn)而采取措施防止其對(duì)正常通訊的干擾；另外，對(duì)于惡意攻擊的無線AP終端，可以將其迅速定位，繼而有效避免攻擊。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種無線局域網(wǎng)的終端定位方法，在至少包括一個(gè)定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，包括如下步驟步驟一，由該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的三個(gè)無線接入點(diǎn)AP向處于該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的待測(cè)量終端分別無沖突發(fā)送懇求CF-Poll詢問包，并記錄發(fā)送的時(shí)間；；步驟二，發(fā)送詢問包的AP分別記錄收到CF-Poll詢問包的返回信息的時(shí)間，將返回時(shí)間與發(fā)送時(shí)間的時(shí)間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計(jì)算得到該無線終端的位置。
如上所述步驟二中，定位服務(wù)器計(jì)算無線終端的位置，利用三個(gè)AP測(cè)得的測(cè)量結(jié)果和已知的三個(gè)AP之間的物理距離，可以計(jì)算得到無線終端的位置。計(jì)算方法如下三個(gè)AP間的距離分別設(shè)為S1，S2，S3；由三個(gè)AP測(cè)量出的測(cè)量結(jié)果的比值設(shè)為x∶y∶z，設(shè)長(zhǎng)度單元為a，則三個(gè)AP測(cè)出的距離分別為xa，ya，za。則計(jì)算公式為根據(jù)余弦定理，S12＝(xa)2+(ya)2-2·xa·ya·cosθ1S22＝(ya)2+(za)2-2·ya·za·cosθ2S32＝(xa)2+(za)2-2·xa·za·cosθ3cosθ1＝-cos(θ2+θ3)解出上面的方程組，未知數(shù)為θ1，θ2，θ3和a，可以得出a的值，從而算出S點(diǎn)的位置。
如上所述步驟一之前，所述的定位服務(wù)器對(duì)所有接入的無線終端進(jìn)行記錄，具體包括如下步驟首先，無線終端連接入無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESSID中任意一個(gè)AP，并在該AP定義的基本服務(wù)區(qū)BSS中注冊(cè)；然后，由對(duì)應(yīng)的AP把接入的無線終端信息發(fā)送給定位服務(wù)器，定位服務(wù)器對(duì)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)內(nèi)的接入的終端進(jìn)行記錄。
如上所述的步驟二中，發(fā)送懇求CF-Poll詢問包的AP設(shè)定一個(gè)等待無線終端反饋時(shí)間，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無反饋，則測(cè)試失敗，定位過程結(jié)束；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時(shí)間，算出時(shí)間差，并發(fā)送到定位服務(wù)器。
如上所述步驟二中對(duì)某一個(gè)選定的終端進(jìn)行定位，所有三個(gè)AP必須依次測(cè)量，當(dāng)一個(gè)AP進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，其它的兩個(gè)AP必須處于監(jiān)聽狀態(tài)。
本發(fā)明提供了一種無線局域網(wǎng)的終端定位方法，利用WLAN的通訊原理和經(jīng)典的三點(diǎn)定位的測(cè)量方法，同時(shí)利用多個(gè)無線接入點(diǎn)對(duì)接入的某個(gè)無線終端進(jìn)行定位，對(duì)于接入端的設(shè)備和AP均無需做任何的修改，只要是普通的支持802.11網(wǎng)卡和AP，就可以實(shí)現(xiàn)這一方法。該方法簡(jiǎn)單有效，既可以用來檢測(cè)“壞結(jié)點(diǎn)”，并防止其干擾，也可以用來檢測(cè)無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)分布，從而達(dá)到平衡網(wǎng)絡(luò)流量和負(fù)載的目的。


圖1為WLAN的對(duì)等組網(wǎng)模式示意圖；圖2為WLAN的基礎(chǔ)組網(wǎng)模式示意圖；圖3為由三個(gè)AP組成的擴(kuò)展服務(wù)區(qū)示意圖；圖4為一個(gè)AP對(duì)選定無線終端進(jìn)行定位測(cè)試的流程圖；圖5為定位服務(wù)器計(jì)算無線終端位置的原理圖。
具體實(shí)施例方式
在基礎(chǔ)模式的WLAN通訊機(jī)制中，AP是所有通訊數(shù)據(jù)的中間站，AP采用了一種中心網(wǎng)絡(luò)控制方式--點(diǎn)協(xié)調(diào)功能(PCF)的來提供可選優(yōu)先級(jí)的無競(jìng)爭(zhēng)的幀傳送。本發(fā)明利用AP和無線終端之間傳遞的控制幀和各個(gè)設(shè)備的時(shí)間戳來進(jìn)行定位測(cè)量。
無線接入點(diǎn)和無線終端之間的標(biāo)準(zhǔn)通訊過程為當(dāng)無線終端存在于一個(gè)基本服務(wù)區(qū)(BSSID)中的時(shí)候，無線AP在一個(gè)無沖突服務(wù)階段開始后，會(huì)對(duì)每一個(gè)已經(jīng)連接上的無線終端進(jìn)行詢問，詢問該結(jié)點(diǎn)是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，無論該結(jié)點(diǎn)是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)，都必須回復(fù)。本發(fā)明將這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)過程進(jìn)行擴(kuò)展，利用三個(gè)AP來輪詢同一個(gè)無線終端，并對(duì)詢問-回復(fù)的周期進(jìn)行計(jì)算，最后利用三點(diǎn)定位的原理來確定該點(diǎn)在三點(diǎn)坐標(biāo)系中的位置。
本發(fā)明提供的無線局域網(wǎng)的終端定位方法，應(yīng)用在至少包括一個(gè)定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，包括由該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的三個(gè)無線接入點(diǎn)AP向處于該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的待測(cè)量終端分別無沖突發(fā)送懇求CF-Poll詢問包，并記錄發(fā)送的時(shí)間；發(fā)送詢問包的AP分別記錄收到CF-Poll詢問包的返回信息的時(shí)間，將返回時(shí)間與發(fā)送時(shí)間的時(shí)間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計(jì)算得到該無線終端的位置。
下面對(duì)上述方案進(jìn)行詳細(xì)地介紹。
圖3所示為三個(gè)AP組成的一個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)(ESSID)，在這個(gè)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)中，所有的AP的服務(wù)區(qū)名稱(SSID)是相同的，但是三個(gè)AP的擴(kuò)展服務(wù)區(qū)名稱(BSSID)不同，無線終端聯(lián)入到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，在某個(gè)特定的時(shí)候，只能存在于一個(gè)BSSID(對(duì)應(yīng)于一個(gè)AP)中；但是由于無線訪問介質(zhì)的唯一性，所有AP發(fā)出數(shù)據(jù)包這個(gè)無線終端都可以收得到。
當(dāng)定位服務(wù)器需要確定一臺(tái)無線終端的位置的時(shí)候，它通知三個(gè)和它相連接的AP，每個(gè)AP都向無線終端發(fā)出一個(gè)詢問包，AP分別響應(yīng)每一個(gè)詢問包，然后三個(gè)AP把得到的時(shí)間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器進(jìn)行運(yùn)算得到無線終端的位置。
定位服務(wù)器計(jì)算無線終端的位置的方法如下計(jì)算原理圖如圖5所示，三個(gè)AP間的距離分別設(shè)為S1，S2，S3；由三個(gè)AP測(cè)量出的測(cè)量結(jié)果的比值設(shè)為x∶y∶z，設(shè)長(zhǎng)度單元為a，則三個(gè)AP測(cè)出的距離分別為xa，ya，za。則計(jì)算公式為S12＝(xa)2+(ya)2-2·xa·ya·cosθ1S22＝(ya)2+(za)2-2·ya·za·cosθ2，S32＝(xa)2+(za)2-2·xa·za·cosθ3cosθ1＝-cos(θ2+θ3)解出上面的方程組，未知數(shù)為θ1，θ2，θ3和a，可以得出a的值，從而算出S點(diǎn)的位置。
對(duì)無線終端的定位可由定位服務(wù)器發(fā)起，因此定位服務(wù)器需要對(duì)所有接入的無線終端進(jìn)行記錄，具體包括如下步驟首先，定位服務(wù)器對(duì)所有在無線接入點(diǎn)AP天線覆蓋范圍以內(nèi)的接入的無線終端進(jìn)行記錄；即由三個(gè)AP組成無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展服務(wù)區(qū)(ESSID)，無線終端連接入其中任意一個(gè)AP，并在該AP定義的基本服務(wù)區(qū)(BSS)中注冊(cè)； 然后，由對(duì)應(yīng)的AP把接入的無線終端信息報(bào)告給定位服務(wù)器，定位服務(wù)器對(duì)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有接入的終端進(jìn)行記錄。
當(dāng)定位服務(wù)器需要確定一臺(tái)無線終端的位置的時(shí)候，它通知三個(gè)與其相連接的AP，每個(gè)AP都向無線終端發(fā)出一個(gè)詢問包，發(fā)送懇求CF-Poll詢問包的AP設(shè)定一個(gè)等待無線終端反饋時(shí)間，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無反饋，則測(cè)試失敗，定位過程結(jié)束；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時(shí)間，算出時(shí)間差，并發(fā)送到定位服務(wù)器。
這樣，由三個(gè)和選定終端相連接的無線接入點(diǎn)AP來分別進(jìn)行對(duì)某一個(gè)選定終端的測(cè)量；如圖4所示，一次測(cè)量操作至少包括首先，AP向選定的無線終端發(fā)出無沖突發(fā)送懇求(CF-Poll)詢問包，并記錄當(dāng)前時(shí)間；然后，等待無線終端反饋，若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無反饋，則測(cè)試失敗，定位過程結(jié)束；若在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時(shí)間，算出時(shí)間差。
需要說明的是在定位服務(wù)器進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，由于三個(gè)AP處于同一個(gè)無線介質(zhì)范圍內(nèi)，所有三個(gè)AP必須依次測(cè)量，當(dāng)一個(gè)AP進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，其它的兩個(gè)AP必須處于監(jiān)聽狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)有擴(kuò)展服務(wù)區(qū)(ESSID)內(nèi)的多個(gè)AP之間的接入點(diǎn)間通訊協(xié)議(IAPP)進(jìn)行維護(hù)，不需要定位服務(wù)器處理。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種無線局域網(wǎng)的終端定位方法，其特征在于，在至少包括一個(gè)定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，包括如下步驟步驟一，由該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的三個(gè)無線接入點(diǎn)AP向處于該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的待測(cè)量終端分別無沖突發(fā)送懇求CF-Poll詢問包，并記錄發(fā)送的時(shí)間；步驟二，發(fā)送詢問包的AP分別記錄收到CF-Poll詢問包的返回信息的時(shí)間，將返回時(shí)間與發(fā)送時(shí)間的時(shí)間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計(jì)算得到該無線終端的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線局域網(wǎng)的終端定位方法，其特征在于，所述的步驟二中，定位服務(wù)器采用如下的公式計(jì)算待測(cè)量終端的位置S12＝(xa)2+(ya)2-2·xa·ya·cosθ1S22＝(ya)2+(za)2-2·ya·za·cosθ2S32＝(xa)2+(za)2-2·xa·za·cosθ3cosθ1＝-cos(θ2+θ3)其中S1，S2，S3為已知的三個(gè)AP之間距離；θ1，θ2，θ3為三個(gè)AP與待測(cè)終端的夾角；x∶y∶z為三個(gè)AP收到CF-Poll詢問包返回信息的時(shí)間與發(fā)送時(shí)間的時(shí)間差之比，a為單位距離，則xa，ya，za為三個(gè)AP距離待測(cè)終端的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無線局域網(wǎng)的終端定位方法，其特征在于，所述的步驟一之前，所述的定位服務(wù)器對(duì)所有接入的無線終端進(jìn)行記錄，具體包括如下步驟首先，無線終端連接入無線網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESSID中任意一個(gè)AP，并在該AP定義的基本服務(wù)區(qū)BSS中注冊(cè)；然后，由對(duì)應(yīng)的AP把接入的無線終端信息發(fā)送給定位服務(wù)器，定位服務(wù)器對(duì)擴(kuò)展服務(wù)區(qū)內(nèi)的接入的終端進(jìn)行記錄。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線局域網(wǎng)的終端定位方法，其特征在于，所述的步驟二中，發(fā)送懇求CF-Poll詢問包的AP設(shè)定一個(gè)等待無線終端反饋時(shí)間，如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無反饋，則測(cè)試失敗，定位過程結(jié)束；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時(shí)間，算出時(shí)間差，并發(fā)送到定位服務(wù)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無線局域網(wǎng)的終端定位方法，其特征在于，所述步驟二中對(duì)某一個(gè)選定的終端進(jìn)行定位，所有三個(gè)AP依次測(cè)量，當(dāng)一個(gè)AP進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，其它的兩個(gè)AP必須處于監(jiān)聽狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于WLAN技術(shù)的無線定位方法，在至少包括一個(gè)定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴(kuò)展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，至少包括如下步驟由該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的三個(gè)無線接入點(diǎn)AP向處于該擴(kuò)展服務(wù)區(qū)的待測(cè)量終端分別無沖突發(fā)送懇求CF－Poll詢問包，并記錄發(fā)送的時(shí)間；發(fā)送詢問包的AP分別記錄收到CF－Poll詢問包的返回信息的時(shí)間，將返回時(shí)間與發(fā)送時(shí)間的時(shí)間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計(jì)算得到該無線終端的位置。本發(fā)明利用WLAN的通訊原理和經(jīng)典的三點(diǎn)定位的測(cè)量方法，同時(shí)利用多個(gè)無線接入點(diǎn)對(duì)接入的某個(gè)無線終端進(jìn)行定位，該方法簡(jiǎn)單有效，既可以用來檢測(cè)“壞結(jié)點(diǎn)”，并防止其干擾，也可以用來檢測(cè)無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點(diǎn)分布，從而達(dá)到平衡網(wǎng)絡(luò)流量和負(fù)載的目的。
文檔編號(hào)H04L29/10GK1674541SQ200410008878
公開日2005年9月28日 申請(qǐng)日期2004年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月25日
發(fā)明者王震宇, 于辰濤, 田治江 申請(qǐng)人:聯(lián)想(北京)有限公司