專利名稱::對符合ieee802.11協(xié)議的無線設備進行定位的方法
技術領域:
:本發(fā)明涉及--------種對無線設備的定位方法,更特別地說,是指---種基于Radio-map信息,對符合IEEE802,ll.協(xié)議的無線設備進行定位的方法。在本發(fā)明的定位方法中,將符合IEEE802,ii協(xié)議通信的無線設備記為802,ii設各。
背景技術:
:802,1.1協(xié)議是IEEE最初制定的一個無線局域網標準。無線局域網(WirelessLocalAreaNetworks,WLAN)是現(xiàn)代計算機網絡與無線通信技術相結合的產物。它是在局部區(qū)域內以無線媒體或介質進行通信的無線網絡,傳輸媒介-一般是無線電波。Radio-m即是指在目標區(qū)域里按照一定的間隔距離確定若十采樣點,形成一個采樣點的網格,并將每個點所測得的信號強度連同其位置信息-一同保存在數(shù)據(jù)庫里,這些信息就口11Radio-map。隨著無線網絡密度的提高,網絡質量也會伴隨著故障點的增多而下降,導頻污染、鄰頻千擾、切換掉線、信號肓區(qū)的增多,導致投訴量的不斷提升,直接影響了運營商在廣大用戶中的形象。為了進--------步提高無線網絡運行質量,網絡管理員(NetworkAdministrator,NA)^7要倡助協(xié)議分析儀(ProtocolAnalyzer,PA)實地考察目標區(qū)域的802,11設備(主要包括0允線接入點、無線用戶終端)情況,以了解目標區(qū)域中W哪些802.11設備正在運行,以及在何處運行,獲得這些信息后才能進一步采取行動,比如拆除私裝的無線接入點(AccessPoinL,AP)、在適當?shù)奈恢锰砑訜o線接入點。目甜NA在目標區(qū)域所使用的PA并沒有有關802.11設備的地理位置信息,即使探測出異常情況(比如探測出私裝的AP),NA也不知道這個私裝AP安裝在什么位置,阻礙了私裝AP的順利拆除以及AP的部署優(yōu)化。
發(fā)明內容為了方便網絡管理員(M)對802,11設備的有效管理及位置的優(yōu)化部署,本發(fā)明提出-一種基于Radio-map對符合IEEE802.11協(xié)議的無線設備進行定位的方法。該定位方法通過在:[ee:e802,11:m:Ac協(xié)議中添加信號強度分布信息,并通過存儲在無線接入點(pa)中的Radio-map信息,來獲得無線接入點(PA)中當前沒有802,ii設備的地理位置信息,通過獲得的地理位置信息實現(xiàn)對8()2.ll設備的當前位置定位。本發(fā)明方法解決了在運行一段時間后的無線W域網中,對后來添加的無線接入點(PA)或者仏裝接入點進行的地理位置定位,同時木發(fā)明的方法能夠對802.11設備的具體位置不清、漠蓋.率統(tǒng)計困難等問題進行有效管理。本發(fā)明提出一種棊于Radio-map對符合IEEE802.11協(xié)議的無線設備進行定位的方法,首先通過管理員端(Manager)在任意采樣點sPj上對無線信號強度進行采集n(100<n《200)次后,并將所得到的無線信號強度信息=<1.i,AP,,S,p(S!I,)>存儲在數(shù)據(jù)庫中;然后利用該數(shù)據(jù)痄中的數(shù)據(jù)構建出Radio-map;最后在Radio-map中應用概率-定位策略確定出候選位置r。所述的概率-定位策略的執(zhí)行步驟有執(zhí)行歩驟--一管理員端Manager掃描目標區(qū)域中的802.ii設備通過管理員端M朋ager內置的無線網卡才—l描冃標區(qū)域的802.11設備,包括無線接入點AP和無線用戶端Sta,此吋可以得到掃描到的所有802.11設備的Mac地址信息;然后,管理員端Manager可以從掃描得到的所有802.11設備中選定一個或幾個可疑目標作為定位目標;最后根據(jù)定位的結果拆除私裝的無線接入點或者在選定位置添加無線接入點;執(zhí)行步驟二管理員端向目標802,1.1設備發(fā)送定位請求幀由管理員端Manager向802.11設備發(fā)送定位請求幀,其中Type=11的幀表示定位幀,SubType=()()()O表不定位請求幀;Addressl=da表不目的端MAC地址,定位請求幀的目的端是待定位的802,ii設各;Address2=SA表示發(fā)送端MAC地址,定位請求幀的發(fā)送端是管理員端;定位請求幀的幀體為空;執(zhí)行步驟三目標802,11設備回復定位響應幀接收到定位請求幀的802.11設備將探測所有它所能探測到的無線接入點的接收信號強度RSSI,然后按照RSSI從人到小的順序將無線接入點的MAC地址和RSSI封裝到定位響應幀屮;Type=11的幀表示定位幀,SubType=0001表示定位響應幀;Addressl=DA表示目的端MAC地址,定位響應幀的目的端是管理員端;Address2=SA表示發(fā)送端MAC地址,定位響應幀的發(fā)送端是待定位的802,11設備;執(zhí)行歩驟四管理員端通過概率-定位策略確定候選位置1'管理員端解析接收到的定位響應幀,得到無線信號強度向量稱為在線-向量S'={s'i,s'2,……,s'k},然后依據(jù)貝葉斯概率關系p(/,。,=/'Iy)=I^=;):/(L=1)得到候選位置1';最后從該候選位置r中找出P(ireal=i';s')的最人值。本發(fā)明的方法能夠解決目前PA屮沒有802,11.設備的地理位置信息、對802,11設備的具體位置不清、覆蓋率統(tǒng)計困難等問題,進而實現(xiàn)對802.11設備的'Y]效管理。圖1是在一個冃標區(qū)域中8()2.11設備的分布示意圖。圖2是本發(fā)明對符合IEEE802,11協(xié)議的無線設備進行定位的流程圖。圖3是木發(fā)明擴展后的IEEE802,11MAC協(xié)議幀結構。圖3A是本發(fā)明擴展后的IEEE802.11MAC協(xié)議幀中定位響應幀幀體結構。具體實施例方式'K面將結合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明參見圖i所示,在-一個目標區(qū)域內包括有多個無線接入點、多個采樣點、多個無線用戶端和一個管理員端(Manager)。其中,無線接入點(AP)、管理員端(Manager)和無線用戶端(Sta)屬丁'802,11設備。為了方便網絡管理員(M)對802,11設備的有效管理及位置的優(yōu)化部署,木發(fā)明是-一種基于Radio-map對符合IEEE802.11協(xié)議的無線設備進行定位的方法。該定位方法通過在:[EE:E802,ll.MAC協(xié)議中添加信號強度分布信息,并通過存儲在PA(協(xié)議分析儀)中的Radio-map對802.ii設各的當前位置進行定位,以解決目甜PA中沒有802.ii設備的地理位置信息、對8()2.11設備的具體位置不清、覆蓋率統(tǒng)計困難等問題,進而實現(xiàn)對8()2.11設備的有效管理。在木發(fā)明巾,IEEE802,l.].MAC協(xié)議的結構如圖3所示,其巾在:FrameContro1(幀控制)字段中的Type(第3和第4個比特)規(guī)定了該幀的類型,兩個比特的Type共能表示四種類型,但目前只使ltj三種類型的802,謹C幀(管理幀:Type=O(),控制幀:Type=01,數(shù)據(jù)幀Type=10),所以可以規(guī)定Type=11的幀表示定位幀,而SubType=0000表示定位請求幀,SubType=0001表不定位響應幀。對f定位響應幀幀體的結構如圖3A所不,接收到定位請求幀的802.ii設備將探測所有它所能探測到的AP個數(shù)以及其接收信號強度RSSi,然后按照RSSi從大到小的順序將AP的MAC地址和RS引封裝到定位響應幀中。至于幀頭的其它部分,Typc=11的幀表示定位幀,SubTypo=0001表示定位響應幀;Addrossl=DA表示目的端MAC地址,定位響應幀的目的端是管理員端;Address2=SA表示發(fā)送端MAC地址,定位響應幀的發(fā)送端是待定位的802,11設備。參見圖2所示,在本發(fā)明屮,通過管理員端Manager來創(chuàng)建Radio-m即,然后管理員端Manager向802.11設備發(fā)送定位請求幀LF,對接收到LFREQ的802.11設備則冋復一個定位響應幀L:F^最后管理員端Manager依據(jù)概率-定位策略獲得目標區(qū)域的802,11設備的位置。在本發(fā)明中,多個無線接入點按照集合表達形式為APa^二(鄰,,即2,……,即J,aPl表示目標區(qū)域中的第1個無線接入點,即2表示目標區(qū)域中的第2個無線接入點,aft表示目標區(qū)域巾的第k個無線接入點,k表示目標區(qū)域中無線接入點的個數(shù)。在本發(fā)明中,多個釆樣點按照集合表達形式為SP={sPl,sp2,…spj…,spm},sPl表示第1個采樣點,鄰2表示第2個采樣點,sPj表示第j個采樣點(也稱為任意一個采樣點,l《j《m),spffl表示第m個采樣點。在本發(fā)明中,多個無線用戶端按照集合表達形式為STA={sta:l,sta2,……,staa}。在本發(fā)明中,應用管理員端Mfcinager來創(chuàng)建Radio-map所執(zhí)行的歩驟為創(chuàng)建步驟一確定目標區(qū)域,并設置采樣點在本發(fā)明中,目標區(qū)域可以選取-^幢大樓的各e。而在每-4姿S中按照2米5米的間隔進行采樣點的設置,目標區(qū)域內所有采樣點位置的集合記為1」=仏,12,…,:[j,…,lffl},lj表示釆樣點鄧j的位置。該位置lj中包括有樓宇名B、樓層F、坐標(Xj,yj),記為lj=〈B,F(xiàn),(Xj,yj)〉。創(chuàng)建歩驟二構建Radio-map管理員端Manager在任意采樣點鄧」....匕對無線信號強度進行采集n(100<11《200)次后,并將所得到的無線信號強度信息Ij=〈lj,APar。a,S,P(Silj)〉存儲在數(shù)據(jù)庫中。其中,lj表示采樣點SPi的位置,AP,a二〈即p鄰2,……,即k〉表示在冃標區(qū)域中所有無線接入點的集合,離線無線信弓強度向量S二〈Si,S2,……,Sk〉表示即i,即2,……,apk的無線信號強度分別為s,,s2,……,sk,p(S;lj)表示采樣點位置I.,處接收到離線-向量S的概率。在本發(fā)明中的g標區(qū)域內,采用與執(zhí)行歩驟二相同的處理方式進行其它采樣點的添加,并統(tǒng)計每個接入點的信號強度,按照統(tǒng)計值計算每個信號強度的概率,將每個采樣點信息存入數(shù)據(jù)庫,這就構建了--------個用于概率-定位策略進行定位的Radio-map。參見圖1所示,假設冃標區(qū)域中有W個無線接入點,記為APpAP2、AP3和A^;兩個無線用戶端Stal和Sta2,.'個管理員端Manager。首先管理員NA在目標區(qū)域選擇若干個采樣點,并且每一個采樣點在目標區(qū)域中只有一個唯一位置。以第--個釆樣點sPl為例,該第--個釆樣點sPl的附近可以探測到四個無線接入點APpAP2、AP3和AP,.;,則第一個采樣點sPl在Radio-m鄰屮的存儲情況為下表所示<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>在本發(fā)明中,應用管理員端Manager來定位802,11設備所執(zhí)行的步驟為執(zhí)行步驟一管理員端Manager掃描目標區(qū)域中的802.11設備通過管理員端Manager內置的無線網卡,掃描目標區(qū)域的802,11設備,包括無線接入點AP和無線用戶端Sta,此時可以得到掃描到的所有802.11設備的Mac地址等信息,這是普通PA既:fl—的功能。然后,管理員端Manager可以從掃描得到的所:"802.11設備中選定一個或幾個可疑目標(比如私裝AP)作為定位目標,稱為目標802.11設備。最后根據(jù)定位的結果迅速采取相應的措施,比如拆除私裝的無線接入點(AccessPoint,AP)、在適當?shù)奈恢锰砑訜o線接入點。執(zhí)行步驟二管理員端向目標802.11設備發(fā)送定位請求幀如圖2所示,為得到802.11設備的地理位置,由管理員端Manager向802.11設備發(fā)送定位請求幀,其中Type=11的幀表示定位幀,SubType=0000表示定位請求幀;Addressl=DA表示目的端MAC地址,定位請求幀的目的端是待定位的802,1.1設備;Address2=SA表示發(fā)送端MAC地址,定位請求幀的發(fā)送端是管理員端;定位請求幀的幀體為空。執(zhí)行歩驟三目標802.ii設備回復定位響應幀接收到定位請求幀的802.11設備將探測所^它所能探測到的無線接入點(總數(shù)設為k)的接收信號強度:rssi:,然后按照rssi從大到小的順序將無線接入點的:m:ac地址和RSSI封裝到定位響應幀中,定位響應幀的幀休部分如附圖2A所示。至于幀頭的其它部分,Type=11的幀表示定位幀,SubType=()()()l表示定位響應幀;Addressl=l)A表示目的端MC地址,定位響應幀的目的端是管理員端;Address2=SA表示發(fā)送端MAC地址,定位響應幀的發(fā)送端是待定位的802,11設備。執(zhí)行步驟四管理員端通過概率-定位策略確定候選位置1'管理員端解析接收到的定位響應幀,得到無線信號強度向量稱為在線-向量S'=(s''pS'2,……,s'k),表示鄰i,即2,……,即k的無線信號強度分別為S''i,s'2,"…、s'k。此時,由貝葉斯概率的公式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>可知候選位置。該候選位置是指從位置集合L巾尋找位置1'使得p(lreal=1'|S')達到最人值。?(131=1'|S')表示接收到無線信號強度向量為S'的條件下實際位置l,i為候選位置i'的概率,p(s'!ireal=r)表示實際位置].Mal為待定位置i'的條件下無線信號強度向量為s'的概率,p(i^i二r)表示實際位置ial為待定位置r的的概率,p(s'')表不無線信號強度向量為s''的概率。由于802.ii設各的位置是隨機的,因此P(lal=1')是一個常量;而p(s'')不依賴于具體位置,因此它也作為一個常y-來處理。所以....匕述公式p(l,i=1'!S')》p(lreal=lj|S')(j=1,2,……,m)可以變換為p(S'Ilreal=l')》p(S'ilreal=I,)(j=1,2,……,m),即p(S'i:L')》p(S'ii,)(j=1.,2,……,m)。這就是說,確定候選位置即從位置集合L中尋找位置1'使得p(S'1')達到最人值,p(s'n.')表示采樣點位置r處接收到在線-向量s'的概率。這樣就確定好了一個候選位置i'。為了更加精確的對目標802.11設備進行定位,一般將選取多個候選位置進行加權平均關系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>的處理,從rfl]得到最后的定位結果U,cc表不候選位置個數(shù),且cc(1《cc《5),1'|:表不第i個候選位置,1《i《cc。在本發(fā)明中,概率-定位策略的偽代碼為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>}:r;=r';<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>}<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>在本發(fā)明中的字母的物理意義為<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>i表示即i的在線無線信號強度,s'2表示即2的在線無線信號強度,s'k表示apk的在線無線信號強度。S〈si,s",,Sk〉表示離線無線信號強度向量,簡稱為離線-向量。Si表示鄰i的離線無線信^強度,s2表示即2的離線無線信號強度,sk表示apk的離線無線信號強度。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求一種對符合IEEE802.11協(xié)議的無線設備進行定位的方法,其特征在于首先通過管理員端在任意采樣點spj上對無線信號強度進行采集n次后,并將所得到的無線信號強度信息Ij=<lj,AParea,S,p(S|lj)>存儲在數(shù)據(jù)庫中;然后利用該數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)構建出Radio-map;最后在Radio-map中應用概率-定位策略確定出候選位置l′;所述的無線信號強度信息Ij=<lj,AParea,S,p(S|lj)>中,lj表示任意采樣點位置,AParea表示在目標區(qū)域中所有無線接入點的集合,S表示離線無線信號強度向量,p(S|lj)表示lj處接收到S的概率。2.根據(jù)權利要求i所述的對符合IEEE802.ii協(xié)議的無線設備進行定位的方法,其特征在于管理員端在任意采樣點sPj上對無線信號強度采集了l()()<n《2()()次。3.根據(jù)權利耍求1所述的對符合IEEE802,11協(xié)議的無線設備進行定位的方法,其特征在于概率-定位策略的執(zhí)行步驟有執(zhí)行步驟--------管理員端Manager掃描目標區(qū)域中的802,11設備通過管理員端Manager內置的無線網卡,掃描目標區(qū)域的802.11設備,包括無線接入點AP和無線用戶端Sta,此時可以得到掃描到的所吖802.11設備的Mac地址信息;然后,管理員端Manager可以從掃描得到的所有802,11設備中選定一個或幾個nj疑目標作為定位目標;最后根據(jù)定位的結果拆除私裝的無線接入點或者在選定位置添加無線接入點;執(zhí)行步驟二管理員端向目標8()2.11設備發(fā)送定位請求幀由管理員端Manager向802,11設備發(fā)送定位請求幀,其中Typo=11的幀表示定位幀,SubType=0000表示定位請求幀;Address1=DA表示目的端MAC地址,定位請求幀的目的端是待定位的802,11設備;Address2=SA表示發(fā)送端MAC地址,定位請求幀的發(fā)送端是管理員端;定位請求幀的幀體為空;執(zhí)行歩驟一:目標802.11設備冋復定位響應幀接收到定位請求幀的802.11設備將探測所有它所能探測到的無線接入點的接收信號強度RSSI,然后按照RSSI從大到小的順序將無線接入點的MAC地址和RSSI封裝到定位響應幀中;Type=11的幀表示定位幀,SubType=()()()l表示定位響應幀;Addressl=DA表示目的端MAC地址,定位響應幀的目的端是管理員端;Addross2=SA表示發(fā)送端MAC地址,定位響應幀的發(fā)送端是待定位的802.1.1設備;執(zhí)行步驟四管理員端通過概率-定位策略確定候選位置1'管理員端解析接收到的定位響應幀,得到無線信號強度向量稱為在線-向量S'={s''i,s'2,......,s''k},然后依據(jù)貝葉斯概率關系=ris')=IL=S=P(/retri=f)得到候選位置i';最后從該候選位置r中找出P(ireal=i')的最大值;s'i表示第一個無線接入點aP|的在線無線信號強度s'2表示第二個無線接入點即2的在線無線信號強度s'k表示第k個無線接入點apk的在線無線信號強度P(ial=r!S')表示接收到無線信號強度向量為S'的條件下實際位置lal為候選位置l'的概率;p(s'|iMal=r)表示實際位置i,i為待定位置i'的條件下無線信號強度向量為S'的概率;p(i一=:l')表不實際位置ireal為待定位置:l'的的概率,p(s')表不無線信號強度向量為s'的概率;p(s')表示接收到在線-向量s'的概率。4,根據(jù)權利耍求3所述的對符合IEEE802,ll協(xié)議的無線設備進行定位的方法,其特征在于為了更加精確的對目標802.1.1設備進行定位,一般將選取多個候選位置進行加權平均關系L^=-的處理,從而得到更精確的定位結果1^;cc表示候選位置個數(shù),且1《cc《5;1'i表示第i個候選位置,1《i《cc;p(S'11'》表示在第i個候選位置r,處接收到在線-向量S'的概率。全文摘要本發(fā)明公開了一種對符合IEEE802.11協(xié)議的無線設備進行定位的方法,該定位方法通過在IEEE802.11MAC協(xié)議中添加信號強度分布信息,并通過存儲在無線接入點中的Radio-map信息,來獲得無線接入點中當前沒有802.11設備的地理位置信息,通過獲得的地理位置信息實現(xiàn)對802.11設備的當前位置定位。本發(fā)明方法解決了在運行一段時間后的無線局域網中,對后來添加的無線接入點或者私裝接入點進行的地理位置定位,同時本發(fā)明的方法能夠對802.11設備的具體位置不清、覆蓋率統(tǒng)計困難等問題進行有效管理。文檔編號H04W80/00GK101697641SQ200910236460公開日2010年4月21日申請日期2009年10月22日優(yōu)先權日2009年10月22日發(fā)明者李云春,李蘭俊,李巍,李素香,羅莎莎申請人:北京航空航天大學;