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)的對終端的無線定位方法，屬于計算機網(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。當前，科技技術(shù)的不斷進步，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量接收信號功率的定位技術(shù)，測量接收信號方向(AOA)的定位術(shù)，測量信號傳播時間特性的定位技術(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，實現(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)和固定設(shè)備(臺式電腦，智能家電)具備了無線上網(wǎng)的功能，不必因為設(shè)備的位置和布線大傷腦筋，同時也方便用戶可以在各種場合下可以方便的使用運營商和服務(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，分為對等組網(wǎng)和基礎(chǔ)模式組網(wǎng)，對等組網(wǎng)(如圖1所示)不需要無線的接入點(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，無線終端發(fā)出的所有信號和數(shù)據(jù)都要先發(fā)送到AP，然后由AP轉(zhuǎn)發(fā)給目前終端。后一種模式因為方便管理，而且可以和有線網(wǎng)進行橋接，目前是最主要的WLAN使用模式。
由于無線是一種廣播通訊機制，在同一個頻段上，一個時刻就只能有一個設(shè)備在發(fā)送信號，所以每個通訊的終端設(shè)備如果需要使用無線頻段，則必須要進行沖突的避免。在一個存在多個通訊終端的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如果有一個終端設(shè)備出現(xiàn)了故障，它就會不斷的向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出嘗試占有頻段的信號，從而干擾其它終端的正常通訊。而且，對于某些惡意攻擊無線AP的終端，也會利用這樣的手段，反復(fù)嘗試連接網(wǎng)絡(luò)。所以很需要一種機制，在WLAN的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中對無線終端的位置進行確定，以檢測這種“壞結(jié)點”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，可以有效檢測網(wǎng)絡(luò)中的壞節(jié)點，進而采取措施防止其對正常通訊的干擾；另外，對于惡意攻擊的無線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，在至少包括一個定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，包括如下步驟步驟一，由該擴展服務(wù)區(qū)的三個無線接入點AP向處于該擴展服務(wù)區(qū)的待測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間，將返回時間與發(fā)送時間的時間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計算得到該無線終端的位置。
如上所述步驟二中，定位服務(wù)器計算無線終端的位置，利用三個AP測得的測量結(jié)果和已知的三個AP之間的物理距離，可以計算得到無線終端的位置。計算方法如下三個AP間的距離分別設(shè)為S1，S2，S3；由三個AP測量出的測量結(jié)果的比值設(shè)為x∶y∶z，設(shè)長度單元為a，則三個AP測出的距離分別為xa，ya，za。則計算公式為根據(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點的位置。
如上所述步驟一之前，所述的定位服務(wù)器對所有接入的無線終端進行記錄，具體包括如下步驟首先，無線終端連接入無線網(wǎng)絡(luò)的擴展服務(wù)區(qū)ESSID中任意一個AP，并在該AP定義的基本服務(wù)區(qū)BSS中注冊；然后，由對應(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)器對擴展服務(wù)區(qū)內(nèi)的接入的終端進行記錄。
如上所述的步驟二中，發(fā)送懇求CF-Poll詢問包的AP設(shè)定一個等待無線終端反饋時間，如果在規(guī)定時間內(nèi)無反饋，則測試失敗，定位過程結(jié)束；如果在規(guī)定時間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差，并發(fā)送到定位服務(wù)器。
如上所述步驟二中對某一個選定的終端進行定位，所有三個AP必須依次測量，當一個AP進行測量的時候，其它的兩個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)典的三點定位的測量方法，同時利用多個無線接入點對接入的某個無線終端進行定位，對于接入端的設(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，就可以實現(xiàn)這一方法。該方法簡單有效，既可以用來檢測“壞結(jié)點”，并防止其干擾，也可以用來檢測無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點分布，從而達到平衡網(wǎng)絡(luò)流量和負載的目的。


圖1為WLAN的對等組網(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AP組成的擴展服務(wù)區(qū)示意圖；圖4為一個AP對選定無線終端進行定位測試的流程圖；圖5為定位服務(wù)器計算無線終端位置的原理圖。
具體實施例方式
在基礎(chǔ)模式的WLAN通訊機制中，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--點協(xié)調(diào)功能(PCF)的來提供可選優(yōu)先級的無競爭的幀傳送。本發(fā)明利用AP和無線終端之間傳遞的控制幀和各個設(shè)備的時間戳來進行定位測量。
無線接入點和無線終端之間的標準通訊過程為當無線終端存在于一個基本服務(wù)區(qū)(BSSID)中的時候，無線AP在一個無沖突服務(wù)階段開始后，會對每一個已經(jīng)連接上的無線終端進行詢問，詢問該結(jié)點是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，無論該結(jié)點是否需要發(fā)送數(shù)據(jù)，都必須回復(fù)。本發(fā)明將這個標準過程進行擴展，利用三個AP來輪詢同一個無線終端，并對詢問-回復(fù)的周期進行計算，最后利用三點定位的原理來確定該點在三點坐標系中的位置。
本發(fā)明提供的無線局域網(wǎng)的終端定位方法，應(yīng)用在至少包括一個定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，包括由該擴展服務(wù)區(qū)的三個無線接入點AP向處于該擴展服務(wù)區(qū)的待測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間，將返回時間與發(fā)送時間的時間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計算得到該無線終端的位置。
下面對上述方案進行詳細地介紹。
圖3所示為三個AP組成的一個擴展服務(wù)區(qū)(ESSID)，在這個擴展服務(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AP的擴展服務(wù)區(qū)名稱(BSSID)不同，無線終端聯(lián)入到這個網(wǎng)絡(luò)中，在某個特定的時候，只能存在于一個BSSID(對應(yīng)于一個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)包這個無線終端都可以收得到。
當定位服務(wù)器需要確定一臺無線終端的位置的時候，它通知三個和它相連接的AP，每個AP都向無線終端發(fā)出一個詢問包，AP分別響應(yīng)每一個詢問包，然后三個AP把得到的時間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器進行運算得到無線終端的位置。
定位服務(wù)器計算無線終端的位置的方法如下計算原理圖如圖5所示，三個AP間的距離分別設(shè)為S1，S2，S3；由三個AP測量出的測量結(jié)果的比值設(shè)為x∶y∶z，設(shè)長度單元為a，則三個AP測出的距離分別為xa，ya，za。則計算公式為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點的位置。
對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)器需要對所有接入的無線終端進行記錄，具體包括如下步驟首先，定位服務(wù)器對所有在無線接入點AP天線覆蓋范圍以內(nèi)的接入的無線終端進行記錄；即由三個AP組成無線網(wǎng)絡(luò)的擴展服務(wù)區(qū)(ESSID)，無線終端連接入其中任意一個AP，并在該AP定義的基本服務(wù)區(qū)(BSS)中注冊； 然后，由對應(yīng)的AP把接入的無線終端信息報告給定位服務(wù)器，定位服務(wù)器對擴展服務(wù)區(qū)內(nèi)的所有接入的終端進行記錄。
當定位服務(wù)器需要確定一臺無線終端的位置的時候，它通知三個與其相連接的AP，每個AP都向無線終端發(fā)出一個詢問包，發(fā)送懇求CF-Poll詢問包的AP設(shè)定一個等待無線終端反饋時間，如果在規(guī)定時間內(nèi)無反饋，則測試失敗，定位過程結(jié)束；如果在規(guī)定時間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差，并發(fā)送到定位服務(wù)器。
這樣，由三個和選定終端相連接的無線接入點AP來分別進行對某一個選定終端的測量；如圖4所示，一次測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，并記錄當前時間；然后，等待無線終端反饋，若在規(guī)定時間內(nèi)無反饋，則測試失敗，定位過程結(jié)束；若在規(guī)定時間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差。
需要說明的是在定位服務(wù)器進行測量的時候，由于三個AP處于同一個無線介質(zhì)范圍內(nèi)，所有三個AP必須依次測量，當一個AP進行測量的時候，其它的兩個AP必須處于監(jiān)聽狀態(tài)，這個狀態(tài)有擴展服務(wù)區(qū)(ESSID)內(nèi)的多個AP之間的接入點間通訊協(xié)議(IAPP)進行維護，不需要定位服務(wù)器處理。
最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進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，在至少包括一個定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，包括如下步驟步驟一，由該擴展服務(wù)區(qū)的三個無線接入點AP向處于該擴展服務(wù)區(qū)的待測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間，將返回時間與發(fā)送時間的時間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計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算待測量終端的位置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AP之間距離；θ1，θ2，θ3為三個AP與待測終端的夾角；x∶y∶z為三個AP收到CF-Poll詢問包返回信息的時間與發(fā)送時間的時間差之比，a為單位距離，則xa，ya，za為三個AP距離待測終端的距離。
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)器對所有接入的無線終端進行記錄，具體包括如下步驟首先，無線終端連接入無線網(wǎng)絡(luò)的擴展服務(wù)區(qū)ESSID中任意一個AP，并在該AP定義的基本服務(wù)區(qū)BSS中注冊；然后，由對應(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)器對擴展服務(wù)區(qū)內(nèi)的接入的終端進行記錄。
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)定一個等待無線終端反饋時間，如果在規(guī)定時間內(nèi)無反饋，則測試失敗，定位過程結(jié)束；如果在規(guī)定時間內(nèi)有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差，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，所述步驟二中對某一個選定的終端進行定位，所有三個AP依次測量，當一個AP進行測量的時候，其它的兩個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，在至少包括一個定位服務(wù)器的無線局域網(wǎng)的同一擴展服務(wù)區(qū)ESSID內(nèi)，至少包括如下步驟由該擴展服務(wù)區(qū)的三個無線接入點AP向處于該擴展服務(wù)區(qū)的待測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間，將返回時間與發(fā)送時間的時間差返回給定位服務(wù)器，由定位服務(wù)器計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)典的三點定位的測量方法，同時利用多個無線接入點對接入的某個無線終端進行定位，該方法簡單有效，既可以用來檢測“壞結(jié)點”，并防止其干擾，也可以用來檢測無線網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點分布，從而達到平衡網(wǎng)絡(luò)流量和負載的目的。
文檔編號H04L29/10GK1674541SQ200410008878
公開日2005年9月28日 申請日期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 申請人:聯(lián)想(北京)有限公司