專利名稱：用于無線節(jié)點定位基礎(chǔ)設(shè)施中的信號信息的刷新的選擇性無線連接終止的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的無線節(jié)點，更具體而言，涉及一種無線節(jié)點定位機構(gòu)，該機構(gòu)選擇性地終止(terminate)與無線客戶端的連接，以刷新用于計算無線客戶端的估計位置的信號強度信息。
背景技術(shù)：
市場上已經(jīng)廣泛采用無線LAN(WLAN)技術(shù)，這是因為來自不同背景和不同縱向行業(yè)的用戶已將這種技術(shù)帶入他們的家、辦公室，并越來越多地帶入公共場合。這一轉(zhuǎn)折點不僅突出了已有系統(tǒng)的局限，而且突出了WLAN技術(shù)現(xiàn)在在全球范圍內(nèi)人們的工作和生活方式中扮演的變化的角色。實際上，WLAN正在迅速地從便利性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)閷I(yè)務(wù)來說關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)。越來越多的用戶依靠WLAN來提高他們的通信和應(yīng)用的及時性和生產(chǎn)率，并且在此過程中，要求他們的網(wǎng)絡(luò)具有更好的可視性、安全性、管理和性能。
輕便型便攜式計算設(shè)備和高速WLAN的快速激增已使得用戶能夠在在建筑物或其他物理位置中到處漫游的同時保持連接到各種網(wǎng)絡(luò)資源。由WLAN提供的移動性已經(jīng)促成了對作為移動用戶的物理位置的函數(shù)的應(yīng)用和服務(wù)的巨大興趣。這樣的應(yīng)用的示例包括在最近的打印機上打印文檔、定位移動用戶、顯示鄰近區(qū)域的地圖以及在建筑物內(nèi)引導(dǎo)用戶。不同應(yīng)用所要求或希望的位置信息的粒度有所不同。實際上，選擇最近的網(wǎng)絡(luò)打印機或定位非法(rogue)接入點的應(yīng)用所要求的精確度通常要求能夠確定移動臺位于哪個房間中。因此，已經(jīng)付出很大努力來專門提高無線節(jié)點定位機構(gòu)的精確度。
利用無線電信號來估計無線設(shè)備或節(jié)點的位置的做法是已知的。例如，全球定位系統(tǒng)(GPS)接收器通過對其相對于發(fā)送無線電信號的四個衛(wèi)星的位置作三角測量來獲得位置信息。GPS接收器基于無線電信號從衛(wèi)星行進(jìn)到接收器所花費的時間來估計每個衛(wèi)星之間的距離。信號傳播時間是通過確定使由衛(wèi)星發(fā)送的偽隨機信號與在GPS接收器處接收的信號同步所需的時間移位(time shift)來估計的。雖然三角測量只需要來自三個點的距離測量結(jié)果，但是來自第四個衛(wèi)星的附加距離測量結(jié)果被用于誤差校正。
無線發(fā)送器和接收器之間的距離也可以基于接收信號的強度來估計，或者更精確地基于觀察到的無線電信號的衰減來估計。信號衰減指的是信號在其行進(jìn)路徑上由于各種因素(例如地形、障礙物和環(huán)境條件)而發(fā)生的衰弱。一般而言，無線電信號的幅度或功率當(dāng)其在遠(yuǎn)離其源的方向上行進(jìn)時衰弱。在發(fā)送器和接收器之間傳送的電磁波所遭遇的衰減被稱為路徑損耗(path loss)。路徑損耗可能是由許多影響造成的，例如自由空間損耗、折射、反射、孔徑-介質(zhì)耦合損耗和吸收。
在企業(yè)環(huán)境中，大多數(shù)位置跟蹤系統(tǒng)都是基于RF三角測量或RF指紋識別(fingerprinting)技術(shù)的。RF三角測量基于檢測到的附近接入點(AP)的信號強度來計算移動用戶的位置。在計算無線節(jié)點和接入點之間的距離的過程中，它很自然地假設(shè)信號強度是接近程度(proximity)的函數(shù)。另一方面，RF指紋識別將移動臺的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施視圖(即由基礎(chǔ)設(shè)施接入點發(fā)送的信號的強度)與包含覆蓋區(qū)域的RF物理模型的數(shù)據(jù)庫相比較。該數(shù)據(jù)庫通常被填充以覆蓋區(qū)域的擴展性站點調(diào)查(site survey)或RF預(yù)測模型。例如，在Bahl等人的“A Software System for LocatingMobile UsersDesign，Evaluation，and Lessons”(http//research.microsoft.com/～bahl/Papers/Pdf/radar.pdf)中描述了一種WLAN環(huán)境中的RE定位系統(tǒng)(RADAR系統(tǒng))，該系統(tǒng)允許移動臺跟蹤它自己在WLAN環(huán)境中相對于接入點的位置。
RADAR系統(tǒng)依靠所謂的Radio Map(無線電地圖)，該Radio Map是建筑物中的位置和在這些位置處觀察到的或估計出的從接入點發(fā)出的信標(biāo)的信號強度的數(shù)據(jù)庫。例如，Radio Map中的一個條目看起來可能像(x，y，z，ssi(i＝1...n))，其中(x，y，z)是記錄信號的位置的物理坐標(biāo)，而ssi是從第i接入點發(fā)出的信標(biāo)信號的信號強度。根據(jù)Bahl等人所述，Radio Map可以基于對在各個位置處的基礎(chǔ)設(shè)施無線電設(shè)備發(fā)送的信號的探索式估計來根據(jù)經(jīng)驗創(chuàng)建，或者可以利用室內(nèi)RF信號傳播的數(shù)學(xué)模型來以數(shù)學(xué)方式創(chuàng)建。為了實時地定位移動用戶的位置，移動臺測量一定范圍內(nèi)的每個接入點的信號強度。然后，它對照檢測到的信號強度搜索Radio Map數(shù)據(jù)庫以找到具有最好匹配的位置。Bahl等人還描述了對檢測到的信號強度樣本取平均，以及利用基于跟蹤歷史的算法來提高位置估計的精確度。Bahl等人還通過使用多個Radio Map并選擇最好地反映當(dāng)前RF環(huán)境的Radio Map來對付RF信號傳播中的波動。具體而言，一個接入點檢測來自其它接入點的信標(biāo)分組并咨詢Radio Map來估計其位置，并用已知位置來評價估計的位置。RADAR系統(tǒng)基于接收信號強度的滑動窗平均值來選擇最好地表征當(dāng)前RF環(huán)境的Radio Map。
雖然RADAR系統(tǒng)允許移動臺跟蹤其位置，但是它沒有公開允許WLAN基礎(chǔ)設(shè)施跟蹤無線節(jié)點(例如非法接入點)的位置的系統(tǒng)。實際上，用WLAN基礎(chǔ)設(shè)施來收集用于估計移動臺的位置的與移動臺相對應(yīng)的信號強度信息確定造成了某些困難。移動臺的極端便攜性使得擁有針對給定移動臺的足夠新的信號強度信息是很重要的，這是因為在定位基礎(chǔ)設(shè)施收集到一個或多個信號強度測量結(jié)果之后，移動臺可能已經(jīng)移動到了一個新的位置。在RADAR系統(tǒng)中，這并不成為問題，這是因為移動臺基于接入點定期地發(fā)送的信標(biāo)分組(這種信標(biāo)分組的定期發(fā)送是作為由802.11協(xié)議定義的正常接入點模式的一部分的)來計算其自己的位置。因此，移動臺可以掃描所有可用信道以獲得信道上的一個或多個信標(biāo)分組，然后基于新檢測到的信號強度來計算它的位置。在WLAN收集來自無線節(jié)點的信號強度數(shù)據(jù)的相反情況下，由于移動臺一旦關(guān)聯(lián)到接入點，它們一般就不會定期地發(fā)送管理幀(例如信標(biāo)分組)，因此對信號強度數(shù)據(jù)的收集可能出現(xiàn)問題。此外，典型WLAN環(huán)境中的相鄰接入點工作在不重疊的信道上，以利用與頻率重復(fù)利用相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點。因此，與給定移動臺關(guān)聯(lián)到的接入點相鄰的接入點將無法檢測由移動臺發(fā)送的RE信號，除非相鄰接入點進(jìn)入“脫離信道(off channel)”狀態(tài)來檢測移動臺發(fā)送的信號。切換到替換信道以被動或主動掃描給定移動臺的做法中斷了與和接入點相關(guān)聯(lián)的移動臺的連接。缺乏來自相鄰接入點的信號強度信息對無線節(jié)點定位來說尤其成問題，這是因為來自相鄰接入點的信號強度測量結(jié)果通常在定位給定移動臺時是最有用的。例如，來自相鄰接入點的信號強度信息通常更精確，這是因為相鄰接入點一般更靠近移動臺。而且，缺乏來自足夠數(shù)目的接入點的信號強度信息可能使移動臺無法被完全地定位，這是因為定位機構(gòu)要求來自最小數(shù)目的源的信號強度信息。
鑒于上述問題，本領(lǐng)域中存在對于用于基礎(chǔ)設(shè)施無線節(jié)點定位機構(gòu)中的信號強度信息的刷新的方法、裝置和系統(tǒng)的需求。另外，本領(lǐng)域中存在對于高效地集成到WLAN基礎(chǔ)設(shè)施中的無線節(jié)點定位機構(gòu)的需求。本發(fā)明的實施例基本上滿足了這些需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于基礎(chǔ)設(shè)施無線節(jié)點定位機構(gòu)中的信號信息的刷新的方法、裝置和系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)方式，無線節(jié)點定位機構(gòu)選擇性地終止與無線客戶端之間的連接，以刷新用于計算無線客戶端的估計位置的信號強度信息。本發(fā)明利用了移動臺的特性來刷新信號強度信息，從而增強了WLAN環(huán)境中的無線節(jié)點定位的精確度。如下所述，無線節(jié)點定應(yīng)機構(gòu)終止了WLAN和給定無線節(jié)點之間的連接，從而使得在典型的WLAN協(xié)議實現(xiàn)方式中，移動臺在給定頻帶中的所有可用工作信道上發(fā)送幀或分組。這允許工作在不同頻率信道上的接入點和其它WLAN元件檢測由移動臺發(fā)送的幀并將刷新的RF信號信息提供到無線節(jié)點定位機構(gòu)。


圖1是包括根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)方式的無線節(jié)點定位機構(gòu)的示意圖。
圖2A是示出根據(jù)本發(fā)明的一種實現(xiàn)方式用于定位無線節(jié)點的整體過程流的流程圖。
圖2B是示出根據(jù)本發(fā)明的另一實現(xiàn)方式用于定位無線節(jié)點的整體過程流的流程圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)方式的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的功能框圖。
圖4是突出了圖3的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的中央控制元件的無線節(jié)點定位功能的功能框圖。
具體實施例方式
A.無線節(jié)點定位和無線連接的被迫終止圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實現(xiàn)方式的無線節(jié)點定位機構(gòu)的基本工作組件。如圖1所示，該無線節(jié)點定位機構(gòu)包括放置在整個物理空間中的多個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58和無線節(jié)點定位模塊59。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，圖1所示系統(tǒng)代表本發(fā)明的基本組件的一個示例并且主要用于教導(dǎo)目的。如下面更全面論述的，一般由基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58和無線節(jié)點定位模塊59表示的功能可以被集成到各種系統(tǒng)中，例如專用于定位無線節(jié)點的無線系統(tǒng)或WLAN或其他無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。出于教導(dǎo)目的，以下描述的實施例是連同根據(jù)IEEE 802.11 WLAN協(xié)議的WLAN環(huán)境來工作的。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，本發(fā)明可被應(yīng)用到任何合適的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其中移動臺基本按這里描述的方式工作。
基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58一般包括至少一個天線、無線電發(fā)送/接收單元和用于根據(jù)無線通信協(xié)議控制無線電信號的發(fā)送和接收的控制邏輯(例如802.11控制單元)。在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58被布置在包括外部環(huán)境在內(nèi)的整個物理空間(例如一個房間、多個房間的集合、建筑物的一層、整棟建筑物或任意定義的區(qū)域)中的已知和/或固定位置上，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58在這些位置上提供射頻(RF)覆蓋。
A.1基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58可操作以用于檢測接收到的射頻信號(例如由無線節(jié)點56和其他無線電收發(fā)器發(fā)送的信號57)的強度，并將檢測到的針對相應(yīng)無線節(jié)點的信號強度數(shù)據(jù)提供到無線節(jié)點定位模塊59。在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58還可操作以用于根據(jù)無線通信協(xié)議(例如IEEE 802.11 WLAN協(xié)議)發(fā)送和接收無線或射頻信號。在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58可工作在從給定頻帶中的多個信道中選出的一個信道上。在另一實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58也可以工作在多于一個頻帶中。例如，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58可被配置為工作在802.11a-5GHz頻帶、802.11b/g-2.4GHz頻帶或其兩者之中。在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58可被配置為收集與無線節(jié)點相關(guān)聯(lián)的信號強度信息并響應(yīng)于無線節(jié)點定位模塊59的SNMP或其他請求來發(fā)送所收集的數(shù)據(jù)。如下所述，用于收集信號強度數(shù)據(jù)的其他方法也可被采用。
無線節(jié)點的標(biāo)識依賴于所使用的無線通信協(xié)議。例如，對于802.11WLAN環(huán)境，可以基于MAC地址來標(biāo)識無線節(jié)點。此外，無線節(jié)點可以是經(jīng)授權(quán)的移動臺(例如遠(yuǎn)程客戶端元件16、18(參見圖3))、非法系統(tǒng)(例如非法接入點和/或非法移動臺)以及其位置信息未知的經(jīng)授權(quán)接入點。在其它實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點可以基于RF信號的唯一屬性(例如給定頻率的信道)來標(biāo)識，或者基于唯一的信號樣式等來標(biāo)識。例如，無線節(jié)點定位功能可被用于定位檢測到的干擾源，例如不遵從802.11的設(shè)備。
在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58還可操作以用于根據(jù)無線通信協(xié)議與一個或多個移動臺(例如無線節(jié)點56)通信。例如，在一種實現(xiàn)方式中，每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58是一個接入點或其他WLAN組件。在一種實現(xiàn)方式中，無線電收發(fā)器58可操作地連接到局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)或其他有線網(wǎng)絡(luò)，以在移動臺和有線網(wǎng)絡(luò)之間橋接流量。如下面將更全面論述的，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58還可以是協(xié)議信息的無線網(wǎng)絡(luò)特征化分級處理中的接入元件或輕便型接入點。上述通過參考并入的美國專利申請No.10/155,938公開了與無線協(xié)議信息的分級處理有關(guān)的輕便型接入點。在一種實現(xiàn)方式中，無線電收發(fā)器58實現(xiàn)了802.11協(xié)議(其中這里使用的802.11一般指的是用于無線LAN的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)及其所有修改)。當(dāng)然，本發(fā)明也可結(jié)合任何合適的基于射頻的無線網(wǎng)絡(luò)或通信協(xié)議使用。
為了描述本發(fā)明的實施例，在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58是與基于IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)的無線LAN相關(guān)聯(lián)的無線接入點。當(dāng)諸如無線節(jié)點56之類的移動臺根據(jù)802.11標(biāo)準(zhǔn)初始化或移動到新的覆蓋區(qū)域時，它在給定頻帶中的所有工作信道上發(fā)送探測請求，以定位它可能關(guān)聯(lián)的接入點來建立無線連接。能夠在不同頻帶中發(fā)送和接收無線電信號的移動臺(例如雙頻帶移動臺)可以在所有頻帶中的所有可用信道上發(fā)送探測請求。移動臺掃描該區(qū)域中所有可用頻帶中的可用信道，并監(jiān)聽該區(qū)域中的接入點發(fā)送的信標(biāo)幀或探測響應(yīng)幀。尤其在企業(yè)WLAN系統(tǒng)中，移動臺通?？梢詸z測在一個或多個頻帶中進(jìn)行發(fā)送的多個接入點。在移動臺選出一個給定接入點和頻帶之后，它將包含無線節(jié)點標(biāo)識符(在802.11環(huán)境中是與移動臺的無線電網(wǎng)絡(luò)接口控制器(NIC)相關(guān)聯(lián)的MAC地址)的認(rèn)證幀發(fā)送到接入點。對于開放式系統(tǒng)認(rèn)證，移動臺僅發(fā)送一個認(rèn)證幀，并且接入點用一個認(rèn)證幀作為指示接受(或拒絕)的響應(yīng)來作出響應(yīng)。對于共享密鑰認(rèn)證，移動臺的無線電NIC發(fā)送初始認(rèn)證幀，并且接入點以包含詢問文本的認(rèn)證幀進(jìn)行響應(yīng)。移動臺必須在返回接入點的認(rèn)證幀中發(fā)送詢問文本的加密版本(利用其有線等同私密(WEP)密鑰)。按入點通過查看解密后恢復(fù)的詢問文本是否與先前發(fā)送的相同來確保移動臺具有正確的WEP密鑰?；谠摫容^的結(jié)果，接入點以表示認(rèn)證結(jié)果的認(rèn)證幀答復(fù)移動臺。也可采用其它認(rèn)證方案，例如802.1x。
在認(rèn)證之后，移動臺向接入點發(fā)送關(guān)聯(lián)請求幀。802.11關(guān)聯(lián)使接入點能夠為移動臺的無線電網(wǎng)絡(luò)接口控制器(NIC)分配資源并與NIC同步。關(guān)聯(lián)請求幀攜帶了關(guān)于無線電NIC的信息(例如所支持的數(shù)據(jù)速率)及其希望與之關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)集標(biāo)識符(SSID)。在接收到關(guān)聯(lián)請求之后，接入點考慮與無線電NIC相關(guān)聯(lián)，并且(如果被接受)預(yù)留存儲器空間和建立用于無線電NIC的關(guān)聯(lián)ID。接入點將包含接受或拒絕通知的關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀發(fā)送到請求關(guān)聯(lián)的無線電NIC。如果接入點接受無線電NIC，該幀則包括關(guān)于關(guān)聯(lián)的信息，例如關(guān)聯(lián)ID和所支持的數(shù)據(jù)速率。如果關(guān)聯(lián)的結(jié)果是肯定的，無線電NIC則可以利用接入點與在接入點的分發(fā)(例如以太網(wǎng))一側(cè)的網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)上的其他移動臺通信。在一種實現(xiàn)方式中，接入點將關(guān)于移動臺的信息存儲在關(guān)聯(lián)表中，包括移動臺的MAC地址和關(guān)聯(lián)ID。在一種實現(xiàn)方式中，遠(yuǎn)程設(shè)備(例如無線節(jié)點定位模塊59)可以經(jīng)由合適的查詢方法訪問關(guān)聯(lián)表中的信息。例如，草案標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.11k定義了一種管理信息庫(MIB)，其保存了可經(jīng)由SNMP查詢訪問的關(guān)聯(lián)表。當(dāng)然，其它專門的訪問方法也可被采用。
在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58利用了駐留在無線網(wǎng)絡(luò)接口適配器上的信號強度檢測功能。例如，IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)定義了一種機構(gòu)，無線網(wǎng)絡(luò)適配器或接口卡上的電路(例如芯片集)可利用該機構(gòu)測量RF能量。IEEE 802.11協(xié)議指定了一個可選參數(shù)，即接收信號強度指示符(RSSI)。該參數(shù)是PHY層對在用于接收當(dāng)前分組或幀的天線處觀察到的能量的量度。RSSI是在起始幀分界符(SFD)的開始和物理層收斂程序(PLCP)頭部差錯檢驗(HEC)的結(jié)束之間測量出的。該數(shù)字值是一個整數(shù)，其允許范圍為0-255(1字節(jié)值)。通常，802.11芯片集供應(yīng)商已選擇不實際測量256個不同的信號級別。因此，每個供應(yīng)商的遵從802.11的適配器具有一個特定的最大RSSI值(“RSSI_Max”)。因此，由特定供應(yīng)商的無線網(wǎng)絡(luò)適配器報告的RF能量級別將在0到RSSI_Max的范圍內(nèi)。將由給定供應(yīng)商的芯片集報告的給定RSSI值解析為實際的功率值(以dBm為單位)的過程可以通過參考轉(zhuǎn)換表來實現(xiàn)。另外，某些無線網(wǎng)絡(luò)芯片集實際上報告接收到的以dBm為單位的信號強度而不是報告RSSI，或者既報告以dBm為單位的信號強度也報告RSSI。信號的其他屬性也可以與接收信號強度結(jié)合使用或作為其替代。例如，在分組接收期間檢測到的信噪比(SNR)可被用來確定重疊(overlay)信號發(fā)送功率。并且，很多芯片集包括了這樣的功能和相應(yīng)API，該功能和相應(yīng)API用于允許確定與接收自其它收發(fā)器58和/或無線節(jié)點56的分組相關(guān)聯(lián)的SNR。在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58將與最近接收的幀相對應(yīng)的信號強度數(shù)據(jù)存儲在擴展關(guān)聯(lián)表中。在一種這樣的實現(xiàn)方式中，關(guān)聯(lián)表被進(jìn)一步擴展以包括指示最近接收的幀的時間的時間戳。因此，信號強度值和時間戳將在接收到新幀時被覆寫。在其它實現(xiàn)方式中，該信息可被存儲在單獨的表或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。在另一實現(xiàn)方式中，用于支持雙頻帶配置的關(guān)聯(lián)表可被進(jìn)一步擴展，以包括在其上接收到幀的頻帶(例如2.4與5GHz頻帶)的標(biāo)識符。另外，如下所述，信號強度信息可在另一設(shè)備處被收集。
A.2無線節(jié)點定位模塊在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59收集接收自基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的信號強度數(shù)據(jù)并維護(hù)著與無線節(jié)點標(biāo)識符相關(guān)聯(lián)的信號強度數(shù)據(jù)和提供了該信號強度數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的標(biāo)識符。在一種實現(xiàn)方式中，信號強度數(shù)據(jù)還可以包括與檢測到幀的信道相關(guān)聯(lián)的頻帶。在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59還被配置為基于無線節(jié)點標(biāo)識符在接收自基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的信號和接收自其它無線節(jié)點的信號之間進(jìn)行區(qū)分。在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59維護(hù)著用于存儲信號強度信息的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如，一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被用于存儲在基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58之間傳送的信號的信號強度。在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59以N×N IRT矩陣的形式存儲該IRT間信號強度數(shù)據(jù)，其中N是基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的數(shù)目。列條目可對應(yīng)于發(fā)送收發(fā)器，而行條目可對應(yīng)于接收收發(fā)器，或者反之。該矩陣中的各個條目可以為空(null)值，這是因為所有的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器可能不能夠(并且在大多數(shù)部署中很可能不能夠)檢測到彼此。該IRT間信號強度數(shù)據(jù)可被用于多種目的，例如更新與定位算法相關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)，或者校準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58上的信號強度檢測。
在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59在表或其他合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中維護(hù)著針對所有其它無線節(jié)點的信號強度數(shù)據(jù)。在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59對于每個無線電收發(fā)器58維護(hù)一個單獨的表，該表至少包括兩個字段1)無線節(jié)點標(biāo)識符，以及2)檢測到的信號強度。附加字段還可能包括1)指示無線電收發(fā)器58接收信號的時間的時間戳，2)信道標(biāo)識符，和/或3)頻帶標(biāo)識符。在一種實現(xiàn)方式中，當(dāng)分配給無線節(jié)點表的存儲器空間用完時，由時間戳指示的使用/更新時間最久遠(yuǎn)的條目被覆寫。在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59對照無線節(jié)點標(biāo)識符列表過濾接收自基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的信號強度數(shù)據(jù)，以便識別出適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以進(jìn)行更新。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到，除矩陣和表之外的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都可被使用。
如上所述，在一種實現(xiàn)方式中，信號強度被逐幀檢測。因此，在一種實現(xiàn)方式中，由無線節(jié)點定位模塊59維護(hù)的信號強度數(shù)據(jù)可以在接收到幀/分組時被更新。在一種實現(xiàn)方式中，最新的信號強度值實質(zhì)上被用于覆寫舊值。但是，在其他實現(xiàn)方式中，如果對應(yīng)于一個給定無線節(jié)點的多個連續(xù)無線幀是在閾值時間間隔內(nèi)遇到的(例如通常起因于數(shù)據(jù)流傳輸)，則平均值、移動平均值或加權(quán)移動平均值可被使用。在這種情況下，時間戳可以對應(yīng)于最后的分組或幀的時間。另外，雖然基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58在作為接入點工作時通常在不同信道上工作，但是移動臺在各個時間(例如發(fā)送探測請求以找到接入點)都在所有可用工作信道上發(fā)送無線幀。這有助于確保多個無線電收發(fā)器58檢測移動臺。在某些實現(xiàn)方式中，與檢測到給定無線節(jié)點的無線電收發(fā)器58相鄰的一個或多個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58可能被指示切換到給定的工作信道來監(jiān)聽由移動臺發(fā)送的信號。再進(jìn)一步，如下所述，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58可能被命令特別地在給定信道上發(fā)送幀，以更新由無線節(jié)點定位模塊59維護(hù)的信號強度數(shù)據(jù)。
在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59還維護(hù)與RF環(huán)境相關(guān)聯(lián)的覆蓋區(qū)域的RF物理模型，并使用RF指紋識別算法來計算無線節(jié)點的估計位置。如下面更詳細(xì)描述的，在給定由基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58檢測到的信號強度以及對報告該信號強度的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器的指示的情況下，RF物理模型返回?zé)o線節(jié)點的估計物理位置。RF物理模型可以基于使用信號強度確定無線節(jié)點位置的任何合適的定位模型。例如，RF物理模型可能基于站點調(diào)查數(shù)據(jù)、RF預(yù)測計算或其兩者的組合。
在一種實現(xiàn)方式中，RF物理模型為每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58表征在不同位置處與無線發(fā)送器相關(guān)聯(lián)的接收信號強度。例如，在一種實現(xiàn)方式中，RF物理模型包括一個無線電覆蓋地圖(coverage map)或矩陣，其指示在發(fā)送功率統(tǒng)一的情況下在以x和y坐標(biāo)限定的給定位置處從無線節(jié)點接收到的信號的預(yù)期強度。該數(shù)據(jù)庫可以用多種方式來填充。例如，無線電覆蓋地圖可被填充以擴展性站點調(diào)查的結(jié)果，根據(jù)該結(jié)果，無線發(fā)送器被放置在物理空間中的不同位置上。在站點調(diào)查期間，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58工作在監(jiān)聽模式并報告用于執(zhí)行站點調(diào)查的無線節(jié)點發(fā)送的信號所產(chǎn)生的信號強度。在一種實現(xiàn)方式中，基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58可被配置為將信號強度數(shù)據(jù)發(fā)回?zé)o線發(fā)送器，該無線發(fā)送器可以是膝上型計算機或其他無線設(shè)備。覆蓋地圖是通過關(guān)聯(lián)覆蓋地圖中對應(yīng)于每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器的信號強度和位置數(shù)據(jù)來構(gòu)建的。覆蓋地圖還可以通過使WLAN測試器(或其他無線節(jié)點)在物理位置內(nèi)的所需位置處簡單地測量由基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58發(fā)送的幀(例如信標(biāo)分組)的信號強度來構(gòu)建。如果假設(shè)路徑損耗是對稱的，該值則可被用于構(gòu)建每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器的覆蓋地圖。為了估計無線節(jié)點的位置，無線節(jié)點定位模塊59確定最好地符合與被選出基于檢測到的信號強度數(shù)據(jù)定位無線節(jié)點的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58相關(guān)聯(lián)的覆蓋地圖的位置坐標(biāo)或位置坐標(biāo)的范圍，如下面更詳細(xì)論述的。
在一種實現(xiàn)方式中，用于每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的覆蓋地圖被維護(hù)，其包括N×M矩陣形式的信號強度，其中N是覆蓋地圖中x坐標(biāo)的數(shù)目，M是覆蓋地圖中y坐標(biāo)的數(shù)目。在一種實現(xiàn)方式中，覆蓋地圖針對每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的物理空間模型的范圍是協(xié)同擴展的(co-extensive)。針對所有基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的覆蓋地圖可以與部署了定位系統(tǒng)的物理空間協(xié)同擴展，或者與網(wǎng)絡(luò)管理員配置的邊界協(xié)同擴展。但是，在一種實現(xiàn)方式中，關(guān)于與每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58相關(guān)聯(lián)的各種天線屬性的知識，例如天線類型(全向的、定向的)、峰值增益取向、帶寬、前后隔離，可被用于壓縮或減小覆蓋地圖的大小。在一種實現(xiàn)方式中，覆蓋地圖可被配置為與連接到基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的每個天線的天線樣式基本上協(xié)同擴展到閾值信號強度或增益級別。例如，用于給定天線的覆蓋地圖可被壓縮為定向天線的前端或所需覆蓋區(qū)域。當(dāng)然，也可使用其它數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如包括了與基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器天線標(biāo)識符和信號強度的三元組相關(guān)聯(lián)地存儲的位置坐標(biāo)的表。另外，如果覆蓋地圖被壓縮，則對最佳符合的搜索可被隔離到(isolated to)與被選擇來定位無線節(jié)點的天線相關(guān)聯(lián)的覆蓋地圖之間的重疊。
在另一實現(xiàn)方式中，可以使用覆蓋區(qū)域的RF預(yù)測模型、使用諸如射線跟蹤之類的數(shù)學(xué)技術(shù)或使用其它方式來構(gòu)建RF物理模型。在一種實現(xiàn)方式中，可以針對所需物理空間中的每個坐標(biāo)位置計算RF預(yù)測模型。針對每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的估計信號強度信息可被用于填充上述覆蓋地圖。在另一種實現(xiàn)方式中，可以相對于每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器計算RF預(yù)測模型。如果假設(shè)無線節(jié)點和基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58之間的路徑損耗和發(fā)送功率都是對稱的，則可以通過使用在覆蓋地圖中的每個坐標(biāo)位置處計算出的值來填充針對每個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器天線的覆蓋地圖。當(dāng)然，站點調(diào)查數(shù)據(jù)也可被用于調(diào)整與用于估計各個位置處的預(yù)期信號強度的RF預(yù)測模型相關(guān)聯(lián)的一個或多個參數(shù)。如上所述，可以基于連接到基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的天線的屬性來勾勒出覆蓋地圖的邊界。
另外，覆蓋地圖中的位置坐標(biāo)可以是在水平面中定義位置的二維的x和y坐標(biāo)。位置坐標(biāo)也可以是三維的x、y和z坐標(biāo)。也可使用其它坐標(biāo)系統(tǒng)，例如球形坐標(biāo)或圓柱坐標(biāo)。另外，坐標(biāo)值可以是球面的(即經(jīng)度和緯度)或以相對于任意定義的原點的方式表達(dá)。另外，覆蓋地圖中的坐標(biāo)的粒度依賴于所需的無線節(jié)點位置估計粒度。
此外，在另一實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59可以應(yīng)用其它定位算法，例如三角測量(triangulation)算法，其中給定的無線節(jié)點和三個或更多個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58之間的距離是基于一個或多個路徑損耗指數(shù)和由基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58檢測到的信號強度來計算的。
再進(jìn)一步，為了支持雙頻帶實現(xiàn)方式，無線節(jié)點定位模塊59可以維護(hù)定位算法，例如用于多個頻帶的RF物理模型和相關(guān)聯(lián)的算法。在另一實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59可以針對每個射頻頻帶維護(hù)路徑損耗指數(shù)的不同集合。在一種實現(xiàn)方式中，可以根據(jù)各種因素來選擇一個頻帶，所述因素例如是針對給定無線節(jié)點的信號強度樣本的總數(shù)、該總數(shù)是否高于閾值或估計位置所需的最小數(shù)目、高于給定閾值的信號強度樣本的數(shù)目等等。在其它實現(xiàn)方式中，在假設(shè)對于每個頻帶檢測到最小數(shù)目的樣本的情況下，所有頻帶都可被用于計算估計的位置。在其他實現(xiàn)方式中，所有頻帶上的信號強度值都可被用于計算無線節(jié)點的位置。
圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的一種實現(xiàn)方式用于刷新用于估計無線節(jié)點的位置的信號強度信息的方法。無線節(jié)點定位功能可以根據(jù)需求觸發(fā)，例如響應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)管理員使用控制接口發(fā)出的用于定位由MAC地址或其他合適的標(biāo)識符標(biāo)識的移動臺的命令被觸發(fā)，所述其它合適的標(biāo)識符例如是表或其他數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中與MAC地址相關(guān)聯(lián)的任意名稱。無線節(jié)點定位模塊59還可以響應(yīng)于非法接入點的檢測被自動觸發(fā)。以上通過參考并入的美國申請No.10/407,370公開了無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的非法接入點的檢測。無線節(jié)點定位模塊59還可以被配置為周期性地確定給定移動臺的位置，以便跟蹤其在某一時間段期間的移動。
如圖2A所示，在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59由識別其信號測量結(jié)果將被用于定位所需無線節(jié)點的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器(IRT)58開始(102)，并且收集來自識別出的IRT的信號強度數(shù)據(jù)(104)。在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59掃描上述數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以識別看到或檢測到由所需無線節(jié)點發(fā)送的無線幀的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58。附加過濾標(biāo)準(zhǔn)可以包括閾值信號強度級別。如果無線節(jié)點尚未被任何基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58看見(103)，無線節(jié)點定位模塊59則報告錯誤。否則，在所示實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59選擇在給定頻帶中報告了最強信號強度的M個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58(其中M是可配置的參數(shù))。在所示實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59隨后確定與收集到的信號強度測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的任何時間戳是否已經(jīng)期滿(105)。就是說，在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59確定是否已識別出足夠數(shù)目的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58(105)。例如，無線節(jié)點定位模塊59使用時間戳過濾掉在閾值時間段內(nèi)尚未檢測到所需無線節(jié)點的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58。確切的閾值對本發(fā)明來說不是關(guān)鍵性的，它也可以是可配置的參數(shù)。在一種實現(xiàn)方式中，閾值時間段是30秒。如圖2A所示，無線節(jié)點定位模塊59隨后確定是否有足夠數(shù)目的信號強度值剩余以用于估計無線節(jié)點的位置(106)。依賴于實現(xiàn)方式，該最小樣本數(shù)目可以由網(wǎng)絡(luò)管理員或系統(tǒng)設(shè)計者任意配置，或者根據(jù)定位算法的內(nèi)在需求來要求。例如，三角測量要求來自至少三個基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58的信號強度樣本。如果有足夠數(shù)目的樣本剩余以供分析，無線節(jié)點定位模塊59則使用任何合適的無線節(jié)點定位模型或算法(例如上述算法和模型)來計算無線節(jié)點的估計位置。
否則，無線節(jié)點定位模塊59嘗試刷新無線節(jié)點的信號強度信息。在基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58充當(dāng)接入點的實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位模塊59在一種實現(xiàn)方式中首先識別無線節(jié)點已關(guān)聯(lián)到的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58(110)?；蛘?，如果基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器只用于檢測用于定位的信號，無線節(jié)點定位模塊59則識別無線節(jié)點關(guān)聯(lián)到的接入點或其他WLAN組件。如上所述，這可以通過利用SNMP或其他合適的查詢方法查詢WLAN組件來實現(xiàn)。一旦關(guān)聯(lián)被識別出，無線節(jié)點定位模塊59就向報告了關(guān)聯(lián)的接入點發(fā)送對于終止與移動節(jié)點的連接的請求(112)。無線節(jié)點定位模塊59隨后等待可配置的時間T，以允許在嘗試計算無線節(jié)點的估計位置之前信號強度數(shù)據(jù)刷新。
在802.11無線網(wǎng)絡(luò)中，與無線節(jié)點的連接可以按至少兩種方式來終止。在一種實現(xiàn)方式中，接入點可以發(fā)送去認(rèn)證(deauthentication)幀，其指示接入點正在終止連接。在另一實現(xiàn)方式中，接入點可以發(fā)送終止關(guān)聯(lián)的解關(guān)聯(lián)(disassociation)幀。在任一情況下，以這種方式選擇性地終止連接都會致使移動臺掃描與之關(guān)聯(lián)的接入點，并且在給定頻帶中的所有可用信道(例如用于802.11b/g網(wǎng)絡(luò)的2.4GHz和用于802.11a網(wǎng)絡(luò)的5GHz)上發(fā)送探測響應(yīng)，并且對于雙頻帶移動臺，還在第二頻帶中的所有可用信道上發(fā)送探測請求。因此，在無線節(jié)點的范圍內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58將最終能夠檢測到探測請求及其信號強度，無論它們當(dāng)前被設(shè)置到的工作信道(和頻帶)如何都是如此。這種方案還允許相鄰的基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58被動檢測無線節(jié)點，并確保到其他移動臺的服務(wù)不會被中斷，這是因為基礎(chǔ)設(shè)施無線電收發(fā)器58無需進(jìn)入“脫離信道”狀態(tài)。
圖2B示出根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)方式的另一種過程流。在圖2B的過程流中，無線節(jié)點定位模塊59首先掃描關(guān)聯(lián)表以確定無線節(jié)點是否與接入點相關(guān)聯(lián)(110)。如果是(111)，無線節(jié)點定位模塊59則按上述方式終止無線連接(112)。然后等待可配置的時間T以便刷新的信號強度信息在系統(tǒng)中傳播(114)，并收集信號強度數(shù)據(jù)(102、104)。如圖2B所示，如果沒有識別出關(guān)聯(lián)，則在一種實現(xiàn)方式中，假設(shè)無線節(jié)點是非法接入點或客戶端。因此，無線節(jié)點定位模塊59開始收集信號強度數(shù)據(jù)(如果有的話)，并且，假設(shè)已經(jīng)收集到足夠數(shù)目的信號強度值的話，則計算無線節(jié)點的估計位置(108)。
有多種實施例都是可能的。例如，在另一實現(xiàn)方式中，如果無線節(jié)點是非法客戶端設(shè)備(這可以通過檢查802.11幀中的From/To比特來確定)，無線節(jié)點定位模塊59則可以配置最近的無線電收發(fā)器58來欺騙(spoof)非法接入點并發(fā)送去認(rèn)證和/或解關(guān)聯(lián)幀。美國申請10/611,660公開了對非法系統(tǒng)的檢測和欺騙非法接入點來終止它們與非法客戶端的連接。
B.集成到無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中在一種實現(xiàn)方式中，上述無線節(jié)點定位功能可以被集成到無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中，例如圖3所示的分級WLAN系統(tǒng)。例如，如這里通過參考并入的美國申請No.10/155,938和No.10/407,357所描述的，這里描述的無線節(jié)點定位功能可以被集成到WLAN環(huán)境中。但是，根據(jù)本發(fā)明的無線節(jié)點定位功能可被應(yīng)用到其他無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。例如，如上所述，無線節(jié)點定位功能可被集成到包括與中央網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)協(xié)同工作的多個基本上自治的接入點地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中。
參考圖3，其示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的無線局域網(wǎng)系統(tǒng)的框圖。本發(fā)明的特定實施例包括以下元件用于與選擇的客戶端遠(yuǎn)程元件16、18、20、22進(jìn)行無線通信的接入元件11-15；中央控制元件24、25、26；以及用于在接入元件和中央控制元件之間通信的裝置，例如直接線路接入、以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)(例如LAN網(wǎng)段10)。如美國專利申請No.10/407,357所公開的，接入元件(例如接入元件11-15)被直接連接到LAN網(wǎng)段10或虛擬局域網(wǎng)(VLAN)，以與相應(yīng)的中央控制元件24、26通信。參見圖3。但是，如美國專利申請No.10/155,938所公開的，接入元件11-15也可以經(jīng)由直接接入線路直接連接到各自的中央控制元件24、26。
接入元件11-15經(jīng)由使用無線局域網(wǎng)(WLAN)協(xié)議(例如IEEE802.11a或802.11b等等)的通信裝置被耦合到客戶端遠(yuǎn)程元件16、18、20、22。如美國申請No.10/155,938和No.10/407,357所描述的，接入元件12、14和中央控制元件24經(jīng)由直接接入線路或LAN網(wǎng)段10以隧道方式傳送與相應(yīng)遠(yuǎn)程客戶端元件16、18、20、22相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)流量。中央控制元件24、26還可操作以用于橋接遠(yuǎn)程客戶端元件16、18、20、22之間通過與相應(yīng)接入元件11-15的隧道傳送的網(wǎng)絡(luò)流量。在另一實現(xiàn)方式中，接入元件11-15可被配置為橋接LAN網(wǎng)段10上的網(wǎng)絡(luò)流量，同時將橋接的幀的拷貝發(fā)送到接入元件，以用于數(shù)據(jù)收集和網(wǎng)絡(luò)管理。
如以上標(biāo)識的專利申請所描述的，中央控制元件24、26進(jìn)行操作以執(zhí)行數(shù)據(jù)鏈路層管理功能，例如代表接入元件11-15的認(rèn)證和關(guān)聯(lián)。例如，中央控制元件24、26在接入元件11-15提供與遠(yuǎn)程客戶端元件16、18、20、22之間的通信的確認(rèn)時提供處理以動態(tài)配置根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的無線局域網(wǎng)。例如中央控制元件24、26可以處理經(jīng)由接入元件11-15從遠(yuǎn)程客戶端元件16、18、20、22傳遞的無線LAN管理消息，例如認(rèn)征請求和授權(quán)請求，而接入元件11-15在無需對其進(jìn)行傳統(tǒng)處理的情況下對這些消息的通信提供立即確認(rèn)。類似地，中央控制元件24、26例如可以處理物理層信息。再進(jìn)一步，如下面更全面描述的，中央控制元件24、26例如可以處理在接入元件11-15處收集的關(guān)于信道特性、信號強度、傳播和干擾或噪聲的信息。
如圖4所示，中央控制元件24、26可被配置為收集上述信號強度數(shù)據(jù)，以支持根據(jù)本發(fā)明的無線節(jié)點定位功能。這里描述的信號強度數(shù)據(jù)收集功能與上面通過參考并入的美國申請No.10/183,704中公開的數(shù)據(jù)收集非常類似。在該申請中，接入元件11-15將信號強度數(shù)據(jù)附加到接收自無線節(jié)點的分組，通常是附加到封裝頭部中。中央控制元件24、26處理封裝分組頭部以更新各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，例如以上在A部分中論述的N×N AP信號強度矩陣和無線節(jié)點表。美國申請No.10/183,704公開了接入元件11-15的內(nèi)部工作組件和一般配置，所述接入元件11-15可以連同這里描述的集成的無線節(jié)點定位功能一起使用。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明實現(xiàn)方式的中央控制元件24、26的邏輯配置。如美國申請No.10/183,704所述，在一種實現(xiàn)方式中，在中央控制元件24或26和接入元件(例如接入元件11)之間既存在邏輯數(shù)據(jù)路徑66，還存在控制路徑68?？刂坡窂?8允許中央控制元件24或26與無線電接入元件11-15通信并且獲取無線電接入元件之間的信號強度。通過監(jiān)視數(shù)據(jù)路徑66，中央控制元件24或26可以獲得由其它無線節(jié)點發(fā)送的信號的信號強度。
更具體而言，在中央控制元件24或26中的無線節(jié)點定位器90經(jīng)由控制信道68和數(shù)據(jù)信道66收集來自多個接入元件的信息。如上所述，中央控制元件24或26從多個接入元件11-15接收數(shù)據(jù)分組和控制分組，或向多個接入元件11-15發(fā)送數(shù)據(jù)分組和控制分組。標(biāo)志檢測器62在數(shù)據(jù)分組和控制分組之間進(jìn)行區(qū)分，通過邏輯開關(guān)64將它們路由到與有線網(wǎng)絡(luò)15通信的高速數(shù)據(jù)路徑66，或中央控制元件24或26內(nèi)的控制路徑68。數(shù)據(jù)路徑66被無線節(jié)點數(shù)據(jù)收集器70監(jiān)視。與每個數(shù)據(jù)分組相關(guān)聯(lián)的是一個資源管理頭部，該頭部包含RF物理層信息，例如每次接收分組前信道中的功率、接收信號的接入元件的標(biāo)識符以及被選擇來接收信號的天線的標(biāo)識符。該信息與原始幀中的802.11協(xié)議信息一起被用于維護(hù)一個或多個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這一個或多個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)維護(hù)著由接入元件11-15檢測到的無線節(jié)點的信號強度數(shù)據(jù)，如以上在A部分中論述的?？刂坡窂?8被耦合到維護(hù)著AP信號強度矩陣78的處理器元件76。AP信號強度矩陣78收集量化接入元件11-15之間的信號強度的信息。所有信號強度數(shù)據(jù)都在接入元件11-15處被收集并通過數(shù)據(jù)路徑和控制路徑被傳輸?shù)街醒肟刂圃?4或26，在一種實現(xiàn)方式中，分別是以數(shù)據(jù)路徑中的資源管理頭部中的分組化信息和控制路徑中的資源管理控制分組的方式傳輸?shù)摹?br> 如上所述，在一種實現(xiàn)方式中，無線節(jié)點定位功能使用接入元件之間的信號強度數(shù)據(jù)來調(diào)整無線節(jié)點定位算法的一個或多個參數(shù)，或者校準(zhǔn)接入元件上的信號強度檢測。為了支持這樣的實現(xiàn)方式，一個任務(wù)是創(chuàng)建和維護(hù)針對各種無線網(wǎng)絡(luò)中的檢測彼此的信號的所有遠(yuǎn)程接入元件的AP信號強度矩陣。在一種實現(xiàn)方式中，這是通過使中央控制元件24或26中的無線節(jié)點定位器90和接入元件11-15中的資源管理器都被動監(jiān)聽周圍的接入元件并主動探測周圍的接入元件來實現(xiàn)的。中央控制元件24或26中的無線節(jié)點定位器可以調(diào)度無線網(wǎng)絡(luò)中的接入元件11-15，以在指定信道上傳送數(shù)據(jù)測量請求，然后記錄來自周圍接入元件的響應(yīng)。數(shù)據(jù)測量探測請求和接收器信息帶寬可以具有比正常信息帶寬更窄的信息帶寬，以便允許接收器的動態(tài)范圍擴展到其正常工作范圍之外。這允許無線電元件“看見”超出了正常工作范圍的接入元件。對這些測量的調(diào)度允許利用單次傳輸執(zhí)行多個測量，并且允許對發(fā)送信號的檢測在調(diào)度時被視為相對于背景噪聲的幅度改變，從而允許更容易地檢測測量信號并允許更大的動態(tài)范圍。所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)可在由AP信號強度矩陣78在控制路徑68上收集的控制分組中傳送。對于在接入元件處在數(shù)據(jù)信道上接收的每個分組，對RF信道中的功率的測量是就在接收分組之前被動執(zhí)行的。通過將無線電資源管理頭部附加到數(shù)據(jù)分組，這種干擾測量結(jié)果經(jīng)由數(shù)據(jù)信道被發(fā)送到中央控制元件。或者，接入元件可被配置為對接收自其它接入元件的分組加標(biāo)志，以使得它們在控制路徑68上傳送。
圖4還示出了RF定位模型數(shù)據(jù)庫80，其包含了無線節(jié)點定位器90估計無線節(jié)點的位置所需的數(shù)據(jù)(例如與接入元件11-15相關(guān)聯(lián)的一個或多個覆蓋地圖、接入元件的位置坐標(biāo)、路徑損耗指數(shù)等等)。如上所述，關(guān)聯(lián)表可以由接入元件11-15單獨維護(hù)，或者由接入元件連接到的中央控制元件24、26來維護(hù)。如上所述，當(dāng)被激活時，無線節(jié)點定位器90可進(jìn)行操作以可選地刷新針對一個或多個無線節(jié)點的信號信息，并且計算所需無線節(jié)點的估計位置，以及將估計的位置返回到發(fā)請求的系統(tǒng)，例如網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)或控制接口。在圖3所示的WLAN系統(tǒng)中，可能實現(xiàn)多種實現(xiàn)方式。例如，中央控制元件24可被配置為用于無線節(jié)點定位的“主”中央控制元件。就是說，在所有中央控制元件處收集的數(shù)據(jù)最終從其它中央控制元件(例如中央控制元件26)發(fā)送(定期地或者根據(jù)需求)到主中央控制元件24，該主中央控制元件24控制無線連接的選擇性終止并計算無線節(jié)點的估計位置?；蛘撸占臄?shù)據(jù)可被發(fā)送到執(zhí)行上述位置計算的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)?；蛘?，中央控制元件24、26(當(dāng)被部署在不同的物理空間時，例如部署在不同的樓層或建筑物中)可以基本上自治地工作。
已經(jīng)參考特定實施例說明了本發(fā)明。例如，雖然上述實施例結(jié)合802.11網(wǎng)絡(luò)工作，但是本發(fā)明也可以結(jié)合任何無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用。另外，雖然上述實施例結(jié)合三角測量或RF指紋識別工作，但是任何依賴于與無線節(jié)點相關(guān)聯(lián)的信號強度信息的定位方法都可被用在本發(fā)明中。另外，雖然上述實施例示出了由專門的基礎(chǔ)設(shè)施執(zhí)行位置確定的系統(tǒng)，但是上述發(fā)明也可以由駐留在無線節(jié)點上的客戶端應(yīng)用實現(xiàn)，其中客戶端應(yīng)用終止連接來刷新信號強度信息。對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，其它實施例將是顯而易見的。因此，本發(fā)明只受所附權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1.在包括多個接入元件和至少一個無線節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的一種用于無線節(jié)點定位機構(gòu)中的信號信息的刷新的方法，在所述無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，所述無線節(jié)點可操作以用于在多個工作信道上發(fā)送無線幀以發(fā)現(xiàn)與其連接的接入點，所述方法包括接收對于估計連接到無線網(wǎng)絡(luò)的無線節(jié)點的位置的請求；終止所述無線節(jié)點和所述無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接；收集在多個無線電接收器處檢測到的與所述無線節(jié)點發(fā)送的信號相對應(yīng)的信號強度值；以及至少部分基于所述多個無線電接收器檢測到的所述信號強度值來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計算步驟包括將收集的信號強度值提供到返回所述無線節(jié)點的估計位置的無線節(jié)點定位模型。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述無線節(jié)點定位模型基于所述收集的信號強度值和所述多個無線電接收器的位置對所述無線節(jié)點的估計位置進(jìn)行三角測量。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述無線網(wǎng)絡(luò)包括至少一個接入點。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述無線電接收器中的至少一個是所述無線網(wǎng)絡(luò)中的接入點。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述無線電接收器中的至少一個是所述無線網(wǎng)絡(luò)中的接入點。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括在終止所述無線網(wǎng)絡(luò)和所述無線節(jié)點之間的連接之后，并在計算所述無線節(jié)點的估計位置之前，等待一段時間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述計算步驟包括識別與將被用于定位所述無線節(jié)點的信號強度相關(guān)聯(lián)的無線電接收器；選擇與識別出的無線電接收器相關(guān)聯(lián)的RF物理模型的多個方面；以及使用由所述識別出的無線電接收器檢測到的信號的信號強度以及所述物理模型的所選方面來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述RF物理模型的多個方面是對應(yīng)于各個無線電接收器的覆蓋地圖。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述覆蓋地圖中的每一個包括與相應(yīng)的信號強度值相關(guān)聯(lián)的多個位置坐標(biāo)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述覆蓋地圖是探索式地構(gòu)建的。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述覆蓋地圖基于數(shù)學(xué)模型。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述無線節(jié)點實現(xiàn)802.11協(xié)議。
14.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述至少一個無線節(jié)點和所述無線電接收器能夠工作在多于一個射頻頻帶中，并且其中所述無線節(jié)點的位置是基于所述無線電接收器檢測出的信號強度值和與所述信號強度值相關(guān)聯(lián)的射頻頻帶計算出的。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其中所述計算步驟包括識別與將被用于定位所述無線節(jié)點的信號強度相關(guān)聯(lián)的無線電接收器；選擇與識別出的無線電接收器相關(guān)聯(lián)的RF物理模型的多個方面以及所述無線電接收器在其上檢測到所述信號強度的射頻頻帶；以及使用由所述識別出的無線電接收器檢測到的信號的信號強度以及所述物理模型的所選方面來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
16.權(quán)利要求15所述的方法，其中所述RF物理模型的多個方面是對應(yīng)于各個無線電接收器的覆蓋地圖。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述覆蓋地圖中的每一個包括與相應(yīng)的信號強度值相關(guān)聯(lián)的多個位置坐標(biāo)。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述覆蓋地圖是探索式地構(gòu)建的。
19.如權(quán)利要求17所述的方法，其中所述覆蓋地圖基于數(shù)學(xué)模型。
20.在包括多個接入元件和至少一個無線節(jié)點的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的一種用于無線節(jié)點定位機構(gòu)中的信號信息的刷新的方法，在所述無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，所述無線節(jié)點可操作以用于在多個工作信道上發(fā)送無線幀以發(fā)現(xiàn)與其連接的接入點，所述接入元件可操作以用于向所述無線節(jié)點發(fā)送響應(yīng)，所述方法包括接收對于估計連接到無線網(wǎng)絡(luò)的無線節(jié)點的位置的請求；終止所述無線節(jié)點和所述無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接；收集在多個無線電接收器和所述無線節(jié)點之間傳送的信號的信號強度值；以及至少部分基于收集的信號強度值來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述收集步驟是在所述無線節(jié)點處執(zhí)行的。
22.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述信號強度值是在所述接入元件處測量的。
23.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述計算步驟包括將所述收集的信號強度值提供到返回所述無線節(jié)點的估計位置的無線節(jié)點定位模型。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述無線節(jié)點定位模型基于所述收集的信號強度值和所述多個無線電接收器的位置對所述無線節(jié)點的估計位置進(jìn)行三角測量。
25.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述無線網(wǎng)絡(luò)包括至少一個接入點。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，還包括在終止所述無線網(wǎng)絡(luò)和所述無線節(jié)點之間的連接之后，并在計算所述無線節(jié)點的估計位置之前，等待一段時間。
27.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述計算步驟包括識別與將被用于定位所述無線節(jié)點的信號強度相關(guān)聯(lián)的無線電接收器；選擇與識別出的無線電接收器相關(guān)聯(lián)的RF物理模型的多個方面；以及使用由所述識別出的無線電接收器檢測到的信號的信號強度以及所述物理模型的所選方面來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其中所述RF物理模型的多個方面是對應(yīng)于各個無線電接收器的覆蓋地圖。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中所述覆蓋地圖中的每一個包括與相應(yīng)的信號強度值相關(guān)聯(lián)的多個位置坐標(biāo)。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述覆蓋地圖是探索式地構(gòu)建的。
31.如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述覆蓋地圖基于數(shù)學(xué)模型。
32.如權(quán)利要求20所述的方法，其中所述無線節(jié)點實現(xiàn)802.11協(xié)議。
33.一種輔助連接到無線網(wǎng)絡(luò)的無線節(jié)點的定位的裝置，其中所述無線節(jié)點可操作以用于在多個工作信道上發(fā)送無線幀以發(fā)現(xiàn)與其連接的接入點，所述裝置包括包括至少一個天線的多個無線電接收器，所述多個無線電接收器可操作以用于檢測由無線節(jié)點發(fā)送的信號的強度并將檢測到的信號強度提供到無線節(jié)點定位模塊；以及無線節(jié)點定位模塊，其可操作以用于選擇性地終止所述無線節(jié)點和所述無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接；收集在多個無線電接收器處檢測到的與所述無線節(jié)點發(fā)送的信號相對應(yīng)的信號強度值；以及至少部分基于所述多個無線電接收器檢測到的信號強度值來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其中所述無線節(jié)點定位模塊還可操作以用于在終止所述無線節(jié)點和所述無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接之后，并在計算所述無線節(jié)點的估計位置之前，等待一段時間。
35.一種輔助連接到無線網(wǎng)絡(luò)的無線節(jié)點的定位的裝置，其中所述無線節(jié)點可操作以用于在多個工作信道上發(fā)送無線幀以發(fā)現(xiàn)與其連接的接入點，所述裝置包括可操作以用于與包括至少一個天線的多個無線電接收器交互的通信模塊，所述多個無線電接收器可操作以用于檢測由無線節(jié)點發(fā)送的信號的強度并將檢測到的信號強度提供到無線節(jié)點定位模塊；以及無線節(jié)點定位模塊，其可操作以用于選擇性地終止所述無線節(jié)點和所述無線網(wǎng)絡(luò)之間的連接；收集在多個無線電接收器處檢測到的與所述無線節(jié)點發(fā)送的信號相對應(yīng)的信號強度值；以及至少部分基于所述多個無線電接收器檢測到的信號強度值來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其中所述通信模塊包括網(wǎng)絡(luò)接口適配器。
37.一種輔助無線節(jié)點的定位的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中所述無線節(jié)點可操作以用于在多個工作信道上發(fā)送無線幀以發(fā)現(xiàn)與其連接的接入點，所述無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括多個接入元件，用于與至少一個遠(yuǎn)程客戶端元件進(jìn)行無線通信并用于與中央控制元件通信；其中對應(yīng)于所述接入元件中每一個的RF覆蓋地圖表征針對物理區(qū)域中的位置的信號強度值，其中所述接入元件中每一個可操作以用于連同中央控制元件建立和維護(hù)與遠(yuǎn)程客戶端元件的無線連接；檢測接收到的信號的強度；將信號強度值附加到接收自無線節(jié)點的幀；并且將接收的幀發(fā)送到中央控制元件；至少一個中央控制元件，用于監(jiān)督所述接入元件，其中所述中央控制元件可操作以用于管理所述接入元件和相應(yīng)的遠(yuǎn)程客戶端元件之間的無線連接，以及與無線節(jié)點標(biāo)識符相關(guān)聯(lián)地存儲附加到由所述多個接入元件發(fā)送的幀的信號強度數(shù)據(jù)；以及無線節(jié)點定位模塊，其可操作以用于選擇性地終止無線節(jié)點和接入元件之間的連接；至少部分基于所述多個接入元件檢測到的信號強度值來計算所述無線節(jié)點的估計位置。
38.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述無線節(jié)點定位模塊還可操作以用于在終止所述無線節(jié)點和所述接入元件之間的連接之后，并在計算所述無線節(jié)點的估計位置之前，等待一段時間。
39.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述無線節(jié)點定位模塊駐留在網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中。
40.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述無線節(jié)點定位模塊駐留在所述中央控制元件中。
41.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述無線節(jié)點定位模塊維護(hù)著信號強度矩陣，該信號強度矩陣包括代表在所述接入元件之間檢測到的信號的強度的值。
42.如權(quán)利要求37所述的系統(tǒng)，其中所述幀是802.11幀。
43.如權(quán)利要求38所述的系統(tǒng)，其中所述無線節(jié)點標(biāo)識符是MAC地址。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于基礎(chǔ)設(shè)施無線節(jié)點定位機構(gòu)中的信號信息的刷新的方法、裝置和系統(tǒng)。無線節(jié)點定位機構(gòu)選擇性地終止與無線客戶端之間的連接，以刷新用于計算無線客戶端的估計位置的信號強度信息。無線節(jié)點定位機構(gòu)終止WLAN和給定的無線節(jié)點之間的連接，從而使得在典型的WLAN協(xié)議實現(xiàn)方式中，移動臺在給定頻帶中的所有可用工作信道上發(fā)送幀或分組。這允許工作在不同頻率信道中的接入點和其它WLAN元件檢測由移動臺發(fā)送的幀并將刷新的信號強度信息提供到無線節(jié)點定位機構(gòu)。
文檔編號H04W8/00GK1918921SQ200580004319
公開日2007年2月21日 申請日期2005年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月27日
發(fā)明者羅伯特·J·弗瑞德, 亞歷山大·H·希爾斯 申請人:艾雷斯貝斯有限公司