專利名稱：一種無線局域網的終端定位方法
技術領域：
本發明涉及一種無線局域網的終端定位方法，尤其涉及一種可以在工業或者民用領域使用的基于WLAN技術的對終端的無線定位方法，屬于計算機網絡技術領域，特別是WLAN技術領域。
背景技術：
定位技術的誕生已經有很多年的歷史了，從航海技術和天文學大發展的時候，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問世了。當前，科技技術的不斷進步，用戶需求的不斷增加，使得無線定位技術越來越被人們所關注，如GPS，蜂窩通訊系統無線定位，雷達定位等等。這些技術廣泛的為人民生活，工業領域和國防建設所使用。無線定位技術有很多種，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，測量接收信號方向(AOA)的定位術，測量信號傳播時間特性的定位技術。
WLAN技術是今年來新興的，也是最熱門的無線技術，它利用射頻(RF)技術傳送信號，實現無線的局域網連接。人們使用這種技術可以讓隨身的設備(如PDA，筆記本電腦，手機)和固定設備(臺式電腦，智能家電)具備了無線上網的功能，不必因為設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提供商提供的無線網絡服務，如瀏覽信息，收發郵件等等。
在WLAN的通訊原理中，分為對等組網和基礎模式組網，對等組網(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；基礎模式組網(如圖2所示)則需要無線接入點，無線終端發出的所有信號和數據都要先發送到AP，然后由AP轉發給目前終端。后一種模式因為方便管理，而且可以和有線網進行橋接，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備在發送信號，所以每個通訊的終端設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絡環境下，如果有一個終端設備出現了故障，它就會不斷的向網絡發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，反復嘗試連接網絡。所以很需要一種機制，在WLAN的網絡環境中對無線終端的位置進行確定，以檢測這種“壞結點”的位置，從而避免干擾和攻擊。
發明內容
本發明的目的在于提供一種無線局域網的終端定位方法，可以有效檢測網絡中的壞節點，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。
本發明的目的是通過如下技術方案實現的一種無線局域網的終端定位方法，在至少包括一個定位服務器的無線局域網的同一擴展服務區ESSID內，包括如下步驟步驟一，由該擴展服務區的三個無線接入點AP向處于該擴展服務區的待測量終端分別無沖突發送懇求CF-Poll詢問包，并記錄發送的時間；；步驟二，發送詢問包的AP分別記錄收到CF-Poll詢問包的返回信息的時間，將返回時間與發送時間的時間差返回給定位服務器，由定位服務器計算得到該無線終端的位置。
如上所述步驟二中，定位服務器計算無線終端的位置，利用三個AP測得的測量結果和已知的三個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間的距離分別設為S1，S2，S3；由三個AP測量出的測量結果的比值設為x∶y∶z，設長度單元為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絡的擴展服務區ESSID中任意一個AP，并在該AP定義的基本服務區BSS中注冊；然后，由對應的AP把接入的無線終端信息發送給定位服務器，定位服務器對擴展服務區內的接入的終端進行記錄。
如上所述的步驟二中，發送懇求CF-Poll詢問包的AP設定一個等待無線終端反饋時間，如果在規定時間內無反饋，則測試失敗，定位過程結束；如果在規定時間內有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差，并發送到定位服務器。
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必須處于監聽狀態。
本發明提供了一種無線局域網的終端定位方法，利用WLAN的通訊原理和經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，對于接入端的設備和AP均無需做任何的修改，只要是普通的支持802.11網卡和AP，就可以實現這一方法。該方法簡單有效，既可以用來檢測“壞結點”，并防止其干擾，也可以用來檢測無線網絡的結點分布，從而達到平衡網絡流量和負載的目的。
圖1為WLAN的對等組網模式示意圖；圖2為WLAN的基礎組網模式示意圖；圖3為由三個AP組成的擴展服務區示意圖；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為定位服務器計算無線終端位置的原理圖。
具體實施例方式
在基礎模式的WLAN通訊機制中，AP是所有通訊數據的中間站，AP采用了一種中心網絡控制方式--點協調功能(PCF)的來提供可選優先級的無競爭的幀傳送。本發明利用AP和無線終端之間傳遞的控制幀和各個設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區(BSSID)中的時候，無線AP在一個無沖突服務階段開始后，會對每一個已經連接上的無線終端進行詢問，詢問該結點是否有數據需要發送，無論該結點是否需要發送數據，都必須回復。本發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。
本發明提供的無線局域網的終端定位方法，應用在至少包括一個定位服務器的無線局域網的同一擴展服務區ESSID內，包括由該擴展服務區的三個無線接入點AP向處于該擴展服務區的待測量終端分別無沖突發送懇求CF-Poll詢問包，并記錄發送的時間；發送詢問包的AP分別記錄收到CF-Poll詢問包的返回信息的時間，將返回時間與發送時間的時間差返回給定位服務器，由定位服務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區(ESSID)，在這個擴展服務區中，所有的AP的服務區名稱(SSID)是相同的，但是三個AP的擴展服務區名稱(BSSID)不同，無線終端聯入到這個網絡中，在某個特定的時候，只能存在于一個BSSID(對應于一個AP)中；但是由于無線訪問介質的唯一性，所有AP發出數據包這個無線終端都可以收得到。
當定位服務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都向無線終端發出一個詢問包，AP分別響應每一個詢問包，然后三個AP把得到的時間差返回給定位服務器，由定位服務器進行運算得到無線終端的位置。
定位服務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間的距離分別設為S1，S2，S3；由三個AP測量出的測量結果的比值設為x∶y∶z，設長度單元為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器發起，因此定位服務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，定位服務器對所有在無線接入點AP天線覆蓋范圍以內的接入的無線終端進行記錄；即由三個AP組成無線網絡的擴展服務區(ESSID)，無線終端連接入其中任意一個AP，并在該AP定義的基本服務區(BSS)中注冊； 然后，由對應的AP把接入的無線終端信息報告給定位服務器，定位服務器對擴展服務區內的所有接入的終端進行記錄。
當定位服務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都向無線終端發出一個詢問包，發送懇求CF-Poll詢問包的AP設定一個等待無線終端反饋時間，如果在規定時間內無反饋，則測試失敗，定位過程結束；如果在規定時間內有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差，并發送到定位服務器。
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出無沖突發送懇求(CF-Poll)詢問包，并記錄當前時間；然后，等待無線終端反饋，若在規定時間內無反饋，則測試失敗，定位過程結束；若在規定時間內有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差。
需要說明的是在定位服務器進行測量的時候，由于三個AP處于同一個無線介質范圍內，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必須處于監聽狀態，這個狀態有擴展服務區(ESSID)內的多個AP之間的接入點間通訊協議(IAPP)進行維護，不需要定位服務器處理。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種無線局域網的終端定位方法，其特征在于，在至少包括一個定位服務器的無線局域網的同一擴展服務區ESSID內，包括如下步驟步驟一，由該擴展服務區的三個無線接入點AP向處于該擴展服務區的待測量終端分別無沖突發送懇求CF-Poll詢問包，并記錄發送的時間；步驟二，發送詢問包的AP分別記錄收到CF-Poll詢問包的返回信息的時間，將返回時間與發送時間的時間差返回給定位服務器，由定位服務器計算得到該無線終端的位置。
2.根據權利要求1所述的無線局域網的終端定位方法，其特征在于，所述的步驟二中，定位服務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.根據權利要求1或2所述的無線局域網的終端定位方法，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絡的擴展服務區ESSID中任意一個AP，并在該AP定義的基本服務區BSS中注冊；然后，由對應的AP把接入的無線終端信息發送給定位服務器，定位服務器對擴展服務區內的接入的終端進行記錄。
4.根據權利要求3所述的無線局域網的終端定位方法，其特征在于，所述的步驟二中，發送懇求CF-Poll詢問包的AP設定一個等待無線終端反饋時間，如果在規定時間內無反饋，則測試失敗，定位過程結束；如果在規定時間內有反饋，則AP記錄反饋時間，算出時間差，并發送到定位服務器。
5.根據權利要求4所述的無線局域網的終端定位方法，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必須處于監聽狀態。
全文摘要
本發明公開了一種基于WLAN技術的無線定位方法，在至少包括一個定位服務器的無線局域網的同一擴展服務區ESSID內，至少包括如下步驟由該擴展服務區的三個無線接入點AP向處于該擴展服務區的待測量終端分別無沖突發送懇求CF－Poll詢問包，并記錄發送的時間；發送詢問包的AP分別記錄收到CF－Poll詢問包的返回信息的時間，將返回時間與發送時間的時間差返回給定位服務器，由定位服務器計算得到該無線終端的位置。本發明利用WLAN的通訊原理和經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“壞結點”，并防止其干擾，也可以用來檢測無線網絡的結點分布，從而達到平衡網絡流量和負載的目的。
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 優先權日2004年3月25日
發明者王震宇, 于辰濤, 田治江 申請人:聯想(北京)有限公司