CN100340088C - 一种无线局域网的终端定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于WLAN技术的无线定位方法，在至少包括一个定位服务器的无线局域网的同一扩展服务区ESSID内，至少包括如下步骤：由该扩展服务区的三个无线接入点AP向处于该扩展服务区的待测量终端分别无冲突发送恳求CF-Poll询问包，并记录发送的时间；发送询问包的AP分别记录收到CF-Poll询问包的返回信息的时间，将返回时间与发送时间的时间差返回给定位服务器，由定位服务器计算得到该无线终端的位置。本发明利用WLAN的通讯原理和经典的三点定位的测量方法，同时利用多个无线接入点对接入的某个无线终端进行定位，该方法简单有效，既可以用来检测“坏结点”，并防止其干扰，也可以用来检测无线网络的结点分布，从而达到平衡网络流量和负载的目的。

Description

一种无线局域网的终端定位方法

技术领域

本发明涉及一种无线局域网的终端定位方法，尤其涉及一种可以在工业或者民用领域使用的基于WLAN技术的对终端的无线定位方法，属于计算机网络技术领域，特别是WLAN技术领域。

背景技术

定位技术的诞生已经有很多年的历史了，从航海技术和天文学大发展的时候，为了精确的定位航船或者天体的位置，很多定位的理论和方法就已经问世了。当前，科技技术的不断进步，用户需求的不断增加，使得无线定位技术越来越被人们所关注，如GPS，蜂窝通讯系统无线定位，雷达定位等等。这些技术广泛的为人民生活，工业领域和国防建设所使用。无线定位技术有很多种，但是总体上可以安装定位的方法分为以下三种：测量接收信号功率的定位技术，测量接收信号方向(AOA)的定位术，测量信号传播时间特性的定位技术。

WLAN技术是今年来新兴的，也是最热门的无线技术，它利用射频(RF)技术传送信号，实现无线的局域网连接。人们使用这种技术可以让随身的设备(如：PDA，笔记本电脑，手机)和固定设备(台式电脑，智能家电)具备了无线上网的功能，不必因为设备的位置和布线大伤脑筋，同时也方便用户可以在各种场合下可以方便的使用运营商和服务提供商提供的无线网络服务，如：浏览信息，收发邮件等等。

在WLAN的通讯原理中，分为对等组网和基础模式组网，对等组网(如图1所示)不需要无线的接入点(AP)，所有的无线终端(STA)之间互相通讯；基础模式组网(如图2所示)则需要无线接入点，无线终端发出的所有信号和数据都要先发送到AP，然后由AP转发给目前终端。后一种模式因为方便管理，而且可以和有线网进行桥接，目前是最主要的WLAN使用模式。

由于无线是一种广播通讯机制，在同一个频段上，一个时刻就只能有一个设备在发送信号，所以每个通讯的终端设备如果需要使用无线频段，则必须要进行冲突的避免。在一个存在多个通讯终端的网络环境下，如果有一个终端设备出现了故障，它就会不断的向网络发出尝试占有频段的信号，从而干扰其它终端的正常通讯。而且，对于某些恶意攻击无线AP的终端，也会利用这样的手段，反复尝试连接网络。所以很需要一种机制，在WLAN的网络环境中对无线终端的位置进行确定，以检测这种“坏结点”的位置，从而避免干扰和攻击。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线局域网的终端定位方法，可以有效检测网络中的坏节点，进而采取措施防止其对正常通讯的干扰；另外，对于恶意攻击的无线AP终端，可以将其迅速定位，继而有效避免攻击。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种无线局域网的终端定位方法，在至少包括一个定位服务器的无线局域网的同一扩展服务区ESSID内，包括如下步骤：

步骤一，由该扩展服务区的三个无线接入点AP向处于该扩展服务区的待测量终端分别无冲突发送恳求CF-Poll询问包，并记录发送的时间；；

步骤二，发送询问包的AP分别记录收到CF-Poll询问包的返回信息的时间，将返回时间与发送时间的时间差返回给定位服务器，由定位服务器计算得到该无线终端的位置。

如上所述步骤二中，定位服务器计算无线终端的位置，利用三个AP测得的测量结果和已知的三个AP之间的物理距离，可以计算得到无线终端的位置。计算方法如下：

三个AP间的距离分别设为S1，S2，S3；由三个AP测量出的测量结果的比值设为x∶y∶z，设长度单元为a，则三个AP测出的距离分别为xa，ya，za。则计算公式为：根据余弦定理，

S₁ ²＝(xa)²+(ya)²-2·xa·ya·cosθ₁

S₂ ²＝(ya)²+(za)²-2·ya·za·cosθ₂

S₃ ²＝(xa)²+(za)²-2·xa·za·cosθ₃

cosθ₁＝-cos(θ₂+θ₃)

解出上面的方程组，未知数为θ₁，θ₂，θ₃和a，可以得出a的值，从而算出S点的位置。

如上所述步骤一之前，所述的定位服务器对所有接入的无线终端进行记录，具体包括如下步骤：

首先，无线终端连接入无线网络的扩展服务区ESSID中任意一个AP，并在该AP定义的基本服务区BSS中注册；

然后，由对应的AP把接入的无线终端信息发送给定位服务器，定位服务器对扩展服务区内的接入的终端进行记录。

如上所述的步骤二中，发送恳求CF-Poll询问包的AP设定一个等待无线终端反馈时间，如果在规定时间内无反馈，则测试失败，定位过程结束；如果在规定时间内有反馈，则AP记录反馈时间，算出时间差，并发送到定位服务器。

如上所述步骤二中对某一个选定的终端进行定位，所有三个AP必须依次测量，当一个AP进行测量的时候，其它的两个AP必须处于监听状态。

本发明提供了一种无线局域网的终端定位方法，利用WLAN的通讯原理和经典的三点定位的测量方法，同时利用多个无线接入点对接入的某个无线终端进行定位，对于接入端的设备和AP均无需做任何的修改，只要是普通的支持802.11网卡和AP，就可以实现这一方法。该方法简单有效，既可以用来检测“坏结点”，并防止其干扰，也可以用来检测无线网络的结点分布，从而达到平衡网络流量和负载的目的。

附图说明

图1为WLAN的对等组网模式示意图；

图2为WLAN的基础组网模式示意图；

图3为由三个AP组成的扩展服务区示意图；

图4为一个AP对选定无线终端进行定位测试的流程图；

图5为定位服务器计算无线终端位置的原理图。

具体实施方式

在基础模式的WLAN通讯机制中，AP是所有通讯数据的中间站，AP采用了一种中心网络控制方式--点协调功能(PCF)的来提供可选优先级的无竞争的帧传送。本发明利用AP和无线终端之间传递的控制帧和各个设备的时间戳来进行定位测量。

无线接入点和无线终端之间的标准通讯过程为：当无线终端存在于一个基本服务区(BSSID)中的时候，无线AP在一个无冲突服务阶段开始后，会对每一个已经连接上的无线终端进行询问，询问该结点是否有数据需要发送，无论该结点是否需要发送数据，都必须回复。本发明将这个标准过程进行扩展，利用三个AP来轮询同一个无线终端，并对询问-回复的周期进行计算，最后利用三点定位的原理来确定该点在三点坐标系中的位置。

本发明提供的无线局域网的终端定位方法，应用在至少包括一个定位服务器的无线局域网的同一扩展服务区ESSID内，包括：由该扩展服务区的三个无线接入点AP向处于该扩展服务区的待测量终端分别无冲突发送恳求CF-Poll询问包，并记录发送的时间；发送询问包的AP分别记录收到CF-Poll询问包的返回信息的时间，将返回时间与发送时间的时间差返回给定位服务器，由定位服务器计算得到该无线终端的位置。

下面对上述方案进行详细地介绍。

图3所示为三个AP组成的一个扩展服务区(ESSID)，在这个扩展服务区中，所有的AP的服务区名称(SSID)是相同的，但是三个AP的扩展服务区名称(BSSID)不同，无线终端联入到这个网络中，在某个特定的时候，只能存在于一个BSSID(对应于一个AP)中；但是由于无线访问介质的唯一性，所有AP发出数据包这个无线终端都可以收得到。

当定位服务器需要确定一台无线终端的位置的时候，它通知三个和它相连接的AP，每个AP都向无线终端发出一个询问包，AP分别响应每一个询问包，然后三个AP把得到的时间差返回给定位服务器，由定位服务器进行运算得到无线终端的位置。

定位服务器计算无线终端的位置的方法如下：计算原理图如图5所示，三个AP间的距离分别设为S1，S2，S3；由三个AP测量出的测量结果的比值设为x∶y∶z，设长度单元为a，则三个AP测出的距离分别为xa，ya，za。则计算公式为：

S₁ ²＝(xa)²+(ya)²-2·xa·ya·cosθ₁

S₂ ²＝(ya)²+(za)²-2·ya·za·cosθ₂，

S₃ ²＝(xa)²+(za)²-2·xa·za·cosθ₃

cosθ₁＝-cos(θ₂+θ₃)

解出上面的方程组，未知数为θ₁，θ₂，θ₃和a，可以得出a的值，从而算出S点的位置。

对无线终端的定位可由定位服务器发起，因此定位服务器需要对所有接入的无线终端进行记录，具体包括如下步骤：首先，定位服务器对所有在无线接入点AP天线覆盖范围以内的接入的无线终端进行记录；即由三个AP组成无线网络的扩展服务区(ESSID)，无线终端连接入其中任意一个AP，并在该AP定义的基本服务区(BSS)中注册；然后，由对应的AP把接入的无线终端信息报告给定位服务器，定位服务器对扩展服务区内的所有接入的终端进行记录。

当定位服务器需要确定一台无线终端的位置的时候，它通知三个与其相连接的AP，每个AP都向无线终端发出一个询问包，发送恳求CF-Poll询问包的AP设定一个等待无线终端反馈时间，如果在规定时间内无反馈，则测试失败，定位过程结束；如果在规定时间内有反馈，则AP记录反馈时间，算出时间差，并发送到定位服务器。

这样，由三个和选定终端相连接的无线接入点AP来分别进行对某一个选定终端的测量；如图4所示，一次测量操作至少包括：

首先，AP向选定的无线终端发出无冲突发送恳求(CF-Poll)询问包，并记录当前时间；

然后，等待无线终端反馈，若在规定时间内无反馈，则测试失败，定位过程结束；若在规定时间内有反馈，则AP记录反馈时间，算出时间差。

需要说明的是：在定位服务器进行测量的时候，由于三个AP处于同一个无线介质范围内，所有三个AP必须依次测量，当一个AP进行测量的时候，其它的两个AP必须处于监听状态，这个状态有扩展服务区(ESSID)内的多个AP之间的接入点间通讯协议(IAPP)进行维护，不需要定位服务器处理。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1、一种无线局域网的终端定位方法，其特征在于，在至少包括一个定位服务器的无线局域网的同一扩展服务区ESSID内，包括如下步骤：

步骤一，由该扩展服务区的三个无线接入点AP向处于该扩展服务区的待测量终端分别无冲突发送恳求CF-Poll询问包，并记录发送的时间；

步骤二，发送询问包的AP分别记录收到CF-Poll询问包的返回信息的时间，将返回时间与发送时间的时间差返回给定位服务器，由定位服务器采用如下的公式计算得到该无线终端的位置，

S₁ ²＝(xa)²+(ya)²-2·xa·ya·cosθ₁

S₂ ²＝(ya)²+(za)²-2·ya·za·cosθ₂

S₃ ²＝(xa)²+(za)²-2·xa·za·cosθ₃

cosθ₁＝-cos(θ₂+θ₃)

其中：S₁，S₂，S₃为已知的三个AP之间距离；θ₁，θ₂，θ₃为三个AP与待测终端的夹角；x∶y∶z为三个AP收到CF-Poll询问包返回信息的时间与发送时间的时间差之比，a为单位距离，则xa，ya，za为三个AP距离待测终端的距离。

2、根据权利要求1所述的无线局域网的终端定位方法，其特征在于，所述的步骤一之前，所述的定位服务器对所有接入的无线终端进行记录，具体包括如下步骤：

首先，无线终端连接入无线网络的扩展服务区ESSID中任意一个AP，并在该AP定义的基本服务区BSS中注册；

然后，由对应的AP把接入的无线终端信息发送给定位服务器，定位服务器对扩展服务区内的接入的终端进行记录。

3、根据权利要求2所述的无线局域网的终端定位方法，其特征在于，所述的步骤二中，发送恳求CF-Poll询问包的AP设定一个等待无线终端反馈时间，如果在规定时间内无反馈，则测试失败，定位过程结束；如果在规定时间内有反馈，则AP记录反馈时间，算出时间差，并发送到定位服务器。

4、根据权利要求3所述的无线局域网的终端定位方法，其特征在于，所述步骤二中对某一个选定的终端进行定位，所有三个AP依次测量，当一个AP进行测量的时候，其它的两个AP必须处于监听状态。

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