CN101512375A - 通信网络上的地理定位终端用户设备 - Google Patents

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CN101512375A CNA2007800328762A CN200780032876A CN101512375A CN 101512375 A CN101512375 A CN 101512375A CN A2007800328762 A CNA2007800328762 A CN A2007800328762A CN 200780032876 A CN200780032876 A CN 200780032876A CN 101512375 A CN101512375 A CN 101512375A
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Abstract

提供了一种用于确定耦合到IP网络上的有效IP设备的地理位置的方案。获得到用户设备的网络路径，以确定具有已知的第一地理位置的最后一跳设备。计算在最后一跳设备与用户设备之间的最后一站的距离。还表征最后一站的带宽、传播时间和传播速度，以便更准确地确定最后一站的距离。通过将已知的第一地理位置与在最后一跳设备与用户设备之间的距离相组合，获得了用户设备的地理位置。为了提高用户设备的地理位置的准确度，使用多个具有已知地理位置的最后一跳设备来获得用户设备的多个地理区域。这些地理区域的相交或重叠表示了用户设备的精炼的地理位置。

Description

通信网络上的地理定位终端用户设备
对共同未决专利申请的参考
本专利申请与以下共同未决美国专利申请相关：由Kirk Taylor等人与此同时申请的“Enabling GPS Support For Network Infrastructure Devices”，该申请具有代理案号No.060094，并转让给本受让人，将本申请作为参考结合在此。
技术领域
本发明的各个实施例涉及通信网络，更具体而言，涉及一种用于对IP网络上的有效IP设备进行地理定位的方法。
背景技术
基于IP的网络的出现已经产生了许多应用，包括IP语音电话(VOIP)通信服务。IP语音电话通信正在变得越来越广泛，并且在一些情况下取代了公共交换电话网络上的传统电话服务。这种基于IP的通信服务通常在宽带连接上传递，例如数字用户线路(DSL)、数字电缆、和/或者无线收发机。VOIP数据在通用分组交换网络上流通，而不是在传统的专用的电路交换语音传输线路上。这种网络常常包括交换机、路由器、集线器、和/或者其他网络支持设备，以及将这些设备链接在一起的物理介质。物理链接可以是光纤、铜线和/或者各种无线链接中的任意一种或者其组合。
IP的固有特性使得难以在地理上定位网络用户。这在采用VOIP电话服务时就会出现问题，因为例如紧急呼叫不能被容易地路由到附近的呼叫中心。就是说，在由IP地址而不是具体位置来确定设备的IP网络的地理透明度，使得以任意精度确定VOIP的地理位置变得非常困难。在使用VOIP电话的呼叫者不能提供地址的情况下，紧急服务机构将不能以任何其他方式确定呼叫者的位置。
随着移动电话载波的发展，几种VOIP载波已经通过将全球定位系统(GPS)添加到VOIP电话中来实现技术解决方案。然而，在VOIP电话设备上实现GPS支持通常导致VOIP电话的较高购买成本，并且有时会产生额外的每月服务费用。
另一种方法是要求用户通过独立的登记过程来登记VOIP电话的地理位置。然而，这种方法是令人繁琐的，因为它依靠用户来执行这种额外的登记步骤。此外，由于VOIP电话可能会移动到另一不同的地理位置或者重新连接到IP网络，因此这种方法也是不现实的。
其他方案提出了使用来自IP网络中特定站的往返PING(round-tripping)时间作为到VOIP电话或设备的地理距离的估计。除了往返PING时间之外，一些方案提出了使用来自具有已知地理位置的网络设备的PING时间的三角测量形式来估计VOIP电话或设备的地理位置。然而，由于网络负载的变化、网络中每个站之间的跳的数量的变化和网络中每个站的处理时间的变化、以及使该方法在广泛的应用中可用所必需的具有已知地理位置的参考网络设备的庞大数量，使得这种方法是不准确的或不实用的。IP网络常常包括光纤缆线，并且在PING时间中的任何微小测量误差(例如，由处理延迟、网络负载的变化等等造成)就可能会造成几百英里范围内的距离误差。这种较大的距离误差使得这种方法缺乏实用性，因为它不能为大多数应用提供具有任何显著准确度的地理位置。
几种其他应用也要依赖于或者得益于快速和/或廉价地定位网络上的有效IP设备。这些应用包括资产跟踪、个人监控和执法应用。
当前，并不存在容易且廉价的方式来准确地定位IP网络上的有效IP设备(例如VOIP电话等等)的地理位置。具有在IP网络内的这种物理位置的益处和用途包括营销优势和紧急支持。
发明内容
提供了一种用于确定耦合到通信网络上的用户设备的地理位置的方法。获得或确定到所述用户设备的网络路径，并且确定所述网络路径中的第一最后一跳网络设备。获得所述第一最后一跳网络设备的第一地理位置，然后确定或获得在所述第一最后一跳(last hop)网络设备与所述用户设备之间的最后一站路径(last leg path)的距离。然后，基于所述第一最后一跳网络设备的地理位置和所述最后一站路径的距离，来确定第一用户设备地理位置。可以执行路由跟踪工具，来获得到所述用户设备的所述网络路径。获得所述最后一站路径的距离的步骤可以包括：(a)确定所述最后一站路径的传输介质带宽；(b)确定所述最后一站路径的最后一站往返时间；(c)基于所述传输带宽和PING分组的分组大小，来确定在所述最后一站路径上的所述PING分组的往返传输时间；(d)通过用所述最后一站往返时间减去所述往返传输时间，来确定所述最后一站路径的往返传播时间；(e)选择所述最后一站路径的传输介质的传播速度；以及/或者(f)基于所选择的传播速度和所述往返传播时间，来确定所述最后一站路径的单程距离。
可以通过以下步骤获得所述最后一站路径的传输介质带宽：(a)使用第一分组大小，获得所述最后一站路径的第一最后一站往返PING时间；(b)使用第二分组大小，获得所述最后一站路径的第二最后一站往返PING时间；以及/或者(c)确定所述第一分组大小和所述第二分组大小之间的差值，并且用该差值除以在所述第一最后一站往返PING时间与所述第二最后一站往返PING时间之间的差值。在一种实现方式中，通过确定从第一网络站到所述最后一跳网络设备的往返PING与从所述第一网络站到所述用户设备的另一不同往返PING之间的时间差，来获得所述第一最后一站往返PING时间，其中两个PING都具有第一分组大小。可以通过确定从所述第一网络站到所述最后一跳网络设备的往返PING与从所述第一网络站到所述用户设备的另一不同往返PING之间的时间差，来获得第二最后一站往返PING时间，其中两个PING具有第二分组大小。所述PING可以是具有微秒级分辨率的高分辨率PING。
另外，该方法可以包括：(a)获得到所述用户设备的第二网络路径；(b)获得在到所述用户设备的所述第二网络路径中的第二最后一跳网络设备；(c)获得所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置；(d)获得在所述第二最后一跳网络设备与所述用户设备之间的第二最后一站路径的距离；(e)计算所述第二最后一站路径的单程距离；以及/或者(f)基于所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置和所述第二最后一站路径的距离，来确定第二用户设备地理位置。然后，可以基于所述第一用户设备地理位置和所述第二用户设备地理位置的重叠，来获得精炼的用户设备地理位置。所述第一网络路径不同于所述第二网络路径，并且所述第一最后一跳网络设备是与所述第二最后一跳网络设备不同的网络设备。
另一个实施例提供了一种装置，包括：(a)通信接口，其将所述装置可通信地耦合到通信网络；以及(b)处理电路，其耦合到所述通信接口。所述处理电路可以被配置用于：(a)获得到用户设备的网络路径；(b)获得在到所述用户设备的所述网络路径中的最后一跳网络设备；(c)获得所述最后一跳网络设备的第一地理位置；(d)获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的第一最后一站路径的距离；以及/或者(e)基于所述最后一跳网络设备的地理位置和所述第一最后一站路径的距离，来确定第一用户设备地理位置。为了获得所述第一最后一站路径的距离，所述处理电路还可以被配置用于：(a)从第一网络站向所述最后一跳网络设备发送具有第一分组大小的第一高分辨率PING，以获得第一往返时间；(b)从所述第一网络站向所述用户设备发送具有相同的第一分组大小的第二高分辨率PING，以获得第二往返时间；(c)用所述第二往返时间减去所述第一往返时间，以获得第一总体最后一站往返时间；(d)从所述第一网络站向所述最后一跳网络设备发送具有第二分组大小的第三高分辨率PING，以获得第三往返时间；(e)从所述第一网络站向所述用户设备发送具有相同的第二分组大小的第四高分辨率PING，以获得第四往返时间；并且(f)用所述第四往返时间减去所述第三往返时间，以获得第二总体最后一站往返时间。通过用最后一站总体往返时间减去最后一站往返传输时间，来获得最后一站往返传播时间。可以基于所述最后一站路径的传输介质，来确定所述最后一站路径的传播速度。然后，基于最后一站传播时间和最后一站传播速度，来获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站的距离。可以通过以下步骤来获得所述最后一站往返传输时间：(a)基于所述第一分组大小和所述第二分组大小以及在所述第一总体最后一站往返时间与所述第二总体最后一站往返时间之间的差值，来确定所述最后一站路径的传输带宽；并且(b)基于所述传输带宽和PING分组的分组大小，来确定在所述最后一站路径上所述PING分组的最后一站往返传输时间。
另一特征提供了处理电路，用于：(a)获得到所述用户设备的第二网络路径；(b)获得在到所述用户设备的所述第二网络路径中的第二最后一跳网络设备；(c)获得所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置；(d)获得在所述第二最后一跳网络设备与所述用户设备之间的第二最后一站路径的距离；(e)基于所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置和所述第二最后一站路径的距离，来获得第二用户设备地理位置；并且(f)基于所述第一用户设备地理位置和所述第二用户设备地理位置的重叠，来获得所述用户设备的较小的地理位置。
另一实施例提供了一种处理设备，包括：通信接口，其将所述处理设备可通信地耦合到通信网络；以及电路，其耦合到所述通信接口。所述电路被配置用于：(a)确定在到用户设备的第一网络路径中的、具有已知的第一地理位置的最后一跳网络设备；(b)获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站路径的距离；以及(c)基于所述已知的第一地理位置和所述最后一站的距离来确定用户设备地理位置。可以通过以下步骤来确定所述最后一站的距离：(1)获得所述最后一站路径的传输介质的最后一站传播速度；(2)获得最后一站传播时间；以及(3)基于所述最后一站传播时间和所述最后一站传播速度，来确定在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站的距离。
所述电路还被配置用于通过以下步骤获得所述最后一站的距离：(a)使用第一分组大小，确定所述最后一站路径的第一往返时间；(b)使用第二分组大小，确定所述最后一站的路径的第二往返时间；(c)获得所述最后一站路径的传输介质的传输带宽；(d)基于所述传输带宽，获得所述最后一站路径的传输时间；以及(e)通过用总体最后一站往返时间减去所述传输时间，来获得所述最后一站传播时间。
再另一实施例提供了一种机器可读介质，其具有用于对可通信地耦合到通信网络上的用户设备进行地理定位的一个或多个指令。所述一个或多个指令当由处理器执行时，使得所述处理器：(a)确定在到用户设备的第一网络路径中的、具有已知的第一地理位置的最后一跳网络设备；(b)获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的距离；以及(c)基于所述已知的第一地理位置和所述最后一站的距离，来确定用户设备地理位置。
附图说明
图1示出了一个IP网络，在该IP网络中可以使用新颖的地理定位方案来缩窄网络上终端用户IP设备的地理位置。
图2示出了用于确定网络上基于IP的用户设备的地理位置的一种方法。
图3示出了根据一种实现方式，用于计算最后一站段(last leg segment)上的传输延迟和该最后一站的距离的方法。
图4示出了如何使用多个具有已知地理位置的网络设备来更为准确地确定网络上基于IP的用户设备的地理位置。
图5示出了一种地理定位设备，其可以耦合到IP网络，并且被配置用于确定网络上用户设备的地理位置。
图6示出了一种用于确定IP网络上用户设备的地理位置的方法。
图7示出了一种用于确定最后一跳(last hop)设备与用户设备之间的最后一站距离的方法。
图8和9示出了利用各种新颖性特征的网络设备。
具体实施方式
在以下描述中，给出了具体细节来提供对实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员应该理解的是，没有这些具体细节也可以实现这些实施例。例如，在框图中并未示出电路，以便不会在不必要的细节上混淆这些实施例。
此外，注意这些实施例可以描述为过程，该过程可以图示为流程图、流程表、结构图或框图。虽然流程图可以将多个操作描述为连续的过程，但是其中很多操作是能够并行或并发地执行的。另外，可以对操作的顺序重新排列。当过程的操作完成时，该过程结束。过程(process)可以对应于方法、函数、过程(procedure)、子例程、子程序等等。当过程对应于函数时，该过程的终止对应于该函数对调用函数或主函数的返回。
此外，存储介质可以表示用于存储数据的一个或多个设备，包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储器、光存储器、闪存存储设备、和/或者其他用于存储信息的机器可读介质。术语“机器可读介质”包括但不限于：可移动的或固定的存储设备、光存储设备、无线信道、以及能够存储、包含、携带指令和/数据的各种其他介质。
此外，实施例可以用硬件、软件、固件、中间件、微代码、或者其组合来实现。当以软件、固件、中间件或微代码实现时，可以将用于执行必要任务的程序代码或代码段存储在机器可读介质(例如存储介质)或其他存储模块中。处理器可以执行必要的任务。代码段可以表示过程、函数、子程序、程序、例程、子例程、模块、软件包、类、或者指令、数据结构或程序声明的组合。代码段可以通过传送和/或者接收信息、数据、代入参数(argument)、参数(parameter)或存储器内容而耦合到另一代码段或硬件电路。信息、代入参数、参数、数据等等可以通过合适的手段进行传送、传递、传输或发送，这些手段包括：存储器共享、消息传递、令牌传递、网络传输、等等。
一个特征提供了用于确定耦合到IP网络上的有效IP设备的地理位置的方案。该方案组合了几种技术，得到了具有更高准确度的更快速的地理定位过程。将网络基础结构设备用作位置参考点，从而消除了中间的跳和处理延迟。该方案还补偿了传输延迟，并且使用多个终端站来进行三角测量，实现了更高的准确度。可以利用高分辨率的PING(ping)工具来进一步缩窄IP设备的潜在的地理位置。
图1示出了一种IP网络，在该IP网络中，可以实现一种新颖的地理定位方案，以缩窄网络上终端用户IP设备的地理位置。IP网络106可以包括帮助在网络上进行分组传输的各种网络设备108、110、112和114，例如路由器、交换机、集线器等等。地理定位设备102(例如服务器或专用设备)可以可通信地耦合到IP网络106和用户设备116(例如VOIP电话等)。
地理定位设备102被配置用于确定其能够通过IP网络106到达的用户设备116的地理位置。在如此进行时，地理定位设备102解决网络负载中的变化、网络设备和网络设备之间的跳的数量的变化、和/或者在每一跳上的处理时间。跳可以是耦合到该网络上的、IP分组通过其在两个点(例如地理定位设备102和用户设备116)之间进行传输的设备。
在一种实现方式中，地理定位设备102依赖于在到用户设备116的路径上的第一网络设备(例如路由器W114)的已知地理位置，来减小由于网络106的负载、处理延迟和/或者传输延迟所造成的测量误差。第一网络设备114可以具有已知的地理位置，并且是向用户设备116发送的IP分组的最后一跳。地理定位设备102确定从第一网络设备114到用户设备116之间的距离，以确立用户设备116的地理位置。
图2示出了用于确定网络上基于IP的用户设备的地理位置的一种方案。为了确定用户设备204的位置，地理定位设备202确定在到达用户设备204之前在网络上的最后一跳设备206。该最后一跳设备206可以是具有已知地理位置或者能够确定其地理位置(例如通过GPS或其他手段)的网络设备。已知了最后一跳设备206的地理位置，随后地理定位设备202确定从最后一跳设备206到用户设备204的最后一站的距离。
地理定位设备202可以以多种方式确定哪个网络设备是最后一跳设备206。其可以使用路由跟踪工具来确定到达用户设备204所经过的网络设备(例如路由器等等)，从而获得所采取的路径以及沿着该路线的网络设备或跳的IP地址。根据该路径信息，地理定位设备202可以确定到达用户设备之前的最后一跳设备。最后一跳设备206可以是沿着所获得的网络路径最接近用户设备204的、具有已知地理位置的(或具有可确定的地理地址的)网络设备。例如，地理定位设备202可以访问包含已知网络设备的一个表，并基于IP地址找到最后一跳设备。就是说，在到用户设备204的路径中，检查在到达用户设备204之前的网络设备的IP地址，以确定其是否具有已知的地理位置。如果不具有已知的地理位置，则检查次最接近的网络设备的IP地址，并且以此类推，直到能够确定地理位置为止。虽然在理想情况中，最后一跳设备206也是在到用户设备204的路径中的最后一个网络设备，但在其他环境中，其可能并不是在到用户设备204的路径中的最后一个网络设备。就是说，沿着该路径的最接近的设备的地理位置可能是不能确定或不可获得的，因此可能要使用具有可确定的地理位置的最接近网络设备作为最后一跳设备206。
在可替换实施例中，网络设备可以具有GPS系统，GPS系统使网络设备可以知道其地理位置。一旦地理定位设备202确定了哪个网络设备是最后一跳设备206(例如通过路由跟踪工具)，其就可以向该设备询问其地理位置。
通过将最接近的已知地理位置用作基本点，而不是时间测量值，地理定位设备202就能够将在它与最后一跳设备206之间的传输延迟、处理延迟、网络通信延迟的影响最小化。这与使用时间测量值的情况相比，极大地提高用户设备204的地理定位准确度，因为即使是1毫秒的延迟也会造成几百英里的误差。
为了更为准确地确定用户设备204的位置，地理定位设备202则确定或估计最后一跳设备206与用户设备204之间的距离，这被称为最后一站(last leg)208。在一种实现方式中，这可以通过以下来实现：对最后一跳设备206进行往返(round-trip)时间测量，对用户设备204进行往返测量，然后通过用到用户设备204的往返测量值减去到最后一跳设备206的往返时间测量值来计算这两个往返测量值之间的差值，以便获得最后一跳206与用户设备204之间的往返时间。这可以例如通过以下来完成：使用高分辨率PING工具(例如具有1微秒的分辨率)来PING最后一跳设备206以获得传输时间t1，然后PING用户设备204以获得传输时间t2。由t2-t1确定时间差Δt。到最后一跳设备206和用户设备204的往返时间PING的进行可以在时间上非常接近，以便最小化变化着的网络通信或负载以及处理负载的影响。这还最小化了动态网络上的网络拓扑结构变化的可能性，这种情况会造成PING分组采用不同的路径并得到无效的测量值。
为了更为准确地确定最后一站208的距离，可以将最后一站的往返时间划分为传输时间(transmission time)和传播时间(propagation time)。传输时间定义为网络设备从发送一个分组的第一个比特到发送该分组的最后一个比特所花费的时间。传播延迟是该分组传输通过网络集线器之间的网络链路的物理介质所花费的时间。可以表征最后一站208的传输速度，以便将传输时间与传播时间分开。具体而言，估计或确定最后一站208的传输速率，以便去掉基于路径的传输延迟。在一种实现方式中，使用不同的PING大小来推断最后一站208的传输速度。
图3示出了根据一种实现方式，用于计算最后一站段上的传输延迟和该最后一站的距离的方法。使用分组大小P1，可以测量最后一站(例如图2中的最后一站208)的往返PING时间(Δt1)302。例如，使用分组大小P1，用第一PING来确定地理定位设备与最后一跳设备之间的往返时间t1。使用同一分组大小P1，用第二PING来确定在地理定位设备与用户设备之间的往返时间t2。在往返时间t2与t1之间的差值定义了最后一站的第一往返PING时间Δt1。用分组大小P2重复该过程，以获得最后一站的第二往返PING时间Δt2304。将第一往返PING时间Δt1定义为transmission_time1+propagation_time1，将第二往返PING时间Δt2定义为transmission_time2+propagation_time2。传播时间直接与在最后一站路径上的物理介质上的电磁信号传播速度以及信号必须行进多远相关。其与测量分组大小P1或P2无关。因此，对于同一最后一站路径，propagation_time1等于propagation_time2。这意味着，通过用正在传送的分组大小(例如P1和P2)除以最后一站链路的带宽，来确定传输时间(例如transmission_time1和transmission_time2)。经常，当在时间上非常接近的情况下进行PING测量时，带宽相对稳定。因此，
Δt1＝(P1/Last_leg_bandwith)+propagation_time
Δt2＝(P2/Last_leg_bandwith)+propagation_time。
然后，能够将最后一站的带宽计算为分组大小P2和P1之间的差值除以往返PING时间Δt2和Δt1之间的差值，从而：
Last_leg_bandwith＝(P2-P1)/(Δt2-Δt1)     (306)
然后，能够将最后一站的往返propagation_timeΔtp计算为在总体最后一站往返时间与传输时间之间的差值，从而：
Δtp＝Δt1-P1x((Δt2-Δt1)/(P2-P1))。(308)
然后选择最后一站传输介质的额定传播速度v310。可以基于根据例如最后一站的物理传输介质所表现出的带宽而对其进行的表征来进行该选择。就是说，根据所确定的最后一站的带宽，可以将最后一站表征为双绞铜线、同轴电缆、光纤等等。然后，能够将最后一站的单程距离确定为：
Last_leg_distance＝vxΔtpone-way(312)
在此，v是在最后一站上的传播速度，Δtpone-way是最后一站的单程的传播时间。在该实施例中，Δtpone-way等于往返传播时间(Δtp)除以2。
电磁信号在传输介质上以恒定的速度传播。由于可以使用最后一站的带宽来表征最后一站的传输介质，因此传播速度v可以是该传输介质的额定传播速度。以下是可以用于估计沿着最后一站的传播速度v的介质传播速度查询表：
传输介质           传播速度
厚同轴线           .77c(231,000km/秒)
薄同轴线           .65c(195,000km/秒)
双绞铜线           .59c(177,000km/秒)
光纤               .66c(198,000km/秒)
AUI电缆            .65c(195,000km/秒)
在此，c是光速。
再次参考图2，已知在最后一站208上的传播速度v和往返传播时间Δtp，则能够计算最后一站208的单向距离(例如，距离＝传输速度x往返时间Δtp/2)。注意，在一种实现方式中，获得了多个往返测量值，并且使用最小的传播时间Δtp来确定从最后一跳设备206到用户设备204的距离。在一些实现方式中，利用高分辨率的PING来确定在最后一站208上的时间Δt，以便更为准确地估计最后一站208的距离。
然而，即使是对最后一站208的准确估计，仍然会得到用户设备204可能位于其中的一个潜在较大的区域。具体而言，用户设备204可能会位于从最后一跳设备206开始的任何方向的一个圆形区域210。一个特征提供了一种用于减小用户设备204可能位于其中的潜在的地理空间的方法。
图4示出了如何使用多个具有已知地理位置的网络设备来更为准确地确定网络上基于IP的用户设备的地理位置。地理定位设备402能够按照图2中所示，PING在IP网络上的用户设备404。然而，可以并非仅使用仅单个最后一跳设备，而是可以利用多个最后一跳设备406、408和410来更为准确地确定用户设备404的地理位置。具体而言，使用多个具有已知地理位置的网络设备作为最后一跳设备406、408和410。对于每个最后一跳设备406、408和410，按照参考图2和3所示出和描述的来确定到用户设备404的距离。因此，从所述多个最后一跳设备406、408和410的每一个获得最后一站412、414和416的距离。由于每个最后一跳设备406、408和410的位置都是已知的，因此能够使用最后一站412、414和416来为用户设备404确定地理区域418、420和422。
为了进一步缩窄用户设备404的位置，可以将来自最后一跳设备406、408和410的测量值合并。例如，可以通过三角测量或通过各个区域418、420和422相交或重叠的区域来确定用户设备404的地理位置。因此，使用多个最后一跳设备406、408和410能够进一步提高用户设备404的地理位置确定的准确度。
在一种实现方式中，为了获得不同的最后一跳设备406、408和410，使用不同的站424、426和428来执行跟踪路由工具。就是说，每个站424、426和428都跟踪到用户设备404的网络路径，以确定是否能够获得(具有已知地理位置的)不同的最后一跳设备406、408和410。如果是，则由不同的站424、426和428执行各自的PING测试，以获得它们对应的到用户设备404的最后一站412、414和416。一旦获得了最后一站412、414和416的距离并且定义了地理区域418、420和422，地理定位设备402就使用该信息来确定这些区域是否重叠或相交，从而缩窄用户设备404的位置。
图5示出了一种地理定位设备，其可以耦合到IP网络，并且被配置用于确定网络上用户设备的地理位置。地理定位设备502可以包括处理单元504，其耦合到通信接口506和存储设备508。通信接口506可以用于将地理定位设备502耦合到IP网络并且允许其与网络上的其他设备进行通信。存储设备508可以用于存储网络设备、用户设备的地理位置，和/或者存储在确定用户设备的地理位置时使用的参数。处理单元504可以被配置用于执行跟踪路由，以确定一个或多个最后一跳设备的已知地理位置，执行高分辨率的PING测试以确定从一个或多个最后一跳设备到用户设备的距离，和/或者三角测量一个或多个最后一站的距离，以确定用户设备的地理位置。
在各种实现方式中，地理定位设备502可以是IP网络上的站，其被配置用于直接地或者基于来自另一网络设备的方向来执行PING测试和/或者用户设备的地理定位。可替代地，地理定位设备502可以被配置用于指导其他网络设备执行PING测试和/或者用户设备的地理定位。
图6示出了一种用于确定IP网络上用户设备的地理位置的方法。该方法假设了该IP网络包括具有已知地理位置的、能够用作参考点的网络设备(例如路由器等等)。这可以通过在这种网络设备上提供GPS能力或者在安装时配置网络设备的地理位置来实现。
获得在IP网络上到用户设备的网络路径602。这例如可以通过运行跟踪路由工具以确定到用户设备的网络路径来实现。获得沿着到用户设备的网络路径的最后一跳设备604。根据该网络路径信息，可以确定在该路径上的最后一跳设备。然后获得最后一跳设备的地理位置606。这例如可以通过询问最后一跳设备或者基于其IP地址确定其位置来完成。然后确定在最后一跳设备与用户设备之间的最后一站路径的距离608。在最后一跳设备的一个半径内获得用户设备的地理区域610。
另外，如果在IP网络的到用户设备的多条路径上有其他最后一跳设备可用612，则这些最后一跳设备可以用于更为准确地确定用户设备的地理位置。就是说，可以通过使用多个具有已知地理位置的最后一跳设备来进一步精炼用户设备的位置。对于所述多个最后一跳设备中的每一个，可以按照以上所述来确定用户设备的区域。就是说，对于每一个具有已知地理位置的最后一跳设备，确定到用户设备的距离，该距离能够用来确定用户设备的区域。然后，能够基于一个或多个最后一跳设备的已知位置以及到最后一跳设备的距离来确定用户设备的更为准确的地理位置614。具体而言，两个或更多区域(例如图4中的圆418、420、422)重叠的位置确定了用户设备的地理位置。
在再另一种实施方式中，可以在不背离本发明的情况下，采用其他方式来确定最后一跳设备与用户设备之间的最后一站距离。例如，最后一跳设备能够通过使用具有时间戳支持和时钟同步的网络协议来确定到用户设备的距离。最后一跳设备和用户设备可以工作在具有时钟同步和传输时间戳的通信网络上。最后一跳设备还可以知道到用户设备的最后一站的带宽，因为它已经建立了该最后一站作为其与用户设备的通信的一部分。因此，根据从用户设备接收的具有时间戳的消息，最后一跳设备能够确定从用户设备到最后一跳设备的总体时间、传输时间，并且作为结果还确定了传播时间。使用最后一站的传输介质的额定传播速度并且已知了传播时间，最后一跳设备就可以确定到用户设备的距离。在一些实现方式中，可以将诸如最后一跳设备的网络基础结构设备配置用于在另一网络设备请求时获得到用户设备的最后一站的距离，并将该距离提供给发出请求的网络设备。
图7示出了一种用于确定最后一跳设备与用户设备之间的距离的方法。通过对最后一跳设备和用户设备分别执行PING测试，然后取这两个PING时间的差值，来确定从最后一跳设备到用户设备的往返时间。对于第一分组大小，从第一网络站将第一PING发送到最后一跳设备，以获得第一往返时间702。对于相同的第一分组大小，从第一网络站将第二PING发送到用户设备，以获得第二往返时间704。用第二往返时间减去第一往返时间，以获得第一最后一站往返时间706。对于第二分组大小，从第一网络站将第三PING发送到最后一跳设备，以获得第三往返时间708。对于相同的第二分组大小，从第一网络站将第四PING发送到用户设备，以获得第四往返时间710。用第四往返时间减去第三往返时间，以获得第一最后一站往返时间712。在一些实现方式中，可以执行多次PING测试(对最后一跳设备和用户设备)，并且使用得到最小最后一站往返时间的往返时间。
为从最后一跳设备到用户设备的最后一站路径，获得最后一站的传播速度714。由于可以使用最后一站的带宽来表征最后一站的传输介质，因此传播速度可以是传输介质的额定传播速度。可以通过使用不同大小的多个PING来确定最后一站的带宽，从而表征传输介质带宽(例如，如图3的步骤306中所论述的)。在确定了带宽之后，可以选择具有这种带宽的传输介质，并且选择该介质的传播速度。可替换地，可以基于其他因素，例如居民区相对于商业位置、网络的使用年限等等来假设传输介质。
通过用总体最后一站时间减去最后一站的传输时间，来获得最后一站的传播时间716。如相对于图3中的方法的步骤308所论述的，可以基于最后一站的带宽来确定传输时间。通过用PING分组大小除以最后一站链路的带宽来确定传输时间。
然后基于最后一站的传播时间和最后一站的传播速度来获得在最后一跳设备与用户设备之间的最后一站的距离718。
在一种实现方式中，执行多个高分辨率PING测试(优选地其在时间上彼此接近)，并且使用传输时间中的最小差值(Δt)作为最后一站(例如，在最后一跳设备与用户设备之间)的往返传输时间。
在图3、6和7中图示的一个或多个步骤或功能可以重新排列和/或者合并为单个步骤或在几个步骤中体现，而不会脱离本发明的范围。还可以添加额外的步骤，而不会脱离本发明的范围。图1、2、4和/或5中图示的装置、设备和/或组件可以被配置用于执行在图3、6和/或7中图示的方法、特征或步骤。
应该注意，上述实施例仅是实例，而不应理解为限制本发明的范围。
图8示出了联网的装置800，其包括：网络路径确定模块802，其被配置用于获得到用户设备的网络路径；最后一跳网络设备确定模块804，其被配置用于获得在到用户设备的网络路径中的最后一跳网络设备；网络设备地理位置确定模块806，其被配置用于获得最后一跳网络设备的第一地理位置；距离确定模块808，其被配置用于获得在最后一跳网络设备与用户设备之间的最后一站路径的距离；以及用户设备地理位置确定模块810，其被配置用于基于最后一跳网络设备的地理位置和最后一站路径的距离来确定用户设备的第一用户设备地理位置。
因此，联网的装置可以包括：用于获得到用户设备的网络路径的模块、用于获得在到用户设备的网络路径中的最后一跳网络设备的模块、用于获得最后一跳网络设备的第一地理位置的模块、用于获得最后一跳网络设备与用户设备之间的最后一站路径的距离的模块、以及用于基于最后一跳网络设备的地理位置和最后一站路径的距离来确定用户设备的第一用户设备地理位置的模块。在此，用于获得网络路径的模块可以包括网络路径确定模块802，用于获得最后一跳网络设备的模块可以包括最后一跳网络设备确定模块804，用于获得第一地理位置的模块可以包括网络设备地理位置确定模块806，用于获得距离的模块可以包括距离确定模块808，和/或者用于确定第一用户设备地理位置的模块可以包括用户设备地理位置确定模块810，如图8中所示。
联网的装置800还可以包括用于获得到用户设备的第二网络路径的网络路径确定模块802、用于获得在到用户设备的第二网络路径中的第二最后一跳网络设备的最后一跳网络设备确定模块804、用于获得第二最后一跳网络设备的第二地理位置的网络设备地理位置确定模块806、用于获得第二最后一跳网络设备与用户设备之间的距离的距离确定模块808、用于基于第二最后一跳网络设备的第二地理位置和在第二最后一跳网络设备与用户设备之间的距离来获得第二用户设备地理位置的用户设备地理位置确定模块810、以及用于基于第一用户设备地理位置和第二用户设备地理位置的重叠来为用户设备确定较小的地理位置的地理位置精炼模块812。
图9示出了一种地理定位网络设备900，其包括：最后一跳网络设备确定模块902，其被配置用于确定在到用户设备的第一网络路径中的、具有已知的第一地理位置的最后一跳网络设备；最后一站距离确定模块904，其被配置用于获得用户设备与最后一跳网络设备之间的最后一站距离；以及用户设备地理位置确定模块906，其被配置用于基于已知的第一地理位置和最后一站距离来确定用户设备的地理位置。地理定位网络设备900还可以包括：用于获得用户设备与最后一跳网络设备之间的传播速度的传播速度确定模块908、用于获得用户设备与最后一跳网络设备之间的传播时间的传播时间确定模块910、用于确定在到用户设备的第二网络路径中的、具有已知的第二地理位置的第二最后一跳网络设备的最后一跳网络设备确定模块902、用于获得用户设备与第二最后一跳网络设备之间的第二最后一站距离的最后一站距离确定模块904、和/或者用于基于第二地理位置和第二最后一站距离来精炼用户设备的地理位置的地理位置精炼模块912。
因此，地理定位设备可以包括用于确定在到用户设备的第一网络路径中的、具有已知的第一地理位置的最后一跳网络设备的模块、用于获得用户设备与最后一跳网络设备之间的最后一站距离的模块、以及用于基于已知的第一地理位置和最后一站距离来确定用户设备的地理位置的模块。在此，用于确定最后一跳网络设备的模块可以包括最后一跳网络设备确定模块902，用于获得最后一站距离的模块可以包括最后一站距离确定模块904，和/或者用于确定地理位置的模块可以包括用户设备地理位置确定模块906，如图9中所示。
在图8和/或9中所述的各种组件可以由先前在此所述的和/或所图示的一个或多个组件来体现。应该注意，联网的装置800和/或者地理定位网络设备900的一个或多个元件可以重新排列和/或者或进行组合，而不会影响设备的操作。此外，还可以添加额外的元件、组件、步骤和/或者功能，而不会脱离本发明的范围。在各种实现方式中，在图8和/或9中所示的一个或多个组件或模块可以实现为软件或处理器的一部分。
对实施例的描述是说明性的，而并非用于限定本发明的范围。由此，本教导可以容易地应用于其他类型的装置，并且很多可替换实施例、修改、变化例对于本领域技术人员而言都是显而易见的。

Claims (29)

1、一种用于确定耦合到通信网络上的用户设备的地理位置的方法，包括：
获得到所述用户设备的网络路径；
获得在到所述用户设备的所述网络路径中的第一最后一跳网络设备；
获得所述第一最后一跳网络设备的第一地理位置；
获得在所述第一最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站路径的距离；以及
基于所述第一最后一跳网络设备的地理位置和所述最后一站路径的距离，来确定所述用户设备的第一用户设备地理位置。
2、如权利要求1所述的方法，进一步包括：
执行路由跟踪工具，以获得到所述用户设备的所述网络路径。
3、如权利要求1所述的方法，其中，所述第一最后一跳网络设备是具有已知地理位置的网络设备。
4、如权利要求1所述的方法，其中，获得所述最后一站路径的距离的步骤包括：
确定所述最后一站路径的传输介质带宽；
确定所述最后一站路径的最后一站往返时间；
基于所述传输带宽和PING分组的分组大小，来确定在所述最后一站路径上所述PING分组的往返传输时间；
通过用所述最后一站往返时间减去所述往返传输时间，来确定所述最后一站路径的往返传播时间；
选择所述最后一站路径的传输介质的传播速度；以及
基于所选择的传播速度和所述往返传播时间，来确定所述最后一站路径的单程距离。
5、如权利要求4所述的方法，其中，通过以下步骤获得所述最后一站路径的传输介质带宽：
使用第一分组大小，获得所述最后一站路径的第一最后一站往返PING时间；
使用第二分组大小，获得所述最后一站路径的第二最后一站往返PING时间；
确定所述第一分组大小和所述第二分组大小之间的差值，并且用该差值除以所述第一最后一站往返PING时间与所述第二最后一站往返PING时间之间的差值。
6、如权利要求4所述的方法，其中，基于所述最后一站路径的传输介质来选择所述传播速度。
7、如权利要求4所述的方法，其中，通过以下步骤获得所述第一最后一站往返PING时间：
确定从第一网络站到所述第一最后一跳网络设备的往返PING与从所述第一网络站到所述用户设备的另一不同往返PING之间的时间差，其中所述PING具有第一分组大小，并且
其中，通过以下步骤获得所述第二最后一站往返PING时间：
确定从所述第一网络站到所述第一最后一跳网络设备的往返PING与从所述第一网络站到所述用户设备的另一不同往返PING之间的时间差，其中所述PING具有第二分组大小。
8、如权利要求7所述的方法，其中，使用具有微秒级分辨率的高分辨率PING来获得所述第一最后一站往返PING时间和所述第二最后一站往返PING时间。
9、如权利要求1所述的方法，进一步包括：
获得到所述用户设备的第二网络路径；
获得在到所述用户设备的所述第二网络路径中的第二最后一跳网络设备；
获得所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置；
获得在所述第二最后一跳网络设备与所述用户设备之间的第二最后一站路径的距离；以及
基于所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置与所述第二最后一站路径的距离，来确定所述用户设备的第二用户设备地理位置。
10、如权利要求9所述的方法，进一步包括：
基于所述第一用户设备地理位置和所述第二用户设备地理位置的重叠，来获得所述用户设备的精炼的地理位置。
11、如权利要求9所述的方法，其中，所述第一网络路径不同于所述第二网络路径，并且所述第一最后一跳网络设备是与所述第二最后一跳网络设备不同的网络设备。
12、一种装置，包括：
通信接口，其将所述装置可通信地耦合到通信网络；
处理电路，其耦合到所述通信接口，并被配置用于：
获得到用户设备的网络路径；
获得在到所述用户设备的所述网络路径中的最后一跳网络设备；
获得所述最后一跳网络设备的第一地理位置；
获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站路径的距离；以及
基于所述最后一跳网络设备的地理位置和所述最后一站路径的距离，来确定所述用户设备的第一用户设备地理位置。
13、如权利要求12所述的装置，其中，所述处理电路进一步被配置用于：
从第一网络站向所述最后一跳网络设备发送具有第一分组大小的第一高分辨率PING，以获得第一往返时间；
从所述第一网络站向所述用户设备发送具有相同的第一分组大小的第二高分辨率PING，以获得第二往返时间；
用所述第二往返时间减去所述第一往返时间，以获得第一总体最后一站往返时间；
从所述第一网络站向所述最后一跳网络设备发送具有第二分组大小的第三高分辨率PING，以获得第三往返时间；
从所述第一网络站向所述用户设备发送具有相同的第二分组大小的第四高分辨率PING，以获得第四往返时间；并且
用所述第四往返时间减去所述第三往返时间，以获得第二总体最后一站往返时间。
14、如权利要求13所述的装置，其中，所述处理电路进一步被配置用于：
通过用最后一站总体往返时间减去最后一站往返传输时间，来获得最后一站往返传播时间；
基于所述最后一站路径的传输介质，来获得所述最后一站路径的传播速度；并且
基于所述最后一站传播时间和所述最后一站传播速度，来获得所述最后一站路径的距离。
15、如权利要求14所述的装置，其中，所述处理电路进一步被配置用于通过以下步骤获得所述最后一站往返传输时间：
基于所述第一分组大小和所述第二分组大小以及所述第一总体最后一站往返时间与所述第二总体最后一站往返时间之间的差值，来确定所述最后一站路径的传输带宽；并且
基于所述传输带宽和PING分组的分组大小，来确定在所述最后一站路径上所述PING分组的所述最后一站往返传输时间。
16、如权利要求12所述的装置，其中，所述处理电路进一步被配置用于：
获得到所述用户设备的第二网络路径；
获得在到所述用户设备的所述第二网络路径中的第二最后一跳网络设备；
获得所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置；
获得所述第二最后一跳网络设备与所述用户设备之间的距离；
基于所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置和所述第二最后一跳网络设备与所述用户设备之间的距离，来获得第二用户设备地理位置；并且
基于所述第一用户设备地理位置和所述第二用户设备地理位置的重叠，来获得所述用户设备的较小的地理位置。
17、一种联网的装置，包括：
用于获得到用户设备的网络路径的模块；
用于获得在到所述用户设备的所述网络路径中的最后一跳网络设备的模块；
用于获得所述最后一跳网络设备的第一地理位置的模块；
用于获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站路径的距离的模块；以及
用于基于所述最后一跳网络设备的地理位置和所述最后一站路径的距离，来确定所述用户设备的第一用户设备地理位置的模块。
18、如权利要求17所述的联网的装置，进一步包括：
用于获得到所述用户设备的第二网络路径的模块；
用于获得在到所述用户设备的所述第二网络路径中的第二最后一跳网络设备的模块；
用于获得所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置的模块；
用于获得所述第二最后一跳网络设备与所述用户设备之间的距离的模块；
用于基于所述第二最后一跳网络设备的第二地理位置和所述第二最后一跳网络设备与所述用户设备之间的距离，来获得第二用户设备地理位置的模块；以及
用于基于所述第一用户设备地理位置和所述第二用户设备地理位置的重叠，来获得所述用户设备的较小的地理位置的模块。
19、一种处理设备，包括：
通信接口，其将所述处理设备可通信地耦合到通信网络；
电路，其耦合到所述通信接口，并被配置用于：
确定在到用户设备的第一网络路径中的、具有已知的第一地理位置的最后一跳网络设备；
通过以下步骤获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站的距离：
获得所述最后一站的路径的传输介质的最后一站传播速度；
获得最后一站的传播时间；以及
基于所述最后一站的传播时间和所述最后一站的传播速度，来确定在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的所述最后一站的距离；并且
基于所述已知的第一地理位置和所述最后一站的距离来确定用户设备地理位置。
20、如权利要求19所述的处理设备，其中，所述电路进一步被配置用于通过以下步骤获得所述最后一站的距离：
使用第一分组大小，确定所述最后一站的路径的第一往返时间；
使用第二分组大小，确定所述最后一站的路径的第二往返时间；
获得所述最后一站的路径的传输介质的传输带宽；
基于所述传输带宽，获得所述最后一站的路径的传输时间；以及
通过用总体最后一站往返时间减去所述传输时间，来获得所述最后一站的传播时间。
21、如权利要求20所述的处理设备，其中，使用多个高分辨率PING来获得所述第一往返时间和所述第二往返时间。
22、如权利要求19所述的处理设备，其中，所述电路进一步被配置用于
确定在到所述用户设备的第二网络路径中的、具有已知的第二地理位置的第二最后一跳网络设备；
获得在所述用户设备与所述第二最后一跳网络设备之间的第二最后一站的距离；并且
基于所述第二地理位置和所述第二最后一站的距离，来精炼所述用户设备地理位置。
23、如权利要求19所述的处理设备，其中，对于给定的分组大小，所述电路进一步被配置用于
获得到所述最后一跳网络设备的多个往返时间；
获得到所述用户设备的多个往返时间；
将所述第一往返时间或者所述第二往返时间中的一个，确定为是到所述最后一跳网络设备的所述多个往返时间之一与到所述用户设备的所述多个往返时间之一之间的最小差值。
24、一种地理定位网络设备，包括：
用于确定在到用户设备的第一网络路径中的、具有已知的第一地理位置的最后一跳网络设备的模块；
用于获得在所述用户设备与所述最后一跳网络设备之间的最后一站的距离的模块；以及
用于基于所述已知的第一地理位置和所述最后一站的距离来确定所述用户设备的地理位置的模块。
25、如权利要求24所述的地理定位网络设备，进一步包括：
用于获得所述用户设备与所述最后一跳网络设备之间的传播速度的模块；以及
用于获得所述用户设备与所述最后一跳网络设备之间的传播时间的模块。
26、如权利要求24所述的地理定位网络设备，进一步包括：
用于确定在到所述用户设备的第二网络路径中的、具有已知的第二地理位置的第二最后一跳网络设备的模块；
用于获得在所述用户设备与所述第二最后一跳网络设备之间的第二最后一站的距离的模块；以及
用于基于所述第二地理位置和所述第二最后一站的距离来精炼所述用户设备的地理位置的模块。
27、一种机器可读介质，其具有用于对可通信地耦合到通信网络上的用户设备进行地理定位的一个或多个指令，所述指令当由处理器执行时，使得所述处理器：
确定在到用户设备的第一网络路径中的、具有已知的第一地理位置的最后一跳网络设备；
获得在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的最后一站的距离；以及
基于所述第一地理位置和所述最后一站的距离，来确定用户设备地理位置。
28、如权利要求27所述的机器可读介质，其具有一个或多个指令，所述指令当由处理器执行时，使得所述处理器进一步：
基于用多个高分辨率PING获得的、在所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的一个或多个往返时间测量值，来获得最后一站传播时间。
29、如权利要求28所述的机器可读介质，其具有一个或多个指令，所述指令当由处理器执行时，使得所述处理器进一步：
通过基于用不同分组大小获得的所述一个或多个往返时间测量值，表征所述最后一跳网络设备与所述用户设备之间的带宽，来获得最后一站传播速度。
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