CN102668657A - 无线网络中使用标识被跟踪设备的响应消息的位置跟踪 - Google Patents

无线网络中使用标识被跟踪设备的响应消息的位置跟踪 Download PDF

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Abstract

在一个实施例中，一种装置包括：接收机，被配置为从无线网络中的被跟踪设备接收响应消息，该响应消息是响应于在发射机地址字段中包括所述被跟踪设备的标识符的激发消息而发送的；以及处理器，用于测量至少一个与位置有关的参数，从所述响应消息提取所述被跟踪设备的所述标识符，并且基于在所述响应消息中的信息将所述响应消息识别为位置跟踪消息。所述响应消息的字段包括从所述激发消息复制的所述被跟踪设备的所述标识符，并且发射机地址不在所述响应消息的另一字段中被提供。还公开了一种用于位置跟踪的装置。

Description

无线网络中使用标识被跟踪设备的响应消息的位置跟踪
背景技术
本公开一般地涉及无线网络，并且更具体地，涉及在无线网络中的位置跟踪。
位置跟踪被用于确定设备在无线网络中的位置。位置跟踪技术例如包括：诸如到达时间(ToA)、到达时间差(TDoA)以及接收信号强度指示(RSSI)之类的基于距离的技术，以及诸如达到角(AoA)之类的基于角度的技术。ToA系统基于从被跟踪设备发送到一些接收传感器的信号的到达时间的测量。TDoA技术使用在多个接收传感器上的相对时间测量来识别被跟踪设备的位置。在RSSI系统中，发射机输出功率、线缆损耗和天线增益以及接收的分组的接收信号强度和适当的路径损耗模型的知识，允许在无线网络中在被跟踪设备和跟踪设备之间的距离的计算。
跟踪设备基于从被跟踪设备发送的传输(transmission)来收集关于被跟踪设备的位置信息。所收集的信息可以被发送到诸如位置服务器之类的中央位置。
附图说明
图1图示在其中可以实现在这里描述的实施例的网络的示例。
图2描述在实现在这里描述的实施例中有用的设备的示例。
图3是图示依据一个实施例的位置跟踪处理的概览的流程图。
图4图示依据一个实施例的用于在图3的处理中使用的帧格式的示例。
对应标号指示附图的若干视图中的对应部件。
具体实施方式
概览
在一个实施例中，一种方法一般地包括：从无线网络中的被跟踪设备接收响应消息，该响应消息是响应于在发射机地址字段中包括所述被跟踪设备的标识符的激发消息(provoking message)而发送的，以及在跟踪设备处处理所述响应消息。处理包括测量至少一个与位置有关的参数，从所述响应消息提取所述被跟踪设备的所述标识符，并且基于在所述响应消息中的信息将所述响应消息识别为位置跟踪消息。所述响应消息的字段包括从所述激发消息复制的所述被跟踪设备的所述标识符。发射机地址不在所述响应消息的另一字段中被提供。
在另一实施例中，一种装置一般地包括：接收机，被配置为从无线网络中的被跟踪设备接收响应消息，该响应消息是响应于在发射机地址字段中包括所述被跟踪设备的标识符的激发消息而发送的；以及处理器，用于测量至少一个与位置有关的参数，从所述响应消息提取所述被跟踪设备的所述标识符，并且基于在所述响应消息中的信息将所述响应消息识别为位置跟踪消息。所述响应消息的字段包括从所述激发消息复制的所述被跟踪设备的所述标识符，并且发射机地址不在所述响应消息的另一字段中被提供。
示例实施例
呈现以下描述以使得本领域普通技术人员可以实现和使用实施例。具体的实施例和应用的描述仅作为示例来提供，并且本领域技术人员将容易明白多种修改。在不背离本发明的范围的情况下，在这里描述的一般原理可以被应用到其它实施例和应用。因此，本发明不限制于示出的实施例，但是它应当与在这里描述的原理和特征相一致的最广的范围一致。为了清楚，在涉及实施例的技术领域中的公知的与技术素材相关的细节没有被详细地描述。
在这里描述的实施例提供对无线网络内的设备的位置跟踪。可以使用多种测量技术，例如包括到达时间(ToA)、到达时间差(TDoA)、接收信号强度指示(RSSI)、达到角(AoA)或者用于跟踪设备的位置的其它技术。在ToA和TDoA系统中，所收集的位置信息是到达时间，如果全部的跟踪设备接收到同一分组、记录它的时间戳并且将它转发到位置服务器，那么到达时间是最可靠的。因为ToA算法是计算量密集的，所以优选地系统仅处理专门用于位置跟踪的分组。对于基于RSSI的系统，不同分组可以不同传输功率来发送。例如，在信道改变之后首先的少量传输、不同PHY(物理)速率的传输以及重试全部都可以以可变传输送功率来发送。因此，优选地，跟踪设备记录同一分组的RSSI。
在这里描述的实施例从响应于指定传输而被发送的、标识了被跟踪设备并且将分组标识为位置跟踪分组的位置跟踪分组收集位置跟踪信息。位置跟踪信息因此从同一传输获得并且位置处理在大多数情况下仅对位置跟踪分组执行。
现在参考附图，首先参考图1，示出了适合实现在这里描述的实施例的网络的示例。多个跟踪设备12与被跟踪设备14进行通信。跟踪设备12和被跟踪设备14被安装了用于无线通信的天线18。在一个实施例中，跟踪设备12和被跟踪设备14在无线局域网(WLAN)中通信，并且实现在IEEE 802.11标准中规定的无线网络协议。跟踪设备12例如可以是接入点(AP)、基站、站点控制器、位置传感器或者包括可操作用于在无线环境中的位置跟踪的接收传感器的任何其它设备。在图1的示例中，示出了三个跟踪设备12，然而，可以使用任意数目的跟踪设备(例如，1、2或者大于3)。
被跟踪设备14可以是客户端设备、无线移动台、蜂窝电话、无线VoIP电话、个人数字助理(PDA)、膝上型计算机、射频标识(RFID)标签、恶意无线接入点、恶意无线客户端或者能够在无线环境中操作的任何其它类型的设备。
跟踪设备12和被跟踪设备14都可以被配置为发送和接收数据。例如，跟踪设备可以发送数据、控制或者管理流量并且接收确认，而被跟踪设备14接收流量并且发送确认。跟踪设备12提供与由被跟踪设备14发送的无线帧相关联的位置跟踪信息(例如，ToA、TDoA、AoA、RSSI)到位置服务器16。
位置服务器16可以被配置为从跟踪设备12收集位置跟踪信息。位置服务器16可以经由例如包括中间网络设备(例如，路由器、交换机等)的局域网(LAN)或者广域网(WAN)来通信，这些中间网络设备允许在跟踪设备12和位置服务器16之间的数据发送。位置服务器16还可以被安装有用于通过无线网络与接入点12进行通信的天线。位置服务器16可以被实现为单个位置服务器或者可以被实现为多个服务器(例如，一个主位置服务器以及一个或多个从位置服务器)。位置服务器16还可以与被配置为接收位置服务请求并向位置服务器转发请求或者向位置服务器转发位置数据的中央控制器(未示出)进行通信。位置服务器16还可以位于跟踪设备12中的一个上。
在一个实施例中，跟踪设备12中的一个(被称为激发设备)将激发消息20发送到被跟踪设备14。被跟踪设备14利用响应消息22来响应。如以下详细描述的，激发消息20被配置以使得所生成的响应消息22包括被跟踪设备14的标识符以及消息22是位置跟踪分组或者更有可能是位置跟踪分组的指示符。除了跟踪设备12中的一个之外的发送设备也可以被用作激发设备。例如，激发消息20可以从无线网络中的另一设备被发送，或者可以从与RFID标签进行通信的“阻塞点”或者“入口”生成激发消息20。因为响应消息22包含跟踪设备12所需要的全部信息，所以跟踪设备12不需要在激发设备的范围内。
应理解在图1中示出的网络仅仅是一个示例并且在不背离实施例的范围的情况下，可以使用具有不同组件或布置的或者依据其它通信协议来操作的网络。
图2是图示可以被用于实现在这里描述的实施例的无线设备(例如，跟踪设备12、被跟踪设备14)的示例的框图。设备包括收发机30、调制解调器32、控制器34、处理器36、存储器38以及无线接口39(例如，IEEE 802.11WLAN接口)。收发机30包括组合的发射机和接收机；然而，该设备也可以由分离的发射机和接收机来配置。调制解调器32被配置为在控制器34的控制下依据可应用的通信协议或者标准(例如，IEEE802.11)实现信号的调制以及组帧。控制器34包括从AP 12或者客户端设备14的角度实现在这里描述的实施例的逻辑。可以将逻辑在一个或者多个有形介质(存储器38)中进行编码用于由处理器36执行。例如，逻辑可以是处理器执行的软件的形式、数字信号处理器指令或者在集成电路中的固定逻辑的形式。跟踪设备12还可以包括用于与例如LAN通信的网络接口(未示出)。应理解，在图2中示出的和以上描述的设备仅仅是一个示例，并且在不背离实施例的范围的情况下，可以使用设备的不同配置。
图3是图示依据一个实施例用于位置跟踪的处理的概览的流程图。在步骤40处，激发消息20被发送到被跟踪设备14(图1和3)。可以以周期性的间隔、非周期性的间隔、随机间隔、响应于一事件或者经由任何其它方案来发送激发消息20。可以从跟踪设备12中的一个或者从作为激发设备来操作的另一设备来发送激发消息20。激发消息20在发射机地址字段中包括被跟踪设备14的标识符。被跟踪设备14接收激发消息20并且发送响应消息22(步骤41)。在跟踪设备12处接收响应消息22(步骤42)。响应消息22包括从激发消息20复制的被跟踪设备标识符，以使得发送响应消息的被跟踪设备14可被跟踪设备12识别。响应消息22还包括分组是或者更有可能是位置跟踪分组的指示，以使得跟踪设备12可以将响应消息识别为位置跟踪消息。这防止了对于在位置跟踪中不使用的分组的不必要的处理。在步骤44处跟踪设备12处理响应消息22。跟踪设备12测量一个或多个与位置有关的参数，从响应消息22提取被跟踪设备标识符，并且将消息识别为位置跟踪分组。接着跟踪设备12转发来自传输的被跟踪设备标识符和位置跟踪信息(例如，到达时间、接收信号强度指示符、到达角)到位置服务器16(步骤46)。
应理解在图3中示出的和以上描述的处理仅仅是一个示例，并且在不背离实施例的范围的情况下可以添加或者删除步骤。例如，步骤41发生在被跟踪设备上，并且不是在跟踪设备上执行的处理的一部分。同样，步骤40可以发生在除了跟踪设备12之外的设备上。位置服务器16可以位于跟踪设备12处，在该情况中，在步骤46处的位置信息的传输包括在跟踪设备12处组件之间交换信息。
激发和响应消息20、22可以是在无线通信中使用的任何传输。在一个实施例中，激发消息20是请求发送(RTS)帧并且响应消息是清除发送(CTS)帧。在另一实施例中，激发消息20是空帧(例如，QoS(服务质量)空帧)、数据帧或者管理帧，并且响应消息22是确认(ACK)帧。传统的CTS和确认帧包括接收机地址(RA)字段，该字段包含与来自先前的RTS或者QoS空/数据帧的发射机地址(TA)相对应的地址。因为针对大小优化了这些帧，所以它们不包括发射机(源)地址，并且因此不提供发送CTS/ACK分组的被跟踪设备的标识。
在一个实施例中，激发消息20被配置以使得通过将激发消息中的TA字段设定为被跟踪设备地址，响应消息22包括被跟踪设备地址而不是激发设备地址。这允许被跟踪设备14自动地利用包括标识被跟踪设备的地址的CTS/ACK帧来响应。在一个实施例中，激发消息20还被配置以使得IEEE 802.11的非典型的持续时间字段被跟踪设备14在它的CTS/ACK响应消息中发送。这提供了可以与在无线网络中一般地发送的其它传输区分开来的帧。跟踪设备12因此可以仅(或者在多数情况下仅)在位置跟踪分组上执行位置跟踪处理。
在一些情况中，不是位置跟踪分组的分组可能被无意转发到位置服务器16。在一个实施例中，激发设备向位置服务器16发送关于激发消息20的信息，以使得位置服务器可以滤除从跟踪设备12接收的、与位置跟踪不相关的任何分组。
图4是依据一个实施例的激发消息20和响应消息22的格式的示例。激发消息(例如，RTS/QoS空/数据帧)20包括帧控制50、持续时间52、接收机地址(RA)54、被跟踪设备标识符56以及FCS(帧校验序列)58。被跟踪设备标识符56位于发射机地址字段中。如以上描述的，在传统的操作中TA字段包含激发设备的地址。激发消息20因而包括“欺骗的TA字段”。持续时间52包括添加了其它参数(例如，SIFS(短帧间间隔)、CTS/ACK传输时间)的经过修改的持续时间(IEEE 802.11的非典型持续时间)。响应消息(例如CTS/ACK分组)22包括帧控制60、经过修改的持续时间(位置跟踪(LT)分组指示符)62、被跟踪设备标识符64以及FCS 68。在响应消息22中的被跟踪设备标识符字段64包括从激发消息20的字段56复制的被跟踪设备标识符。应理解，在这里使用的术语“复制”包括复制被跟踪设备标识符的一部分或者全部，或者在将标识符插入到响应消息之前复制并修改标识符。如之前描述的，在传统操作中，在CTS/ACK分组中的RA字段包括激发设备的地址并且没有另一字段包含发射机地址。在跟踪设备12处接收的、持续时间被设置为等于经过修改的持续时间的分组被处理用于位置跟踪(例如加ToA时间戳)并且被发送到位置服务器16。
应理解，图4中示出的以及在这里描述的分组格式仅仅是示例，并且可以使用其它分组格式。例如，可以使用包括MAC(媒体访问控制)头部的任何分组。还可以使用头部没有被加密的加密数据分组。以下提供了可以被用于被跟踪设备标识符和经过修改的持续时间的值的示例。
被跟踪设备标识符(欺骗的TA)例如可以是(a)被跟踪设备的MAC地址，(b)从全球管理地址转换到本地管理地址(改变1位)的被跟踪设备的MAC地址，或者(c)从单播地址转换到组播地址(改变1位)的被跟踪设备的MAC地址。被跟踪设备标识符的另一示例是(d)被跟踪设备的MAC地址的补数然而保持单播和全球/本地管理位不变，或者(e)用1(或0)覆写了四个最低有效位(LSB)、最高有效位(MSB)或者任何其它小子集的位的被跟踪设备的MAC地址。该方案可以动态地变化以迷惑任何防御措施，如以下描述的。如以下描述的，伴随持续时间字段的改变以上示例(b)和(e)可被组合，因为它们并不唯一地标识被跟踪设备。
在激发消息20中的持续时间52包括经过修改的持续时间62，以使得在响应消息22中由被跟踪设备14发送该经过修改的持续时间。在RTS帧中的持续时间52是：
经过修改的持续时间+SIFS+TXTIME(CTS)；
在QoS空帧中的持续时间是：
经过修改的持续时间+SIFS+TXTIME(ACK)。
以下提供了经过修改的持续时间值的示例。
在一个示例中，从以下范围取得经过修改的持续时间：
[1，2，…TXTIME(最小分组长度)+SIFS-1]；
其中TXTIME是传输时间并且这些都是持续时间字段的非典型的值。
可以经由以下示例中的任何一个来解释从该范围中取得的值：
1+2*位1+4*位2+8*位3+16*位4；
1+16*位1+8*位2+4*位3+2*位4；
1+2*位1；
1+2*位1+4*位2；
1+2*位1+4*位2+8*位3；
1+16*位1；
1+16*位1+8*位2；
1+16*位1+8*位2+4*位3；
16+1*位1+2*位2+4*位3+8*位4；或者
1+2*位1+4*位2+8*位3+16*位4+32*位5；
其中，位1到位5是被跟踪设备的MAC地址中的、在合成被跟踪设备标识符(欺骗的TA地址)时被覆写或破坏的位。
以上示出的经过修改的持续时间值仅仅是示例，可以使用其它配置。在以上示例中，可以使用任何数目的位，可以改变第一个数，或者可以改变系数。
系统被优选地配置为防止DoS(拒绝服务)攻击。例如，在激发设备的范围中的跟踪设备12可以在响应之前核实(verify)激发传输SIFS的存在。因此，该攻击将需要两个分组。在激发设备范围中的跟踪设备12还可以在响应之前核实激发传输SIFS的存在，并且核实分组的PHY(物理)特性非常不同，以使得攻击需要两个分离的设备。PHY特性可以包括RSSI、载波偏移、CSI(信道状态信息)(从TxBF(发送波束整形)可获取)系数等。在激发设备范围中的跟踪设备12也可以核实在QoS空传输中的BSSID(基本服务集标识符)匹配受信设备(例如潜在的激发设备)的MAC地址。另一示例为动态的改变TA的欺骗或者持续时间，以使得跟踪设备可以使用旧欺骗机制丢弃分组。例如，欺骗策略可以每分钟改变一次，或者经由从位置服务器或者WLC(WLAN控制器)到跟踪设备的定期通知来改变。激发设备和跟踪设备还可以向服务器或者WLC报告它们的发送和接收的时间戳，该服务器或者WLC可以过滤分组以识别并丢弃不对应于激发分组的、由跟踪设备接收到的分组。
如从前述内容可以观察到的，在这里描述的实施例提供了大量优势。例如，一个或多个实施例被配置为通过现有的IEEE 802.11客户端来工作。此外，跟踪设备12不需要在激发设备的范围中。同样，一个或多个实施例可以提供防止有害攻击的保护。
虽然依据示出的实施例已经描述了方法和装置，但是本领域普通技术人员将容易认知到在不背离本发明的范围的情况下可以对实施例做出多种修改。因此，意图将在以上的描述包括的和在附图中示出的全部事项解释为说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种方法包括：
从无线网络中的被跟踪设备接收响应消息，该响应消息是响应于在发射机地址字段中包括所述被跟踪设备的标识符的激发消息而发送的，所述响应消息的字段包括从所述激发消息复制的所述被跟踪设备的所述标识符，其中发射机地址不在所述响应消息的另一字段中被提供；以及
在跟踪设备处处理所述响应消息，其中处理包括测量至少一个与位置有关的参数，从所述响应消息提取所述被跟踪设备的所述标识符，并且基于在所述响应消息中的信息将所述响应消息识别为位置跟踪消息。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述激发消息从所述跟踪设备发送到所述被跟踪设备。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激发消息包括请求发送(RTS)帧并且所述响应消息包括清除发送(CTS)帧。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述响应消息包括确认分组。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述激发消息包括空帧。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激发消息包括持续时间字段，该持续时间字段包括与标准IEEE 802.11持续时间不同的值。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述响应消息在接收机地址字段中包括所述被跟踪设备标识符。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，基于在所述响应消息中的持续时间字段中的值，所述响应消息被识别为位置跟踪消息。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述响应消息包括含有所述被跟踪设备标识符和将所述响应消息识别为位置跟踪消息的所述信息的MAC(媒体访问控制头部)。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述标识符和所述与位置有关的参数发送到位置服务器。
11.根据权利要求10所述的方法，所述位置服务器被配置为从一个或多个其它跟踪设备接收位置跟踪信息，所述位置跟踪信息是基于所述响应消息的。
12.一种装置包括：
接收机，被配置为从无线网络中的被跟踪设备接收响应消息，该响应消息是响应于在发射机地址字段中包括所述被跟踪设备的标识符的激发消息而发送的，所述响应消息的字段包括从所述激发消息复制的所述被跟踪设备的所述标识符，其中发射机地址不在所述响应消息的另一字段中被提供；以及
处理器，用于测量至少一个与位置有关的参数，从所述响应消息提取所述被跟踪设备的所述标识符，并且基于在所述响应消息中的信息将所述响应消息识别为位置跟踪消息。
13.根据权利要求12所述的装置，还包括发射机，该发射机用于将所述激发消息从所述装置发送到所述被跟踪设备。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述激发消息包括请求发送(RTS)帧并且所述响应消息包括清除发送(CTS)帧。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述响应消息包括确认分组。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，所述响应消息在接收机地址字段中包括所述被跟踪设备标识符。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，基于在所述响应消息中的持续时间字段中的值，所述响应消息被识别为位置跟踪消息。
18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述响应消息包括含有所述被跟踪设备标识符和将所述响应消息识别为位置跟踪消息的所述信息的MAC(媒体访问控制头部)。
19.根据权利要求12所述的方法，还包括发射机，该发射机用于将所述标识符和所述与位置有关的参数发送到位置服务器，所述位置服务器被配置为从跟踪设备接收位置跟踪信息，所述位置跟踪信息是基于所述响应消息的。
20.一种装置包括：
用于从无线网络中的被跟踪设备接收响应消息的装置，该响应消息是响应于在发射机地址字段中包括所述被跟踪设备的标识符的激发消息而发送的，所述响应消息的字段包括从所述激发消息复制的所述被跟踪设备的所述标识符，其中发射机地址不在所述响应消息的另一字段中被提供；以及
用于在跟踪设备处处理所述响应消息的装置，其中处理包括测量至少一个与位置有关的参数，从所述响应消息提取所述被跟踪设备的所述标识符，并且基于在所述响应消息中的信息将所述响应消息识别为位置跟踪消息。
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