CN109565779B - 一种基于时间测量的定位方法、相关设备及系统 - Google Patents

一种基于时间测量的定位方法、相关设备及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开一种基于时间测量的定位方法、设备及系统。方法包括：请求方分别与多个响应方进行时间测量，根据测量结果计算出请求方的位置。其中，请求方与每一个响应方进行时间测量得到的测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，t1是响应方发送测量帧的时间，t2是请求方接收测量帧的时间，t3是请求方发送针对测量帧的应答帧的时间，t4是响应方接收应答帧的时间。其中，应答帧是请求方在接收完毕测量帧的最后一个符号后，等待一个随机产生的短帧间间隔后发送的。随机产生的短帧间间隔是在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生的。上述方案可避免站点的位置被接入点或接入点系统获知，提高了站点定位的私密性。

Description

一种基于时间测量的定位方法、相关设备及系统
技术领域
本发明涉及定位技术领域，尤其涉及一种基于时间测量的定位方法、相关设备及系统。
背景技术
WiFi(Wireless Fidelity，中文：无线高保真)标准IEEE 802.11中定义了两个无线通信节点间的精细时间测量(Fine Time Measurement，FTM)过程，如图1A所示。以传输块周期(Burst Period)中的第一次FTM测量过程为例，FTM过程具体如下：在请求方，例如站点(Station，STA)(通常是手机等终端设备)，向响应方，例如接入点(Access Point，AP)，发送FTM测量请求之后，应答请求方，并向请求方发送测量帧FTM_1，并记录测量帧FTM_1的发出时间t1_1。相应的，请求方接收到测量帧FTM_1，并记录测量帧FTM_1的接收时间t2_1。在接收完毕测量帧FTM_1之后，请求方根据IEEE 802.11的规定等待一个固定时间：短帧间间隔(Short Interframe Space，SIFS)，然后向响应方发出一个应答(ACK)帧，并记录该应答帧的发出时间t3_1。相应的，响应方接收该应答帧，并记录接收时间t4_1。如图1A所示，响应方会在下一个FTM测量帧FTM_2中将捕捉的时间标签(t1_1，t4_1)发送给请求方，使得请求方可以根据时间t1_1，t2_1，t3_1和t4_1计算出自己与响应方之间的距离。
参考IEEE 802.11可知，消息(测量帧或应答帧)在接入点与站点之间的单程飞行时间(Time of Flight，ToF)等于：[(t4-t1)-(t3-t2)]/2。那么，所述站点可以根据下述公式计算出所述接入点与所述站点之间的距离r：r＝C×[(t4-t1)-(t3-t2)]÷2，其中，C是光速。
现有技术中采用的比较典型的定位方法就是三角定位法(Trilateration)。如图2所示，在一个平面中，对于STA来说，三个AP(AP1、AP2和AP3，不在一条直线上)的位置已知。以每一个AP所在位置为圆心，STA到该AP的距离为半径画圆，STA处于该圆圈的圆周上。三个圆圈的交点即STA的位置。
三角定位的数学公式如下：
Figure GPA0000263038230000041
其中，r1、r2和r3可以根据各个AP分别与STA之间的ToF乘以光速得出。从上述公式可以看出，STA可以根据三个位置已知的AP，以及STA分别到这三个AP的消息飞行时间计算出自身的位置。上述定位方法也可以扩展到三维(3D)空间中，在三维空间中定位时，还需获得STA与额外一个AP之间的距离计算式，即STA需要至少4个AP(不在一个平面上)来定位自身位置。
对于图1B中的AP，以AP1为例，AP1已知自己的位置(xAP1，yAP1)、t1和t4。虽然STA没有将t2和t3告知AP1，但是从上述计算过程可以看出，AP1只需要知道(t3-t2)便可计算出STA到AP1的距离。
参考图1C可知，SIFS是指从上一个帧(如测量帧)的最后一个符号的结束到下一个帧(如ACK帧)的前导序列的第一个符号的开始之间的时间。对于STA，所述测量帧的最后一个符号的结束时刻即STA接收完毕所述测量帧的时刻。从图1C可以看出，t2是指STA接收到测量帧的第一个符号的时间，t3是指STA发出测量帧的第一个符号的时间，(t3-t2)实际等于SIFS+测量帧的帧长度Length。由于AP已知测量帧的帧长度Length和标准IEEE 802.11中规定的SIFS，因此，对于AP来说，(t3-t2)其实也是一个已知的值。STA实际使用的SIFS的值可能和所述标准中规定的SIFS的值存在一定偏差(所述标准中规定的SIFS的值允许有一定范围的偏差)，但STA实际使用的SIFS的值也是一个固定值，那么(t3-t2)也是定值。
这样，AP1只需要再获得AP2和AP3各自的位置以及AP2和AP3各自发出的测量帧的帧长度以及时间标签t1、t4，便可根据三点定位方法计算出STA所在的位置，还可以计算得出STA实际使用的SIFS值。对于AP2或AP3也一样，只需要获得其他两个AP的位置、发出的测量帧的帧长度以及时间标签t1、t4，就可以计算出STA所在的位置。这样导致STA的位置对于AP或者AP所在的定位系统侧来说是透明的，不利于保护STA的位置隐私。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于时间测量的定位方法、相关设备及系统，通过时间测量中的请求方(如STA)在标准SIFS的指定波动范围内随机产生实际SIFS，可避免所述请求方的位置被发送所述测量帧的响应方(如AP或AP所在系统)获知，提高了所述请求方定位的私密性。
第一方面，提供了一种基于时间测量的定位方法，包括：请求方分别与多个响应方进行时间测量，根据测量结果计算出所述请求方的位置；其中，所述请求方与每一个响应方进行时间测量得到的测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，t1是所述响应方发送测量帧的时间，t2是所述请求方接收所述测量帧的时间，t3是所述请求方发送针对所述测量帧的应答帧的时间，t4是所述响应方接收所述应答帧的时间；其中，所述应答帧是所述请求方在接收完毕所述测量帧的最后一个符号后，等待一个随机产生的短帧间间隔后发送的；所述随机产生的短帧间间隔是所述请求方在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生的所述请求方实际使用的短帧间间隔；所述标准短帧间间隔是所述多个响应方与所述请求方约定的短帧间间隔(例如，可以是标准IEEE 802.11中规定的SIFS)。
本发明实施例中，计算所述请求方(如STA)的平面位置(x，y)的算法可如下：
Figure GPA0000263038230000051
其中，t1AP1，t2AP1，t3AP1，t4AP1是所述请求方(如STA)与响应方AP1进行时间测量得到的测量结果，(xAP1，yAP1)是响应方AP1的位置；t1AP2，t2AP2，t3AP2，t4AP2是所述请求方(如STA)与响应方AP2进行时间测量得到的测量结果，(xAP2，yAP2)是响应方AP2的位置；t1AP3，t2AP3，t3AP3，t4AP3是所述请求方(如STA)与响应方AP3进行时间测量得到的测量结果，(xAP3，yAP3)是响应方AP3的位置。需要说明的，算法表达式中的AP1至AP3可以是所述多个响应方中的任意三个响应方。
上述算法表达式可扩展至计算所述请求方在三维空间中的位置。在三维空间中定位时，还需获得所述请求方(如STA)与另外一个响应方(如AP)之间的距离计算式，即至少需要所述请求方(如STA)分别和4个响应方(如AP)的时间测量结果来计算出所述请求方(如STA)的位置。计算所述请求方(如STA)在三维空间中的位置(x，y，z)的算法可如下：
Figure GPA0000263038230000061
其中，(xAPj，yAPj，zAPj)是响应方APj(j＝1，2，3，4)在三维空间中的位置，t1APj，t2APj，t3APj，t4APj是所述请求方(如STA)与响应方APj进行时间测量得到的测量结果。
实施第一方面描述的方法，由于所述请求方(如站点)采用的所述测量帧与针对所述测量帧的ACK帧之间的间隔时间不是协议规定的标准短帧间间隔，而是在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生的。因此，所述响应方(如AP)根据标准短帧间间隔就不能准确计算出时间标签(t3-t2)的值，从而不能正确估算出所述请求方(如站点)的位置，提高了所述站点定位的私密性。
结合第一方面，在一些实施例中，所述测量结果可以是指第i次时间测量的测量结果，其中，t1和t4由所述响应方在第i次时间测量过程中记录，t2和t3由所述请求方在第i次时间测量过程中记录，t1和t4携带在所述响应方在第i+1次时间测量过程中发送给所述请求方的测量帧中。这里，i是正整数。
结合第一方面，在一些实施例中，在满足IEEE 802.11的规定(在传播介质中实际测量到的SIFS相对于标准SIFS的波动幅度不能超过±10％×Delay)的条件下，本发明实施例中的所述标准短帧间间隔的指定波动范围可包括：第一区间[aSIFSTime-A1，aSIFSTime]和/或第二区间[aSIFSTime，aSIFSTime+A2]。
其中：A1是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔aSIFSTime能够缩短的最大幅度，A2是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔能够延长的最大幅度。实际应用中，指定波动范围还可以是所述第一区间的子集或所述第二区间的子集，或者这些子集组合的并集。
具体的，A1、A2是正数，Delay是物理层定义的一个固定延迟总和。Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
结合第一方面，在一些实施例中，为了满足IEEE 802.11的规定，本发明实施例中的A1的选取需要进一步的符合下述条件：A1≤10％*Delay。
结合第一方面，在一些实施例中，为了满足IEEE 802.11的规定，本发明实施例中的A2的选取需要进一步的符合下述条件：2*ToF+A2≤10％*Delay。其中，ToF＝Distance/C，Distance表示所述请求方与所述响应方之间的距离，C表示光速。也即是说，A2≤10％*Delay-2*Distance/C。
结合第一方面，在一些实施例中，如果Distance小于预设距离阈值，则表明所述请求方与所述响应方的位置重合，A2≤10％*Delay。具体的，Distance可以由所述请求方根据所述响应方发送的所述测量帧的信号强度分析得到。
结合第一方面，在一些实施例中，为了给信号收发和处理预留足够长的延迟时间，例如收发转换延迟、MAC处理延迟等，所述请求方(如STA)随机产生的SIFS相比标准SIFS不适宜提前太多时间。可选的，A1≤w*10％×Delay，0＜w＜1。其中，w可以是一个经验权重。实际应用中，可以根据通信系统的具体延迟表现来确定w的取值。例如，aSIFSTime＝16us，Delay＝9us，实际测量到的通信系统延迟总和为15.55us，那么，w可取值为0.5，此时A1≤5％×Delay，即所述请求方随机产生的SIFS相比标准SIFS最多可提前5％×Delay＝0.45us。
第二方面，提供了一种通信装置，用于实现第一方面描述的方法。所述通信装置可包括：处理器、存储器、发射器、接收器、随机数产生器和时钟模块，其中：
所述接收器用于接收响应方发送的测量帧；
所述随机数产生器用于从标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生短帧间间隔；所述标准短帧间间隔是所述响应方与所述请求方约定的短帧间间隔；
所述时钟模块用于在所述接收器接收完毕所述测量帧的最后一个符号后等待所述随机数产生器随机产生的短帧间间隔；
所述发射器用于当所述时钟模块等待结束时，向所述响应方发送针对所述测量帧的应答帧；
所述存储器用于存储所述通信装置与所述响应方进行时间测量产生的测量结果；所述测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，其中，t1是所述响应方发送所述测量帧的时间，t2是所述请求方接收所述测量帧的时间，t3是所述请求方发送针对所述测量帧的应答帧的时间，t4是所述响应方接收所述应答帧的时间；
所述处理器用于根据所述存储器中存储的所述通信装置与多个所述响应方分别进行时间测量得到的测量结果计算出所述通信装置的位置。
结合第二方面，在一些实施例中，所述测量结果可以是指第i次时间测量的测量结果，其中，t1和t4由所述响应方在第i次时间测量过程中记录，t2和t3由所述请求方在第i次时间测量过程中记录，t1和t4携带在所述响应方在第i+1次时间测量过程中发送给所述请求方的测量帧中。这里，i是正整数。
结合第二方面，在一些实施例中，在满足IEEE 802.11的规定(在传播介质中实际测量到的SIFS相对于标准SIFS的波动幅度不能超过±10％×Delay)的条件下，本发明实施例中的所述标准短帧间间隔的指定波动范围可包括：第一区间[aSIFSTime-A1，aSIFSTime]和/或第二区间[aSIFSTime，aSIFSTime+A2]。
其中：A1是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔aSIFSTime能够缩短的最大幅度，A2是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔能够延长的最大幅度。实际应用中，指定波动范围还可以是所述第一区间的子集或所述第二区间的子集，或者这些子集组合的并集。
具体的，A1、A2是正数，Delay是物理层定义的一个固定延迟总和。Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
结合第二方面，在一些实施例中，为了满足IEEE 802.11的规定，本发明实施例中的A1的选取需要进一步的符合下述条件：A1≤10％*Delay。
结合第二方面，在一些实施例中，为了满足IEEE 802.11的规定，本发明实施例中的A2的选取需要进一步的符合下述条件：2*ToF+A2≤10％*Delay。其中，ToF＝Distance/C，Distance表示所述请求方与所述响应方之间的距离，C表示光速。也即是说，A2≤10％*Delay-2*Distance/C。
第三方面，提供了一种通信装置，包括用于执行上述第一方面的方法的功能单元。
第四发明，提供了一种存储计算机指令的可读非易失性存储介质，所述计算机指令被第三方面或第四方面描述的通信装置执行以实现上述第一方面描述的方法。
本发明所提供的各实施例，通过时间测量中的请求方(如STA)在标准SIFS的指定波动范围内随机产生SIFS，作为测量帧与应答帧之间的短帧间间隔，可避免所述请求方的位置被发送所述测量帧的所述响应方(如AP或AP所在系统)获知，提高了所述请求方定位的私密性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1A是精细时间测量的测量过程的示意图；
图1B是基于时间测量的三角定位的示意图；
图1C是本发明实施例提供的时间测量过程涉及的时间关系示意图；
图2是本发明实施例提供的用于时间测量的通信系统的架构示意图；
图3是关于三角定位求近似解的示意图；
图4是本发明实施例提供的四组时间测量的仿真示意图；
图5是本发明实施例提供的一种通信装置的硬件架构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种终端的功能模块示意图；
图7是本发明实施例提供的一种通信装置的结构示意图。
具体实施方式
本发明的实施方式部分使用的术语仅用于对本发明的具体实施例进行解释，而非旨在限定本发明。
首先介绍本发明实施例涉及的基本概念：短帧间间隔(SIFS)。
根据标准IEEE 802.11的规定，连续的帧之间必须有一定的间隔，以便设备在收到一个帧之后有时间做必要的处理，例如收发转换、物理层处理和MAC层处理等等。对于一次交互过程，相邻两个帧之间的间隔时间称为SIFS。具体的，SIFS是指从前一个帧的最后一个符号的结束到后一个帧的前导序列的第一个符号的开始之间的时间。
根据标准IEEE 802.11规定，请求方(如STA)在接收到一个FTM的测量帧后需要对这个测量帧进行校验，如果校验成功就回复ACK帧，可如图1C所示。根据前述SIFS的定义，从FTM的测量帧的最后一个符号的结束到ACK帧的第一个符号开始的时间间隔必须为一个SIFS的时间，例如16微秒。
应理解的，如图1C所示，由于帧在传播介质(如空气)中需要传播一段时间，因此，在靠近响应方(如AP)的位置处实际测量到的SIFS相比在靠近请求方(如STA)的位置处实际测量到的SIFS更大。特别的，请求方(如STA)处实际测量到的SIFS最小(如图1C中的SIFS1)，表示为SIFS(min)；响应方(如AP)处实际测量到的SIFS最大(如图1C中的SIFS2)，表示为SIFS(max)。其中，SIFS(max)与SIFS(min)之间的关系可表示为：SIFS(max)＝SIFS(min)+2*ToF。ToF是消息(测量帧或ACK帧)在响应方与请求方之间的单程飞行时间。
根据标准IEEE 802.11的规定，在传播介质中实际测量到的被定义为SIFS的帧间间隔可以相对于标准SIFS(下述称为aSIFSTime)存在波动，但是这个波动幅度不允许超过±10％×(aSlotTime-aAirPropagationTime)。
应理解的，本发明实施例如果能够满足下述条件：(SIFS(max)-aSIFSTime)≤10％×(aSlotTime-aAirPropagationTime)，(SIFS(min)-aSIFSTime)≥-10％×(aSlotTime-aAirPropagationTime)。那么，传播介质中其他位置测量到的SIFS均可以满足前述协议规定。
本发明实施例中，aSlotTime称为时隙时间，是指一系列通信必要动作过程，例如收发转换、空闲信道评估等，所需要的时间。具体的，IEEE 802.11规定：aSlotTime＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+aAirPropagationTime+MACProcessingDelay。aCCATime，aRxTxTurnaroundTime，aAirPropagationTime和MACProcessingDelay均是物理层特性参数。其中，aCCATime是CCA(空闲信道评估，英文：Clear Channel Assessment)机制在每一时隙内接入业务时，判断业务是忙或空闲所需要的最小时间，即CCA延迟；aRxTxTurnaroundTime是从接收(Rx)模式转换为发送(Tx)模式所需的转换时间，即收发转换延迟；aAirPropagationTime是信号的空中传播时间，相当于信号穿越时隙同步的STA之间允许间隔的最大距离所需的时间的2倍；MACProcessingDelay是MAC处理延迟。
可以理解的，aSlotTime-aAirPropagationTime＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，是物理层定义的一个延迟总和，下述可以表示为Delay。也即是说，在传播介质中实际测量到的SIFS相对于标准SIFS的波动幅度不能超过±10％×Delay。
举例说明，在20MHz的信道宽度下，aSIFSTime等于16微秒，Delay等于9微秒，则传播介质中实际测量到的SIFS允许的最小值是15.1(＝16-10％×9)微秒，SIFS允许的最大值16.9(＝16+10％×9)微秒。
IEEE 802.11的各个版本均定义了aSIFSTime，aSlotTime和aAirPropagationTime的标准值(nominal value)。下表示出了802.11a标准中定义的这三个参数的标准值。
Figure GPA0000263038230000111
Figure GPA0000263038230000121
表1
由表1可知，在指定信道下，aSlotTime-aAirPropagationTime始终是一个固定值。例如，在20MHz的信道带宽下，aSlotTime-aAirPropagationTime等于9微秒。在10MHz的信道带宽下，aSlotTime-aAirPropagationTime等于13微秒。在5MHz带宽下，aSlotTime-aAirPropagationTime等于21微秒。也即是说，上述Delay是一个固定延迟。
关于表1中的参数dot11OperatingClassesRequired的使用，以及Coverage Class的定义和使用请参考IEEE 802.11，这里不赘述。
图2是本发明实施例涉及的FTM通信系统200的示意图。如图2所示，通信系统200可包括能够进行无线通信的站点201和多个无线接入点，例如接入点202，接入点203和接入点204。站点201处于所述多个无线接入点的通信覆盖范围，能够分别与所述多个无线接入点通信。需要说明的，通信系统200还可以包括站点201以外的其他站点，通信系统200还可以包括3个以上无线接入点。通信系统200中的所述多个无线接入点可以形成一个接入点系统，该接入点系统可以配置有位置服务器205来管理所述多个无线接入点在对站点201进行时间测量时记录的数据。
站点201可以是移动通信设备，例如蜂窝电话、智能电话、笔记本电脑、平板电脑、个人数字助理或其他能够进行无线通信的电子设备。图中的接入点可以是基站或无线路由器等。
本发明实施例中，站点201可以是时间测量中的请求方(Initiator)，所述多个接入点可以是时间测量中的响应方(Responder)。站点201与所述多个接入点之间的时间测量过程可如下：站点201可以向接入点202发送时间测量请求(FTM Request)，接入点202响应该请求，向站点201返回应答(ACK)。然后接入点202向站点201发送测量帧(FTM测量帧)。站点201接收完毕该测量帧之后，等待SIFS之后，向接入点202返回ACK帧。同样的，站点201可以和接入点203、接入点204进行同样的时间测量过程。最后，在获知各个接入点的位置的条件下，站点201根据和各个接入点分别进行时间测量得到的测量结果(包括时间标签t1，t2，t3和t4)来计算出站点201的位置。其中，时间标签t1表示接入点202发送所述测量帧的时间，t2表示站点201接收所述测量帧的时间，t3表示站点201发送针对测量帧发送ACK帧的时间，t4表示接入点202接收所述ACK帧的时间。
本发明实施例中，各个接入点可以通过广播的方式将自身的位置信息广播出去，使得站点201能够获知各个接入点的位置信息。在一些实施例中，接入点也可以通过点到点的通信方式将自身的位置信息发送给站点201。关于站点201获知各个接入点的位置信息的方式，这里不作限制。
基于图2示出的通信系统，本发明实施例提供了一种基于时间测量的定位方法，所述方法涉及的主要原理如下：如图2所示，请求方(如STA)分别与多个响应方(如AP)进行时间测量，根据测量结果计算出所述请求方的位置。其中，所述请求方与每一个响应方进行时间测量得到的测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，t1是所述响应方发送测量帧的时间，t2是所述请求方接收所述测量帧的时间，t3是所述请求方发送针对所述测量帧的应答帧的时间，t4是所述响应方接收所述应答帧的时间。其中，所述应答帧是所述请求方在接收完毕所述测量帧的最后一个符号后，等待一个随机产生的短帧间间隔后发送的。所述随机产生的短帧间间隔所述请求方是在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生的所述请求方实际使用的短帧间间隔，所述标准短帧间间隔(Nominal SIFS)是所述多个AP与站点约定的短帧间间隔。
本发明实施例采用的计算所述请求方(如STA)的平面位置(x，y)的算法如下：
Figure GPA0000263038230000141
其中，t1AP1，t2AP1，t3AP1，t4AP1是所述请求方(如STA)与响应方AP1进行时间测量得到的测量结果，(xAP1，yAP1)是响应方AP1的位置；t1AP2，t2AP2，t3AP2，t4AP2是所述请求方(如STA)与响应方AP2进行时间测量得到的测量结果，(xAP2，yAP2)是响应方AP2的位置；t1AP3，t2AP3，t3AP3，t4AP3是所述请求方(如STA)与响应方AP3进行时间测量得到的测量结果，(xAP3，yAP3)是响应方AP3的位置。需要说明的，算法表达式中的AP1至AP3可以是所述多个响应方中的任意三个响应方。
上述算法表达式可扩展至计算所述请求方在三维空间中的位置。在三维空间中定位时，还需获得所述请求方(如STA)与另外一个响应方(如AP)之间的距离计算式，即至少需要所述请求方(如STA)分别和4个响应方(如AP)的时间测量结果来计算出所述请求方(如STA)的位置。计算所述请求方(如STA)在三维空间中的位置(x，y，z)的算法可如下：
Figure GPA0000263038230000142
其中，(xAPj，yAPj，zAPj)是响应方APj(j＝1，2，3，4)在三维空间中的位置，t1APj，t2APj，t3APj，t4APj是所述请求方(如STA)与响应方APj进行时间测量得到的测量结果。
具体实现中，所述请求方(如STA)可以利用第i次FTM测量的测量结果(t1_i，t2_i，t3_i和t4_i)计算出所述请求方的位置(i是正整数)。所述响应方(如AP或AP所在的系统)可以利用第i次FTM测量过程中记录的t1_i和t4_i，以及(t3_i-t2_i)＝第i次FTM测量帧的长度+标准SIFS，估算出所述请求方的位置。
参考图1A可知，对于第i次FTM测量的测量结果：t1_i，t2_i，t3_i和t4_i，其中，t2_i和t3_i由所述请求方(如STA)记录，t1_i和t4_i由所述响应方(如AP)记录。所述响应方(如AP)需要在第i+1次FTM测量过程中将t1_i和t4_i携带在第i+1次FTM测量帧FTM_i+1中，用以将t1_i和t4_i发送给所述请求方(如STA)。具体实现中，所述请求方(如STA)可以等待接收到第i+1次FTM测量帧FTM_i+1(携带t1_i和t4_i)之后，利用第i次FTM测量的测量结果计算出所述请求方的位置。
需要说明的，由于存在各种测量误差，例如请求方和响应方的时钟不同步等等，因此，利用上述算法计算所述请求方(如STA)的位置通常不能如图1B所示那样得出精确解，即三个圆的交点。在一种可能的情况下，上述算法的求解情况可如图3所示，以AP1、AP2和AP3为圆心的3个圆没有相交于一点。例如，以AP1、AP2和AP3为圆心的3个圆分别两两相交于2个点，如图中的S1至S6。即从方程求解来看，上述算法对应的方程组无解。实际应用中，对于这种无解的情况，可以通过取近似值来估算出所述请求方的位置。例如，对于图3示出的无解情况，可以将离得较近的3个交点(S2、S4和S6)的中心位置确定为近似解，确定所述请求方的位置为该近似解。需要说明的，关于应对前述算法无解的情况所采用的近似求解的方法，本发明实施例不作限制。
下面详细说明所述请求方(如STA)如何在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生实际使用的短帧间间隔。
本发明实施例中，所述多个响应方(如AP)与所述请求方(如STA)约定的标准短帧间间隔是标准IEEE 802.11中定义的aSIFSTime，其标准值可参考前述内容中的说明。
在满足IEEE 802.11的规定(在传播介质中实际测量到的SIFS相对于标准SIFS的波动幅度不能超过±10％×Delay)的条件下，本发明实施例中的所述标准短帧间间隔的指定波动范围可包括：第一区间[aSIFSTime-A1，aSIFSTime]和/或第二区间[aSIFSTime，aSIFSTime+A2]。其中：A1是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔aSIFSTime能够缩短的最大幅度，A2是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔能够延长的最大幅度。实际应用中，指定波动范围还可以是所述第一区间的子集或所述第二区间的子集，或者这些子集组合的并集。
具体的，A1、A2是正数，Delay是物理层定义的一个固定延迟总和。
根据前述内容可知，传播介质中实际测到的最小的SIFS是在所述请求方(如STA)处实际测量到的SIFS(表示为SIFS(min))，传播介质中实际测到的最大的SIFS是在所述响应方(如AP)处实际测量到的SIFS(表示为SIFS(max))。SIFS(min)即所述请求方实际使用的SIFS。SIFS(min)和SIFS(max)之间的关系可表示为：SIFS(max)＝SIFS(min)+2*ToF。其中，ToF是消息在所述请求方与所述响应方之间的单程飞行时间。
应理解的，如果能够满足下述条件：(SIFS(max)-aSIFSTime)≤10％×Delay)，(SIFS(min)-aSIFSTime)≥-10％×Delay。那么，传播介质中任何位置测量到的SIFS均可以满足IEEE 802.11的规定。
为了满足IEEE 802.11的规定，本发明实施例中的A1的选取需要符合下述条件：A1≤10％×Delay。在满足A1≤10％×Delay的条件下，所述请求方从所述第一区间中随机产生的SIFS(min)可使得传播介质中任何位置测量到的SIFS均可以满足IEEE 802.11的规定。具体的推导过程如下：
第一方面，从所述第一区间中随机产生的SIFS(min)可能取到的最小值＝aSIFSTime-10％×Delay，SIFS(min)相对于标准SIFS的波动SIFS(min)-aSIFSTime＝-10％×Delay≥-10％×Delay。此时，SIFS(max)相对于标准SIFS的波动SIFS(max)-aSIFSTime＝SIFS(min)+2*ToF-aSIFSTime＝2*ToF-10％×Delay≤10％×Delay。
第二方面，从所述第一区间中随机产生的SIFS(min)可能取到的的最大值＝aSIFSTime，SIFS(min)相对于标准SIFS的波动SIFS(min)-aSIFSTime＝0≥-10％×Delay。此时，SIFS(max)相对于标准SIFS的波动SIFS(max)-aSIFSTime＝2*ToF，受WiFi有效传播距离(一百米左右)的限制，2*ToF(约0.6us)通常小于10％×Delay。例如，在20MHz的信道带宽下，Delay＝9us，10％×Delay＝0.9us＞0.6us。
类似上述推导过程，从所述第二区间随机产生的SIFS(min)可能取到的最小值＝aSIFSTime，SIFS(min)相对于标准SIFS的波动SIFS(min)-aSIFSTime＝0≥-10％×Delay。此时，SIFS(max)相对于标准SIFS的波动SIFS(max)-aSIFSTime＝2*ToF＜10％×Delay。
类似上述推导过程，从所述第二区间随机产生的SIFS(min)可能取到的最大值＝aSIFSTime+A2，SIFS(min)相对于标准SIFS的波动SIFS(min)-aSIFSTime＝A2≥-10％×Delay。此时，SIFS(max)相对于标准SIFS的波动SIFS(max)-aSIFSTime＝2*ToF+A2。为了满足IEEE 802.11的规定，本发明实施例中的A2的选取需要进一步的符合下述条件：2*ToF+A2≤10％*Delay。其中，ToF＝Distance/C，Distance表示所述请求方与所述响应方之间的距离，C表示光速。
最终，上述不等式可简化为：A2≤10％*Delay-2*Distance/C。即：A2能够选取的最大值与Distance相关。具体的，所述请求方与所述响应方之间的距离越大，A2能够选取的最大值越小，反之越大。特别的，当所述请求方与所述响应方之间的距离小于预设距离阈值(如5米)时，则可判定所述请求方近似重合于所述响应方，这时A2≤10％*Delay。
具体实现中，所述请求方可以根据所述测量帧的信号强度估算出Distance。关于如何根据信号强度估算两个通信节点之间的距离，可参考信道模型算法，这里不赘述。
可以理解的，如果所述随机产生的短帧间间隔是所述请求方(如STA)在所述第一区间内随机产生的，则表示：相比于协议定义的标准短帧间间隔，在接收完毕所述测量帧之后，所述请求方(如STA)向所述响应方(如AP)提前发送了针对所述测量帧的ACK帧。如果所述随机产生的短帧间间隔是所述请求方(如STA)在所述第二区间内随机产生的，则表示：相比于协议定义的标准短帧间间隔，在接收完毕所述测量帧之后，所述请求方(如STA)向所述响应方(如AP)延迟发送了针对所述测量帧的ACK帧。
具体的，提前或延迟的时间不能超过10％×Delay。例如，在标准802.11a中定义的20MHz的信道带宽下，aSIFSTime＝16us，Delay＝9us，10％×Delay＝10％×9us＝0.9us。即：相比标准短帧间间隔，所述请求方最多能够提前或延迟0.9us来发送针对所述测量帧的ACK帧。
具体实施时，为了给信号收发和处理预留足够长的延迟时间，例如收发转换延迟、MAC处理延迟等，所述请求方(如STA)随机产生的SIFS相比标准SIFS不适宜提前太多时间。可选的，A1≤w*10％×Delay，0＜w＜1。其中，w可以是一个经验权重。实际应用中，可以根据通信系统的具体延迟表现来确定w的取值。例如，aSIFSTime＝16us，Delay＝9us，实际测量到的通信系统延迟总和为15.55us，那么，w可取值为0.5，此时A1≤5％×Delay，即所述请求方随机产生的SIFS相比标准SIFS最多可提前5％×Delay＝0.45us。示例仅仅用于解释本发明实施例，不应构成限定。
可以理解的，由于所述请求方(如站点)采用的所述测量帧与针对所述测量帧的ACK帧之间的间隔时间不是协议规定的标准短帧间间隔，而是在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生的。因此，所述响应方(如AP)根据标准短帧间间隔就不能准确计算出时间标签(t3-t2)的值，从而不能正确估算出所述请求方(如站点)的位置，提高了所述站点定位的私密性。
举例说明，在802.11a标准中定义的20MHz的信道带宽下，aSIFSTime＝16us，Delay＝9us，10％×Delay＝10％×9us＝0.9us。假设所述请求方(如站点)随机产生的短帧间间隔SIFSrandom＝Random[aSIFSTime-A1，aSIFSTime]＝aSIFSTime-5％×9us，则表示所述请求方采用的SIFS相对于标准SIFS(aSIFSTime)存在-450ns(纳秒)的波动，所述请求方提前450ns向所述响应方(如AP)返回ACK帧。如果所述响应方还按照标准SIFS(aSIFSTime)计算所述请求方的位置，那么，所述响应方计算出来的所述请求方到所述响应方的距离与所述请求方到所述响应方的实际距离之间存在的偏差为：-450ns*光速C＝-135m(负值表示计算值比实际值要近)。
类似的，如果所述请求方采用的SIFS相对于标准SIFS(aSIFSTime)存在正数值的波动，则所述响应方计算出来的所述请求方离所述响应方的距离相比所述请求方离所述响应方的实际距离要远，正值表示计算值比实际值要远。
应理解的，在所述请求方(如STA)与所述多个响应方(如AP)分别进行时间测量的过程中，所述请求方实际采用的SIFS与标准SIFS均会存在不同程度的正数值或负数值的波动。这样，其中一个响应方利用其它响应方的测量结果来估算所述请求方的位置时，估算位置与所述请求方的实际位置之间将会较大的偏差。而且，这种偏差的大小和方向均不确定。例如，估算位置相比实际位置的偏差可表现为：估算位置在实际位置的东北方向，二者相距100米。示例仅仅用于解释本发明实施例，不应构成限定。
图4示出了STA与3个AP之间通过时间测量来定位的四组仿真结果。其中，AP1的坐标是(200，200)，AP2的坐标(400，200)，AP3的坐标(300，400)，单位为米。坐标轴(未示出)的X轴方向向右递增，Y轴向下递增。每一组仿真的左上角示出了STA的真实坐标，以及STA分别与前述三个AP进行时间测量所采用的随机产生的SIFS(单位纳秒)。这四组仿真结果中，标准SIFS是16微秒，即16000纳秒。
仿真结果中，“STA自算”表示STA根据自己分别与三个AP(AP1、AP2和AP3)进行时间测量的测量结果计算出来的STA的位置，“AP估算”表示AP(三个AP中的任一个)或者AP系统中的位置服务器(如图2中的位置服务器205)根据3个AP分别与STA进行时间测量时记录的时间标签t1，t4，以及(t3-t2)＝测量帧的长度+标准SIFS，计算出的STA的位置。
从图4可以看出，“STA自算”的结果近乎于STA的真实坐标，“AP估算”相比STA的真实坐标存在较大差别。而且，随着STA的位置变化，“AP估算”得到的位置变化轨迹也和STA的真实运动轨迹之间存在较大偏差。根据图4提供的仿真结果可以看出，STA通过在标准SIFS的指定波动范围内随机产生SIFS，可以使得AP估算出的STA的位置与STA的实际位置存在较大偏差，保护了STA的位置隐私。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种通信装置，用于实现前述内容中的所述请求方(如STA)的功能。图5是本发明实施例提供的通信装置的硬件架构图。如图5所示，通信装置100可包括：处理器101、存储器103(一个或多个计算机可读存储介质)、通信模块105、外围系统105。这些部件可在一个或多个通信总线114上通信。其中：
通信模块105用于接收和发送射频信号，通过射频信号、通信网络和其他通信设备通信。具体实现中，通信模块105可包括但不限于：时钟模块1051、发射器1053、接收器1055和随机数产生器1057，还可以包括：耦合于接收器1055和发射器1053的用于功率分配的耦合器1059，以及耦合于通信模块105的天线107。本发明实施例中，发射器1053可用于向FTM测量中的响应方(如AP)发送FTM测量请求。接收器1055可用于接收所述响应方发送的FTM测量帧，并记录接收时间t2。随机数产生器1057可用于从标准SIFS的指定波动范围内随机产生SIFS。时钟模块1051可用于等待随机数产生器1057随机产生的SIFS。发射器1053可用于当时钟模块1051等待结束时，向所述响应方发送针对所述测量帧的ACK帧，并记录发送时间t3。
需要说明的，时钟模块1051、发射器1053、接收器1055和随机数产生器1057这几个部件还可以部分或全部集成为一个或多个模块。
外围系统109主要用于实现通信装置100和用户/外部环境之间的交互功能，主要包括通信装置100的输入输出装置。具体实现中，外围系统109可包括但不限于：显示器、摄像头、音频电路和传感器等。
存储器103与处理器101耦合，存储器103可用于存储数据。本发明实施例中，存储器103可用于存储时间测量的测量结果，处理器101用于根据存储器103中存储的通信装置100与至少3个响应方分别进行时间测量的测量结果计算出通信装置100的位置。具体实现中，存储器103可包括高速随机存取的存储器，并且也可包括非易失性存储器，例如一个或多个磁盘存储设备、闪存设备或其他非易失性固态存储设备。
下面详细说明上述各个部件在本发明实施例中的协作关系，请参考图6。
第一步，发射器1053向FTM测量中的响应方(如AP)发送FTM测量请求。相应的，所述响应方接收到该测量请求，并返回应答(ACK)。
第二步，接收器1055接收到所述响应方返回的应答。
第三步，接收器1055接收到所述响应方发送的FTM测量帧，并记录接收时间t2。t2是本次FTM测量过程中产生的。所述测量帧可携带有所述响应方在上一次FTM测量中记录的t1、t4，即所述响应方发送上一个测量帧的时间t1和接收所述请求方发送的针对所述上一个测量帧的应答帧的时间t4。
第四步，接收器1055可将时间标签t1、t4和t2存储于存储器103中，并触发随机数产生器1057随机确定SIFS。
第五步，随机数产生器1057从标准SIFS的指定波动范围内随机产生SIFS，并触发时钟模块1051等待该随机产生的SIFS。
第六步，时钟模块1051等待该随机产生的SIFS的值所对应的时间，等待结束则触发发射器1053向所述响应方发送针对所述FTM测量帧的ACK帧。
第七步，发射器1053向所述响应方发送针对所述FTM测量帧的ACK帧，并记录发出时间t3，然后可将时间标签t3存储于存储器103中。t3是本次FTM测量过程中产生的。
最后，处理器101可从存储器103中获取本次FTM测量过程之前的完整测量结果(t1、t2、t3和t4)，例如上一次FTM测量过程的测量结果。并且，处理器101可根据存储器103中存储的通信装置100与多个响应方分别进行时间测量的完整测量结果计算出通信装置100的位置。
具体的，测量结果中的时间标签t1、t2、t3和t4的定义可参考前述内容。
需要说明的，关于所述标准SIFS的指定波动范围，随机数产生器1057随机产生SIFS的具体实现，以及处理器101计算通信装置100的位置的具体实现等图5-6实施例中未提及的内容，可参考前述内容，这里不再赘述。
需要说明的，图5仅仅是本发明实施例的一种实现方式，实际应用中，通信装置100还可以包括更多或更少的部件，这里不作限制。
图7是本发明实施例提供的一种通信装置的结构示意图。所述通信装置用于实现前述内容中的上述请求方的功能。如图7所示，通信装置110可包括：发送模块1101、接收模块1103、记录模块1105、随机数产生模块1107、计时模块1109和计算模块1111。其中：
接收模块1103用于接收响应方发送的测量帧；
随机数产生模块1107用于从标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生短帧间间隔；所述标准短帧间间隔是所述响应方与所述请求方约定的短帧间间隔；
计时模块1109用于等待所述随机数产生器随机产生的短帧间间隔；
发送模块1101用于当计时模块1109等待结束时，向所述响应方发送针对所述测量帧的应答帧；
记录模块1105用于记录所述通信装置与所述响应方进行时间测量产生的测量结果；
计算模块1111用于根据记录模块1105记录的所述通信装置与多个所述响应方分别进行时间测量得到测量结果计算出所述通信装置的位置。
具体的，所述测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，关于测量结果中的时间标签t1、t2、t3和t4的定义可参考前述内容。
具体的，接收模块1103接收到的所述测量帧中可携带有上一次FTM测量过程中所述响应方记录的t1和t4。具体的，在接收模块1103接收到所述测量帧后，记录模块11055具体可用于记录接收模块1103在本次FTM测量过程中接收所述测量帧的时间t2，以及所述测量帧中携带的t1和t4。具体的，在发送模块1101发送所述ACK帧后，记录模块1105具体可用于记录发送模块1101在本次FTM测量过程中发送所述ACK帧的时间t3。
具体的，计算模块1111可从记录模块1105中获取本次FTM测量过程之前的完整测量结果(t1、t2、t3和t4)，例如上一次FTM测量过程的测量结果。并且，计算模块1111可根据记录模块1105记录的通信装置110与多个响应方分别进行时间测量的完整测量结果计算出通信装置110的位置。
可选的，在接收模块1103接收所述响应方发送的所述测量帧之前，发送模块1101还可用于向所述响应方发送FTM测量请求。可选的，接收模块1103还可用于接收所述响应方返回的针对该测量请求的应答
需要说明的，关于所述标准SIFS的指定波动范围，随机数产生模块1107的具体实现，以及计算模块1111的具体实现等图7实施例中未提及的内容，可参考前述内容，这里不再赘述。
另外，本发明实施例还提供了一种通信系统，包括：请求方和响应方。其中，所述请求方可以是图5所示的通信装置100或图7所示的通信装置110，所述响应方可以是接入点(AP)或基站等通信设备。需要说明的，所述请求方也可以是前述全部实施例内容中提及的请求方(如STA)，这里不赘述。
本发明实施例提供的定位方法可以促进在许可和未许可的频谱带中利用各种网络协议中的任意网络协议和标准确定设备位置，这包括结合IEEE802.11标准执行的Wi-Fi通信(例如，由固定接入点促进的Wi-Fi通信)、3GPP LTE/LTE-A通信(例如，在上行链路段的一部分或其它指定资源中建立的LTE直接(LTE-D)通信)、结合IEEE 802.16标准执行的机器对机器(M2M)通信等。
实施本发明实施例，通过时间测量中的请求方(如STA)在标准SIFS的指定波动范围内随机产生SIFS，作为测量帧与应答帧之间的短帧间间隔，可避免所述请求方的位置被发送所述测量帧的所述响应方(如AP或AP所在系统)获知，提高了所述请求方定位的私密性。
以上各实施例中，所述请求方(STA)的发射器(即发送模块)还可以使用随机的合规功率发送所述应答(ACK)帧，只要所述响应方(AP)能接收到所述应答帧即可，这样可以确保所述响应方不能根据接收到所述应答帧的接收功率判断所述请求方到自己的距离，从而多个响应方交换所述接收功率信息也就不能估算所述请求方的位置，使得本发明更能保护所述请求方的位置隐私。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (20)

1.一种基于时间测量的定位方法，其特征在于，包括：
请求方分别与多个响应方进行时间测量，根据测量结果计算出所述请求方的位置；其中，所述请求方与每一个响应方进行时间测量得到的测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，t1是所述响应方发送测量帧的时间，t2是所述请求方接收所述测量帧的时间，t3是所述请求方发送针对所述测量帧的应答帧的时间，t4是所述响应方接收所述应答帧的时间；其中，所述应答帧是所述请求方在接收完毕所述测量帧的最后一个符号后，等待一个随机产生的短帧间间隔后发送的；所述随机产生的短帧间间隔是所述请求方在标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生的所述请求方实际使用的短帧间间隔；所述标准短帧间间隔是所述多个响应方与所述请求方约定的短帧间间隔；所述多个响应方包括至少3个不在同一直线上的响应方。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准短帧间间隔的指定波动范围包括：第一区间[aSIFSTime-A1,aSIFSTime]和/或第二区间[aSIFSTime，aSIFSTime+A2]，其中：A1是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔aSIFSTime能够缩短的最大幅度，A2是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔能够延长的最大幅度，A1，A2均是正数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，A1≤10％*Delay，所述Delay是物理层定义的一个固定延迟总和，Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，A2≤10％*Delay-2*Distance/C，Distance表示所述请求方与所述响应方之间的距离，C表示光速；Delay是物理层定义的一个固定延迟总和，Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，如果Distance小于预设距离阈值，则表明所述请求方与所述响应方的位置重合，A2≤10％*Delay；Distance是由所述请求方根据所述响应方发送的所述测量帧的信号强度分析出的。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量结果是第i次时间测量的测量结果，其中，t1和t4由所述响应方在第i次时间测量过程中记录，t2和t3由所述请求方在第i次时间测量过程中记录，t1和t4携带在所述响应方在第i+1次时间测量过程中发送给所述请求方的测量帧中；i是正整数。
7.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，计算所述请求方的平面位置(x，y)的算法如下：
Figure FDA0002531635540000011
其中，(xAPm，yAPm)是响应方APm的已知位置；t1APm，t2APm，t3APm，t4APm是所述请求方与响应方APm进行时间测量得到的测量结果；APm∈{AP1，AP2，AP3}；m是正整数，m＝1,2,3。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，计算所述请求方的平面位置(x，y)的算法如下：
Figure FDA0002531635540000021
其中，(xAPm，yAPm)是响应方APm的已知位置；t1APm，t2APm，t3APm，t4APm是所述请求方与响应方APm进行时间测量得到的测量结果；APm∈{AP1，AP2，AP3}；m是正整数，m＝1,2,3。
9.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述多个响应方包括至少4个不在同一个平面的响应方；计算所述请求方在三维空间中的位置(x，y，z)的算法如下：
Figure FDA0002531635540000022
其中，(xAPj，yAPj，zAPj)是响应方APj在三维空间中的已知位置；t1APj，t2APj，t3APj，t4APj是所述请求方与响应方APj进行时间测量得到的测量结果；APj∈{AP1，AP2，AP3，AP4}；j是正整数，j＝1,2,3,4。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多个响应方包括至少4个不在同一个平面的响应方；计算所述请求方在三维空间中的位置(x，y，z)的算法如下：
Figure FDA0002531635540000023
其中，(xAPj，yAPj，zAPj)是响应方APj在三维空间中的已知位置；t1APj，t2APj，t3APj，t4APj是所述请求方与响应方APj进行时间测量得到的测量结果；APj∈{AP1，AP2，AP3，AP4}；j是正整数，j＝1,2,3,4。
11.一种通信装置，其特征在于，包括：处理器、存储器、发射器、接收器、随机数产生器和时钟模块，其中：
所述接收器用于接收响应方发送的测量帧；
所述随机数产生器用于从标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生短帧间间隔；所述标准短帧间间隔是所述响应方与请求方约定的短帧间间隔；
所述时钟模块用于在所述接收器接收完毕所述测量帧的最后一个符号后等待所述随机数产生器随机产生的短帧间间隔；
所述发射器用于当所述时钟模块等待结束时，向所述响应方发送针对所述测量帧的应答帧；
所述存储器用于存储所述通信装置与所述响应方进行时间测量产生的测量结果；所述测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，其中，t1是所述响应方发送所述测量帧的时间，t2是所述请求方接收所述测量帧的时间，t3是所述请求方发送针对所述测量帧的应答帧的时间，t4是所述响应方接收所述应答帧的时间；
所述处理器用于根据所述存储器中存储的所述通信装置与多个所述响应方分别进行时间测量得到的测量结果计算出所述通信装置的位置；所述多个响应方包括至少3个不在同一直线上的响应方。
12.如权利要求11所述的通信装置，其特征在于，所述标准短帧间间隔的指定波动范围包括：第一区间[aSIFSTime-A1,aSIFSTime]和/或第二区间[aSIFSTime，aSIFSTime+A2]，其中：A1是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔aSIFSTime能够缩短的最大幅度，A2是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔能够延长的最大幅度，A1，A2均是正数。
13.如权利要求12所述的通信装置，其特征在于，A1≤10％*Delay，所述Delay是物理层定义的一个固定延迟总和，Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
14.如权利要求12所述的通信装置，其特征在于，A2≤10％*Delay-2*Distance/C，Distance表示所述请求方与所述响应方之间的距离，C表示光速；Delay是物理层定义的一个固定延迟总和，Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
15.如权利要求11-14中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述测量结果是第i次时间测量的测量结果，其中，t1和t4由所述响应方在第i次时间测量过程中记录，t2和t3由所述请求方在第i次时间测量过程中记录，t1和t4携带在所述响应方在第i+1次时间测量过程中发送给所述请求方的测量帧中；i是正整数。
16.一种通信装置，其特征在于，包括：发送模块、接收模块、记录模块、随机数产生模块、计时模块和计算模块；其中，
所述接收模块用于接收响应方发送的测量帧；
所述随机数产生模块用于从标准短帧间间隔的指定波动范围内随机产生短帧间间隔；所述标准短帧间间隔是所述响应方与请求方约定的短帧间间隔；
所述计时模块用于在所述接收模块接收完毕所述测量帧的最后一个符号后等待所述随机数产生器随机产生的短帧间间隔；
所述发送模块用于当所述计时模块等待结束时，向所述响应方发送针对所述测量帧的应答帧；
所述记录模块用于记录所述通信装置与所述响应方进行时间测量产生的测量结果；所述测量结果包括时间标签t1、t2、t3和t4，其中，t1是所述响应方发送所述测量帧的时间，t2是所述请求方接收所述测量帧的时间，t3是所述请求方发送针对所述测量帧的应答帧的时间，t4是所述响应方接收所述应答帧的时间；
所述计算模块用于根据所述记录模块记录的所述通信装置与多个所述响应方分别进行时间测量得到测量结果计算出所述通信装置的位置；所述多个响应方包括至少3个不在同一直线上的响应方。
17.如权利要求16所述的通信装置，其特征在于，所述标准短帧间间隔的指定波动范围包括：第一区间[aSIFSTime-A1,aSIFSTime]和/或第二区间[aSIFSTime，aSIFSTime+A2]，其中：A1是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔aSIFSTime能够缩短的最大幅度，A2是所述随机产生的短帧间间隔相比标准短帧间间隔能够延长的最大幅度，A1，A2均是正数。
18.如权利要求17所述的通信装置，其特征在于，A1≤10％*Delay，所述Delay是物理层定义的一个固定延迟总和，Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
19.如权利要求17所述的通信装置，其特征在于，A2≤10％*Delay-2*Distance/C，Distance表示所述请求方与所述响应方之间的距离，C表示光速；Delay是物理层定义的一个固定延迟总和，Delay＝aCCATime+aRxTxTurnaroundTime+MACProcessingDelay，其中，aCCATime是空闲信道评估延迟，aRxTxTurnaroundTime是收发转换延迟，MACProcessingDelay是MAC层处理延迟。
20.如权利要求16-19中任一项所述的通信装置，其特征在于，所述测量结果是第i次时间测量的测量结果，其中，t1和t4由所述响应方在第i次时间测量过程中记录，t2和t3由所述请求方在第i次时间测量过程中记录，t1和t4携带在所述响应方在第i+1次时间测量过程中发送给所述请求方的测量帧中；i是正整数。
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