TWI231146B - Transponder subsystem for supporting location awareness in wireless networks - Google Patents

Description

1231146 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種可在無線網路中判定通訊裝置位 置的設備與方法，以提供支援無線區域網路（wireless 1〇cai_ area network，WLAN)架構存取協定，如：IEEE 8〇211或高效 能區域網路（Hiperlan)的通訊裝置定位功能。特別是本發明可 在無線網路能涵蓋的範圍中，判定可動基地台與標記物的位 置。 【先前技術】 行動電腦裝置與無線區域網路（也簡寫為WLAN)的激 增’增進了精確位置辨識系統與服務的重視。 特別受重視的是現有WLAN架構的升級，這起初是設計 來支援含有位置辨識功能的無線資料流量。這些如ieee 802.11或Hlperlan的WLAN的運作（實體層與媒體存取控制 層，PHY-layei* and MAC-layer)已經標準化，且它起初只是設 什來做無線資料的傳輸。尤其是以ΙΕΕΕ 8〇211χ標準為基礎 的WLAN激增，且強力需要增加其他的功能。因此，更需要 提供不會與這組標準抵觸的定位功能。 全球衛星定位系統（Global Positioning System，GPS)與無 線增強911 (wireless enhanced 911，Ed 11)手機服務提出了位 置找尋的議題。然而，這些技術沒辦法提供精確的室内定位， 匕有其獨立的市場與技術障礙。 1231146 為了判定可動基地台的位置，可利用從可動基地台與網路 存取點（Access Point，AP)間無線訊框交換所取得的測量參 數，例如接收訊號強度（received signal strength，RSS)及/或時 間延遲（time delay，TD)。 在 Paramvir Bahl and Venkata Padmanabhan 的文章 “RADAR : An In-Building RF-based User Location and Tracking System”，IEEE INFOCOM，Israel, March 2000, pp. 775-784 中指出，利用一組放在 所需範圍中不同位置的網路存取點（AP)，來提供RSS參數給 可動基地台，並用頻道衰減模型三角測量的方法來判定估計的 地點。 習知的技術也揭露純粹使用軟體的方法，每個所需範圍使 用一組至少三個AP來提供RSS資料，以和簽章方法（signature method)進行處理。 雖然這是明顯的選擇，但在同一範圍内使用許多AP當作 回應基地台，以提供距離估計給基地台有許多缺點，相關於 WLAN架構安置、資料流通效能、成本和額外定位功能的應用 可能性。參照IEEE 802.1 1 WLAN標準中的術語，AP是在一 專用的區域或一小蜂窩（cell)中，和與其相連的基地台做資料 的無線存取，此即構成一基本服務區（basic service set，BSS)。 AP的另一項功能是協調分散系統（distribution system，DS)中 的路由資料，分散系統是依次連接構成不同BSS的其他AP， 及與傳統有線區域網路相連的入口（portal)。在設置期間，必 1231146 須謹慎地選擇AP在建築物中的擺放位置，以最佳化無線電波 的涵蓋範圍及最小化AP使用在相同或相鄰頻道時的潛藏性干 擾。有衝突存在於構成一 BSS的AP在其涵蓋範圍内的擺放位 置，與在相同涵蓋範圍内許多回應位置感測（藉著習知的方 法，使用額外的AP)基地台的需求之間。若WLAN是由多個 BSS組成一延伸服務區（extend service set，ES S)來涵蓋一已知 的地點或校園，這情況會更嚴重。在此，每蜂窩一個AP來形 成ESS的蜂窩規劃和頻率配置，會與在最佳位置感測結果的 地點至少放置三個AP的建議使用方式有更多的衝突。再者， 若在同一頻道上使用可聽範圍内的AP，會發生嚴重的互相干 擾，可能會妨礙未來強調服務品質（quality of service，Q〇S)的 通訊協定延伸，如IEEE 802.1 le。 在與AP通訊之前，基地台必須先自我認證與連結/再連結 是一個缺點，這在基地台與AP間需要許多訊框交換，因此就 造成通訊協定負荷。使用額外的AP來幫助位置感測，使得通 訊協定負荷變得更大。習知的技術更大的缺點是基地台支援完 整的通訊協定層來與AP通訊。這需要一組完整的硬體與軟體 設備（WLAN配接卡、主機電腦），因此阻礙了只需便宜又省電 的硬體’如無線標籤（wireless tag)，來定位物件的應用。 從上可知，在無線網路中，通訊設備仍需要有改進過的 位置判定功能。再者，符合成本效益的基地台或標藏仍需要精 確度在幾公尺内的位置判定功能。 1231146 【發明内容】 本發明的目的在提供一種可在無線網 位置的設備。此設備包含至少兩個詢答單元，&訊裝置 在無線網路涵蓋區域内時與通訊裝置通訊，’用以當通訊裝置 元，藉著從詢答單元接收的資訊及一個處理單 裝置的位置。 導出在-涵蓋區域中通訊 依據本發明的另一目的，提出一種可 無線網路中判定通 訊裝置位置的方法。此方法至少包含當 t F ^ . 訊裝置在無線網路涵 蓋£域中時，安排至少兩個詢答單元與 W — 裝置通訊，從詢答 早兀接收資訊，以及藉著收到的資 推導出在這涵蓋區域中 通訊裝置的位置。 一般而言，會使用分離與自主㈣答次系統，它可減低要 最佳需求涵蓋區域# AP，與在同一涵蓋範圍内，要達到最佳 位置感測結果的詢答單元的位置擺放衝突。 不動的位置詢答單元次系統得到的接收訊號強度(二或 時間延遲（TD)資料，以判定可動基地台或標記物（亦即通訊裝 置）的位置。換句話說，可動基地台或標記物的位置判定，可 利用從可動基地台或標記物與一組通常是三個固定且已知位 置的回應基地台間，無線訊框交換所取得的測量參數，如接收 訊號強度（RSS)及/或時間延遲（TD)。接著就可估計或推導出可 動基地台與標記物的位置。 此裝置或方法避免了使用網路存取點來做位置感測功能 的缺點 6 1231146 處理單元是通訊裝置，也稱作基地台，所不可或缺的部 分’匕有基地台隨後可以確定自己位置的優點。這對使用筆記 型電腦當通訊裝置以傳達使用者行蹤的使用者也許有幫助。 通訊裝置可以是一個能簡單貼附在物品上的標籤或無線 標籤裝置。隨後可在建築物或一限定範圍内幾乎精確地判定物 品的位置。 詢答單元，亦稱為位置詢答單元，以及代表低成本且省電 應用以追蹤物件的無線標藏，可使用在已減少的通訊協定層， 且不需要主機系統’這可減少成本與通訊協定負荷。每個詢答 單元或無線標籤可至少包含一組已減少的實體層（physicai layer，PHY-layer)、媒體存取控制層（medium access control layer，MAC-layer)以及可被修改和設計來應用的邏輯連結控 制設備。這提供了許多符合成本效益的詢答單元或無線標籤的 組態。 為了局部化支援完整的通訊協定層的正規無線區域網路 (WLAN)基地台，可應用一組在大為減少的通訊協定層上使 用、低成本的第一類型詢答單元，亦稱為第一詢答單元或類 型。每個第一詢答類型只對從正規基地台傳輸進來的單點播送 資料訊框做確認接收訊息，以做感測目的。這不需要與網路存 取點連結，因此可減少通訊協定負荷。 為了局部化無線標籤，可使用一組第二詢答單元，每個亦 稱為第二詢答單元或類型。這組第二詢答類型可執行較完整的 1231146 通訊協定n與可聽範圍内的網路_點連#。這無線標藏 可用只在規律的時間間隔内，對所有第二詢答類型的群組位址 發出多重播送訊框的傳送功能來實行。這是非常低成本且省電 的0 支援正規WLAN基地台和無線標籤的第—和第二詢答類 型的組合，可導向聯合的應用。 網路存取點單元可與詢答單元結合，其中該網路存取點單 域詢答單元接收資訊，並轉送該f訊到處理單^這顯 一個好處，一個單一的網路存取- μ 皁70能勝任做通訊裝置的位 置判定，網路存取點單元是用來溝 却。 观闹答早儿與通訊裝置的資 再者，網路存取點單元可藉著 猎者通訊裝置與詢答單元姅人 且藉著通訊裝置從詢答單元接收資 σσ，

如此一來，細敗y-TU 單元只會與通訊裝置通tfL。 术、網路存取點 該至少兩個的詢答單元、通訊装置以及網路存取 、、且成-可提供充分資訊來做其涵蓋範圍内位：可 的基本服務區。 裝置位置判定 在涵蓋範圍内具有三個或更多的詢答”。_ 定的精確度。 早元增加了位置判 通訊裝置位置的推導可包括三 九+ 重方法或答音+ 早方法是較佳的方法，因為它較容易執行，且章方法。簽 點單元時，通常使用簽章方法。 田6又置網路存取 1231146 當提到位置辨識的應用時，舉例來說，可延伸到如下的領 域： -企業 籲在位置辨識基礎上提供服務和資源，例如依使用者位 置指示可用的資料傳送率 •位置找尋工具來追蹤無線筆記型電腦、個人數位助理 (personal digital assistants，PDA’s)與標記物 φ藉著訂定使用者存取區可增加無線的安全性，這可防 止從存取區外的無線攻擊 -零售 # 百貨公司與購物中心可追蹤顧客舉止 鲁依顧客的位置提供直接的特惠或促銷 • 追蹤昂貴的無線標記物 -健康醫療 #緊急情況時追蹤攜有無線警報系統的病患 鲁追蹤攜有PDA的醫護人員 籲追蹤可移動的醫院設備，例如輪椅 -公共領域 •用可定位的PDA悠遊於各展覽之間 * PDA上可得到的標記物資訊 【實施方式】 請參考第1圖，其緣示了一般通訊環境的佈局圖，其中使 1231146 用了一個定位無線區域網路（WLAN)通訊裝置的位置詢答系 統。在圖中，使用同樣的參考標德來表示相同或相似的二、 在描述本發明之實施例前，先提出―些根據本發明之基礎。 可藉著使用三角測量方法或簽章方法來判定通訊裝置，亦 即可動基地台或標籤，的位置。 二角測量方法是以考慮直行光線在可動基地台和固定的 回應基地台間的行進估計距離，來做待尋地點的三角學計算為 基礎。推導出估計的行進距離可從直行光線行進時間的量測 (TD)，或從無線頻道衰減模型，此為根據量測到的接收訊號強 度（RSS)資料，來估計行進距離。 簽章方法使用最初地點調查，為每個有興趣的地方用自動 無線記錄裝置，從每個可存取的回應基地台收集RSS及/或時 間延遲（TD)資料。為了估計可動基地台的位置，使用一組量測 到的RSS及/或TD參數’在預錄的簽章資料庫中搜尋有最佳 參數符合的位置，即可找到最有可能的地點。

以下所述為與IEEE 802.1 1媒體存取（MAC) WLAN標準有 關的位置詢答次系統實施例。 第1圖所繪示為根據本發明第一實施例，肴WLAN架構 之通訊環境示意圖。第1圖展現了與通訊裝置1 〇相連，組成 第一基本服務區BSS-1的第一網路存取點AP-1，此後亦將通 訊裝置10稱為客戶端基地台或基地台10，並標記為STA。第 網路存取點AP-1是在一專用的區域或一小蜂窩（cell)内，亦 10 1231146 即其涵蓋範圍μ，和藉著WLAN資料連結8與第一網路存取 點AP-1相連的第一基地台1〇做資料的無線存取。基地台 在此被三個第一詢答單元Tpa_22環繞，第 -詢答單元TPa_u、TPa-12* TPa_13預先安排在第一基本服 務區BSS-1的涵蓋範圍内，並藉著位置感測連結6與基地台 10通訊。第一詢答單元TPa-11、TPa-12和TPa-13置放在固 定的最佳地點來提供良好的位置感測結果。 當基地台1 0是可動基地台時，它沿著路徑7移動到第二 基本服務區BSS-2的涵蓋範圍。第二基本服務區BSS_2在此 包含一個第二網路存取點AP-2以及另外的第一詢答單元 TPa-21、TPa-22和TPa-23。再者，第！圖還指出基地台1〇可 從第二基本服務區BSS-2移動到第三基本服務區BSS-3，其包 含一個第三網路存取點AP-3以及另外的第一詢答單元TPa-31、TPa-32 和 TPa-33。 每個網路存取點AP-1、ΑΡ·2和AP-3都與分散系統3相 連。分散系統3藉著分散連結9傳遞資訊到正確的網路存取點 ΑΡ-1、ΑΡ-2和ΑΡ-3，以進一步傳到基地台1(),這就組成了一 延伸服務區（ESS)。此分散系統3更進一步藉著一入口 12與傳 統的有線 IEEE 802·11χ 區域網路（local area network，LAN)4 相連，此傳統的有線區域網路至少包含一 WLAN管理基地台 或位置伺服器，它有一個可在涵蓋範圍内推導出基地台1〇位 置的處理單元14。然而，判定基地台1〇位置的處理單元14 1231146 亦可被置放在基地台1 0内，這允許了自我初始地點估計。從 一基本服務區BSS移動到另一個基本服務區BSS的可動基地 台’例如基地台10，藉著交換與各自的網路存取點Apq、αρ·2 和ΑΡ 3建立連結或再連結的訊框來交遞（hand over)。 為了簡化的目的，第一詢答單元丁？&-11、丁？&-12、丁？&- 13 ; TPa-21、TPa-22、TPa-23 ; TPa-31、TPa-32、TPa-33 接下 來以第一詢答單元TPa-nm來表示，其中a表示第一詢答類 型，而η、m分別代表網路存取點AP-1、AP-2、AP-3，以及 詢答機號。 為了得到基地台10的位置，第一詢答單元TPa-nm在一 已減少的通訊協定層上運作，它允許對特定的第一詢答單元 TPa-nm提出的單點播送資料訊框只進行確認接收訊息，來提 供位置感測資訊。位置感測資訊的訊號流與訊息序列圖在第7 圖中有圖示和描述。 第2圖係第1圖通訊環境所使用的一組第一詢答單元 TPa-nm中，此類第一詢答單元TPa-nm的結構示意圖。該第 一詢答單元TPa-nm至少包含一個第一詢答天線20以及根據 IEEE 802·11χ 標準’以射頻傳送单元（RF-Transmit unit)21 和 射頻接收單元（RF-Receive unit)22、基頻傳送單元（Baseband-Transmit unit)23 和基頻接收單元（Baseband-Receive unit)24 來 傳送與接收無線電訊號，以執行實體層（PHY)功能的電路。接 收訊號強度（RSS)的量測是在實體層（PHY)中執行，且是部分 12 1231146 IEEE 8 02· 1 lx標準。此外，第一詢答單元TPa-nm至少包含一 個已減少的a型媒體存取控制層（R-MACa)單元25，它是以微 處理器或场式可程式化閘陣列（field pr〇graininable gate array， FPGA)來製作。a型媒體存取控制層（R-MACa)的功能是為了無 錯誤的接收和正確的MAC位址，過濾進來的資料訊框，並在 短暫框間空間（short interframe space, SIFS)後，傳遞確認接收 訊息訊框（acknowledgement frame，ACK)到實體層來做傳送。 另外’第一詢答單元TPa-nm也許會配有額外的電路，在正好 一個SIFS的時間後，傳送ACK訊框，因此，基於在基地台 10與第一詢答單元T Pa-nm間行進的時間，即可做距離的估 計。在歐洲專利申請案第02009752.3號的專利申請書中，描 述了執行時間延遲量測的額外電路，此專利申請書標題為「定 位次系統（Geolocation Subsystem)」，於2002年4月30曰申 請’目前讓渡給本案的專利權人，且其中所揭露的在此當參 考。也可用其他訊框類型，例如請求發送（Request-to-Send，RTS) 和清除發送（(1：16&1>-1:〇_8611(1，（1：丁8)來觸發詢答機的回應。 第3圖係第1圖通訊環境中所使用，待測其位置的基地台 10的結構示意圖。基地台10配備有IEEE 802·11χ標準提出的 完整實體層與媒體存取控制層。基地台10至少包含一基地台 天線30,以及通常包含在WLAN配接卡内，來執行實體層（PHY) 功能的電路。根據IEEE 802.1 lx標準，以射頻傳送單元21和 射頻接收單元22、基頻傳送單元23和基頻接收單元24,來傳 13 1231146 送與接收無線電訊號以執行實體層（PHY)功能。此外，基地台 10包含一媒體存取控制層單元35’這是以主微處理器系統 (host microprocessor system)，以及一個可在基地台ι〇的主微 處理器系統内執行的地理封包處理軟體模組（Geodata packet handler software module)36來製作。此軟體模組36可辨識從 網路存取點AP-卜AP-2、AP-3接收的資料訊框中的位置指令， 此資料訊框包含一組可能在範圍内的第一詢答單元TPa-nm的 MAC位址，及指出第一詢答單元TPa-nm在哪一頻道上的資 訊。位置感測資訊的訊號流與訊息序列圖在第7圖中有更詳細 的圖示和描述。一般而言，一收到位置指令，基地台1 〇就會 向個別的第一詢答單元TPa-nm傳送〇資料訊框（〇-(jata frame)。對每個從第一詢答單元TPa-nm收到的ACK，接收訊 號強度（RSS)與第一詢答單元TPa-nm的MAC位址一起被紀 錄。若基地台1 0亦擁有量測時間延遲的電路，如之前所述的， 則時間延遲亦會被紀錄下來。在收到所有確認接收訊息後，或 時間到之後，所紀錄的資料會被組合起來，加上一個時間戳記 (timestamp)，然後藉著各自的網路存取點AP-1、AP-2、AP-3 送到在WLAN管理者的處理單元14。也可用其他訊框類型， 例如請求發送（Request-to-Send，RTS)和清除發送（Clear-to-Send，CTS)來觸發詢答機的回應。 第4圖所繪示為根據本發明第二實施例來定位標記物，有 IEEE 802· 11結構的通訊環境示意圖。第二實施例的架設與第 14 1231146 1圖所示和描述的第一實施例相似❶第二實施例與第一實施例 不同之處在於’代表標記物的標籤40取代了基地台1〇,第二 詢答單元iTb-nm取代了第一詢答單元TPa_nm。第二詢答單 元以TPb-nm來表示，其中b表示第二詢答類型，而n、m* 別代表網路存取點AP-l、AP-2、AP-3，以及詢答機號。第二 詢答單元TPb-nm在一已減少的通訊協定層上運作，但額外允 許與一網路存取點AP_1、AP-2、AP-3連結，來轉達位置感測 資訊°為此’當位置感測連結6在第二詢答單元TPb-nm與標 藏40間執行時，第二詢答單元TPb-nm與各自的網路存取點 AP-1、AP-2、AP-3間的通訊直接經由WLAN資料連接8。位 置感測資訊的訊號流與訊息序列圖在第8圖中有更詳細的圖 示和描述。 第5圖係第4圖通訊環境所使用的一組第二詢答單元 TPb-nm中，一個第二詢答單元TPb-nm的結構示意圖。丁外 類型的第二詢答單元TP b-nm至少包含一第二詢答天線50以 及根據IEEE 802 ·11χ標準，以射頻傳送單元21和射頻接收單 元22、基頻傳送單元23和基頻接收單元24來傳送與接收無 線電訊號，以執行實體層（ΡΗΥ)功能的電路。此外，第二詢答 單元TPb-nm包含一已減少的b型媒體存取控制層（R-MACb) 單元55，它是以微處理器來製作。b型媒體存取控制層（R-MACb)的功能是根據IEEE 802· 1 lx標準，使資料能在第二詢 答單元TPb-nm和與之相連的網路存取點AP-1、AP-2、AP-3 15 1231146 群組位址，對 接收多重播送 間傳輸。另外，R-MACb可以從標籤4〇或擁有 所有第二詢答單元TPb_nm都有效的無線標籤處 訊框。再者’第二詢答單元TPb_nm包含一可在負責操作R· MACb的微處理器内執行的地理封包組合軟體模組（⑽心 packet assembler software m〇dule)56。此地理封包組合軟體模 組56的功能是記錄接收訊號強度（RSS)，與加標籤於每個多重 播送訊框的MAC位址和時間戳記上，其為在計時器（未示出） 所定義的監聽週期内，從對應頻道上的第二詢答單元Tpb_nm 收到的。在計時器到期後，記錄下來的資料被組合並藉著在對 應頻道上各自的網路存取點AIM、AP-2、AP-3,送到在WLAN 管理基地台的處理單元14❶在傳送資料到網路存取點Ap-1、 AP-2、AP-3後，監聽週期又重新開始❶監聽週期有可比較的 持續時間，但是與其他詢答單元或無線標籤不同步。 在更進一步的實施例中，可使用第三詢答單元（未示出）。 第三詢答單元在此以TPc_nm來表示，其中c表示第三詢答類 型，而η、m分別代表網路存取點AP-1、AP-2、AP-3，以及 詢答機號。第三詢答單元TPc — nm用來定位一加入可定位的 WLAN的外部基地台，或違反通訊協定，該外部基地台沒有配 備地理封包處理軟體模組36。第三詢答單元TPe_nm支援完整 的WLAN通訊協定或通訊協定層，以提供根據IEEe 802.1 lx 標準的正常資料交換服務。當位置感測連結6在第三詢答單元 TPC-nm與外部基地台間執行時，第三詢答單元Tpc_nm與各 16 1231146 的網路存取點AP-1、AP-2、AP-3間的通訊也直接經由WLAN 資料連接8。第三詢答單元TPC-nm亦被修改為可接收和解釋 從WLAN管理基地台的處理單元14來的指令，以定位其mac 基地台位址所認定的外部基地台。為此，每個第三詢答單元 TPc-nm對此隨後會回應一確認接收訊息訊框（ACK以则）的 外部基地台發出一 0資料訊框（0_data frame)。對每個從外部基 地台收到的ACK，接收訊號強度（RSS)資料與外部基地台的 MAC位址一起被紀錄❶所有收集並組合的資料，包含外部基 地台的MAC位址、接收訊號強度資料以及時間戳記 (timestamp)，藉著相連的網路存取點ap-ι、AP-2、AP-3轉送 ，到在WLAN管理者的處理單元14，以做外部基地台的位置判 定。 第6圖係第4圖通訊環境中所使用，待測其位置的標籤 40的結構示意圖。標籤40只配備實體層。意思就是，標籤4〇 至少包含一第二詢答天線60，以及根據ieEE 802.1 lx標準， 以射頻傳送單元21和基頻傳送單元23,來傳送無線電訊號， 以執行實體層（PHY)功能的電路。此外，標籤4〇包含一已減 少的標籤媒體存取控制層（R-MACtag)單元65，它是以微處理 器或場式可程式化㈣列（FPGA)來製作。標籤媒體存取控制 層（R-MACtag)的功能是傳遞對所有第二詢答單元Tpb-nm的 群組提出的多重播送訊框到實體層，以在非同步計時器「標籤」 (TAG)所控制的規律時間間隔内傳送。在傳送每個多重播送訊 17 1231146 框後，標籤電路便進入睡眠模式以節省電力。多重播送訊框的 主體可以是空的或是包含額外的標籤資訊，例如電池的電力狀 I為了完整地點设置，所有的多重播送訊框最好是在相同頻 道上傳輸。 使用詢答類型TPa的WLAN基地台位置感測 第7圖所繪示為在訊息序列圖中，位置感測資訊的訊號流 示意圖，其中使用第一詢答單元TPa_nm來定位一般基地台， 例如基地台10。訊息序列圖在上端以指出待辦任務的垂直長 框，來顯示一組通訊實體❹時間軸沿著長框向下增加。從左到 右’才曰出了 WLAN管理基地台的處理單元14、網路存取點 AP-n、基地台10與三個第一詢答單元TPa-nl、TPa-n2和 TPa-n3。已知基地台1〇的定位過程開始於處理單元14中的一 位置功能模組（location function module)，如框71 · 1所示。網 路存取點AP-n已準備好在處理單元14與相連的基地台間轉 送資料，如框71.2所示。第一詢答單元TPa-nl、TPa-n2和 TPa-n3已準備好對一 〇資料訊框（〇_data frame)以確認接收訊 息訊框（ACK-frame)做回應，如框71.3所示。如箭頭72所示 的’資訊訊框被送到各自的網路存取點AP-n，此時基地台已 與之相連。資訊訊框攜有所有資訊，可辨識在對應的網路存取 點AP-n可能涵蓋範圍内的定位指令（i〇caiizati〇I1 command)、 MAC位址和所有第一詢答單元TPa-nm的頻道資訊。如箭頭 18 1231146 73所示，資訊訊框隨後利用IEEE 802.1 1通訊協定，經由網路 存取點AP-n，送到對應的基地台10。如框74所示，_收到 此訊框’基地台1 〇就初始化内部的地理封包處理軟體模組 (Geodata packet handler software module)36，並在一如箭頭 75 所指的確認接收訊息ACK後，傳送一序列向對應頻道上的對 應第一詢答單元TPa-nx提出的單點播送〇資料訊框（〇_data frame)，如箭頭76所示。一收到如箭頭77所示的各確認接收 訊息訊框（ACK-frame)，對應的接收訊號強度rss及/或時間延 遲TD參數就會被§己錄下來’如框78所示。地理封包處理^ 體模組36更建立了包括接收的定位資訊的資料訊框主體，其 中接收的定位資訊至少包含給每個收到的回應的Mac位址、 接收訊號強度RSS及/或時間延遲TD參數與時間戳記。資料 訊框隨後被傳送到在WLAN管理基地台的處理單元14内的定 位功能模組，如箭頭79所示。在此，亦即在處理單元14内， 根據三角測量或簽章方法，用收到的資料來計算位置估計，如 框80所不。在WLAN管理基地台的處理單元14内的定位功 能模組，亦可放在基地台10内，這就能做自我初始地點估計。 使用詢答類型TPb的無線標記物位置感測 第8圖所綠示為在另一個訊息序列圖中，位置感測資訊的 訊號流示意圖’其中使用第二詢答單元Tpb.來定位標吃 物。位置感測最好是在連續的基礎上執行，以提供例如有^ 19 1231146 的“ ”己物連續的更新。訊息序列圖在上端以指出待辦任務 的垂吉Μ，λ 來顯示一組通訊實體。時間軸沿著長框向下增

力口。從尤圣丨丨士* IU Λ ~石’指出了處理單元14、網路存取點AP-n、兩個 第一珣答單元丁pb-nl和TPb-n2以及標籤40。在每個計時器 到期後，例如每分鐘，如箭頭81所示，標籤40會傳送一多重 播送訊框’其擁有可到達所有安置的第二詢答單元TPb-nm的 群組位址。被傳送的資訊就是可辨識標籤40的源頭MAC位 址。標籤身分的額外資訊可能包含於多重播送訊框的主體中。 每次傳送完成後，標簸電路重回省電模式，並重新啟動計時 器’如框82所示。

第二詢答單元TPb-nm會週期性進入標籤40或標蕺正在 傳送的頻道上的監聽時期（listening intervai)，如框μ所示。 這是由非同步的詢答計時器84(也標記為「TP」）所控制，這 與標籤計時器85(也標記為「TAG」）類似。在監聽時期，接收 的多重播送訊框中的接收訊號強度與源頭位址會被記錄下 來。在計時器到期後，記錄的資料會被組合到一包含分別收到 的標籤身份（tag-ID)、接收訊號強度以及時間戳記的聚集標鐵 資訊主體，隨後會轉送到相連的網路存取點ΑΡ-Π，如箭頭85 所示。相連的網路存取點AP-n是用來轉送資料到處理單元 14，如框86所示。如箭頭87所示，從各第二詢答單元Tpb· nm來的聚集標籤資訊，會進一步發送到在WLAN管理基地台 的處理單元14内，負責處理無線標籤資訊的定位功能模组。 20 1231146 所有的第二詢答單元TPb_nm皆獨立運作，沒有互相同步。在 位置更新計時器88控制的週期性時間間隔内，亦標記為「位 置更新」（Location update)，定位功能模組根據從各標籤4〇 收到的資料，做估計地點的計算，如框89所示。 可結合這三類詢答單元TPa-nm、TPb-nm與TPc-nm的功 忐，亦即第一詢答單元TPa_nm、第二詢答單元Tpb_nm與第 三詢答單元TPc-nm，來做所有模式的運作。 支援WLAN定位功能的定位功能模組最好是做在WLAN 管理基地台的處理單元14内。這是負責管理定位系統，建立 並維持在最初地點調查時所預錄的接收訊號強度及/或時間延 遲值的資料庫，在獨立或週期性的基礎上初始並處理位置化要 求，計算並顯示位置估計。 有一個用IEEE 802.1b WLAN裝置，以RSS資料評價定位 精確度的實驗。此利用了網路存取點AP-n的無線電訊號能涵 蓋的部份建築物。五個第一詢答單元TPa-nm部署在不同的位 置。綠製用量到的RSS值做記號（單位為dBm)、顯示第一詢答 單元TPa-nm可得到的Rss的輪廓線。一個相距2 8公尺的格 子狀網路指出從所有五個第一詢答單元TPa_nin得到的RSS值 被S己錄的地方’此為接著要做的地點估計提供了資料庫（簽章 方法）。使用定位演算法，來比較這五個將用先前記錄的資料 庫估計其位置的基地台所量到的RSS值。藉著尋找與量到的 RSS值最符合的插入格子點，即可得到估計的位置。特有的結 21 1231146 果顯示定位精確度可達〇·5公尺。平均來說，定位精確度可達 1公尺至2公尺。 任何揭露的實施例可與一個或多個其他顯示及/或描述的 實施例結合。此實施例亦會有一個或多個特徵。 【圖式簡單說明】

本發明的較佳實施例僅以範例於往後之說明文字中辅以 附圖做更詳細的闡述。 第1圖所繪示為根據本發明第一實施例之通訊環境示意 圖； 第2圖係第1圖通訊環境中所使用的第一詢答單元示意 圖； 第3圖係第1圖通訊環境中所使用的基地台示意圖； 第4圖所繪示為根據本發明第二實施例之通訊環境示意 圖；

第5圖係第4圖通訊環境中所使用的第二詢答單元示意 圈； 第6圖係第4圖通訊環境中所使用的標籤示意圊； 第7圖所繪示為在訊息序列圖中，使用第一詢答單元來定 仅一般基地台的訊號流示意圖；以及 第8圖所繪示為在訊息序列圖中，使用第二詢答單元來定 仅標記物的訊號流示意圖。 這些圖僅供說明的目的，並非必須代表本發明的實際範例。 22 1231146 【元件代表符號簡單說明】 3 分散系統 4 傳統有線IEEE 802·χ區域網路 6 位置感測連結 7 路徑 8 WLAN資料連結 9 分散連結 10 基地台 12 入口（portal) 20 第一詢答天線 21 射頻傳送單元 22 射頻接收單元 23 基頻傳送單元 24 基頻接收單元 30 基地台天線 25 已減少的a型媒體存取控制層（R-MACa)單元 35 完整的媒體存取控制層 MAC單元 36 地理封包處理軟體模組 40 標藏 50 、60 第二詢答天線

55 已減少的b型媒體存取控制層（R-MACb)單元 56 地理封包組合軟體模組

65 已減少的標籤媒體存取控制層（R-MACtag)單元 14 處理單元

71.1開始正規基地台STA的定位程序。在範圍θ使用詢答機 TPa-nx的MAC位址。發送訊框到與STA相連的Ap_n。 71.2在WLAN管理者與相連的基地台間轉送資料 71·3用確認接收訊息（ACK)回應0資料訊框（〇_DATA frame) 72、73、75、76、77、79 步驟 74處理定位指令，並傳送單點播送〇資料訊框到丁pa-nx 23 1231146 78 處理從確認接收訊息（ACK)收到的RSS及/或時間延遲。 藉由AP-n對管理者初始化資料訊框。 8〇處理收到的對STA的定位資訊p計算估計的基地台位置。 81、85、87 步驟 82關電源時期。在計時器到期後，傳送多重播送訊框。 83監聽時期。收集從標籤收到的RSS資料。在計時器到期 後’轉送收集的資料。

84非同步詢答機計時器 85標籤計時器 86在WLAN管理者與相連的基地台間轉送資料 88 位置更新計時器 從所有AP收集聚集標籤資訊。在計時器到期後，處理標 籤資訊，並計算每個標籤的估計位置。

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Claims (1)

1. ps響頁 ^ 93. 12. 1 Ο 床 Α]曰 第號蔚[J案^年/之月修正· i 拾、申請專利範圍： 1 · 一種判定無線網路中通訊裝置位置的設備，其至少包含： 至少兩詢答單元，當該通訊裝置在該無線網路涵蓋範圍内 時，用以與該通訊裝置通訊；以及 一處理單元，依從該些詢答單元收到的資訊，推導出在該 涵蓋範圍内該通訊裝置的位置。

   2 ·如申請專利範圍第1項所述之設備，其中上述之處理單元 對通訊裝置是不可或缺的。 3 ·如申請專利範圍第丨項所述之設備，其中上述之通訊裝置是 一標籤。 4·如申請專利範圍第1項、第2項或第3項所述之設備，更包 含一搞接於該些詢答單元的存取點單元，其中該存取點單元從 該些詢答單元接收資訊並轉送該資訊至該處理單元。 φ 5 ·如申喷專利範圍第4項所述之設備，其中上述之存取點單元 藉著S通Λ裝置與該些詢答單元結合，且藉著該通訊裝置從該 些詢答單元接收資訊。 6.如申請專利範圍第4項所述之設備，其中上述之至少兩詢答 25

   單元、該通訊裝置，以及該網路存取點單元組成一基本服務區。 7.如申請專利範圍第！項、第2項或第3項所述之設備，該設 備至少包含三個詢答單元於其涵蓋範圍内。 8·一種在無線網路中判定通訊裝置位置的方法，該方法至少包 含如下步驟： 當該通訊裝置位在該無線網路涵蓋範圍内時，安排至少兩 φ 詢答單元與該通訊裝置通訊； 從該些詢答單元接收資訊；以及 藉著所接收到的資訊，推導出在該涵蓋區域中該通訊裝置 的位置。 9·如申睛專利範圍第8項所述之方法，其中上述之推導出通訊 裝置的位置之步驟至少包含三角測量方法或簽章方法。 1 〇· —種無線網路系統，其至少包含： 用於判定其中一通訊裝置位置的設備，其至少包含： 至 > 兩詢答單元，當該通訊裝置在該無線網路涵蓋範圍内 時’用以與該通訊裝置通訊；以及 處理單元，依從該些詢答單元收到的資訊，推導出在該 涵蓋範圍内該通訊裝置的位置。 26

   其中上述 11·如申請專利範圍第10項所述之無線網路系統 之處理單元對通訊裝置是不可或缺的。 12.如申請專利範圍帛10項所述之無線網路系統，其中上述之 通訊裝置是一標籤。 ”·如申請專利範圍第10項、第u項或第12項所述之無線

   路系統’更包含-㈣於該些詢答單元的存取點單元，其中 2取點單元㈣些料單元接„心㈣㈣訊至該處 單元。 ’其中上述之 ’且藉著該通 14.如申請專利範圍第13項所述之無線網路系統 存取點單元藉著該通訊裝置與該些詢答單元結合 訊裝置從該些詢答單元接收資訊。 15·如申請專利範圍第13項所 至少兩詢答單元、該通訊裝置 基本服務區。 述之無線網路系統，其中上述之 ，以及該網路存取點單元組成一

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