专利名称：在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法
技术领域：
本发明的方法涉及在基于协调器的无线网络中的位置跟踪。
背景技术：
近来组网的趋势在于互连除计算机以外的需要交换数据的装置。在过去，有线网络是标准。但是，如布线结构和有限的移动性的有线组网的缺点，使无线通信技术成为必要。无线局域网(WLAN)和无线个域网(WPAN)标准正在研发。WPAN具有10m范围，而WLAN具有50m到100m范围。由于WPAN消耗更少的能量并且支持Ad-hoc网络，所以其在移动性和范围方面更适合电子家庭器具。
基于协调器的无线网络使用协调器来管理无线网络的通信时间和竞争模式。其使用由被创立来建立WPAN标准的IEEE 802.15工作组所决定的许多协议。IEEE 802.15工作组被分为四个任务组。TG 1从事基于蓝牙(Bluetooth)1.x的WPAN的标准。TG 2研究无线网络的共存。TG 3研究在低功耗下提供20Mbps或更高的高传输率的超宽带(UWB)。TG 4研究低速WPAN(LR-WPAN)，一种在低功耗下提供低传输率(最大250kpbs)的技术。
LR WPAN涉及需要低数据传输率的低成本通信网络。被称为“ZigBee”的IEEE 802.15.4标准是用于如无线集成遥控器、家庭器具控制器、建筑物管理控制器以及玩具的低成本、低功率装置的网络的无线传输技术。ZigBee组于2000年7月建立，从那以后其已完成关于物理层和MAC的标准的工作。
该标准指定传输是250kbps(2.4GHz频带内的16信道)或40kbps/20kbps(915MHz频带内的10信道或者868MHz频带内的1信道)，范围是1m到100m。
仍然在进行关于上层的工作，该上层包括网络层。包括Philips、Motorola、Honeywell、Mitsubishi、Invensys以及Samsung的50家公司是ZigBee联盟的发起人，他们通过添加用于分散装置的ad-hoc无线组网和网络协议来补充现有标准。
ZigBee进行准备清单并且明确地定义实际执行互操作性测试的应用的工作。IEEE 802.15.4的要求包括低功耗、低成本以及简单的基础结构。这些要求对于网络传感器和控制装置是必须的。
IEEE 802.15.4a定义使用超宽带(UWB)的低速的基于位置的网络的标准，UWB是实现使无所不在的环境可以实现的精确位置识别(location awareness)服务的新的组网技术。
IEEE 802.15.4a是802.15.4的子群，并且其使用与802.15.4相同的介质访问控制(MAC)，但是用UWB来替代物理层(PHY)。但是，其没有定义位置跟踪协议。所以，基于位置的服务必须被添加到基于协调器的无线网络中来体现IEEE 802.15.4a的位置跟踪技术。隐私保护服务也应以允许用户控制位置跟踪的方式被添加。
发明内容
本发明的一方面在于提供一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪功能。
本发明的另一方面在于通过使用基于协调器的无线网络的位置跟踪功能基于如UWB的无线通信技术来跟踪装置的位置。
本发明的方面不限于上述方面和没有提到的由于以下的描述将会对于本领域的普通技术人员变得更加明显的其他方面。
本发明提供一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法。根据本发明的一个示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括由与无线网络连接的装置将包括标识符和时间信息的第一帧发送到无线网络以公开该装置的位置；和接收包括从无线网络发送的所述装置的位置信息的应答帧。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括将包括第一装置和第二装置的标识符的第一帧发送到无线网络，以便连接到无线网络的第一装置知道第二装置的位置；和由第一装置接收包括从无线网络发送的第二装置的位置信息的应答帧。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括由第二装置接收来自无线网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符和第二装置的标识符的第一帧；和由第二装置将包括第一装置的标识符、第二装置的标识符和时间信息的第二帧发送到无线网络，作为对第一帧的应答。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括由第二装置接收来自无线网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、以及第二装置的标识符的第一帧；确定是否允许位置跟踪；和如果允许位置跟踪，则第二装置将包括第一装置的标识符、第二装置的标识符和时间信息的第二帧发送到无线网络，作为对第一帧的应答。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收由装置发送的包括该装置的标识符和时间信息的第一帧；使用所述时间信息获得用于计算所述装置的位置的位置计算信息；和将包括所述装置的标识符和所述位置计算信息的第二帧发送到网络协调器。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收由第二装置发送的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、以及第二装置的标识符和时间信息的第一帧；使用所述时间信息获得用于计算第二装置的位置的位置计算信息；和将包括第一装置的标识符、第二装置的标识符和位置计算信息的第二帧发送到网络协调器。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收来自网络的包括装置的标识符和所述装置的位置计算信息的多个帧；使用所述位置计算信息计算所述装置的位置；和将包括位置信息的帧发送到所述装置。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收来自网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、第二装置的标识符和位置计算信息的多个帧；使用所述位置计算信息计算第二装置的位置；和将包括第二装置的位置的帧发送到第一装置。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收来自网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符以及第二装置的标识符的第一帧；将所述第一帧发送到所述网络的第二装置；从第二装置接收用于通告位置跟踪已经被拒绝的第二帧；和将所述第二帧发送到所述第一装置。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收由第一装置发送的包括第一装置的标识符和第二装置的标识符的第一帧，以便第一无线网络的协调器可跟踪第二装置；由所述第一无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符的第二帧发送到第二无线网络的协调器；由所述第一无线网络的协调器接收由所述第二无线网络的协调器发送的包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及所述第二装置的位置信息的第三帧，作为对所述第二帧的应答；和由所述第一无线网络的协调器将包括所述第二装置的位置信息的第四帧发送到第一装置。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收由第一装置发送的包括第一装置的标识符和第二装置的标识符的第一帧，以便第一无线网络的协调器可跟踪所述第二装置；由所述第一无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符发送到所述第二无线网络的协调器；如果接收了第二帧的所述第二装置拒绝位置跟踪，则由所述第一无线网络的协调器接收包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符的第三帧，作为第二帧的应答；和由所述第一无线网络的协调器将包括所述第二装置拒绝位置跟踪的信息的第四帧发送到所述第一装置。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括由第二无线网络的协调器接收由第一无线网络的协调器发送的包括第一无线网络的标识符、请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符以及第二装置的标识符的第一帧；由所述第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及第二装置的标识符发送到与第二无线网络连接的第二装置；由所述第二无线网络的协调器接收来自所述第二无线网络的包括第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及第二装置的位置计算信息的多个第三帧；由所述第二无线网络的协调器使用第二装置的所述位置计算信息计算所述第二装置的位置；和由第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及计算的所述第二装置的位置信息的第四帧发送到所述第一无线网络的协调器。
根据本发明的示例性实施例的在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法包括接收由第一无线网络的协调器发送的包括第一无线网络的标识符、请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、以及第二装置的标识符的第一帧；由第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符的第二帧发送到第三无线网络的协调器；由所述第二无线网络的协调器接收由所述第三无线网络发送的包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及所述第二装置的位置信息的第三帧；和由所述第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及所述第二装置的位置信息的第四帧发送到所述第一无线网络的协调器。
通过结合附图对其示例性实施例进行详细的描述，本发明的上述和其他方面将会变得更加清楚，其中图1示出根据本发明示例性实施例的802.15.4的丛集树状(cluster-tree)网络的结构；图2是示出根据本发明示例性实施例的被跟踪装置向协调器请求自位置识别(self location awareness)的处理的流程图；图3是示出根据本发明示例性实施例的协调器向被跟踪装置请求远程位置识别(remote location awareness)的处理的流程图；图4是示出根据本发明示例性实施例的除PAN协调器或丛集头以外的装置请求其他装置的位置跟踪的处理的流程图；图5是示出根据本发明示例性实施例的用于跟踪存在于丛集以外的被跟踪装置的位置的处理的流程图，其中，PAN协调器存在于该丛集中；图6是示出根据本发明示例性实施例的用于使用中继装置跟踪被跟踪装置的位置的处理的流程图；图7是示出根据本发明示例性实施例的通过TOA方法的位置跟踪的概念示图；图8示出根据本发明示例性实施例的通过TDOA方法的位置跟踪的结构；图9示出802.15.4中的根据本发明示例性实施例的用于体现位置跟踪功能的MAC层的帧格式；和图10、11、12是示出根据本发明示例性实施例的帧的命令净荷的方框图。
具体实施例方式
以下将描述在该说明书中使用的术语。
基于协调器的无线网络(Coordinator-based Wireless Network)包括用作协调器的无线网络装置的网络(以下称为基于协调器的无线网络)以协调器为基础形成单一独立无线网络。如果多个基于协调器的无线网络存在于相同区域中，则每一基于协调器的无线网络具有区别其的唯一标识。基于协调器的网络与用于通过接入点或基站执行无线通信的基础结构网络不同，并且其可包括多个协调器且被包括在ad-hoc网络中。协调器可发送无线网络需要的时间信息，接收此信息的无线网络装置可将其发送到其他网络装置。在本说明书中，将描述IEEE 802.15.4基于协调器的无线网络，但是此仅为本发明的示例性实施例并且本发明不限于此。
信标帧(Beacon Frame)信标帧通告网络的存在，并且其也在网络的维护中执行重要角色。信标帧包括当网络装置与网络连接时需要的净荷。网络协调器周期性地发送信标帧，从而参与该无线网络的装置可识别该网络。
探测请求(Probe Request)网络装置发送探测请求帧以寻找网络。
探测应答(Probe Response)接收到来自网络装置的探测请求的网络协调器发送设置当该装置连接到该网络时需要的信息的探测应答帧。
装置、网络装置装置是可与其他装置通信的无线网络的组件。例如，在IEEE 802.15.4中，除无线集成遥控器以及电子家庭器具控制器以外，还存在建筑物管理控制器、玩具、鼠标以及炊具。在家庭网络或无所不在的环境中具有通信功能、控制功能以及传感器功能的装置也被包括。
位置识别帧位置识别帧允许网络装置和其他装置都知道其位置。接收位置识别帧的其他装置可通过位置跟踪算法知道网络装置的位置。位置识别帧可包括帧的发送时间、查找装置的标识符、以及作为位置跟踪的对象的装置的标识符。
位置信息定位帧(位置计算信息帧)
位置信息帧包括使用帧发送时间和帧接收时间计算的该装置的位置、包括该帧的接收信号的角度或该接收信号的强度。位置可被表示为时间差；即帧发送时间和帧接收时间之间的差。
位置结果帧位置结果帧包括通过接收位置信息帧(位置计算信息帧)的特定装置获得的位置信息。此帧可被发送到想要知道自己位置的装置。
位置识别请求帧位置识别请求帧目的在于请求位置识别帧的发送，从而位于该丛集外部的装置能够知道特定装置的位置。位置识别请求帧可通过位于该丛集外部的丛集协调器或位于该丛集内部的协调器来发送。另外，位置识别请求帧可由位于丛集内部或外部的装置来发送，该装置可将其标识符插入在该帧中。
图1示出根据本发明示例性实施例的802.15.4的丛集树状网络的结构。802.15.4包括星状、对等以及作为对等拓扑的变形的丛集树状拓扑。
星状拓扑由图1的标号20显示，并且具有一个网络协调器21。网络装置之间的通信通过此协调器来执行，并且全功能装置(FFD)以及精简功能装置(RFD)可参与星状拓扑。全功能装置可与其他网络装置通信，并且可担当网络协调器。精简功能装置可仅通过网络协调器通信。由于精简功能装置不能独立地与其他装置通信，所以其不能变为网络协调器。
图1的标号10显示具有一个网络协调器的对等拓扑。装置可在此类型的网络中与其他装置通信。上述的精简功能装置不能参与对等网络。
丛集树状网络是对等拓扑的变形，并且其可集成几个网络(如10、20和30)。其通过连接至少两个网络而组成。每一网络被称为一个丛集。在图1中，存在三个丛集10、20和30，并且这些丛集的网络协调器分别被标记为11、21和31。丛集的网络协调器被称为丛集头。可在多个网络协调器之中确定作为PAN协调器的协调器31来协调丛集树状网络。最好，PAN协调器31具有比其他网络装置更多的计算能力和资源。通过图1的网络的装置可与相应丛集中的网络装置通信。
位置识别主要可被分为两种情况。在第一种情况下，网络装置从PAN协调器或丛集头请求位置识别以知道它的位置。在另一种情况下，PAN协调器或丛集头请求网络装置的位置。前者被称为自位置识别请求，后者被称为远程位置识别请求。
为了解释方便，以下，其位置被跟踪的网络装置被称为被跟踪装置，从被跟踪装置接收位置跟踪信息的网络装置被称为参考装置。
图2是示出根据本发明示例性实施例的被跟踪装置从协调器请求自位置识别的处理的流程图。在图2中，参与丛集的被跟踪装置101请求位置识别以知道其位置，PAN协调器或丛集头用作协调器。丛集是图1中的网络的一部分，但是如果只存在一个丛集，则其可以是整个网络。在IEEE 802.15.4的多种拓扑中，丛集树状网络(最复杂的拓扑)在本说明书中示出，但是星状或对等拓扑也可被应用。
图2显示主动扫描处理。协调器31连续发送信标帧(S101)。然而，没有接收到信标帧的被跟踪装置101发送探测请求帧以通告它想要参与该网络(S103)。协调器31知道一个装置想要参与该网络并且发送包括网络信息的探测应答帧(S104)。被跟踪装置101通过接收的探测应答帧获得网络连接需要的信息，并且发送连接请求帧(S107)。协调器31将设置连接要求的信息的连接应答帧发送到被跟踪装置(S108)。以下，被跟踪装置可与该网络通信。与该网络连接的被跟踪装置发送自检测开始帧以搜索它的位置(S115)。此帧被参考装置301、302以及协调器31(PAN协调器或丛集头)接收。使用包括在此帧中的该帧的接收的信号强度(RSS)以及时间信息，可计算被跟踪装置的位置。参考装置301、302将定位数据发送到协调器31(S121)，协调器31使用此数据以及位置跟踪算法来计算位置。如果协调器31将包括位置值的自检测结果帧发送到被跟踪装置101(S105)，则被跟踪装置101知道了它的位置。然后，如果被跟踪装置101被移动，则由于它与该网络连接，所以它能够通过操作S115至S150来知道它的位置。将在下面解释位置跟踪算法。
参考装置和被跟踪装置之间的差别取决于其是否是被跟踪的对象。因此，由于被跟踪装置101知道了它的位置，所以它现在就能够变为参考装置。在其他装置参与该网络的情况下，被跟踪装置101可担当参考装置，并接收另一装置的位置信息。此外，即使当装置101担当参考装置时，如果装置101被移动，则其新的位置仍可通过操作115至150来确定。即，尽管该装置是参考装置，但其也可被再次变成被跟踪装置。参考装置和被跟踪装置之间的差别取决于其是用于确定装置位置的参考还是被跟踪的对象。
图3是示出根据本发明另一示例性实施例的协调器11请求远程位置识别的处理的流程图。图3显示网络协调器搜索被跟踪装置并且发送该信息的被动扫描处理的例子。新的网络装置被标记为被跟踪装置102以与其他网络装置区别。协调器11连续发送信标帧以维持并管理该网络(S201)。通过信标帧知道该网络的存在的被跟踪装置发送连接请求帧(S207)。如果协调器11发送接受该连接请求的连接应答帧(S208)，则被跟踪装置102可与该网络通信。
为了知道被跟踪装置的位置，已经使被跟踪装置与该网络连接的协调器11发送检测呼叫请求帧(S211)。检测呼叫请求帧与图2的自检测开始帧不同。为了确保保密性，在操作S212确定被跟踪装置102是否允许位置跟踪。当被跟踪装置102允许位置跟踪时，其将其位置信息发送到协调器以及外围装置。
被跟踪装置102发送包含其网络标识符和时间戳的检测呼叫应答帧，从而其位置可被知道(S215)。接收此帧的参考装置401、402以及协调器11通过如包括此帧中的该帧的接收的信号强度(RSS)以及时间信息的信息来定位被跟踪装置的位置和相关数据。参考装置401、402将此定位数据发送到协调器(S221)，从而协调器11可使用位置跟踪算法来计算被跟踪装置102的位置。
当被跟踪装置102不允许位置跟踪时，被跟踪装置102将检测呼叫拒绝应答帧发送到协调器以及外围装置(S216)。
位置信息对于网络管理很重要。因此，尽管每个装置不需要知道组成网络或丛集的装置的位置信息，但协调器11需要知道该位置信息。因此，尽管该装置拒绝通告其位置，但是PAN协调器或丛集头也可根据网络配置来得到该装置的位置信息。
当位置信息被发送到PAN协调器31和丛集头11两者时(情况1)，检测呼叫拒绝应答帧被发送(S216)。当位置信息仅仅被强制发送到PAN协调器31时(情况2)，被跟踪装置不能发送检测呼叫拒绝应答帧以及检测呼叫应答帧。
在情况2下，存在用于无条件发送检测呼叫应答帧的方法；即，无需询问用户他/她是否允许位置跟踪。为了解释的方便，将在下面解释用于发送检测呼叫应答帧，而无需用户许可的方法。
当发送检测呼叫请求帧的协调器是丛集头时，由于仅PAN协调器可强制获得其他装置的位置，所以丛集头不能获得其他装置的位置信息。这是因为丛集仅存在了一定的时间。因此，在被跟踪装置102拒绝通告它自己的位置的情况下，检测呼叫拒绝帧被发送到丛集头11以及参考装置401、402(S216)，并且处理停止。当位置信息被强制发送到PAN协调器以及丛集头时，被跟踪装置102不能拒绝该检测呼叫请求。该装置的位置被通告给协调器，不管用户允许与否。因而，为了用户方便，处理可进行操作S215至S221。
图3的操作S212是可选的。如果网络可强制知道装置之间的位置，则处理进行，无论被跟踪装置允许还是拒绝位置跟踪。如果被跟踪装置102被强制允许位置跟踪，则处理被进行到被跟踪装置发送检测呼叫应答帧的操作，而无需发送请求许可的消息。此时，仅执行操作S201至S221。即使用户拒绝位置跟踪，位置信息也可被发送到协调器，但是其根据用户的允许或拒绝而改变。
另一方面，为了方便，用户可提前设置被跟踪装置102的应答。例如，当请求位置跟踪的装置是协调器时，检测呼叫应答帧可被设置为无条件发送。应答可能的设置方式是，被跟踪装置102允许每个装置或仅仅被跟踪装置102所属的丛集中的装置跟踪其位置。在该应答被设置之后，检测呼叫应答帧仅被发送到被允许的装置或协调器，并且检测呼叫拒绝应答被发送到所有其他装置，无需用户输入。图3的位置跟踪方法包括隐私保护。因此，操作S212至S216根据该网络的结构可被省略。
图2和3显示用于参与网络并且用于获得被跟踪装置102的位置的处理。用于主动连接网络与请求自位置识别的装置的图2的处理的执行不是不须的。可在被跟踪装置通过图3的被动扫描与网络连接之后发送自检测开始帧。相反，即使在图2的主动网络扫描之后，为了知道被跟踪装置102的位置，协调器也可发送检测呼叫请求帧。另外，参考装置可以为中继装置，该中继装置接收用于建立被跟踪装置的位置的帧，并且将包含在此帧中的位置信息发送到丛集头。
图4是示出根据本发明示例性实施例的除PAN协调器或丛集头以外的装置请求第三装置跟踪的位置的处理的流程图。除图2和3以外，可能需要另外的操作。由于跟踪其他装置的位置可能侵犯用户隐私，所以位置跟踪请求可被发送。参考装置401可请求装置102的位置跟踪。此时，装置401可将其标识符、和对被跟踪装置的标识符的请求包括在该帧中(S251)。协调器(丛集头)11接收检测呼叫请求帧并将其发送到被跟踪装置102(S252)。被跟踪装置102知道了参考装置401想要跟踪其位置。如“装置401请求位置跟踪。你允许位置跟踪吗？”的消息可显示给被跟踪装置102的用户。如果用户看到该消息并且允许位置跟踪，则包括用于跟踪它自己的位置的时间信息的帧(检测呼叫应答帧)被发送(S255)。参考装置401、402接收该检测呼叫应答帧，计算定位数据并将此数据发送到协调器(丛集头)11(S257)。协调器11随后将被跟踪装置102的位置信息发送到参考装置401(S260)。
然而，当在操作S253用户不允许位置跟踪时，装置102将检测呼叫拒绝应答帧发送到协调器11和参考装置401、402(S256)。
在图4中，关于被跟踪装置102的用户允许还是拒绝检测呼叫应答的信息可被提前设置，并且其可对每个装置或对特定装置设置。通过此设置，用户可保持他的/她的隐私，而无需应答位置跟踪询问。
图5是示出根据本发明示例性实施例的跟踪存在于PAN协调器所驻留的丛集之外的被跟踪装置的位置的处理的流程图。图5的实施例包括PAN协调器31请求被跟踪装置102的位置的情况，以及另一装置请求被跟踪装置102的位置的情况。
PAN协调器31在操作S311将检测呼叫请求帧发送到丛集头11、21以跟踪特定装置的位置。PAN协调器31也可接收由丛集头CLH121发送的位置跟踪帧并将其发送到整个网络。接收此帧的丛集头11发送检测呼叫请求帧以知道被跟踪装置是否存在于它的丛集中(S312)。操作S311和S312可根据帧的具体情况而具有相同或不同的内容。在操作S311该帧由丛集头11接收，在操作S312其被发送到它的丛集中的网络装置。被跟踪装置102接收检测呼叫请求帧，并且确定其是否允许位置跟踪(S314)。
如果位置跟踪被允许，则包括位置信息的检测呼叫应答帧被发送到参考装置301、302和丛集头11(S315)。参考装置将从包括在接收的检测呼叫应答帧中的信息中获得的定位数据发送到丛集头11(S321)。其结果是，丛集头11知道了被跟踪装置102的位置并且其将检测结果帧发送到PAN协调器31(S331)。
另外，在这种情况下，如先前参照图3所描述的即使不询问被跟踪装置的用户他/她是否允许位置跟踪，该处理也可进行。即使存在来自用户的拒绝应答，检测呼叫应答帧也可被发送到PAN协调器31。
如果第三装置尝试通过PAN协调器31来跟踪被跟踪装置102的位置或者如果PAN协调器31不强制其他装置的位置跟踪，则被跟踪装置102的用户可防止其位置被跟踪。这里，被跟踪装置102将检测呼叫拒绝应答帧发送到参考装置301、302以及丛集头11(S316)。丛集头11将接收的检测呼叫拒绝应答帧发送到PAN协调器31(S317)并且PAN协调器31知道了被跟踪装置不能被跟踪。另外，检测呼叫拒绝应答帧可被发送到其他请求被跟踪装置102的位置的装置。
图6是示出根据本发明另一示例性实施例的使用中继装置的装置位置跟踪的处理的流程图。PAN协调器可直接将检测呼叫请求发送到丛集头，或者PAN协调器可通过另一丛集头间接地将其发送到该丛集头。因此，接收并发送检测呼叫请求帧的丛集头起到中继装置的作用。
在图6中，PAN协调器31将检测呼叫请求帧发送到丛集头51(S411)。丛集头51将该检测呼叫请求帧发送到第三丛集头11(S412)并且丛集头11跟踪存在于其丛集中的装置的位置。这里，如图2至5的例子所示，根据被跟踪装置允许还是拒绝位置跟踪，不同的方法被执行。
当在操作S414被跟踪装置允许其位置被跟踪时，丛集头11在操作S420计算被跟踪装置的位置，跟踪该位置并且将检测结果帧发送到丛集头51(S431)，其还将检测结果发送到PAN协调器31_(S432)。
当在操作S414被跟踪装置拒绝位置跟踪时，丛集头11在操作S422产生检测呼叫拒绝应答帧，并且发送该检测呼叫拒绝应答帧(S434)。接收该检测呼叫拒绝应答帧的中继装置51将该检测呼叫拒绝应答帧发送到PAN协调器31(S436)。
存在多个可被使用的位置跟踪算法。
图7是示出根据本发明实施例的通过到达时间(TOA)方法的位置跟踪的概念示图。TOA方法测量在被跟踪装置101和其他网络装置11、301、302之间发送的信号的输送时间来计算距离。可通过帧的发送时间(例如，自检测开始和检测呼叫应答)之间的差来获得信号输送时间。通过计算此差并且知道包含该帧的信号的速度，具有网络装置11、301、302作为它们的中心的三个球形范围被获得。需要三个装置来执行此方法的计算。如果至少三个参考装置发送该值，则协调器11可选择被判断是最精确的三个数据值。在一个实施例中，这些数据值的精确性可通过接收的信号强度来判断。例如，如下所示的表1列出四个装置11、301、302、307以及由这些装置发送的信号的RSS和定位数据。由于表1的装置307具有最弱的接收的信号强度，因此其被忽略(来自此装置的定位数据可能是不准确的)。
表1-RSS值和定位数据
然而，接收的信号强度是示例性的，并且参考装置可根据信号失真或该信号的其他特性而被确定。
图8示出根据本发明示例性实施例的通过到达时间差(TDOA)方法的位置跟踪。TDOA方法测量两个信号的到达时间之间的差来确定位置，其包括由多个信号源和一个接收器组成的前向链接方法和由一个信号源和多个接收器组成的逆链接方法。TDOA的基本原理是信号到达时间差与从两个信号源到接收器的距离之间的差成正比。这些距离被计算，并且与两个信号源等距离的即位于以两个信号源为中心的双曲线上的接收器被选择。此时，每一基站必须同步，并且基站的时间同步使用卫星时钟来实现。从三个信号源获得两条双曲线，并且两条曲线的相交点是接收器的位置。
图8显示TDOA在IEEE 802.15.4的应用。这里，从网络装置11、301获得的双曲线与从网络装置11、302获得双曲线的交点是被跟踪装置101的位置。为了获得双曲线之间的交点，TOA数据由参考网络装置301、302发送到协调器11。如果协调器11接收到几个信号，则其可根据RSS选择装置并且计算定位数据。
除了在图7和8中描述的方法，到达角度(AOA)方法和射频(RF)指纹方法可被使用。AOA方法测量从被跟踪装置发送的帧信号的入射角，并且在此方向上搜索。在本实施例中，可在由几个网络装置测量的值之中选择最强的信号。
RF指纹方法给接收的信号拍快照，分析该快照并且提取该信号的唯一特征，并且将此信号与现存数据库比较来定位接收器，以获得由被跟踪装置发送的帧的特征值。
在本说明书中解释的位置跟踪算法仅为示例性的。
图9示出根据本发明示例性实施例的用于体现位置跟踪功能的MAC层的帧格式。图9示出使用TOA算法的一个实施例，并且可根据位置跟踪方法改变。
IEEE 802.15.4命令帧700的帧控制是16比特，并且包含帧的类型、地址字段和控制标志。序列号是帧的唯一标识符。地址字段包括接收方的PAN标识符/地址字段以及发送方的PAN标识符/地址字段。命令帧标识符示出哪个命令正被执行并且可采用表720中显示的值。0x0b至0xff被保留并且可在将来定义。因此，位置跟踪命令可使用这些保留标识符来定义。
需要命令净荷来执行命令并且命令净荷可采用表710中显示的值。
当被跟踪装置想要知道其位置时发送的自检测开始帧711具有命令帧标识符0x21，并且对应于由被跟踪装置标识符和帧发送时间组成的命令净荷。接收该帧的其他参考装置(包括协调器)可使用帧发送和接收时间来计算距离。此距离或数据被发送到协调器，从而揭示了被跟踪装置的位置。
计算的结果通过具有命令帧标识符0x22以及由位置信息和被跟踪装置标识符组成的命令净荷的自检测结果帧712来发送。
接下来，将描述当协调器想要知道特定网络装置的位置时使用的检测呼叫请求帧713、检测呼叫应答帧714以及在拒绝位置跟踪的情况下发送的检测呼叫拒绝应答帧717的结构。当搜索存在于发送器的网络中的被跟踪装置时以及当搜索不存在于发送器的网络中的参考装置时，发送检测呼叫请求帧713。命令净荷包括正被搜索的网络装置的标识符。接收该帧的被跟踪装置发送检测呼叫应答帧714以公开其位置。包括于此的命令净荷像自检测开始帧711一样可以是被跟踪装置的标识符以及发送时间。另一方面，当被跟踪装置拒绝位置跟踪时，检测呼叫拒绝应答帧717被发送。包括于此的命令净荷可以是被跟踪装置的标识符。
自检测开始帧711和检测呼叫应答帧714包括用于位置跟踪的基本数据。当使用TOA方法或TDOA方法时，基本数据可以是发送时间，当使用RF指纹方法时，基本数据可以是信号强度。通过组合该信息，被跟踪装置的位置可被计算。定位数据帧715提供将计算的数据发送到协调器的功能。计算的数据可以是帧发送和接收之间的时间差，或者其可以是从时间差信息计算的距离信息。另外，计算的数据可以是结合信号的入射角和距离信息的信息。另外，命令净荷可以是通过包括在自检测开始帧711和检测呼叫应答帧714中的信息计算的定位数据、RSS、以及计算了该数据的参考装置的位置。RSS被用于当几个网络装置发送计算的数据时提取最可靠的数据。因此，净荷的内容可根据位置跟踪算法而改变。另外，由于计算的数据与参考装置的位置有关，所以需要参考装置的位置信息。如果网络的协调器存储所有存在于其网络中的装置的位置，则参考装置的位置没必要被发送并且可根据协调器的具体情况而改变。
当网络装置连接的丛集头在请求特定网络装置的位置跟踪的PAN协调器存在于与该网络装置PAN不同的该PAN中时将位置信息发送到PAN协调器时使用检测结果帧716。丛集头将命令帧和包括PAN标识符、被跟踪装置的标识符以及位置信息的净荷发送到PAN协调器。
以上提到的命令是用于体现使用在本说明的权利要求中的位置识别、检测结果、位置识别请求以及位置信息帧的一个示例性实施例。自检测开始帧711和检测呼叫应答帧714是位置识别帧的例子，检测结果帧712、716是检测结果帧的例子。检测呼叫请求帧713是位置识别请求帧的例子，定位数据帧715是位置信息帧的例子。
命令的装置标识符，例如由检测呼叫请求帧713定义的装置标识符按多种方法可包括多条标识符信息。即，装置标识符可包括被跟踪的装置的标识符、请求位置跟踪的装置的标识符。另外，当搜索另一丛集中的装置时，除装置标识符外，目标丛集的标识符应被包括。
图10、11、12是示出根据本发明示例性实施例的帧的命令净荷的方框图。
图10显示检测呼叫请求帧的净荷中的标识符信息根据条件改变。在图3的情况下，由于丛集头搜索被跟踪装置，所以帧7131仅包括被跟踪装置的标识符。在图4的情况下，由于参考装置搜索被跟踪装置，所以帧7132包括请求位置跟踪的装置的标识符以及被跟踪装置的标识符。在图5和6的情况下，由于正被跟踪的装置存在于另一丛集中，所以帧7133被构造为包括请求位置跟踪的装置的标识符、丛集标识符以及作为位置跟踪的对象的装置的标识符。为了区别每一帧，检测标志可被包括在命令帧中。
图11显示检测呼叫应答帧的净荷中的标识符信息根据条件改变。与图10相似，在图3的情况下，帧7141包括被跟踪装置的标识符和发送时间。在图4的情况下，由于参考装置搜索被跟踪装置，所以帧7142包括请求位置跟踪的装置的标识符、被跟踪装置的标识符以及发送时间。在图5和6的情况下，由于正被跟踪的装置存在于另一丛集中，所以帧7143包括请求位置跟踪的装置的标识符、丛集标识符、正被跟踪的装置的标识符以及发送时间。为了区别每一帧，检查标志可被包括在命令帧中。
图12显示检测呼叫拒绝应答帧的净荷中的标识符信息根据条件改变。0x27是检测呼叫拒绝应答帧的标识符。该结构与图11的检测呼叫应答帧的结构相似，但是由于位置跟踪已经被拒绝，所以其不包括涉及位置跟踪的信息，如发送时间信息。检测呼叫拒绝应答帧是用于通告被跟踪装置拒绝位置跟踪的帧。在图3的情况下，作为位置跟踪的对象但是拒绝位置跟踪的装置的标识符7151被包括。如图4的情况下，当被跟踪装置拒绝位置跟踪时，帧7152被发送，并且该帧包括请求位置跟踪的装置的标识符以及作为位置跟踪的对象的装置的标识符。当另一丛集中的装置请求位置跟踪时，帧7153被发送，并且其包括请求装置驻留在其中的丛集的丛集标识符、装置标识符以及作为位置跟踪的对象的装置的标识符。
根据本发明，装置的位置可在基于协调器的无线网络中被跟踪。
具体地讲，提供了可在IEEE 802.15.4a环境下执行位置跟踪的协议。
尽管已经参照其示例性实施例具体地显示和描述的本发明，但本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节上的各种改变。这些示例性实施例应被认为仅是描述意义的，不是限制目的的。因此，本发明的范围不由本发明的详细描述限定，而由所附权利要求限定，并且该范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。
权利要求
1.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括由与无线网络连接的装置将包括标识符和时间信息的第一帧发送到无线网络以公开该装置的位置信息；和接收包括从所述无线网络发送的所述装置的位置信息的应答帧。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述时间信息是第一帧的发送时间。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述标识符是所述装置的介质访问控制地址。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述装置是这样一种装置，其请求用于检验无线网络的存在的探测，接收来自检验无线网络的存在的无线网络的探测应答，请求连接到所述无线网络并且接收来自该无线网络的连接应答。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述装置是这样一种装置，其接收来自检验无线网络的存在的无线网络的信标，请求连接到所述无线网络并且接收来自该无线网络的连接应答。
7.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括将包括第一装置和第二装置的标识符的第一帧发送到无线网络，以便连接到无线网络的第一装置知道第二装置的位置；和由第一装置接收包括从所述无线网络发送的第二装置的位置信息的应答帧。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
9.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
10.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一装置是这样一种装置，其请求用于检验无线网络的存在的探测，接收来自检验无线网络的存在的无线网络的探测应答，请求连接到所述无线网络并且接收来自所述无线网络的连接应答。
11.如权利要求7所述的方法，其中，第一装置是这样一种装置，其接收来自检验无线网络的存在的无线网络的信标，请求连接到所述无线网络并且接收来自所述无线网络的连接应答。
12.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括由第二装置接收来自无线网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符和第二装置的标识符的第一帧；和由第二装置将包括第一装置的标识符、第二装置的标识符以及第二装置的时间信息的第二帧发送到无线网络，作为对第一帧的应答。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
14.如权利要求12所述的方法，其中，第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述时间信息是第二帧的发送时间。
16.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括由第二装置接收来自无线网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、以及第二装置的标识符的第一帧；确定是否允许位置跟踪；和如果允许位置跟踪，则从第二装置将包括第一装置的标识符、第二装置的标识符和时间信息的第二帧发送到无线网络，作为对第一帧的应答。
17.如权利要求16所述的方法，其中，确定操作包括评估由被允许或拒绝位置跟踪的第二装置的用户输入的值。
18.如权利要求16所述的方法，其中，确定操作包括通过将在第二装置中先前设置的值与第一装置的标识符比较来确定。
19.如权利要求16所述的方法，其中，当在确定操作中发现位置跟踪被拒绝时，第二帧包括第一装置的标识符和第二装置的标识符。
20.如权利要求16所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
21.如权利要求16所述的方法，其中，第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
22.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括接收由装置发送的包括该装置的标识符和时间信息的第一帧；使用所述时间信息获得用于计算所述装置的位置的位置计算信息；和将包括所述装置的标识符和所述位置计算信息的第二帧发送到网络协调器。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
24.如权利要求22所述的方法，其中，所述时间信息是所述第一帧的发送时间。
25.如权利要求24所述的方法，其中，所述位置计算信息是第一帧的接收时间和发送时间之间的差。
26.如权利要求22所述的方法，其中，所述装置的标识符是所述装置的介质访问控制地址。
27.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括接收由第二装置发送的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、以及第二装置的标识符和第二装置时间信息的第一帧；使用所述时间信息获得用于计算第二装置的位置的位置计算信息；和将包括第一装置的标识符、第二装置的标识符和位置计算信息的第二帧发送到网络协调器。
28.如权利要求27所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
29.如权利要求27所述的方法，其中，所述时间信息是第一帧的发送时间。
30.如权利要求29所述的方法，其中所述位置计算信息是第一帧的接收时间和第一帧的发送时间之间的差。
31.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括接收来自网络的包括装置的标识符和所述装置的位置计算信息的多个帧；使用所述位置计算信息计算所述装置的位置；和将包括位置信息的帧发送到所述装置。
32.如权利要求31所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
33.如权利要求31所述的方法，其中，所述装置的标识符是所述装置的介质访问控制地址。
34.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括接收来自网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、第二装置的标识符以及第二装置的位置计算信息的多个帧；使用所述位置计算信息计算第二装置的位置；和将包括第二装置的位置的帧发送到第一装置。
35.如权利要求34所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
36.如权利要求34所述的方法，其中，所述第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
37.一种在基于协调器的无线网络中的地址跟踪方法，包括接收来自网络的包括请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符以及第二装置的标识符的第一帧；将所述第一帧发送到所述网络的第二装置；从第二装置接收用于通告位置跟踪已经被拒绝的第二帧；和将所述第二帧发送到所述第一装置。
38.如权利要求37所述的方法，其中，所述无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
39.如权利要求37所述的方法，其中，所述第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
40.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括接收由第一装置发送的包括第一装置的标识符和第二装置的标识符的第一帧，以便第一无线网络的协调器可跟踪第二装置；由所述第一无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符的第二帧发送到第二无线网络的协调器；由所述第一无线网络的协调器接收由所述第二无线网络的协调器发送的包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及所述第二装置的位置信息的第三帧，作为对所述第二帧的应答；和由所述第一无线网络的协调器将包括所述第二装置的位置信息的第四帧发送到第一装置。
41.如权利要求40所述的方法，其中，所述第一和第二无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
42.如权利要求40所述的方法，其中，所述第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
43.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括接收由第一装置发送的包括第一装置的标识符和第二装置的标识符的第一帧，以便第一无线网络的协调器可跟踪所述第二装置；由所述第一无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符发送到所述第二无线网络的协调器；如果接收了第二帧的所述第二装置拒绝位置跟踪，则由所述第一无线网络的协调器接收包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符的第三帧，作为第二帧的应答；和由所述第一无线网络的协调器将包括关于所述第二装置拒绝位置跟踪的信息的第四帧发送到所述第一装置。
44.如权利要求43所述的方法，其中，所述第一和第二无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
45.如权利要求43所述的方法，其中，所述第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
46.一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法，包括由第二无线网络的协调器接收由第一无线网络的协调器发送的包括第一无线网络的标识符、请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符以及第二装置的标识符的第一帧；由所述第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及第二装置的标识符发送到与第二无线网络连接的第二装置；由所述第二无线网络的协调器接收来自所述第二无线网络的包括第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及第二装置的位置计算信息的多个第二帧；由所述第二无线网络的协调器使用第二装置的所述位置计算信息计算所述第二装置的位置；和由第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及计算的所述第二装置的位置信息的第四帧发送到所述第一无线网络的协调器。
47.如权利要求46所述的方法，其中，所述第一和第二无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
48.如权利要求46所述的方法，其中，所述第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
49.一种在基于协调器的无线网络下的位置跟踪方法，包括接收由第一无线网络的协调器发送的包括第一无线网络的标识符、请求第二装置的位置跟踪的第一装置的标识符、以及第二装置的标识符的第一帧；由第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符以及所述第二装置的标识符的第二帧发送到第三无线网络的协调器；由所述第二无线网络的协调器接收由所述第三无线网络发送的包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及所述第二装置的位置信息的第三帧；和由所述第二无线网络的协调器将包括所述第一无线网络的标识符、所述第一装置的标识符、所述第二装置的标识符以及所述第二装置的位置信息的第四帧发送到所述第一无线网络的协调器。
50.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一、第二和第三无线网络使用IEEE 802.15.4协议。
51.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一和第二装置的标识符分别是第一和第二装置的介质访问控制地址。
全文摘要
提供了一种在基于协调器的无线网络中的位置跟踪方法。在基于协调器的无线网络中的该位置跟踪方法包括由与无线网络连接的装置将包括其自己的标识符和时间信息的第一帧发送到无线网络以公开其位置信息；和由所述装置接收包括从无线网络发送的所述装置的位置信息的第二帧，作为对所述第一帧的应答。
文档编号H04L12/28GK1728668SQ20051008536
公开日2006年2月1日 申请日期2005年7月26日 优先权日2004年7月26日
发明者崔伦华, 崔亨旭 申请人:三星电子株式会社