专利名称：以定义搜索区域来优化定位计算为特征的无线节点定位机制的制作方法
技术领域：
本发明涉及估计无线节点在射频(RF)环境中的位置，更具体地说，涉及用于无线节点定位机制的方法、装置和系统，其中无线节点定位机制定义搜索区域以辅助与估计无线节点的位置相关联的计算。
背景技术：
随着来自广泛背景和垂直产业的用户已将无线LAN(WLAN)技术带入他们的家庭、办公室，并且不断地带入公开开放空间，该技术的市场采纳越来越大。这种改变在全球范围内不仅突出了较早的系统的限制，而且突出了WLAN技术现在在人们的工作和生活中扮演的角色的改变。实际上，WLAN正从方便的网络改变成商业关键的网络。日益增加的用户正依赖WLAN提高它们的通信和应用的时机和生产率，并且在完成这些任务时，要求来自它们的网络的更多的可视能力、安全性、管理和性能。
随着轻量便携式计算设备和高速WLAN的快速增多，已使得用户能够保持到各种网络资源的连接，同时在整个建筑物或者其他物理位置漫游。WLAN提供的移动性已产生了作为移动用户的物理位置的功能的服务和应用中的令人感兴趣之处。这种应用的示例包括在最近的打印机上打印文档、定位移动用户、显示四周的地图，以及引导用户进入一个建筑。所要求的或期望的位置信息的粒度随应用而变。实际上，选择最近的网络打印机或者定位欺诈接入点(rogue access point)的应用所要求的精度通常要求能够确定移动台位于哪个房间的能力。因此，多数努力专注于提高无线节点定位机制的精度。
使用无线电信号来估计无线设备或节点的位置是已知的。例如，全球定位系统(GPS)接收机通过利用三角测量法测量它相对于发射无线电信号的四颗卫星的位置从而获得位置信息。GPS接收机基于无线电信号从卫星传输到该接收机所花费的时间(即，到达时间差(TDOA)计算)估计与每颗卫星之间的距离。信号传播时间通过确定对卫星发射的伪随机信号和在GPS接收机处接收到的信号进行同步所要求的时间偏移而被估算出。尽管三角计算仅要求到三个点的距离测量，但是到第四颗卫星的额外距离测量用于纠错。
无线发射机和接收机之间的距离也可以基于接收到的信号的强度而被估计出，或者更精确地基于所观察到的无线电信号的衰减而被估计出。信号衰减是指信号通过其传输路径由于诸如地形、障碍物和环境状况等各种因素而变弱。一般而言，无线电信号的幅度或功率随着其从其源传输而变弱。在发射机和接收机之间传送的电磁波所经受的衰减被称作路径损耗。路径损耗可能是由于许多影响所致，例如，自由空间损耗、折射、反射和吸收。
在企业环境中，大多位置跟踪系统基于RF三角计算或者RF指纹技术。RF三角计算基于检测出的附近的接入点(AP)的信号强度来计算移动台的位置。假设信号强度是接近程度的因子，这在某些RF环境中的确如此。但是，在室内RF环境(其包括墙壁、窗户和其他RF障碍物)中遇到的多径现象给使用三角计算的定位系统带来了某些困难，这是由于RF信号的反射和吸收影响了信号强度和接近程度的相关性。RF指纹将移动台或者接入点观察到的RF环境(即，由基础设施接入点或者移动台发射的信号的强度)与包含所覆盖的区域的RF物理模型的数据库进行比较。该数据库一般利用广泛的站点调查、覆盖区域的RF预测模型和其他统计技术填充。例如，Bahl等的“A Software System for Locating Mobile UsersDesign，Evaluation，and Lessons”(http://research.microsoft.com/～bahl/Papers/Pdf/radar.pdf)描述了一种WLAN环境中的RF定位系统(RADAR系统)。该系统允许移动台在WLAN环境中跟踪其自己相对于接入点的位置。
RADAR系统依赖于所谓的无线电图，该无线电图是建筑物内的位置和在那些位置处观察到的或者估计出的从接入点散发出的信标分组的信号强度的数据库。例如，无线电图中的一个条目看起来可能象(x，y，z，ssi(I＝1…n))，其中(x，y，z)是信号被记录的位置的物理坐标，而ssi是从第i个接入点散发出的信标信号的信号强度。根据Bahl等，无线电图可以是基于对在各个位置处的基础设施无线电发射的信号的启发式评估根据经验创建的，或者是利用室内RF信号传播的数学模型以数学方式创建的。为了实时定位移动用户的位置，移动台测量在范围内的每个接入点的信号强度。移动台然后利用所检测出的信号强度在无线电图中搜索所有位置来找到具有最佳匹配的位置。Bahl等还描述了对检测出的信号强度采样进行平均，以及利用基于跟踪历史的算法，来提高位置估计的精度。
计算RADAR系统的无线电图中的与移动台观察到的信号强度最符合的位置可能是想当计算密集的，尤其是RF环境的边界和/或无线电图中的位置坐标的粒度增加时。RADAR系统中的客户端应用在整个无线电图中搜索最符合的位置坐标。尽管这种境况不代表RADAR系统的基本限制，其涉及有限数量的接入点和位置箱(location bin)，但是这种未优化的搜索算法不能扩展到大的无线网络布署，在这种大的无线网络布署中，在每个接入点的覆盖图中可能包括数百到数千个接入点和数百个位置箱。换言之，检查每个可能作为最佳匹配的位置所要求的计算量随RF环境的大小和RF环境内的接入点的数目增长。实际上，在大的无线网络布署中(下面将更全面地讨论)，定位无线节点可能涉及检查数百万到数千万个可能的位置来找到最佳匹配位置。此外，根据RADAR系统，支持无线节点定位所要求的数据库的大小可能变得相当大。因此，这种未优化的搜索算法可能给与无线节点定位系统相关联的处理资源施加极大的负担，尤其是执行其他功能(例如向移动台提供无线网络访问)的基于基础设施的系统。
考虑到前述问题，本领域中需要方法、装置和系统，用于对在无线节点定位机制中搜索最符合的位置坐标进行优化。本发明的实施例基本满足了这种需求。
发明内容
本发明提供了方法、装置和系统，用于定义搜索区域来优化与估计给定无线节点的位置相关联的计算的无线节点定位机制。根据本发明一种实现方式，定义了与每个无线电接收机相关联的覆盖图，该覆盖图记录超过阈值信号强度级别的信号强度数据。在计算给定无线节点的估计位置之前，基于与每个无线电接收机相关联的覆盖图的交集来定义搜索区域，其中无线电接收机信号强度测量被用来估计无线节点的位置。本发明的一些实现方式使用通过某些无线电接收机没有检测到无线节点这一事实提供的信息来进一步优化位置估计。通过定义相对于整个RF环境所包围的空间而言一般是较小区域的搜索区域，本发明提供了若干优点，例如，减少计算无线节点的估计位置的处理时间和/或功率。在一种实现方式中，本发明可以用来将与寻找最佳匹配位置相关联的计算减少到固定的成本，而不管无线网络环境大小和/或无线电接收机的数目。下面将更详细地讨论，无线节点定位机制可以被结合到无线网络环境中，例如802.11网络中，以估计移动台、欺诈接入点和其他无线节点的位置。
图1是包括根据本发明实现方式的无线节点定位机制的示意图。
图2是示出了根据本发明实现方式用于定位无线节点的整体过程流的流程图。
图3是示出了根据本发明实现方式的无线网络系统的功能框图。
图4是图示了图3的无线网络系统中的中央控制元件的无线节点定位功能的功能框图。
图5是示出了根据本发明实现方式的搜索区域定义的示意图。
图6是示出了根据本发明第二实施例的用于估计无线节点的位置的整体过程流的流程图。
图7是示出了根据本发明另一个实现方式的搜索区域定义的示意图。
图8是示出了根据本发明另一个实施例用于估计无线节点的位置的整体过程流的流程图。
具体实施例方式
A.无线节点定位和信号强度加权标准图1示出了根据本发明实现方式的无线节点定位机制的基本工作组件。如图1所示，无线节点定位机制包括无线节点定位模块59和布置在整个物理空间中的多个基础设施无线电收发机58。本领域技术人员将认识到图1所示系统代表了本发明的基本组件的一个示例，并且主要用于教导目的。本发明的实现方式可以涉及布置在大的地理区域中的数百到数千个基础设施无线电收发机58。下面将更全面地讨论，基础设施无线电收发机58和无线节点定位模块59总地表示的功能可以被集成到多个系统中，例如专用于无线节点定位的无线系统，或者WLAN或其他无线网络系统。
基础设施无线电收发机58一般包括至少一个天线、无线电发射/接收单元，以及用于根据无线通信协议控制无线电信号的发射和接收的控制逻辑(例如，802.11控制单元)。在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58被布置在遍布物理空间(例如，房间、房间的集合、建筑的地板、整个建筑，或者包括外部环境的任意定义的区域)内的已知和/或固定位置处，在该物理空间上基础设施无线电收发机58提供射频覆盖。
A.1.基础设施无线电收发机基础设施无线电收发机58可工作来检测所接收到的射频信号的强度，例如由无线节点56发射的和由其他无线电收发机发射的信号57，然后将检测出的相应的无线节点的信号强度数据提供给无线节点定位模块59。在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58还工作来根据无线通信协议发射和接收无线或射频信号，所述协议例如是IEEE 802.11 WLAN协议。在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58可以以给定的波段工作在从多条信道中选出的信道上。在另一种实现方式中，基础设施无线电收发机58还可以在多于一个波段中工作。例如，基础设施无线电收发机58可以被配置为在802.11a-5GHz波段中和/或802。11b/g-2.4GHz波段中工作。在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58可以被配置为收集与无线节点相关联的信号强度信息，并且响应于无线节点定位模块59的SNMP或者其他请求发射所收集到的数据。在其他实现方式中，基础设施无线电收发机58可以有规则地或者周期性地发射信号强度信息。下面将描述，还可以采用用于收集信号强度数据的其他方法。
对无线节点的标识取决于所使用的无线通信协议。对于802.11 WLAN环境，例如，无线节点可以基于MAC地址而被标识出。此外，无线节点可以是被授权的移动台，例如，远程客户端元件16和18(见图3)、欺诈系统(例如，欺诈接入点和/或欺诈移动台)，以及其位置信息不知的授权的接入点。在其他实现方式中，无线节点可以基于RF信号的唯一属性而被标识出，例如，给定的频率信道、或者唯一的信号模式等。例如，无线节点定位功能可以被采用来定位检测出的干扰源，例如，不符合802.11的设备。
在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58还可以工作来根据无线通信协议与一个或多个移动台例如无线节点56通信。例如，在一种实现方式中，无线收发机58是接入点或其他WLAN组件。在一种实现方式中，无线电收发机58工作来被连接到局域网(LAN)、广域网(WAN)或者其他有线网络，以在移动台和有线网络之间桥接流量。下面将更全面地讨论，无线电收发机58还可以是协议信息的分层处理为特征的无线网络中的接入元件或者轻量接入点。在一种实现方式中，无线电收发机58实现了802.11协议(这里所使用的802.11一般指用于无线LAN的IEEE802.11标准和所有对其修改)。当然，本发明可以结合任何合适的基于射频的无线网络或通信协议使用。
在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58利用驻留在无线网络接口适配器上的信号强度检测功能来逐帧检测信号强度。例如，IEEE802.11标准定义了一种机制，利用该机制，由无线网络接口控制器上的电路(例如，芯片组)测量出RF能量。IEEE 802.11协议指定一个可选参数，即接收信号强度指示符(RSSI)。该参数是用于接收当前分组或帧的天线处观察到的PHY层的能量的度量。RSSI在开始帧定界符(SFD)和PLCP头部纠错(HEC)的结束之间被测量。该数值值是允许在0-255(一个字节的值)范围内的整数。一般来说，802.11芯片组供应商已选择不实际测量256个不同的信号级别。因此，每个供应商的符合802.11的适配器具有特定的最大RSSI值(“RSSI_Max”)。因此，由特定供应商的无线网络适配器报告的RF能量级别将在从0到RSSI_Max范围内变化。将由给定供应商的芯片组报告的给定RSSI值解析成实际功率值(dBm)可以通过参考转换表完成。另外，一些无线联网芯片组实际上报告以dBm为单位的接收信号强度，而不是RSSI或者与RSSI一起报告。信号的其他属性也可以与接收到的信号强度结合使用或者作为替换使用。例如，在分组接收期间探测到的信噪比(SNR)可以在确定重叠信号发射功率时被使用。同样，许多芯片组包括功能和相应的API，允许确定与从其他收发机58和/或无线节点56接收到的分组相关联的SNR。在一种实现方式中，所得到的信号强度信息可以被与与帧的接收相对应的时间戳相关联。如这里所讨论，该信号强度信息可以以适当的数据结构在每个基础设施无线电收发机58和/或无线节点定位模块59处被收集。
A.2.无线节点定位模块在一种实现方式中，无线节点定位模块59收集从基础设施无线电收发机58接收到的信号强度数据，并且保持与无线节点标识符相关联的信号强度数据，以及提供了信号强度数据的基础设施无线电收发机58的标识符。在一种实现方式中，无线节点定位模块59还被配置为基于无线节点标识符来区分从基础设施无线电收发机58接收到的信号和从其他无线节点接收到的信号。在一种实现方式中，无线节点定位模块59保持用于存储信号强度信息的多个数据结构。例如，一个数据结构被用于存储在基础设施无线电收发机58之间发射的信号的信号强度。在一种实现方式中，无线节点定位模块59以N×N IRT矩阵的方式存储这种信号强度数据，其中N是基础设施无线电收发机58的数目。列条目可以对应于发射收发机，而行条目对应于接收收发机，或者反之。该矩阵中的各个条目可以为空值，这是由于所有的基础设施无线电收发机不能检测到彼此，并且在大多布署中可能不能检测到彼此。在一种实现方式中，无线节点定位模块59在表格中或者其他合适的数据结构中维持所有其他无线节点的信号强度数据。在一种实现方式中，无线节点定位模块59为每个无线电接收机58维持分离的表格，该表格包括至少两个字段1)无线节点标识符；以及2)检测出的信号强度。其他的字段还可以包括指示基础设施无线电收发机58接收到信号的时间的时间戳，以及被选来传感信号的天线的标识符。美国专利申请No.10/783,186公开在无线节点定位系统中选择使用定向天线。在一种实现方式中，当分配给无线节点表的存储器空间被耗尽时，由时间戳指示出的最久被使用的/更新的条目被重写。在一种实现方式中，无线节点定位模块59针对一列无线节点标识符对从基础设施无线电收发机58接收到的信号强度数据进行过滤，以便标识出适当的数据结构来更新。本领域技术人员将认识到可以使用矩阵和表格之外的各种数据结构。
如上所述，在一种实现方式中，信号强度逐帧被检测出。因此，在一个实施例中，由无线节点定位模块59维持的信号强度数据在帧/分组被接收到时可以被更新。在一种实现方式中，最近的信号强度值被用来实质上对老值进行重写。在其他实现方式中，但是，如果在阈值时间间隔内接收到对应于给定无线节点的连续无线帧(例如，一般由于数据流传输)，则可以使用平均数、移动平均数或者加权移动平均数。在这种情形中，时间戳可以对应于最后分组或帧的时间。在其他实现方式中，每个基础设施无线电收发机58的多个信号强度采样可以被收集到，并且用在其他基于统计的定位方案中。另外，尽管无线电收发机58在作为接入点工作时一般在不同的信道上工作，但是移动台在各个时刻(例如，发射探查请求来找到接入点)在所有可工作的信道上发射无线帧。这有助于确保多个基础设施无线电收发机58探测到移动台。在一些实现方式中，与检测出给定无线节点的无线电收发机58相邻的一个或多个基础设施无线电收发机58可以被引导切换到给的工作信道上来侦听由移动台发射的信号。此外下面将描述，基础设施无线电收发机58可能被命令在给定的信道上周期性地发射帧，以更新由无线节点定位模块59维持的信号强度数据。在另一个实施例中，基础设施无线电收发机58或者给定的移动台被关联到的其他接入点可以被命令与该移动台解关联。这导致移动台在所有可工作的信道上发射探查请求，从而刷新由相邻的基础设施无线电收发机收集的信号强度数据。美国专利申请No.10/788,645公开了在RF定位系统中有选择地终止无线客户端来刷新信号强度信息。
A.2.a.IRT覆盖图无线节点定位模块59还维持与RF环境相关联的覆盖区域的RF物理模型。下面将更全面地讨论，RF物理模型返回估计的无线节点的物理位置，给定的由基础设施无线电收发机58检测出的信号的强度，以及对报告信号强度的基础设施无线电收发机的指示。在一种实现方式中，RF物理模型针对每个基础设施无线电收发机58表征与在给定位置处的无线发射机相关联的预期的接收信号强度。例如，在一种实现方式中，对于与给定的基础设施无线电收发机58相关联的每个天线，RF物理模型包括无线电覆盖图或者矩阵，该无线电覆盖图或者矩阵指示出在基础设施无线电收发机处检测出的从在以x和y坐标定义的给定位置处的无线节点(假定以一致的反射功率发射)接收到的预期的信号强度。该数据库可以以多种方式被填充。例如，无线电覆盖图可以被用广泛的站点调查的结果填充，根据该调查无线电发射机被放置在物理空间中的不同位置处。在站点调查期间，基础设施无线电收发机58工作在在天线之间循环的监听模式中，并且报告由用于执行调查的无线节点发射的信号的结果信号强度。在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58可以被配置为将信号强度数据发射回无线电收发机，该无线收发机可以是膝上型计算机或者其他无线设备。覆盖图是通过将信号强度与覆盖图中的对应于每个基础设施无线电收发机的位置数据相关联构造的。覆盖图还可以通过使测试仪(或者其他无线节点)仅测量在布署区域内的期望位置处的基础设施无线电收发机58发射的帧(例如，信标分组)的信号强度而被构造。如果假定路径损耗是对称的，则这些值可以被用来针为每个基础设施无线电收发机构造覆盖图。根据任一方法，站点调查的结果可以被以统计方法处理来产生每个天线和基础设施无线电收发机58的覆盖图。为了估计无线节点的位置，无线节点定位模块59确定最符合与被选择来定位无线节点的基础设施无线电收发机58相关联的覆盖图的位置坐标或者位置坐标的范围，下面将更详细地描述。
在另一种实现方式中，RF物理模型的覆盖图可以利用RF预测来建模覆盖区域而被构造，采用例如射线跟踪之类的数学技术而被构造。在一种实现方式中，RF预测模型可以通过假定一致的无线节点发射功率来针对期望的物理空间中的每个坐标位置而被计算。针对每个基础设施无线电收发机58估计出的信号强度信息可以用来填充上述覆盖表。在替换实施例中，RF预测模型可以相对于每个基础设施无线电收发机天线而被计算出。如果假定无线节点和基础设施无线电收发机58之间路径损耗对称并且发射功率对称，则每个基础设施无线电收发机天线的覆盖图可以通过利用在覆盖图中的每个坐标位置处计算出的值而被填充。当然，站点调查数据也可以用来对与用于估计在各个位置处的预期信号强度的RF预测模型相关联的一个或多个参数进行调整。如上所述，覆盖图的边界的轮廓可以是基于连接到基础设施无线电收发机58的天线属性的。另外，覆盖图中的位置坐标可以定义水平面中的位置的二维的x和y坐标。位置坐标也可以是三维的x、y和z坐标。也可以使用其他坐标系统，例如，球坐标或柱坐标。另外，坐标值可以是全球的(即，经度和纬度)或者相对于任意定义的原点表示的。另外，覆盖图中的坐标的粒度取决于期望的无线节点位置估计的粒度。
在一种实现方式中，对于每个基础设施无线电收发机58(或者连接到其的每个天线)，维持在N×M矩阵中包括信号强度的覆盖图，其中N是覆盖图中x坐标数，而M是覆盖图中y坐标数。矩形覆盖图中的每个元素或区对应于一定一致大小的区域(例如，10平方英尺或者16平方英尺的正方形区域等)。在一种实现方式中，给定基础设施无线电收发机58的覆盖图按照下述格式存储在数据库中IRTid //IRT标识符Double lowerLeftCornerx //覆盖图的左下角的x坐标Double LowerLeftCornery //覆盖图的左下角的y坐标integer binCntx //x方向上的区数integer binCnty //y方向上的区数integer binsize //区大小binary array RSSIVals //信号强度值的数组如上述格式的数据元素所示，覆盖图的左下角的位置由相对于包围基础设施无线电收发机58的所有覆盖图的物理空间或区域的位置坐标定义。每个覆盖图的其他角落的位置坐标以及轮廓可以基于以下内容计算出左下角的坐标、x方向和y方向上的区数，以及区的大小。覆盖图的外轮廓，或者换言之，x方向和y方向上的区的数目通过参考阈值信号强度值例如-95dBm确定。在以下实现方式中，阈值信号强度值可以是可配置的参数。在一些实现方式中，阈值信号强度值被设置为基础设施无线电收发机58的灵敏度。
覆盖图可以以各种方式被构造。例如，在一种实现方式中，覆盖图是基于具有由默认长宽比定义的最大大小(例如，10,000个区)的默认覆盖图利用数学模型计算出的。覆盖图然后从左边沿开始通过消除列中的所有区都包括低于阈值的信号强度的最左列而被修整。覆盖图的右边沿以及上边沿和下边沿都以相同的方式被修整。默认附的开始长宽比可以被配置为反映出基础设施无线电收发机58的天线的特性(例如，天线模式)。例如，全向天线的默认长宽比可以为1∶1。对于定向天线，默认长宽比将取决于天线的峰值增益和带宽。另外，如果使用了定向天线，则覆盖图应当被相对于天线的峰值增益的朝向定向。在上述数据格式中，假设定向天线的峰值增益被朝向x方向或者y方向。在其他实现方式中，上述数据格式还可以包括定义覆盖图相对于整个RF环境的角朝向的参数。当然，覆盖图也可以以其他方式构造。例如，覆盖图可以通过下述过程而被构造从建筑物和基础设施无线电收发机的位置或者中央开始向外逐行和/或逐列计算信号强度值，直到最后计算的边沿中的所有区都具有小于阈值的信号强度为止。所得到的覆盖图也可以被修整。例如，如果覆盖图是逐行构建的，可能还需要额外的列，或者所得到的列中的一些可能需要被修整。
上述数据结构实现了许多目的和在计算无线节点的估计位置时的优点。例如，通过将每个覆盖图作为独立的对象存储，根据本发明的定位机制可以被容易地扩展到包括大量基础设施无线电收发机58的系统。另外，使用根据本发明的某些实现方式的矩形覆盖图有助于快速搜索数据库，以标识出基础设施无线电收发机具有重叠覆盖的区域。例如，确定在给定的矩形搜索区域中基础设施无线电收发机是否具有覆盖等价于寻找两个矩形覆盖图是否重叠。就计算而言，这变成了一个可以相当快地求解的问题。另外，下面将更全面地描述，定义搜索区域基于寻找覆盖图的矩形交集。此外，指定每个覆盖图的左下角、区的大小和在x方向和y方向上区的数目有助于这些计算。
在一种实现方式中，无线节点定位模块59包括多于一个环境RF物理模型(在一种实现方式中，每个RF物理模型是与基础设施无线电收发机58的天线相对应的一组覆盖图)，并且使用在基础设施无线电收发机58之间发射的信号来动态选择RF物理模型(一组覆盖图)中的最能表征当前RF环境的一个。如上所述，RF信号的传播受多个对象影响，包括在RF环境中移动的人。在一种实现方式中，无线节点定位功能可以将N×NIRT信号强度矩阵中的信号强度数据和基础设施无线电收发机的已知位置与RF物理模型相比较来寻找最佳符合。在一种实现方式中，基础设施无线电收发机58可以被配置为在给定频带内的一条到多条工作信道上按照有规则的间隔发射无线帧，以允许其他基础设施无线电收发机58检测信号。美国专利申请No.10/447,735公开了发射帧由相邻WLAN收发机检测。在另一种实现方式中，基础设施无线电收发机58响应于无线节点定位模块59发布的命令按需发射帧。
A.2.b.估计无线节点位置图2示出了根据本发明一种实现方式的方法，该方法用于估计无线节点的位置。无线节点定位功能可以例如响应于网络管理员利用控制界面发布的命令而按需被触发，以对由MAC地址或者其他适当的标识符(例如，与表格或者其他数据结构中的MAC地址相关联的任意名称)标识出的移动台进行定位。无线节点定位模块59也可以响应于检测出欺诈的接入点而自动被触发。上面通过引用结合进来的美国专利No.10/407,370公开了在无线网络系统中检测欺诈的接入点。无线节点定位模块59也可以配置为周期性地确定给定移动台的位置，以便跟踪其在一段时间中的运动。
如图2所示，在一种实现方式中，无线节点定位模块59开始于选择将在定位期望的无线节点时使用其信号测量的基础设施无线电收发机(IRT)58。在一种实现方式中，无线节点定位模块59对上述数据结构进行扫描来标识出看到或检测出由期望的无线节点发射的无线帧的基础设施无线电收发机58(102)。在有规则地收集(与按需相对)信号强度数据的实现方式中，数据结构中的时间戳可以用来过滤出在阈值时间段内未检测到期望的无线节点的基础设施无线电收发机58。除了上述之外或者作为替代，过滤标准可以包括阈值信号强度级别。例如，在一种实现方式中，无线节点定位模块59排除在信号强度阈值-80dBm处检测出无线节点的任何基础设施无线电收发机58。这种实现方式允许要被计算出的覆盖图到-90dBm，并且在仍计算出合适的搜索区域的同时还允许10dBm的测量误差。当然，阈值信号强度确定可以是可配置的参数。此外，整个阈值确定可以是配置选项，该配置选项可以被完全关闭。在一种实现方式中，无线节点定位模块59选择多至M个报告了最强信号强度的基础设施无线电收发机58(其中M是可配置的参数)。在一种实现方式中，如果标识出不足数量的基础设施无线电收发机58，则无线节点定位模块59可以命令基础设施无线电收发机58主动扫描期望的无线节点并且返回信号强度信息。无线节点定位模块59收集与所选基础设施无线电收发机58相对应的信号强度(例如，RSSI)测量(104)，并且标识出要在基于所选基础设施无线电收发机58估计无线节点的位置时使用的RF覆盖图(106)。
无线节点定位模块59然后计算搜索区域，该搜索区域定义无线节点(107)的可能的估计位置的边界。在一种实现方式中，无线节点定位模块59查询数据库，以获得由所标识出的检测到无线节点的基础设施无线电收发机58的覆盖图所定义的区域。在一个实施例中，无线节点定位模块59基于以下内容计算美国覆盖图区域覆盖图的左下角的位置坐标、x方向和y方向上的区的数目，以及区的大小。无线节点定位模块59然后计算所有覆盖图区域的交集来获得搜索区域。在上述实现方式中，矩形覆盖图区域辅助了对搜索区域的计算，这是因为M个矩形的交集自身也是矩形。因此，这种方法减少了计算搜索区域所要求的处理时间和/或功率。此外，根据某些实现方式，矩形覆盖图和搜索区域有助于实现标准关系数据库的能力内的快速数据库交互。图5图示了基于与三个基础设施无线电收发机58相对应的覆盖图区域98的交集对搜索区域99的计算。搜索区域定义无线节点的一组可能的位置，因为这些位置对所标识出的基础设施无线电收发机58的覆盖图是共有的。将位置估计限定到搜索区域还确保了对于每个基础设施无线电收发机58存在有效的信号强度值用于整个计算。
如图2所示，对于所有标识出的基础设施无线电收发机(108)，无线节点定位模块59对搜索区域内的覆盖图中的每个点(MAPi)计算误差表面(ErrSurfi)，误差表面表征由基础设施无线电收发机检测出的信号强度SSi与相应覆盖图中的值之间的差(110)。为了中和正误差和负误差，在一种实现方式中，无线节点定位模块59使用误差表面中的每个点的误差的平方。如图2所示，无线节点定位模块59对各个误差表面(ErrSurfi)求和来创建搜索区域内的所有点的总误差表面(TotalErrSurf)(112)。为了估计出期望的无线节点的位置，无线节点定位模块59选择搜索区域内的使总误差表面(TotalErrSurf)最小化的位置(120)。
当然，可以存在改变。例如，每个误差表面(ErrSurfi)的贡献可以利用加权函数而被加权，该加权函数的值取决于由基础设施无线电收发机58报告的检测出的信号强度SSi。美国专利申请No.10/802,366公开了在无线节点定位系统中使用基于信号的加权函数。此外，如图6和图7所示，无线节点定位模块59可以增大位置估计以包括未检测出无线节点的基础设施无线电收发机58，下面将更全面地讨论。
图6示出了根据本发明另一种实现方式的方法，该方法结合了从其覆盖图与搜索区域重叠的非检测基础设施无线电收发机58收集的信息。具体而言，如图6所示，在基于检测出无线节点的基础设施无线电收发机58计算出搜索区域后(107)，无线节点定位模块59标识出未检测出无线节点的基础设施无线电收发机58，其中这些基础设施无线电收发机58的相应的覆盖图与所计算出的搜索区域重叠(116)。图7图示了这种标识。例如，图7示出了其覆盖图98a与基于最初被标识出的基础设施无线电收发机58计算出的搜索区域99重叠的基础设施无线电收发机58a。如果任何非检测基础设施无线电收发机58被标识出(117)，则无线节点定位模块将与标识出的基础设施无线电收发机58相对应的覆盖图延伸到所计算出的搜索区域的轮廓(118)。在一种实现方式中，对于覆盖图98a外的搜索区域99中的区块，无线节点定位模块59插入等于或者稍小于基础设施无线电收发机58a的无线电灵敏度的信号强度值。例如，在一种实现方式中，所插入的值为-95dBm，该值一般对应于各种符合802.11的接入点的观察到的或者存档的灵敏度。当然，取决于所采用的基础设施无线电收发机58的灵敏度，也可以使用其他值。随后，对于所有标识出的检测和非检测基础设施无线电收发机58(108)，无线节点定位模块59如上所述计算搜索区域内的总误差表面，以估计无线节点的位置。
如上所述，对于无线节点定位机制，本发明产生了许多效率，例如要求较小的数据库大小来存储信号强度模型，以及较快的查询时间。例如，用于教导目的，假设给定10,000,000平方英尺的物理区域，并且期望的模型粒度为10平方英尺。在RADAR系统(如上述)中的无线电图中建模该空间产生1,000,000个位置箱，每个包含该物理空间中布署的基础设施无线电收发机58的x，y坐标对，以及RSSI值的元组。对于每个位置箱，假定x坐标要求4字节，y坐标要求4字节，每个无线电接收机标识符(例如，MAC地址)要求4字节，以及1字节用于表示RSSI值，则要求58M字节的数据存储容量用于每个位置箱包括10个基础设施无线电收发机的定位系统。在本发明的实现方式中，数据库容量需求被极大地减少了。例如，在上述相同的物理空间和粒度中，假设在该物理空间中以彼此基本相等的间隔布署了2000个基础设施无线电收发机，并且每个覆盖图对应于2,5000平方英尺的区域。如果x方向和y方向上的多个区每个要求2字节，则上述实现方式使数据库大小需求减小到5.026M字节(2000 IRT*(较低的x坐标(4)+较低的y坐标(4)+#x-区(2)+#y-区(2)+RSSI矩阵(25000/10)，这与现有技术相比产生了10倍的空间节省。
另外，本发明还减少了查询或估计时间。例如，上述RADAR系统要求查询1,000,000个数据库元素来确定哪些位置箱包含检测出给定的无线节点的基础设施无线电收发机的列表的超集。对于该所选位置箱的集合，定位机制必须找到包含检测基础设施无线电收发机的确切集合的位置箱，这可能变成一个复杂的查询。然而，本发明首先要求查询与检测基础设施无线电收发机、计算结果搜索区域和在该搜索区域内搜索最佳符合相对应的2000个对象，这导致了大量计算节省和更快的响应时间。
A.2.c.差分标准同样如图8所示，这里所述的搜索区域方法可以用来优化多种无线节点定位计算。图8示出了本发明的一种替换实现方式，其中无线节点定位模块59基于所选多个基础设施无线电收发机58之间的报告的信号强度的差值估计无线节点的位置。如图8所示，在一种实现方式中，无线节点定位模块59开始于标识出在对期望的无线节点进行定位时将使用其信号测量的基础设施无线电收发机(IRT)58(102)。另外，无线节点定位模块59收集信号强度测量(104)，选择RF覆盖图(106)，然后以结合图2所描述的方式类似地计算搜索区域(107)。当然，可以以其他方式使用关于非检测基础设施无线电收发机58的信息。例如，在另一种实现方式中，覆盖图98a的与搜索区域99相交的区域可以用来进一步限制搜索区域。例如，可以从搜索区域99减去覆盖图98a的重叠部分。
如图8所示，无线节点定位模块59针对所选基础设施无线电收发机58中的每对信号强度测量(SSi和SSj)计算差值(ΔSSij)(212)，以及搜索区域内每个点处与所选基础设施无线电收发机58相对应的覆盖图(MAPi和MAPj)之间的差(ΔMAPij)(214)。在有M个选出的基础设施无线电收发机58的情形中，存在M选2或者说M！/((M-2)！2！)对差。无线节点定位模块59通过以下过程计算总差值误差表面ErrSurfDiff针对基础设施无线电收发机58的每个唯一的对(见208，210)计算ΔSSij和ΔMAPij之间的差的平方，然后将来自每个唯一的对的贡献加到ErrSurfDiff(216)。最后，为了估计期望的无线节点的位置，无线节点定位模块59选择搜索区域内的使总差值误差表面ErrSurfDiff最小的位置(220)。
如前所示，在本实现方式中，无线节点定位模块59实质上对其中所检测出的信号强度相差X dB的每对基础设施无线电收发机58之间的搜索区域内的区块进行了搜索，其中X dB是由这两个基础设施无线电收发机检测出的期望无线节点的58的RSSI或者其他信号强度测量的观察差值。在RF环境中没有物理障碍的理想情形中，其中两个基础设施无线电收发机58之间预测信号的差恒定为X dB的轮廓可用笛卡儿椭圆描述。在实际世界中，该形状是任意的。在理想世界中，将这些表面中的若干个加和产生一个这样的区域其中笛卡儿椭圆重叠的区域误差为零，而其他区域非零。在真实世界中，将这些表面中的若干个加和产生总误差表面，其最小值代表无线节点的最可能位置。
为了说明这种差分信号强度标准的优点，假设无线节点的发射功率与假设的或默认的发射功率相差N dB。在三个被选基础设施无线电收发机的情形中，该N dB差值对总差值误差表面的影响如下ErrSurfDiffTxErr＝(((RSSIap1+N)-(RSSIap2+N))-(MAPap1-MAPap2))Λ2+(((RSSIap1+N)-(RSSIap3+N))-(MAPap1-MAPap3))Λ2+(((RSSIap2+N)-(RSSIap3+N))-(MAPap2-MAPap3))Λ2，其减少到原始ErrSurfDiff，而没有添加额外的误差。另外，该差分信号强度标准还解决了检测无线信号的强度时的误差和假设路径损耗对称而产生的误差。例如，覆盖图(例如，MAPap1和MAPap2)所假设的绝对功率可能是不正确的，对于每个客户端独立相差K dB。在这种标准中，那些误差也被消除了，如下所示ErrSurfDiffAPErr＝((RSSIap1-RSSIap2)-((MAPap1+K)-(MAPap2+K)))Λ2+((RSSIap1-RSSIap3)-((MAPap1+K)-(MAPap3+K)))Λ2+((RSSIap2-RSSIap3)-((MAPap2+K)-(MAPap3+K)))Λ2，这也减少到ErrSurfDiff。因此，这里所述的差分信号强度标准使以下因素所导致的对绝对误差的影响最小化发射功率的变化，或者信号强度检测，以及在检测节点和发射节点之间的路径损耗中缺乏对称。
B.集成到无线网络系统中在一种实现方式中，上述无线节点定位功能可以别集成到无线网络基础设施中，例如，图3所示的分层WLAN系统中。例如，这里所述的无线节点定位功能可以被集成到在通过引用结合到这里的美国专利申请No.10/155,938和10/407,357中公开的WLAN环境中。但是，根据本发明的无线节点定位功能可以被应用到其他无线网络体系结构。例如，无线节点定位功能可以被集成到包括与中央网络管理系统连接工作的多个基本自治接入点的无线网络基础设施中。
参考图3，该图示出了根据本发明实施例的无线局域网系统的框图。本发明的一个特定实施例包括以下元件用于与被选客户端远程元件16、18、20和22无线通信的接入元件11-15，中央控制元件24、25和26，以及用于在接入元件和中央控制元件之间通信的装置，例如，直接线接入、以太网网，例如LAN网段10。如美国专利申请No.10/407,357中所公开的，接入元件例如接入元件11-15被直接连接到LAN网段10或者虚拟局域网(VLAN)，用于与相应的中央控制元件24和26通信。参见图3。然而，如美国专利申请No.10/155,938中所公开的，接入元件11-15也可以经由直接接入线被直接连接到各自的中央控制元件24和26。
接入元件11-15经由利用无线局域网(WLAN)协议(例如，IEEE802.11a或者802.11b等)的通信装置被耦合到客户端远程元件16、18、20和22。如美国专利申请No.10/155,938和10/407,357所述，接入元件12和14以及中央控制元件24经由直接接入线或LAN网段10将与相应的远程客户端元件16，18；20，22关联的网络流量隧道传输。中央控制元件24和26也工作来桥接通过到相应接入元件11-15的隧道传输的远程客户端元件16，18；20，22之间的网络流量。在另一种实现方式中，接入元件11-15可以被配置为桥接LAN网段10上的网络流量，同时将被桥接的帧的拷贝发送到接入元件用于数据收集和网络管理目的。
如上述专利申请所述，中央控制元件24和26工作来执行数据链路层管理功能，例如代表接入元件11-15的认证和关联。例如，中央控制元件24和26提供处理来动态地配置根据本发明的系统的无线局域网，同时接入元件11-15提供对与客户端远程元件16、18、20和22的通信的确认。中央控制元件24和26可以例如对从客户端远程元件16，18；20，22经由接入元件11-15传递的无线LAN管理消息，例如，认证请求和授权请求，而接入元件11-15在不需要它们的传统处理的情况下提供对这些消息的通信的中间确认。类似地，中央控制元件24和26可以例如处理物理层信息。另外，下面将更全面地讨论，中央控制元件24和26可以例如处理在接入元件11-15处收集到的关于信道特征、信号强度、传播，以及干扰或噪声的信息。
如图4所示，中央控制元件24和26可以被配置来如上所述收集信号强度数据，以支持根据本发明的无线节点定位功能。这里所述的信号强度数据收集功能与上述通过引用结合的美国专利申请No.10/183,704中公开的数据收集相当类似。在该申请中公开的系统中，接入元件11-15一般在封装头部时将信号强度数据附加到接收子无线节点的分组。中央控制元件24和26对封装分组头部进行处理来更新各种数据结构，例如，上面在A部分中讨论的N×N AP信号强度矩阵和无线节点表。美国专利申请No.10/183,704公开了可以结合这里所述的集成的无线节点定位功能使用的接入元件11-15的内部工作组件和一般配置。
图4示出了根据本发明一种实现方式的中央控制元件24和26的逻辑配置。如在美国专利申请No.10/183,704中所述，在一种实现方式中，在中央控制元件24或26和接入元件(例如，接入元件11)之间存在逻辑数据路径66和控制路径68。控制路径68允许中央控制元件24或26与无线电接入元件11-15通信，并且获取无线电接入元件之间的信号强度。通过监控数据路径66，中央控制元件24和26可以获得由其他无线节点发射的信号的信号强度。
更具体地说，中央控制元件24或26中的无线节点定位器90经由控制信道68和数据信道66来自多个接入元件的信息。中央控制元件24或26如上所述接收/发送来自/去往多个接入元件11-15的数据分组和控制分组。标记探测器62区分数据分组和控制分组，从而通过逻辑交换机64将它们路由到与有线网络15通信的高速数据路径66或者到中央控制元件24或26内的控制路径68。数据路径66由无线节点收集收集器70监控。与每个数据分组相关联的是资源管理头部，资源管理头部包含RF物理层信息，例如在每个接收到的分组之前信道中的功率，接收信号的接入元件的标识符，以及被选来接收该信号的天线的标识符。该信息与原始帧中的802.11协议信息一起可以被用来维持一个或多个数据结构，这些数据结构存储由接入元件11-15检测到的无线节点的信号强度信息，如上面A部分所述。控制路径68被耦合到处理器元件76，在处理器元件76中AP信号强度矩阵78被维持。AP信号强度矩阵78收集量化接入元件11-15之间的信号强度的信息。所有信号强度数据都在接入元件11-15处被收集到，并且在一种实现方式中分别作为数据路径中资源管理头部中的分组化信息和控制路径中的资源管理控制分组通过数据路径和控制路径被传输到中央控制元件24或26。
如上所述，在一种实现方式中，无线节点定位功能使用接入元件之间的信号强度数据来选择最佳表征当前RF环境的RF物理模型。为了支持这种实现方式，一个任务是为个各种无线网络中的检测彼此信号的所有远程接入元件创建并维持AP信号强度矩阵。在一种实现方式中，这是通过使中央控制元件24或26中的无线节点定位器90和接入元件11-15中的资源管理器既被动监听周围的接入元件又主动探查周围的接入元件而实现的。中央控制元件24或26中的无线节点定位器可以调度无线网络中的接入元件11-15在特定的信道上发射数据测量请求，然后记录来自周围的接入元件的响应。数据测量探查请求和接收机信息带宽可以具有比正常的信息带宽窄的信息带宽，以允许接收机的动态范围被延伸到超过其正常工作范围。这允许无线电元件“看到”超过其正常工作范围的接入元件。调度这些测量允许利用单次发射执行多次测量，并且允许在调度的时刻对发射信号的检测被识别为幅度相对于背景噪声的改变，这允许更容易地检测测量信号和更大的动态范围。结果数据可以通过控制路径68在由AP信号强度矩阵78所收集的控制分组中被发射。被动地，对于在接入元件处在数据信道上接收到的每个分组，刚好在该接收到的分组之前测量该RF信道中的功率。这种干扰测量值通过将无线电资源管理器头部附加到数据分组经由数据信道被发送到中央控制元件。或者，接入元件可以配置为给从其他接入元件接收到的分组加标记，以使得这些分组通过控制路径68被发射。AP信号强度数据可以用来从不同的覆盖图中选择最佳表征当前RF环境的，如上所述。AP信号强度数据还可以用来动态计算或调整在上述加权函数中使用的路径损耗指数。例如，由于两个或多个接入元件之间的距离已知，所以路径损耗指数可以基于观察到的接入元件对之间的号衰减而被计算出。
图4还示出了RF物理模型数据库80，其包含与接入元件11-15相关联的一个或多个覆盖图。在被激活时，无线节点定位器90可以如上工作来计算期望无线节点的估计位置，然后将估计位置返回给发出请求的系统，例如，网络管理系统或控制接口。在图3所示WLAN系统中，可以有若干种实现方式。例如，中央控制元件24可以被配置为“主”中央控制元件，用于无线节点定位目的。即，作所有中央控制元件处收集的数据最终从其他中央控制元件(例如，中央控制元件26)被发射(有规律地或者按需)到主中央控制元件24，主中央控制元件24计算估计位置。或者，所收集的数据可以被发射到执行上述定位计算的网络管理系统。或者，中央控制元件24和26(当布署在独立的物理空间中时，例如，独立的楼层或建筑)可以基本自治地工作。
已参考特定实施例说明了本发明。例如，尽管上述实施例结合802.11网络工作，但是本发明可以结合任何无线网络环境工作。此外，尽管上述实施例基于由基础设施接入点或元件检测出的信号强度计算估计位置，但是，信号强度加权标准可由客户端无线节点使用，例如，RADAR系统中的移动台。其他实施例对本领域技术人员是显而易见的。因此，除所附权利要求所示之外，本发明不应受到限制。
权利要求
1.一种用于估计无线节点相对于工作用于检测RF信号的强度的多个无线电接收机的位置的方法，其中与所述无线电接收机中的每个相对应的RF覆盖图表征针对超过阈值信号强度级别的物理区域中的位置的信号强度值，该方法包括收集在多个无线电接收机处检测出的与无线节点发射的信号相对应的信号强度值；基于与检测出所述无线节点发射的信号的无线电接收机相对应的所述RF覆盖图的交集来定义搜索区域；以及在所定义的搜索区域内基于所收集的信号强度值和与所述多个无线电接收机相对应的RF覆盖图来计算所述无线节点的估计位置。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述计算步骤包括对于每个无线电接收机，基于与该无线电接收机相关联的RF覆盖图和由该无线电接收机检测出的信号强度来计算个体误差表面；汇聚所述个体误差表面来产生总误差表面；以及在所述搜索区域内估算所述总误差表面中的每个位置处的总误差。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述计算步骤还包括在所述搜索区域内找到所述总误差表面的最小误差的位置。
4.如权利要求2所述的方法，其中每个个体误差表面包括由一个无线电接收机检测出的信号强度值和相应的RF覆盖图中的信号强度值之差的平方的总和。
5.如权利要求1所述的方法，还包括在多个无线电接收机处检测由无线节点发射的信号的强度。
6.如权利要求1所述的方法，其中每个所述RF覆盖图包括与相应的信号强度值相关联的多个位置坐标。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述RF覆盖图是启发式构造的。
8.如权利要求6所述的方法，其中所述RF覆盖图是基于数学模型的。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述由无线节点发射的信号根据无线通信协议被格式化。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述无线通信协议是IEEE 802.11协议。
11.如权利要求1所述的方法，其中每个被检测出的信号强度值对所述估计位置的贡献根据加权函数被加权，所述加权函数随由所述无线电接收机检测出的信号强度值变化。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述计算步骤包括对于每个无线电接收机，基于与该无线电接收机相关联的RF覆盖图和由该无线电接收机检测出的信号强度来计算个体误差表面；根据随由相应的无线电接收机检测出的信号强度变化的加权函数对所述个体误差表面中的每个进行加权；汇聚所述个体误差表面来产生总误差表面；以及在所述搜索区域内估算所述总误差表面中的每个位置处的总误差。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述计算步骤还包括在所述搜索区域内找到所述总误差表面的最小误差的位置。
14.如权利要求1所述的方法，其中所述RF覆盖图是矩形的。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述RF覆盖图的长宽比对应于与相应的无线电接收机相关联的天线的至少一个特性。
16.一种用于辅助RF环境中的无线节点定位的装置，包括多个包括至少一个天线的无线电接收机，所述多个无线电接收机工作来用于检测由无线节点发射的信号的强度，并且将所检测出的信号强度提供给无线节点定位模型；其中与每个所述无线电接收机相对应的RF覆盖图表征超出阈值信号强度级别的物理区域中的位置的信号强度值，以及无线节点定位模块，其工作来用于基于与检测出所述无线节点发射的信号的无线电接收机相对应的所述RF覆盖图的交集来定义搜索区域；以及在所定义的搜索区域内基于所收集的信号强度值和与所述多个无线电接收机相对应的RF覆盖图来计算所述无线节点的估计位置。
17.一种用于估计无线节点相对于工作来用于检测RF信号的强度的多个无线电接收机的位置的方法，其中与每个所述无线电接收机相对应的RF覆盖图表征超过阈值信号强度值的物理区域中的位置的信号强度值，该方法包括收集在多个无线电接收机处检测出的与无线节点发射的信号相对应的信号强度值；基于与检测出所述无线节点发射的信号的无线电接收机相对应的所述RF覆盖图的交集来定义搜索区域；以及在所述搜索区域内通过针对无线电接收机中的所有唯一对执行以下比较来计算所述无线节点的估计位置将由所述多个无线电接收机检测出的信号强度值的差和与所述多个无线电接收机相关联的RF覆盖图中的信号强度值的相应差相比较，其中所述比较是作为由无线电接收机中的每个唯一对检测出的信号强度值中的至少一个的函数被加权的。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述计算步骤包括针对无线电接收机中的所有唯一对，计算以下两差值之差的平方的总和，即由一对无线电接收机检测出的信号强度值之间的差值，以及所述搜索区域内的与该对无线电接收机相关联的RF覆盖图中的信号强度值之间的差值；组合所述总和来产生差分误差表面；以及在所述搜索区域内找到与所述差分误差表面中的最小误差相对应的位置。
19.如权利要求17所述的方法，还包括在多个无线电接收机处检测由无线节点发射的信号的强度。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述RF覆盖图每个包括与相应信号强度值相关联的多个位置坐标。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述RF覆盖图是启发式构造的。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述RF覆盖图是基于数学模型的。
23.如权利要求17所述的方法，其中所述由无线节点发射的信号根据无线通信协议被格式化。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述无线通信协议是IEEE 802.11协议。
25.如权利要求17所述的方法，其中每次比较是作为由无线电接收机中的每个唯一对检测出的信号强度值中的至少一个的函数被加权的。
26.如权利要求17所述的方法，其中所述计算步骤包括针对无线电接收机中的所有唯一对，计算以下两差值之差的平方的总和，即由一对无线电接收机检测出的信号强度值之间的差值，以及所述搜索区域内的与该对无线电接收机相关联的RF覆盖图中的信号强度值之间的差值；基于由相应的一对无线电接收机检测出的两个信号强度值中的较小值对计算出从总和中的每个进行加权；组合加权后的总和来产生差分误差表面；以及在所述搜索区域内找到与所述差分误差表面中的最小误差相对应的位置。
27.一种用于在包括布署在物理空间内的多个无线电接收机的无线网络环境中辅助无线节点定位的方法，该方法包括确定物理空间的位置坐标模型，其中所述模型包括多个无线电接收机的位置；确定所述多个无线电接收机中的每个的覆盖图，其中针对一个给定的无线电接收机，所述覆盖图定义所述物理空间中接近所述给定的无线电接收机的位置的预期接收信号强度；其中所述覆盖图的边界是矩形，并且是至少部分根据最小阈值接收信号强度级别来定义的；将所述覆盖图作为单独实体存储在数据库中。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述定义给定的覆盖图的单独实体每个包括对应于一个无线电接收机的标识符、所述覆盖图的拐角的位置坐标、沿第一轴的位置箱的数目、沿第二轴的位置箱的数目，以及接收信号强度值的矩阵。
29.如权利要求27所述的方法，其中所述最小阈值接收信号强度级别是所述无线电接收机的灵敏度。
30.如权利要求27所述的方法，其中所述最小阈值接收信号强度级别是可配置参数。
31.如权利要求27所述的方法，还包括收集在多个无线电接收机处检测出的与无线节点发射的信号相对应的信号强度值；基于与检测出所述无线节点发射的信号的无线电接收机相对应的所述RF覆盖图的交集来定义搜索区域；以及在所定义的搜索区域内基于所收集的信号强度值和与所述多个无线电接收机相对应的RF覆盖图来计算所述无线节点的估计位置。
全文摘要
本发明提供了定义搜索区域来优化与估计给定无线节点的位置相关联的计算的无线节点定位机制。根据一种实现方式，定义了与每个无线电接收机相关联的覆盖图，该覆盖图记录超过阈值信号强度级别的信号强度数据。在计算给定无线节点的估计位置之前，基于与检测出无线节点的每个无线电接收机相关联的覆盖图的交集来定义搜索区域。一些实现方式使用通过某些无线电接收机没有检测到无线节点这一事实提供的信息来进一步优化位置估计。通过定义相对于整个RF环境所包围的空间而言一般是较小区域的搜索区域，本发明提供了若干优点，例如，减少计算无线节点的估计位置的处理时间和/或功率。
文档编号H04W24/00GK1965593SQ200580013093
公开日2007年5月16日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年5月18日
发明者保罗·F·迪特里克, 格雷格·斯科特·戴维, 罗伯特·J·弗瑞德 申请人:艾雷斯贝斯有限公司