专利名称：用于支持无线网络中的位置感知的应答器子系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置和方法，用于确定无线网络内的通信设备的位置，以便给在无线局域网(wireless local-area network，WLAN)基础设施的访问协议下参加的通信设备提供地理定位(geolocation)功能，其中访问协议是例如IEEE 802.11或Hiperlan(高性能欧洲无线局域网)。更具体地，本发明实现了在无线网络的覆盖区域内确定移动站或者带标签目标的位置。
背景技术：
移动计算设备和也被缩写为WLAN的无线局域网的推广，已经产生了日益增长的对精确位置感知(location-aware)系统和服务的兴趣。
特别感兴趣的是，利用也能提供位置感知服务的功能，来更新最初被设计用于支持无线数据业务的现有WLAN基础设施。这些WLAN的操作(PHY层和MAC层)，例如IEEE 802.11或Hiperlan，已被标准化，并且最初仅仅是针对无线数据业务而设计的。特别是，基于IEEE 802.11x标准的WLAN正在推广，并且人们非常期望增加用于提供附加价值的特征。因此，有兴趣提供不与标准集抵触的地理定位功能。
全球定位系统(Global Positioning System，GPS)和无线增强911(wirelessenhanced 911，E-911)移动电话服务解决了位置查找(location finding)问题。但是，这些技术不能提供精确的户内地理定位，而精确的户内地理定位具有其自身独立的市场和技术挑战性。
为了确定移动站的位置，可以利使用诸如接收信号强度(received signalstrength，RSS)和/或来自移动站和接入点之间的无线帧交换的时间延迟(timedelay，TD)等测量参数的获取。
在Paramvir Bahl和Venkata Padmanabhan的文章“RADARAn In-BuildingRF-based User Location and Tracking System”(IEEE INFOCOM，以色列，2000年3月，775页到784页)中，他们建议在期望的位置范围内使用一组具有不同位置的接入点(access point，AP)，来提供到移动站的RSS参数，并且使用信道衰减模型、通过三角测量方法(triangulation method)，来确定所估计的位置。
现有技术还示出纯软件解决方案，其中，使用一组每个期望位置范围至少为3个的AP，来提供RSS数据，以便利用签名方法(signature method)来进行处理。
尽管是明显的选择，但是在同一位置范围内使用多个AP作为响应站来提供对移动站的距离估计，就WLAN基础设施安装、数据吞吐量性能、以及附加地理定位功能的成本和应用可能性来说具有几个缺点。参考在IEEE802.11 WLAN标准中所用的技术名词，AP提供了专用区域或小区内的无线接入，用于去往和来自与该AP相关联的站的数据业务，从而形成了基本服务组(basic service set，BSS)。AP的另一个功能是协调分配系统(distributionsystem，DS)内的路由数据，该分配系统反过来连接到为不同BSS服务的其他AP，并且连接到用于连接常规有线LAN的入口。在安装时，AP在建筑物内的物理布置应该被仔细地选择，以优化无线电覆盖并使在相同信道或相邻信道上操作的AP之间的潜在干扰最小化。在其覆盖范围内为一个BSS服务的AP的物理布置，与对同一覆盖范围内对位置传感(根据现有技术解决方案，使用附加AP)做出响应的几个站的要求之间存在冲突。如果WLAN由形成了覆盖给定地点或校园的扩展服务组(extended service set，ESS)的几个BSS构成，则这种状况更为突出。这里，以每小区一个AP来形成ESS的小区规划和频率分配，甚至与在针对最优位置传感结果而优化的位置上使用至少3个AP的建议相冲突。此外，如果在可接收范围内的AP被选择工作在相同的信道上，则将发生严重的相互干扰，这可能会使得引入例如IEEE802.11e等解决服务质量(quality of service，QoS)问题的将来的协议扩展成为不可能。
不利之处是在与AP通信之前，要求站认证和关联/重新关联它们自身，这需要在站和AP之间进行几次帧交换，由此导致了基本的协议开销。在利用用于辅助位置传感的附加AP的情况下，协议开销变得更大。现有技术的另一个不利之处是站支持完整的协议栈以便与AP组通信。这要求一组的完整硬件和软件(WLAN适配器卡、主机)，从而使得需要例如用于定位目标的无线标签(wireless tag)等非常廉价且省电的硬件的应用成为不可能。
从上述内容可以得出在本技术领域中，仍然存在对用于确定无线网络内的通信设备的位置的改进方法的需求。此外，需要利用经济的站或标签，以几米的精度对站或标签的位置定位进行确定。
发明内容
根据本发明，提供了一种用于确定无线网络内的通信设备的位置的装置。该装置包含至少两个应答器单元，用于在通信设备位于无线网络的覆盖区域内时与该通信设备进行通信；以及处理单元，用于依据从应答器单元接收到的信息，得出覆盖区域内的通信设备的位置。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于确定无线网络内的通信设备的位置的方法。该方法包含如下步骤设置至少两个应答器单元，用于在通信设备位于无线网络的覆盖区域内时与该通信设备进行通信；从应答器单元接收信息；和依据接收到的信息，得出覆盖区域内的通信设备的位置。
一般来说，采用单独的、自主的应答器单元子系统，这允许消除以下相冲突的两方面要求之间的影响，即具有优化的期望覆盖区域的接入点的物理布置，以及同一覆盖区域内的为了获取最优位置传感结果的位置应答器单元的布置。来自独立的静态位置应答器单元子系统的接收信号强度(RSS)和/或时间延迟(TD)数据被收集并被处理，以便用于确定移动站或带标签目标即通信设备的本地位置。换句话说，可以利用测量参数的获取，例如来自移动站或带标签目标与具有固定且已知位置的通常为三个的一组响应站之间的无线帧交换的接收信号强度(RSS)和/或时间延迟(TD)，来确定移动站或带标签目标的位置。然后，可以从该信息得出或估计出移动站或带标签目标的位置。
该装置或方法避免了使用用于位置传感功能的接入点的缺陷。
处理单元可以集成到也被称为站的通信设备中，其优点是站自己能够确定它的位置。这对于用移动计算机作为通信设备以便传递关于该用户的行踪的用户可能有帮助。
通信设备能够是可以很容易地附着于货物上的标签或无线标签设备。然后，就能够在建筑物或限定区域内几乎精确地确定该货物的位置。
应答器单元，也被称为位置应答器单元，以及代表用于追踪目标的低成本且节约电池的应用的无线标签，能够在精简的协议栈上工作并且无需连接主机系统，从而使成本和协议开销最小化。每一个应答器单元或无线标签能够包含一组精简的PHY层(物理层)、MAC层(媒体接入层)和逻辑链路控制设施，并且能够针对应用而对它们进行改造和设计。这允许提供几种经济的应答器单元或无线标签的结构。
为了对支持完整协议栈的常规无线局域网(WLAN)站进行定位，能够应用在极大简化的协议栈上操作的一组第一类型的低成本应答器单元，也被称为第一应答器单元或类型。每一个第一应答器类型只对由常规站传送的用于传感目的的进入单播数据帧进行确认。这不需要与接入点进行关联，从而使得协议开销最小化。
为了定位无线标签，可以使用一组第二应答器单元，每一个也被称为第二应答器单元或类型。这组第二应答器类型能够执行更完整的协议栈，并在可接收范围内与接入点相关联。无线标签可以利用仅仅以规则间隔时间发送多播帧的发送器功能来实现，多播帧被发往属于所有第二应答器类型的群地址。这实现了成本非常低且节约电池的实施方式。
既支持常规WLAN站也支持无线标签的第一和第二应答器类型的组合，可以导致组合的应用。
接入点单元能够被耦合到应答器单元，其中，接入点单元从应答器单元接收信息，并把信息转发到处理单元。这表明这样一个优点，即单个接入点单元对于通信设备的位置确定是足够的，因为接入点单元还被用于传递应答器单元的信息。
此外，接入点单元能够通过通信设备被耦合到应答器单元，并通过该通信设备从应答器单元接收信息。通过这么做，接入点单元仅仅与通信设备进行通信。
至少两个应答器单元、通信设备和接入点单元能够形成基本服务组，该基本服务组提供用于确定覆盖区域内通信设备的位置的足够信息。
在覆盖区域内提供3个或更多的应答器单元，提高了位置确定的精度。
通信设备位置的获得可以包含三角测量方法或签名方法。签名方法是优选的方法，因为它更容易进行，而且当无论如何安装接入点时，通常都可以应用签名方法。
当涉及位置感知应用时，例如，指在如下领域中的应用-企业·在位置感知的基础上提供服务和资源，例如依据用户位置来指示可用数据速率·位置查找工具，用于追踪无线膝上型计算机、个人数字助理(personaldigital assistant，PDA)以及带标签目标·通过定义用于接入的用户区来提高网络安全性，从而防止来自接入区外部的无线攻击-零售·百货商店或者购物中心的管理，用于追踪访问者的行为·基于访问者位置来进行直接报价和促销·追踪昂贵的带无线标签的目标-保健·追踪携带用于急救的无线报警系统的病人·追踪携带PDA的医院专业人员·追踪移动医院器械，例如轮椅-公共·利用能定位的PDA在展会中进行导航·可以在PDA上得到带标签目标的信息
以下参考下列示意图，仅以举例方式，来详细描述本发明的优选实施例。
图1示出了根据本发明第一实施例的通信环境的示意图。
图2示出了在图1所示的通信环境中可使用的第一应答器单元的示意图。
图3示出了在图1所示的通信环境中可使用的站的示意图。
图4示出了根据本发明第二实施例分通信环境的示意图。
图5示出了在图4所示的通信环境中可使用的第二应答器单元的示意图。
图6示出了在图4所示的通信环境中可使用的标签的示意图。
图7示出了在使用第一应答器单元对常规站进行定位的消息序列图中的信号流的示意图。
图8示出了在使用第二应答器单元对带标签目标进行定位的消息序列图中的信号流的示意图。
提供附图仅仅是为了说明的目的，而不必然代表本发明按一定比例实施的实际例子。
具体实施例方式
参考图1，描述了通信环境的大致布局，其中，可以使用用于定位无线局域网(WLAN)通信设备的位置应答器子系统。在图中，相同的参考符号用来表示相同或者相似的部分。在描述本发明的实施例前，根据本发明先陈述一些基本原理。
通信设备—即移动站或者标签—的位置，可以通过使用三角测量方法或者签名方法来确定。
三角测量方法考虑移动站与固定响应站之间的估计视距传播距离，以所寻找的位置的三角计算为基础。估计传播距离可以从视距传播时间测量(TD)得出，或者从用于根据测量的接收信号强度(RSS)数据来估计传播距离的无线信道衰减模型得出。
签名方法使用初始现场勘测，其中RSS和/或时间延迟(TD)数据首先是利用自动无线记录设备、并且针对每一个感兴趣的位置，从每一个可访问的响应站收集的。为了对提供一组测量的RSS和/或TD参数的移动站的位置进行估计，通过在预先记录的签名数据库内搜索具有最佳参数匹配的位置，来找到最可能的位置。
这里，针对IEEE 802.11媒体接入(MAC)WLAN标准，来描述下列位置应答器子系统的实施例。
图1示出了根据本发明第一实施例的具有WLAN体系结构的通信环境的示意图。图1示出连接到通信设备10的第一接入点AP-1，该第一接入点AP-1形成了第一基本服务组BSS-1，此后通信设备10也被称为用户站或站10，并用STA标注。第一接入点AP-1在专用区域或小区—即覆盖区域内—给去往和来自第一站10的数据业务提供无线接入，第一站10通过WLAN数据连接8与第一接入点AP-1相关联。这里，站10被三个第一应答器单元TPa-11、TPa-12、TPa-22包围，由此第一应答器单元TPa-11、TPa-12、TPa-13被预先设置在第一基本服务组BSS-1的覆盖区域内，并适用于通过位置传感连接6与站10进行通信。第一应答器单元TPa-11、TPa-12、TPa-13位于固定且优化的位置，以便提供良好的位置传感结果。
因为站10是移动站，它沿着路径7移动到第二基本服务组BSS-2的覆盖区域。这里，第二基本服务组BSS-2包含第二接入点AP-2以及第一应答器单元TPa-21、TPa-22、TPa-23。此外，图1指示出具有第三接入点AP-3以及第一应答器单元TPa-31、TPa-32、TPa-33的第三基本服务组BSS-3，其中站10可以从第二基本服务组BSS-2移动到第三基本服务组BSS-3。
每一个接入点AP-1、AP-2、AP-3被连接到分配系统3。分配系统3负责通过分配连接9把信息传输到正确的接入点AP-1、AP-2、AP-3，以便进一步分配到站10，从而形成扩展基本服务组(ESS)。分配系统3还通过入口12被连接到常规有线IEEE 802.x LAN(局域网)4，该LAN4包含具有处理单元14的WLAN管理员站或位置服务器，处理单元14得出覆盖区域内的站10的位置。但是，用于确定站10的位置的处理单元14也可以位于站10自身内，从而允许进行自发的位置估计。通过交换用来与各个接入点AP-1、AP-2、AP-3建立关联或重新关联的帧，可以切换从一个基本服务组BSS移动到另一个基本服务组BSS的移动站，例如站10。
为了简洁的目的，第一应答器单元TPa-11、TPa-12、TPa-13；TPa-21、TPa-22、TPa-23；TPa-31、TPa-32、TPa-33，在下面被指示为第一应答器单元TPa-nm，其中a指示第一应答器类型，并且n、m分别是用于标识接入点AP-1、AP-2、AP-3和应答器号码的索引。
为了获得站10的位置，第一应答器单元TPa-nm工作在精简的协议栈上，该精简的协议栈只允许对发往特定第一应答器单元TPa-nm的用于提供位置传感信息的单播数据帧进行确认。利用参考图7所示出和描述的消息序列图来示出位置传感信息流。
图2示出了在如图1所示的通信环境中、可以在一组第一应答器单元TPa-nm内使用的第一应答器单元TPa-nm的体系结构的示意图。第一应答器单元TPa-nm包含第一应答器天线20和用于由RF传送单元21和RF接收单元22以及基带传送单元23和基带接收单元24来执行物理层(PHY)功能的电路，以便根据IEEE 802.11x标准来发送和接收无线电信号。接收信号强度(RSS)的测量在PHY层中进行，并且是IEEE 802.11x标准的一部分。此外，第一应答器单元TPa-nm还包含精简的a类型MAC栈(reduced a-type MAC，R-MACa)单元25，R-MACa单元25是利用微处理器或现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)实现的。R-MACa的功能是关于无差错接收和正确MAC地址对进入数据帧进行过滤，并在较短的帧间间隔(shortinterframe space，SIFS)之后把确认帧(acknowledgement，ACK)传递到PHY层，以便进行发送。此外，第一应答器单元TPa-nm还可以配有用于恰好在SIFS时间之后传送ACK帧的附加电路，从而允许基于站10和第一应答器单元TPa-nm之间的传播时间进行距离估计。在欧洲专利局的申请号为No.02009752.3、于2002年4月30日递交的、名称为“Geolocation Subsystem(地理定位子系统)”的专利申请中，描述了用于进行时间延迟测量的附加电路，该申请目前被转让给本申请(instant application)的受让人，并且该申请的公开通过引用被包含于本文中。可替换地，触发应答器响应的其他帧类型，例如请求发送(Request-to-Send，RTS)和清除发送(Clear-to-Send，CTS)，也是可能的。
图3示出了站10的体系结构的示意图，其中站10的位置要被确定，并且站10可在如图1所示的通信环境中使用。站10配有按IEEE 802.11x标准所建议的完整实施的PHY层和MAC层。站10包含站天线30和用于执行物理层(PHY)功能的电路-通常被包含在WLAN适配器卡中。物理层(PHY)功能由RF传送单元21和RF接收单元22以及基带传送单元23和基带接收单元24来执行，以便根据IEEE 802.11x标准来传送和接收无线电信号。此外，站10包括利用主微处理器系统实现的MAC栈单元35和可以在站10的主微处理器系统内执行的地理数据分组处理程序软件模块36。该软件模块36能够辨识嵌入在从接入点AP-1、AP-2、AP-3接收的数据帧中的位置命令，包含一组可能位于范围内的第一应答器单元TPa-nm的MAC地址和指示这些第一应答器单元TPa-nm在哪个信道上操作的信息。被用参考图7所示出和描述的消息序列图来更详细地示出位置传感信息流。一般来说，在接收到位置命令后，站10传送发往各第一应答器单元TPa-nm的0数据帧。对于从第一应答器单元TPa-nm接收到的每一个ACK，接收信号强度(RSS)和第一应答器单元TPa-nm的MAC地址一起被记录。如果站10还配有上述用于测量时间延迟的电路，则时间延迟也被记录。在接收到所有确认后，或者在超时以后，所记录的数据被装配，被提供给时间戳，并通过各个接入点AP-1、AP-2、AP-3被发送到WLAN管理员内的处理单元14。可替换地，触发应答器响应的其他帧类型，例如请求发送(Request-to-Send，RTS)和清除发送(Clear-to-Send，CTS)，都是可能的。
图4示出了根据本发明的用于定位带标签目标的第二实施例的、具有IEEE 802.11体系结构的通信环境的示意图。第二实施例的设置与参考图1所示出和描述的第一实施例类似。第二实施例与第一实施例的不同在于站10被标签40代替，标签40指的是带标签目标，并且第一应答器单元TPa-nm用第二应答器单元TPb-nm代替。第二应答器单元用TPb-nm指示，其中，b指示第二应答器类型，并且n、m分别是用于标识接入点AP-1、AP-2、AP-3和应答器号码的索引。第二应答器单元TPb-nm在精简的协议栈上工作，但是还允许与一个接入点AP-1、AP-2、AP-3相关联，用于中继位置传感信息。因此，在第二应答器单元TPb-nm与各个接入点AP-1、AP-2、AP-3之间的通信直接通过WLAN数据连接8执行，而位置传感连接6在第二应答器单元TPb-nm与标签40之间执行。用参考图8所示出和描述的消息序列图来更详细地示出位置传感信息流。
图5示出了一个第二应答器单元TPb-nm的体系结构的示意图，该第二应答器单元TPb-nm可在如图4所示的通信环境中、在一组第二应答器单元TPb-nm内使用。TPb类型的第二应答器单元TPb-nm包含第二应答器天线50和用于由RF传送单元21和RF接收单元22以及基带发送单元23和基带接收单元24来执行物理层(PHY)功能的电路，以便根据IEEE 802.11x标准来传送和接收无线电信号。此外，第二应答器单元TPb-nm还包含用微处理器实现的精简b类型MAC栈(reduced b-type MAC，R-MACb)单元55。R-MACb的功能是在第二应答器单元TPb-nm和与其相关联的接入点AP-1、AP-2、AP-3之间，使能根据IEEE 802.11x的数据业务。此外，R-MACb能够从标签40或者具有对所有第二应答器单元TPb-nm有效的群地址的无线标签来接收多播帧。此外，第二应答器单元TPb-nm包括可以在负责运行R-MACb的微处理器中执行的地理数据分组装配器软件模块56。地理数据分组装配器软件模块56的功能是在由定时器(未示出)定义的侦听周期期间，记录在对应信道上从第二应答器单元TPb-nm接收到的每一个多播帧的RSS、标签MAC地址和时间戳。在定时器到时后，所记录的数据被装配，并通过各个接入点AP-1、AP-2、AP-3在对应的信道上被发送到WLAN的处理单元14。在把数据传送到接入点AP-1、AP-2、AP-3后，侦听周期被恢复。侦听周期是可比较的持续时间，但是不与其他的应答器单元或无线标签同步。
在另一个实施例中，可以应用第三应答器单元(未示出)。这里，第三应答器单元用TPc-nm指示，其中，c指示第三应答器类型，并且n、m分别是用于标识接入点AP-1、AP-2、AP-3和应答器号码的索引。第三应答器单元TPc-nm用于对访问能定位的WLAN或违反协议的外部站进行定位，所述外部站未配有地理数据分组处理程序软件模块36。第三应答器单元TPc-nm支持完整的WLAN协议或协议栈，以根据IEEE 802.11x标准参加正常的数据交换服务。在第三应答器单元TPc-nm与各个接入点AP-1、AP-2、AP-3之间的通信，也直接通过WLAN数据连接8被执行，而位置传感连接6在第三应答器单元TPc-nm与外部站之间执行。第三应答器单元TPc-nm还适用于接收和解释来自WLAN管理员站的处理单元14的命令，以便定位由其MAC站地址标识的外部站。为此，每一个第三应答器单元TPc-nm发送0数据帧到该外部站，然后该外部站用ACK帧来响应。对于从外部站接收到的每一个ACK，RSS数据和外部站的MAC地址一起被记录。所收集和装配的包含外部站的MAC地址、RSS数据和时间戳的信息，通过相关联的接入点AP-1、AP-2、AP-3被转发到WLAN管理员站的处理单元14，用于外部站的位置确定。
图6示出了一个标签40的体系结构的示意图，其中，标签40的位置要被确定，由此标签40可在如图4所示的通信环境中使用。标签40仅仅具备PHY层的实现。这意味着标签40包含第二应答器天线60和用于由RF传送单元21和基带传送单元23来执行物理层(PHY)功能的电路，以便根据IEEE802.1 1x标准来传送无线电信号。此外，标签40还包括用微处理器或FPGA实现的精简的标签MAC栈(reduced tag MAC，R-MACtag)单元65。R-MACtag的功能是把发往这组全部第二应答器单元TPb-nm的多播帧传递到PHY层，以便以由未同步定时器“TAG”控制的规则间隔时间来进行发送。在发送每一个多播帧后，标签电路进入休眠模式以节省电池功率。多播帧的帧体或者是空的，或者可以包含附加的标签信息，例如电池的功率状态。对于整个现场安装，最好是所有的多播帧都在相同的信道上发送。
使用应答器类型Tpa进行WLAN站的位置传感图7示出了在使用第一应答器单元TPa-nm对例如站10等常规站进行定位的消息序列图中的位置传感信息的信号流的示意图。消息序列图在顶部示出了一组通信实体，用垂直线指示要执行的任务。时间在向下方向上沿垂直线增加。从左到右，这组通信实体指示WLAN管理员站的处理单元14、接入点AP-n、站10和三个第一应答器单元TPa-n1、TPa-n2、TPa-n3。针对给定站10的定位过程的启动，在处理单元14中的位置功能模块处开始，如框71.1所示。接入点AP-n准备转发去往和来自处理单元14和相关联站的数据业务，如框71.2所示。第一应答器单元TPa-n1、TPa-n2、TPa-n3准备用ACK帧来响应0数据帧，如框71.3所示。如箭头72所示，信息帧被发送到站当前关联到的各个接入点AP-n。该信息帧携带用于把消息标识为定位命令的所有信息，以及对应接入点AP-n的可能范围内的所有第一应答器单元TPa-nm的MAC地址和信道信息。然后，使用IEEE 802.11协议，信息帧通过接入点AP-n被进一步路由到对应站10，如箭头73所示。如框74所示，在接收到帧后，站10初始化驻留的地理数据分组处理程序软件模块36，并在发送如箭头75所示的确认ACK之后，在对应信道上对发往对应第一应答器单元TPa-nx的单播0数据帧序列进行发送，如箭头76所示。在接收到如箭头77所示的每一个ACK帧后，对应的RSS和/或TD参数被记录，如框78所示。地理数据分组处理程序软件模块36还建立包含接收到的定位信息的数据帧的帧体，接收到的定位信息包含对于每个接收到的响应的MAC地址、RSS和/或TD参数和时间戳。然后，数据帧被路由到WLAN管理员站处的处理单元14中的定位功能模块，如箭头79所示。这里，即在处理单元14处，处理接收到的数据，以便基于三角测量方法或签名方法来计算位置估计，如框80所示。或者，WLAN管理员站处的处理单元14中的位置功能模块可以驻留在站10自身中，从而允许进行自发的位置估计。
使用应答器类型TPb进行无线带标签目标的位置传感图8示出了在使用第二应答器单元TPb-nm对带标签目标进行定位的另一个消息序列图中的位置传感信息的信号流的示意图。位置传感最好在连续的基础上执行，以便提供对于例如标签40等带标签目标的连续更新。消息序列图在顶部示出了一组通信实体，用垂直线指示要执行的任务。时间在向下方向上沿垂直线增加。从左到右，这组通信实体指示处理单元14、接入点AP-n、两个第二应答器单元TPb-n1、TPb-n2和标签40。在每一次定时器到时之后，例如每一分钟，标签40发送具有群地址的多播帧，该群地址对到达所有安装的第二应答器单元TPb-nm有效，如箭头81所示。所发送的信息是标识标签40的源MAC地址。关于标签身份的附加信息可以由多播帧的帧体构成。在每次发送之后，标签电路恢复节约功率模式，并重新启动定时器，如框82所示。
第二应答器单元TPb-nm在一个或多个标签40正在进行发送的信道上、周期性地进入侦听间隔时间，如框83所示。这由也被标注为“TP”的未同步的应答器定时器84控制，应答器定时器84具有与也被标注为“TAG”的标签定时器85类似的定时间隔时间。在侦听间隔时间期间，来自接收到的多播帧的RSS和源地址被记录。在定时器到时后，所记录的数据被装配到包含被单个接收的标签ID、RSS和时间戳的集合标签信息体中，然后，该集合标签信息体被转发到相关联的接入点AP-n，如箭头85所示。相关联的接入点AP-n准备转发去往和来自处理单元14的数据业务，如框86所示。然后，来自每个第二应答器单元TPb-nm的集合标签信息被进一步路由到WLAN管理员站的处理单元14中负责处理无线标签信息的位置功能模块，如箭头87所示。所有第二应答器单元TPb-nm独立工作，而无不需相互同步。位置功能模块基于从每一个标签40接收到的数据，以由也被标注为“位置更新”的位置更新定时器88控制的周期性间隔时间，来执行估计位置的计算，如框89所示。
三种类型的应答器单元TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm—即第一应答器单元TPa-nm、第二应答器单元TPb-nm和第三应答器单元TPc-nm—的功能可以被组合，以允许所有的工作模式。
支持WLAN位置功能的位置功能模块，最好驻留在WLAN管理员站处的处理单元14中。它负责管理位置系统，负责建立和维护在初始现场勘测期间预先记录的RSS和/或TD值的数据库，负责在单独或周期性基础上启动和处理定位请求，并且负责计算和显示位置估计。
使用IEEE 802.1b WLAN设备进行了评价利用RSS数据进行定位的精度的实验。使用了被接入点AP-n的无线电信号覆盖的建筑物的一部分。五个第一应答器单元TPa-nm被布置在不同的位置。画出了等高线，该等高线用测量的RSS值(单位为dBm)标记，示出了对于第一应答器单元TPa-nm可用的RSS。具有2.8m间距的格型网指示记录了来自所有五个第一应答器单元TPa-nm的RSS值的位置，从而提供了用于随后的位置估计(签名方法)的数据库。定位算法用于把由要确定其位置的站所测量的五个RSS采样与预先记录的数据库进行比较。通过查找与测量的RSS采样具有最佳匹配的内插网格点，来获得估计的位置。典型的结果示出了0.5米的定位精度。平均来说，可以达到1米到2米的定位精度。
任何公开的实施例都可以与一个或几个所示出和/或描述的其他实施例进行组合。这对于这些实施例的一个或多个特征也是可能的。
权利要求
1.一种用于确定无线网络内的通信设备(10、40)的位置的装置，所述装置包含至少两个应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)，用于当所述通信设备(10、40)位于所述无线网络的覆盖区域内时，与所述通信设备(10、40)进行通信；和处理单元(14)，用于依据从所述应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)接收到的信息，得出所述覆盖区域内的所述通信设备(10、40)的位置。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述处理单元(14)集成到所述通信设备(10)中。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述通信设备(40)是标签。
4.如前面任何一项权利要求所述的装置，还包含耦合到所述应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)的接入点单元(AP-n)，其中，所述接入点单元(AP-n)从所述应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)接收信息，并把所述信息转发到所述处理单元(14)。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述接入点单元(AP-n)通过所述通信设备(10)耦合到所述应答器单元(TPa-nm)，并通过所述通信设备(10)从所述应答器单元(TPa-nm)接收信息。
6.如权利要求4或5所述的装置，其中，所述至少两个应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)、所述通信设备(10、40)和所述接入点单元(12)形成基本服务组(BSS-n)。
7.如前面任何一项权利要求所述的装置，包括所述覆盖区域内的三个应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)。
8.一种包括如前面任何一项权利要求所述的装置的网络。
9.一种用于确定无线网络内的通信设备(10、40)的位置的方法，所述方法包含步骤设置至少两个应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)，用于当所述通信设备(10、40)位于所述无线网络的覆盖区域内时，与所述通信设备(10、40)进行通信；从所述应答器单元(TPa-nm、TPb-nm、TPc-nm)接收信息；和依据所述接收到的信息，得出所述覆盖区域内的所述通信设备(10、40)的位置。
10.如权利要求9所述的方法，其中，得出所述通信设备(10、40)的位置的步骤包括三角测量方法或签名方法。
全文摘要
本发明涉及一种装置和方法，用于确定无线网络内的通信设备的位置，以便给在无线局域网(WLAN)基础设施的访问协议下参加的通信设备提供地理定位功能，其中访问协议是例如IEEE802.11或Hiperlan。该装置包含至少两个应答器单元，用于当通信设备位于无线网络的覆盖区域内时，与该通信设备进行通信；以及处理单元，用于依据从应答器单元接收到的信息，得出覆盖区域内的通信设备的位置。
文档编号H04W64/00GK1675890SQ03818952
公开日2005年9月28日 申请日期2003年8月6日 优先权日2002年8月15日
发明者弗里茨·费勒, 沃尔特·赫特 申请人:国际商业机器公司