無線網絡中使用標識被跟蹤設備的響應消息的位置跟蹤的製作方法

2023-05-16 02:45:56

專利名稱：無線網絡中使用標識被跟蹤設備的響應消息的位置跟蹤的製作方法
無線網絡中使用標識被跟蹤設備的響應消息的位置跟蹤
背景技術：
本公開一般地涉及無線網絡，並且更具體地，涉及在無線網絡中的位置跟蹤。位置跟蹤被用於確定設備在無線網絡中的位置。位置跟蹤技術例如包括諸如到達時間(ToA)、到達時間差(TDoA)以及接收信號強度指示(RSSI)之類的基於距離的技術，以及諸如達到角(AoA)之類的基於角度的技術。ToA系統基於從被跟蹤設備發送到一些接收傳感器的信號的到達時間的測量。TDoA技術使用在多個接收傳感器上的相對時間測量來識別被跟蹤設備的位置。在RSSI系統中，發射機輸出功率、線纜損耗和天線增益以及接收的分組的接收信號強度和適當的路徑損耗模型的知識，允許在無線網絡中在被跟蹤設備和跟蹤設備之間的距離的計算。跟蹤設備基於從被跟蹤設備發送的傳輸(transmission)來收集關於被跟蹤設備、的位置信息。所收集的信息可以被發送到諸如位置伺服器之類的中央位置。


圖I圖示在其中可以實現在這裡描述的實施例的網絡的示例。圖2描述在實現在這裡描述的實施例中有用的設備的示例。圖3是圖示依據一個實施例的位置跟蹤處理的概覽的流程圖。圖4圖示依據一個實施例的用於在圖3的處理中使用的幀格式的示例。對應標號指示附圖的若干視圖中的對應部件。
具體實施例方式概覽在一個實施例中，一種方法一般地包括從無線網絡中的被跟蹤設備接收響應消息，該響應消息是響應於在發射機地址欄位中包括所述被跟蹤設備的標識符的激發消息(provoking message)而發送的，以及在跟蹤設備處處理所述響應消息。處理包括測量至少一個與位置有關的參數，從所述響應消息提取所述被跟蹤設備的所述標識符，並且基於在所述響應消息中的信息將所述響應消息識別為位置跟蹤消息。所述響應消息的欄位包括從所述激發消息複製的所述被跟蹤設備的所述標識符。發射機地址不在所述響應消息的另一欄位中被提供。在另一實施例中，一種裝置一般地包括接收機，被配置為從無線網絡中的被跟蹤設備接收響應消息，該響應消息是響應於在發射機地址欄位中包括所述被跟蹤設備的標識符的激發消息而發送的；以及處理器，用於測量至少一個與位置有關的參數，從所述響應消息提取所述被跟蹤設備的所述標識符，並且基於在所述響應消息中的信息將所述響應消息識別為位置跟蹤消息。所述響應消息的欄位包括從所述激發消息複製的所述被跟蹤設備的所述標識符，並且發射機地址不在所述響應消息的另一欄位中被提供。示例實施例呈現以下描述以使得本領域普通技術人員可以實現和使用實施例。具體的實施例和應用的描述僅作為示例來提供，並且本領域技術人員將容易明白多種修改。在不背離本發明的範圍的情況下，在這裡描述的一般原理可以被應用到其它實施例和應用。因此，本發明不限制於示出的實施例，但是它應當與在這裡描述的原理和特徵相一致的最廣的範圍一致。為了清楚，在涉及實施例的技術領域中的公知的與技術素材相關的細節沒有被詳細地描述。在這裡描述的實施例提供對無線網絡內的設備的位置跟蹤。可以使用多種測量技術，例如包括到達時間(ToA)、到達時間差(TDoA)、接收信號強度指示(RSSI)、達到角(AoA)或者用於跟蹤設備的位置的其它技術。在ToA和TDoA系統中，所收集的位置信息是到達時間，如果全部的跟蹤設備接收到同一分組、記錄它的時間戳並且將它轉發到位置伺服器，那麼到達時間是最可靠的。因為ToA算法是計算量密集的，所以優選地系統僅處理專門用於位置跟蹤的分組。對於基於RSSI的系統，不同分組可以不同傳輸功率來發送。例如，在信道改變之後首先的少量傳輸、不同PHY(物理)速率的傳輸以及重試全部都可以以可變傳輸送功率來發送。因此，優選地，跟蹤設備記錄同一分組的RSSI。
在這裡描述的實施例從響應於指定傳輸而被發送的、標識了被跟蹤設備並且將分組標識為位置跟蹤分組的位置跟蹤分組收集位置跟蹤信息。位置跟蹤信息因此從同一傳輸獲得並且位置處理在大多數情況下僅對位置跟蹤分組執行。現在參考附圖，首先參考圖1，示出了適合實現在這裡描述的實施例的網絡的示例。多個跟蹤設備12與被跟蹤設備14進行通信。跟蹤設備12和被跟蹤設備14被安裝了用於無線通信的天線18。在一個實施例中，跟蹤設備12和被跟蹤設備14在無線區域網(WLAN)中通信，並且實現在IEEE 802. 11標準中規定的無線網絡協議。跟蹤設備12例如可以是接入點(AP)、基站、站點控制器、位置傳感器或者包括可操作用於在無線環境中的位置跟蹤的接收傳感器的任何其它設備。在圖I的示例中，示出了三個跟蹤設備12，然而，可以使用任意數目的跟蹤設備(例如，1、2或者大於3)。被跟蹤設備14可以是客戶端設備、無線移動臺、蜂窩電話、無線VoIP電話、個人數字助理(PDA)、膝上型計算機、射頻標識(RFID)標籤、惡意無線接入點、惡意無線客戶端或者能夠在無線環境中操作的任何其它類型的設備。跟蹤設備12和被跟蹤設備14都可以被配置為發送和接收數據。例如，跟蹤設備可以發送數據、控制或者管理流量並且接收確認，而被跟蹤設備14接收流量並且發送確認。跟蹤設備12提供與由被跟蹤設備14發送的無線幀相關聯的位置跟蹤信息(例如，ToA、TDoA, AoA, RSSI)到位置伺服器16。位置伺服器16可以被配置為從跟蹤設備12收集位置跟蹤信息。位置伺服器16可以經由例如包括中間網絡設備(例如，路由器、交換機等)的區域網(LAN)或者廣域網(WAN)來通信，這些中間網絡設備允許在跟蹤設備12和位置伺服器16之間的數據發送。位置伺服器16還可以被安裝有用於通過無線網絡與接入點12進行通信的天線。位置伺服器16可以被實現為單個位置伺服器或者可以被實現為多個伺服器(例如，一個主位置伺服器以及一個或多個從位置伺服器)。位置伺服器16還可以與被配置為接收位置服務請求並向位置伺服器轉發請求或者向位置伺服器轉發位置數據的中央控制器(未示出)進行通信。位置伺服器16還可以位於跟蹤設備12中的一個上。在一個實施例中，跟蹤設備12中的一個(被稱為激發設備)將激發消息20發送到被跟蹤設備14。被跟蹤設備14利用響應消息22來響應。如以下詳細描述的，激發消息20被配置以使得所生成的響應消息22包括被跟蹤設備14的標識符以及消息22是位置跟蹤分組或者更有可能是位置跟蹤分組的指示符。除了跟蹤設備12中的一個之外的發送設備也可以被用作激發設備。例如，激發消息20可以從無線網絡中的另一設備被發送，或者可以從與RFID標籤進行通信的「阻塞點」或者「入口」生成激發消息20。因為響應消息22包含跟蹤設備12所需要的全部信息，所以跟蹤設備12不需要在激發設備的範圍內。應理解在圖I中示出的網絡僅僅是一個示例並且在不背離實施例的範圍的情況下，可以使用具有不同組件或布置的或者依據其它通信協議來操作的網絡。圖2是圖示可以被用於實現在這裡描述的實施例的無線設備(例如，跟蹤設備12、 被跟蹤設備14)的示例的框圖。設備包括收發機30、數據機32、控制器34、處理器36、存儲器38以及無線接口 39 (例如，IEEE 802. IlffLAN接口)。收發機30包括組合的發射機和接收機；然而，該設備也可以由分離的發射機和接收機來配置。數據機32被配置為在控制器34的控制下依據可應用的通信協議或者標準(例如，IEEE802. 11)實現信號的調製以及組幀。控制器34包括從AP 12或者客戶端設備14的角度實現在這裡描述的實施例的邏輯。可以將邏輯在一個或者多個有形介質(存儲器38)中進行編碼用於由處理器36執行。例如，邏輯可以是處理器執行的軟體的形式、數位訊號處理器指令或者在集成電路中的固定邏輯的形式。跟蹤設備12還可以包括用於與例如LAN通信的網絡接口(未示出)。應理解，在圖2中示出的和以上描述的設備僅僅是一個示例，並且在不背離實施例的範圍的情況下，可以使用設備的不同配置。圖3是圖示依據一個實施例用於位置跟蹤的處理的概覽的流程圖。在步驟40處，激發消息20被發送到被跟蹤設備14(圖I和3)。可以以周期性的間隔、非周期性的間隔、隨機間隔、響應於一事件或者經由任何其它方案來發送激發消息20。可以從跟蹤設備12中的一個或者從作為激發設備來操作的另一設備來發送激發消息20。激發消息20在發射機地址欄位中包括被跟蹤設備14的標識符。被跟蹤設備14接收激發消息20並且發送響應消息22 (步驟41)。在跟蹤設備12處接收響應消息22 (步驟42)。響應消息22包括從激發消息20複製的被跟蹤設備標識符，以使得發送響應消息的被跟蹤設備14可被跟蹤設備12識別。響應消息22還包括分組是或者更有可能是位置跟蹤分組的指示，以使得跟蹤設備12可以將響應消息識別為位置跟蹤消息。這防止了對於在位置跟蹤中不使用的分組的不必要的處理。在步驟44處跟蹤設備12處理響應消息22。跟蹤設備12測量一個或多個與位置有關的參數，從響應消息22提取被跟蹤設備標識符，並且將消息識別為位置跟蹤分組。接著跟蹤設備12轉發來自傳輸的被跟蹤設備標識符和位置跟蹤信息(例如，到達時間、接收信號強度指示符、到達角)到位置伺服器16(步驟46)。應理解在圖3中示出的和以上描述的處理僅僅是一個示例，並且在不背離實施例的範圍的情況下可以添加或者刪除步驟。例如，步驟41發生在被跟蹤設備上，並且不是在跟蹤設備上執行的處理的一部分。同樣，步驟40可以發生在除了跟蹤設備12之外的設備上。位置伺服器16可以位於跟蹤設備12處，在該情況中，在步驟46處的位置信息的傳輸包括在跟蹤設備12處組件之間交換信息。激發和響應消息20、22可以是在無線通信中使用的任何傳輸。在一個實施例中，激發消息20是請求發送(RTS)幀並且響應消息是清除發送(CTS)幀。在另一實施例中，激發消息20是空幀(例如，QoS (服務質量)空幀)、數據幀或者管理幀，並且響應消息22是確認(ACK)幀。傳統的CTS和確認幀包括接收機地址(RA)欄位，該欄位包含與來自先前的RTS或者QoS空/數據幀的發射機地址(TA)相對應的地址。因為針對大小優化了這些幀，所以它們不包括發射機(源)地址，並且因此不提供發送CTS/ACK分組的被跟蹤設備的標識。在一個實施例中，激發消息20被配置以使得通過將激發消息中的TA欄位設定為被跟蹤設備地址，響應消息22包括被跟蹤設備地址而不是激發設備地址。這允許被跟蹤設備14自動地利用包括標識被跟蹤設備的地址的CTS/ACK幀來響應。在一個實施例中，激發消息20還被配置以使得IEEE 802. 11的非典型的持續時間欄位被跟蹤設備14在它的CTS/ACK響應消息中發送。這提供了可以與在無線網絡中一般地發送的其它傳輸區分開來的幀。跟蹤設備12因此可以僅(或者在多數情況下僅)在位置跟蹤分組上執行位置跟蹤處理。在一些情況中，不是位置跟蹤分組的分組可能被無意轉發到位置伺服器16。在一個實施例中，激發設備向位置伺服器16發送關於激發消息20的信息，以使得位置伺服器可以濾除從跟蹤設備12接收的、與位置跟蹤不相關的任何分組。圖4是依據一個實施例的激發消息20和響應消息22的格式的示例。激發消息(例如，RTS/QoS空/數據幀)20包括幀控制50、持續時間52、接收機地址(RA) 54、被跟蹤設備標識符56以及FCS (幀校驗序列)58。被跟蹤設備標識符56位於發射機地址欄位中。如以上描述的，在傳統的操作中TA欄位包含激發設備的地址。激發消息20因而包括「欺騙的TA欄位」。持續時間52包括添加了其它參數(例如，SIFS (短幀間間隔)、CTS/ACK傳輸時間)的經過修改的持續時間(IEEE 802. 11的非典型持續時間)。響應消息(例如CTS/ACK分組)22包括幀控制60、經過修改的持續時間(位置跟蹤(LT)分組指示符)62、被跟蹤設備標識符64以及FCS 68。在響應消息22中的被跟蹤設備標識符欄位64包括從激發消息20的欄位56複製的被跟蹤設備標識符。應理解，在這裡使用的術語「複製」包括複製被跟蹤設備標識符的一部分或者全部，或者在將標識符插入到響應消息之前複製並修改標識符。如之前描述的，在傳統操作中，在CTS/ACK分組中的RA欄位包括激發設備的地址並且沒有另一欄位包含發射機地址。在跟蹤設備12處接收的、持續時間被設置為等於經過修改的持續時間的分組被處理用於位置跟蹤(例如加ToA時間戳)並且被發送到位置伺服器16。應理解，圖4中示出的以及在這裡描述的分組格式僅僅是示例，並且可以使用其它分組格式。例如，可以使用包括MAC(媒體訪問控制)頭部的任何分組。還可以使用頭部沒有被加密的加密數據分組。以下提供了可以被用於被跟蹤設備標識符和經過修改的持續時間的值的示例。被跟蹤設備標識符(欺騙的TA)例如可以是(a)被跟蹤設備的MAC地址，(b)從全球管理地址轉換到本地管理地址(改變I位)的被跟蹤設備的MAC地址，或者(c)從單播地址轉換到組播地址(改變I位)的被跟蹤設備的MAC地址。被跟蹤設備標識符的另一示例是(d)被跟蹤設備的MAC地址的補數然而保持單播和全球/本地管理位不變，或者(e)用1(或0)覆寫了四個最低有效位(LSB)、最高有效位(MSB)或者任何其它小子集的位的被跟蹤設備的MAC地址。該方案可以動態地變化以迷惑任何防禦措施，如以下描述的。如以下描述的，伴隨持續時間欄位的改變以上示例(b)和(e)可被組合，因為它們並不唯一地標識被跟蹤設備。在激發消息20中的持續時間52包括經過修改的持續時間62，以使得在響應消息22中由被跟蹤設備14發送該經過修改的持續時間。在RTS幀中的持續時間52是經過修改的持續時間+SIFS+TXTME(CTS)；在QoS空幀中的持續時間是經過修改的持續時間+SIFS+TXTME (ACK)。以下提供了經過修改的持續時間值的示例。在一個示例中，從以下範圍取得經過修改的持續時間
[1,2, ... TXTME (最小分組長度)+SIFS_l];其中TXTME是傳輸時間並且這些都是持續時間欄位的非典型的值。可以經由以下示例中的任何一個來解釋從該範圍中取得的值1+2* 位 1+4* 位 2+8* 位 3+16* 位 4 ; 1+16* 位 1+8* 位 2+4* 位 3+2* 位 4 ；1+2* 位 I ;1+2* 位 1+4* 位 2 ；1+2* 位 1+4* 位 2+8* 位 3 ；1+16* 位 I ;1+16* 位 1+8* 位 2 ;1+16* 位 1+8* 位 2+4* 位 3 ；16+1* 位 1+2* 位 2+4* 位 3+8* 位 4 ;或者1+2* 位 1+4* 位 2+8* 位 3+16* 位 4+32* 位 5 ；其中，位I到位5是被跟蹤設備的MAC地址中的、在合成被跟蹤設備標識符(欺騙的TA地址)時被覆寫或破壞的位。以上示出的經過修改的持續時間值僅僅是示例，可以使用其它配置。在以上示例中，可以使用任何數目的位，可以改變第一個數，或者可以改變係數。系統被優選地配置為防止DoS (拒絕服務)攻擊。例如，在激發設備的範圍中的跟蹤設備12可以在響應之前核實(verify)激發傳輸SIFS的存在。因此，該攻擊將需要兩個分組。在激發設備範圍中的跟蹤設備12還可以在響應之前核實激發傳輸SIFS的存在，並且核實分組的PHY(物理)特性非常不同，以使得攻擊需要兩個分離的設備。PHY特性可以包括RSSI、載波偏移、CSI (信道狀態信息)(從TxBF (發送波束整形)可獲取)係數等。在激發設備範圍中的跟蹤設備12也可以核實在QoS空傳輸中的BSSID(基本服務集標識符)匹配受信設備(例如潛在的激發設備)的MAC地址。另一示例為動態的改變TA的欺騙或者持續時間，以使得跟蹤設備可以使用舊欺騙機制丟棄分組。例如，欺騙策略可以每分鐘改變一次，或者經由從位置伺服器或者WLC(WLAN控制器)到跟蹤設備的定期通知來改變。激發設備和跟蹤設備還可以向伺服器或者WLC報告它們的發送和接收的時間戳，該伺服器或者WLC可以過濾分組以識別並丟棄不對應於激發分組的、由跟蹤設備接收到的分組。如從前述內容可以觀察到的，在這裡描述的實施例提供了大量優勢。例如，一個或多個實施例被配置為通過現有的IEEE 802. 11客戶端來工作。此外，跟蹤設備12不需要在激發設備的範圍中。同樣，一個或多個實施例可以提供防止有害攻擊的保護。
雖然依據示出的實施例已經描述了方法和裝置，但是本領域普通技術人員將容易認知到在不背離本發明的範圍的情況下可以對實施例做出 多種修改。因此，意圖將在以上的描述包括的和在附圖中示出的全部事項解釋為說明性的而不是限制性的。
權利要求
1.ー種方法包括 從無線網絡中的被跟蹤設備接收響應消息，該響應消息是響應於在發射機地址欄位中包括所述被跟蹤設備的標識符的激發消息而發送的，所述響應消息的欄位包括從所述激發消息複製的所述被跟蹤設備的所述標識符，其中發射機地址不在所述響應消息的另一欄位中被提供；以及 在跟蹤設備處處理所述響應消息，其中處理包括測量至少ー個與位置有關的參數，從所述響應消息提取所述被跟蹤設備的所述標識符，並且基於在所述響應消息中的信息將所述響應消息識別為位置跟蹤消息。
2.根據權利要求I所述的方法，還包括將所述激發消息從所述跟蹤設備發送到所述被跟蹤設備。
3.根據權利要求I所述的方法，其中，所述激發消息包括請求發送(RTS)幀並且所述響應消息包括清除發送(CTS)幀。
4.根據權利要求I所述的方法，其中，所述響應消息包括確認分組。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述激發消息包括空幀。
6.根據權利要求I所述的方法，其中，所述激發消息包括持續時間欄位，該持續時間欄位包括與標準IEEE 802. 11持續時間不同的值。
7.根據權利要求I所述的方法，其中，所述響應消息在接收機地址欄位中包括所述被跟蹤設備標識符。
8.根據權利要求I所述的方法，其中，基於在所述響應消息中的持續時間欄位中的值，所述響應消息被識別為位置跟蹤消息。
9.根據權利要求I所述的方法，其中，所述響應消息包括含有所述被跟蹤設備標識符和將所述響應消息識別為位置跟蹤消息的所述信息的MAC(媒體訪問控制頭部)。
10.根據權利要求I所述的方法，還包括將所述標識符和所述與位置有關的參數發送到位置伺服器。
11.根據權利要求10所述的方法，所述位置伺服器被配置為從ー個或多個其它跟蹤設備接收位置跟蹤信息，所述位置跟蹤信息是基於所述響應消息的。
12.ー種裝置包括 接收機，被配置為從無線網絡中的被跟蹤設備接收響應消息，該響應消息是響應於在發射機地址欄位中包括所述被跟蹤設備的標識符的激發消息而發送的，所述響應消息的欄位包括從所述激發消息複製的所述被跟蹤設備的所述標識符，其中發射機地址不在所述響應消息的另一欄位中被提供；以及 處理器，用於測量至少ー個與位置有關的參數，從所述響應消息提取所述被跟蹤設備的所述標識符，並且基於在所述響應消息中的信息將所述響應消息識別為位置跟蹤消息。
13.根據權利要求12所述的裝置，還包括發射機，該發射機用於將所述激發消息從所述裝置發送到所述被跟蹤設備。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，所述激發消息包括請求發送(RTS)幀並且所述響應消息包括清除發送(CTS)幀。
15.根據權利要求12所述的方法，其中，所述響應消息包括確認分組。
16.根據權利要求12所述的方法，其中，所述響應消息在接收機地址欄位中包括所述被跟蹤設備標識符。
17.根據權利要求12所述的方法，其中，基於在所述響應消息中的持續時間欄位中的值，所述響應消息被識別為位置跟蹤消息。
18.根據權利要求12所述的方法，其中，所述響應消息包括含有所述被跟蹤設備標識符和將所述響應消息識別為位置跟蹤消息的所述信息的MAC(媒體訪問控制頭部)。
19.根據權利要求12所述的方法，還包括發射機，該發射機用於將所述標識符和所述與位置有關的參數發送到位置伺服器，所述位置伺服器被配置為從跟蹤設備接收位置跟蹤信息，所述位置跟蹤信息是基於所述響應消息的。
20.ー種裝置包括 用於從無線網絡中的被跟蹤設備接收響應消息的裝置，該響應消息是響應於在發射機 地址欄位中包括所述被跟蹤設備的標識符的激發消息而發送的，所述響應消息的欄位包括從所述激發消息複製的所述被跟蹤設備的所述標識符，其中發射機地址不在所述響應消息的另一欄位中被提供；以及 用於在跟蹤設備處處理所述響應消息的裝置，其中處理包括測量至少ー個與位置有關的參數，從所述響應消息提取所述被跟蹤設備的所述標識符，並且基於在所述響應消息中的信息將所述響應消息識別為位置跟蹤消息。
全文摘要
在一個實施例中，一種裝置包括接收機，被配置為從無線網絡中的被跟蹤設備接收響應消息，該響應消息是響應於在發射機地址欄位中包括所述被跟蹤設備的標識符的激發消息而發送的；以及處理器，用於測量至少一個與位置有關的參數，從所述響應消息提取所述被跟蹤設備的所述標識符，並且基於在所述響應消息中的信息將所述響應消息識別為位置跟蹤消息。所述響應消息的欄位包括從所述激發消息複製的所述被跟蹤設備的所述標識符，並且發射機地址不在所述響應消息的另一欄位中被提供。還公開了一種用於位置跟蹤的裝置。
文檔編號H04W64/00GK102668657SQ201080051406
公開日2012年9月12日 申請日期2010年11月5日 優先權日2009年11月12日
發明者布萊恩·唐納德·哈特, 維斯萬斯·瑞迪, 艾倫·湯姆森 申請人:思科技術公司