CN1791041A - 辅助全球定位系统和确定终端位置的方法 - Google Patents

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Abstract

公开了一种在无线LAN中通过使用从PDE(位置确定实体)提供的AGPS数据和从NTP(网络时间协议)服务器提供的时间信息来确定AGPS系统中的终端的位置的方法。

Description

辅助全球定位系统和确定终端位置的方法
                        技术领域
本发明涉及一种AGPS(辅助全球定位系统)，更具体地讲，涉及一种使用在无线LAN中提供同步时间信息的NTP(网络时间协议)服务器的AGPS系统，和使用AGPS系统确定终端位置的方法。
                        背景技术
许多公司正在竞相开发新的能被用来提供不管位置的例如无线互联网接入的通信服务的无线技术。无线网络正在随着无线互联网接入的不断增加的需求而增长。无线LAN(局域网)使用无线电波或红外波而不是网络电缆或电话线来在例如计算机的网络装置之间交换信息，最小化有线连接的需求，从而减少与网络安装相关的时间和费用。无线LAN向用户提供在指定的无线电覆盖区域中的网络的移动接入。无线LAN的用户移动性和灵活性使移动网络或者在移动的同时能被接入的网络能够实现。由于迅速发展的移动通信技术和移动电话使用中急剧的增长，无线LAN技术已经迅速地发展。
用户可以通过例如PDA或笔记本计算机的便携式装置接入无线LAN以在与接入点(“AP”)的指定距离之内使用互联网服务。虽然不需要电缆或电线，但是便携式装置应该配有使用射频信号的网络接入的无线LAN卡。
传统的无线LAN如图1所示被设置。在使用无线LAN技术的系统中的一般网络和数据通信将参照图1被解释。如图1中所示，无线LAN包括能够无线互联网接入的终端100、接入点110和网络120。终端100可以是具有无线LAN卡以访问无线LAN和使用互联网服务的PDA或笔记本计算机。接入点110起使无线互联网接入能够实现的中继器的作用。每一终端能够经过接入点110使用例如互联网接入的服务。通过使用红外线或射频终端100可与接入点110通信。
在例如移动电话或PDA的移动终端上可用的多种无线互联网服务之中，基于位置的服务(LBS)由于其许多的实际应用和广泛的可用性正在变得越来越流行。LBS可在多种应用和条件中使用，例如交通信息和汽车导航。为了使用LBS，需要知道移动终端位置。GPS被广泛地用于跟踪移动终端的准确的位置。
通常有两种方法被用于从GPS卫星接收GPS信号。一般被用于传统的终端中的一种方法是单机GPS，其通过使用安装在终端电路上的GPS芯片组或模块计算GPS卫星轨道和到该卫星的伪距离，并且在不与外部辅助服务器进行任何信息交换的情况下确定目标终端的位置。另一种方法是辅助GPS(“AGPS”)方法，其作为提供精确位置的有吸引力的选项最近已变得流行。AGPS使用移动网络以减少一般GPS接收器接收导航数据所需的初始化时间。在AGPS中，关于卫星轨道和由基站预先测量的误差的信息通过通信方法提供给终端。通过使用从基站接收的数据和计算的与GPS卫星的伪距离安装在终端中的GPS芯片组或模块在短时间内确定终端的位置。
因为卫星轨道信息和校正信息从设置在基站中的位置确定实体(“PDE”)被发送到移动站，所以AGPS确保比单机GPS更快的响应时间，并且即使在例如市区或室内的弱信号条件下也能跟踪GPS信号。
当位置和时间信息没有被提供时，移动终端必须跟踪具有所有GPS卫星的频率和代码的搜索空间以获得GPS信号并计算它的位置。AGPS将来自于移动网络的大致的位置和时间信息与卫星轨道信息结合以用于可见卫星的多普勒偏移的观点当前地预测GPS卫星来减少可供搜索的卫星的数量并加速响应。当前操作卫星的认识减少搜索的卫星的数量并且减少响应时间。
为了在无线LAN中与通过使用GPS提供位置确定服务的系统进行数据交换，同步精确时间信息被使用。当获得同步时间信息时，通过使用由网络提供的AGPS数据和时间信息GPS接收器可确定其位置，从而减少首次定位时间(“TTFF”)并改进灵敏度。然而，如果没有获得同步时间的解决方案，就很难在无线LAN中实现AGPS系统。
在传统的提供位置服务的系统中，通过接入点接入网络具有无线LAN功能的终端能够从位置确定实体获得确定它的位置所需的AGPS数据，但是不能获得同步时间信息。为了在无线LAN中实现AGPS系统，需要获得同步时间的解决方案。
                          发明内容
因此，本发明被实现以解决在现有技术中发生的上述问题，并且本发明的目的是提供一种在无线LAN中通过使用NTP(网络时间协议)服务器提供同步时间信息的AGPS(辅助全球定位系统)系统从而使移动终端位置的精确确定能够实现，以及提供一种通过使用AGPS系统确定移动终端位置的方法。
根据实现以上目的的本发明的一方面，提供了一种在无线LAN中使用NTP(网络时间协议)服务器的AGPS系统，包括：终端，通过使用无线LAN功能发送AGPS数据请求消息和时间信息请求消息并且基于接收的响应所述消息的AGPS数据和时间信息确定其当前位置；接入点，分析从终端接收的消息，根据分析结果将所述消息传送到相应的服务器并且将从该服务器接收的消息传送到终端；位置确定实体，响应从接入点接收的AGPS数据请求消息而产生AGPS数据，并且将该产生的AGPS数据提供给接入点；和NTP服务器，响应从接入点接收的时间信息请求消息而产生时间信息，并且将该产生的时间信息提供给接入点。
根据本发明的另一方面，提供了一种在无线LAN中确定使用NTP(网络时间协议)服务器的AGPS系统中的移动终端的位置的方法，包括：当终端产生AGPS数据请求消息和时间信息请求消息以使用基于位置的服务时，将产生的消息发送到接入点；当接入点从终端接收所述消息时，分析该接收的消息，并且根据分析结果将各消息传送到位置确定实体和NTP服务器；将分别从位置确定实体和NTP服务器接收的响应消息传送到终端；并基于从接入点接收的响应消息确定终端的位置。
                          附图说明
通过以下结合附图进行的详细描述，本发明的以上和其他目的、特征和优点将会变得清楚，其中：
图1表示在使用无线LAN的传统的系统中的一般网络和数据通信；
图2表示NTP(网络时间协议)消息格式；
图3是根据本发明实施例的在无线LAN中使用NTP服务器的AGPS系统的方框图；
图4是根据本发明实施例的具有无线LAN功能的AGPS终端的方框图；
图5表示根据本发明实施例的在终端、接入点和位置确定实体之间交换的数据的格式；
图6A和图6B表示根据本发明实施例的在终端、接入点和NTP服务器之间交换的数据的格式；和
图7是表示根据本发明实施例的在使用NTP服务器的AGPS系统中信号处理的流程图。
                        具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。在附图中，相同的元件，尽管在不同的图中被描述，也将由相同的标号和字符标明。另外，在本发明的以下描述中，当其可造成本发明的主题不清晰时，合并到此的已知功能和构造的详细描述将被省略。
本发明提供了一种基于从PDE(位置确定实体)接收的AGPS数据和从NTP(网络时间协议)服务器接收的同步时间信息在AGPS系统中确定移动终端位置的方法。
NTP是一种广泛地用于在经过网络被连接的网络元件(“NE”)上使时钟同步的协议。作为一种互联网标准，取决于同步技术和网络流量NTP提供1到50ms的时间精确度。被指定作为时间服务器，即NTP服务器的网络元件配置有接收器。在每一联网到NTP服务器的终端上的本地时钟可使用例如NTP的协议来被同步，所述NTP协议消除了在所有终端中安装接收器的需求。
NTP消息最好如图2所示被构造。因为相同的NTP消息格式被客户机和服务器使用，所以协议模式被分类以识别NTP服务器和NTP客户机。
NTP格式包括以下字段：“根时延”指示到基准参考NTP服务器的总往返延迟；“根离散”，指示相对于基准参考NTP服务器的正常误差；“参考时间戳”，指定本地时钟最近被设定或校正的本地时间；“原始时间戳”，指定请求离开客户机前往服务器的本地时间；“接受时间戳”，指定请求到达服务器的本地时间；“传送时间戳”，指定答复离开服务器前往客户机的本地时间。NTP消息包括关于时间和延迟因数的信息。因为NTP客户机和NTP服务器记录并发送其时钟的状态，所以延迟可在发送之后过去的时间的基础上被估算。
如果NTP和时间服务器被使用，那么即使在使用无线LAN技术访问网络的系统中同步时间信息也可被获得。
图3是根据本发明实施例的在无线LAN中使用NTP服务器的AGPS系统的方框图。该AGPS系统将参照图3被详细地解释。
AGPS系统包括终端200、接入点(“AP”)210和包括NTP服务器220和位置确定实体230的网络240。
终端200可以是例如移动电话、PDA或笔记本计算机的移动装置。在使用无线LAN的AGPS系统中，通过使用无线LAN技术终端200接入网络240。在该连接中，接入点210被用作将终端200连接到网络240的网桥。接入点210使在终端200与包括在网络240中的位置确定实体230和NTP服务器220之间的数据通信能够实现。
当用户在终端200上输入位置服务的请求时，终端200产生关于它的位置的AGPS数据请求消息并且将产生的消息发送到位置确定实体230。具体地讲，终端200通过接入点210接入网络240以将AGPS数据请求消息发送到位置确定实体230。
位置确定实体230从终端200经过接入点210接收AGPS数据请求消息。响应该消息，位置确定实体230产生请求的AGPS数据。该AGPS数据包括卫星星历数据、当前GPS时间、GPS运行信息和具有终端200的用户的大致位置。位置确定实体230将AGPS数据发送到接入点210，接入点210然后将该接收的AGPS数据传送到终端200。
当用户输入位置服务的请求时，终端200还产生时间信息请求消息以获得同步时间信息，以及产生AGPS数据请求消息。在将AGPS数据请求消息发送到位置确定实体230的同时，终端200将时间信息请求消息发送到NTP服务器220。所述两个消息通过接入点210被发送到NTP服务器220和位置确定实体230。
当接收时间信息请求消息时，通过使用无线LAN技术NTP服务器220通过接入点210将请求的时间信息发送到终端200。
如上所述，通过使用无线LAN技术终端200从位置确定实体230接收AGPS数据并且从NTP服务器220接收时间信息。基于该AGPS数据和该时间信息终端200在短时间内确定其初始位置。随着直到GPS接收器计算导航解等待的时间的减少，GPS接收器的初始化时间被急剧减少。结果，通过使用接收的GPS数据终端200可加速其初始位置的确定。
在下文中，具有无线LAN功能的终端200的操作将被详细地解释。图4是根据本发明实施例的具有无线LAN功能的AGPS终端的方框图。参照图4，终端200包括处理器410、通信单元420和AGPS单元430。
通信单元420实现无线LAN功能，该无线LAN功能使通过接入点210到网络240的接入能够实现以共享网络资源。在处理器410的控制下通信单元420将从位置确定实体230接收AGPS数据和从NTP服务器220接收时间信息发送到AGPS单元430。
处理器410控制通过使用GPS信号计算终端200的初始位置的操作。
通过使用从通信单元420接收的AGPS数据和时间信息AGPS单元430执行从GPS卫星精确地接收GPS信号。AGPS单元430与将AGPS数据请求消息发送到位置确定实体230和将时间信息请求消息发送到NTP服务器220有关。当接收请求的AGPS数据和时间信息时AGPS单元430检测初始的GPS位置，并且通过使用GPS信号计算终端200的当前位置。
因为在无线LAN中的AGPS系统中终端200使用从位置确定实体230接收的AGPS数据和从NTP服务器220接收的时间信息，所以终端200可快速地计算其当前位置，急剧地减少GPS初始化时间。
在下文中，在无线LAN中的AGPS系统中在终端200和位置确定实体230之间交换的数据的格式将参照图5被详细地解释。在根据本发明实施例的AGPS系统中，终端200、接入点220和位置确定实体230最好都交换图5中所示的格式的数据。
所述数据格式包括协议ID字段500、实时数据大小字段510和实时数据字段520。协议ID是协议信息，该协议信息被预先确定为用于通过接入点210从终端200将指定数据发送到位置确定实体230或者通过接入点210从位置确定实体230将指定数据发送到终端200。因为在终端200、接入点210和位置确定实体230之间交换的数据是AGPS数据，所以协议ID字段500指定用于AGPS数据通信的协议。当通过接入点210终端200将AGPS数据请求消息发送到位置确定实体230时，指示该消息是用于AGPS数据请求的信息被包含在协议ID字段500中。另一方面，当通过接入点210位置确定实体230将AGPS数据发送到终端200时，指示AGPS数据正在被发送的信息被包含在协议ID字段500中。
实时数据大小字段510指定从终端200通过接入点210将被发送到位置确定实体230的数据的大小，或指定从位置确定实体230通过接入点210将被发送到终端200的数据的大小。实时数据字段520包含从终端200通过接入点210将被发送到位置确定实体230的实时数据，或包含从位置确定实体230通过接入点210将被发送到终端200的实时数据。
如上所述，可从协议ID字段500识别用于在终端200和位置确定实体230之间AGPS数据通信的协议。当终端200获得具有在实时数据大小字段510中指定大小的实时AGPS数据时，通过GPS终端200使用用于初始位置确定的该AGPS数据。从网络240的位置确定实体230提供的AGPS数据包括卫星星历数据、当前GPS时间、GPS运行信息和具有终端200的用户的大致位置。为了更好的理解实时AGPS数据，IS-801美国电信工业协会/电子工业协会(TIA/EIA)(2001.2)标准可被参考。
在下文中，在无线LAN中的AGPS系统中在终端200和NTP服务器220之间交换的数据的格式将参照图6被详细地解释。在根据本发明的实施例的AGPS系统中，终端200、接入点220和NTP服务器220最好都交换图6中所示格式的数据。
图6A表示从终端200通过接入点210发送到NTP服务器220的时间信息请求消息的格式。图6B表示响应该时间信息请求消息从NTP服务器220通过接入点210发送到终端200的响应消息的格式。
当用户输入位置服务的请求时，在通过接入点210将AGPS数据请求消息发送到位置确定实体230之后，终端200通过接入点210将时间信息请求消息发送到NTP服务器220。换句话说，终端200产生时间信息请求消息以获得从NTP服务器200提供的时间信息。该消息具有这样的格式，该格式包括：指定消息作为纯粹请求(mere request)的协议ID字段600、不包含实时数据的未定义字段620和指定实时数据大小是0的数据大小字段610。
从协议ID字段600，NTP服务器220识别接收的消息是时间信息的请求。然后NTP服务器220将包括时间信息并具有图6B中所示格式的响应消息发送到终端200。
参照图6B，该响应消息格式包括协议ID字段630、实时数据大小字段640、周的时间(“TOW”)字段650和周数字段660。
TOW字段650包含以原子秒为单位的高度精确的UTC(世界协调时间)。TOW字段650指定从星期日00:00:00h UTC的以秒为单位的时间。周数字段660包含Z-计数，其是表示基本的GPS时间单元的29比特二进制数。10个最高有效位表示GPS周数。GPS周指的是自1980年1月6日开始的那一周以来过去的周的数量。周数在GPS时间中的星期六/星期日午夜加1。响应消息中的实时数据大小字段640指定TOW字段650和周数字段660的总的大小。
根据本发明的NTP客户机，即终端200，将时间信息请求消息发送到NTP服务器220以接收精确的当前时间。在交换请求和响应消息之后，终端200可计算相对于服务器的链接延迟和时钟偏差，从而调整其时钟与服务器时钟同步。
使用NTP服务器的AGPS系统和在AGPS系统中确定终端位置的方法已经参照图3到图7进行了解释。关于位置确定，AGPS系统中的信号处理将参照图7的流程图被详细地解释。
当用户输入位置服务的请求时，在步骤S700中，终端200将具有图5中所示格式的AGPS数据请求消息发送到接入点210。在步骤S705中，接入点210然后将接收的消息传送到位置确定实体230。更具体地讲，接入点210根据包括在消息格式中的协议ID识别从终端200接收的消息是AGPS数据的请求。然后接入点210将AGPS数据请求消息传送到位置确定实体230。
位置确定实体230分析通过接入点210接收的AGPS数据请求消息。作为分析的结果，位置确定实体230识别从终端200发送的请求AGPS数据的消息。因此，在步骤S710中，位置确定实体230产生响应该请求消息的AGPS数据，并且进入步骤S715以通过使用无线LAN技术将产生的AGPS数据发送到接入点210。在步骤S720中，接入点210然后将从位置确定实体230接收的该AGPS数据传送到终端200。
除了AGPS数据请求消息之外，终端200产生时间信息请求消息以获得计算其位置所需的时间信息，并且在步骤S725中，通过使用无线LAN技术终端200将时间信息请求消息发送到接入点210。该时间信息请求消息具有如图6A所示的格式。在步骤S730中，接入点210将从终端200接收的时间信息请求消息传送到NTP服务器220。
NTP服务器220分析通过接入点210接收的消息。当识别该消息是精确的当前时间的交换的请求时，在步骤S740中，NTP服务器220产生具有图6B的格式的请求的时间信息的响应消息。在步骤S745中，NTP服务器220将该响应消息发送到接入点210。在步骤S750中，接入点210将从NTP服务器接收的该响应消息传送到终端200。在步骤S760中，基于从位置确定实体230接收的AGPS数据和从NTP服务器220接收的时间信息终端200通过GPS计算其当前位置。
换句话说，当通过以上解释的过程接收AGPS数据和时间信息时，终端200精确并快速地检测初始GPS位置，从而计算其当前位置。
辅助GPS技术被应用于提供基于GPS的位置服务的系统，从而极大地减少了等待GPS接收器计算导航解并确定当前位置的时间。AGPS系统也可解决例如当在长时间的弱信号环境中GPS导航解不被计算时可能引起的路线偏移和地图匹配误差等问题。
根据本发明的实施例，即使在不提供与网络同步的精确时间的系统中，通过无线LAN功能接入网络的移动终端也能使用NTP服务器来获得同步时间信息。因此，当NTP服务器被使用时，通过有效地利用无线LANAGPS系统能在无线LAN中被实现。
虽然为说明的目本发明的优选实施例已经被描述，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离如所附权利要求公开的本发明的精神和范围极其等同物的全部范围的情况下，可进行各种修改，添加和替换。

Claims (18)

1、一种在无线LAN中使用网络时间协议服务器的辅助全球定位系统，包括：
终端，通过使用无线LAN功能发送辅助全球定位系统数据请求消息和时间信息请求消息，并且基于接收的响应所述请求消息的辅助全球定位系统数据和时间信息确定其当前位置；
接入点，分析从终端接收的消息，根据分析结果将所述消息传送到相应的服务器并且将从该服务器接收的消息传送到终端；
位置确定实体，响应从接入点接收的辅助全球定位系统数据请求消息而产生辅助全球定位系统数据，并且将该产生的辅助全球定位系统数据提供给接入点；和
网络时间协议服务器，响应从接入点接收的时间信息请求消息而产生时间信息，并且将该产生的时间信息提供给接入点。
2、如权利要求1所述的辅助全球定位系统，其中，所述接入点将从终端接收的辅助全球定位系统数据请求消息传送到位置确定实体，并且将从终端接收的时间信息请求消息传送到网络时间协议服务器。
3、如权利要求1所述的辅助全球定位系统，其中，所述辅助全球定位系统数据请求消息具有如下格式，该格式包括：指定辅助全球定位系统数据请求消息作为辅助全球定位系统数据的请求的协议ID字段，实时数据消息字段，以及指定实时数据消息大小的实时数据大小字段。
4、如权利要求1所述的辅助全球定位系统，其中，从位置确定实体提供的所述辅助全球定位系统数据具有如下格式，该格式包括：指定辅助全球定位系统数据作为响应辅助全球定位系统数据请求消息的协议ID字段，实时数据消息字段，以及指定实时数据消息大小的实时数据大小字段。
5、如权利要求1所述的辅助全球定位系统，其中，所述时间信息请求消息具有如下格式，该格式包括：指定时间信息请求消息作为时间信息的请求的协议ID字段，未定义字段，以及指定该未定义字段大小的实时数据大小字段。
6、如权利要求1所述的辅助全球定位系统，其中，所述时间信息具有如下格式，该格式包括：指定时间信息作为来自于网络时间协议服务器的同步时间信息的协议ID字段，包含世界协调时间的周的时间字段，包含10比特表示GPS周数的周数字段，以及指定周的时间字段和周数字段总大小的实时数据大小字段。
7、如权利要求6所述的辅助全球定位系统，其中，所述周的时间字段指定从星期日的以秒为单位的时间，并且所述周数字段包含表示基本的GPS时间单元的29比特二进制数的Z-计数以及在其中10个最高有效位表示GPS周数。
8、如权利要求3所述的辅助全球定位系统，其中，所述接入点分析接收的消息的协议ID字段并且根据分析的结果将该接收的消息发送到相应的服务器或终端。
9、如权利要求4所述的辅助全球定位系统，其中，所述接入点分析接收的消息的协议ID字段并且根据分析的结果将该接收的消息发送到相应的服务器或终端。
10、如权利要求5所述的辅助全球定位系统，其中，所述接入点分析接收的消息的协议ID字段并且根据分析的结果将该接收的消息发送到相应的服务器或终端。
11、如权利要求6所述的辅助全球定位系统，其中，所述接入点分析接收的消息的协议ID字段并且根据分析的结果将该接收的消息发送到相应的服务器或终端。
12、如权利要求1所述的辅助全球定位系统，其中，所述终端包括：
通信单元，实现无线LAN功能；
辅助全球定位系统单元，基于从所述通信单元传送的辅助全球定位系统数据和时间信息检测初始GPS位置，并且通过使用GPS信号计算所述终端的当前位置；和
处理器，将从接入点接收的辅助全球定位系统数据和时间信息传送到所述辅助全球定位系统单元，并且控制通过使用GPS信号计算所述终端的初始位置所需的操作。
13、一种在无线LAN中确定在使用网络时间协议服务器的辅助全球定位系统中的移动终端的位置的方法，包括：
当终端产生辅助全球定位系统数据请求消息和时间信息请求消息以使用基于位置的服务时，将产生的消息发送到接入点；
当接入点从终端接收消息时，分析所述接收的消息，并且根据分析结果将各消息传送到位置确定实体和网络时间协议服务器；
将从位置确定实体和网络时间协议服务器接收的响应消息传送到终端；和
基于所述响应消息确定终端的位置。
14、如权利要求13所述的方法，其中，所述辅助全球定位系统数据请求消息具有如下格式，该格式包括：指定辅助全球定位系统数据请求消息作为辅助全球定位系统数据的请求的协议ID字段，实时数据消息字段，以及指定实时数据消息大小的实时数据大小字段。
15、如权利要求13所述的方法，其中，所述时间信息请求消息具有如下格式，该格式包括：指定时间信息请求消息作为时间信息的请求的协议ID字段，未定义字段，以及指定该未定义字段大小的实时数据大小字段。
16、如权利要求14所述的方法，其中，所述分析接收的消息和传送各消息的步骤包括：
分析从终端接收的消息的协议ID字段；
当所述接收的消息被识别为辅助全球定位系统数据的请求而作为协议ID分析的结果时，将所述消息传送到位置确定实体；和
当所述接收的消息被识别为时间信息的请求而作为协议ID分析的结果时，将所述消息传送到网络时间协议服务器。
17、如权利要求15所述的方法，其中，所述分析接收的消息和传送各消息的步骤包括：
分析从终端接收的消息的协议ID字段；
当所述接收的消息被识别为辅助全球定位系统数据的请求而作为协议ID分析的结果时，将所述消息传送到位置确定实体；和
当所述接收的消息被识别为时间信息的请求而作为协议ID分析的结果时，将所述消息传送到网络时间协议服务器。
18、如权利要求13所述的方法，其中，所述响应消息是响应通过接入点接收的请求消息的包含从网络时间协议服务器提供的同步时间信息的消息和包含从位置确定实体提供的辅助全球定位系统数据的消息。
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