專利名稱：向無線通信設(shè)備傳播控制信息的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于向無線通信設(shè)備傳播控制信息的方法和系統(tǒng)，用以例如協(xié)調(diào)多個(gè)這種設(shè)備對有限無線頻譜資源的使用。
背景技術(shù)：
二十一世紀(jì)初期已經(jīng)看到對越來越多如下無線技術(shù)的開發(fā)和利用，所述無線技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)到諸如膝上型電腦、個(gè)人數(shù)字助理和移動(dòng)電話之類的移動(dòng)通信設(shè)備的短距離高速數(shù)據(jù)傳送。已經(jīng)為這些技術(shù)建立了各種標(biāo)準(zhǔn)，其中包括所謂的藍(lán)牙以及也被稱為WiFi的IEEE 802.11標(biāo)準(zhǔn)族。在許多國家的大量站點(diǎn)都已經(jīng)安裝了根據(jù)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作的工作臺(被稱為熱點(diǎn)(hotspot))，以便為這些工作臺附近的用戶提供到諸如因特網(wǎng)之類資源的無線接入。為了便于大量用戶對系統(tǒng)的使用，802.11采用了頻率分集，即每個(gè)基站(原則上)在14個(gè)不同的預(yù)定頻率信道中的任意一個(gè)信道上進(jìn)行操作。
隨著WiFi的逐步流行以及公共熱點(diǎn)的廣泛采用，給802.11類型的聯(lián)網(wǎng)分配附加頻帶和信道將存在越來越大的壓力。即使最終引入了第三代(3G)移動(dòng)電話，也不太可能壓制這種需求。利用這種電話所能夠獲得的數(shù)據(jù)速率仍然相對較低，因此將非?？赡懿捎没旌系慕鉀Q方案。這些解決方案將在熱點(diǎn)的范圍內(nèi)使用高速的802.11連接，并且在其它地方使用低速的3G網(wǎng)絡(luò)。通過添加附加的接入點(diǎn)以及使小區(qū)(cell)的尺寸更小(降低基站的發(fā)射功率)，可以在短期內(nèi)緩解由流行熱點(diǎn)內(nèi)的用戶訪問所引起的競爭(contention)。但是，這些解決方案可以應(yīng)用的廣度有限制，否則會(huì)損害WiFi的一些商業(yè)優(yōu)點(diǎn)。用于減輕競爭的長期策略原則上應(yīng)該是為這些服務(wù)分配更多信道，其中每個(gè)接入點(diǎn)支持多個(gè)信道。
在為WiFi服務(wù)分配更多頻帶過程中的限制因素之一是世界上對現(xiàn)有的已定義信道的不同使用。例如在802.11b的情況下，當(dāng)前存在在2.412GHz和2.483GHz之間的14條已定義信道。在北美，可以合法地使用信道1到11。在歐洲，除了西班牙和法國之外，信道12和13也是可獲得的，在西班牙，用戶只可以訪問信道10和11，而在法國，允許使用信道10、11、12和13。最后，在日本，只有信道14是可獲得的。當(dāng)WiFi的很多用戶移動(dòng)穿過國界時(shí)，這樣的限制尤其麻煩。在國家間漫游的用戶需要了解當(dāng)?shù)氐南拗?。?dāng)以基礎(chǔ)設(shè)施的模式使用設(shè)備時(shí)，這個(gè)問題不那么嚴(yán)重，這是因?yàn)榻尤朦c(diǎn)通常不是移動(dòng)的，并且將被配置成不違反當(dāng)?shù)氐南拗?。?dāng)設(shè)備使用ad-hoc模式進(jìn)行通信時(shí)，這個(gè)問題則變得更加嚴(yán)重。
大多數(shù)國家在其無線頻譜的使用中，都具有間隙(gap)或孔(hole)，即未用的頻帶，或者在其上可以容易地移動(dòng)現(xiàn)任用戶的頻帶。但是在很多情況下，一個(gè)國家中的間隙由于其它目的而在其它地方被使用。因此，在國際間協(xié)調(diào)頻帶的發(fā)布和重分類是一個(gè)耗時(shí)的過程。很明顯，在每個(gè)國家的基礎(chǔ)上分配附加頻帶是比較容易的，但是這樣會(huì)增大制造成本和混亂性。聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的新近提議(2002年11月的OPP工作底稿38中，由E.Kwerel和J.Williams所提出的“A proposal fora rapid transition to market allocation of spectrum”’)將可能在短期內(nèi)使這種狀況更加復(fù)雜。在美國，允許將WiFi擴(kuò)展到很多頻帶，這將與世界上其余地區(qū)的其它使用發(fā)生沖突。于是，當(dāng)漫游用戶在美國之外嘗試使用打算供給美國市場的美國無線移動(dòng)設(shè)備時(shí)，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的問題。
即使在一個(gè)國家內(nèi)部，也可能存在很多不必要的限制。例如，在辦公樓內(nèi)，以低功率將航海用無線電或業(yè)余無線電頻帶用于802.11類型通信是可行的，不會(huì)導(dǎo)致對合法用戶的干擾。但是，由于當(dāng)前還不存在可靠的機(jī)制，以用于在將設(shè)備移出建筑時(shí)避免使用這些頻帶，因此監(jiān)管機(jī)構(gòu)自然會(huì)選擇小心的做法，并且完全不允許任何這樣的使用。
在過去，單獨(dú)的WiFi設(shè)備被限制在很少的頻帶選擇，通常是一個(gè)。現(xiàn)在，即使能夠在802.11a和802.11b兩個(gè)頻率上進(jìn)行操作的雙頻帶卡也是相對較少的。因此，允許在很多不同的頻帶中使用幾百個(gè)信道的可能性主要還是在理論上。但是，當(dāng)前在軟件定義的無線電上的工作以及諸如SiRiFIC無線公司所開發(fā)的多標(biāo)準(zhǔn)收發(fā)機(jī)之類設(shè)備上的工作可以使這種設(shè)備的采用更加可行。
一種利用頻譜孔的方法是使用自適應(yīng)技術(shù)(例如Motorola在2002年10月提交給FCC的“The exploitation of‘spectrum holes’to enhancespectrum efficiency”)。想要進(jìn)行802.11傳輸?shù)脑O(shè)備對特定頻帶中的信號進(jìn)行監(jiān)聽；如果在一定時(shí)段內(nèi)沒有監(jiān)聽到流量，或者設(shè)備檢測到該頻帶已經(jīng)被用于802.11通信，則該設(shè)備將這種情況看作允許其自身使用該頻帶的默許。這樣的技術(shù)具廣泛分布的優(yōu)點(diǎn)，但是也具有一些明顯的缺點(diǎn)。例如，考慮圖1所示出的情況，其中設(shè)備A試圖檢測可能的頻譜孔。設(shè)備A在設(shè)備C的范圍之外，因此它無法意識到設(shè)備C正在特定的頻帶上向設(shè)備B傳送數(shù)據(jù)。如果A(錯(cuò)誤地)得出該頻率未被使用的結(jié)論，并且在其上開始傳送，那么設(shè)備B和設(shè)備A之間的通信會(huì)被干擾。這就是公知的隱藏設(shè)備或者隱藏節(jié)點(diǎn)問題。
端對端的聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以對緩解這些問題起到一些作用。如果鄰近的設(shè)備交換有關(guān)它們的可能頻譜孔的知識，則設(shè)備能夠?qū)@種孔的地理廣度建立較好的印象。如果該廣度比想要使用該孔的設(shè)備的傳輸范圍大得多，則可以更自信地認(rèn)為不存在與該設(shè)備的使用相關(guān)聯(lián)的隱藏設(shè)備問題。當(dāng)然，這種方法仍舊不保險(xiǎn)，被間斷使用的頻帶仍然可能被錯(cuò)誤的診斷為孔。此外，當(dāng)正式用戶開始在頻帶上進(jìn)行傳輸時(shí)，在沒有比WiFi設(shè)備更多權(quán)利或優(yōu)先級來使用頻帶的情況下，無法容易地將這種使用與其它未經(jīng)許可用戶區(qū)分開來。因此，在檢測到其它的傳輸時(shí)，這些設(shè)備應(yīng)該在什么情況下停止使用這樣的頻帶呢？自適應(yīng)技術(shù)難以對設(shè)備將在何時(shí)、何地以及以何種功率電平使用特定的信道給出任何保證。如果監(jiān)管機(jī)構(gòu)不得不依賴于這種技術(shù)，則他們將不太可能輕松地面對頻譜的大范圍自由度。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置而向該設(shè)備傳播控制信息以協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用的方法，該方法包括
建立數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫根據(jù)想要使用無線頻譜的設(shè)備的地理位置來指定使用所述無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及將根據(jù)無線通信設(shè)備的當(dāng)前地理位置而從所述數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息提供給該設(shè)備，所述信息指示出該設(shè)備在這個(gè)位置上使用所述無線頻譜資源所需的特定參數(shù)值。
本發(fā)明使基于地理位置來選擇信道的自動(dòng)機(jī)制成為可能。通過在相對細(xì)粒度的地理區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)信道使用的自動(dòng)限制，從而使其它難點(diǎn)技術(shù)的使用更加便利，所述難點(diǎn)技術(shù)例如是在建筑內(nèi)，在通常為其它服務(wù)所保留的頻帶中進(jìn)行WiFi傳輸。特別地，本發(fā)明可以用來確保設(shè)備僅僅使用適合于其當(dāng)前位置的一組適當(dāng)?shù)念l率、功率電平和調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)。
在本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方式中，無線通信設(shè)備被動(dòng)地從將信息廣播到其附近設(shè)備的通信臺接收從數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息，所述信息是根據(jù)通信臺的地理位置而從數(shù)據(jù)庫中選擇出來的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種頻率服務(wù)器，該頻率服務(wù)器用于根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置來傳播控制信息，從而協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用，所述頻率服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫根據(jù)想要使用無線頻譜的設(shè)備的地理位置來指定使用所述無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及通信鏈路，該通信鏈路用于接收設(shè)備的地理位置的指示，并且用于提供根據(jù)這個(gè)地理位置的指示而從數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息，所述信息指示出在這個(gè)位置上使用所述無線頻譜資源所需的相應(yīng)參數(shù)值。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種通信臺，該通信臺用于根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置而向該設(shè)備傳播控制信息，從而協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用，所述通信臺包括通信鏈路，用于接收根據(jù)所述通信臺的地理位置而從數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息，所述信息指示出在這個(gè)位置上使用無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及無線廣播裝置，用于將所述信息廣播到通信臺附近的無線通信設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置來控制該設(shè)備的操作以協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用的方法，該方法包括在無線通信設(shè)備中接收根據(jù)該設(shè)備的當(dāng)前地理位置而從數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息，所述信息指示出該設(shè)備在這個(gè)位置上使用無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及根據(jù)接收到的信息來控制無線通信設(shè)備的操作。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于提供經(jīng)驗(yàn)證的位置信息的設(shè)備，該設(shè)備包括數(shù)據(jù)貯存器，用于存儲定義了設(shè)備的地理位置的位置信息；驗(yàn)證模塊，用于提供位置信息的來源的安全驗(yàn)證；以及運(yùn)動(dòng)檢測器，用于檢測所述設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，并且在檢測到這種運(yùn)動(dòng)的情況下禁止從數(shù)據(jù)貯存器中獲取位置信息。


現(xiàn)在將參考附圖，以實(shí)施例的方式描述根據(jù)本發(fā)明的用于向無線通信設(shè)備傳播控制信息的方法和裝置，在附圖中圖1示出了所謂的隱藏節(jié)點(diǎn)問題；圖2是頻率服務(wù)器的示意框圖；圖3是示出了頻率服務(wù)器的主要操作過程的流程圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的頻率服務(wù)器以及用于向無線通信設(shè)備傳播控制信息的信標(biāo)臺(beacon station)；圖5是頻率信標(biāo)臺的示意框圖；圖6是示出了頻率信標(biāo)的主要操作過程的流程圖；圖7是示出了考慮確定用于固定功率操作的信標(biāo)小區(qū)尺寸的示意圖；圖8是示出了考慮確定用于可變功率操作的信標(biāo)小區(qū)尺寸的示意圖；以及圖9和10是示出了移動(dòng)設(shè)備正在建立與WiFi接入點(diǎn)的聯(lián)系時(shí)可能存在的不同情況的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明在一個(gè)實(shí)施方式中提供了一種構(gòu)架，該構(gòu)架用于自動(dòng)控制諸如802.11接入點(diǎn)、膝上型電腦和個(gè)人數(shù)字助理之類的無線通信設(shè)備所使用的頻率、功率電平和調(diào)制方案。其操作中的一些方面可以與因特網(wǎng)工程任務(wù)組(IETF)的注釋請求(RFC)1034和RFC 1035中所描述的因特網(wǎng)域名服務(wù)(DNS)相比較，并且與RFC 2131中所描述的動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議(DHCP)相比較，但是本發(fā)明提供了這些系統(tǒng)中的任一個(gè)都沒有慮及的服務(wù)，因此本發(fā)明還包括附加功能。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式包括由監(jiān)管機(jī)構(gòu)或類似機(jī)構(gòu)建立“頻率服務(wù)器”，這與根域名服務(wù)器相類似。所述頻率服務(wù)器提供了下列服務(wù)將某區(qū)域內(nèi)的任意地理位置的坐標(biāo)提供給服務(wù)器，該服務(wù)器確定和提供在指定位置處諸如WiFi的特定服務(wù)被允許使用的頻帶、功率電平和/或調(diào)制方案的細(xì)節(jié)，其中所述區(qū)域是服務(wù)器為其保存信息的區(qū)域。圖2示出了頻率服務(wù)器10的主要組件其操作由處理器12來協(xié)調(diào)，所述處理器12根據(jù)存儲器14中所存儲的軟件程序指令進(jìn)行操作，從而使用數(shù)據(jù)庫16對信道使用數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和獲取。處理器12經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口20在諸如因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)18上進(jìn)行通信，從而接收來自經(jīng)驗(yàn)證源的信道使用數(shù)據(jù)，以用于存儲在數(shù)據(jù)庫16中。它還使用圖3所示的過程(下文將描述)而根據(jù)地理位置經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)18來接收對信道使用數(shù)據(jù)的詢問，并且響應(yīng)于對信道使用數(shù)據(jù)的詢問。
最初，頻率服務(wù)器10可以以一種統(tǒng)一的方式對待其服務(wù)的整個(gè)區(qū)域，例如提供已經(jīng)被授權(quán)由WiFi服務(wù)使用的現(xiàn)有(多個(gè))802.11b信道的細(xì)節(jié)。但是隨著時(shí)間的過去，利用更多具體區(qū)域的選項(xiàng)可以使數(shù)據(jù)庫16中的數(shù)據(jù)向下擴(kuò)展到諸如各個(gè)辦公大樓的任意粒度等級。設(shè)想基于用戶的需求來添加這些擴(kuò)展。公司以及其它大用戶將能夠申請通過付費(fèi)而使其所在地得到審查，以識別可以在其工作臺上安全使用的附加信道。作為回報(bào)，他們將能夠在其所在地的地理限制之內(nèi)使用更寬范圍的信道，并且因此擁有更大帶寬。頻率服務(wù)器的層次結(jié)構(gòu)可以這樣構(gòu)建，即根服務(wù)器包含了用于整個(gè)區(qū)域的缺省設(shè)置，并且本地服務(wù)器提供了基于本地知識的更多專門擴(kuò)展和限制。
可以經(jīng)由因特網(wǎng)將某地理位置處的信道使用數(shù)據(jù)的細(xì)節(jié)請求發(fā)送到頻率服務(wù)器10，該請求例如可以在指定該位置的TCP或UDP消息中被發(fā)送。參考圖3，當(dāng)頻率服務(wù)器10如步驟22所示接收到這樣的請求時(shí)，該服務(wù)器在步驟24處使用所指定的位置作為搜索關(guān)鍵字對數(shù)據(jù)庫16進(jìn)行詢問。在步驟26處，服務(wù)器確定數(shù)據(jù)庫16是否包含了所請求的數(shù)據(jù)。如果例如因?yàn)樵撐恢迷诜?wù)器的覆蓋區(qū)域之外而使數(shù)據(jù)庫16不包含所請求數(shù)據(jù)，則服務(wù)器在步驟28處將該請求提交到較高層次的另一頻率服務(wù)器。否則，在步驟30處，服務(wù)器則再次經(jīng)由其因特網(wǎng)連接而將所請求的信息返回給請求者。
希望在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行操作的無線設(shè)備需要在其建立與附近的其他無線設(shè)備的聯(lián)系之前能夠確定可以使用哪些信道。當(dāng)無線設(shè)備嘗試著進(jìn)行其第一次通信時(shí)，它們通常從DHCP服務(wù)器獲得臨時(shí)的因特網(wǎng)協(xié)議(IP)地址。因此，原則上可以使用對DHCP的擴(kuò)展來分派信道使用信息。如果DHCP服務(wù)器知道其位置，它就可以從頻率服務(wù)器獲得與該位置相關(guān)的信道使用信息。對DHCP的擴(kuò)展可以定義一個(gè)選項(xiàng)，在DHCP服務(wù)器為無線設(shè)備提供IP地址時(shí)，該選項(xiàng)將所述信道使用信息提供給該設(shè)備。不幸的是，目前在IP子網(wǎng)與其地理位置之間還不存在可靠而精確的相關(guān)性。為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)方式還包括使用用于傳播信道使用信息的工作臺，這里將所述用于傳播信道使用信息的工作臺稱為頻率“信標(biāo)”。
在本說明書的上下文中，如圖4中的示意圖(不是按比例繪制的)所示，信標(biāo)是一個(gè)發(fā)射機(jī)，它具有已知的并且可靠的地理位置，并且可以例如經(jīng)由因特網(wǎng)與頻率服務(wù)器10進(jìn)行通信。圖5示出了信標(biāo)32的主要組件。參考圖5，信標(biāo)的操作由處理器34所協(xié)調(diào)，從而經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)接口38在網(wǎng)絡(luò)18上與頻率服務(wù)器10進(jìn)行通信，所述處理器34根據(jù)存儲器36中所存儲的軟件程序指令進(jìn)行操作。信標(biāo)32向服務(wù)器10發(fā)送周期性的請求，以請求獲取信標(biāo)位置的信道使用數(shù)據(jù)，所述信標(biāo)位置在信標(biāo)內(nèi)的安全貯存器40中指定。作為響應(yīng)而接收到的使用數(shù)據(jù)被保存在存儲器36中，并且經(jīng)由RF放大器42和天線44被周期性地廣播出去。
信標(biāo)可以具有全球定位系統(tǒng)(GPS)接收機(jī)以確定其位置，所述GPS接收機(jī)被建立在安全貯存器40中。但是，信標(biāo)可能被安置在無法獲得GPS信號的地方，例如在建筑內(nèi)。在這種情況下的一種替代方法是在安全貯存器40中將位置信息硬連線(hardwire)在信標(biāo)中。在這兩種情況下，都要使用密碼簽名，以確保能夠檢測到任何未經(jīng)授權(quán)的改變位置信息的嘗試。例如，在硬連線位置的情況下，檢察員可以證實(shí)安全貯存器40中所記錄的位置是正確的，并且將數(shù)字證書下載到貯存器中以驗(yàn)證這個(gè)事實(shí)；貯存器包括了防篡改機(jī)制，如果信標(biāo)移動(dòng)，則該機(jī)制使數(shù)字證書無效。
圖6略述了每個(gè)信標(biāo)32所實(shí)現(xiàn)的過程。參考圖6，信標(biāo)在步驟46處更新計(jì)時(shí)器(可能以軟件來實(shí)現(xiàn))，并且在步驟48處檢查是否已經(jīng)到了詢問相關(guān)聯(lián)的頻率服務(wù)器10的時(shí)間，以在步驟50處確定信標(biāo)附近的當(dāng)前頻帶方針。正如DHCP租用那樣，這樣的信息具有有限時(shí)間段的有效性，從而確保了信標(biāo)不能無限期地緩存該信息。信標(biāo)和頻率服務(wù)器使用已知的驗(yàn)證協(xié)議來彼此驗(yàn)證，以確保由服務(wù)器所返回的信息是真實(shí)的。在步驟52處，信標(biāo)還檢查是否已經(jīng)到了將信息周期性地傳輸?shù)狡淇刂葡碌乃袩o線設(shè)備的時(shí)間，并且在步驟54處廣播該信息。之后，過程返回到步驟46。信標(biāo)32的范圍內(nèi)的所有接入點(diǎn)和移動(dòng)設(shè)備都被允許使用信標(biāo)所識別的信道中的任意信道。
在信標(biāo)的數(shù)量和下述“小區(qū)”的尺寸之間存在折衷，其中在所述小區(qū)內(nèi)信標(biāo)為無線設(shè)備提供服務(wù)。如果信標(biāo)以高功率發(fā)射信道使用信息，即其小區(qū)尺寸覆蓋了大區(qū)域，則小區(qū)內(nèi)的設(shè)備與其它經(jīng)授權(quán)的用戶發(fā)生沖突的危險(xiǎn)性高。因此，就不得不將在該區(qū)域中可以使用的信道數(shù)量限制在“標(biāo)準(zhǔn)的”集合之內(nèi)，例如被授權(quán)在相關(guān)監(jiān)管區(qū)域內(nèi)使用的信道的基本集合。小的小區(qū)尺寸覆蓋較小的地理區(qū)域，并且因此可以允許較寬的信道選擇而不會(huì)導(dǎo)致對其他用戶的干擾。但是在這種情況下，將需要布置更多的信標(biāo)。因此，在確定信標(biāo)將廣播的適當(dāng)信道集合及其他方針數(shù)據(jù)時(shí)，要對頻率服務(wù)器10中所存儲的信息進(jìn)行選擇，以考慮到信標(biāo)的小區(qū)尺寸及其位置。在實(shí)踐中，信標(biāo)所服務(wù)的區(qū)域?qū)⑹菑?fù)雜的不規(guī)則形狀，并且由很多因素所控制。為了確保安全，對于給定的功率電平，期望對信標(biāo)的范圍作過高的估計(jì)，并且假設(shè)覆蓋區(qū)域是圓形的，其半徑由信標(biāo)范圍來確定。
如果信標(biāo)可以在變化的功率電平上進(jìn)行發(fā)射，那么邏輯上可以將其視為一組信標(biāo)，其中每個(gè)信標(biāo)具有其自己的功率電平，并且從而具有其自己的小區(qū)尺寸。信標(biāo)可以就每個(gè)小區(qū)的尺寸一次性詢問服務(wù)器，然后廣播每個(gè)功率電平各自的信道使用方針?？拷艠?biāo)的設(shè)備將接收到具有不同方針的多個(gè)廣播。但是，在這些廣播之間將存在自然順序關(guān)系，并且可以對設(shè)備進(jìn)行安排，以使其信道使用決定基于接收到的最自由的方針。
信標(biāo)的小區(qū)尺寸需要更精確的定義。信標(biāo)和頻率服務(wù)器之間的“聯(lián)系”具有以下形式只要保證逃逸到信標(biāo)小區(qū)邊界之外的任意信號的強(qiáng)度都低于指定的信號強(qiáng)度閾值，信標(biāo)就可以允許其小區(qū)邊界內(nèi)(例如距離信標(biāo)的指定距離內(nèi))的任意設(shè)備使用指定的無線資源。在圖7中示出了所述邊界，即信標(biāo)信號的最大范圍與無線設(shè)備信號的最大范圍之間的關(guān)系。信標(biāo)B被認(rèn)為總是以最大功率進(jìn)行發(fā)射，并且可以接收信號的最大距離是Bd。在距離信標(biāo)B距離Bd處的設(shè)備S也正在以最大功率使用信標(biāo)所允許的信道之一。該信號在信號強(qiáng)度閾值之上的最大距離是Sd。因此，由信標(biāo)所控制的設(shè)備有可能干擾其他用戶的最大距離是Bd+Sd。因此，該距離就是在信標(biāo)B請求信標(biāo)附近的當(dāng)前頻帶方針時(shí)，所必須報(bào)告給頻率服務(wù)器的小區(qū)尺寸。
小區(qū)尺寸Bd越大，信標(biāo)可獲得的信道數(shù)量則越少。但是，如果降低每個(gè)信道的容許功率，從而降低了來自無線設(shè)備的信號的范圍Sd，則會(huì)降低小區(qū)內(nèi)所有用戶的服務(wù)等級。這可能防止接入點(diǎn)在特定的信道上與移動(dòng)設(shè)備通信，因?yàn)榧词箖烧叨嘉挥谛^(qū)邊界之內(nèi)，接入點(diǎn)也將在范圍之外。
如圖8所示，一種用于使該問題最小化的可能方法是以不同的強(qiáng)度廣播多個(gè)信道公告。信標(biāo)B首先以低功率將一個(gè)具體信道的可用性告知區(qū)域R1內(nèi)的那些設(shè)備。這次公告允許以功率P1(相應(yīng)的最大范圍D1)來使用該信道。然后以最大功率(范圍R2)公告同一信道，但是允許以功率設(shè)置P2＜P1，并且以相關(guān)聯(lián)的較小范圍D2來使用該信道。接收到來自信標(biāo)B的多個(gè)傳輸?shù)脑O(shè)備被允許使用其接收到的廣播中所指定的最高功率設(shè)置。這種技術(shù)減小了在信標(biāo)范圍R2上所報(bào)告的小區(qū)尺寸的超出量Sd的尺寸，同時(shí)允許靠近信標(biāo)B的設(shè)備仍舊以全功率進(jìn)行操作。
諸如802.11接入點(diǎn)和設(shè)備之類的客戶設(shè)備被設(shè)置，以使用來自最近的信標(biāo)的傳輸或者從其接收到的信號強(qiáng)度最強(qiáng)的信標(biāo)的傳輸來確定當(dāng)前哪個(gè)(哪些)頻帶和信道是可用的。當(dāng)在被驗(yàn)證的信標(biāo)范圍之外時(shí)，設(shè)備被設(shè)置為使用信道的缺省集合，例如當(dāng)前指定的802.11b信道的集合。
可以對信標(biāo)所發(fā)送的信息進(jìn)行數(shù)字簽名以對其進(jìn)行驗(yàn)證，從而避免將假信標(biāo)引入系統(tǒng)的可能性?？蛻粼O(shè)備和信標(biāo)之間的理想通信機(jī)制和協(xié)議是這樣的，即未被檢測到的中繼設(shè)備無法被用于擴(kuò)展信標(biāo)的服務(wù)范圍。一種策略是具有必須在有限的時(shí)間窗內(nèi)完成的挑戰(zhàn)/應(yīng)答交換，其中如果服務(wù)范圍正被人為地?cái)U(kuò)展，則信號傳播延遲將超過所述有限的時(shí)間窗。這種方法沒有完全防止中繼的創(chuàng)建，但是可以防止中繼在沒有專用硬件的情況下被完成，所述專用硬件是昂貴和/或難以獲得的。
信標(biāo)的數(shù)字證書給予對信標(biāo)位置的保證。如果能夠以合理的確定性已知客戶設(shè)備位于距離信標(biāo)的指定距離之內(nèi)，則位置服務(wù)可以具有其他用途，例如對到公司網(wǎng)絡(luò)的連接的增強(qiáng)的接入控制。
為了利用頻率服務(wù)器和信標(biāo)，需要改變802.11協(xié)議中用于建立接入點(diǎn)和用戶移動(dòng)設(shè)備之間的通信的現(xiàn)有過程。接入點(diǎn)仍舊可以在標(biāo)準(zhǔn)的802.11信道上廣播信標(biāo)幀，并且該機(jī)制可以用來建立接入點(diǎn)和移動(dòng)設(shè)備之間的初始聯(lián)系。這時(shí)，兩個(gè)設(shè)備將已經(jīng)從頻率信標(biāo)的(多個(gè))公告中接收到了允許它們使用的一組信道和功率電平。出于各種原因，該信息對于兩個(gè)設(shè)備來說可能是不相同的。如圖9所示，如果設(shè)備S和AP到信標(biāo)B1的距離不同，則距離信標(biāo)更遠(yuǎn)的設(shè)備可能沒有接收到公告當(dāng)中的一些。在例如小區(qū)重疊的情況下，兩個(gè)設(shè)備甚至可能由不同信標(biāo)B1和B2所服務(wù)(圖10)。因此，需要通過協(xié)商階段(例如，與為相鄰接入點(diǎn)所提議的階段類似)來確定符合每個(gè)設(shè)備所接收到的許可的適當(dāng)信道和相關(guān)功率電平。但是，僅僅挑選一條它們所共有的信道是不夠的。在小區(qū)邊緣附近的設(shè)備S可能只能夠以低功率使用信道(如上參考圖7所描述的)，然而如果接入點(diǎn)AP更靠近信標(biāo)，則可能允許它以較高功率電平來使用信道。這可能導(dǎo)致接入點(diǎn)AP能夠在該信道上聯(lián)系到設(shè)備S，但是由于設(shè)備S所允許的較低傳輸功率，而可能使相反方向上的聯(lián)系失敗。不同的信道可能依賴于使用該頻帶的其他設(shè)備而具有不同的功率限制，因此在這種情況下，將在一個(gè)或兩個(gè)方向上選用另一信道。
在信標(biāo)的范圍之外使用WiFi設(shè)備的情況也需要被解決?？梢钥紤]將標(biāo)準(zhǔn)信道用于這種情況，但是如上所述，這些信道依賴于正在使用該設(shè)備的國家或地區(qū)。另一方法是使用分層次結(jié)構(gòu)的信標(biāo)。一個(gè)信標(biāo)覆蓋整個(gè)區(qū)域(例如一個(gè)國家)，該信標(biāo)廣播該區(qū)域的標(biāo)準(zhǔn)信道。然后，更局部化的信標(biāo)為如下的那些區(qū)域廣播更加具體位置的限制，其中在所述的那些區(qū)域中存在足夠多的期望用戶以使相關(guān)的復(fù)雜性和成本是正當(dāng)?shù)?。信?biāo)傳輸所需的數(shù)據(jù)速率是相當(dāng)小的，并且接入點(diǎn)和移動(dòng)設(shè)備只需要能夠在這些頻帶上進(jìn)行接收(而不是發(fā)送)。因此，識別出一小組頻帶以用于能夠覆蓋整個(gè)世界的這種傳輸被視為是相對直接的。
無線設(shè)備中有時(shí)會(huì)并入這樣的機(jī)制，即用于根據(jù)所估計(jì)的接收機(jī)的范圍，或者觀察到的錯(cuò)誤率來改變其發(fā)射機(jī)功率的機(jī)制。這樣的機(jī)制被應(yīng)用于增大頻率利用率和增長電池壽命。除了加入了對觀察信標(biāo)所公告的功率限制的需求之外，這些機(jī)制將不會(huì)被本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式所影響。在一些情況下，無線設(shè)備的功率控制機(jī)制可以建議使用被設(shè)備當(dāng)前地理位置的信道使用方針?biāo)沟墓β孰娖?。在這種情況下，設(shè)備的控制功能應(yīng)該將操作改變到使功率使用方針與功率控制要求相一致的不同信道上。
在很多無線設(shè)備的設(shè)計(jì)中，對電池功耗的節(jié)省都是重要的方面。需要接收機(jī)一直工作或需要傳輸大量附加數(shù)據(jù)分組的系統(tǒng)將在這方面具有嚴(yán)重的缺點(diǎn)。本發(fā)明與常用功率節(jié)省策略沒有嚴(yán)重的沖突。除了頻率服務(wù)器之外，沒有設(shè)備需要向信標(biāo)回傳。接入點(diǎn)和移動(dòng)設(shè)備之間的連接建立可能需要多次交換來協(xié)商移動(dòng)設(shè)備使用的信道。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備移出低功率信道的范圍之外時(shí)，由于即使對同一接入點(diǎn)，也會(huì)需要對信道的使用進(jìn)行重新協(xié)商，因此漫游也將略加復(fù)雜。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式不會(huì)停止進(jìn)入低功率“休眠”模式的移動(dòng)設(shè)備。當(dāng)在信道上再次進(jìn)行發(fā)送之前，唯一的要求是在設(shè)備再次醒來時(shí)，它必須等待來自信標(biāo)的信號，所述信號用于確認(rèn)繼續(xù)訪問設(shè)備進(jìn)入休眠模式時(shí)正被使用的信道的權(quán)利。
使小區(qū)站點(diǎn)規(guī)劃自動(dòng)化的問題不是本發(fā)明的一部分。信標(biāo)不對其服務(wù)區(qū)域中的任何移動(dòng)無線設(shè)備的出現(xiàn)做出響應(yīng)或反應(yīng)。他們僅僅被動(dòng)地廣播關(guān)于在該區(qū)域內(nèi)使用特定信道的權(quán)利的信息。負(fù)擔(dān)(onus)是在希望響應(yīng)于信標(biāo)信號而使用“非標(biāo)準(zhǔn)”信道(即未在工業(yè)和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)中定義)的任意設(shè)備以及接入點(diǎn)上。信道選擇的自動(dòng)化也不是本發(fā)明的一部分。由于本發(fā)明提供了更多選擇，并且該選擇可能隨時(shí)間而變化，因此本發(fā)明可能使信道的選擇更困難。但是可以設(shè)想，未來將達(dá)到接入點(diǎn)具有多個(gè)信道可供選擇并能夠同時(shí)使用多個(gè)信道的階段。在這種情況下，依賴于用戶手工上正確地配置復(fù)雜的選擇是無法接受的，如果不同的接入點(diǎn)處于不同機(jī)構(gòu)的控制之下，則尤其如此。因此，將可能需要采用接入點(diǎn)之間的端對端協(xié)議來協(xié)商使干擾最小化的接入點(diǎn)信道使用方針。出于這個(gè)目的，可以擴(kuò)展諸如內(nèi)接入點(diǎn)協(xié)議(IAPP)之類的協(xié)議。于是，本發(fā)明可以同這樣的能力共存。
移動(dòng)性一直是無線網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)問題。當(dāng)移動(dòng)設(shè)備移到信標(biāo)的小區(qū)之外時(shí)，該設(shè)備應(yīng)該停止使用由該信標(biāo)所識別的信道。如果信標(biāo)的廣播之間的時(shí)間間隔與移動(dòng)設(shè)備的速度相比過長，則該設(shè)備不會(huì)足夠快地停止使用受影響的信道。為了控制這種風(fēng)險(xiǎn)，小區(qū)之間的邊界包括了“守衛(wèi)頻帶”，該“守衛(wèi)頻帶”在可能出現(xiàn)信道使用沖突的信標(biāo)之間提供了無人地帶。如果信標(biāo)以每秒一次的數(shù)量級的速率發(fā)射信道使用信息，則步行用戶在傳輸之間不會(huì)走遠(yuǎn)，并且守衛(wèi)頻帶可以相當(dāng)小。為了與新的接入點(diǎn)協(xié)商移動(dòng)設(shè)備將使用的合適信道，在初始的會(huì)話建立時(shí)，接入點(diǎn)之間的越區(qū)切換(handover)比現(xiàn)有系統(tǒng)更加復(fù)雜。但是當(dāng)實(shí)現(xiàn)使用多個(gè)信道的接入點(diǎn)時(shí)，無論如何都將遭遇到這種復(fù)雜性，因此附加的越區(qū)切換是次要的。但是，還不清楚上述本發(fā)明是否對于諸如汽車之類的“高速”移動(dòng)設(shè)備也將可靠地工作。
可以考慮簡單地公告使用寬范圍頻譜的可能性。但是，這會(huì)引發(fā)多個(gè)復(fù)雜的使用問題，因此將信標(biāo)設(shè)置為公告具體的信道比公告大頻帶更加安全。當(dāng)提出使用附加信道時(shí)，可以將信號帶寬和鄰近信道功率(ACP)納入考慮。
本發(fā)明比僅對未使用頻帶進(jìn)行監(jiān)聽的自治系統(tǒng)需要更多的基礎(chǔ)設(shè)施。但是，本發(fā)明通過提供了多個(gè)優(yōu)點(diǎn)而彌補(bǔ)了這一缺陷。依賴于信標(biāo)的范圍以及頻率服務(wù)器的精密性，本發(fā)明允許對作為地理和時(shí)間兩者的函數(shù)的頻率使用進(jìn)行非常細(xì)粒度的控制。例如，在正常環(huán)境下，可以將在建筑物內(nèi)為消防隊(duì)的使用所分配的頻率用于其它用戶，但是當(dāng)激活消防警報(bào)時(shí)，則禁止這種可用性。
為防止組件解體的仔細(xì)打包以及數(shù)字簽名可以給予受限區(qū)域合理的保護(hù)，從而使這些區(qū)域內(nèi)的信道不會(huì)被不適當(dāng)?shù)厥褂?。這種保護(hù)的目標(biāo)使繞過該機(jī)制工作與建立非法的無線電設(shè)備一樣費(fèi)勁。信標(biāo)/服務(wù)器的基礎(chǔ)設(shè)施還可以應(yīng)用于其它用途，從而將成本擴(kuò)散到更廣闊范圍的用途上。確定設(shè)備的大概位置的能力以及基于密碼而確定消息可靠的能力在很多區(qū)域中都是非常有用的。雖然以上描述已經(jīng)集中于支持WiFi，但是同樣的基礎(chǔ)設(shè)施可以應(yīng)用于其它服務(wù)。例如，英國將專用頻帶183.5MHz到184.5MHz分配給遠(yuǎn)程讀表應(yīng)用。其它國家可以將其它頻帶分配給這樣的設(shè)備，所述設(shè)備對于每個(gè)國家則需要不同的樣式。通過使用頻率服務(wù)器傳輸來確定在具體位置上的這樣設(shè)備所使用的頻帶，而非制造國家專用的版本，使遠(yuǎn)程讀表設(shè)備“通用”最終可以變得更加廉價(jià)，其中制造國家專用的版本包含了在不打算使用該設(shè)備的國家中使用該設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。
還可以設(shè)想信標(biāo)能夠?qū)⑿碌墓碳螺d到移動(dòng)無線設(shè)備中，例如假設(shè)使用諸如正由SiRiFIC無線公司開發(fā)的軟件定義的無線電設(shè)備，如果特定的國家使用最初沒有被安裝在該設(shè)備中的調(diào)制方案，則信標(biāo)能夠?qū)⑵湎螺d到所述設(shè)備中。
對信標(biāo)授權(quán)不一定是耗時(shí)的過程。例如，可以為諸如主要街道設(shè)置中的互聯(lián)網(wǎng)咖啡館之類的公共場所預(yù)先定義標(biāo)準(zhǔn)的無線信道輪廓(profile)。在很多情況下，這避免了對昂貴站點(diǎn)審查的需要，并且如果所有需求只是以低功率訪問一小組附加信道的話，這可能就足夠了。
權(quán)利要求
1.一種根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置而向所述設(shè)備傳播控制信息以協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用的方法，該方法包括建立數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫根據(jù)想要使用無線頻譜的設(shè)備的地理位置來指定使用所述無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及將根據(jù)無線通信設(shè)備的當(dāng)前地理位置而從所述數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息提供給所述無線通信設(shè)備，所述信息指示出所述設(shè)備在這個(gè)位置上使用所述無線頻譜資源所需的相應(yīng)參數(shù)值。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述無線通信設(shè)備的地理位置由提供所述信息的通信路徑的身份來間接指定。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中無線通信設(shè)備被動(dòng)地從將信息廣播到其附近設(shè)備的通信臺接收所述信息，所述信息是根據(jù)所述通信臺的地理位置而從所述數(shù)據(jù)庫中選擇出來的。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述參數(shù)包括頻率、傳輸功率電平和調(diào)制方案中的至少一個(gè)。
5.一種頻率服務(wù)器，用于根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置來傳播控制信息以協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用，所述頻率服務(wù)器包括數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫根據(jù)想要使用無線頻譜的設(shè)備的地理位置來指定使用所述無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及通信鏈路，該通信鏈路用于接收設(shè)備的地理位置的指示，并且用于提供根據(jù)這個(gè)地理位置的指示而從所述數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息，所述信息指示出在這個(gè)位置上使用所述無線頻譜資源所需的相應(yīng)參數(shù)值。
6.一種通信臺，用于根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置而向該設(shè)備傳播控制信息以協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用，所述通信臺包括通信鏈路，用于接收根據(jù)所述通信臺的地理位置而從數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息，所述信息指示出在這個(gè)位置上使用所述無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及無線廣播裝置，用于將所述信息廣播到所述通信臺附近的無線通信設(shè)備。
7.一種根據(jù)無線通信設(shè)備的地理位置來控制該設(shè)備的操作以協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用的方法，該方法包括在無線通信設(shè)備中接收根據(jù)所述設(shè)備的當(dāng)前地理位置而從數(shù)據(jù)庫中選擇出的信息，所述信息指示出所述設(shè)備在這個(gè)位置上使用所述無線頻譜資源所需的參數(shù)值；以及根據(jù)接收到的信息來控制所述無線通信設(shè)備的操作。
8.一種用于提供經(jīng)驗(yàn)證的位置信息的設(shè)備，該設(shè)備包括數(shù)據(jù)貯存器，用于存儲定義了所述設(shè)備的地理位置的位置信息；驗(yàn)證模塊，用于提供所述位置信息的來源的安全驗(yàn)證；以及運(yùn)動(dòng)檢測器，用于檢測所述設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，并且在檢測到這種運(yùn)動(dòng)的情況下禁止從所述數(shù)據(jù)貯存器中獲取所述位置信息。
全文摘要
根據(jù)想要使用無線頻譜的無線設(shè)備的地理位置，而從頻率服務(wù)器中傳播用于協(xié)調(diào)無線頻譜資源的使用的信息。該信息可以經(jīng)由信標(biāo)臺來傳播，所述信標(biāo)臺與頻率服務(wù)器進(jìn)行通信以獲取信標(biāo)位置上的頻譜使用信息，并且將該信息廣播到信標(biāo)附近的無線設(shè)備。
文檔編號H04W8/24GK1665333SQ200510051418
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月2日
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