CN100539720C - 具有定位发射器的移动单元中的减轻干扰的方法和装置 - Google Patents

具有定位发射器的移动单元中的减轻干扰的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种用于数据通信的移动设备，具有用于与无线网络接入点的数据通信的无线电电路、以及用于发送位置标识无线电信号的无线电标签。该无线电电路和无线电标签被协同定位在一电路板上，或被共同供电。该无线电电路和无线电标签的操作在时间上被分离以避免干扰。利用标准无线网络接口协议功能来标识无线电电路的数据通信不活动的时间间隔。这些时间间隔被用来操作无线电标签发送位置标识无线电信号。

Description

具有定位发射器的移动单元中的减轻干扰的方法和装置
发明背景
本发明涉及无线数据通信系统，尤其是使用标准化协议的系统，并且还涉及用于定位项的无线系统。
从20世纪早期开始，无线通信就以各种各样的形式可为人所用。但是，在任何时间任何地点的基础上，经无线电通过无线介质来便捷地连接，尤其是为数据通信的目的而连接的能力还只是近年来才有。蜂窝和个人通信服务(PCS)网络发展为第二和第三代数字；新的具竞争力的无线服务供应商的进入；数字信号处理的巨大进步；以及诸如IEEE标准802.11、IEEE标准802.16、IEEE标准802.20、无线应用协议(WAP)或蓝牙协议等新的通常采用的工业标准等帮助近年来的这种在任何时间任何地点的基础上进行连接的能力的实现。这些发展导致无线数据通信网络(例如，无线局域网(WLAN))的基础结构和能力、通信产品(例如，蜂窝电话、个人数字助理(PDA)等)和用户兴趣的极度增长。
于2000年3月17日提交的、其内容通过引用包含于此的共同待审和共同转让的美国专利申请序列号09/528,697描述了一种遵从IEEE标准802.11协议、但使用RF端口和蜂窝控制器的组合来执行经典的IEEE 802.11、IEEE标准802.16、或IEEE标准802.20、数据通信系统的接入点的功能的无线系统。媒体访问控制(MAC)功能的较低层协议功能由RF端口执行，而包括关联和漫游功能在内的较高层协议功能由蜂窝控制器执行。如本文中所使用的术语“接入点”旨在包括诸如遵从IEEE标准802.11协议并执行所有MAC功能的常规接入点以及与蜂窝控制器一起操作的RF端口，如所包含的共同待审的申请中所述。
针对WLAN的IEEE标准802.11指定设备(例如，网络接入点和无线电或无线电网络接口卡)之间的通用接口(即，“802.11MAC层”)，该接口提供各种功能来支持相容的WLAN进行数据通信的操作。802.11MAC层通过协调对共享的无线电信道的接入和使用增强通过无线介质的通信的协议来管理和维护设备之间的通信。802.11MAC层使用802.11物理(PHY)层(例如，如诸如802.11b或802.11a等标准所定义的)来执行载波侦听、802.11无线数据或消息帧的发送和接收等任务。详见http://standards.ieee.org/getieee802/802.11html。
802.11MAC层的主要功能包括诸如“扫描”、“探测”、“请求发送/清除发送”(RTS/CTS)和“节能/轮询模式”(PSM)等功能。扫描功能在无线电设备的网络接口卡(无线电NIC)搜索WLAN中合适的接入点时使用。每个接入点周期性地广播含有包括服务集标识符(SSID)、支持的数据率等关于该接入点的信息的无线电信标。无线电NIC在扫描时接收接入点的信标。无线电NIC可使用所接收的信标中编码的信息与信标信号强度一起来比较诸接入点，并决定要与哪个接入点相关联来发送或接收WLAN数据帧。
RTS/CTS功能允许接入点控制激活RTS/CTS功能的无线电NIC对无线介质的使用。无线电NIC通过在发送数据帧之前向接入点发送RTS帧来激活RTS/CTS功能。接入点可用CTS帧来相应，以指示无线电NIC可发送该数据帧。在CTS帧中，接入点在帧头部的持续期字段中设置一值，以表示接入点在此持续期内将抑制其它站在发起RTS/CTS功能的无线电NIC发送其数据帧的同时进行发送。
PSM功能允许用户在不需要发送数据的时候关闭无线电NIC来节省电池。在PSM被激活的状态下，无线电NIC经由位于所发送的数据帧的头部中的状态位来向接入点指示其进入“睡眠”状态的愿望。接入点注意到每个想要进入睡眠状态的无线电NIC，并缓冲预期送给这些睡眠的无线电NIC的数据分组。
为了仍能接收数据帧，每个睡眠的NIC必须周期性地(在适当的时间)醒来以接收来自接入点的常规信标传输。这些信标标识睡眠的站是否有帧被缓冲在接入点处等待向其相应的目的地发送。有在等待的被缓冲的帧的无线电NIC将向接入点请求这些帧。在接收了这些帧之后，无线电NIC可回到睡眠中。
除了提供数据通信以外，WLAN还可被用来物理地定位无线电NIC。使用数据通信系统来执行用于定位移动单元的定位功能在Paramvir Bahl和Venkata N.Padmanabhan所著的题为“Enhancements to the User Location and Tracking System(用户定位和跟踪系统的改进)”和1999年2月的Microsoft Technical ReportMSR-TR-99-12中的由相同作者所著的“User Location and Tracking in an In-BuildingRadio Network(内建的无线电网络中的用户定位和跟踪)”的文章中描述，这两篇文章均在Microsoft Research中发表。如本文中所描述的，诸如使用IEEE标准802.11协议的系统等无线数据通信系统的信号的信号强度被用来定位系统所服务的区域内的移动单元。使用无线数据通信系统或其它定位系统来定位移动单元的其它技术也是可行的。
对于某些应用，可为用于通过WLAN进行数据通信的移动单元(例如，无线电或无线电NIC)设置实时定位系统(RTLS)，该系统独立于WLAN地工作。对于这样的应用，为移动单元设置用于周期性地发射用于实时定位确定的标识无线电信号的无线电发射器或标签。但是，在这些应用中，来自移动单元的标识无线电发射可能会干扰WLAN的工作，因为打算向RTLS发送的无线电信号可能会淹没WLAN接收器，或者移动单元可能为RTLS和WLAN发射器使用共同的功率放大器和/或天线。
本发明的一个目的是提供用于减轻移动单元中在定位系统发射器与局域网无线电之间的干扰的配置和方法。
发明概述
根据本发明的原理，提供了WLAN数据通信系统和RLTS集成工作的方法和配置。
一种可用于无线数据通信的移动设备具有用于与WLAN系统连接的RF无线电。该移动设备还配备了用于发送将由RTLS处理以确定移动单元的位置的标识无线电信号的脉冲串的无线电标签。RF无线电和无线电标签可协同定位在共用的电路板上，或可共享共用的电源或其它电路组件。
该移动设备以减轻WLAN数据通信系统与RLTS之间的任何相互干扰的方式来与这两个系统一起工作。首先，标识RF无线电不活动的时间间隔。操作无线电标签以仅在所标识的RF无线电不活动的时间间隔里发送标识无线电信号脉冲串。或者，排它地保留WLAN网络上的发射时间仅供发送标识无线电信号脉冲串使用。RF无线电和无线电标签的时间分离操作很可能将WLAN的数据通信功能与RTLS的定位功能之间的任何干扰最小化。
在本发明的一个实施例中，WLAN系统中的RF无线电与接入点之间的标准协议接口的特征或功能可用来标识RF无线电不活动的时间间隔，或用来保留发射时间以仅供无线电标签的排它使用。在一个示例性系统中，标准协议接口可以是IEEE 802.11或任何其它标准媒体访问控制层。该协议接口层的用户激活的节能模式功能可被用来标识RF无线电不活动的时间间隔。类似地，标准协议接口的请求发送/清除发送功能可用来保留仅供无线电标签的排它操作使用的发射时间。
在用于提供无线数据通信和位置服务的一种示例性配置中，移动设备包括用于与无线接入点网络中的一个相关联的接入点进行双向无线通信的第一无线电电路、以及用于为透露其(移动设备的)位置目的来发送标识信号的第二无线电电路。该配置包括用于标识第一无线电电路在与相关联的接入点的无线通信中不活动的时间间隔的装置、以及用于操作第二无线电电路在第一装置所标识的时间间隔里发送标识信号的第二装置。在该配置中，无线网络接入点和移动设备可通过诸如IEEE802.11等标准协议层或任何其它合适的标准协议层来接口。第一装置使用标准协议层的功能或特征(例如，PSM或RTS/CTS功能)来标识第一无线电电路在与相关联的接入点的无线通信中不活动的时间间隔。
附图简述
本发明的其它特征、其本质以及各种优点将可从以下详细描述和附图明确，其中在所有附图中，相同的标记表示相似的要素，并且其中：
图1是根据本发明的可被联合操作以与移动设备进行无线数据通信以及对其进行位置标识的集成的WLAN系统和RTLS的示例性配置的图示；
图2a和2b是根据本发明的可与图1的集成WLAN和RTLS一起使用的移动设备的图示；
图3和4是根据本发明的用于图1的集成WLAN和RTLS的示例性操作过程的流程图。
在所有附图中，除非另有指出，否则相同的附图标记和字符用来标识所示实施例的相似的特征、要素、组件或部分。
发明详述
本发明提供将用于进行无线数据通信的WLAN技术的应用与用于跟踪移动通信单元的位置的实时定位系统(RLTS)技术的应用集成的技术方案。
移动通信单元可以是单集成的独立通信单元、传统的膝上型计算机、个人数字助理(PDA)、手持式计算机、蜂窝电话，或是包括被配置成用于通过无线网络进行数据通信的无线电或无线电NIC的任何类似的设备。移动单元还被配置成包括可用来发信号通知其位置或任何其它标识信息的无线电发射器或标签。
图2a示出可结合本发明使用的示例性移动设备10。移动设备10包括无线电发射器或标签32，用于周期性地发射可用来标识移动设备10的物理位置的标识无线电信号。移动设备10还可包括处理器38，处理器38可以是微控制器、微处理器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)或本领域任何普通技术人员所知的任何其它控制电路。处理器38可与存储器40通信，存储器40可以是随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、或本领域任何普通技术人员所知的任何其它类型的存储器。处理器38被耦合到RF无线电36，RF无线电36配备有天线34，用于通过无线网络发送和/或接收数据。RF无线电36可被配置成与特定类型的无线网络(例如，IEEE 802.11蓝牙网络、或任何其它标准无线网络)通信。根据无线网络的具体类型，RF无线电36可以是GPRS无线电、802.11b无线电、蓝牙无线电、或能够通过该特定类型的无线网络来发送和接收数据的任何其它设备。图2b示出移动设备10的另一图示，其中RF无线电36由无线电NIC 12表示。
移动设备10可结合数据通信无线网络和/或RLTS使用。图1示出了根据本发明的集成WLAN和RTLS系统100的示例性配置，其中移动单元(例如，移动设备10)通过相关联的无线接入点20与因特网web服务器40通信。移动设备10通过无线电NIC 12与接入点20进行双向无线电通信。接入点20可包括适用于或设计成与移动设备10中的无线电NIC 12/RF无线电36进行无线通信的常规的无线电发送器/接收器结构(未示出)。接入点20和无线电NIC 12可被相互配置成根据标准无线通信协议(例如，IEEE标准802.11)来工作。接入点20与无线电NIC 12之间的协议接口层在图1中由框15(即，IEEE 802.11MAC层15)图示。此外，接入点20可由线链路60或任何其它常规链路链接到因特网web服务器40。
为清楚起见，图1中仅示出一个接入点20和一个移动设备10。但是应当理解，系统100中可以有许多接入点，并可有许多其它移动设备与系统100一起工作。每个接入点可广播用于指示例如该接入点所提供的覆盖的范围或类型的无线电信标。与系统100一起工作的每个移动设备可测量从系统100中的各个接入点接收的无线电信标信号的相对强度以及其它能力和负载信息，并且由此可优先地与特定接入点(例如，移动设备10与接入点20)相关联来发送和接收数据帧以进行无线数据通信。系统100还可包括附加或替换的设备或计算机(例如，在所引用的共同待审的申请中描述的蜂窝控制器)，用于管理或协调移动设备与各接入点之间的关联和数据流。
系统100还包括用于定位移动设备10的配置。该配置可例如类似于任何常规RTLS配置。系统100可利用无线电发射器或标签32以有规律的间隔发射的无线电信号(RTLS信号)短脉冲串来确定移动设备10的位置。为此，系统100包括读取器、接收器或天线50的网格，它们被部署在战略地理位置，用于拾取移动设备10中的无线电发射器或标签32所发射的RLTS信号。在系统100的一种形式中，常规上用来与移动设备10进行WLAN数据通信的接入点20中的无线电接收器还可起到天线50的作用。系统100可包括由链路70链接到天线50的计算机(例如，定位服务器30)。定位服务器30可用于通过对在各天线50接收的RLTS信号的分析来确定移动设备10的位置。
根据本发明，无线电发射器或标签32与无线电NIC 12可被有利地集成在移动设备10的共用电路16中(图2b)。无线电发射器32和无线电NIC 12可例如协同定位在共用电路板16上。在这一电路板配置或其它类似配置中，无线电发射器或标签32与无线电NIC 12还可有利地由共用电源18来供电。此外根据本发明，系统100的协同定位或共同供电的分别用于WLAN数据通信和RLTS功能的无线电NIC 12和标签32的操作以使任何相互干扰最小化的方式来进行。将任何相互干扰最小化的操作过程可利用系统100上用于进行WLAN数据通信的标准协议的特征或功能。
图3和4示出基于支持系统100进行WLAN数据通信的操作的常规IEEE802.11标准MAC层(例如，802.11MAC层15)的特征或功能的示例性操作过程300和400的流程图。在操作过程300和400中，无线电发射器或标签32均仅在无线电NIC 12不是正在活动地接收或发送WLAN数据帧的时间段里被激活以发送RTLS无线电信号。
参见图3，在过程300中，确定无线电NIC 12是否处于PSM或“睡眠”模式(移动设备10的用户在不需要发送数据时可能会启动的模式)。当无线电NIC 12处于PSM或“睡眠”模式时，可预期无线电NIC 12不会进行任何WLAN数据帧的发送。由此，在步骤320，无线电NIC 12/RF无线电36可被关闭或切断电源以便节能。但是，即使是在PSM模式下，无线电NIC 12也可在有规律的轮询时间表上苏醒以接收来自接入点20的轮询信标传输。这些信标可标识睡眠的无线电NIC12是否有数据帧被缓冲在接入点20处等待传送。有在等待的数据帧的无线电NIC12可任选地向接入点20请求这些数据帧。在接收这些帧之后，无线电NIC12可回到睡眠中。
在步骤330，建立时间表，以使得来自移动设备10的RTLS信号的发送仅在接入点20所发射的轮询无线电信标之间的、NIC卡12处于睡眠状态的时间段里发生。在步骤340，无线电发射器或标签32可根据在步骤330建立的时间表来供电，以发送系统100的RTLS功能所用的无线电信号脉冲串。
可以理解，按特定顺序来描述操作过程300的步骤仅仅是为了方便描述。在实践中，这些步骤可按任何合适的顺序或同时执行，例如，步骤310和330可被合适地同时执行。
参见图4，系统100的集成操作的过程400利用系统100中的IEEE 802.11MAC层的RTS/CTS功能。RTS/CTS功能被用以保留供RTLS信号使用的排它介质时间(即，无线网络发射时间)。在步骤410，无线电NIC 12被配置成通过向接入点20发送RTS帧(或者替换地，空数据帧)来为RTLS信号发送保留发射时间。RTS帧和替换的空数据帧具有持续期字段。可将发送每一个帧的持续期字段设置为合适的时间间隔，该持续期长到足以包含RTLS信号脉冲串以及完成系统100的RTLS功能所要求的RTLS事务所需的任何其它信令的持续期。在步骤420，可从接入点20接收CTS帧。CTS帧头部在其持续期字段中可具有指示所分配的、接入点20将抑制与和系统100一起工作的其它移动设备的无线数据通信的时间间隔。响应于该CTS帧，在常规的WLAN数据通信过程中，无线电NIC 12向接入点20发送其WLAN数据帧。这里，在过程400中，响应于CTS帧，在步骤430改为发射器或标签32被激活以在所分配的时间间隔里发射RTLS信号脉冲串。步骤410-430可按需或在对系统100的RTLS功能适当时以预定间隔重复。
可以理解，可用以在一个共用电路16中集成无线电发射器或标签32与无线电NIC 12的操作的协议接口层的特征并不仅限于参考过程300和400所描述的特定特征(例如，IEEE 802.11MAC层15的PSM和RTS/CTS等)。协议接口层的其它特征或方面可用来发明共用电路16中用于系统100的RLTS功能的无线电发射器或标签32的集成操作和用于WLAN数据通信的网络接口卡12的操作的替换过程。例如，接入点20可被配置成在(系统100)忙于与除移动设备10以外的其它移动单元的WLAN数据通信时向网络接口卡12发送“忙”消息信号。忙消息可响应于来自移动设备10/无线电NIC 12请求WLAN数据发送时间的RTS帧而生成。忙消息可由例如CTS帧的持续期字段中的负值来表示。移动设备10的无线电NIC12/共用电路16可被配置成通过利用系统100的无线数据通信不可用性来迅捷地改为调度RTLS信号发送来响应忙信号。以此方式，来自移动设备10的RTLS信号发送和WLAN数据通信在时间上被分离，从而不会相互干扰。
可以理解，以上内容仅仅是说明了本发明的原理，并且本领域技术人员可进行各种修改而不会偏离本发明的范围和精神。例如，本发明可即在使用各种可用或尚在发展中的无线数据通信协议中的任何一种的无线数据通信系统中使用。

Claims (10)

1.一种在无线接入点网络与移动设备之间进行无线数据通信的方法，其中所述移动设备包括用于与相关联的接入点进行双向无线通信的第一无线电电路、以及用于为透露所述移动设备的标识和位置中的至少一个的目的而发送标识信号的第二无线电电路，所述方法包括以下步骤：
(1)标识所述第一无线电电路在与所述相关联的接入点的无线通信中不活动的时间间隔；以及
(2)操作所述第二无线电电路在于步骤(1)中标识的所述时间间隔期间发送所述标识信号；
其中，通过具有管理所述无线网络接入点与所述移动设备之间的无线通信流的功能的协议层将所述无线网络接入点与所述移动设备相接口，并且步骤(1)还包括使用所述协议层的功能来标识所述第一电路在与所述相关联的接入点的无线通信中不活动的时间间隔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协议层是从IEEE 802.11、IEEE802.16、IEEE 802.20和工业标准无线媒体访问控制层的组中选择的一个媒体访问控制层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协议层具有节能模式，所述节能模式由所述移动设备的用户激活以指示在一时间段里不打算进行任何数据传输，并且响应于此，所述相关联的接入点缓冲打算发送给所述移动单元的数据，所述方法还包括关闭所述第一无线电电路的电源，并操作所述第二无线电电路在所述第一无线电电路的电源被关闭时发送所述标识信号。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括根据有规律的轮询时间表来周期性地重新激活所述第一无线电电路以从所述相关联的接入点接收信标传输，并根据所述轮询时间表来调度所述第二无线电电路的操作。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述协议层具有请求发送/清除发送功能，并且步骤(1)包括：
从所述移动设备向所述相关联的接入点发送一请求发送帧；
从所述相关联的接入点接收一清除发送持续期值；
在所述持续期值内排他地保留一时间间隔以供所述移动设备发送标识信号。
6.一种用于无线接入点网络与移动设备之间的数据通信的装置，其中所述移动设备包括用于与相关联的接入点进行双向无线通信的第一无线电电路、以及用于为透露所述移动设备的位置目的而发送标识信号的第二无线电电路，其中所述装置包括：
第一装置，用于标识第一无线电电路在与所述相关联的接入点的无线通信中不活动的时间间隔；以及
第二装置，用于操作所述第二无线电电路在由所述第一装置标识的时间间隔期间发送所述标识信号；
其中，通过具有用于管理所述无线网络接入点与所述移动设备之间的无线通信流的功能的协议层将所述无线网络接入点和所述移动设备相接口，并且其中所述第一装置包括使用所述协议层的功能来标识所述第一无线电电路在与所述相关联的接入点的无线通信中不活动的时间间隔。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述协议层是从IEEE 802.11、IEEE802.16、IEEE 802.20和工业标准无线媒体访问控制层的组中选择的一个媒体访问控制层。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述协议层具有节能模式，所述节能模式由所述移动设备的用户激活以指示在一时间段里不打算进行任何数据传输，并且响应于此，所述相关联的接入点缓冲打算发送给所述移动设备的数据，并且所述第一和第二装置包括用于关闭所述第一无线电电路的电源、并操作所述第二无线电电路在所述第一电路的电源被关闭时发送所述标识信号的装置。
9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括用于根据有规律的轮询时间表周期性地重新激活所述第一电路以从所述相关联的接入点接收信标传输、并根据所述轮询时间表来调度所述第二无线电电路的操作的装置。
10.如权利要求6所述的配置，其特征在于，所述协议层具有请求发送/清除发送功能，并且所述第一装置包括用于执行以下功能的装置：
从所述移动设备向所述相关联的接入点发送一请求发送帧；
从所述相关联的接入点接收一清除发送持续期值；以及
在所述持续期值内排他地保留一时间间隔以供所述移动设备发送位置和标识信号。
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