CN101036379A - 无线交互式娱乐和信息显示网络系统 - Google Patents

Abstract

能够向一组或多组(10)无线交互式(11)显示设备递送数字内容以便实时地或在要求时回放的无线交互式娱乐和信息(10)显示网络系统以及用于及时且高效地通过无线链路向无线交互式显示设备流播、上载或传输(16)来自(13)外部媒体源的数字内容的方法。该系统包括(12)无线交互式娱乐和信息(11)显示设备、(12)无线接入模块、路由器(15)、系统管理面板、以及外部媒体(13)接口面板。

Description

无线交互式娱乐和信息显示网络系统

相关申请

本申请要求2004年8月30日提交的美国临时专利申请序列号60/605,946的优先权。

技术领域

本发明涉及用于无线交互式娱乐和信息显示网络系统的系统。而且，本发明具体涉及这样的系统，其用于将高效数字内容数据通过无线网络递送给交互式娱乐和信息显示设备以便进行内容存储和实时地或在要求时进行回放。

背景技术

随着电子显示器和网络技术的进步，交互式娱乐和信息内容递送正成为并非只是在家中和办公室中供个人选择的普遍事物。近年来，已经在使用座内电子显示器和有线网络系统的载客飞行器和火车中引入类似的个人交互式数字娱乐系统。由于网络布线的路由，现有技术在安装方面是麻烦的，网络布线的路由还增加了制造、材料、劳力、设备以及维护的成本。除了有线网络系统的物理上和经济上的缺点以外，网络布线所要求的重量和空间尤其对于飞行器装置吸引力较小。诸如IEEE 802.11标准的无线网络提供了用于递送数字内容的有线网络的节省成本的替选方案。无线显示网络系统可提供节省成本的方案，这些方案可以扩展到在可以将数字内容广播或者递送给一组无线交互式显示器以便存储和实时地或在要求时回放的场所中提供大网络的单独交互式娱乐和信息显示系统，所述场所为任何飞行器客舱、火车客舱、载客公共汽车、载客汽车、客船船舱、音乐厅、讲堂、图书馆、校园、宿舍、礼堂、体育场、娱乐设施、锻炼设施、等候室、购物设施、或者甚至住宅社区。

无线应用中的现有技术不足以发送或者接收大的数字文件，尤其是不足以进行视频内容流播(streaming)、上载或者传输以便网络用户在要求时回放。需要一种无线交互式娱乐和信息显示网络系统，其可以高效地传送数字内容以用于实时地或在要求时回放。

发明内容

考虑到目前现有技术中存在的局限性，本发明提供了一种新的和有用的无线交互式娱乐和信息显示网络系统设备，其与同种类公知系统相比，构造上更简单、可更普遍地使用并且工作上更灵活。

本发明的目的是提供一种新的无线交互式娱乐和信息显示网络系统，其具有现有技术所未提供的许多新颖的特征，这些特征产生了并不明显、不显而易见、或者未被任何现有技术直接或者间接地提出的新的无线交互式娱乐和信息显示网络系统。

本发明的该方面是一种用于在可以从外部媒体源上载数字内容数据的场所中通过无线网络向一组或多组个人无线交互式娱乐和信息显示设备递送高效数字内容数据以便实时地或在要求时回放的系统，所述场所可以是但不限于飞行器客舱、火车客舱、载客公共汽车、载客汽车、客船船舱、音乐厅、讲堂、图书馆、校园、宿舍、礼堂、体育场、娱乐设施、锻炼设施、等候室、购物设施、或者甚至住宅社区。内容可以在显示设备上被实时回放或者被存储以便单独地在要求时交互式回放。本发明总体上包括具有无线交互式娱乐和信息显示设备、无线接入模块、路由器、系统管理面板、以及外部媒体接口面板的系统。

前述内容已经大体上描绘了本发明的物理方面，并用于帮助更好地理解随后的更完整的详细描述。根据这点，应当清楚地理解本发明并不限于这里描述和图示的构造、制造、材料或应用的方法或细节。制造、使用、或应用的任何其它变化显然应当被认为是本发明的可替选实施例。

发明目的

因此，本发明的几个优点和目的是：

本发明的首要目的是提供将克服现有技术设备的不足的无线交互式娱乐和信息显示网络系统设备。

本发明的一个目的是提供使用无线网络向一组或多组无线交互式显示设备高效且及时地上载或者递送数字内容数据以便单独在要求时或实时地回放的无线交互式娱乐和信息显示网络系统设备。

本发明的另一个目的是提供这样的无线交互式娱乐和信息显示网络系统设备，其使用IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n、IEEE 802.16、超宽带(UWB)、无线USB、或任何其它提供54Mbps或更高的链路速率的无线标准来实现45Mbps或更高的数据吞吐速率(其等于或好于T3数字传输线的带宽)，以使用无线数据吞吐量优化(WDTO)技术向一组或多组无线交互式显示设备高效且及时地上载安全设置的数字内容，无线数据吞吐量优化(WDTO)技术组合利用了UDP网络协议、组播、点对多点(peer-to-multi-peers)自组(ad-hoc)网广播、无线网络参数调整、数据帧分片和重组优化技术、数据包串接、以及数据文件分割传输技术。

根据其中所包含的具体描述或说明而变得明显或显而易见的本发明的任何其它优点和目的意图落入本发明的范围之内。

附图说明

下面的附图通过图示进一步描述了本发明的优点和目的。在随后的“具体实施方式”部分，每个附图被标注了对应的图号。

图1是根据本发明的无线交互式娱乐和信息显示网络系统的图形表示。

图2是图示了根据本发明的使用WDTO技术的无线交互式显示网络系统内容上载会话的过程的流程图。

图3是图示了根据本发明的使用WDTO技术的无线交互式显示网络系统内容流播会话的过程的流程图。

图4是根据本发明的简化的无线交互式娱乐和信息显示网络系统的可替选实施例的图形表示。

图5是图示了根据本发明的使用简化的WDTO技术的无线交互式显示网络系统内容上载会话的过程的可替选实施例的流程图。

具体实施方式

现在，描述性地参考附图，附图图示了无线交互式娱乐和信息显示网络系统设备：

下面关于本发明的优选实施例的说明不是旨在限制本发明的范围，而是使任何本领域的技术人员能够制作和利用本发明。

如图1所示，本发明是无线交互式显示网络系统10，其包括无线交互式娱乐和信息显示设备11、无线接入模块12、路由器14、系统管理面板15、以及外部媒体接口面板13。本发明的设备应该满足其预期环境的相关规章要求。

如图1所示，无线交互式显示器11包括触摸屏或者其他有线或远程的输入控制装置，以便用户输入选择；其还包括能够处理可能经编码和/或加密的数字数据的计算机电路和软件，以便存储或者在要求时回放视频、音频、以及数字图像再现。音频通过有线或无线耳机或扬声器来获取。无线收发器模块工作在IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n、IEEE 802.16、超宽带(UWB)、无线USB、或者任何其它提供54Mbps或更高链路速率的无线标准下，其中，使用如图2所示的WDTO 20技术，带宽优化可以实现45Mbps或更高的数据吞吐速率，且无线收发器模块的天线与无线收发器模块电路集成在一起。相应的计算机电路可以被包含在显示器外壳内或安装在附近并且连接到电子显示设备的单独设备内。无线交互式显示器可以集成到座位上、固定安装在建筑物或其它设备上、或者是可分离的。无线交互式显示器连接到足够的电源。无线交互式显示器无线链接到它们的预先分配的子网无线接入模块12。可替选地，一旦完成了如图2所示的内容上载过程20以便在要求时交互式回放，无线交互式显示设备11就不需要在无线网络中被链接。内容可以通过预先安排的时间线、在要求时、预编程的或预设的参数来被删除。

如图1所示，无线接入模块12包括天线，该天线连接到具有用于以太网17接口的数字信号处理能力的收发器电路。收发器模块工作在IEEE802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n、IEEE 802.16、超宽带(UWB)、无线USB、或者任何其它提供54Mbps或更高链路速率的无线标准下，其中，使用如图2所示的WDTO 20技术，带宽优化可以实现45Mbps或更高的数据吞吐速率，收发器模块与应用软件和固件一起工作以实施与无线交互式显示器11之间的组播和单播网络操作。无线接入模块12的目的是通过路由器14来实现无线交互式显示器11与包括系统管理面板15的外部媒体接口16之间的数字数据的无线传输。无线接入模块12连接到足够的电源，并且其通常安装在天花板中或者安装在升高的高度，以实现与它自己的子网内的无线交互式显示器11组之间的视线(line-of-sight)无线链接；所以，每个子网具有一个指定的无线接入模块12。每个子网被分配有信道，其中在网络的布局中，任何重叠信道被物理地散开或隔离。分配给每个子网的无线交互式显示器11的最大数目视带宽需求而定；子网内的无线交互式显示器11的最佳数目应该是253或更少。可用的信道视特定的世界区域和当地规章而定。

如图1所示，路由器14包括能够通过以太网17在特定的子网无线接入模块12、外部媒体接口面板13及系统管理面板15之间管理、处理和路由数字包数据的电路；如果距离大于300英尺，可以在网络中使用以太网交换机。具有多个子网的较大网络可以有多个路由器14。路由器14连接到足够的电源。

如图1所示，系统管理面板15包括具有触摸屏或键盘接口的计算机，该计算机提供数字数据处理、存储、内容显示、以及网络接口。用户接口显示器和控制器可以是便携式的并且可以有线地或无线地远程连接到该面板。系统控制面板15的目的是向无线网络10中的所有部件提供控制、监视、维护和接口。其还提供数字内容备份存储、DVD回放、系统数据收集、以及系统参数配置。系统管理面板15还可以用作无线系统10与因特网的接口，其中系统管理面板15具有为因特网与无线交互式显示器11之间的数据业务分配伪IP地址的DHCP服务器功能。系统管理面板15还用作无线网络10中任何金融或支付交易需求的清算所和接口。系统管理面板15连接到足够的电源。

如图1所示，外部媒体接口面板13包括用于数字数据如文本、图形、视频和音频的外部媒体输入16的连接点。外部媒体接口面板13还可以包括，但不限于数字媒体服务器、内容加载器、例如可以将VCR带的内容转换成MPEG格式的数字视频和音频内容的模拟到数字媒体转换器、以及DVD播放机、数字卫星接收机/解码器、或因特网。

如图1所示，以太网17是10/100Base-T以太网或吉比特以太网(铜线或光纤)。

如图1所示，可替选实施例包括无线交互式显示器18，无线交互式显示器18与用于双无线链路操作的双无线模块一起工作，以便备份或者增加无线子网带宽。无线交互式显示器18应该具有额外的随机存取存储器(RAM)容量以处理和缓冲来自双无线链路操作的额外的数据。这个特定的可替选实施例在相应的子网中需要额外的无线接入模块19。额外的无线接入模块19工作在采用同一无线标准的不同信道下或者不同的无线标准下。可替选地，无线接入模块19可工作在双频带，以支持双无线链路操作或者链接网络中的其他无线接入模块19。

如图2所示，WDTO 20(无线数据吞吐量优化)技术包括以下技术的组合利用：UDP网络协议、组播、点对多点自组网广播、无线网络参数调整、数据帧分片和重组优化技术、数据包串接、以及数据文件分割传输技术，WDTO 20技术在内容上载会话期间使用。在普通工作时段21期间，如图1所示的无线网络10处在TCP/IP模式，其中每个无线交互式显示器11或18具有唯一的MAC地址和预先分配的关于其子网的静态IP。相应的子网信道是预设的且固定的。没有WDTO 20带宽优化的普通模式下的数字内容递送是通过分别在TCP/IP和UDP模式下的单播和组播流数据递送中的任一个或两个来完成的。

如图2所示，数字内容文件如视频和音频文件使用分割文件传输技术22上载到无线交互式显示器11或18，在分割文件传输技术22中，数字文件被分割成最佳大小的子文件数据包以便传输，然后重组成完整文件以便存储和回放。文件的分割可以在引入系统之前在网络外部完成，或者由系统管理面板15实时处理。数据串接过程将多个小包捆绑成子文件来传输以增大吞吐量。在上载会话之前，产生分割文件对比和重组清单22并且发送给每个期望的接收者并要求确认。接收者无线交互式显示器11将使用该清单来确定在补足会话(make-up session_)期间需要重发的任何丢失的包。

如图2所示，系统为进行上载会话23而被初始化；子网无线接入模块12或19将向所有的接收者发送“保持清醒”广播消息和通告业务指示地图(announcement traffic indication map)。相应的无线交互式显示器11或18、无线接入模块12或19以及系统管理面板15切换到UPD模式以便进行组播会话。在上载会话期间，子网参数调整将把所有相应的无线交互式显示器11或18转换成只接收模式并关闭来自无线交互式显示器的错误校正、接收应答以及发送请求协议，以消除数据冲突并减少协议开销，因此提高了吞吐数据速率。来自无线接入模块12或19的信标(Beacon)、原因码、状态码也被关闭。在UDP上载会话期间，对于整个网络或特定的子网，数据包被成帧。在局部网络上载期间，只有相应的一个或多个子网切换到UDP上载模式。而且，所分割的子文件将以分片的帧在网络层上传输，其中帧的大小是通过根据网络可用带宽、行为和接收者总数来设置分片阈值而优化的，因此，在减少帧头开销和随后的错误校正需求之间达到平衡。分片阈值将由分片包传输重组技术应用软件预先确定或者在每个会话中确定并相应调整。

如图2所示，当接收者无线交互式显示器11或18接收到所分割的子文件帧时，数据包被处理并回重组成子文件，并随后重建成作为期望内容的完整数字文件以便数字存储。一旦完成来自原先的上载源的组播会话24，点到多点补足会话26将被局限在其相应的单独子网内，其中子网组内的无线交互式显示器11或18中的一个被预先指定为对等体(peer)领导，以在子网内的它自己的对等体之间进行自组补足会话，其中对等体领导将按啄序(pecking order)一次一个地向每个无线交互式显示器11或18对等体请求利用子文件数据对比清单22所产生的丢失子文件列表。对等体领导将进行会话，以局限在它自己的子网内、在其相应的信道里以组播模式重新广播所请求的子文件，而不干扰其它子网，因为其它子网也被分开以在子组中进行它们自己的补足会话。一旦无线交互式显示器11或18被确认已经获得丢失的子文件，它就将继续对另一个无线交互式显示器11或18进行同样的过程。当补足会话继续时，预期随着该过程按啄序继续进行，丢失子文件的请求的数目将会减少，且该过程加快。如果对等体领导没有所请求的子文件，它会请求子网内的另一个对等体来广播丢失的所分割的子文件包(如果有的话)，否则，它会请求上载源16或者系统管理面板15在随后的过程中重发。

如图2所示，系统管理面板15也与加载源16进行补足会话。用于补足的备份内容也可以来自系统管理面板15。对等体领导向加载源16或者系统管理面板15报告27以请求其相应子网内的任何不可得到的子文件。一旦确认了所有对等体领导的报告，系统就重新进入UDP和组播模式以只重传特定的丢失的子文件。系统管理面板15或加载源16按啄序与子网对等体领导进行网络范围的补足会话，并带有成功确认。

如图2所示，以UDP模式完成网络范围的补足会话后，子网对等体领导就将回到自组会话28以与特定的对等体确认接收到先前不可得到的子文件，或者如需要的话则再额外进行一次补足。

如图2所示，一旦子网的所有对等体领导均已向加载源16或系统管理面板15回报告或通过查询报告已完成补足会话，系统就将整个无线网络返回到普通TCP/IP操作29。

如图3所示，在使用WDTO技术的实况流会话30期间，相应的一个或多个子网将从TCP/IP模式切换到UDP模式，以便利用与图2所示的内容上载过程20相同的子网参数调整和帧分片优化技术来进行组播流会话32。如果流数字内容旨在在无线交互式显示器11或18上存储以供在要求时回放以及可用于实时广播回放，那么文件分割33将在实况流会话期间进行，其中将产生清单并在该流会话完成之后发送。子网点到多点自组补足会话35和标记为任选任务的后续过程也将类似于图2所示的内容上载过程20而进行。

如图4所示，具有单个网络应用的可替选实施例诸如但不限于是设有座后无线交互式娱乐和信息显示系统设备的汽车或出租车，其中简化的自组网络系统40具有无线基站45，其类似于图1所示的系统控制面板15，但是增加了自含式(self-contained)无线模块和天线、或直接连接到无线接入点(未示出)。无线基站45向车载无线交互式显示器41提供无线数字内容上载和系统管理能力。无线交互式显示器41类似于如图1所示的无线交互式显示器11或18。外部数字内容46可以通过因特网或者其他数字媒体如DVD馈送到无线基站45，最通常地，无线基站45位于家里或者办公室里，无线基站45具有通常在300英尺内的视线范围，以进行如图5所示的自组无线上载会话50。无论何地，当将车辆中的无线交互式显示器41通电，就可以在要求时回放所上载的内容。当车辆在无线基站45、或相应的远程无线接入点、或其中在策略位置部署了定向的或高增益的天线的接入点(未示出)的范围内时，无线交互式显示器41可以随时与无线基站45重新连接，以便执行内容上载或系统管理功能。无线基站45连接到足够的电源。无线交互式显示器41连接到车辆上的足够的电源。

如图5所示，WDTO技术20的可替选实施例诸如但不限于是用于如图4所示的具有多个无线交互式显示设备41的单个无线网络的简化的数字内容上载过程50。简化的WDTO过程50类似于如图2所示的WDTO过程20，其中无线基站45发起文件分割过程52和清单递送，并要求来自接收者无线交互式显示器41的确认。网络参数调整53在UDP模式下的自组组播上载会话之前进行。在上载会话期间，使用帧分片优化来优化数据吞吐量。所分割的子文件通过无线自组会话53来被上载以便在无线交互式显示器41中处理和存储。无线基站45按啄序与无线交互式显示器41直接进行补足会话56以根据请求重新广播任何丢失的子文件。一旦无线基站45确认与无线交互式显示器41的补足会话已完成，系统网络40就将返回到TCP/IP操作。

本发明不限于以下类型的网络和内容安全实施，这些网络和内容安全实施包括加密和解密方法，如用于内容保护的MPEG4格式、三重DES或公共密钥加密。

无线网络被建成封闭的网络，使得对非期望的用户不可见，其中ESSID广播被禁止，并且无线接入模块被预设成使用MAC地址认证和关联控制来限制只能访问特定的MAC地址。而且，无线网络安全还将包括以下技术和方法中的任何一个，如具有TKIP(临时密钥完整性协议)的802.11i标准、全状态包检测(Stateful Packet Inspection)防火墙、端口映射、152位WEP加密、WPA、使用具有日志和报告告警的入侵检测系统(IDS)的入侵检测、用于安全远程连接的基于IPSec的VPN端点隧道、用于安全WAN连接的168位的基于IPSec的3DES加密隧道、安全套接层(SSL)远程管理能力、PEAP(受保护的可扩展身份验证协议)。

无线网络上的财政或支付交易使用诸如对称式密钥加密和SSH(安全外壳)的方法实施安全交易。

应该认为，通过对应用、使用或操作的方法、制造方法、形状、大小、或材料方面的改变而得到的本发明的任何其它实施例是落在本发明的范围之内的，这些改变没有在本文包含的详细书面说明或图示中指出，但是对于本领域的技术人员是明显或显而易见的。而且，像任何无线交互式娱乐系统领域的技术人员可以从前面的详细说明和图片中知道一样，可以对本发明的优选实施例进行修改和变化而不背离本发明的范围。

Claims (11)

1.一种能够在无线网络中向多个用户高效且及时地递送数字内容数据以便单独或同时回放的无线交互式娱乐和信息显示网络系统，其包括：一组或多组多个无线交互式显示设备，用于根据个人选择在要求时或实时地进行数字内容回放；无线接入模块，提供用于在外部数字媒体源或接口与无线交互式显示设备组之间发送和接收数字内容数据的无线链路，可替选地，提供到所述网络中其它无线接入模块的无线链路；用于所述无线网络的每个区或段的路由器，其引导去向或来自相应的无线接入模块和外部媒体源、接口、或系统管理面板的网络数据；外部媒体接口面板，向任何外部数字媒体源或接口提供物理连接点；系统管理面板，提供用于网络接入的数字内容存储和用于控制、监视、以及维护功能的至无线网络系统的操作人员接口。

2.如权利要求1所述的无线交互式娱乐和信息显示网络系统，其中所述无线网络具有分别在TCP/IP和UDP模式下的单播和组播流数据递送的功能。

3.如权利要求1所述的无线交互式娱乐和信息显示网络系统，其中所述无线网络为数字内容递送提供高效的数据通信带宽管理，其中所述数字内容递送使用IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE 802.11n、IEEE802.16、无线USB、超宽带(UWB)、或任何其它提供54Mbps或更高的链路速率的无线标准。

4.如权利要求1所述的无线交互式娱乐和信息显示网络系统，其中所述数字内容为以数字数据格式再现的视频、音频或图形图像，所述数字数据格式诸如但不限于MPEG、MP3、JPEG、TIFF、HTML或XML。

5.如权利要求1所述的无线交互式显示设备，其中所述无线交互式显示器为能够根据用户控制或编程控制来进行无线通信、数据处理、数据存储、显示数字图像和视频再现、以及音频回放的电子装置。

6.如权利要求1所述的无线接入模块，其中所述无线接入模块是这样的装置，该装置包括向有线网络通信提供与相同或不同无线标准的单频带的或者双频带的无线电网络通信的接口的电子电路。

7.如权利要求1所述的外部媒体源，其中包括但不限于数字媒体服务器、数字内容加载器、将模拟媒体格式如NTSC或PAL转换成数字数据格式的模拟到数字媒体转换器、DVD播放机、数字相机、或者数字陆地或卫星电视接收机/解码器。

8.如权利要求1所述的外部数字媒体接口，其中包括但不限于因特网或内联网。

9.如权利要求1所述的路由器，其中包括通过布线将系统管理面板、外部媒体面板和无线接入模块的有线网络接口互联的网络路由器或网络交换机。

10.如权利要求1所述的系统管理面板，其中所述系统管理面板可以是自含式单元或分离的单元，在所述分离的单元中，可以是便携式的用户接口显示器和控制器通过有线或无线方式远程连接到包含所述内容存储和网络接口功能的单元。

11.一种在无线交互式娱乐和信息显示网络系统设备中实现无线网络通信带宽优化的方法，包括：使用IEEE 802.11a、IEEE 802.11g、IEEE802.11n、IEEE 802.16、无线USB、超宽带(UWB)、或任何其它提供54Mbps或更高的链路速率的无线标准，以使用无线数据吞吐量优化(WDTO)技术来实现45Mbps或更高的数据吞吐速率，所述无线数据吞吐量优化技术组合利用了UDP网络协议、组播、点对多点自组网广播、无线网络参数调整、数据帧分片和重组优化技术、数据包串接、以及数据文件分割传输技术。

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