CN1768552A - 发现无线网络中最近的设备和服务 - Google Patents

Abstract

在具有至少三个基站的无线网络中的搜索设备被放置在识别其附近的可用设备和服务的位置中，因为设备G_i (i≠k)确定信号强度ss(i，j)，在该信号强度上这些设备接收来自基站B_i的信号，并且被发现的设备将这些信号发送给搜索设备G_k。

Description

发现无线网络中最近的设备和服务

本发明涉及一种使无线网络(无线LAN、WLAN)中的设备发现在它们附近的其它设备和服务的方法。

空间有界区域中的无线网络(称为局域网，LAN)被使用于非常广泛的领域内。一个应用领域例如是计算机局域网，其中：多个计算机和诸如打印机、扫描仪、投影仪等等之类的多个外围设备结合。这些LAN被广泛地使用于例如公司中。公司通常有多个接入点(AP)，经由这些接入点，用户可以连接到网络中的一个便携式WLAN启用(WLAN-capable)设备并且因此用户可以使用例如公司的主机电脑。而且，使得例如打印机、扫描仪、UHP投影仪等等之类通常可用的外围设备的使用成为可能，因为它们也连接到网络并且可以被若干用户来访问。这提供了例如在会议室中固定安装外围设备的可能性，其中演讲者或发言者仅仅需要将他的膝上型电脑连接到网络来与外围设备通信。

这引起的问题是，必须偶尔从多个等效设备中选择在最靠近附近区中的设备。例如，当膝上型电脑用户搜索他所不知道的建筑物中的一台打印机时，他感兴趣的是发现在最靠近他当前位置的附近区中的打印机，而不是存在于另一建筑物或者另一楼层中的一台打印机。

在网络管理员没有进行相应的预配置的情况下(例如，包含表示位置的一个名字列表)，目前技术状态不能提供确定在用户自己设备的附近区的服务的可能性。为了无线设备(网络元件)可以明确地被分配给一个给定的网络，这些设备应该知道网络标识符或者网络必须确保关于无线设备的明确标识符的分配。

在802.11标准的IBSS模式中，登录到所有无线设备的网络名称作为网络的标识符。仅仅具有相同登录名称的设备才可以相互通信。

DHCP是通过网络或固定设置实现网络中配置的一个实例。DHCP服务器具有一个明确设备地址(MAC地址)列表以及所分配给的IP地址。对于该服务器的MAC地址，则新设备需要IP地址，具有该IP地址的设备然后被分配给网络，该IP地址就存在于DHCP服务器的列表中。

或者在每个单独设备中通过公共网络标识，或者在需要被分配的设备列表的网络中通过中心授权，两种技术都需要设备分配到网络的预配置，如果新设备要被分配给存在的网络，或者必须提供该设备网络标识符，或者网络必须知道新设备的明确标识符。通常，人工地进行这些调整。

例如，目前诸如通用即插即用(UPnP)之类的发现框架提供了发现经由网络可以达到或在网络中可用的设备和服务的可能性。然而，在目前技术现状中，仅限于发现附近设备是不可能的，因为不存在关于设备之间距离的可用信息。通过通用即插即用(UPnP)的搜索将发现在同一网络中存在的所有适当的设备和服务。因此，被发现的设备的数目十分大。用户能够搜索在已经发现的设备列表上的已知名字或者从网络中为每个设备下载描述页，在该描述页上用户可以搜索关于设备位置的信息。当然，这预先假定用户了解环境并且需要用户交互。

本发明的一个目的是提供一种使设备能够识别在它附近的可用设备和服务的方法。

据发现，当在局域无线网中发现的设备与至少三个基站联系时可以确定和使用在WLAN启用的便携式设备和其他设备以及服务之间的距离，即它到它们的相对位置，并且确定信号强度，在该信号强度上这些设备接收来自基站的信号并且将信号发送给搜索设备。

本发明的一个目的是提供一种在包含至少三个基站(B_j)的无线网络中发现最近设备和服务的方法，其中所有设备G_I(i≠k)确定信号强度ss(i，j)，在该信号强度ss(i，j)上这些设备接收来自基站B_j的信号并且被发现的设备将这些信号发送给搜索设备G_k。

根据本发明的方法使与至少三个基站连接的WLAN启用的设备发现和识别其他最近的设备和它们的服务。这样，新的基于附近的应用变成可能。而且，根据本发明的方法优点是：不必改变WLAN的基础结构。根据本发明的方法可以直接与可用设备一起使用，因为WLAN技术已经广泛地被使用。

当具有无线移动设备的用户想发现并使用在他附近的服务时，根据本发明的方法是尤其适用的。这样服务的实例有打印机、投影仪、音乐播放器和成像服务。

用户的移动设备(以下也称为“搜索设备”)和提供服务的设备(以下也称为“被发现的设备”)与至少三个基站联系并且属于相同网络，在该网络内它们相互彼此通信。在建筑内，基站可以覆盖大约100米的范围。诸如公司领域之类的较大区域可以通过连接覆盖区域的多个基站由无线网络来服务。

在两个设备位于相同位置的情况下，来自基站由这些设备接收的信号的信号强度基本上相等。因为在给定发射机容量的情况下信号强度是设备和相关基站之间距离的函数，所以由信号强度估计的两个设备之间的距离也基本上相等。关于两个设备的距离信息越相似，这些设备相互离的就越近。

使用以下参考符号在下文说明根据本发明的方法：

ss(i，j)：以dBm为单位测量到的信号强度，在该信号强度上设备G_i接收来自基站B_j的信号。

r(i，j)：根据信号强度ss(i，j)得到的在设备G_i和基站B_j之间以m为单位的(估计)距离。

σ(i，j)：设备G_i和设备G_j的所得到距离信息的标准偏差。

可以根据信号强度ss确定无线网络中设备和基站之间的距离r。对于工作在2.4GHz频带的无线802.11b网络的情况，可应用：

$r\left[m\right]=10^{\left(\frac{-\mathrm{ss}\left[\mathrm{dBm}\right]-\mathrm{40,17}}{20}\right)}$

通过这个公式，可以为每个信号强度ss(i，j)计算设备G_i和基站B_j之间的相关距离r(i，j)：

$r(i,j)={10}^{\left(\frac{-\mathrm{ss}(i,j)-\mathrm{40,17}}{20}\right)}$

对于每两个设备G_i和G_j，可以按如下公式确定相对于它们相关距离估计值的标准偏差σ(i，j)：

$\mathrm{\σ}(i,j)=\sqrt{{(r(i,1)-r(j,1))}^2+{(r(i,2)-r(j,2)}^2+...+{(r(i,m)-r(j,m))}^2}$

根据本发明的方法使搜索设备G_k能够确定哪些设备G_i(i≠k)在它的空间附近内。为此，被发现的设备G_i(i≠k)确定信号强度ss(i，j)，在该信号强度上这些设备接收来自基站B_j的信号并且将这些信号发送给搜索设备G_k。

在根据本发明的优选实施例中，搜索设备G_k利用这个信息根据信号强度ss(i，j)计算被发现的所有设备G_i(i≠k)的距离r(i，j)。另外，搜索设备G_k确定其自身的信号强度ss(k，j)，在该信号强度上搜索设备接收来自基站B_j的信号并且根据该强度计算到它基站B_j的距离r(k，j)。因此，搜索设备G_k能够确定标准偏差σ(k，i)。

搜索设备G_k可以分配标准偏差σ(k，i)的给定值给发现的每个设备G_i(i≠k)，该偏差是设备G_k和G_i之间距离的量度。当搜索设备G_k依据它们的幅度分配这些值时，具有最小标准偏差的设备G_j是在空间上最靠近G_k的设备。因此，按以下步骤执行根据本发明的优选方法：

-所有设备G_i(i∈{1，2，...，n})确定它们自身信号强度ss(i，j)，在该信号强度上它们接收来自基站B_j的信号(j∈{1，2，...，m})；

-被发现的所有设备G_i(i≠k)发送它们的信号强度ss(i，j)给搜索设备G_k；

-根据这些信号强度，搜索设备G_k确定设备G_i和基站B_j之间的距离r(i，j)，其中i∈{1，2，...，n}并且j∈{1，2，...，m}；

-随后，搜索设备G_k确定标准偏差σ(k，i)(其中i∈{1，2，...，n}，i≠k)作为设备G_k和G_i之间距离的量度；

-具有最小标准偏差(即σ(k，j)≤σ(k，i))的设备G_j(其中i∈{1，2，...，n}，i≠k)是空间上离G_k最近的设备。

据设备的相对距离而言，上文说明的方法能够分配一个设备给其他设备并且因此确定空间上最接近的设备。不会给出关于已发现设备和搜索设备之间距离的绝对范围。然而，可以补充根据本发明的方法以便同样提供这个信息。在这种情况下，使用以下参考符号。

d(i，j)：设备G_i和设备G_j之间的实际距离。

d_min(i，j)：设备G_i和G_j相对于彼此至少具有的距离的下限。

d_max(i，j)：设备G_i和G_j相对于彼此至多具有的距离的上限。

对于每两个设备G_i和G_j，可以为相互距离确定下限和上限：

d_min(i，j)：＝min{|r(i，1)-r(j，1)|，|r(i，2)-r(j，2)|，…，|r(i，m)-r(j，m)|}

d_max(i，j)：＝max{|r(i，1)+r(j，1)|，|r(i，2)+r(j，2)|，…，|r(i，m)+r(j，m)|}

对于实际距离，可应用：

d_max≥d(i，j)≥d_min

例如当设备G_k仅仅对距离不超过例如10米的设备G_i感兴趣时可以使用上式。

为此，设备G_k为所有其他设备G_i(i≠k)尤其是为被发现的设备计算下限d_min(k，i)。在任何情况下，具有d_min(k，i)＞10m的设备G_i与G_k的距离大于10m，并且因此在以后的搜索中设备G_k不进一步考虑该设备G_i。

对于所有其它设备G_i，尤其是被发现的设备(即，d_min(k，i)≤10m的所有设备)，现在设备G_k计算上限d_max(k，i)。在任何情况中，具有d_max(k，i)≤10m的设备离G_k的距离不超过10m，并且设备G_k仅仅进一步考虑这些设备。

现在设备G_k根据剩余设备G_i(即d_min(k，i)≤10m和d_max(k，i)≤10m的所有设备)的标准偏差σ(k，i)计算最大值σ_max。由此确定的值σ_max是为设备G_k所知的最大标准偏差，该确定的值σ_max属于距设备G_k的确不超过10m的一个设备。

标准偏差不高于σ_max的所有设备(即σ(k，p)≤σ_max的所有设备G_P)距G_k也不都超过10m。

总之，根据本发明的方法是优选的，其中搜索设备G_k为被发现的设备G_i(i≠k)计算下限d_min(k，i)和上限d_max(k，i)，并且利用这些值以便确定设备距离的绝对范围。

如上文所提及的，根据本发明的方法需要至少三个基站。根据本发明的方法的精确度随着基站数目的增加而增加，因为有更多可用数据来计算标准偏差，因此可以以更加精确的方式计算该标准偏差。

在根据本发明的优选方法中，无线网络包括至少四个，优选地至少五个，尤其优选地至少六个和尤其为至少七个基站(B_j)。

根据本发明的方法的精确度也可以进一步增加而不需增加基站数目，因为关于由被发现的设备G_i发射到搜索设备G_k的信号强度的信息质量被提高。这可以被实现是因为不仅仅考虑上一次测量的信号强度，这可能存在它们是错误值的危险。在根据本发明的优选实施例中，被发现的每个或所有设备G_i根据在给定时间周期内测量的信号强度ss(i，j)形成平均值以及发送这个平均值给搜索设备G_k，该设备G_k使用该平均值计算距离。

在根据本发明的优选实施例中，被发现的设备均分信号强度ss(i，j)的时间周期是2到60秒，优选地是5到40秒以及尤其是8到20秒。

为了被发现的设备不必为单独数据量而等待太长，对于这些设备可推荐的是有规律地发送这些信息。在根据本发明的优选方法中，设备G_i(i≠k)发送它们优选为平均的信号强度ss(i，j)给搜索设备G_k的重复频率是0.1到50Hz，优选地是0.25到25Hz，尤其优选地是0.5到20Hz以及尤其是1到10Hz。

以上文所述的方式，搜索设备的用户需要他附近的被发现的那些设备的列表。为了找到用户所期望的服务是否在他的附近，根据本发明的方法可以以如此方式被执行，即通过发现框架，优选地通过通用即插即用(UPnP)，搜索设备G_k能够访问被发现的设备G_i(i≠k)的服务。

在本发明的这个变型中，搜索设备在它附近发现至少一个设备之后在被发现的设备中开始UPnP搜索。UPnP确保搜索设备找到并且能够使用由其他设备提供的服务。然后，可以通知用户在他附近的合适服务。

在根据本发明的优选方法中，搜索设备G_k通过通用即插即用(UPnP)搜索在被发现的设备G_i(i≠k)中找到提供所期望服务的设备。

这个方法的变型同样可以被执行，因为最初找到所有最近的设备并且在这些设备中搜索合适的服务；可替换地，能够为合适的服务开始搜索请求并且在提供合适服务的设备中搜索空间上最靠近的设备。因此，根据本发明的方法是优选的，其中在应答搜索请求的情况下，被发现的每个设备G_i(i≠k)将关于信号强度ss(i，j)的信息添加到与其无线联系的基站B_j。

这个信息允许搜索设备以上文所说明的方式确定空间上最近的设备和服务。

Claims (10)

1.一种在包含至少三个基站(B_j)的无线网络中发现最近设备和服务的方法，其中所有设备G_i(i≠k)确定信号强度ss(i，j)，在该信号强度上这些设备接收来自基站B_j的信号并且被发现的设备将这些信号发送给搜索设备G_k。

2.如权利要求1所述的方法，其中搜索设备G_k根据信号强度ss(i，j)计算被发现的所有设备G_i(i≠k)的距离r(i，j)并且确定标准偏差σ(k，i)。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中搜索设备G_k为被发现的设备G_i(i≠k)计算下限d_min(k，i)和上限d_max(k，i)，并且利用这些值以便确定设备距离的绝对范围。

4.如权利要求1至3中任一个权利要求所述的方法，其中无线网络包括至少四个，优选地至少五个，尤其优选地至少六个和尤其是至少七个基站(B_j)。

5.如权利要求1至4中任一个权利要求所述的方法，其中被发现的所有设备G_l根据在给定时间周期内测量的信号强度ss(i，j)形成平均值，并且发送这个平均值给搜索设备G_k，该设备G_k使用平均值计算距离。

6.如权利要求5所述的方法，其中时间周期是2到60秒，优选地是5到40秒以及尤其是8到20秒。

7.如权利要求5或6所述的方法，其中被发现的设备G_i(i≠k)发送它们优选为平均的信号强度ss(i，j)给搜索设备G_k的重复频率是0.1到50Hz，优选地是0.25到25Hz，尤其优选地是0.5到20Hz以及尤其是1到10Hz。

8.如权利要求1至7中任一个权利要求所述的方法，其中通过发现框架，优选地通过通用即插即用(UPnP)，搜索设备G_k能够访问被发现的设备G_i(i≠k)的服务。

9.如权利要求8所述的方法，其中搜索设备G_k通过通用即插即用(UPnP)在被发现的设备G_i(i≠k)中搜索来找到提供所期望服务的设备。

10.如权利要求8或9所述的方法，其中在应答搜索请求的情况下，被发现的每个设备G_i(i≠k)将关于信号强度ss(i，j)的信息添加到与其无线联系的基站B_j。