СЕНСОРНЫЕ СЕТИ НА ОСНОВЕ БЕСПРОВОДНЫХ УСТРОЙСТВ
WIRELESS DEVICE-BASED SENSOR NETWORK

Настоящая заявка притязает на приоритет предварительной заявки США серийный No. 60/847,433, озаглавленной "Сенсорные сети на мобильных станциях", поданной 26 сентября 2006 года, переуступленной правопреемнику сего и включенной в данный документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится, в общем, к связи, а более конкретно к технологии использования беспроводных устройств.
Уровень техники
Сети беспроводной связи широко развернуты для предоставления различных услуг связи, таких как передача голоса, видео, пакетных данных, обмена сообщениями, широковещания и т.д. Эти беспроводные сети могут быть сетями с множественным доступом, способными поддерживать связь со многими пользователями путем совместного использования доступных сетевых ресурсов. Примеры таких сетей с множественным доступом включают в себя сети с кодовым разделением каналов (CDMA), сети множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA), сети множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), сети множественного доступа с ортогональным частотным разделением каналов (OFDMA) и FDMA сети с одной несущей (SC-FDMA).
Беспроводная сеть может включать в себя много базовых станций, которые могут поддерживать связь с множеством беспроводных устройств, например сотовых телефонов. Традиционно, беспроводные устройства используются, главным образом, для радиосвязи и часто носятся пользователями повсеместно. В последнее время, беспроводные устройства были оснащены дополнительными функциями, например камерами, для того, чтобы делать снимки и снимать видео, способностью определения местоположения для определения положения пользователей и т.д. Эти дополнительные функции обеспечивают большие возможности и дают возможность более широкого использования беспроводных устройств пользователями для связи, равно как для других целей.
Сущность изобретения
Здесь описываются технологии использования беспроводных устройств для реализации сенсорных сетей. Сенсорная сеть - это сеть, которая может собирать информацию с сенсорных устройств, расположенных по всей сети, и может обрабатывать и предоставлять собранную информацию для конкретного приложения. Беспроводные устройства могут быть оборудованы различными типами сенсоров и могут быть эффективно использованы в качестве сенсорных устройств.
В одном аспекте, беспроводные устройства могут быть использованы в сенсорной сети для приложения, широко известного как когнитивное радио. В одном варианте, беспроводное устройство может получить измерения для первой системы связи (например, широковещательной системы), с которой беспроводное устройство не осуществляет связь. Информация о местоположении и/или временная метка также может быть определена для каждого измерения. Беспроводное устройство может направлять значения измерений и связанную информацию о местоположении и/или временные метки посредством второй системы связи (например, сотовой сети). Измерениями могут быть измерения интенсивности сигнала для диапазона частот, используемых первой системой и неиспользуемых второй системой. Сервер сенсорной сети может получать измерения от некоторого количества беспроводных устройств и может определить покрытие первой системы, основываясь на этих измерениях.
В другом аспекте, беспроводные устройства могут быть использованы в сенсорных сетях для разнообразных приложений, включая агрегацию информации от большого числа беспроводных устройств. В одном варианте, беспроводное устройство может получать информацию сенсоров от, по меньшей мере, одного сенсора в беспроводном устройстве. Информация о местоположении и/или временные метки также могут быть получены и связаны с информацией сенсоров. Беспроводное устройство может отсылать информацию сенсоров и связанную информацию о местоположении и/или временные метки посредством беспроводной системы связи. Сервер сенсорной сети может принимать информацию сенсоров и связанную информацию от ряда беспроводных устройств, агрегировать информацию сенсоров и составлять карту покрытия, карту плотности населения, карту предсказания движения и т.д., основанную на агрегированной информации сенсоров.
В еще одном аспекте, беспроводное устройство может разрабатывать профиль пользователя, основываясь на информации сенсоров и связанной информации о местоположении и/или временных метках. Некоторыми операциями беспроводных устройств можно управлять на основе профиля пользователя.
Различные аспекты и свойства раскрытия описываются детально ниже.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 и 2 изображают две сети беспроводной связи.
Фиг. 3 изображает измерения использования спектра для когнитивного радио.
Фиг. 4 изображает процесс поддержки когнитивного радио с помощью беспроводного устройства.
Фиг. 5 изображает процесс поддержки когнитивного радио сервером.
Фиг. 6 изображает процесс, выполняемый беспроводным устройством для сенсорной сети.
Фиг. 7 изображает процесс, выполняемый сервером для сенсорной сети.
Фиг. 8 изображает процесс, выполняемый беспроводным устройством для отпечатка пользователя.
Фиг. 9 изображает блок-схему беспроводного устройства, базовой станции и сервера сенсорной сети.
Подробное описание
Использование сенсорных сетей может быть использовано для осуществления ряда сценариев по сбору и использованию интересующих данных. Некоторые примеры приложений для сенсорных сетей включают в себя определение используемого диапазона (например, для когнитивного радио), предсказание и предотвращение (дорожного) движения, предсказание погоды, определение излучения (например, для домашней безопасности) и т.д.
В одной из возможных реализаций, сенсорная сеть может иметь большое число сенсорных устройств специального назначения, которые могут быть универсально развернуты в заданном географическом регионе. Каждое сенсорное устройство может включать в себя сенсор для измерения конкретного физического явления, такого как, например, использование радиочастоты (RF) в конкретном диапазоне частот, температура, движение, излучение и т.д. Сенсор может состоять из детектора, измерительных цепей и т.д. Каждое сенсорное устройство может также быть выполнено с возможностью осуществления связи и/или подключения к сети. Сенсорные устройства могут производить измерения с помощью сенсоров, собирать измеренные данные, самоорганизовываться в многозвенную ячеистую сеть с малым потреблением мощности, и задействовать коммуникационный протокол для передачи данных измерений и прочей информации (например, информации о местоположении и/или времени) на сервер назначения. Сервер может обрабатывать и агрегировать данные, полученные от сенсорных устройств. Термины "данные", "информация" и "измерения" часто используются взаимозаменяемо.
Сенсорные устройства должны обладать следующими свойствами:
- повсеместным распределением по географическому региону,
- низкой (бросовой) стоимостью,
- способностью осуществлять связь, и
- низким потреблением мощности и высокой продолжительностью работы батареи.
Признано, что включение в функциональные характеристики сенсорного устройства требований по невысокой стоимости и низкой потребляемой мощности осуществления связи является трудноразрешимой задачей. Маловероятно, что развертывание большого количества (например, миллионов) одноразовых сенсорных устройств, способных осуществлять связь, будет эффективным решением с точки зрения затрат и может быть адресовано большинству пользовательских приложений.
В одном аспекте, сенсорная сеть может быть реализована с помощью беспроводных устройств, которые широко используются для беспроводной связи в сетях беспроводной связи, например сотовых сетях. Сенсорная сеть, реализованная на беспроводных устройствах, может также называться сенсорной сетью на мобильных станциях. Беспроводное устройство может также упоминаться как мобильная станция, пользовательское оборудование, терминал, станция, пользовательский модуль, пользовательская станция, абонентская станция и т.д. Беспроводное устройство может быть сотовым телефоном, смартфоном, персональным цифровым помощником (PDA), беспроводным модемом, портативным устройством связи, портативным вычислительным устройством, портативным компьютером, спутниковым радио или позиционным приемником, беспроводным телефоном и т.д. Беспроводные устройства могут быть способны удовлетворить требованиям, предъявляемым к сенсорной сети, более эффективным и менее затратным образом, чем сенсорные устройства специального назначения, по следующим причинам:
- беспроводные устройства распространены повсеместно и присутствуют там, где присутствуют люди,
- беспроводные устройства уже имеют мощные встроенные возможности осуществления связи,
- беспроводные устройства и беспроводные сети обладают мощной и эффективной технологией обработки/передачи данных,
- батареи беспроводных устройств часто перезаряжаются,
- беспроводные устройства могут быть оборудованы различными сенсорами, и
- беспроводные устройства могут иметь возможности для позиционирования.
Большое количество (например, миллионы) беспроводных устройств используются в настоящее время, и еще большее количество беспроводных устройств постоянно вводится в эксплуатацию. Беспроводные устройства являются, обыкновенно, мобильными и, таким образом, с течением времени, могут обеспечить более широкое покрытие региона, по сравнению со статически развернутыми сенсорными устройствами. Беспроводные устройства обладают встроенной функцией связи, что устраняет необходимость в недорогом модуле связи. Беспроводные устройства и беспроводные сети обладают расширенной сетевой технологией передачи данных, что обеспечивает гибкость сбора и передачи данных и исключает необходимость проектирования сложной многозвенной архитектуры ячеистой сети для маломощных узлов, способных осуществлять связь с короткими интервалами и с длинными циклами бездействия. Беспроводные устройства имеют батареи, которые периодически перезаряжаются, что отбрасывает необходимость в длительном времени работы батареи, например, в несколько лет. Беспроводные устройства могут уже быть оборудованы различными сенсорами, такими как, например, микрофоны, камеры, антенны и радиоприемники и т.д., которые могут быть использованы для сбора данных. Для поддержки различных приложений к беспроводным устройствам могут быть добавлены дополнительные типы сенсоров. Беспроводные устройства могут также иметь спутниковые или сетевые возможности позиционирования. Указанные различные возможности беспроводных устройств могут быть использованы при обращении к большому количеству приложений для сенсорных сетей.
Фиг. 1 изображает беспроводную сеть 110a связи, способную поддерживать связь со многими беспроводными устройствами 120 и обеспечивающую передачу данных для сенсорных сетей. Термины "сеть" и "система" часто используются равнозначно. Беспроводная сеть 110a может являться глобальной беспроводной сетью (WWAN), которая может обеспечивать покрытие связи для большой географической площади, такой как, например, город, штат или целая страна. Беспроводная сеть 110a может быть сотовой сетью, например CDMA, TDMA, FDMA, OFDMA или SC-FDMA сетью. CDMA сеть может быть реализована по радиотехнологии, такой как технология cdma 2000, технологии универсального наземного радиодоступа (UTRA) и т.д. cdma 2000 охватывает стандарты IS-2000, IS-95 и IS-856. UTRA включает в себя широкополосный CDMA (W-CDMA) и другие варианты CDMA. Сеть TDMA может использовать радиотехнологию, такую как GSM (Глобальная система мобильной связи). Сеть OFDMA может использовать радиотехнологию, такую как технология Evolved-UTRA (E-UTRA), технологию Ultra Mobile Broadband (UMB), IEEE 802.16 (WiMAX), IEEE 802.20, Flash-OFDM и т.д. Эти различные сети, радиотехнологии и стандарты известны в современном уровне техники. Термины "радиотехнология", "воздушный интерфейс" и "протокол связи" зачастую используются взаимозаменяемо.
Беспроводная сеть 110a может включать в себя много базовых станций 112a. Базовая станция может быть стационарной станцией, которая связывается с беспроводными устройствами и может также называться Node B, и усовершенствованным Node B (eNB), точкой доступа и т.д. Каждая базовая станция 112a обеспечивает покрытие связи конкретной географической области. Область покрытия базовой станции может быть поделена на меньшие площади, например три меньших сегмента. Термином "сектор" или "ячейка" может называться самая маленькая единица покрытия базовой станции и/или подсистемы базовой станции, служащая для покрытия этой площади, в зависимости от контекста, в котором используется этот термин.
Сетевой контроллер 114 может присоединяться к базовым станциям 112a и обеспечивать координацию и управление базовыми станциями. Сетевой контроллер 114 может выполнять управление радиоресурсами, функции управления мобильностью, и другие функции по поддержке связи с беспроводными устройствами 120. Сетевой контроллер 114 может быть одиночным объектом сети или набором сетевых объектов. Сервер сенсорной сети 116a может присоединяться к сетевому контроллеру 114, принимать сенсорную информацию и/или измерения от беспроводных устройств 120, и обрабатывать сенсорную информацию и/или измерения, как описано ниже. Устройство хранения 118a может хранить централизованную базу данных для сервера 116a.
Широковещательная система 130 может быть развернута по всей или на части зоны покрытия беспроводной сети 110a. Широковещательная система 130 может быть телевизионной широковещательной системой, радио широковещательной системой, цифровой широковещательной системой и т.д. Например, широковещательная система 130 может быть системой MediaFLO, системой цифрового видеошироковещания для наладонников (DVB-H), системой комплексной службы цифрового широковещания для наземного телевизионного широковещания (ISDB-T) и т.д.
Система спутникового позиционирования (SPS) 140 может охватывать всю или часть зоны покрытия беспроводной сети 110a. SPS 140 может являться системой глобального позиционирования США (GPS), российской системой GLONASS, европейской системой Галилей или другой системой спутникового позиционирования. GPS является группой из 24, надлежащим образом расположенных спутников, плюс несколько запасных спутников на орбите Земли, каждый спутник GPS передает закодированный сигнал, который дает возможность приемникам GPS на Земле точно оценивать их местоположение, основываясь на измерениях достаточного числа спутников (обычно четырех) и известного расположения этих спутников.
Беспроводные устройства 120 могут быть рассредоточены по беспроводной сети 110a, и каждое беспроводное устройство может быть стационарным или мобильным. Беспроводное устройство может иметь двухстороннюю связь с базовыми станциями 112a беспроводной сети 110a. Беспроводное устройство может также принимать сигналы широковещательных станций 132 в широковещательной системе 130 и/или спутниках 142 в системе спутникового позиционирования SPS 140 в любой заданный момент.
Фиг. 2 изображает сеть 110b беспроводной связи, также способную поддерживать связь со многими беспроводными устройствами 120 и обеспечивающую передачу данных для сенсорных сетей. Беспроводная сеть 110b может быть беспроводной локальной вычислительной сетью (WLAN), которая может обеспечить покрытие связи для средних географических площадей, таких как, например, здание, офис, торговый центр, кампус и т.д. Беспроводная сеть 110b может реализовывать радиотехнологию, подобную любому из стандартов семейства IEEE 802.11 (например, 802.11a, 802.11b, 802.11g или 802.11n), Hiperlan и т.д. Стандарт IEEE 802.11 общеизвестен как Wi-Fi.
Беспроводная сеть 110b может включать в себя любое количество точек доступа 112b. Точка доступа - это станция, которая может предоставить доступ к распространяемым услугам с помощью беспроводных средств для станций, связанных с данной точкой доступа. Точки доступа 112b могут также обеспечить интерфейс между беспроводной сетью 110b и проводной сетью, подобной локальной сети (LAN) или беспроводной сети (WAN). Беспроводные устройства 120 являются станциями, которые связываются с точками доступа 112b. Станции (например, точки доступа 112b или беспроводные устройства 120) могут также связываться одна с другой посредством связи точка-точка.
Точки доступа 112b могут присоединяться к узлу или коммутатору Ethernet 122, который может дополнительно присоединяться к роутеру 124, который может обмениваться пакетами данных с сетью WAN 126 типа Интернет. Сервер сенсорной сети 116b может присоединяться к WAN 126 (как изображено на Фиг. 2) или может связываться с узлом/коммутатором 122 или роутером 124 (не показан на Фиг.2). Сервер 116b может принимать сенсорную информацию и/или измерения от беспроводных устройств 120 и может обрабатывать сенсорную информацию и/или измерения, как описано ниже. Модуль хранения 118b может хранить централизованную базу данных для сервера 116b.
В общем, беспроводное устройство может быть способно связаться с любым числом сетей и систем и по любой радиотехнологии. Беспроводное устройство может поддерживать связь с WWAN (например, сотовой сетью), WLAN (например, сетью IEEE 802.11), беспроводной персональной сетью (WPAN) и т.д. WPAN может быть реализовано на технологии Bluetooth, которая является радиотехнологией с небольшим покрытием, известная как стандарт IEEE 802.15.
В одном из аспектов, беспроводные устройства могут быть использованы в сенсорной сети для приложения, широко известного как когнитивное радио. Когнитивным радио называется использование выделенного частотного диапазона, когда диапазон не используется основным лицензиатом. Диапазон частот может быть выделен основному лицензиату на конкретную географическую область с оговоркой, что частотный диапазон может быть использован другими устройствами, когда не используется основным лицензиатом. Основной лицензиат может использовать весь или часть диапазона во всей или части географической области. Другие устройства могут использовать неиспользованные части диапазона в любой области, не закрытой основным лицензиатом.
В примере, показанном на Фиг. 1, основным лицензиатом может быть широковещательный телевизионный лицензиат, который эксплуатирует широковещательную систему 130. Основной лицензиат может иметь лицензию на диапазон внутри конкретного спектра частот в конкретной географической области. Диапазон частот может быть диапазоном от 400 до 700 МГц, диапазоном СВЧ (VHF) от 30 до 300 МГц, диапазоном ультра-высоких частот (UHF) от 300 МГц до 3 ГГц и т.д. Основной лицензиат может иметь широковещательные станции, работающие в лицензионном диапазоне только в одной части географической области.
В одном из вариантов, беспроводное устройство 120x может быть оснащено сенсором использования спектра частот для того диапазона частот, который представляет интерес, который может закрыть один или более частотных диапазонов, таких как, например, широковещательные телевизионные диапазоны. Беспроводное устройство 120x может быть представлено любым из беспроводных устройств 120 на Фиг. 1 и 2. Беспроводное устройство 120x может периодически производить измерения сигналов, принимаемых в различных частотных диапазонах. Сенсор использования спектра может состоять из детектора интенсивности сигнала, который может измерять интенсивность сигнала или принятую мощность в каждом из диапазонов частот. С другой стороны, сенсор использования спектра может состоять из демодулятора, который может демодулировать принятые сигналы в каждом частотном диапазоне и определять, могут ли сигналы быть надежно демодулированы.
Беспроводное устройство 120x может также определить свое местоположение и временную метку для каждого из замеров использования частот или каждого набора измерений. Беспроводное устройство 120x может получать точную оценку местоположения с помощью метода позиционирования, подобного GPS, GPS со вспомогательным режимом (A-GPS), усовершенствованная трилитерация канала связи (A-FLT), технология позиционирования по уточненной разности времени прохождения сигнала (E-OTD), технология позиционирования по разнице во времени прохождения сигнала (OTDOA) и т.д. С другой стороны, беспроводное устройство 120x может получать грубую оценку местоположения, основываясь на методе позиционирования, таком как ID ячейки или расширенному ID ячейки, который может обеспечить установленное местоположение (например, центр ячейки) подобно тому, как местоположение оценивается для беспроводного устройства 120x. Данные различные методы позиционирования широко известны. Требуемая точность определения местоположения может зависеть от приложения. Грубой оценки местоположения может быть достаточно, когда агрегируется информация от большого числа беспроводных устройств.
Беспроводное устройство 120x может посылать измерения использования спектра и сопутствующую информацию на сервер сенсорной сети через беспроводную сеть 110a на Фиг. 1 или на сервер 116b через беспроводную сеть 110b на Фиг. 2. В общем, сопутствующая информация может содержать информацию о местоположении и/или временные метки. Сервер может быть компонентом системы для сбора данных, который может принимать и обрабатывать измерения от различных беспроводных устройств. Чтобы минимизировать использование батарей и потери при осуществлении связи, беспроводное устройство 120x может сохранять измерения локально на беспроводном устройстве до тех пор, пока оно не произведет голосовой звонок или передачу данных по причине, иной, нежели передача измерений. Беспроводное устройство 120x может затем передать измерения на сервер, например, как неосновной поток данных.
Сервер может принимать измерения использования диапазона от многих (например, тысяч или миллионов) беспроводных устройств, расположенных повсюду в беспроводной сети. По истечении периода времени, благодаря большому количеству беспроводных устройств и мобильности пользователей, сервер может быть способен принимать измерения использования диапазона частот для заданного диапазона частот почти около каждого местоположения, занятого пользователями основного лицензиата. Сервер может обрабатывать измерения, полученные от беспроводных устройств, и агрегировать данные измерений. Сервер может быть способен предоставить надежную базу данных использования спектра частот основным лицензиатом. База данных может содержать информацию об использовании спектра частот по времени, месту и частотному диапазону. Сервер может также генерировать карты использования спектра для различных диапазонов частот. Карта каждого из диапазонов частот может указывать зоны покрытия основного лицензиата для этого диапазона частот.
База данных использования спектра может быть использована для поддержки функционирования в лицензируемом диапазоне частот на территориях, которые не охвачены основным лицензиатом. Беспроводные устройства с трансиверами, которые работают в переменном диапазоне частот, могут использовать части диапазонов, которые не используются основным лицензиатом. Например, два беспроводных устройства могут связываться в лицензионном диапазоне в области вне зоны покрытия основного лицензиата. Эта зона покрытия может быть грубо определена. Например, если в конкретной ячейке в заданном диапазоне частот сигнал слабый, тогда эта ячейка может считаться находящейся вне зоны покрытия основного лицензиата, и беспроводные устройства в этой ячейке могут использовать диапазон частот.
Фиг. 3 иллюстрирует образец замера использования диапазона частот для когнитивного радио. В этом примере, широковещательная станция 132x передает сигнал в диапазоне частот, предоставленном основному лицензиату. Широковещательный сигнал может быть принят широковещательным (например, телевизионным) приемником 134 и беспроводными устройствами 120x, 120y и/или 120z. Приемник 134 может находиться внутри предполагаемого покрытия широковещательной станции 132x и может принимать широковещательный сигнал с достаточно высокой интенсивностью сигнала. Беспроводное устройство 120x может находиться в непосредственной близости от приемника 134 и может измерять широковещательный сигнал с достаточно высокой интенсивностью сигнала. Беспроводные устройства 120y и 120z могут быть расположены дальше от широковещательной станции 132x и могут получать слабые измерения широковещательного сигнала. Беспроводные устройства 120x, 120y и 120z могут направлять свои измерения на сервер сенсорной сети 116, который может быть сервером 116a на Фиг. 1 или сервером 116b на Фиг. 2.
Сервер 116 может получать измерения от беспроводных устройств 120x, 120y и 120z. Сервер 116 может определить, что беспроводное устройство 120x находится внутри покрытия широковещательной системы 130, основываясь на замерах принятого сигнала большой величины беспроводного устройства 120x. Сервер 116 может определить, что беспроводные устройства 120y и 120z находятся вне зоны покрытия широковещательной системы 130, основываясь на измерениях принятого сигнала слабой интенсивности от беспроводных устройств 120y и 120z. На основе этих измерений во времени и пространстве от большого числа таких беспроводных устройств, оборудованных сенсорами для спектра широковещательной системы, сервер 116 в состоянии разработать карту покрытия для широковещательной системы 130 и может установить границу (изображенную линией 310 на Фиг. 3) зоны покрытия, предоставляемой широковещательной станцией 132x.
Беспроводные устройства 150y и 150z могут быть способны коммуницировать как вторичные пользователи в том же самом диапазоне частот, что и широковещательная система 130. Когда беспроводные устройства 150y и 150z намереваются связаться в этом частотном диапазоне, местонахождение этих беспроводных устройств может быть использовано для определения того, будет ли их передача в том же частотном диапазоне причиной чрезмерной интерференции на приемнике широковещательного сигнала 134 широковещательной станции 132x. Однако может быть затруднительно точно определить, насколько сильную интерференцию могут вызвать беспроводные устройства 150y и 150z в приемнике 134, если беспроводные устройства 150y и 150z функционируют в частотном диапазоне, используемом широковещательной станцией 132x. Для того чтобы принять во внимание данную неопределенность в зависимости от расстояния между расположением беспроводных устройств 150y и 150z по отношению к границе зоны покрытия широковещательной станции 132x, могут быть использованы фактор потери мощности или фактор запаса. В одном из проектов, беспроводным устройствам 150y и 150z может быть позволено работать в частотном диапазоне, если их место расположения находится существенно дальше от границы зоны покрытия широковещательной станции 132x. В другом проекте, передаваемая мощность, которую могут использовать беспроводные устройства 150y и 150z, может зависеть от расстояния между беспроводными устройствами 150y и 150z и границей зоны покрытия широковещательной станции 132x, например, более высокая передаваемая мощность может быть использована, если беспроводные устройства 150y и 150z находятся дальше от границы зоны покрытия, и наоборот.
В общем случае, беспроводные устройства 120 могут быть выполнены с возможностью производить измерения сигналов в спектре частот широковещательной системы, но могут или не могут быть выполнены с возможностью коммуницировать в этом диапазоне. Кроме того, беспроводные устройства 150 могут быть выполнены с возможностью использовать спектр частот широковещательной системы, но могут или не могут быть выполнены с возможностью измерять сигналы в этом диапазоне или сообщать сенсорную информацию обратно на сервер.
Фиг. 4 изображает схему процесса 400 поддержки когнитивного радио с помощью беспроводного устройства. Могут быть получены измерения для первой системы связи (т.е. широковещательной системы), с которой беспроводное устройство не осуществляет связь (блок 412). Информация о местоположении и/или временная метка может также быть определена для каждого значения измерения (блок 414). Измерения и связанная информация о местоположении и/или временные метки могут быть направлены через вторую систему связи (например, сотовую сеть или беспроводную ЛВС) (блок 416). Измерения могут включать в себя измерения интенсивности сигнала для диапазона частот, используемого первой системой и неиспользуемого второй системой. Измерения могут храниться до тех пор, пока не будет установлена связь со второй системой, и могут быть переданы, когда такая связь установлена.
Фиг. 5 изображает схему процесса 500 поддержки когнитивного радио сервером сенсорной сети, например сервером 116a на Фиг. 1 или сервером 116b на Фиг. 2. Измерения могут быть получены от множества беспроводных устройств (блок 512). Измерения производятся для первой системы связи (т.е. широковещательной системы), с которой беспроводные устройства не находятся в связи, и поступают через вторую систему связи (например, сотовую сеть или беспроводную WLAN). Зона покрытия первой системы связи может быть определена на основе измерений, полученных от беспроводных устройств (блок 514). Измерения могут включать в себя измерения интенсивности сигнала для диапазона частот, используемого первой системой связи и не используемых второй системой связи. Информация о местоположении и/или временные метки, связанные с измерениями, могут также быть получены от беспроводных устройств и использоваться для определения зоны покрытия первой системы связи. Может быть определено, находится ли данное беспроводное устройство внутри зоны покрытия первой системы связи (блок 516). Беспроводное устройство может иметь возможность работать в данном диапазоне частот, если оно не находится внутри зоны покрытия первой системы связи.
В общем, беспроводные устройства могут быть использованы в сенсорных сетях для различных приложений, включая агрегацию информации от большого количества беспроводных устройств. Беспроводные устройства могут получать измерения, на основе следующих сенсоров:
- микрофон - используется для регистрации звука и аудио,
- камера - используется для получения изображений и видео,
- датчик света - используется для определения света,
- радиочастотный сенсор, наподобие радиоприемника - используется для производства радиочастотных измерений,
- гироскоп или датчик движения - используется для определения движения и перемещения,
- датчик излучения и загрязнений - используется для определения излучения или загрязнения,
- термометр или другой погодный сенсор - используется для определения температуры и других характеристик погоды, и
- способность к позиционированию - используется для определения положения беспроводного устройства.
В общем, беспроводное устройство может включать в себя любое число сенсоров любого типа. Сенсоры общего назначения могут быть встроены в беспроводные устройства, которые являются коммерчески доступными. Сенсоры специального назначения могут быть встроены в беспроводные устройства для специальных приложений и/или областей. Например, радиационные сенсоры могут быть установлены в беспроводные устройства, работающие рядом с ядерным предприятием, датчики загрязняющих веществ могут быть установлены в беспроводные устройства, работающие в зонах, подверженных загрязнению, датчики давления могут быть установлены в беспроводные устройства, работающие рядом с турбинами, и т.д.
В общем случае, сенсорная информация любого типа может быть собрана беспроводным устройством на основе измерений сенсоров любого типа. Беспроводное устройство может также определить свое местоположение и временные метки для измерений. Местоположение может быть определено на основе GPS, ID ячейки и/или некоторых других методов позиционирования. Беспроводное устройство может хранить сенсорную информацию и связанное местоположение и временные метки в местной базе данных. Беспроводное устройство может передать сенсорную информацию и связанную информацию при удобной возможности на сервер.
Сервер может принимать сенсорную информацию и связанную информацию от ряда беспроводных устройств и может обрабатывать и агрегировать сенсорную информацию. Сервер может составлять подробные карты на основе собранной сенсорной информации, которая может быть собрана в течение промежутка времени и/или по всему пространству многими беспроводными устройствами по всему географическому региону.
Для разных приложений могут быть составлены разные карты, основываясь на сенсорной информации. Например, карта плотности населения и карта предсказания движения могут быть составлены на основе переданного местоположения большого числа беспроводных устройств. Карты изменения маршрутов могут быть составлены при наличии маршрутов, имеющих более низкую, чем ожидалось, плотность местонахождений. Карты предсказания погоды могут быть составлены на основе информации датчиков температуры и/или других погодных сенсоров в беспроводных устройствах. Карты определения излучения могут быть составлены на основе информации от сенсоров излучения в беспроводных устройствах.
Фиг. 6 изображает схему процесса 600, выполненного беспроводным устройством для поддержки сенсорной сети. Сенсорная информация может быть получена, по меньшей мере, от одного сенсора в беспроводном устройстве (блок 612). Как минимум один сенсор может включать в себя любой из сенсоров, приведенных выше, и/или другие сенсоры. Сенсорная информация может быть получена как результат измерений, сделанных сенсором (сенсорами). Например, сенсорная информация может включать оценку местоположения, полученную, основываясь на измерениях для спутников и/или базовых станций. Сенсорная информация может также включать в себя звук, свет, движение, излучение и т.д., которые могут быть получены, основываясь на измерениях звука, освещенности, движения, излучения и т.д.
Информация о местоположении беспроводного устройства при получении сенсорной информации может быть определена и поставлена в соответствие с сенсорной информацией (блок 614). Информация о местоположении может быть определена на основе (i) идентификационной информации для хотя бы одной стационарной станции, от которой получен пилотный сигнал, (ii) измерений псевдодальности для спутников и/или измерений синхронизации для базовых станций. Временные метки могут также быть определены и поставлены в соответствие сенсорной информации (также блок 614). Сенсорная информация может также состоять только из информации о местоположении и временных меток, например, в случае предсказания движения.
Сенсорная информация и связанная информация о местоположении и/или временные метки (при наличии таковых) может быть передана посредством беспроводной системы связи (блок 616). Сенсорная информация может сохраняться до тех пор, пока не установится связь с беспроводной системой связи, и может быть передана, когда связь установлена. Беспроводная система связи может быть системой сотовой связи, беспроводной ЛВС и т.д.
Фиг. 7 изображает схему процесса 700, выполненного сервером сенсорной сети. Сенсорная информация может быть принята от множества беспроводных устройств, поступая от сенсоров беспроводных устройств (блок 712). Сенсорная информация от беспроводных устройств может быть агрегирована (блок 714). Агрегированная сенсорная информация может быть использована для составления карт, которые могут быть картой зоны покрытия, картой плотности населения, картой предсказания движения, картой предсказания погоды, картой определения излучения и т.д. (блок 716). Информация о местоположении и/или временные метки, связанные с сенсорной информацией, могут также быть получены от беспроводных устройств и использованы для составления карт.
С другой стороны, беспроводное устройство может получать информацию от любых сенсоров, упомянутых выше, или других сенсоров. Сенсорная информация может быть обработана беспроводным устройством (или направлена на сервер и обработана сервером), чтобы составить пользовательский профиль или характерные признаки для пользователя беспроводного устройства. В общем случае, пользовательский профиль представляет собой набор данных для конкретного пользователя. Пользовательский профиль, составленный из сенсорной информации, может включать в себя любой тип информации пользователя, в зависимости от типа сенсоров, используемых для получения сенсорной информации.
Профиль пользователя может включать в себя маршруты регулярных поездок пользователя, которые могут быть составлены, основываясь на местоположении беспроводных устройств, накопленных с течением времени. Маршруты регулярных поездок могут быть использованы в сочетании с предсказанием движения и с картами изменения движения, чтобы предупредить пользователя о потенциальных пробках и/или предложить альтернативные маршруты. Профиль пользователя может включать в себя оценку общего воздействия излучения, которое может быть определено, основываясь на информации, собранной датчиками излучения. Профиль пользователя может включать в себя оценку воздействия звука и/или светового загрязнения, которое может быть определено, основываясь на информации, собранной с датчиков аудио и/или датчиков света. Профиль пользователя может включать в себя профиль физической активности и тренировок, который может быть определен, основываясь на информации, собранной с гироскопа, датчика движения, термометра и т.д. Профиль пользователя может также включать в себя другую информацию, полученную с сенсоров другого типа.
Профиль пользователя может включать в себя области, где может быть вероятна зона покрытия Wi-Fi. Эта информация о зоне покрытия Wi-Fi может быть определена, основываясь на измерениях сигналов Wi-Fi, собранных с течением времени в разных местах. Информация о зоне покрытия Wi-Fi может быть использована совместно с информацией о текущем местоположении беспроводного устройства, чтобы дать возможность энергоэффективных поисков Wi-Fi. Например, поиски сети Wi-Fi могут быть выполнены, только когда точки доступа Wi-Fi могут быть обнаружены с высокой достоверностью на основе информации о зоне покрытия Wi-Fi и текущем местоположении, и могут быть отменены в противном случае.
В общем случае, каждый тип информации в профиле пользователя может зависеть только от местоположения, или только от времени, или от местоположения и времени, или ни от того ни от другого. Информация о местоположении и/или временные метки могут быть получены и поставлены в соответствие каждому типу информации, который зависит от местоположения и/или времени, соответственно.
В общем случае, признаки местоположения и временные метки могут быть использованы, чтобы активировать или отменять определенные функциональные возможности беспроводного устройства и/или управлять операциями беспроводного устройства. Например, текущее значение измерения и собранная информация в профиле пользователя может быть использована, чтобы предупредить пользователя о воздействии сверхдопустимых доз излучения, солнца, звука, света, загрязнения и т.д. Текущее местоположение и/или временная метка и собранная информация в профиле пользователя могут быть использованы автоматически для включения определенных функций, например настройки на информацию о движении во время регулярных поездок, новости в вечернее время и т.д. Текущее местоположение и/или временные метки и собранная информация могут быть использованы, чтобы активировать или дезактивировать определенные функции, такие как поиски Wi-Fi и т.д.
Различные приложения, использующие профиль пользователя/характерные признаки, могут поддерживаться путем оснащения беспроводных устройств соответствующими сенсорами. Приложения профиля пользователя используют тот факт, что беспроводное устройство связано с пользователем и зачастую сопровождает его в различных местах. Эти приложения могут собирать и агрегировать информацию от любого типа сенсоров. Эти приложения могут также использовать собранную и агрегированную информацию различными способами.
Фиг. 8 изображает схему процесса 800, выполненного беспроводным устройством для приложения, использующего профиль пользователя/характерные признаки. Сенсорная информация может быть получена, по меньшей мере, от одного сенсора в беспроводном устройстве (блок 812). По меньшей мере, один сенсор может включать в себя любой из сенсоров, упомянутых выше, и/или другие сенсоры. Информация о местоположении и/или временных метках может также быть определена и поставлена в соответствие сенсорной информации (блок 814). Профиль пользователя может быть сформирован, основываясь на сенсорной информации и связанной информации о местоположении и/или временных метках, при наличии таковых (блок 816). Функционирование беспроводного устройства (например, поиски Wi-Fi) может управляться на основе профиля пользователя (блок 818). Одно или более сообщений (например, предупреждающее сообщение) может также быть сгенерировано на основе профиля пользователя (блок 820).
Фиг. 9 изображает блок-схему конструкции беспроводного устройства 120, которое может быть одним из беспроводных устройств на Фиг. 1 или 2. Данные о движении, сигнализация и сенсорная информация, измерения и сопутствующая информация, которые подлежат отправке беспроводным устройством 120 по восходящему каналу, могут быть обработаны (например, закодированы и модулированы) коммуникационным (Comm) процессором 924 для генерации выходных элементарных сигналов. Передатчик (TMTR) 932 может предварительно обрабатывать (например, преобразовать в аналоговый сигнал, фильтровать, усилить и преобразовать с повышением частоты) выходные элементарные сигналы и сгенерировать восходящий сигнал, который может быть передан через антенну 934. По нисходящему каналу антенна 934 может принимать сигналы каналов нисходящей связи от базовой станции 112 и других базовых станций в беспроводной сети. Приемник (RCVR) 936 может предварительно обрабатывать (например, фильтровать, усиливать, преобразовывать с понижением частоты и оцифровывать) принятый сигнал от антенны 934 и обеспечить дискретизацию. Коммуникационный процессор 924 может обрабатывать (например, демодулировать и декодировать) импульсы и предоставлять декодированные данные и сигнализацию. Коммуникационный процессор 924 может выполнить обработку в соответствии с радиотехнологией (например, CDMA IX, W-CDMA, GSM, 802.1 la/b/n и т.д.), используемой беспроводной сетью.
Приемник 936 может быть использован в качестве радиочастотного сенсора для выполнения измерений для других беспроводных систем (например, широковещательной системы 130) для когнитивного радио и/или других приложений сенсорной сети. GPS приемник 938 может обеспечить измерения, полученные от спутников. Эти измерения могут быть обработаны, чтобы получить точную оценку местоположения беспроводного устройства 120. Грубая оценка местоположения беспроводного устройства 120 может также быть определена, основываясь на пилотных сигналах, принятых базовой станцией 120 и/или другими базовыми станциями.
Сенсор (сенсоры) 928 может включать в себя любой из сенсоров, упомянутых выше, и/или другие сенсоры. Сенсор (сенсоры) 928 может получать измерения, указанные сенсор-контроллером 926, и может предоставлять измерения на сенсор-контроллер 926 для обработки. Сенсор-контроллер 926 может обрабатывать измерения для получения сенсорной информации. Сенсор-контроллер 926 может также разрабатывать профиль пользователя на основе сенсорной информации и может управлять функционированием беспроводного устройства 120 на основе профиля пользователя и/или другой информации.
Контроллер/процессор 920 может управлять функционированием в беспроводном устройстве 120. Контроллер/процессор 920 и/или сенсор-контроллер 926 может выполнить процесс 400 на Фиг. 4, процесс 600 на Фиг. 6, процесс 800 на Фиг. 8 и/или другие процессы по технологии, описанной здесь. Память 922 может хранить программные коды и данные для беспроводного устройства 120. Память 922 может также хранить сенсорную информацию, измерения и связанную информацию, например, до тех пор, пока хранимая информация не сможет быть направлена на сервер сенсорной сети через беспроводную сеть. Память 922 может также хранить профиль пользователя, составленный основываясь на сенсорной информации и/или измерениях.
Фиг. 9 также изображает структуру базовой станции 112, которая может быть одной из базовых станций на Фиг. 1 или 2. Базовая станция 112 включает в себя контроллер/процессор 1150, который выполняет различные функции для связи с беспроводным устройством, память 952, которая хранит программные коды и данные для базовой станции 112, передатчик/приемник 954, который поддерживает радиосвязь с беспроводными устройствами, и модуль 956 связи, который поддерживает связь с другими субъектами сети.
Фиг. 9 также изображает схему сервера 116, который может быть сервером 116a на Фиг. 1 или сервером 116b на Фиг. 2. Сервер 116 включает в себя контроллер/процессор 960, который выполняет различные функции для сенсорной сети, память 962, которая хранит программные коды и данные для сервера 116, и модуль 964 связи, который поддерживает связь с другими субъектами сети. Контроллер/процессор 960 может принимать сенсорную информацию, измерения и связанную информацию от беспроводных устройств, обрабатывать измерения, агрегировать сенсорную информацию и составлять карты. Контроллер/процессор 960 может выполнять обработку 500 на Фиг. 5, обработку 700 на Фиг. 7 и/или другие виды обработки согласно технологии, описываемой здесь.
Специалисты, вероятно, поймут, что информация и сигналы могут быть представлены, используя любую из многообразия различных технологий и техник. Например, данные, инструкции, команды, информация, сигналы, биты, символы и элементарные сигналы, которые упоминаются повсюду в описании выше, могут быть представлены напряжениями, токами, электромагнитными волнами, магнитными полями и частицами, оптическими полями и частицами или любой их комбинацией.
Специалисты далее оценят, что различные пояснительные логические блоки, модули, цепи и шаги алгоритма, описанные в связи с данным раскрытием, могут быть реализованы как электронное аппаратное обеспечение, компьютерное программное обеспечение или комбинация обоих. Чтобы ясно проиллюстрировать эту взаимозаменяемость аппаратного и программного обеспечения, различные иллюстративные компоненты, блоки, модули, цепи и этапы были описаны выше, в общем, с точки зрения их функциональности. Будет ли такая функциональность реализована как аппаратное обеспечение или программное обеспечение, зависит от конкретного приложения и проектных ограничений, налагаемых на всю систему. Опытные специалисты могут реализовать описанную функциональность различными способами для каждого конкретного приложения, но решения по такой реализации не должны быть расценены как причина выхода за рамки настоящего раскрытия.
Различные иллюстративные логические блоки, модули и цепи, описанные здесь в связи с настоящим раскрытием, могут быть реализованы или выполнены процессором общего назначения, цифровым сигнальным процессором (DSP), специальной интегрированной микросхемой (специализированной интегральной схемой), программируемой пользователем вентильной решеткой (FPGA) или другим программируемым логическим устройством, логическим элементом на дискретных компонентах или транзисторной логике, дискретными аппаратными компонентами или любыми комбинациями вышеуказанных, предназначенными для выполнения функций, описанных здесь. Процессором общего назначения может быть микропроцессор, но с другой стороны, процессором может быть любой традиционный процессор, контроллер, микроконтроллер или конечный автомат. Процессор может быть также реализован как комбинация вычислительных устройств, например, комбинация цифрового сигнального процессора и микропроцессора, множества микропроцессоров, одного или нескольких микропроцессоров в сочетании с ядром цифрового сигнального процессора (DSP) или любой другой такой конфигурации.
Шаги способа или алгоритма, описанного в связи с раскрытием в этом документе, могут быть реализованы напрямую в аппаратном обеспечении, в модуле программного обеспечения, выполненного процессором, или в комбинации обоих. Программный модуль может находиться в ОЗУ, на флэш-памяти, ПЗУ, программируемом ПЗУ, электрически стираемом программируемом ПЗУ, регистрах, жестком диске, съемном диске, CD-ROM или любом другом известном типе носителей информации. Типовой носитель информации присоединяется к процессору так, что процессор может читать информацию с и записывать информацию на носитель информации. В другом варианте, носитель информации может быть интегрирован в процессор. Процессор и носитель информации могут располагаться на специализированной интегральной схеме. Специализированная интегральная схема может находиться на терминале пользователя. В другом варианте, процессор и носитель информации могут располагаться в виде дискретных компонентов на терминале пользователя.
В одной или более типовых конструкциях описанные функциональности могут быть реализованы в аппаратном обеспечении, программном обеспечении, встроенном программном обеспечении или в комбинации вышеуказанных. При реализации в виде программного обеспечения, функциональности могут храниться или передаваться как одна или несколько инструкций или код на машиночитаемых носителях информации. Машиночитаемые носители информации включают в себя и запоминающие устройства ЭВМ, и носители информации, включая любые носители информации, которые способствуют передаче компьютерных программ с одного места на другое. Носители информации могут быть любыми доступными медиа, к которым могут обращаться компьютеры общего и специального назначения. В качестве примера, но не ограничения, такие машиночитаемые носители информации могут включать ПЗУ, ОЗУ, электрически стираемое программируемое ПЗУ, CD-ROM или другие накопители на оптических дисках, накопители на магнитных дисках или другие устройства на магнитных дисках, или любые другие носители информации, которые могут быть использованы для ношения или хранения желаемого механизма программного кода механизма в форме инструкций или структуры данных, и которые могут быть доступны компьютерам общего и специального назначения, или процессорам общего и специального назначения. Также, любое соединение, в сущности, может быть названо машиночитаемым носителем информации. Например, если программное обеспечение передается с веб-сайта, сервера или другого удаленного источника с использованием коаксиального кабеля, волоконно-оптического кабеля, витой пары, цифровой абонентской линии (DSL) или беспроводных технологий, таких как инфракрасные, радио или микроволны, тогда коаксиальный кабель, волоконно-оптический кабель, витая пара, цифровая абонентская линия (DSL) или беспроводные технологии, подобные инфракрасным, радио- или микроволнам, включаются в определение носителей информации. Понятия диск (disk) и диск (disc) так, как оно используется здесь, включает в себя компакт диск (CD), лазерный диск, оптический диск, цифровой диск (DVD), гибкий диск и блю-рэй диск, где диски (disks) обычно воспроизводят данные магнитным путем, тогда как диски (discs) воспроизводят данные оптическим путем с помощью лазеров. Комбинации вышеописанного также должны быть включены в понимание машиночитаемых носителей информации.
Предыдущее описание раскрытия представлено, чтобы дать возможность любому специалисту выполнить или использовать раскрытие. Различные модификации раскрытия будут без труда очевидны опытным специалистам, и характерные принципы, определенные здесь, могут быть применимы к другим модификациям без выхода за рамки объема раскрытия. Таким образом, не предполагается, что раскрытие ограничивается примерами и схемами, описанными здесь, но должно соответствовать широкому объему, согласующемуся с принципами и новыми признаками, раскрытыми здесь.