运行通信系统的服务器和方法
【专利摘要】本发明涉及运行通信系统的服务器和方法。一种服务器，包括被配置为存储多个计算机可执行指令的存储器设备以及与该存储器设备耦合的处理器。当处理器执行多个计算机可执行指令时，该处理器被编程以确定在一段时间上某位置内的可用的频谱，并从无线设备接收接入可用的频谱达预定的持续时间的请求。所述处理器还被编程以选择被无线设备使用达预定的持续时间的可用的频谱内的频带，并向无线设备发送授权消息以使用选择的频带。
【专利说明】运行通信系统的服务器和方法
【技术领域】
[0001]本发明的领域通常涉及通信系统，特别涉及运行通信系统的服务器和方法。
【背景技术】
[0002]至少一些已知的通信系统包括如无线接入点等网络接入点，其能够使多个设备可通信地耦合到一起和/或将设备可通信地耦合到网络，如因特网。在建筑物或其它位置内，大量的设备，如蜂窝电话、嵌入式控制器、移动计算基础设施的计算设备和/或其它计算设备，可以彼此和/或与其它系统进行无线通信。这样的设备可以产生大量的无线电频率信号，这些信号可以导致移动设备的信号之间发生干扰。这种干扰可以造成该位置内每个设备可用的带宽数量的减少。在某些情况下，这种干扰还可以使设备无法与其它设备通信。
【发明内容】
[0003]一方面，提供了服务器，其包括配置为存储多个计算机可执行的指令的存储器设备和耦合到所述存储器设备的处理器。当处理器执行多个计算机可执行的指令时，处理器被编程以确定在一段时间上在某位置内可用的频谱，并从无线设备接收接入所述可用的频谱达预定的持续时间的请求。处理器还被编程以选择被无线设备使用达预定的持续时间的可用频谱中的频带，并向无线设备发送授权消息以使用所选的频带。
[0004]有利地，所述处理器可以被进一步编程以从无线设备接收在第一服务级别运行的请求。
[0005]有利地，所述处理器可以被进一步编程以确定是否足够的频谱可用以使无线设备能够在第一服务级别运行。
[0006]有利地，当确定足够的频谱可用时，所述处理器可以被进一步编程以选择使无线设备能够在第一服务级别运行的所述可用的频谱中的频带。
[0007]可选地，当确定不能获得使无线设备能够在第一服务级别运行的足够的频谱时，处理器可以被进一步编程以确定是否足够的频谱可用以使无线设备能够在低于第一服务级别的第二服务级别运行。优选地，当确定不能获得使无线设备能够在第二服务级别运行的足够的频谱时，处理器被进一步编程以向无线设备发送错误消息。优选地，当确定足够的频谱可用以使无线设备能够在第二服务级别运行时，处理器可以被进一步编程以选择使无线设备能够在第二服务级别运行的频谱中的频带。
[0008]有利地，所述处理器可以被进一步编程以确定在一段时间上该位置内的电视广播频带的可用频谱。
[0009]有利地，数据库可以可通信地耦合到服务器，并且所述处理器可以被进一步编程以通过从数据库接收数据来确定该位置内可用的频谱。优选地，服务器被配置以更新数据库，从而表明被无线设备使用达预定的持续时间的选择的频带。
[0010]另一方面，提供了运行通信系统的方法，该方法包括确定在一段时间上在某位置内的可用的频谱，从无线设备接收接入可用的频谱达预定的持续时间的请求，由通信系统中的处理器选择被无线设备使用达预定的持续时间的可用的频谱内的频带，以及向无线设备发送授权消息以使用选择的频带。
[0011]有利地，该方法可以进一步包括从无线设备接收在第一服务级别运行的请求。
[0012]有利地，该方法可以进一步包括确定是否有足够的频谱可用以使无线设备能够在第一服务级别运行。
[0013]有利地，当确定足够的频谱可用时，该方法可以进一步包括选择使无线设备能够在第一服务级别运行的所述可用的频谱中的频带。
[0014]可选地，当确定没有使无线设备能够在第一服务级别运行的足够的频谱可用时，该方法进一步包括确定是否有足够的频谱可用以使无线设备能够在低于第一服务级别的第二服务级别运行。优选地，当确定没有使无线设备能够在第二服务级别运行的足够的频谱可用时，该方法进一步包括向无线设备发送错误消息。优选地，当确定足够的频谱可用以使无线设备能够在第二服务级别运行时，该方法进一步包括选择使无线设备能够在第二服务级别运行的所述频谱中的频带。
[0015]有利地，确定可用频谱包括确定在一段时间上某位置内电视广播频带的可用频
-1'TfeP曰。
[0016]有利地，该方法可以进一步包括通过从数据库接收数据来确定在所述位置内可用的频谱。优选地，该方法进一步包括更新数据库以表明选择的被无线设备使用达预定的持续时间的频带。
[0017]所讨论的特征、功能和优势可以在各个实施例中独立实现或可以在其它实施例中被结合起来，这些特征、功能和优势的进一步的细节可以参照下面的说明和附图看出。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1说明了包括多个无线设备的示例性通信系统；
[0019]图2是可以和图1所示的通信系统一起使用的示例性无线设备的框图；
[0020]图3是可以被图1所示的系统执行的运行通信系统的示例性方法的流程图；
[0021]图4是可以被图1所示的系统执行从而为图1所示的无线设备确定连接方案的示例性方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]图1是示例性通信系统100的框图。在该示例性实施例中，通信系统100包括基站102、频谱管理系统104、通信网络106以及一个或多个无线设备108。在一个实施例中，通信系统100还包括无线网络110。在该示例性实施例中，频谱管理系统104、通信网络106、无线设备108以及无线网络110被定位在某位置112中，如工厂或其他建筑物。可替换地，频谱管理系统104、通信网络106、无线设备108和/或无线网络110和/或其组件被定位在能够使通信系统100如本文描述地发挥作用的任何其它位置中。在另一个实施例中，通信系统100是不包括基站102的自组系统。
[0023]在该示例性实施例中，基站102包括发射塔，发射塔发射贯穿通信系统100的无线信号。基站102被定位在位置112的外部，但是被定位为使位置112在基站102的发射范围之内。在该示例性实施例中，基站102在一个或多个电视(TV)广播频带内发射无线信号。TV广播频带通常依据规则预定义并且可以包括如大约54兆赫兹(MHz)和大约698兆赫兹(MHz)之间的频率。更具体地说，TV广播频带可以包括大约54MHz至大约72MHz之间的频率、大约76MHz至大约88MHz之间的频率、大约174MHz至大约216MHz之间的频率、大约470MHz至大约608MHz之间的频率和/或大约614MHz至大约698MHz之间的频率。可替换地，基站102发射任何合适的无线电频带内的无线信号，包括规定的和/或工业、科学和医学(ISM)频带。
[0024]频谱管理系统104包括服务器114、数据库116以及至少一个频谱传感器118。服务器114包括至少一个处理器120、至少一个存储器设备122以及至少一个通信设备124。
[0025]处理器120包括任何合适的可编程电路，所述可编程电路包括一个或多个系统和微控制器、微处理器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及任何其它能够执行这里所描述的功能的电路。以上示例只是示例性的，并且因此并不意图以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。
[0026]存储器设备122包括计算机可读存储介质，比如但不限于:随机存取存储器(RAM)、闪存、硬盘驱动器、固态驱动器、磁盘、闪盘驱动器、光盘、数字视频光盘和/或任何合适的存储器。在该示例性实施例中，存储器设备122包括处理器120可执行以使处理器120能够执行本文描述的功能的数据和/或指令(即通过所述指令对处理器120进行编程)。
[0027]通信设备124可以包括但不限于:网络接口控制器(NIC)、网络适配器、收发器、公用交换电话网(PSTN)接口控制器或任何其它能够使通信系统100如本文描述地运行的通信设备。通信设备124可以使用任何适合的通信协议连接到通信网络106、数据库116和/或频谱传感器118。在该示例性实施例中，通信网络106和通信设备124使用有线以太网协议。
[0028]在该示例性实施例中，数据库116存储数据，该数据表示位置112内关于时间可用的频谱的列表。此外，数据库116存储使用位置112内的频谱的设备的列表，如无线设备108。在该示例性实施例中，随着接收到用于可用频谱和/或使用所述频谱的设备的新数据，存储在数据库116中的数据被持续地更新。因此，数据库116包括位置112内关于时间的可用的频谱的时空相关性。
[0029]在该示例性实施例中，频谱传感器118是检测和/或测量不同频率下存在的电磁辐射量和/或干扰量的传感器。频谱传感器118提供了表示每个频率下辐射的量或幅值的输出。该输出用来确定在某位置的频谱内的“空白电视信号频段(white space)”或可用的频谱或频率的量。如这里所用的，术语“空白电视信号频段”、“未使用的频率或频谱”以及“可用的频率或频谱”指的是一个或多个频率或频带，在该频率或频带内，电磁辐射的幅值(如无线电频率信号的幅值)低于预定的阈值。该阈值可以由用户设置，或者可以是由外部设备设置的阈值。
[0030]通信网络106是将服务器114、数据库116和/或频谱传感器118可通信地耦合到一起的网络106。在该示例性实施例中，通信网络106是有线以太网。可替换地，通信网络106可以是任何其它能够使通信系统100如本文描述地发挥作用的有线或无线网络。
[0031]在该示例性实施例中，无线网络110是至少部分延伸贯穿位置112的无线以太网网络。在一个实施例中，无线网络Iio使用大约900兆赫兹(MHz)、2.4千兆赫(GHz)和/或大约5GHz的信号频率来运行。可替换地，任何能够使通信系统100如本文描述地发挥作用的无线通信频率和/或协议都可以使用，如蓝牙、超宽带(UWB)和/或蜂窝数据网络。在该示例性实施例中，无线网络110能够使无线设备108彼此通信、与位置112内的其它设备或系统通信和/或与连接到因特网或企业内部互联网的其它设备和/或系统通信。例如，在一个实施例中，无线网络110被耦合到通信网络106。
[0032]无线设备108可以包括能够与其它设备无线通信的任何计算设备。比如，无线设备108可以包括智能手机、平板计算设备、膝上型计算机、台式计算机和/或任何其它能够使通信系统100如本文描述地发挥作用的设备。在该示例性实施例中，无线设备108是至少部分使用一个或多个TV广播频带频率通信的移动设备。在一些实施例中，移动设备108直接地或间接地通过一个或多个网络(如无线网络110和/或通信网络106)与其它设备或系统(如服务器114)进行通信。此外，在该示例性实施例中，无线设备108使用一个或多个TV广播频带频率与基站102进行通信。可替换地，无线设备108使用任何适合的无线电频带，包括规定的和/或ISM频带，传输无线信号到其它无线设备108和/或基站102。
[0033]图2是可以与通信系统100 (图1所示)一起使用的示例性无线设备108的框图。在该示例性实施例中，无线设备108包括处理器202、存储器设备204、无线网络收发器206、TV广播频带收发器208以及有线网络收发器210。可替换地，无线设备108可以不包括有线网络收发器210和/或无线网络收发器206。虽然无线设备108在本文中被描述为包括TV广播频带收发器208，但无线设备108可以使用能够使无线设备108如本文描述地发挥作用的在任意频带内广播并接收无线信号的任何收发器。
[0034]处理器202包括任何适合的可编程电路，所述可编程电路包括一个或多个系统和微控制器、微处理器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑电路(PLC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及任何其它能够执行本文所描述的功能的电路。以上示例只是示例性的，并且因此并不意图以任何方式限制术语“处理器”的定义和/或含义。
[0035]存储器设备204包括计算机可读存储介质，比如但不限于:随机存取存储器(RAM)、闪存、硬盘驱动器、固态驱动器、磁盘、闪盘驱动器、光盘、数字视频光盘和/或任何适用的存储器。在该示例性实施例中，存储器设备204包括可由处理器202执行以使处理器202能够执行本文描述的功能的数据和/或指令(即通过所述指令对处理器202进行编程)。
[0036]在该示例性实施例中，无线网络收发器206是与无线网络110通信的无线以太网收发器。在一个实施例中，无线设备108通过无线网络110和/或通信网络106与服务器114通信。在另一个实施例中，无线设备108直接与服务器114通信，或者绕过无线网络110而通过通信网络106与服务器114通信。
[0037]TV广播频带收发器208使无线设备108能够使用TV广播频带频率与其它设备或系统通信。比如，无线设备108可以利用一个或多个TV广播频带频率与基站102通信，从而发射和/或接收可通信地耦合到基站102的其它设备之间的数据。
[0038]在该示例性实施例中，有线网络收发器210是有线以太网收发器。比如，有线网络收发器210可以耦合到通信网络106，以使无线设备108能够与服务器114通信。
[0039]图3是运行通信系统的示例性方法300的流程图，所述通信系统例如通信系统100(如图1中所示)。在该示例性实施例中，方法300体现在多个计算机可执行指令中，这些计算机可执行指令对服务器114 (即处理器120)编程以执行本文所描述的功能。因此，在该示例性实施例中，方法300由处理器120执行。
[0040]在该示例性实施例中，服务器114从无线设备如无线设备108 (如图1所示)接收302连接请求。更具体地说，当无线设备108进入位置112 (如图1所示)或者在无线设备进入位置112后的某个时间点上，无线设备108向服务器114发送请求以接入位置112内的无线频谱，以便用于和其他设备进行通信。比如，无线设备108向服务器114发送请求以接入位置112中的TV广播频带的一部分达期望的持续时间(这里也称作“期望的通信会话持续时间”或“期望的会话持续时间”)。
[0041 ] 服务器114确定304无线设备108是否被授权以接入无线频谱。比如，服务器114访问数据库116 (如图1所示)或其他设备，以确定无线设备108是否被包括在位置112和/或无线频谱的被授权的设备的列表中。如果服务器114确定无线设备108没被授权以接入位置112内的无线频谱，则服务器114向无线设备108发送306错误消息，表明无线设备108未被授权。然而，如果服务器114确定无线设备108被授权以接入位置112内的无线频谱，则服务器114确定用于无线设备108的连接方案，如在本文中更全面描述的。
[0042]图4是确定用于无线设备(如无线设备108)的连接方案以接入位置112 (如图1所示)内的无线频谱达期望的持续时间的示例性方法308的流程图。在该示例性实施例中，方法308体现在多个计算机可执行指令中，这些计算机可执行指令对服务器114(即处理器120)编程以执行本文描述的功能。因此，在示例性实施例中，方法308由处理器120执行。
[0043]在该示例性实施例中，请求被发送402到无线设备108以确定无线设备108请求的服务级别(如服务质量(QoS))。如，无线设备108请求的服务级别可以包括或可以指定最小带宽、最小时延、优先级、抖动或干扰的最大量、期望的通信会话的持续时间和/或从无线设备108传输或由无线设备108接收的流量(或数据)的任何其它方面。服务器114从无线设备108接收404代表所请求的服务级别的数据。比如，在一个实施例中，服务器114通过无线网络110和/或通信网络(如图1所示)与无线设备108通信，从而确定所请求的服务级别。
[0044]服务器114确定406无线设备位置内(即位置112内)的可用的频谱。更具体地说，服务器114通过访问数据库116确定位置112内的TV广播频带内在一段时间上(如一个或多个当前和/或将来的通信会话的持续时间)的空白电视信号频段或可用的频谱。在该示例性实施例中，服务器114参考数据库116来确定在数据库116处注册的设备的列表，所述设备在当前时间和/或将来的时间接入位置112内的一个或多个频谱和/或预期接入一个或多个频谱。
[0045]在特定实施例中，服务器114基于一段时间上注册的设备的预期频谱使用并基于测量的和/或估计的其它设备的频谱使用和/或基于位置112内频谱的历史使用来确定关于时间的频谱的地理空间使用。服务器114基于期望的会话持续时间并基于哪个频带在通信会话的时间中被预期可用的判断来为通信会话确定可用的频谱。
[0046]应当注意的是，无线设备108或其它注册或未注册的设备，可以在位置112内移动和/或可以移入或移出位置112。因此，服务器114可以为位置112内的无线设备108和/或其它设备关联或确定移动预置文件(mobility profile)。比如,移动预置文件可以包括位置112的第一区域内的无线设备108可用的第一频带，并且如果无线设备108移动到位置112的第二区域，则还包括无线设备108可用的第二频带。[0047]此外，在该示例性实施例中，服务器114确定408在请求的服务级别上是否具有可用的频谱。比如，在一个实施例中，服务器114确定在频谱未使用的部分内是否具有足够的可用的带宽以使无线设备108能够在请求的时间中以请求的服务级别运行。如果服务器114确定408在请求的服务级别和时间有足够的频谱可用，则服务器114选择410使无线设备108能够以请求的服务级别运行的频谱内的频带。
[0048]服务器114向无线设备108发送412授权消息以使无线设备108能够以选择的频带运行。此外，服务器114将无线设备108添加到数据库116中的使用所述频谱的设备的列表(即使用选择的频带的设备的列表)。因此，服务器114更新数据库116，以表明选择的频带正在被无线设备108使用，使得所述频谱的所述部分现在对其它设备是不可用的。
[0049]相反地，如果服务器114确定在请求的服务级别下没有足够的频谱可用，则服务器114确定414在较低的服务级别下是否有足够的频谱可用。如果在较低的服务级别下没有足够的频谱可用，则服务器114向无线设备108发送416错误消息，以表明位置112没有无线设备108可用的足够的频谱。
[0050]如果在较低的服务级别有足够的频谱可用，则服务器114选择418使无线设备108能够在较低的服务级别运行的频带。服务器114向无线设备108发送412授权消息以在选择的频带运行。此外，服务器114更新数据库116以表明选择的频带正在被无线设备108使用，使得频谱的所述部分现在可以对其它设备不可用达通信会话的持续时间。
[0051]在一个实施例中，服务器114可以为无线设备108选择多个频带以在通信会话的不同部分中使用。比如，如果第一频带在期望的通信会话的第一部分中是可用的，而在期望的通信会话的第二部分中是不可用的，并且如果第二频带在所述第二部分中是可用的，而在所述第一部分中是不可用的，则服务器114可以选择并且使无线设备108能够在所述第一部分中使用第一频带并且在所述第二部分中使用所述第二频带。
[0052]本文所描述的方法和系统的技术效果包括下述中的至少一个:Ca)确定在一段时间上某位置内的可用的频谱；(b)从无线设备接收接入可用的频谱达预定的持续时间的请求；(C)由通信系统中的处理器选择由无线设备使用达预定的持续时间的可用的频谱内的频带；(d)向无线设备发送授权消息以使用选择的频带。
[0053]本文描述的实施例提供了有效而鲁棒的通信系统，该通信系统可以用来利用TV广播频带或其他适合的频带为一个或多个无线设备提供无线接入。服务器管理在一段时间上在某位置处的TV广播频带(或其他频带)内的可用的频谱的使用。服务器从无线设备接收请求并确定该无线设备是否被授权以在该位置使用所述频谱达请求的持续时间或时间。服务器还确定被使用达请求的持续时间的可用的频谱的一个或多个部分。无线设备发送请求以在期望的服务级别接入所述频谱。服务器确定是否有足够的频谱可用以使无线设备能够在期望的服务级别运行，并且选择可用的频谱内的频带。服务器向无线设备发送授权消息以使无线设备能够在期望的服务级别使用选择的频带。如果没有足够的频谱可用以使无线设备能够在期望的服务级别运行，则服务器确定是否有足够的频谱可用以在较低的服务级别运行无线设备。如果没有足够的频谱可用以在较低的服务级别运行，则服务器向无线设备发送错误消息。然而，如果有足够的频谱可用以在较低的服务级别运行无线设备，则服务器选择用于较低的服务级别的频带，并向无线设备发送授权消息以使用选择的频带。因此，服务器有效地管理某位置内的可用的TV广播频带频谱(或其他频带)并使多个无线设备能够接入TV广播频带。
[0054]以上详细描述了运行通信系统的服务器和方法的示例性实施例。该服务器和方法不限于本文所描述的特定实施例，而是服务器的组件和/或方法的步骤可以独立地并与本文所述的其他组件和/或步骤分离地使用。进一步，所描述的操作和/或组件也可以与其它系统、方法和/或网络相组合地定义或使用，并且不限于只实践用于本文描述的通信系统。
[0055]本文描述的系统并不意图对本发明的任何方面的使用或功能的范围进行任何限制。此外，本文描述的系统不应当被理解为针对示例性操作环境中说明的任意一个组件或多个组件的组合具有任何依赖或要求。
[0056]本文所说明和描述的本发明的实施例中的操作的实施或执行的顺序除非另行规定，否则不是必要的。也就是说，除非另行规定，否则操作可以任意顺序执行，并且本发明的实施例可以包括比本文公开的操作更多或更少的操作。比如，可以预见的是，在一个操作之前、同时或之后实施或执行特定的操作都在本发明的各方面的范围之内。
[0057]虽然本发明的各种实施例的具体特征可能显示在一些附图中而没有在其它附图中显示，然而这只是为了方便。根据本发明的原理，某个附图的任何特征可以结合任意其他附图的任何特征被引用和/或要求保护。
[0058]本书面说明书利用示例来公开各种实施例，其包括使本领域的任何技术人员能够实现这些实施例的最佳方式，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何合并的方法。具有专利性的范围由权利要求定义，并且可以包括本领域技术人员想到的其它示例。如果其它示例包括与本权利要求的文字语言相同的结构元素，或者包括与本权利要求的文字语言无实质区别的等价的结构元素，则这些其它示例都意图落入本权利要求的范围内。
【权利要求】
1.一种运行通信系统的方法，所述方法包括: 确定在一段时间上的某位置内的可用的频谱； 从无线设备接收接入所述可用的频谱达预定的持续时间的请求； 由所述通信系统内的处理器选择由所述无线设备使用达预定的持续时间的可用的频谱内的频带；以及 向所述无线设备发送授权消息以使用选择的频带。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从所述无线设备接收以第一服务级别运行的请求。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包括确定是否有足够的频谱可用以使所述无线设备能够以第一服务级别运行。
4.根据权利要求3所述的方法，当确定有足够的频谱可用后，所述方法进一步包括选择使所述无线设备能够以所述第一服务级别运行的所述可用的频谱内的频带。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，当确定没有使所述无线设备以所述第一服务级别运行的足够的频谱可用后，所述方法进一步包括确定是否有足够的频谱可用以使所述无线设备能够以低于所述第一服务级别的第二服务级别运行。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，当确定没有使所述无线设备以所述第二服务级别运行的足够的频谱可用后，所述方法进一步包括向所述无线设备发送错误消息。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，当确定有足够的频谱可用以使所述无线设备能够以所述第二服务级别运行后，所述方法进一步包括选择使所述无线设备能够以所述第二服务级别运行的所述频谱内的频带。
8.根据权利要求1所述的方法，其中确定可用的频谱包括确定在一段时间上所述位置内的电视广播频带的可用的频谱。
9.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过从数据库接收数据来确定所述位置内可用的频谱。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括更新所述数据库以表明由所述无线设备使用达所述预定的持续时间的选择的频带。
11.一种服务器，包括: 被配置为存储多个计算机可执行指令的存储器设备；以及 与所述存储器设备耦合的处理器，其中当所述处理器执行所述多个计算机可执行指令时，所述处理器被编程以执行如权利要求1-10中任一项所述的方法。
12.—种计算机可读介质，包括多个计算机可执行指令，当由处理器执行时，所述多个计算机可执行指令使得所述处理器执行如权利要求ι-?ο中任一项所述的方法。
【文档编号】H04W16/10GK103686749SQ201310364219
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2012年9月5日
【发明者】A·库玛, A·阿亚加瑞 申请人:波音公司