用于引导无线设备的用户建立去到另一无线设备的最优无线直接链路的方法、无线设备和无线通信系统

摘要

一种用于引导用户建立最优无线链路的系统、方法和协议。所述方法提供用于在无线网络中与第二设备（500）进行通信的第一设备（550），所述方法包括：由第一设备（550）接收第二设备（500）中的至少一个天线（510，520）的位置信息；由第一设备（550）提供第二设备（500）中的所述至少一个天线（510，520）的位置的音频、视觉或视听表示。

说明书

本申请要求2011年12月1日提交的美国临时申请号61/565,648的优先权。

本发明涉及无线连接，更具体来说涉及一种用于在建立针对近距离对等连接的最优无线链路方面提供引导的系统和方法。

大多数Wi-Fi接入点被用来遍及整个房屋或者一个或更多办公室空间提供无线LAN连接。影响从Wi-Fi接入点到接收设备的信号强度的主要参数是Wi-Fi接入点到接收设备的相对定位（包括天线方位）、房屋或办公室空间的建筑平面图、墙壁位于何处、使用了哪些材料以及附近的其他接入点的放置。但是当接收设备与Wi-Fi接入点之间的距离足够大时，物理Wi-Fi接入点处的天线的确切方位或位置并不十分重要。

此外，许多膝上型计算机、移动电话和其他便携式设备可以示出附近的Wi-Fi接入点的信号强度。这典型地是用条线图以及/或者范围从0到100%的信号强度的数值来示出的。有时利用例如接收信号强度指示器（RSSI）、分组丢失数量等相关数值来对此进行加强。为了改进信号强度，不知晓物理Wi-Fi接入点处的天线的方位或位置的用户通常将在观察信号强度或其他相关数值的同时四处移动便携式设备。

但是对于对等连接，特别是近距离高性能应用，例如膝上型计算机与对接站的无线对接或者从移动电话到打印机设备或存储设备或TV的Wi-Fi直接接入，重要的是知晓物理Wi-Fi接入点设备和意图连接的设备二者处的天线的位置，以便建立最优无线链路。可以基于吞吐量、误差率等等来确定无线链路是否是最优的。在这些对等连接中所涉及的设备的范围可以从小型便携式设备到例如办公室打印机之类的大型静止设备。出于美学的原因，这些设备中的天线常常是隐藏的，因此对于用户不可见。因此需要表明这些天线的位置以及在各设备的定位或放置上提供引导以便实现最优链路。

对于利用NFC（近场通信）的非常近距离的连接，一种解决方案是把胶贴（其例如带有NFC徽标）放置在位于NFC标签/天线的位置处的设备上，以向用户表明要将各个设备相对于彼此放置在何处以便建立最优连接。由于Wi-Fi连接的距离通常更长并且在某些应用中，Wi-Fi连接涉及多个天线，例如多输入多输出（MIMO）连接，因此可能难以通过简单地使用胶贴来表明对等设备的最优放置。此外，到处放置胶贴并不是非常雅致的解决方案。这些胶贴可能在美学上不令人愉悦，并且只能提供有限的静态信息。

有利的是，这里所公开的一个实施例说明了一种移动设备，该移动设备利用关于另一设备的天线位置信息来提供用于所述移动设备的放置或定位的音频、视觉或视听指示，以便建立所述移动设备与所述另一设备之间的最优无线链路。

这里所公开的另一个实施例包括一种第一设备在无线网络中与第二设备进行通信的方法，所述方法包括：由第一设备接收第二设备中的天线的位置信息；由第一设备提供第二设备中的天线的位置的音频、视觉和视听表示中的至少一个。

在这里所公开的另一个实施例中，一种用于与无线网络中的另一设备进行通信的设备包括：用于接收所述另一设备中的天线的位置信息的无线电装置；以及用于提供所述另一设备中的天线的位置的音频、视觉和视听表示中的至少一个的输出。

在这里所公开的另一个实施例中，一种系统包括：在无线网络中与第二设备进行通信的第一设备，第二设备接收第三设备中的天线的位置信息，第二设备向第一设备提供第三设备中的天线的位置信息，并且其中第一设备提供第三设备中的天线的位置的音频、视觉和视听表示中的至少一个。

一般来说，可以通过在各个实施例的范围内所可能的任何方式来组合及耦合本发明的各个方面。在说明书末尾处的权利要求书中特别指出并且明确地要求保护被视为本发明的主题。通过后面结合附图做出的详细描述，前述和其他特征和优点将显而易见。

图1示出了根据本发明的一个实施例的设备中的天线的中心的坐标的表示。

图2示出了根据本发明的一个实施例的设备中的天线的形状的表示。

图3示出了根据本发明的一个实施例的设备中的天线的坐标和/或形状的表示。

图4示出了根据本发明的一个实施例的多个天线的形状和位置的表示。

图5示出了根据本发明的一个实施例的被引导以便放置在最优位置处的便携式设备。

图6示出了根据本发明的一个实施例的被引导以便与主机对接的便携式设备。

这里的某些实施例描述了一种提供引导以便建立针对近距离对等连接的最优无线链路的系统和方法。其他实施例描述了第一设备从第二设备接收信息以允许第一设备提供第二设备的天线的位置、几何结构和其他属性（比如极化）的音频、视觉和视听表示中的至少一个，以及/或者如何关于第二设备来放置或定位第一设备以便建立最优无线链路。

在一个实施例中，第一设备利用第二设备中的天线的方位和/或天线形状信息。举例来说，天线的方位和/或天线形状信息可以是平行于第二设备的预定横截面的二维平面中的二维坐标。

虽然所公开的实施例说明了使用坐标作为天线的方位和/或形状的表示，但是还利用了其他表示或指示，比如左、右、上、下、前、后、矩形、圆形等等。

在另一个实施例中，第二设备的图形图解和足够的信息被第一设备利用来在该图形图解上叠加音频、视觉或视听表示中的天线的位置和/或形状信息以及原点信息，以便提供关于定位的引导。所述图形图解例如可以是位图图像。足够的信息例如可以是第二设备的图形图解中标示出坐标系统的原点的一个像素。

图1示出了基于平行于预定横截面的二维平面中的二维坐标的设备100的天线方位信息。为了确定所述天线方位信息的二维坐标，将预定点120指定为所述二维平面的原点坐标(0,0)。所述二维平面平行于设备的预定横截面。在该例中，所述二维平面平行于设备100的正面，并且原点坐标(0,0)是设备100的中心。天线方位的二维坐标从原点坐标(0,0)提供天线110的中心。

根据图1中所示的实施例，另一设备（图1中未示出）接收设备100的天线110方位信息的二维坐标。通过利用所述二维坐标，所述另一设备确定设备100的天线110的中心方位。所述另一设备利用该天线方位信息来引导用户将两个设备关于彼此放置或定位，以便建立最优无线链路。举例来说，所述另一设备可以通过音频、视觉或视听线索引导用户来关于设备100定位所述另一设备，以便在所述两个设备之间建立最优无线链路。

在一个替换实施例中，设备100利用所述二维坐标以为设备100在相对于另一设备（图1中未示出）定位其自身方面提供引导。设备100利用该天线方位坐标来向用户提供引导以便将两个设备关于彼此放置或定位，从而建立最优无线链路。举例来说，设备100可以通过音频、视觉或视听线索引导用户以关于所述另一设备定位设备100，以便在所述两个设备之间建立最优无线链路。

图2示出了另一个实施例，其中设备200的天线方位信息提供天线210的形状信息。所述天线方位信息同样是基于平行于预定横截面的二维平面中的二维坐标的。为了确定天线形状信息的二维坐标，将预定点220指定为所述二维平面的原点坐标(0,0)。所述二维平面平行于设备的预定横截面。在该例中，所述二维平面平行于设备200的正面，并且原点坐标(0,0)是设备200的中心。在一个实例中，二维坐标相对于原点坐标(0,0)定义天线的形状和方位。

根据图2中所示的实施例，另一设备（图2中未示出）利用所述二维坐标来引导用户将设备200和所述另一设备（图2中未示出）关于彼此放置或定位，以便建立最优无线链路。举例来说，所述另一设备可以通过音频、视觉或视听线索引导用户以关于设备200定位所述另一设备，以便在所述两个设备之间建立最优无线链路。

在一个替换实施例中，设备200利用所述二维坐标以为设备200在相对于另一设备（图2中未示出）定位其自身方面提供引导。设备200利用该天线方位坐标来例如向用户提供引导以便将两个设备关于彼此放置或定位，从而建立最优无线链路。举例来说，设备200可以通过音频、视觉或视听线索引导用户以关于另一设备定位设备200，以便在所述两个设备之间建立最优无线链路。

在前面的图1和图2中，利用图形图解（对于这些实例是位图图像）示出了设备的实际形状。举例来说，如图1和图2中所示的设备的实际形状可以被表示在“另一设备”的屏幕上，或者表示在设备100或设备200的屏幕上。但是如果提供了足够的信息以在设备的定位上引导用户，则没有必要在显示屏幕上示出实际的形状。

在另一个实施例中，例如设备的宽度和高度之类的足够的信息允许设备的抽象图形表示，该抽象图形表示相对于设备的前表面示出了天线的位置/形状信息。举例来说，图3示出了矩形300以表示设备的前面以及天线310关于该矩形的放置。在图3中所示的实施例中，设备提供例如位图图像之类的图形图解，该图形图解包括作为图形信息的一部分的天线的位置/形状的视觉表示。

因此，与图3中所示的显示类似的显示将被表示在设备100、设备200或“另一设备”的屏幕上。举例来说，设备200的表示与天线210的形状信息一同被显示在设备200或“另一设备”上，正如前面关于图2所讨论的那样。可以将视觉显示与音频线索相组合，以便例如引导用户将各个设备关于彼此定位，从而在这两个设备之间建立最优无线链路。

在某些实施例中，由第二设备通过第一和第二设备之间的无线通信链路向第一设备提供天线位置信息。在其他实施例中，由存储第二设备的天线位置信息的网络数据库经由例如因特网之类的网络连接向第一设备提供天线位置信息。可以通过相同或类似的方式向第一设备提供附加的天线位置信息，比如天线的形状或指向。可以实施前述方法的任意组合来向第一设备提供天线位置信息、设备尺寸信息和其他有用的信息，以便在相对于第二设备进行定位方面提供引导。

在另一个实施例中，所提供的天线位置信息包括相对于第二设备中的天线放置第一设备的最佳位置。如图4中所示，第二设备400可以具有多个天线410、420。取决于天线410、420中的哪一个提供最优无线链路，选择最佳的天线并且提供相应的位置信息以作为相对于第二设备400中的天线放置第一设备（图4中未示出）的最佳位置。可替换地，可以基于是否使用例如MIMO之类的某些Wi-Fi特征通过对天线的预期操作进行内插（interpolation）来确定所述最佳位置。

在另一个实施例中，所提供的天线位置信息包括在给定假设下放置设备的最佳位置，其中所述假设是第一设备将被放置在与第二设备的底表面匹配的平面上，或者第二设备被放置在其上的表面上，并且处于第二设备的预定义横截面的前方。如图5中所示，第二设备500被配置成具有两个天线510、520，以及可以在其中放置或定位第一设备550的处于第二设备前方的空间。第二设备前方的所述空间可以是底表面平面。举例来说，设备500可以停放在桌顶面上，其中所述桌顶面是图5中所示的底表面平面。

第一设备550通过第一设备550与第二设备500之间的无线通信链路从第二设备500接收包括所述最佳方位信息的天线位置信息，或者从存储天线位置信息的网络数据库接收，或者是其任意组合。第一设备550的显示器552和/或扬声器558向用户表明相对于第二设备放置第一设备的最佳方位。

在另一个实施例中，为第一设备550提供指向信息以便允许第一设备计算第一设备550的前面与第二设备500的预定义横截面之间的角度。举例来说，所述指向信息可以是利用内建罗盘的相对于地球磁场北方的角度。第一设备550使用其自身的内建罗盘、无线三角测量、GPS等等当中的一项或更多项以为用户提供更好的引导。由于许多移动设备也装备有陀螺仪，因此通过使用陀螺仪信息可以提供进一步的引导细化。应当提到的是，可以将粗粒度位置信息（比如GPS位置、GSM位置或Wi-Fi位置信息）添加到被提供给用户的音频、视觉或视听呈现和引导中。这可以包括用于连接到另一设备的重定向指令。

在另一个实施例中，为第一设备550提供例如关于链路性能的实时信息，第一设备550利用所述实时信息来提供用于引导第一设备550的放置、定位或重新定位的音频和/或视觉指令，以便获得第一设备550与第二设备500之间的最优链路，例如所述指令可以基于第一设备550的当前方位要求用户略微向右移动所述设备。

在另一个实施例中，在设备550与设备500之间交换测试消息的突发。所述测试消息允许第一设备550和第二设备500的其中之一或全部二者来测量所述链路的某些参数，比如误差率。所述测量被利用来为用户提供进一步的引导。在再一个实施例中，用户被要求把第一设备550放置在相对于第二设备500的少数几个特定方位处。随后由设备550、500中的一个或全部两个在所述方位处施行测量，以便进一步细化关于最优定位的用户引导。

除了第二设备500的天线信息之外，对应于最优链路的第一设备550相对于第二设备500的放置还可以取决于第一设备550的天线信息。在另一个实施例中，第一设备550和第二设备500的天线位置信息都被用来匹配对应于全部两个设备的最优放置。

在另一个实施例中，第二设备500从第一设备550或者从数据库接收天线位置信息。第二设备500提供用于放置或定位第一设备550的引导。此外，设备500、550全部二者可以联合提供用于相对于彼此放置设备500、550的引导。

在另一个实施例中，图5示出了x、y和z坐标。为第一设备550提供天线的方位和/或用于相对于所选原点坐标以及所选x、y和z坐标放置的最佳方位的3维坐标。可以通过前面所讨论的任一种方法提供进一步细化。

在另一个实施例中，提供相对于天线方位的预期或实际场强度的音频、视觉或视听表示。举例来说，所述表示包括作为与天线的距离的一个函数集合的RSSI数值，或者利用距离/方向的极坐标图。可以在假设完全发送功率、没有附近障碍物、反射或干扰源的情况下提供所述场强度表示。在一个附加的实施例中，所述场强度表示考虑到实际发送功率、所检测到的反射、障碍物或者干扰源。

在另一个实施例中，第一设备550使用摄影机554来检测来自摄影机554的视频流内部的第二设备500。来自前面的任一种方法的天线的位置/形状信息和/或场强度和/或放置第一设备的最佳方位被叠加在所述视频流之上，以便向用户提供放置引导。也就是说，所述音频、视觉或视听指令是基于增强现实。

在另一个实施例中，第一设备550和/或第二设备500具有用于进一步将用户引导到正确点的磁体。

应当提到的是，如图5中所示，第一设备550装备有连接到天线556的无线电装置以便接收来自第二设备500的天线放置信息。第二设备550可以将其天线位置信息存储在例如将通过因特网或其他网络对于第一设备500可用的数据库中。在另一个实施例中，由设备500或550从因特网获得天线位置信息。

在其中从一个设备向另一个设备提供天线放置信息的实施例中，可以在任何方便的时间提供这样的信息。

许多不同的实现方式或协议可以被用于在设备之间交换天线信息。在不损失一般性的情况下，提供第一设备接收第二设备中的天线的位置信息的以下非限制性实现方式的替换方案：

1）关联前设备发现信息交换

在这一实现方式替换方案中，第二设备在由Wi-Fi直连（Wi-Fi Direct）规范（Wi-Fi对等（P2P）技术规范1.1版，2010年）定义的关联前设备发现阶段期间向第一设备发送天线位置信息。第二设备将把天线位置信息添加为如在Wi-Fi直连规范的4.1.1节中定义的P2P信息元素的一项P2P属性(其在每一个Wi-Fi直连设备的每一个信标、探测请求和探测响应帧中被发送)，或者将天线位置信息添加为除了P2P信息元素之外在每一个信标、探测请求和探测响应帧中被发送的特定于销售商的信息元素内部的一个子元素，比如特定于Wi-Fi显示器、Wi-Fi串行总线或Wi-Fi对接的信息元素。

2）关联前服务发现信息交换

在这一实现方式替换方案中，第二设备在例如由Wi-Fi直连定义的关联前服务发现阶段期间向第一设备发送天线位置信息。第二设备将把天线位置信息添加到例如根据Wi-Fi直连规范的4.2.10.2节格式化的服务发现响应帧的内部，其作为针对由第一设备利用例如根据Wi-Fi直连规范的4.2.10.1节格式化的服务发现查询帧（Service Discovery query frame）发送的服务发现查询的响应而被发送。服务请求TLV(Service Request TLV)内的查询数据(Query Data)字段的预定查询数值被用于使得第二设备识别出针对返回天线位置或者其他相关天线信息的请求。这可以是请求关于另一设备的一般信息的查询数值，或者是特别请求天线位置信息的特定查询。

用于关联前服务发现的机制允许将数据分段在多个帧上。这允许交换更大的数据块。因此，与利用关联前设备发现信息交换通常是可能的情况相比，这种实现方式可以包括关于天线的更加详细的信息，例如天线位置、形状、指向。它还可以被用来交换带有图形图解的小位图。

所述信息不一定必须保持静态。后续的服务发现查询和响应可以包含不同的数值，因此例如可以被第二设备使用来例如基于第一设备的当前距离/位置/信号强度向第一设备提供关于最好将设备放置在何处的引导信息。

3）关联后信息交换

在这一实现方式替换方案中，第二设备在关联后信息交换期间向第一发送天线位置信息。这一实现方式中的关联后定义成例如将第一和第二设备关联到相同的WLAN接入点或Wi-Fi直连组所有者。

第二设备利用多种类型的通信协议（其中包括HTTP、RTP、SOAP）、利用预先商定的标准化或定制命令集合或者利用直接处于TCP/IP或原始套接字通信之上的预先商定的标准化或定制信息交换协议来向第一设备提供位置信息。

类似于关联前服务发现信息交换，关联后信息交换在将要交换的数据的类型和尺寸方面不受限制。此外，可以实施动态信息交换。因此可以交换非常详细的天线信息。

应当提到的是，前面描述的方法还可以被扩展到提供第二或第三对接主机的天线位置信息，如果有多个对接主机可用于对接的话，则其中可能包括针对对接方的关于将要对接的最佳主机的指示。在一个实施例中，这样的系统包括：在无线网络中与第二设备进行通信的第一设备，第二设备接收第三设备中的天线的位置信息，第二设备向第一设备提供第三设备中的天线的位置信息，并且其中第一设备提供第三设备中的天线的位置的音频、视觉或视听表示。

图6示出了一个实施例，其中无线对接系统包括无线对接方（WD1）601以及可以通过WDH-WDH连接（无线对接主机到无线对接主机连接）彼此通信的两个无线对接主机（WDH1）602和（WDH2）603。（WDH1）602和（WDH2）603都可以暴露相同的无线对接环境，例如WDE2。主机（WDH1）602和（WDH2）603可以交换关于它们的对接环境的状态信息。状态信息可以包括天线位置和形状信息、信号强度信息、频率信息、信道占用信息、连接选项和限制等等。

如果（WD1）601通过（WDH1）602发现WDE2，则在（WD1）601通过（WDH1）602与WDE2对接的情况下，其可能实际上不会给出最佳性能。相反，（WD1）601通过（WDH2）603与WDE2对接可能会更好。举例来说，可能由于某些需求最高/高性能的外设（例如显示器）连接到（WDH2）603，或者由于（WDH2）603更靠近（WD1）601，或者由于（WDH2）603具有更好的天线等等。（WDH1）602可以通过前面所描述的音频、视觉或视听指令向（WD1）601提供反馈和天线位置信息，（WD1）601更好的是与（WDH2）603而不是与（WDH1）602对接。此外，如果（WDH2）603处于睡眠模式，则（WDH1）602可以唤醒（WDH2）603。

作为非限制性实例，这里的某些实施例可适用于便携式音频设备、移动电话、膝上型计算机、平板电脑、打印机、摄影机、具有Wi-Fi直连能力的设备和其他具有自组织联网能力的设备、无线对接站、Wi-Fi显示设备、具有NFC能力的设备以及Wi-Fi接入点。所使用的无线技术可以是（但不限于）以下技术：Wi-Fi、Bluetooth（蓝牙）、NFC、Zigbee、WiGig 60GHz、WirelessHD。

前面的详细描述阐述了本发明所能采取的许多形式当中的少数几种形式。其意图在于，前面的详细描述应当被理解成本发明所能采取的所选形式的说明，而不应当被理解成关于本发明的定义的限制。应当仅由包括所有等效的权利要求来限定本发明的范围。

最为优选的是，本发明的原理被实施为硬件、固件和软件的任意组合。此外，所述软件优选地被实施为有形地被具体实现在程序存储单元或计算机可读存储介质上的应用程序，其中所述程序存储单元或计算机可读存储介质由特定设备或其部件以及/或者设备组合构成。所述应用程序可以被上传到包括任何适当架构的机器并且由其执行。优选的是，所述机器被实施在具有例如一个或更多中央处理单元（“CPU”）、存储器以及输入/输出接口之类的硬件的计算机平台上。所述计算机平台还可以包括操作系统和微指令代码。这里所描述的各项处理和功能可以是微指令代码的一部分或者应用程序的一部分或者可以是其任意组合，这些可以由CPU执行而不管是否明确地示出了这样的计算机或处理器。此外，各种其他外设单元可以连接计算机平台，比如附加的数据存储单元和打印单元。