用于改进客户服务器在衰落信道上的传输的方法和系统

摘要

本发明公开了用于改进客户服务器在衰落信道上的传输的方法和系统。无线个人区域网（Zigbee、蓝牙、超宽带）和无线识别技术（近场通信、射频识别）被实施在特定的客户服务器功能和通信中。与认证服务器相连接的WHUB（无线集线器）认证用户的身份，并利用无线终端（例如蜂窝电话或个人数字助理（PDA））向用户提供对安全数据通信的接入。定位服务器借助于诸如接收信号强度指示（RSSI）、到达时间差（TDOA）和全球定位系统（GPS）之类的方法提供用户位置，并将位置信息发送到中央控制服务器和认证服务器。利用位置信息，中央控制服务器启动和优化安全信息处理，并且协调服务器和用户终端的功能。

说明书

相关申请的引用

本申请是申请号为201310179204.1的发明专利申请的分案申请，该发明专利申请的母案的申请日为2007年10月8日，发明名称为“用于改进客户服务器在衰落信道上的传输的方法和系统”。

技术领域

本发明一般而言涉及无线通信安全，更具体而言，涉及一种利用经由电磁（EM）辐射进行无线定位和认证的技术来改进客户服务器在衰落信道上的传输的方法和系统。

背景技术

相关申请的交叉参考

本申请根据35 U.S.C.§119要求于2005年10月3日提交的、顺序号为60/722,444、题为“Online Method and System for International Tourism Business”的美国临时专利申请的权益。本申请根据35 U.S.C.§119还要求于2006年3月3日提交的、顺序号为60/787,510、题为“Intelligent Kiosk for Mobile Payment”的美国临时专利申请的权益。此外，本申请根据35 U.S.C.§119还要求于2006年7月25日提交的、顺序号为60/832,962、题为“Method and System for Global Telecommunication Transactions”的美国临时专利申请的权益。这些申请的整个内容被全部结合于此以作参考。

相关技术的描述

无线通信和网络技术已经在以加速度进步。在工业和经济发展中如何集成、应用、改进和管理无线通信与计算机服务器技术的进步仍然一直是一个挑战。

虽然网络通信在人们的生活中已经变得普遍，但是在全球范围内如何利用无线终端实现安全数据传输却呈现出另一个需求领域。

发明内容

对本发明的部分或所有实施例的应用提供了对工业和商业中安全数据通信的改进。所产生的潜在增加的效率和利润是由跨越工业部门、时间和网络的综合信息来支持的。

通过改进无线通信安全技术并使无线通信与远程服务器功能相结合，本发明提供了一种提高数据通信的安全性和效率的方法和系统。所发明的方法和系统在服务器和计算机软件、物流、电信、全球贸易等领域中具有重要的应用。

附图说明

附图以高度简化的示意图的形式描绘了反映本发明原理的各实施例。本领域技术人员将容易理解的许多项目和细节已被省略，以免使本发明不清楚。在附图中：

图1是说明根据本发明的系统的实例的体系结构的示意图。

图2是说明根据本发明的中央控制服务器模块的实例的框图。

图3是说明根据本发明的系统的无线通信结构的实例的框图。

图4A-4B是说明根据本发明的认证过程的实例的示意图。

图4C是说明根据本发明的近场通信（NFC）通信系统的实例的示意图。

图5是说明帐户管理服务器和对应功能的框图。

图6和图7是说明根据本发明的各过程的功能框图。

图8是说明根据本发明的信息流的实例的事件图。

具体实施方式

现在将使用各种示例性实施例来教导本发明。将认识到，本发明不仅仅限于这些实施例。对于本领域技术人员而言显而易见的是，这些特定细节不是为了实践本发明所必需的。

图1说明了根据本发明的系统体系结构的一个实例。该系统包括中央控制服务器200，该中央控制服务器200通过诸如因特网之类的网络100被连接到WHUB（无线集线器）320、认证服务器330、定位服务器340、帐户管理服务器250、以及（一个或多个）用户终端460。WHUB 320连同认证服务器330一起通过短距离EM辐射来认证用户的身份，并且利用无线终端（例如蜂窝电话或个人数字助理（PDA））向用户提供对安全数据通信的接入。中央控制服务器200通过各种功能模块来管理数据流，并且协调服务器和用户终端的功能。定位服务器340发送用户位置信息，并且对用户位置信息进行处理以便启动、加速和优化信息流与相应的过程。

本发明的一个方面实施了蜂窝网络、无线个人区域网（WPAN）和无线识别技术。各种技术都适用于本发明的这个方面，其中包括但不限于：用于蜂窝网络的3G技术；用于WPAN的Zigbee、蓝牙或超宽带（UWB）技术；以及用于无线识别技术的射频识别（RFID）（例如NFC）。

本发明促进通过WHUB 320的安全数据传输。WHUB 320首先通过无线连接接收并识别与移动终端对应的唯一标识符。一旦该认证被处理，WHUB 320就建立与用户终端的通信信道以用于安全数据传输。所述数据经由该安全通信信道被路由到中央控制服务器200，并由各功能模块进行处理。

图3说明并提供了根据本发明这个方面的一个系统过程。在图3中，安全通信信道与用来接收唯一标识符的短距离无线连接是分开的，以便获得更大的带宽。可选择地，所述认证和认证后的数据传输就可共享一个无线通信信道。

WHUB 320位于公共或私人位置。对于公共位置而言，WHUB 320优选被安装在信息亭中。所述信息亭可以位于街道上、或者在机场、大型购物中心、或任何被认为方便且可能包含用户业务的位置中。对于私人位置而言，WHUB 320优选被配置成在诸如家庭或旅馆房间之类的位置中使用。在这些环境中，WHUB 320可被提供在较小的设备中，例如机顶盒（STB）的一部分。

手持机310配备有标签，所述标签提供可被无线传送给WHUB 320的唯一标识符。优选的标签是NFC标签312。NFC经由使用磁场感应的EM辐射来提供短距离的无线连接，从而实现所述各设备之间的通信。NFC具有几厘米的短距离，这被认为对于本发明这个方面的应用而言提供了安全优势。虽然NFC是优选的，但是RFID或其它替代物也可被提供。手持机310还包括WPAN收发器314，所述WPAN收发器314在手持机和WHUB之间提供了另外一个通信信道。

WHUB 320同样配备有NFC读取器322、WPAN收发器324和网络适配器326。NFC技术在NFC标签与NFC读取器之间提供安全自动的认证以及数据交换。

认证的过程可以基于标签ID和口令002。标签ID和口令006被发送到认证服务器，该认证服务器然后返回确认认证的通知012。优选地，该认证表明所述个人是否为他或她所声称的那个人，但是并不处理所述个人的访问权。认证服务器可以驻留在WHUB 320内部或外部。在图4A-B中进一步说明认证过程。

一旦完成认证，则建立通过单独的安全通信信道（例如WPAN）进行的通信。WPAN功能被用来在手持机与WHUB之间进行通信，以使与所请求的动作有关的内容可被安全地交换。例如，所请求的动作是购买请求004。

根据本发明的一个方面，NFC是与允许适当动作（支付、警告等）发生的其它信息唯一关联的。例如，当该系统正被用来提供移动支付时，RFID标签可与用户的银行帐户相关联。此外，WHUB 320和无线手持机/终端310是由认证服务器330授权的。一旦所述各设备被认证（即WHUB是真WHUB），就在手持机310 与WHUB 320之间建立具有更多性能的第二安全通信信道。这使得动作请求和交易信息能够在这两个设备之间被可靠地传输。一旦用户的终端310与用户的银行帐户相关联，WHUB 320就能够执行ATM的功能，以供该用户管理他的银行帐户（例如存款或从该用户的银行帐户提款）。

第二安全无线连接或这两条无线连接的通信能够实施WPAN收发器，与NFC相比，所述WPAN收发器具有更高的数据速率和更长的工作范围。所述安全通信可由硬件（例如专用硬件芯片组）和软件（例如数据加密算法）来实施。所述安全通信允许交易过程信息（例如用于购买请求的价格和信用卡信息以及交易方之中的投标）的交换。还应注意，WHUB 320被可选地配置无线通信功能，例如与蜂窝网络通信。WHUB 320也优选地被配置成与递送因特网内容的系统一起工作。

WHUB 320还能够与其它WPAN设备350交换数据，并且WPAN能够为了认证的目的而包含NFC功能。

在本发明中所使用的NFC通信系统是电感耦合的RFID系统。它的工作频率被设计成利用低频（LF）125 kHz或高频（HF）13.56 MHz，这是由于这样的事实：在较低频带中在读取器的工作范围（例如0-10cm）中能够获得的可用场强要高于在较高频带的情形中获得的可用场强。

由于读取器与NFC标签之间的短距离的缘故，所以该NFC系统采用电感耦合来进行数据传输。NFC标签322工作所需的所有能量都必须由NFC读取器312来提供（图4C）。出于此目的，读取器的天线线圈产生强的高频电磁场，该电磁场穿过线圈区域的横截面以及围绕该线圈的区域。因为所使用的频率范围的波长（125 kHz: 2400m，13.56 MHz: 22.1m）比在NFC读取器的天线与NFC标签之间的距离大几倍，所以该电磁场可被看作是与NFC标签和天线之间的距离有关的简单交变磁场。

当各设备接触在一起或者相互间在几厘米范围内时，NFC使用磁场感应来实现它们之间的通信。能量和波传输基于麦克斯韦方程：

>

其中B是磁感应，E是电场，D是电位移，以及H是磁场。电流的定义是：

>

在水平方向（“x”）空间中传播的平面电波被表示为：

其中c是光速。相同的形式可适用于垂直于电场的位置中的磁场波。电场和磁场都垂直于传播方向x：

>

WHUB 320与定位服务器340进行通信以得到移动终端310的位置。定位服务器340可使用各种技术（例如到达时间差（TDOA）、接收信号强度指示（RSSI）、全球定位系统（GPS）/辅助全球定位系统（AGPS）和蜂窝塔）来检测移动终端310的位置。位置信息可被用来促进商品贸易并加速和优化交易过程。另外可出于安全目的而使用用户位置信息。例如，在位置A处检测到的用户可被拒绝从实际上在一个不同的位置B处的WHUB 320进行现金垫款或取款的请求。

基于接收信号强度指示（RSSI）的定位机制通常被用在这样的环境中：固定的参考信号源（例如蜂窝塔、接入点）的密度很高。参考信号源的发射功率由P_t表示，并且参考信号源和移动设备之间的距离为d。RSSI可被如下计算：

>

其中f是RF频率。

基于RSSI的定位机制由两个步骤组成：1）产生射电天图的现场测量和2）基于查表的位置估计。在步骤1中，射电天图是经由人工现场测量或某一自动软件算法而生成的。所述射电包括具有相关RSSI值的位置的列表。在生成射电天图之后，通过把来自不同参考信号源的瞬时RSSI与射电天图进行比较来估计移动设备的位置。在射电天图中具有与当前RSSI数据匹配的RSSI数据的位置将被认为是移动终端的位置。

另一种可被用于向定位服务器340提供位置信息的位置跟踪方法将通常涉及正交频分复用（OFDM）无线通信系统中的移动用户。OFDM系统是下一代无线通信系统的其中一种调制方案。具有N个副载波的OFDM系统采用M进制数字调制，通过数据编码器将log₂M个输入比特的块映射到符号星座点d_k，然后通过串并行转换器（S/P）传送N个符号。如果T表示符号间隔，则OFDM系统中的符号间隔就增大到NT，这使得该系统对于抵抗信道延迟扩展更加鲁棒。然而，每个子信道以低得多的比特率log₂M/NT发送信号。并行符号（d₀d₁…d_k…d_N-1）对正交副载波群进行调制，其满足

（5）

其中

基带发射信号可被表示为：

（6）

复基带符号S_k的平均能量由2E_s表示。

然后S_k由下式给出：

>

其中d_k=d_k,r+jd_k,i是具有归一化方差的信号星座点（例如二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）、正交调幅（QAM）等）。实部d_k,r和虚部d_k,i是统计独立的、同分布的，并且。

现在考虑具有脉冲响应h(t,τ)的命令频率选择性随机变化信道。在每个副载波的较窄带宽内，与信道的相干带宽相比，该副载波被建模为非频率选择性瑞利衰落信道。因此，第k个子信道的信道脉冲响应h_k(t,τ)被表示为：

（8）

其中β_k(t)是如下描述的复值零均值平稳过程。假定过程β_k(t),k=1,…,N是复值联合平稳和联合高斯过程，其具有零均值，并且协方差函数为：

（9）

对于每个固定的k，假定过程β_k(t)的实部和虚部是独立的，并且具有相同的协方差函数。进一步假定可因子分解的形式：

>

其中R₁(τ)和R₂(k-l)将在下文被详细说明。R₁(τ)给出过程β_k(t)的时间相关性，其对于所有k=0,…N-1被看作是完全相同的。R₂(k-l)表示副载波间的频率中的相关性。在这种情况下，假定对应的谱密度Ψ₁(f)到R₁(τ)由多普勒功率谱给出，并被建模为Jakes模型，即：

>

其中F_d是（最大）多普勒带宽。注意：

>

其中J₀(τ)是零阶第一类贝塞尔函数。为了详细说明副载波间的频率中的相关性，采用一种指数多径功率强度的形式：

S(τ)=αe^-aττ>0,>

其中α是控制信道相干带宽的参数。

S(τ)的傅里叶变换产生：

>

这提供了副载波间的衰落的相关性的量度。然后，

R₂(k-l)=Ψ₂(Δf(k,l))>

其中Δf=1/NT是两个相邻副载波之间的频率间距。Ψ₂(f)的3dB带宽被定义为信道的相干带宽，并且被容易地示出为：f_coherence。该模型适用于许多实际无线OFDM系统和物理信道的情形。

第一个到达的路径的给定值和噪声矢量n都是零均值随机变量，并且概率密度函数被表示为：

>

当等式（16）被最大化时，通过应用ML（最大似然估计）来获得值t₀。因此，移动用户的位置是根据t₀的值来估计的。

根据本发明的一个方面，金融交易可以跟随认证或者可以不跟随认证。蜂窝电话可被配置成包含浏览能力，该能力使蜂窝电话能够被用来在作出购买请求之前与商家进行通信。因特网内容还可由与交易请求相关联的蜂窝电话来访问。

蜂窝电话还可以通过除WHUB以外的方法来访问因特网内容。

利用购买请求可以实现各种购买类型。例子可包括：被单独地运至一个地址的实际用品，立即可获得的下载（可能下载到蜂窝电话），服务等等。

还应注意到，购买请求仅仅是可被执行的动作的一种形式。由该系统所处理的其它商业或金融交易信息包括但不限于：记帐交付，利用资金填充账户，在线购物交易，动态和逆向竞价等等。

必要时，还可能需要与所请求的动作相关联的附加信息。例如，可能需要用于访问交易方账户的账户识别信息或口令，所述交易方由该系统或外部服务器主控。在这些情况下，帐户管理服务器250发送请求至WHUB以请求该信息。WHUB可存储这样的信息并对这样的请求进行响应。可选择地，WHUB另外可与用户交换信息（通过手持机），以便获得所请求的附加信息。

连同购买请求004，在WHUB 320和帐户管理服务器250之间通过网络连接产生支付请求014。支付请求014使用户能够完成与购买请求004相关的交易。为了获得该支付请求的圆满完成，帐户管理服务器250与支付网关进行通信，并发送指示该支付请求成功或失败的解决方案018。

一旦指示成功的支付请求，WHUB 320就从帐户管理服务器接收与所请求的动作有关的收条022或确认号，并将024和相关信息传送到手持机以便确认该动作的完成。这可以是收条、确认号、优惠码等。

根据本发明的另一个方面，帐户管理服务器（AMS）250为用户开启和管理账户。系统用户被分类为两个交易方：项目请求方（IRP）和项目供应方（ISP）。ISP的收入被立即或定期地从ISP在帐户管理服务器（AMS）250的账户汇到ISP的银行帐户。这种解决方案对于跨国境的金融交易具有独特的优势，尤其是对于那些不具有兼容的跨国境的信用卡支付基础设施的国家。

图5说明了根据本发明的一个方面与所处理的交易的支付解决方案的实例对应的帐户管理服务器的某些功能。在这个实例中，IRP 410是一个美国旅行者，其已从中国的旅行社（ISP 450）购买了在中国的旅游服务包。IRP 410的信用支付在413被发送到系统提供者在美国的银行帐户253。帐户管理服务器250将该信用利用帐户管理服务器添加到ISP的账户。一旦美国的IRP确认该购买，对ISP在中国的银行帐户的支付就被从系统提供者在中国的的银行帐户257（例如利用中国银行）发送。因此，对于该系统所处理的每笔国际贸易和业务，都避免了与跨国境货币传输相关的费用。系统提供者在一个国家的银行帐户中所累积的支付可被定期地传送到在另一国家的账户。或者，从国家A的IRP到国家B的ISP的支付抵消了从国家B的IRP到国家A的ISP的支付，因此可以避免跨国家的货币传输。此外，系统提供者可为它在不同国家的账户选择同一家国际银行，从而减少跨国境的金融传输费用。本发明的这个方面不仅使国际商业的卖方能够即时地接收支付，而且它还有益于在线买方和卖方利用较低的支付费用进行国际贸易和商业。另外，它向没有完善的信用卡操作的国家提供改进的支付解决方案。

图2是说明中央控制服务器200的框图，所述中央控制服务器200被配置成提供用于信息处理的信息平台。在该实施例中，系统向注册用户提供用户终端460、310和420。根据ISP的特定需求，IRP请求信息是从中央控制服务器到ISP的终端的。用户能够从服务器、无线终端等访问他们的终端。帐户管理服务器250基于图5中所描述的机制来管理交易的支付。智能推荐模块230向用户提供与交易相关的信息（例如市场竞争信息以及交易方的信用和位置信息）。动态逆向拍卖模块210和动态团体交易模块220管理交易信息处理。

图6和图7说明了在项目请求方（IRP）410、中央控制服务器（CCS）200、定位服务器（340）和项目供应方（ISP）450之间的信息流的实例。在所发明的系统中是ISP而非IRP出价。另外，IRP通过提交（步骤426）和修改（步骤436）项目或服务的请求和要求来引导出价过程。ISP在他们的定制终端实时地访问IRP的请求（步骤428），提交交易投标/报价（步骤432），以及监视竞争者的投标和请求的修改（步骤438）。请求和要求（步骤436）可根据实时竞争信息在竞争过程期间改变。在实时信息处理的过程期间，中央控制服务器（CCS）经由智能推荐模块（IRM）230向IRP和ISP提供与IRP的请求和ISP的投标有关的市场竞争信息，所述信息包括但不限于：来自市场竞争者的价格，质量，所请求的项目或服务的附件，各交易方的信用等级和位置，分析和推荐，在竞价进行中的与请求和投标相关的出价活动和团体购买/销售谈判。

根据另一个方面，本发明使用用户的位置信息促进了各交易方之间的谈判和竞争。中央控制服务器从定位服务器获得位置信息。利用IRP的位置信息，某些请求和要求只被发送到接近于IRP的ISP。此外，IRP的位置信息被相同地理位置内的IRP使用以发起“团体购买”请求（图7中的步骤462）。根据该实施例，具有类似需求的各个IRP可组织成团体并一起与ISP谈判。此外，通过经由中央控制服务器将团体折扣销售信息仅输出到位于相同地理区域中的IRP，ISP能够使用IRP的位置信息来组织“团体销售”。本发明的一个应用是在零售业中：零售买方只需支付仅大宗购买可获得的折扣价格，并且制造商受益于销售的增加、成本的降低和操作效率的提高。

在交易信息的处理中，团体的形成被集成到ISP的出价和IRP的请求修改的过程中。在图7中的步骤472中，所修改的团体购买请求的变量包括团体形成的要求和信息，例如：交易结束之前所剩余的时间，团体的大小，价格，数量，质量，服务和所请求项目的附件等等。这些变量同时连续地改变，并且影响相互的改变。相关的市场竞争信息和建议被从中央控制服务器发送到IRP和ISP。而且，这两个交易方实时地监视竞争的信息变量的状态。

本发明的该实施例显著地改进了应用中的静态逆向出价过程。谈判过程的动态特征使ISP和IRP能够最有效地相互找到，从而有效地消除传统的销售渠道和各层中间人并避免时间和空间所造成的障碍。

本发明这个方面的一个良好应用是在电子商务中。利用所发明的过程，买方根据在全球范围中卖方之间的实时竞争，以最好的价格购买最佳的产品。因为买方自己定义购买请求和产品要求，所以卖方能够有效地瞄准客户。另外，卖方的收益超过实时获悉市场需求的收益，因为他们能够通过他们的终端对顾客更新最近的产品信息。

由定位服务器所提供的用户的位置信息可被相同地理区域中的IRP（例如滑雪胜地的滑雪者）使用以启动“团体购买”出价。此外，IRP能够在来自指定地理区域的ISP之间发起动态逆向拍卖。另外，ISP能够根据IRP位置来选择IRP以促进“团体销售”产品或服务。关键地，根据用户的位置信息，附近的WHUB的位置与由系统处理的进行中的出价、谈判和团体交易促销的信息一起被发送给用户的终端。最后但非最不重要，用户的位置信息被用来认证用户和/或将他的活动限制在一定的地理区域中（例如从一些WHUB中提款）。

除位置信息之外，也可根据其它标准将购买请求和交易投标发送给ISP。独占的ISP接收对他的竞争者封锁的信息。此外，ISP可被分类为若干档次，用于接收各种级别质量的市场需求和竞争信息和/或在不同的时段接收市场需求和竞争信息。

本发明的另一个实施例向各交易方提供在无需现金交易的情况下通过交换他们的产品和服务来进行贸易。本发明的该实施例还提供了用于在各用户之间流通的信用或系统流通货币。

在本发明的另一个实施例中，通过系统信用或其它种类的报酬来激励用户对系统处理的交易或节目的参与。在各系统用户之间使用系统信用来交易货物、服务。所述信用是利用一个比率来计算的，该比率是基于用户的参与或通过参与所累积的信用而以加速度增长的。该比率还可连同其它变量一起被确定，例如用户对某一进行中的促销的参与或经其引荐的系统用户的数目。

在本发明的一个实施例中，指示出用于IRP请求的立即接受的价格和/或在由帐户管理服务器所管理的委付帐户中存入相应的存款。一旦ISP提出满足立即接受的价格的交易，该交易就被确认，并且存款被转到ISP的账户。

以上所公开的方法和系统的应用仅仅是本发明的实例，其是为了完整性起见并为了通过具体实例来教导读者而设的。本发明可以采用各种形式来实现，并且适用于不同的工业部门。本领域的技术人员将在不背离本发明的范围和精神的情况下想到上面描述的各种实施例的组合和子组合。因此，后面的权利要求书不应限于所述各实施例的描述，或者不应另外以任何方式限于实施方式的所述各细节。