利用節點的無線網絡來呼叫電梯車廂的方法及其系統的製作方法

2023-11-07 16:24:02

專利名稱：利用節點的無線網絡來呼叫電梯車廂的方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明總體上涉及無線對等網絡(ad hoc networks),更具體地講， 涉及在這種網絡中定位節點。
背景技術：
無線通信網絡和無線節點(收發器)變得越來越小。例如，在微微 網中，藍牙節點的無線電射程為十米或更短。通常，對等無線網絡中的 節點在沒有任何集中式基礎設施的情況下工作。節點隨意進出網絡，並 且網絡拓撲結構是adhoc。
另一示例是無線傳感器網絡。傳感器網絡也用於監視工廠運轉、車 輛運轉、環境和公共設施(諸如橋梁和隧道)。近來，加利福尼亞大學伯 克利分校和Intel伯克利研究實驗室展示了一自組織無線傳感器網絡，該 網絡包括分散在整個大學校園中的超過800個低功率傳感器節點，每個 節點為硬幣大小。
當這些節點可移動時，重要的是要知道節點的位置，從而可以將感 測到的數據與具體地點相關聯。
已知有很多技術用來確定網絡(諸如蜂窩電話網絡、全球定位系統 和局部定位系統(GPS和LPS)以及對等區域網)中的無線通信節點的
到達時間(TOA):該方法利用三邊測量法(triateration)來確定移動 節點的位置。利用三邊測量法的位置估計是基於知道從移動節點到至少 三個已知位置(例如，基站或衛星)的距離。為了獲得可以根據其計算 距離的精確定時，移動節點必須與基站直接通信，並且在所有節點還需 要確切的定時信息。
然而，很多無線傳感器節點的收發器的無線電射程非常短，例如，
小於十米。因此，為了能夠使用TOA，基站的密度必須高，或者必須用
同步的時鐘非常精確地測量定時信息。
到達時間差(TDOA):在該方法中，利用時間延遲估計來確定來自 移動節點的確認信號到達基站的時間差。利用TDOA估計值來確定基站 之間的距離差測量結果。通過求解非線性雙曲線函數，可以獲得位置的 估計值。
以下文章描述了用於蜂窩電話網絡的位置估計方法P.C.Chen， "A non-line of sight error mitigation algorithm in location estimation", IEEE Wireless Commimicaitons and Networking Conference, pp. 316-320， Sept 1999; J. H. Reed， K. J. Krizman， B. D. Woerner， T. S. Rappaport， "An overview of the challenges and progress in meeting the E-911 requirement for location service", IEEE Communicaitons Magazine， pp. 30-37， April 1998; and M. A. Spirito， "On the accuracy of cellular mobile station location estimation", IEEE Trans. Vehicular Technology, vol.50， no.3， pp. 674-685， May 2001。
以下文章描述了局部定位系統A. Ward, A. H. A. Jones, "A new location technique for the active office", IEEE Personal Communications, vol.4， no.5， pp. 42-47， October 1997; andJ. Werb， C丄anzl, "Designing a positioning system for finding things and people indoors", IEEE Spectrum, vol.35， no,9， pp. 71-78， September 1998。局部定位系統可使用TOA、 TDOA和如下所述的RSS。
區域網中的位置估計與大網絡中的位置估計的區別在於無線電射程 非常短以及缺乏同步。
一種解決方案是提供一些具有位置坐標的傳感器節點，參見Patwari 等的"Relative Location Estimation in "Wireless Sensor Networks", IEEE Trans. Signal Processing, 2003。它們讓這些傳感器來估計相鄰節點之間的 距離。利用TOA和RSS，它們能夠通過將RSS測量結果針對頻率取平均 值來減小頻率選擇性衰減誤差，從而估計出精度為約1.5米的傳感器位 置。
另一解決方案依賴於從自至少三個發射器接收的信號得出的TDOA 領懂結果，Gustafsson等的"Positioning Using Time Difference of Arrival Measurements", ICASSP,香港，中華人民共和國，2003。他們利用非線 性最小二乘法擬合方法，該方法能夠使局部分析得出位置協方差和 Cramer-Rao下限。然而，他們要求全局同步的網絡。
相位差另一種技術，該技術在幾個已知位置處測量穩定的基準信 號和無線移動信號之間的相位差。然後根據相位差信息來確定無線移動 節點的位置，參見Gilkes等的第2002/0180640號美國專利申請公報 "Location estimation in narrow bandwidth wireless communicaiton systems", 2002年12月5日。
在他們的方法中，移動節點將1MHz的導頻信號嵌入到用於獲得定 位的請求消息中。各消息還攜載有唯一的節點標識和順序號碼。固定的 基準站發送基準導頻信號。該網絡中的其他靜止節點測量所述請求消息 中的導頻信號與所述基準導頻信號之間的相位差。在基準站處理報頭信 息，來跟蹤移動節點的位置。它們的方法要求所謂的"配備位置標記" 節點與基準站(例如藍牙主節點)同步，並且在它們(例如藍牙從節點) 之間同步。
藍牙通信系統提供了同步時隙共享。另外，消息到達包括偏移值。 這些偏移值引起到達相對時間的誤差。因此，該系統不適用於缺乏同步 的傳感器網絡。另外，它們的方法導致配備藍牙的位置標記節點的高計 算複雜性，最少要有一相位比較器以及一相位差和平均電路。
接收信號強度(RSS):這裡，移動節點將三邊測量法應用於從自至 少三個靜止位置節點接收的信號獲得的信號強度測量結果。通常基於 RSS的位置估計由於諸如多徑和遮蔽(shadowing)的環境因素而粗糙。 在2005年4月26日授予Sahinoglu的第6，885，969號美國專利"Location estimation in partially synchronized network"中描述了——禾中基於信號強度 的方法。RSS方法的問題在於信號強度會由於運動、整相效應、反射和 物理阻礙而變化。
可使用無線電發射器來呼叫電梯車廂，參見Hale等的第6,397,976
號美國專禾(J "Automatic elevator destination call processing", 2002年6月 4曰。在該系統中，用戶必須明確提供目的地。該系統沒有確定用戶的位 置。在Sirag等的第6,109，396號美國專利"Remote elevator call placement with provisional call verification" (2000年8月29日)中描述的系統也允 許用戶呼叫車廂。然而，在該系統中，用戶必須發出呼叫，並且當用戶 在電梯井附近和在車廂中時該呼叫必須被驗證。在以下美國專利中描述 了類似的系統:Morgan等的第5,984,051號美國專利，"Remote elevator call requests with descriptor tags", 1999年11月16日；和Zaharia的第5,952,626 號美國專利"Individual elevator call changing", 1999年9月14日。
Yoshida的第4,673,911號美國專利"Elevator remote-control apparatus" (1987年6月16日)描述了一種用於輸入電梯"向上"或"向下"呼叫 的遙控器。該呼叫被直接發送到門廳呼叫按鈕裝置。該系統要求用戶非 常靠近電梯呼叫按鈕裝置。用戶的實際位置是未知的。

發明內容
本發明在節點的對等網絡中工作。在對等網絡中，節點自主地確定 網絡的拓撲結構。該網絡包括處於未知位置的移動節點和處於已知位置 的固定節點。這些節點包括用於相互通信的無線電收發器。固定節點還 可以經由有線網絡相互通信。
本發明的一種實施方式確定對等網絡中的移動節點的位置。各節點 包括無線電收發器。該位置可供建築自動控制、安全、材料跟蹤和遠程 信號發送應用所使用。
固定節點可以與根節點通信。當多個固定節點接收到來自移動節點 的數據分組時，根節點可以確定移動節點的位置。固定節點將分組轉發 到根節點。這些分組標識所述移動節點以及接收信號的信號強度。該信 號強度與節點之間的距離成比例。當三個或更多個固定節點接收到同一 個分組時，可使用三邊測量法來定位移動節點。


圖1是根據本發明一種實施方式的對等網絡的框圖2是根據本發明一種實施方式的移動節點和電梯的框圖； 圖3是根據本發明一種實施方式的數據分組的框圖； 圖4是根據本發明一種實施方式的基於三邊測量法的距離測量的 圖；以及
圖5是根據本發明一種實施方式的示例性樓層平面圖。
具體實施方式
網絡配置
圖1示出了根據本發明一種實施方式的對等網絡100。在該對等網 絡中，收發器節點自主地確定網絡的拓撲結構。該網絡包括處於未知位 置的移動節點(MN) 101和處於已知位置的固定節點(FN) 102。該網 絡還包括連接到處理器110的根節點(RN) 103。各節點包括用於與其他 節點通信的無線電收發器。在一種實施方式中，收發器與在上述U.C. Berkeley傳感器網絡中使用的收發器相同。固定節點102還可以經由有線 網絡相互通信。RN103與處理器110通信，處理器110執行用於確定移 動節點101的位置的方法。各節點還可以包括微處理器。
移動節點和電梯
圖2示出了移動節點101和電梯的一種實施方式。該移動節點包括 天線201、向上按鈕202、向下按鈕203和微處理器204。在一個示例性 應用中，MN的用戶可以通過按下向上按鈕202或向下按鈕203來指示電 梯車廂210要行進的方向，從而在建築220中請求電梯車廂210。指示燈 205可以以信號通知對該請求的確認。移動節點還可以包括用於輸入目的 地樓層的鍵盤206。
具有大量電梯井的大部分建築包括調度系統230。在這種情況下， 根節點可以將電梯請求轉發到系統230。
由於可以確定移動節點的位置，所以還可以確定用戶需要行走到電 梯廳512的距離。可利用該行走距離來協調和調度電梯車廂的到達時間。
電梯請求分組
圖3示出了當按下按鈕之一時MN所廣播的請求(REQ)分組300。 該請求分組包括移動節點標識(ID) 301、電梯呼叫命令(向上/向下)字 段302、分組順序號碼欄位303和信號強度欄位304。命令欄位還可存儲 目的地樓層。
該分組被重複廣播，直到MN從接收並處理了分組300的一個或更 多個固定節點接收到確認(ACK)分組或者超時間隔屆滿為止。為了提 高可靠性，可將分組廣播至少一最小次數，例如32次。
接收到分組的固定節點將接收信號的信號強度插入到欄位304中。 如果一個固定節點多次接收到分組，則信號強度可基於平均值。各固定 節點還將其標識305插入到分組中，參見圖3。然後將分組轉發到根節點。
應該指出的是，固定節點可周期性地廣播測距信號。在這種情況下， 移動節點可測量要插入到REQ分組中的信號強度。
根據固定節點ID，根節點可以確定固定節點的位置。另外，根節點 可以根據所述信號強度來確定固定節點和移動節點之間的距離。可利用 三邊測量法將該距離轉換成位置。當然，位置的精度隨著接收到請求分 組的固定節點的數量增加而增大。
三邊測量法
如圖4所示，接收到分組的各FN 102確定與該分組相關聯的接收信 號的信號強度401。使用該信號強度，利用三邊測量法來確定MNIOI與 該一個或更多個FN 102之間的距離。距離計算基於由Savarese等的 "Robust Positioning Algorithms for Distrubuted Ad hoc Wireless Sensor Networks" (Proceeding of the General Track: 2002 USENIX Annual Technical Conference, June 2002)描述的方法，通過引用將其包含於此。 在第6,885，969號美國專利中描述了另一種方法，通過引用將其包含於此。 為了進行合理的位置估計，至少三個固定節點應該接收到請求分組。
距離
應該指出的是，用戶需要行走到達電梯廳512的距離不一定是直線。 因此，該系統可以存儲一個或更多個如圖5所示的樓層平面圖，來確定 各個位置1至5的行走距離。
到達時間的概率分布
優於僅預測到達電梯廳的單一到達時間，還可以基於移動節點在產 生電梯請求時的位置的不確定性或誤差分布來產生到達時間的概率分 布。概率分布可包括始自用戶的位置的多種可能路徑、行走速度、當日
時間等。
在系統230對電梯呼叫進行調度期間，還可以考慮多個乘客對於多 個廳的到達時間。
儘管已經通過優選實施方式的實施例描述了本發明，但是應該理解， 在本發明的精神和範圍內可以進行各種其他改寫和修改。因此，所附權 利要求的目的是覆蓋落入本發明的精神和範圍內的所有這種變型和修 改。
產業適用性
本發明可應用於各種電梯。
權利要求
1、一種利用節點的無線網絡來呼叫電梯車廂的方法，該方法包括以下步驟從處於未知位置的移動節點廣播請求分組，所述請求分組包括所述移動節點的標識和電梯呼叫命令；在一組固定節點中接收所述請求分組，各固定節點具有已知位置；在各固定節點中測量與所述請求分組相關聯的信號強度；將所述信號強度和所述固定節點的標識插入到在各固定節點處接收到的所述請求分組中；將來自各固定節點的所述請求分組轉發到根節點；在所述根節點處，根據該組固定節點的所述已知位置和所述信號強度，確定所述移動節點的已知位置；以及根據所述移動節點的所述已知位置和所述電梯呼叫命令，來呼叫電梯車廂。
2、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述電梯呼叫命令是向上或 向下。
3、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述電梯呼叫命令包括目的 地樓層。
4、 根據權利要求1所述的方法，該方法還包括 重複地廣播所述請求分組，直到所述移動節點從所述組固定節點中的至少一個接收到確認分組為止。
5、 根據權利要求4所述的方法，該方法還包括 對多個接收的請求分組的信號強度取平均值。
6、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述確定使用三邊測量法。
7、 根據權利要求1所述的方法，其中，所述呼叫取決於自所述移動 節點的所述已知位置和電梯廳的行走時間。
8、 根據權利要求7所述的方法，其中，所述行走時間被表示為概率分布。
9、 根據權利要求7所述的方法，其中，利用樓層平面圖來確定所述行走時間。
10、 根據權利要求7所述的方法，其中，所述行走時間取決於所述移 動節點的用戶的速度。
11、 根據權利要求1所述的方法，其中，多個移動節點並發地廣播多 個請求分組，並且根據所述多個移動節點的位置來調度電梯車廂。
12、 一種利用無線網絡來呼叫電梯車廂的方法，該方法包括以下步驟從處於未知位置的由用戶攜帶的移動發射器廣播用於請求電梯呼叫的信號；在一組處於已知位置的接收器中測量與所述信號相關聯的信號強度； 根據所述接收器的所述已知位置和所述信號強度，來確定所述用戶的 已知位置；以及根據所述用戶的所述已知位置來呼叫電梯車廂。
13、 一種利用節點的無線網絡來呼叫電梯車廂的系統，該系統包括 處於未知位置的移動節點，所述移動節點被構造為廣播請求分組，所述請求分組包括所述移動節點的標識和電梯呼叫命令；處於已知位置的一組固定節點，各固定節點被構造為測量接收到的請 求分組的信號強度；用於基於所述固定節點的所述己知位置和所述信號強度來確定所述 移動節點的已知位置的裝置；和根據所述移動節點的所述已知位置和所述電梯呼叫命令來呼叫電梯 車廂。
全文摘要
本發明提供了利用節點的無線網絡來呼叫電梯車廂的方法及其系統。該系統利用節點的無線網絡來呼叫電梯車廂。處於未知位置的移動節點廣播請求分組。該請求分組包括移動節點的標識和電梯呼叫命令。處於已知位置的一個和更多個固定節點測量接收到的請求分組的信號強度，並基於所述固定節點的所述已知位置和所述信號強度來確定所述移動節點的已知位置，並且根據所述移動節點的所述已知位置和所述電梯呼叫命令來呼叫電梯車廂。
文檔編號H04L12/56GK101116367SQ200680004190
公開日2008年1月30日 申請日期2006年8月7日 優先權日2005年8月18日
發明者詹姆斯·J·小柯倫, 詹姆斯·洛厄爾·弗蘭克爾 申請人:三菱電機株式會社