用於工業無線傳感器網絡中定位的方法和系統的製作方法
2023-06-09 13:39:46
專利名稱：用於工業無線傳感器網絡中定位的方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及無線傳感器網絡領域，並且更具體地說，涉及用於為在工業無線傳感 器網絡中的定位提供解決方案的方法和系統。
背景技術：
通常，無線傳感器網絡是由自主式傳感器組成的網絡，傳感器在空間上是分散的， 並且要監視諸如溫度、壓力等工業過程變量。無線傳感器網絡具有像對象跟蹤、環境監視、 工業監視等各種應用。無線傳感器網絡具有現場裝置，現場裝置是能夠進行無線通信的無 線裝置，並且可包括傳感器/致動器，以及通過對應傳感器節點或微塵(mote)連接到無線 傳感器網絡中。
將位置信息和無線傳感器網絡中傳感器感測的信息嵌在一起變得對諸如資產跟 蹤、監視等各種應用更有用。確定網絡中傳感器的位置信息稱為定位，並且這對應於無線微 塵的位置、方位或標識。例如，網絡調查信息用於研究網絡並將網絡表徵為一個整體。除此 之外，報告傳感器的位置要求定位，並且用於本文中提及的定位的需要只是示範並且因此 不是詳盡的。存在解決與定位有關的業務的各種手段，其中，此類手段可基於全球定位系統 (GPS)、射頻標識(RFID)等。
由於GPS信號的非可用性、操作GPS接收器所需的另外功率、從工程工具支持的有 效工作流程、缺少使用多個技術的方法或此類類似限制原因，以現有方式或形式在無線傳 感器網絡中通過GPS、RFID等執行的定位可能未提供用於工業無線傳感器網絡的完全定位 解決方案。因此，用於工業無線傳感器網絡的定位很麻煩。它要在使用經配置或使適應以 適合工業無線網絡的適合工具和技術支持定位的網絡的調試期間或之後實現，並且因此不 是如從在性質上幾乎是抽象的無線傳感器網絡的其它應用中所了解的定位的類似或純粹 延伸。另一方面，也要考慮在部署/調試後用於工業無線傳感器網絡中移動現場裝置的定 位解決方案。在當前實踐中，由於普遍的難題，定位未在工業無線傳感器網絡中實現。此類 難題包括在調試期間或作為調試的一部分解決定位，為定位採用適合的工具和技術，實現 無線網絡中室內和室外現場裝置的定位，並且不是無關緊要的。
本發明旨在提供一起允許在無線傳感器網絡中定位，並且完全解決上述問題的解 決方案。
發明目的本發明的一目的是提供一種用於定位的方法，其在工業無線傳感器網絡的調試期間或 通過該工業無線傳感器網絡的調試來實現。
本發明的另一目的是提供一種用於定位的方法，其在執行定位中相應地利用適合 的工具和技術。
本發明的又一目的是提供一種用於已經部署的現場裝置和移動現場裝置的定位 的方法。
本發明仍有的另一目的是提供一種能夠為室內或室外現場裝置或兩者應用的定位的方法。
本發明還有的另一目的是依照用於定位的方法及其目的，提供一種能夠在工業無 線傳感器網絡中定位的系統。發明內容
工業無線傳感器網絡包括一個或多個現場裝置、操作員門戶、具有諸如網絡管理 器、安全管理器、接入點、網關等的一個或多個模塊的無線管理組件或其組合，以便構成無 線管理組件。現場裝置可具有傳感器，並且通過也稱為微塵的傳感器節點連接到工業無線 傳感器網絡中。每個傳感器節點或微塵具有在所述網絡中與其相關聯的現場裝置。
定位最終涉及確定傳感器節點且明顯是與其相關聯的現場裝置的位置、方位和標 識。定位能夠在工業無線傳感器網絡的調試期間或之後執行，或者通過使用適當技術或工 具或者通過其適合的組合完全或部分執行。本文中為定位採用的技術包括GPS、RFID、射頻 信標、傳感器節點信號強度、集中節點距離信息、到達時間、無線傳感器網絡的初始部署計 劃及一個或多個組合等。另一方面，具有用於定位的工具的調試和配置單元包括手持式裝 置、操作員門戶等。然而，在本文中前面對其直接提及的技術和工具及調試和配置單元不全 面，解決其需要或功能的其它適合和適當的技術與工具能夠共延應用於此。
相應地，本發明提供用於在工業無線傳感器網絡中定位的方法。該方法包括識別 用於定位的現場裝置的傳感器節點的步驟。此後是確定與所述現場裝置相關聯的傳感器節 點的位置信息。在確定位置信息後，該方法包括在所述現場裝置中或者在所述無線網絡管 理組件的一個或多個模塊或操作員門戶或其組合中存儲確定的位置信息的步驟。根據本發 明的方法在現場裝置加入網絡期間或者在工業無線傳感器網絡的調試期間或之後部分或 完全執行。
識別用於定位的現場裝置的傳感器節點或微塵的步驟由所述現場裝置本身在加 入網絡時或者在經適當觸發以查找其位置時作出。現場裝置能夠單獨或者和其位置信息要 確定的現場裝置在相同位置的任何其它現場裝置一起相應地執行此步驟。識別也能夠在網 絡的調試期間或之後相應地發起和/或處理。在此情況下，具有隱式或顯式工具的調試和 配置單元、具有工具並且配置成執行此步驟的手持式裝置能夠用於識別的步驟的目的。基 本上，如本文中前面所述採用的部件構成用於本發明的目的的檢測部件。
確定識別的傳感器節點的位置信息的步驟由確定部件使用適合的技術和/或工 具執行。工具可配置成包括能夠確定所述傳感器節點的位置信息的模塊。所述工具可在 手持式裝置、無線管理組件、操作員門戶、調試和配置單元等中採用和/或配置。諸如GPS、 RFID或諸如此類的技術能夠在本文中成功用於定位，並且能夠獨立或以適合的組合方式使 用以便更準確地確定位置信息。必要地是要注意，對於不能明顯使用或有效使用GPS的室 內現場裝置，能夠使用具有足夠覆蓋以檢測信號的天線，或者能夠獨自或作為組合適當地 為室內現場裝置利用其它適合技術。此外，要注意的是，本文提及的工具和技術能夠獨自用 於定位，或者以適當組合聯合用於定位。
在確定位置信息時，所述位置信息存儲在與相應傳感器節點有關的對應現場裝置 中，或者在無線管理組件的一個或多個模塊中，或者在操作員門戶或者其組合中。
參照附圖，其中:圖1示出根據本發明能夠依照用於定位的方法進行定位的系統；圖2示出依照本發明，在用於定位的方法中涉及的總體工作流程；以及 圖3和4描繪現場裝置的位置信息的確定。
具體實施方式
參照附圖1到4所示示範實施例，進一步描述本發明。本文中後面所述實施例在 性質上只是示範並且不詳盡。根據本發明的系統和方法涉及現場裝置的定位，其中，本文所 述定位意在指與傳感器節點的識別、其位置及其方位有關的位置信息。
圖1描繪能夠根據本發明提議的用於定位的方法進行定位的系統(100)。工業無 線傳感器網絡中的系統一般包括一個或多個現場裝置(101)、操作員門戶、無線網絡管理組 件、手持式裝置(105)。現場裝置可以是網絡中的室內或室外現場裝置。基本上，現場裝置 通過傳感器節點或微塵連接到網絡中，這意味著每個現場裝置具有與其相關聯的傳感器節 點。無線網絡管理組件包括諸如網絡管理器、安全管理器、接入點(102)、網關(103)等一個 或多個模塊。這些模塊的一個或多個模塊或其組合構成無線網絡管理組件。
通常，現場裝置(101)通過接入點(102)和網關(103)連接到網絡中。與其管理網 絡和安全的功能相關，本文中提及的網絡管理器和安全管理器對應地管理網絡及其安全。
在室外能夠接收GPS信號的現場裝置能夠利用GPS接收器，並且也能夠使用在GPS 信號不可用時使用的其它方法。通過這些手段，定位對於室內和室外GPS拒絕的環境是可 能的。
應注意的是，位置信息也能夠從無線網絡管理組件的一個或多個模塊中尋找。借 助於和通過各種手段或方式獲得的位置信息可存儲在數據存儲單元(104)中，並且之後用 於要求位置信息的此類目的。
下面通過示範實施例描述根據本發明用於定位的方法。
本文後面參照圖2到4所示示範實施例描述用於定位的方法。本發明的方法遵循 識別其位置信息被要求要確定的現場裝置的步驟。此後是確定所述裝置的位置信息，並且 存儲如此確定的位置信息。無論何處適用且適當，存儲的步驟能夠共延或並排包括更新位 置信息的步驟。這包括更新在具有顯式或隱式定位資料庫的數據存儲單元(104)中、在無 線網絡管理組件的一個或多個模塊、操作員門戶、手持式裝置等中的位置信息。各種技術和 工具整體或部分或與其它此類技術和工具組合，幫助確定和/或實現定位。此處一直提及 的一些技術和工具是在GPS、RFID、近距離通信、信號三角測量、射頻信標等中使用的技術。 這些技術不全面，並且其它可能變化也是可實現的。
定位可在基於工業無線傳感器網絡範圍(vide)的計劃工具的建築平面圖部署現 場裝置時實現，或者通過操作員門戶由操作員實現，或者在網絡的調試期間或之後通過調 試和配置單元實現，或者通過所述現場裝置本身或通過與所述現場裝置在相同位置的其它 現場裝置實現。
為所述現場裝置確定的位置信息被更新和/或存儲在數據存儲單元中或在無線 網絡管理組件的一個或多個模塊中或在操作員門戶中或在所述現場裝置中或在可行之處或在上述的組合中。
圖2示出在定位中涉及的總體工作流程。工業無線傳感器網絡中的現場裝置 (101)和相關聯傳感器節點由檢測部件識別。檢測部件能夠是所述現場裝置(101)本身、無 線網絡管理組件的一個或多個模塊、調試和配置單元(201)、與所述現場裝置在相同位置的 一個或多個現場裝置、手持式裝置、操作員門戶等。檢測部件配置成識別對於其定位要執行 的現場裝置。
如果定位在部署時執行，則對應於無線傳感器網絡的建築平面圖的部署參數(其 包括現場裝置(101)的位置信息)被包括在用於所述網絡的計劃工具(202)中。另一方面， 在網絡的調試期間，採用配置成確定位置信息的調試和配置單元(201)。
確定位置信息的步驟也包括手動或自動感測和獲得相關參數/方位信息，作為用 於由位置確定模塊(203)確定位置信息的輸入。用於確定位置信息的輸入能夠通過使用 GPS、RFID、建築平面圖、信號強度、來自無線網絡管理組件的方位距離/信息、射頻信標等 或其可能組合來獲得。這些是用於自動獲得作為相關輸入的所述方位信息的一些示例。與 由GPS的高功耗相比，這些技術/工具的可能組合提供了低功率利用的優點。它也能夠是 通過手持式裝置的手動輸入，預存儲在現場裝置、無線網絡管理組件中。這些輸入存儲在數 據存儲單元(104)中，並且還用於通過在位置確定模塊(203)中的適當計算來查找位置信 肩、O
在附連到現場裝置(101)的GPS、RFID或近距離通信系統或諸如此類中使用的技 術感測用於確定位置信息的現場裝置的方位。就在本文中前面提及的附連未僅限於物理附 連。這些技術能夠獨自使用或者適當地組合使用。GPS應用限於室外應用，這為人所熟知， 但GPS能夠通過使天線至少最低限度地暴露於外部並且將所述天線連接到GPS而用於室內 現場裝置，由此能夠適當地感測要求的參數。
這些技術能夠組合或混合使用，因為這將增大感測的方位信息的準確度。此外，它 幫助解決特定技術不能完全單獨使用的缺陷。例如，在用於室內現場裝置時採用天線的GPS 感測並提供方位信息，所述方位信息可相當正確，但同樣能夠進一步改進其準確度，或者更 接近的準確方位信息能夠也通過使用近距離通信、射頻信標、傳感器節點的距離信息獲得， 這進一步改進了信息或使其更接近準確。
位置信息由確定部件確定。此處提及的確定部件包括具有相應配置的一個或多個 模塊的工具，或者它包括操作員門戶或具有工具的調試和配置單元(201)或所述無線網絡 管理組件的一個或多個模塊。這些部件能夠單獨使用或者以組合方式聯合使用。
位置確定模塊(203)基於具有方位信息相關性的相關輸入，計算位置信息。位置 確定模塊(203)在以下所述的一項或多項內存在，即，現場裝置(101)或無線網絡管理組件 的一個或多個模塊或調試和配置單元(201)或手持式裝置或操作員門戶或諸如此類。位置 確定模塊(203)基本上基於包括三角測量方法的某些方法，計算位置信息。所述三角測量 方法或諸如此類又可基於現場裝置的信號強度、功率強度、射頻信標的靜態位置等中的一 項或多項。
更具體地說，通過即將到來的示範說明，能夠進一步描述和更好地理解本發明。
方位信息通過GSP等自動獲得或者手動獲得，並且方位信息提供為到調試和配置 單元(201)的輸入。此輸入能夠變成用於已經存在信息的更新或新信息，並且能夠變成用於調試的參數之一。其隨後通過可以是有線或無線的通信接口饋入對應現場裝置。
根據另一說明，附連或集成到現場裝置(101)的GPS提供方位信息，並且其由現場 裝置內的定位模塊用於確定位置信息，或所述方位信息能夠傳遞到位置信息在其處被確定 的數據存儲單元(104)。此處，現場裝置(101)可以在室外或室內。如果現場裝置位於室 內，則已連接到GPS的天線能夠相應地安裝以便適當暴露到外部，以允許方位信息的檢測。
依照另一說明，用於確定位置信息的帶有方位信息的現場裝置將方位信息提供到 位置確定模塊(203)。在工業無線傳感器網絡中，能夠將帶有方位信息的傳感器節點定義為 主節點。這些主節點將具有方位/位置信息，並且其方位有助於變成用於確定網絡中其它 傳感器節點的位置的參考。位置信息在位置確定模塊(203)中確定，並且由此存儲在數據 存儲單元(104)中。使用GPS、存儲有相關數據的RFID標記、手動更新、採用三個主節點和 GPS或信號強度等的技術來獲得方位信息。此處上面提及的位置確定模塊(203)在無線網 絡管理組件或現場裝置(101)或調試和配置單元(201)的一項或多項中可用。
用於確定方位信息的技術能夠基於使用信號強度的三角測量方法。這在圖3a和 3b中示出。在圖3a中，現場裝置(101)或與其相關聯的表示為已加入網絡的M4的傳感器 節點(微塵)能夠找到其位置信息。M4具有關於相鄰現場裝置及其對應傳感器節點(微塵) Ml、M2和M3的方位和信號電平/強度及電池功率的信息。M4使用如上通過三角測量所述 與其可用的信息，確定位置信息。在與M4相關聯的現場裝置中能夠更新和/或存儲確定的 位置信息。類似地，在圖3b中，此處的網關或手持式裝置具有與現場裝置及其相關聯傳感 器節點M1、M2、M3和M4的方位和信號電平/強度及電源功率有關的信息。網關或手持式裝 置確定位置信息。
從圖4a中，能夠看到，和射頻信標(401)固定在一起的現場裝置(101)通過GPS 或其它可能部件讀取在網絡中安裝的信標(402)的方位信息。隨後，如本文中前面所述確 定位置信息。類似地，在圖4b中，能夠看到射頻信標(401)也能夠與調試和配置單元(201) 取向在一起。在數據存儲單元(104)中更新和/或存儲如此確定的位置信息。
相應地，在從數據存儲單元(104)或GPS等獲得與現場裝置(101)有關的位置信 息後，調試和配置單元(201)能夠將位置信息寫入使用RFID記錄器的該裝置的RFID標籤。 通過此操作，位置信息也能夠加載到現場裝置(101)中。
應注意的是，本文中上面整個描述中提及的技術和工具不限於一個特定方法或實 踐，並且能夠在工業無線傳感器網絡中結合系統的一個或多個要素或反之亦然在其所有可 能組合中適合及適當地擴展或使用。其中此類修改、變化或改進雖然未明確提及，但要視為 在本發明的範圍內。
權利要求
1.一種用於在工業無線傳感器網絡中定位的方法，所述工業無線傳感器網絡具有一個或多個現場裝置、操作員門戶、包括諸如網絡管理器、安全管理器、接入點、網關的一個或多個模塊的無線網絡管理組件，所述方法包括以下步驟:通過以下來識別用於定位的現場裝置的傳感器節點:通過作為所述現場裝置的檢測部件中的一個或多個，或者通過所述無線網絡管理組件的一個或多個模塊，或者通過調試和配置單元，或者通過所述工業無線網絡中與其中的所述現場裝置在相同位置的一個或多個現場裝置，或者通過手持式裝置；由確定部件確定與所述現場裝置相關聯的所述傳感器節點的位置信息，所述確定部件具有在所述無線網絡管理組件的一個或多個模塊中，或者在所述現場裝置中或者調試和配置單元中，或者在操作員門戶或諸如此類中，或者在其組合中配置的工具；在所述現場裝置中，或者在所述操作員門戶中，或者在所述無線網絡管理組件的一個或多個模塊或者其組合中存儲所述確定的位置信息。
2.如權利要求1所述的方法，其中識別的步驟是由配置成識別對於其定位要執行的所述現場裝置的所述一個或多個檢測部件對所述傳感器節點的手動或自動識別。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中所述檢測部件中的一個或多個基於諸如GPS、 RFID、射頻信標、傳感器節點信號強度、集中節點距離信息、到達時間、帶天線的GPS、無線傳感器網絡的初始部署計劃或其一個或多個組合的技術和/或工具。
4.如權利要求1所述的方法，其中由確定部件確定所述位置信息的步驟，其中所述確定部件包括用於基於信號強度、三個主節點、射頻信標或三角測量技術或諸如此類來確定所述位置信息的位置確定模塊。
5.如權利要求4所述的方法，其中從一個或多個所述檢測部件或者從獨有地或包含地存儲對應於確定所述位置信息的信息的所述數據存儲單元，所述位置確定模塊接收與確定所述位置信息有關的信息以用於確定位置信息。
6.如權利要求1所述的方法，其中存儲所述確定的位置信息的步驟還包括更新和/或存儲在現場裝置中的一個或多個、所述無線網絡管理組件的一個或多個模塊、操作員門戶、 手持式裝置中如此確定的所述位置信息。
7.如權利要求1所述的方法，其中所述方法還包括顯示所述位置信息及用於確定所述位置信息的信息。
8.如前面權利要求任一項所述的方法，其中所述方法能夠在所述現場裝置加入所述網絡時或者在所述網絡的調試期間或之後部分或完全執行。
9.一種能夠依照如前面權利要求任一項所述方法定位的系統，所述系統包括:一個或多個現場裝置，其為室內或室外或兩者的；無線網絡管理組件，其包括諸如網絡管理器、安全管理器、接入點、網關的一個或多個模塊；操作員門戶，其幫助操作員操作網絡；適用於和/或配置成基於以下的技術和/或工具中的一個或多個起作用的部件:諸如 GPS、RFID、射頻信標、傳感器節點信號強度、集中節點距離信息、到達時間、無線傳感器網絡的初始部署計劃或其一個或多個組合。
10.如權利要求9所述的系統，還包括用於顯示所述位置信息及用於確定所述位置信息的信 息的顯示部件。
全文摘要
本發明涉及用於在工業無線傳感器網絡中定位的方法。該方法包括識別用於定位的現場裝置的傳感器節點的步驟。此後是確定與所述現場裝置相關聯的傳感器節點的位置信息。在確定位置信息後，該方法包括在所述現場裝置中或者在所述無線網絡管理組件的一個或多個模塊或操作員門戶或其組合中存儲確定的位置信息的步驟。根據本發明的方法在現場裝置加入網絡期間或者在工業無線傳感器網絡的調試期間或之後部分或完全執行。本發明也涉及能夠依照本發明的方法在工業無線傳感器網絡中定位的系統。該系統包括現場裝置、無線網絡管理組件的一個或多個模塊、操作員門戶、能夠在適用或對其配置成用於定位的技術和/或工具上工作的部件。
文檔編號H04W64/00GK103140865SQ201080068359
公開日2013年6月5日 申請日期2010年11月18日 優先權日2010年7月30日
發明者A.雷, M.坎德, V.納拉雅南, R.庫馬 申請人:Abb研究有限公司