移動標籤跟蹤系統的製作方法

2023-07-25 16:44:26

專利名稱：移動標籤跟蹤系統的製作方法
技術領域：
本公開一般涉及射頻通信，尤其涉及移動標籤跟蹤系統。
背景技術：
監控移動物體-諸如海運貨櫃-上的標籤的常規方法使用頻繁的傳輸向安全監控中心報告「一切正常」消息。採用這種設置，通過從標籤接收告警消息，或未接收到「一切正常」消息，安全中心可以檢測出告警狀況。竊賊通過阻斷告警消息的射頻傳輸，諸如通過將物體及其標籤移入隧道或建築物內，可以容易地規避這種常規方法所提供的保護。此外， 竊賊可以重播之前記錄的「一切正常」傳輸來迷惑安全中心使其陷入一切正常的假象。即使不重播「一切正常」信號，竊賊也至少可以在常規傳輸報告之間的時間間隔內活動而不會被檢測。為了防止這類攻擊，另一種常規方法要求標籤持續地或非常頻繁地報告其狀態。 這種方式浪費射頻頻譜資源，並且在射頻頻譜或通信信道容量有限的情況下，可被監控的標籤數量可能因此而受到限制，此外由於頻繁的射頻傳輸，標籤內的電池也被快速地耗盡。 在一般情況下，大部分的傳輸都包含「一切正常」狀況，因此大多數的通信流量都是冗餘且不必要的。頻繁的傳輸也使系統對在貼有標籤的物體的航行旅途中發生的正常的傳輸阻斷變得更加敏感。通過設置容差來區別自然的(即正常發生的)消息中斷和表現為消息中斷的安全告警事件是有難度的。如果容差設置地太短，很多正常的阻斷將觸發錯誤的告警， 而如果容差設置地太長，則可能把故意的阻斷認為是自然發生並且可能解除或至少延遲檢測。因此需要對常規的移動標籤監控系統進行改進。

發明內容
本申請的一個方面旨在實現對貼有標籤的物體進行監控，而不需要在標籤和安全監控中心之間進行持續的或頻繁的通信，從而避免導致對射頻頻譜和相關通信信道的佔用，以及避免移動標籤中電池被快速放電。另外，本公開旨在防止故意阻斷由標籤廣播的射頻信號或者重放之前的廣播，其可能企圖掩蓋破壞由標籤保護的物體的目的。在這方面，提供了一種與標籤進行通信以在不需要與標籤進行持續的或頻繁的射頻通信的情況下保護物體不被損壞或盜竊的方法和設備。此外，還提供了一種與標籤進行通信以保護物體即便是在射頻信號被故意阻斷以掩蓋破壞行為的情況下也不被損壞或盜竊的方法和裝置。另外，也防止了通過重放預先記錄的或偽造的信號來掩蓋破壞行為。還提供了一種與貼有標籤的物體進行通信的方法和設備，其不受通信連結中正常或自然的中斷的影響，這些正常或自然的中斷在被保護物體運輸的過程中很可能發生。在本公開的一個方面，通過減少對用於射頻通信的頻譜的佔用，增加了射頻系統可以支持的移動標籤的數量。本申請的一個方面提供了用於提供移動安全監控的移動標籤跟蹤系統。所述系統包括通信設施；與通信設施耦接的通信網絡；以及耦接到待監控物件的移動標籤。該移動標籤具有處理器，該處理器具有存儲器並且用於控制移動標籤的操作；耦接到處理器的射頻通信組件，用於經由通信網絡與通信設施進行通信以報告與物件有關的狀態消息；耦接到處理器的電源，用於為移動標籤提供電力；耦接到處理器的安全序列生成器，用於生成二進位序列；耦接到處理器的位置跟蹤組件，用於確定移動標籤的位置並向處理器提供位置信號；以及耦接到處理器的時鐘。該移動標籤使用每一個都包括狀態消息的隨機調度的通信與通信設施進行通信。本申請的另一個方面提供了一種提供移動安全監控系統的方法，所述移動安全監控系統使用通信網絡將耦接到物件的移動標籤與通信設施連接。所述方法包括通過移動標籤監控移動標籤和物件的狀況；以及從移動標籤向通信設施發送包含狀態消息的隨機調度的通信。所述狀態消息包括用於每一個隨機調度的通信的唯一標識符。本申請的再一個方面提供了一種用於至少監控和報告物件的位置的裝置，所述物件附接到所述裝置，所述裝置包括處理器，該處理器具有存儲器並且用於控制裝置的操作；耦接到處理器的射頻通信組件，用於與通信設施進行通信以報告裝置和物件的位置； 耦接到處理器的電源，用於為裝置提供電力；耦接到處理器的安全序列生成器，用於生成二進位序列；耦接到處理器的位置跟蹤組件，用於確定裝置的位置並向處理器提供位置信號； 以及耦接到處理器的時鐘。


下面將參考附圖，所示附圖通過舉例的方式展示本公開的實施例，其中圖1以框圖的形式示出了根據一個實施例的移動標籤跟蹤系統；圖2以框圖的形式示出了根據一個實施例的和圖1所示的移動標籤跟蹤系統一起使用的標籤；圖3以流程圖的形式示出了根據一個實施例的在典型的旅途中標籤的可能狀態； 以及圖4以流程圖的形式示出了根據另一個實施例的在標籤的典型的旅途中由移動標籤跟蹤系統發送或接收的可能狀態和相關通信的更詳細的圖示；需要說明的是，在整個附圖中相同的特徵由相同的附圖標記進行標識。
具體實施例方式提供了一種使用網絡的通信能力和移動物體-諸如車輛或海運貨櫃-上的配備有射頻的標籤來實現遺失、損壞或盜竊的自動通知的方法和裝置。所述方法和裝置不需要持續地或頻繁地與標籤進行通信。常規地，監控標籤使用持續的或近乎持續的傳輸來報告關於被保護物體的信息以便在傳輸之間的時間間隔內使被盜竊或損壞的可能性最小化。由於物體有時候自然地脫離通信範圍(例如，在隧道或建築物內)，所以真正持續的通信一般來講是不可能的，另外這種持續的或頻繁的傳輸也佔用了太多寶貴的射頻頻譜並且很快耗盡了標籤的電池壽命。所述方法和裝置在標籤和安全監控中心之間為通信建立了隨機或偽隨機、按時間序列和經鑑別的傳輸時間表。這種時間序列不需要連續地與標籤通信，減少了對射頻頻譜的佔用並延長了標籤的電池壽命。此外，時間序列防止意圖掩蓋破壞貼有標籤的物體而故意阻斷射頻信號，或者防止為使標籤看起來仍在發送而重放之前的通信。參考圖1，示出了圖示根據一個實施例的移動標籤跟蹤系統(MTTS)IOO的框圖。 尤其是，圖1顯示了 MTTS 100的通信系統。MTTS 100可以包括固定通信網絡，諸如通信網絡102，所述通信網絡在一個例子中可以是公共交換電話網(PSTN)或網際網路。MTTS 100 還可以包括移動通信網絡10 和104b，以及相關聯的移動射頻基站106a和106b及其相關聯的控制器108a和108b，其可以在標籤及其相關聯的被保護物體的路徑上共同提供移動通信覆蓋。標籤和相關聯的物體的標號為110，分別單獨地標為IlOa和110b。移動通信覆蓋可以包括一個或多個系統，諸如GSM、CDMA、LTE、公共安全代理系統(Public Safety AgencySystems, PSA)、專用移動無線電網絡(PMR)和/或標記為122的衛星系統。這些系統被設置用於使與標籤110及其相關聯的被保護物體和MTTS安全中心112的通信得以進行。還可以有其他相關聯的中心，諸如託運人的處理設施114以及公共安全通信和控制中心116。這些設施114和116可以是單獨的設施或者可以被組合成公共的設施並且可以利用公共或專用的通信網絡和設施。還可以提供位置服務118來協助標籤110、安全中心112 和處理中心114以確定標籤110的位置。儘管標籤110可能包括，例如，用於提供位置信息的GPS接收器，但是可以給其補充額外的信息，例如由位置服務118提供的映射(mapping) 和流量流信息。不同的人員，諸如代理報關員、託運人、接收人和應急隊伍，也可以使用無線通信裝置120與標籤110及其相關聯的物體進行通信。在裝置120和標籤110之間的通信既可以是裝置120和標籤110之間的直接通信，也可以通過支持網絡和移動通信信道進行路由。參看圖2，展示了圖示根據一個實施例的與圖1所示的移動標籤跟蹤系統100—起使用的標籤110的框圖。此外，圖2還圖示了包含在標籤110中的功能以及這些功能之間的相互關係。典型地，標籤Iio包括為標籤110供電的電池電源單元202。標籤110裝配有用於對電池202再充電或者替換電池202的裝置和用於監控電池202狀況的裝置，該裝置由處理器204控制或協調。此外，標籤110包括射頻通信裝置206和相關聯的天線208。標籤110可以具有多於一個射頻通信能力(例如，GSM、LTE、VHF射頻、PMR/PSA、WiFi、藍牙和 /或衛星通信)。這些設施根據處理器204的控制或協調來通過通信網絡102和104 (圖1) 與安全中心112和託運人的處理中心114進行通信。在一個例子中，可以使用標準通信網絡協議或者也可以使用仍待開發的協議。標籤110與通信網絡基礎設施可以直接進行通信 (例如，通過GSM、VHF或衛星射頻)，或者通過可以使用其他標籤110的資源的多跳鏈路進行通信(例如，使用「ad-hoc」或者「mesh」或者「multi-hop」連接，諸如，例如，IEEE802. 16j 或IEEE 802. lis標準)，其中，所述其他標籤110可能在附近，但是具有到安全中心112的更好的通信路徑。提供用於位置測量和跟蹤的設施，其被標記為210，可以包括，例如GPS接收器212和相關聯的處理能力。位置跟蹤組件210為處理器提供位置信號，其中包括的信息允許處理器確定標籤110位置。可以通過ID證書和鑑別組件214提供鑑別或安全能力， 其執行一個處理以使得標籤110可以被安全伺服器112鑑別，而伺服器112可以被標籤110 鑑別。標籤110也可以鑑別本地設備，諸如可由公共安全響應人員或海關檢查人員使用的本地設備，並且可以被本地設備鑑別。識別和鑑別處理可以利用控制處理器204中的附加處理能力。此外，標籤110包括接口裝置216，用於連接外部傳感器以檢測對被保護物體的破壞。標籤可以進一步包括安全序列生成器218，諸如偽隨機二進位序列(PRBS)生成器，其與安全中心112兼容並且可以與安全中心112同步。可以使用計時裝置220，諸如時鐘， 在標籤110和MTTS安全中心112之間建立和維護時間和安全序列同步。上述這些不同的裝置和功能既可以被實現為由標籤110的控制處理器204執行的且存儲在相關聯的存儲器 (未示出)中的過程，也可以被實現為連接到處理器204的離散的組件。標籤110的通信可以被組織為在下列進行報告(a)以預定的時間間隔；(b)當檢測到位置變化時；(c)響應於來自安全中心112或處理中心114的詢問；或(d)在正由標籤 110檢測告警狀態的情況下進行報告，諸如破壞、傾覆或標籤偏離航線等。可以使標籤110 能夠監控標籤110的健康並報告故障，諸如低電池狀況或被阻斷的射頻鏈路。標籤110和相關聯的被保護物體也可以包括本地有線接口，其被標記為222(例如，通用串行總線(USB) 連接)，用於使用本地附接的設備進行本地通信、軟體升級或信息加載。使用接口連接216與標籤110接口的被保護物體，典型的為車輛或海運貨櫃，可以包括用以檢測破壞的傳感器。可以根據以下所測變量中的任意個來檢測破壞，諸如開門、 壓力減小、諸如(X)2的氣體檢測、溫度升高或降低、過多的重力或加速測量、或由例如GPS接收器212提供的不正常或未預料的位置數據。被保護物體也可以包括可以被自動激活或由相關聯的標籤110激活的制動器，諸如門鎖、滅火器、浮選(floatation)設備、音頻報警或嗅覺威懾。這些制動器可以通過接口連接216與通信標籤110連接。可以在處理器204的控制下，例如應MTTS安全中心112或託運人的控制處理中心114處過程的請求，激活這些制動器。雖然標籤110和被保護物體通常是獨立的物件，但是標籤110和被保護物體也可以結合為一個單獨的實體。雖然標籤110可以被認為是附接到車輛、海運貨櫃或運輸貨物的車輛上的通信和監控設備，但是標籤110自身以其存儲器或封裝的形式也可以是信息的傳送者(例如與USB存儲鑰匙集成在一起的標籤110)或者用於需要安全運輸的小貴重物件的包括標籤110的物理容器。MTTS安全監控中心112可以被實現為伺服器(例如，具有本領域技術人員公知的處理器、存儲器、通信I/O、作業系統和安全應用軟體的計算機)，其附接到通信網絡或者附接到一個網絡以使得伺服器可以發送和接收與移動標籤110的通信。安全監控中心112可以與多個標籤110通信並對其監控。中心112包括可以與標籤時鐘220同步的計時方法，鑑別標籤110並被標籤110鑑別以及鑑別由標籤110發送的消息或傳輸的裝置。此外，為安全序列生成器提供與標籤的生成器218兼容並可以與標籤的生成器218同步的裝置。安全監控中心112還包括處理能力、通信能力以及存儲器，該存儲器用於維護標籤110的狀態、 與標籤110通信並檢測對於標籤110和相關聯的物體的安全的破壞。安全監控中心112還可以與其他實體，諸如託運人的處理中心114，進行通信。MTTS託運人的處理中心114可以由託運人、或者其他的諸如收貨人、承運人、保險承運人、車輛所有人或運輸監管和安全機構使用來在其旅途中監控貨櫃和車輛的狀況。 中心114還可以在使用中設置貨櫃及其標籤110的狀態(例如，裝載、空閒、旅行、卸載
寸乂 O安全中心112和任何相關聯的託運人的處理中心114可以被實現為連接到通信網絡的伺服器(例如，具有相關聯的存儲器、通信裝置和服務處理算法的計算機)。在一個實施例中，MTTS 110系統的操作具有兩個方面，S卩(a)初始建立或管理；以及(b)操作。A.初始建立/管理(裝載「建立」狀態)作為其操作的一部份，標籤110和安全中心112可以在建立模式下對標籤110和安全中心112處的相關聯的處理進行同步和初始化。標籤110和貨櫃可能屬於不同的組織並可能使用不同的安全中心112和用於不同旅程的操作方法。可以由代理機構通過直接與標籤110通信，或告知安全中心112標籤110和相關聯的貨櫃標識以及如準備好初始化的狀態來本地發起標籤110及其相關聯的安全中心112和海運處理中心114的協調。在標籤110開始其旅程之前(例如，當標籤110位於託運人的裝載碼頭時)，標籤 110和安全中心112相互鑑別。這個鑑別過程可以包括通過標籤110確認安全中心112以及通過安全中心112確認標籤110。在諸如GSM的廣域移動通信系統的協議內通常支持這種相互鑑別。在雙方建立了互信之後，標籤110和中心112可以建立通信交會的時刻表以及用於被保護旅程的報告標籤狀態的協議。建立這個時刻表的通信可以防止對手的竊聽(例如，通過利用通信系統，諸如GSM，的通信安全設施)。該時刻表可以考慮旅程時間的信息、 載貨單的特性和計劃的航線。建立了時刻表，標籤110和安全中心112可以同步時鐘用於計時並且記錄標籤及其相關聯的被保護物體的開始時間和位置。這個信息可以被保存在標籤110和/或安全中心112中的一個或二者處。為了保護通信和標籤110及其物體，安全中心112和/或標籤110可以選擇偽隨機序列，該偽隨機序列將在旅程中被用於調度通信。例如，安全中心112和/或標籤110可以選擇使用偽隨機二進位數字生成器，諸如安全序列生成器218，以提供隨機時間序列，在所述隨機時間序列標籤110向安全中心112發送狀態消息。等同地，或附加地，也可以為安全中心112建立隨機時間序列以詢問標籤110及其相關聯物體的狀態。監控的通信因此可以是雙向的，包括標籤110或安全中心112發起通信，或者標籤110和安全中心112在不同時間發起通信。標籤110和安全中心112也可以對用於每個狀態消息的標識符達成一致。在一個例子裡，標識符可以是數字序列，每發送一個狀態消息，就增加該數字序列。在另一個例子裡，標識符可以是安全中心112和標籤110共同開發且知道而在標籤110和中心112之外不為所知的一組隨機數。計時序列和標識數字可以為每次旅程而唯一地生成以防止攻擊者知道序列的可能(例如，如果該序列是一個簡單的計數器)，知道序列會使攻擊者易於偽造狀態消息從而模仿標籤110。這個時刻表的細節可能隨裝船的價值和預知的威脅而不同。當從託運人處理中心114、安全中心112或本地運輸承運人收到命令時，標籤110 可以切換到「旅行」模式。當標籤110進入這個旅行模式時，標籤110向安全中心112發送 「旅行開始」消息指示並且從中心112接收確認。用於將標籤110設置到旅行模式的消息， 連同所有其他發送到標籤110的命令，諸如終止旅行模式，可以由標籤110使用安全中心 112同意的鑑別協議進行鑑別。該旅行模式的開始可比作為在安全系統中設置警報。在一個例子中，一旦標籤110進入旅行模式，標籤110在隨機調度的時刻向安全中心112發送狀態消息(例如，「一切正常」)，該狀態消息包括達成一致的序列/真實性數字和時間信息。可以使用密碼技術或其他適合的方法來建立偽隨機計時序列和識別碼。例如，標籤110和安全中心112可以執行「Diffie-Helman」密鑰交換來建立公共的秘密數字。可替代地，如果通信信道被加密，則標籤110和安全中心112可以例如對公共的秘密數字達成一致，所述公共的秘密數字基於由標籤110和安全中心112每一個生成的隨機數的級聯。然後，該秘密數字可以被用作由標籤110和安全中心112為計算用於通信的隨機時刻表而使用的偽隨機序列生成器(例如，PRBS 218)的種子。在一個例子中，為了進一步保護通信， 標籤110和安全中心112可以具有一組多於一個可能的PRBS生成器。多個PRBS生成器中的一個可能被隨機地選擇用於每一個旅行計劃。在另一個可替代方案中，達成一致的公共秘密數字可以被用作密碼系統(例如，DES 「數字加密標準」或AES 「高級加密標準」)的初始矢量和密鑰，所述密碼系統根據相互達成一致的文本的加密而生成PRBS的等同物。安全序列生成器218-其使用這些方法或其他等效方法-可以被分為具有某一數目的比特的組，利用這些比特來調度標籤狀態消息傳輸之間的秒數。隨機通信傳輸之間的最大時間間隔可以通過選擇組中的比特數來設定。這樣就可以為標籤110和貨櫃分配安全級別-以通信之間的最長時間的形式。如果貴重的或高危險的物體與標籤110 —起旅行，較少比特可能被使用(例如，5個比特，其可以將狀態消息之間可能的最長時間設定為 31秒)。價值不高或較少危險的貨櫃和標籤110可以在組中使用較多的比特(例如，10 個比特，其可以提供大約1023秒的最長可能的標籤狀態消息間隔)。可替代地，隨機數字和傳輸之間的時間之間的關係有時可能不是每秒一個(例如，每個數字四分之一秒)。可以為每個標籤110使用新的序列，這樣對手就不能簡單地記錄之前旅行的信號發送和通信時間並重放它們以在之後的另一次旅行中用來掩蓋破壞。B.操作(旅行模式)在旅行模式操作中，標籤110監控其保護的物體(例如，貨櫃)的狀態，檢查告警狀態並與安全中心112通信。如果標籤110沒有檢測到告警狀況，標籤110將根據預定的時刻表向安全中心112 發送包括「一切正常」消息的狀態消息，所述狀態消息包含達成一致的鑑別數字。經調度的報告也可以包含關於標籤110及其相關聯物體的當前狀況和標籤110位置的信息。標籤110 也可以根據其預定的策略報告其位置或狀況(例如，停止或運動)的變化。這些消息可以與經調度的報告結合，或在需要的時候發送。典型地，額外的消息可以不使用為經調度的消息而預定的消息序列數字。可以由安全中心112通過將最後經調度的消息的序列數字和到下一個經調度的消息為止的時間一起包括在消息中來鑑別未經調度的消息。安全中心112 可以將這些報告記錄在其用於標籤110的旅行日誌上，並對之前已經達成一致要確認的那些消息以確認進行響應。安全中心112可以監控丟失的狀態消息或脫離序列的消息。丟失的消息可以導致安全中心112向標籤110發送詢問消息。這些詢問消息可以確認通信網絡的阻斷，並促使中心112為到達或來自標籤110的消息重建新的路由。未能接收到標籤經調度的消息並且沒有對詢問的響應，同時已知標籤在一個通信良好的區域中，則將導致安全中心112為標籤110及其相關聯的物體發起告警狀況。這可能包括與公共安全機構、警察或其他將被派往標籤110的位置的回應者進行通信。如果標籤110報告的位置明顯偏離預計的路線，告警狀況也可以被發起。如果安全中心112為標籤110啟動告警，則安全中心112可以向標籤110發送消息，指示標籤110將進入告警狀態並報告其當前狀況。根據標籤110及其制動器的能力，告警狀況可以激活相關聯物體中的響應設備或安全設備。在正常的旅行模式操作中，諸如沒有告警狀況時，標籤110根據之前安排的時刻表向安全中心112發送狀態消息。這些消息包括之前達成一致的內容，該內容包含各自的序列數字。這使得安全中心112可以檢驗每個消息的有效性並檢測丟失的消息。在安全中心112和標籤110之間可以確認消息。為了減少通信流量及其導致的標籤110的電池消耗， 根據之前達成一致的隨機序列，有些狀態消息可被確認而有些可能不被確認。這樣攻擊者想模仿消息就變得困難，因為每個消息都是唯一的並且包含上一個之前確認的消息的隨機序列數字，並且有些消息可以要求確認而有些可以不要求確認。使用隨機調度的安全消息的一個優勢在於，竊賊不清楚他們要將信號阻斷多長時間能不被發現。由於消息的時刻表可以具有從幾秒或更短到很多分鐘或小時的範圍的間隔，任何對信號的故意阻斷可以被很快檢測到。將隨機的單個序列數字包含進每個消息中防止了竊賊發送之前記錄的傳輸以掩蓋實際阻斷了傳輸的時間間隔。在未經調度的消息中使用序列數字和到下一個經調度的消息為止的計時也可以阻止竊賊向安全中心112發送虛假消息，因為竊賊不清楚隨機傳送時刻表或當前的序列數字。來自標籤110的消息也可以包括到標籤110的下次傳輸為止的時間以及標籤110 處的當前時間。在有些消息在射頻傳輸中丟失(例如，因為標籤110和貨櫃在運輸中在隧道內被屏蔽或由於通信錯誤)或在網絡的其他地方丟失(例如，由於堵塞)或由於標籤 110中的計時裝置220的故障(例如，由於標籤中的時鐘「慢」或「快」)的情況下，這些計時數字可以用於維持標籤110和安全中心112之間的同步。在通信旅行模式中，標籤110可以監控其射頻和通信狀況並在標籤110又能通信時-諸如當在其旅途中出了隧道時-信號發送「通信重建」消息。如果在監控標籤110狀況的過程中，標籤110檢測到告警狀況，標籤110可以嘗試與安全中心112建立通信以通知該問題。這可以使用標籤110的能力內的各種通信系統和網絡路徑中的任一種來實現。除了告警狀態，這些告警消息可以包括由標籤110發送的常規狀態消息的最後使用的序列數字以及到下一次經調度的消息為止的時間。這可以幫助建立告警消息對於安全中心112的真實性。這將幫助系統防止對手的攻擊，對手可以-例如-從顯然位於其他位置的標籤110報告偽造的告警，諸如通過重放之前生成的告警消息， 並因此在標籤110和貨櫃被盜竊時將保安人員分派到其他地方。標籤110可以繼續嘗試與安全中心112建立通信直到接收到對收到告警的確認。 這個確認可以包括安全中心112的鑑別，該鑑別可以是接收到的告警消息的序列數字、告警的時間及其接收時間，以及在報告告警狀況之前最後接收到的消息的序列數字(例如， 上一個狀態消息序列數字)的形式。這個對告警消息的鑑別可以用於防止對手通過播放之前記錄的告警確認消息來使標籤告警消息保持靜默。如果標籤110檢測到告警狀況或者當標籤110被指示這樣做，則標籤110進入告警狀態。告警消息由標籤110反覆地發送直到接收到合適的確認。為了避免標籤110在告警模式中由於過量的傳輸而耗盡其電池，標籤110可以嘗試以預訂的時間間隔(例如5分鐘)發送未經調度的告警消息。在時間間隔過去之後，標籤110可以返回到之前的傳輸時刻表來向安全中心112傳輸指示告警狀況和相關細節的消息。該時間間隔在多個貨櫃同時傾覆並且所有相連的標籤110都同時試圖信號發送其告警狀況的情況下，防止通信信道阻塞。標籤110在告警狀況解除並且標籤110已從安全中心112接收到指示標籤110返回正常或旅行狀態的合適命令之前一直保持告警狀態。在一些替代情況中，標籤110和內有危險物品或貴重物品的貨櫃也可以向適宜的危險物品或警察報告中心報告告警狀況。這個信號可以通過指定的安全中心發送，或者如果該路由不可用時可以直接被發送。根據傾覆的嚴重性和所涉物品的性質，可以直接由安全中心112指令發起或由標籤110獨立發起該告警狀況報告。在標籤110的旅途中，除了向安全中心112或託運人處理中心114發送其狀態外， 標籤110也可以在其存儲器中記錄關於旅途中事件的細節的日誌以備日後下載和分析。當標籤110位於旅途中的適當裝配的點或當標籤110到達其目的地時位於收貨人的海運碼頭時，該下載可以通過本地連接222或無線接口 206進行。在旅途中的一些地點，日誌可能被-例如-海關檢查員或危險物品管理員檢查以確認旅行如計劃進行並且未發生對貨物的篡改。交付和空閒監控模式當標籤110及其相關聯的物體到達其目的地時，標籤110可以切換到卸載模式。這個狀態變化可以由收貨人通過使用本地有線接口 222或無線接口 206與標籤110直接交互或者通過聯繫託運人處理中心114以報告到達來發起。之後處理中心114和安全中心112 向標籤110發送消息使其切換到卸載模式。這個命令將由標籤110鑑別並確認之後，標籤 110才改變狀態。在一個實施例中，在卸載狀態中，標籤110不再向安全中心112發送經調度的消息，並且在貨物被卸載時不發送告警。標籤Iio可以繼續向安全中心112或託運人處理中心114發送情報消息，指示開啟貨櫃的時間和其他與卸載有關的事件。在貨物被卸載之後，收貨人可以再次聯繫託運人處理中心114以告知貨櫃現已清空並且可用於後續旅行。在這種情況下，處理中心114和安全中心112將向標籤110發送消息使其切換到空閒模式。在某些情況下，貨櫃可能僅被部分地卸載或為到另一目的地的繼續旅行進行重裝。這種情況下，收貨人或承運人可以聯繫託運人處理中心114或直接聯繫標籤110並請求將標籤110的狀態轉換到旅行模式。然後標籤110可以重新開始其向安全中心112的傳送時刻表並重新開始監控告警狀況。如果之前與安全中心112達成一致的通信時刻表不能為旅行提供足夠的時間，則標籤110和安全中心112可以根據之前達成一致的參數(例如， 秘密密鑰)協商附加的一組時間。可替代地，標籤110和安全中心112可以根據新建立的參數組(例如，新的秘密密鑰)協商新的通信事件時刻表。在空閒模式中，標籤110仍然可以監控其相關物體的狀況。在貨櫃空置時也可能發生對其的偷盜或損壞，並且貨櫃的完整性必須被保護以使得不會裝載違禁品或破壞安全特徵。為了在該「空閒」狀態下提供保護，標籤Iio和安全中心112可以協商隨機的通信時刻表從而繼續監控貨櫃的完整性。與在活動的旅行狀態期間相比，這個時刻表可能涉及較少的消息。為了在長的空閒時間間隔內節約電能，標籤110可以監控事件並將事件存儲到其日誌中並且不頻繁地(例如每天一次)向安全中心112上傳日誌。在空閒狀態期間，可以期待貨櫃保持靜止。在標籤110確實檢測到明顯的損壞或移動的情況下，標籤 110可以以與在旅行狀態中檢測到告警狀況時的方式相同的方式向安全中心112立即信號發送告警。
參看圖3，顯示了處理300的流程圖，該流程圖顯示了在典型的旅行中標籤110可能的狀態以及那些狀態的相互關係。在第一空閒狀態302，貨櫃是空閒的，因此與其相關聯的標籤110也處於空閒狀態。在空閒狀態時，標籤110也可以提供一些監控功能並可以在步驟304檢測告警狀況，從而保護貨櫃的完整性，如上述那樣。如果在步驟304處檢測到告警，則在步驟306處使警報響起，並且進行相應的報告，例如向安全中心112報告。在與標籤相關聯的貨櫃被裝載時，標籤可以從空閒狀態302進入裝載建立狀態-標號為308。接下來，當標籤110及其相關聯的貨櫃或貨物在旅行時，標籤110可以前進到旅行狀態-標號為310。在旅行狀態中，如上面詳細描述的那樣，標籤110正在監控貨櫃並報告狀態消息，並且如果在步驟312檢測到告警，則在步驟314信號發送告警例如給安全中心112。一旦到達目的地，標籤110及其相關聯的貨櫃進入卸載狀態-標號為316。最終，一旦卸載完，標籤110回到空閒狀態302。可替代地，並且如上述那樣，雖然卸載狀態316顯示為後接有空閒狀態302，但是卸載狀態316可以直接後接有裝載建立狀態308或旅行狀態310中的任一個。在不同的狀態302、308、310和316期間標籤110的功能已經在前述中結合圖1和圖2作了詳細地介紹。參考圖4，顯示了處理400的流程圖，該流程圖相比於圖3更詳細地顯示了在典型的旅行中由移動標籤跟蹤系統標籤110經歷的一系列狀態和相關通信。具體地，圖4顯示了在典型的旅行期間由標籤110接收的、觸發圖3所示的各種狀態的消息。從狀態402開始，標籤110位於空閒狀態監控模式。在標籤110可以進入旅行狀態之前，標籤110和例如安全中心112之間進行了一些交換。在步驟404處，如上所述進行標籤110和安全中心 112之間的相互鑑別。之後，在步驟406，標籤110和安全中心112開發公共秘密密鑰，該公共秘密密鑰形成之後在標籤110和安全中心112之間進行的安全通信的基礎。接下來，在步驟408，如上述那樣，開發通信時刻表和鑑別序列數字。之後，在步驟410，標籤110從安全中心112接收指示標籤110進入旅行狀態的消息。標籤110在步驟412對來自安全中心 112的消息進行鑑別並進入旅行狀態，其標號為414。在處於旅行狀態時，標籤110監控各種狀況，例如與標籤110 —起旅行的相關貨櫃的狀況，貨櫃和標籤110的位置，以及時間，並且標籤110將這些數據記入在存儲器中。當處於旅行狀態並在步驟416進行監控時， 如果到了要向安全中心112發送狀態消息的所調度的時間，標籤110發送經調度的消息並接收確認-標號為418。當處於旅行狀態並在步驟416進行監控時，如果標籤110檢測到告警，則向安全中心112發送告警消息並接收到確認-標號為422。此刻，告警被激活-標號為420。當處於旅行狀態並在步驟416進行監控時，如果標籤110接收到，例如來自安全中心112的，結束旅行消息-標號為424，則標籤110在步驟4 鑑別該消息並進入卸載狀態-標號為428。當在步驟4 處於卸載狀態時，標籤110可以進一步接收，例如來自安全中心112的，請求進入空閒狀態的消息-標號為430。標籤110在步驟432鑑別該消息並在步驟402返回到空閒狀態監控。注意在圖4中，並沒有詳細地描述在空閒狀態402期間對標籤110狀況進行監控以獲得可能的告警狀況，因為其和發生在旅行狀態下的過程類似-參看414、416、418、420 和422。再次，在各種狀態402-432期間標籤110的功能在上文中結合圖1和圖2已經作過詳細的介紹。儘管圖3和圖4闡釋了在處理300和400中的一序列典型步驟的例子，但是在圖3和圖4中顯示的步驟並不必須以所示的順序發生，並且可以對所示步驟的順序做適宜的修改、添加或省略。 本公開上述的實施例只是意圖作為例子。本領域技術人員可以將變更、修改和變體引入到特定的實施例中而不脫離本公開所希望保護的範圍。尤其是，從上述實施例中的一個或多個中選擇的特徵可以被組合以產生沒有明確描述的替代實施例，適用於這種組合的特徵對於本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，所記載權利要求中在此描述的主題旨在覆蓋和囊括所有技術上的適當改變。
權利要求
1.一種用於提供移動安全監控的移動標籤跟蹤系統，所述系統包括通信設施；與通信設施耦接的通信網絡；以及耦接到待監控物件的移動標籤，該移動標籤具有處理器，該處理器具有存儲器並且用於控制移動標籤的操作；耦接到處理器的射頻通信組件，用於經由通信網絡與通信設施進行通信以報告與物件有關的狀態消息；耦接到處理器的電源，用於為移動標籤提供電力； 耦接到處理器的安全序列生成器，用於生成二進位序列；耦接到處理器的位置跟蹤組件，用於確定移動標籤的位置並向處理器提供位置信號；以及耦接到處理器的時鐘，其中該移動標籤使用每一個都包括狀態消息的隨機調度的通信與通信設施進行通信。
2.如權利要求2所述的移動標籤跟蹤系統，其中隨機調度的通信基於隨機時間序列進行，所述隨機時間序列由處理器從標籤和安全中心生成的二進位數字安全序列得出。
3.如權利要求2所述的移動標籤跟蹤系統，其中通信設施還使用隨機調度的通信詢問移動標籤的狀態。
4.如權利要求2所述的移動標籤跟蹤系統，其中每個狀態消息包括用於通信的唯一標識符。
5.如權利要求4所述的移動標籤跟蹤系統，其中標識符包括數字序列，所述數字序列隨每一次隨機調度的通信而增加。
6.如權利要求4所述的移動標籤跟蹤系統，其中標識符包含由移動標籤和通信設施共同開發而不在移動標籤跟蹤系統之外的隨機數。
7.如權利要求4所述的移動標籤跟蹤系統，其中唯一標識符和隨機調度的通信是為移動標籤的每次旅行唯一生成的。
8.如權利要求4所述的移動標籤跟蹤系統，其中狀態消息包括識別移動標籤和識別通信設施的信息、對於每次調度的通信唯一的唯一標識符、以及移動標籤和物件的至少一個狀況。
9.如權利要求4所述的移動標籤跟蹤系統，其中唯一標識符和隨機調度的通信基於以下至少之一確定(a)在移動標籤和通信設施之間建立公共秘密數字的Diffie-Helman密鑰交換；(b)由移動標籤和通信設施的每一個生成的隨機數的級聯；(c)由移動標籤和通信設施的每一個生成的隨機數的級聯，所述級聯用作為安全序列生成器的種子；(d)在移動標籤和通信設施之間建立公共秘密數字的Diffie-Helman密鑰交換，所述公共秘密數字被用作為密碼系統的初始化矢量和密鑰；以及(e)由移動標籤和通信設施的每一個生成的隨機數的級聯，所述級聯被用作為密碼系統的初始化矢量和密鑰。
10.如權利要求1所述的移動標籤跟蹤系統，其中位置跟蹤組件包括全球定位系統 (GPS)接收器，並且其中安全序列生成器選自包括偽隨機二進位序列(PRBQ生成器、數字加密標準(DEQ密碼序列生成器和高級加密標準(AEQ密碼序列生成器的組。
11.一種提供移動安全監控系統的方法，所述移動安全監控系統使用通信網絡將耦接到物件的移動標籤與通信設施連接，所述方法包括通過移動標籤監控移動標籤和物件的狀況；以及從移動標籤向通信設施發送包含狀態消息的隨機調度的通信，所述狀態消息包括用於每一個隨機調度的通信的唯一標識符。
12.如權利要求11所述的方法，其中狀態消息每一個還包括識別移動標籤的信息和識別通信設施的信息、以及移動標籤和物件的至少一個狀況。
13.如權利要求12所述的方法，其中狀態消息還包括下一個隨機調度的通信的時間。
14.如權利要求11所述的方法，其中基於隨機時間序列調度隨機調度的通信，所述隨機時間序列從安全序列生成器生成的二進位數字偽隨機序列得出。
15.如權利要求10所述的方法，其中當移動標籤檢測到告警狀況時，所述狀態消息還包括來自移動標籤的用於通信設施的告警消息。
16.如權利要求10所述的方法，其中基於隨機時間序列調度隨機調度的通信，所述隨機時間序列從偽隨機二進位序列(PRBQ生成器、數字加密標準(DEQ密碼序列生成器和高級加密標準(AEQ密碼序列生成器中的至少一個生成的二進位數字偽隨機序列得出。
17.一種用於至少監控和報告物件的位置的裝置，所述物件附接到所述裝置，所述裝置包括處理器，該處理器具有存儲器並且用於控制裝置的操作；耦接到處理器的射頻通信組件，用於與通信設施進行通信以報告裝置和物件的位置；耦接到處理器的電源，用於為裝置提供電力；耦接到處理器的安全序列生成器，用於生成二進位序列；耦接到處理器的位置跟蹤組件，用於確定裝置的位置並向處理器提供位置信號；以及耦接到處理器的時鐘。
18.如權利要求17所述的裝置，還包括耦接到處理器的鑑別組件，用於向通信設施的伺服器鑑別裝置。
19.如權利要求17所述的裝置，其中位置跟蹤組件包括全球定位系統(GPQ接收器， 並且其中安全序列生成器選自包括偽隨機二進位序列(PRBQ生成器、數字加密標準(DES) 密碼序列生成器和高級加密標準(AEQ密碼序列生成器的組。
20.如權利要求17所述的裝置，還包括耦接到處理器的本地通信接口，用於與外部計算設備進行通信；以及耦接到處理器的其他接口連接，用於與附接到物件的傳感器進行通信。
全文摘要
本發明提供了一種用於提供移動安全監控的移動標籤跟蹤系統。該系統包括通信設施，與通信設施耦接的通信網絡，以及移動標籤。該移動標籤耦接到待監控物件。該移動標籤具有處理器，該處理器具有存儲器並且用於控制移動標籤的操作；耦接到處理器的射頻通信組件，用於經由通信網絡與通信設施進行通信以報告與物件有關的狀態消息；耦接到處理器的電源，用於為移動標籤提供電力；耦接到處理器的安全序列生成器，用於生成二進位序列；耦接到處理器的位置跟蹤組件，用於確定移動標籤的位置並向處理器提供位置信號；以及耦接到處理器的時鐘。該移動標籤使用每一個都包括狀態消息的隨機調度的通信與通信設施進行通信。
文檔編號G01V3/12GK102197663SQ200980142824
公開日2011年9月21日 申請日期2009年10月21日 優先權日2008年10月28日
發明者D·斯蒂爾 申請人:北電網絡有限公司