使用自组织对等无线网络跟踪资源的系统和方法

专利名称：使用自组织对等无线网络跟踪资源的系统和方法
技术领域：
本发明涉及一种系统和方法，采用自组织对等无线移动通信网络 技术精确确定被跟踪的资源是否已经保留在预定区域长于一段期望时 间，被跟踪资源例如是火灾和营救方案中的一名消防员，从而能产生 识别目标资源及其位置的警报，例如该目标资源所处位置的建筑物的 楼层号。
背景技术：
近年来，开发了一种已知被称为"自组织多跳"网络的移动通信 网络类型。在该类型网络中，各个移动节点能用作其他移动节点的路由器，提供基站的多数功能，因此用非常小的成本扩展了覆盖范围。
自组织网络的细节在授权给Mayor的美国专利No. 5943322中有所阐 述，其全部内容结合在此作为参考。正如本领域普通技术人员能理解 的，网络节点以多路复用格式发送和接收数据分组通信，例如时分多 址(TDMA)格式，码分多址(CDMA)格式，或频分多址(FDMA) 格式，这些格式允许在基本节点的单个收发机同时和其覆盖区域内的 若干移动节点通信。
除了如在常规的自组织网络中允许移动节点相互之间通信之外， 还开发了多种更复杂的自组织网络，进一步允许移动节点访问固定网 络，因此和其他固定或移动的节点通信，例如那些在公共交换网络 (PSTN)、以及在诸如因特网的其他网络上的节点。这些高级类型的 自组织多跳网络的细节在2001年6月29日申请的美国专利申请序列 号09/897790，名称是"Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks" ; 2001年3月22日申请 的美国专利申请序列号09/815157，名称是"Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel";以及2001年3月22日申请的美国专利申请序列号 09/815164，名称是"Prioritized-Routing for an Ad-Hoc， Peer-to-Peer， Mobile Radio Access System"中公开，在此结合各个申请的全部内容作 为参考。
无论是在常规无线通信网络中，还是在自组织无线通信网络中， 必须或期望移动节点能知道或确定相对的或绝对的地理位置或地点。 正如本领域普通技术人员公知的，这可以通过使用多种技术实现。这 些技术需要小区标识，并和往返时间(RTT)、定时提前(TA)以及 测量信号电平(RX电平)，到达时间差(TDOA)以及到达角度(AOA) 技术组合，本领域普通技术人员都知道上述技术的细节。另一种可用 技术使用用于码分多址(CDMA)以及宽带码分多址(WCDMA)的基于蜂窝信号定时的方法。还有一种技术使用全球定位系统(GPS)技术， 该技术通常被认为比列出的所有其他技术更精确。
虽然已经使用GPS技术相当一段时间，而且多数世界导航都依赖
于它，但在某些特定条件下，GPS技术易受大量错误的影响。仅在执
行相对较多的测量之后它才能提供具有非常高精确度的位置确定结
果，这些测量涉及多个卫星，以去除传播和方法误差。对GPS缺点的 描述公布在数学学会及其应用(IMA)名称为"Mathematical Challenges in Global Positioning Systems(GPS)"的文件中，其全部内容被结合在此 作为参考。 一些其他测试也证实了 GPS技术不适于那些基于陆地的、 运行在可见卫星数目非常少而不能提供较好精确度的环境中的网络， 例如在地铁隧道中、建筑物内、浓密的树阴下，或者城市"峡谷"中。
为了克服上述的关于确定位置信息的问题，开发了不需要使用卫 星或用于确定位置信息的集中式计算设备的新技术。在自组织多跳网 络中计算移动终端位置的新技术的细节在美国专利No. 6728545名称 是"System and Method for Computing the Location of a Mobile Terminal in a Wireless Communications Network"中说明，其全部内容结合在此 作为参考。此外，可使用非固定的、或可移动的基础结构元件来发展 自组织网络。使用可移动接入点以及中继器来优化覆盖范围以及容量 约束的网络的进一步细节在2001年8月15日申请的美国专利申请序 列号09/929030名称是"Movable Access Points and Repeaters for Minimizing Coverage and Capacity Constraints in a Wireless Communications Network and a Method for Using the Same"中公开，其 内容被结合在此作为参考。
上述的专利以及专利申请通常涉及连接到永久的固定网络的移动 网络，这些固定网络的位置信息被作为绝对位置提供。然而，正如能 从上述引用的专利申请中理解的，临时的自组织多跳网络不必具有相 同的要求。因此，需要一种便携的、易于采用、以及独立的自组织多跳网络系统，在该系统中希望相对的位置检测，例如工作在紧急情况 中的人员的位置非常关键。除了绝对的地理位置之外，还可提供该相 对位置，或用该相对位置替换绝对的地理位置，并且该相对的位置易 于在此种位置内经常存在的多种传输障碍之间传送。
因此，需要一种改进的系统以及方法，易于在配置的无线通信网 络内确定并传送移动节点的绝对和/或相对位置，以及更具体的，使用 此种系统识别携带移动节点的资源，例如在火灾和营救现场的消防员， 是否已经在预定区域停留长于预定的时间周期，从而能产生识别目标 资源以及位置的警报，例如该目标资源所处的建筑物的楼层号。


本发明的这些以及其他目的、优点以及新颖的特点将通过以下结 合附随附图的详细说明而易于理解，其中
图1是具有根据本发明在此采用的实施例的系统的无线路由器的
建筑物的概念图2是显示在图1所示系统中采用的无线路由器元件的例子的框
图3是显示图1所示建筑物中消防员能用的移动终端的元件的例 子的框图4是显示根据本发明实施例的用于识别在图1所示系统中的移 动终端位置而执行的初始化操作的侈I」子的流程图5是显示根据本发明实施例的用于识别图1所示系统中的移动 终端位置而执行的数据收集操作的例子的流程图6是显示根据本发明实施例的，用于识别图1所示系统中的移 动终端位置而执行的楼层号码计算操作例子的流程图7是显示根据本发明实施例的，用于识别图1所示系统中的移 动终端位置而执行的楼层评分操作的例子的流程图8-19显示了基于根据图l-7所示的本发明的实施例而确定的消 防员的位置，由事故指挥员控制台产生的显示屏幕的例子；以及图20显示了由事故指挥员控制台产生的显示屏幕的例子，指示了
在图8-19所示的屏幕上显示的建筑物的某楼层的平面图，以及由用户 指定的感兴趣楼层的多个区域，从而该系统能根据图1-7所示的本发明
的实施例确定是否存在任何消防员已经在这些区域的任一处停留长于 预定时间周期的时间。
具体实施例方式
如上所述，工作在紧急情形中的人员的位置因为多种原因非常重
要。曾经出现过这些情形，即当人员，例如消防员，在烟雾中迷路时，
不清楚自己的实际位置或他们正工作的当前或前一楼层上的其他人员
的位置。将下面所述的系统和方法作为一个实施例提供，其配置用于
确保消防员的安全。在本发明另一个实施例中，可配置该方法和系统 用于支持其他紧急情况或特种部队部署的活动。
更具体的，本发明提供一种采用无线装置网络，特别是移动无线 自组织对等网络的系统和方法，该自组织对等网络包括在三维配置结 构中，例如建筑物中的移动终端，无线路由器以及至少一个控制器， 从而能不管建筑物结构就能实现通信、识别以及位置计算，从而用户 能确定被跟踪资源，例如火灾营救现场的消防员，是否已经在预定的 用户指定区域停留了长于预定的时间周期，从而能产生识别目标资源 及其位置的警报，例如目标资源所处的建筑物的楼层号。在此所述的 根据本发明的事故和人员管理系统被设计用于提供跟踪在事故区域， 例如燃烧的建筑物内的紧急人员的装置。用建筑物楼层和/或分区位置 报告人员位置。该系统还提供对实时个人位置信息以及报警状态指示 器的访问。由系统管理的辅助个人数据包括属性，该属性包括单元号 码、名称、任务、以及无线频率。
此种类型的系统通过采用MEATM无线技术成为可能。该技术采用 多个无线收发机，例如MeshNetworks WMC6300无线收发机，以及 无线自组织可升级路由技术。本例中的收发机使用调制解调器，例如MeshNetworksTMQDMA调制解调器，以促进健壮的空中数据传输，即 使是在恶劣的RF环境中。该收发机，和MeshNetworks 可升级路由 (MSR)协议及地理位置解决方案结合在一起，允许用户立即配置密 集的、可升级的自组织多跳网络而不会失败。总之，该系统包括自组 织无线多跳通信结构，能承载语音、视频以及数据，并进一步的能计 算驻留在网络边界的某些元件的相对位置。该系统的此自组织特性是 使得该系统便于配置并能在所有网络节点之间产生完全连接，从而即 使是遭受恶劣的或经常变化的物理条件时，也能确保及时传递关键信 息给事故指挥控制台的若干属性之一。
正如下面详细说明的，其中该系统进一步包括，MEATM事故指挥 控制台(ICC)，多个楼层指示路由器(FIR)，以及至少一个 MeshTracker (MT)装置。MEATM事故指挥控制台包括结合有触 摸屏显示器的基于Windows的PC，因而提供简单的用户接口。在PC 上执行事故管理应用，并通过MEA 无线网络卡将该应用连接到 MEA 网络结构。该指挥控制台完全独立并用于由管理事故现场的人 员监测，例如快速干预人员(RIC)的领导。该事故管理应用被用于提 供实时人员位置以及标识信息的图形表示。更具体的，事故指挥控制 台报告的数据包括事故区域内所有人员的位置；单元号码，名称，无 线频率的分配；最近的FIR(通常是入口/出口点)以及到每个个人的距 离)；用小队(通过队长/小队领导)或作为个人表示人员的能力；每个 个人的报警状态以及和某个个人失去网络通信，或和FIR失去网络通 信。
楼层指示路由器(FIR)是小型便携装置，如上所述使用FCC/UL 认证的MEA 无线收发机卡。这些装置被用作事故区域周围的静态 参考点。这些装置通常在他们到达事故现场之后由现场人员配置，例 如RIC。 FIR编队配置在楼梯间并临近电梯井，即，在入口和出口点。 可根据需要配置多个FIR队列，从而增加系统的无线覆盖区域以及可 靠性。该例中的FIR装置是便携式的，重量小于12盎司，具有5小时电池寿命。该装置运行在第二 ISM频带(2.40-2.48GHz范围)，发射 功率+25dbm。
MeshTracker (MT)装置在形式要素上和FIR类似，但它被 用作移动装置，即，移动终端，由现场人员携带，用于位置跟踪以及 说明。该MeshTracker使用MEA 位置技术来计算事故现场内的相对 位置，这是通过和如上详细说明的配置在事故区域内的FIR装置无线 交互实现的。MT利用配置的FIR以及用作自组织无线通信结构的其他 MT来中继重要的信息给指挥控制台。
如上所述，用作支柱的基本技术以及该系统中的数据传送机制是 MEA ，它是允许使用简单的配置方针而无需关键的附属物快速执行 配置的MeshNetworks 自组织多跳联网解决方案。使用两种方法之一 配置该网络，即能预先配置网络基础结构元件(FIR)作为建筑物管理 和安全系统(例如连接到每层楼的"出口"标志)的一部分，或当事 故发生时配置。不管何时配置网络，配置方针是相同，现在将对其进 行讨论。
首先，建立指挥所，它是配置指挥所的位置，以及通过事故指挥 控制台(ICC)管理事故。该位置应当允许无线连接到事故区域的至少 两个FIR。指挥控制台和FIR网络之间的连接可在几百到几千英尺范围 内实现。
在入口和出口点(通常在楼梯间和/或电梯井附近或里面)外部编 队配置FIR。 FIR被放在这些楼层和区域上以及周围，在这些楼层和区 域内能跟踪资源，通常是着火楼层和集结区域。每个FIR都被逻辑绑 定到某个楼层和编队。各个FIR的楼层和编队信息可以预先载入到指 挥控制台或通过GUI由事故指挥员实时配置。虽然该系统在仅配置一 个FIR编队时也能提供位置信息，但是配置大量FIR编队能改进位置 精确度，增大监督区域并确保在由于热和倒塌房屋的瓦砾而丢失任意装置的情形中所需的冗余。单个FIR编队通常提供每楼层大约200000 平方英尺的覆盖面积，或在典型的高层建筑中提供250英尺的覆盖半 径，同时在超过95%的情形中提供准确的位置。覆盖区域的尺寸以及 定位位置的准确度主要受每个楼层上所用的分割方法以及材料的影 响。在配置了FIR网络之后，来自在事故区域内采用了 MeshTracker 的人员的位置更新被自动报告给事故指挥控制台。
图1是显示具有楼梯间102以及电梯井104的建筑物100的概念 性框图，在楼梯间和电梯井中以上述方式配置了 FIR106。图1中的图 例指示了消防员IOS、位置参考FIR106、数据链路以及事故指挥员(调 度员)110的符号，上述的事故指挥控制台(ICC) 111位于该指挥员 处。除了提供位置参考，FIR106确保了跨越楼层以及楼层之间的网络 连接性。如果事故指挥员距离事故区域太远，必须配置辅助的无线路 由器(该图中未示出)，以连接一个网络中的所有无线元件。因为它 们提供双重功能，FIR通常被称为无线路由器(WR)。
图2是显示FIR106内的元件例子的框图。如所示的，各个FIR106 包括至少一个调制解调器112和用于控制调制解调器112接收和发射 操作以及到和来自存储器的数据检索的控制器114。本例中的调制解调 器 112 是采用 MeshNetworks WMC6300无线收发机的 MeshNetworks QDMA调制解调器。FIR106用作如所述的自组织无线 通信网络，例如在上述的专利申请中的自组织无线通信网络内的无线 节点。每个FIR106或选择的FIR106可包括诸如热传感器、CO传感器 等的传感器以提供信息给属于配置了 FIR106的环境的指挥控制台。相 应的，可以建议消防员在FIR106的传感器由于例如非常热而指示非常 危险的那些区域避免或高度谨慎。
图3是显示MeshTracker 移动终端(MT) 116的例子的框图，. 该终端可发给每个消防员108，从而各个消防员108可使用他或她的移 动终端n6与移动终端U6的广播区域内的其他消防员通信，从而能如上详细说明的跟踪所有消防员的移动。移动终端116可包括能保证 自动操作的具有麦克风和耳机。还可包括数字罗盘以提供方向，以及 运动传感器，能报告消防员是否是静止的。所有这些装置都被连接到 是典型的操作员传动装置一部分的电池。
移动终端116的麦克风和耳机可被连接到具有三个主要部件的小 型收发机，包括调制解调器118，控制器120以及语音处理器122。存 储在控制器存储器内作为程序代码以及运行参数的软件控制移动终端 所有元件的活动。
调制解调器118使用发射机和接收机提供和网络其他元件的无线 通信。通过在组织成为一组寄存器的存储器中存储适当的数据和代码 来控制发射机和接收机的操作。接收机和发射及使用存储器寄存器来 提供关于调制解调器状态以及执行功能结果的反馈。控制器120通过 存储器总线连接到调制解调器118。控制器120包括CPU以及存储控 制调制解调器功能的程序的数据和代码的存储器。它通过经存储器总 线写入数据到调制解调器寄存器以及读取调制解调器寄存器以寻找调 制解调器状态来控制调制解调器118的活动。本例中的调制解调器118 是采用MeshNetworks WMC6300无线收发机的MeshNetworks QDMA调制解调器。移动终端116用作自组织无线通信网络内的移动 无线节点，自组织无线通信网络例如是在参考的专利申请文件中所述 的。
此外，移动终端116的语音处理器122连接到控制器120，并包 括至少两个独立的元件，即，编码器和解码器。编码器将麦克风接收 到的声音转换为数字串，解码器将数字串转换回声音，并发送到扬声 器或耳机。在图3所示的实施例中，声音处理器122进一步包括通过 存储器总线对控制器存储器的访问。此外，还可将数字罗盘结合到该 头盔中，当正确放置时，它指示操作者头部的方向，从而能相对于操 作者当前位置(即"2点方向20英尺")的角度来识别方向。还可在收发机中结合运动传感器(未示出)。如果消防员一段时间没有移动， 它能自动报告。还可结合具有和运动传感器相同效果的按钮。如果他 或她需要帮助，消防员能按下按钮。按下按钮的动作被传送到收发机 软件，产生用于主控制，例如ICClll的一系列数据消息。当接收到这 些消息时，主控制向事故现场指挥员报警，指示哪个消防员需要帮助， 以及他/她的当前位置。
现在将说明上述系统在紧急情形中的操作的例子。
快速干预人员(RIC)被加入到各个消防操作中。当消防员在救火 时，RIC组做好某些人需要营救的准备。如果当呼叫时没有任何消防员 或组应答，或他们请求帮助，RIC开始行动并进行营救操作。首先，他 们必须确保此时需要营救的消防员所处位置，然后开始营救他们。当 前实现的过程要求RIC首先到需要帮助的消防员的最后已知位置，从 这里开始搜索。当火灾在多层建筑物内发生时，成功的一个重要元素 是快速识别应当开始搜索的正确楼层。
正如在建筑物结构中公知的，现代的多层建筑物具有用钢加固的 混凝土楼层，而老的建筑物具有用其他材料，例如木头制成的楼层。 当无线波通过混凝土时，比起通过木板，无线能量被吸收的更多。结 果，在具有混凝土楼层的建筑物中，无线波仅能穿透几个楼层，而在 具有木头楼层的建筑物中，能穿透多个楼层。
如上面简要描述的，图1显示了 RIC人员在楼梯102 (右)和电 梯104 (左)推进的正进行的营救操作。根据该情况，RIC能使用楼梯 和电梯进入建筑物的多个楼层。如所示的，无线楼层指示路由器(FIR) 106位于楼梯间102内以及各个楼层的电梯井104旁边。因为穿过楼层 和墙壁时信号损失了能量，FIR106不能和不与FIR106位于同一楼层的 消防员通信。当RIC最初到达第一现场时，RIC营救组在各个楼层配置一个路 由器，这使得RIC能在发出紧急事件的几秒之内发现特定消防员所处 的楼层号码。所有FIR106都被尽可能近的定位成一条直线，这可通过 在具有木头楼层的建筑物内的楼梯的相同角落里放置路由器，或在具
有金属或混凝土楼层的建筑物内的楼梯扶手上悬挂路由器实现。在具 有一部或多部电梯井的高层建筑物内，可在电梯上升时从电梯配置 FIR106。艮卩，当电梯停在各个层时，FIR106可被配置在电梯门附近， 从而确保所有的FIR106都尽可能位于直线上。
正如现在将说明的，使用根据本发明实施例的飞行时间(TOF) 以及接收信号强度指示器(RSSI)数据发现楼层号。
建筑物内的无线信号传播受多个反射的影响，几乎不可能确定无 线FIR106和使用MT的消防员之间的正确距离。建筑物内无线信号的 传播还受当无线波穿过楼层和墙壁时高能量吸收的影响。吸收水平取 决于障碍物的厚度以及构成。用钢加固的混凝土墙和楼层具有较高的 吸收水平，而木头或干墙对无线波能量具有较小影响。因为介质不是 同类的，基于RSSI计算消防员和无线路由器之间的准确距离几乎是不 可能的。
在此所述的根据本发明实施例的系统和方法使用TOF和RSSI识 别消防员所处楼层。从所有路由器接收的RSSI和TOF值在用于评价 楼层号之前被滤波。虽然RSSI和TOF数据不显示到消防员的正确距 离，但是可以比较滤波后的数据以寻找提供到目标移动装置具有最小 TOF同时具有最佳RSSI的FIR所处的楼层。
在图4-7所示的流程图中的操作提供了一种设定各个楼层的分数， 并选择具有最佳分数的楼层的技术。相同技术被用于根据TOF以及 RSSI数据设定分数。即，该技术首先寻找用移动终端116和FIR106 之间执行的测量次数除的TOF的最小值(或最小的RSSI绝对值)，移动终端116能接收FIR106的信号。给出TOF加权最小值的FIR106代表 MT116最可能在的楼层，它的分数被设定为最大值。从剩下的楼层中， 通过再次搜索用测量次数除的TOF的最小值发现下一最可能楼层。应 用该方法，直到搜索完所有楼层，并为每个楼层分配一个分数。如果 两个楼层上的搜索值几乎相等(例如，值相互之间相差在5%之内)， 两个楼层的分数被设为相同。在根据RSSI和TOF计算各个楼层的分 数之后，通过相加RSSI和TOF分数计算通用分数。和最大分数匹配 的楼层被标为消防员所处楼层。
图4-7算法所示的楼层标识实时运行。如上所述，各个消防员具 有作为他或她的传送装置部分的用户设备(即MT116)。事故指挥员， 例如高级消防队长或长官，有诸如上述的MEATM事故指挥控制台111 的计算机，它如在图8-19所示的连续显示各个消防员的位置。
注意到各个MT116和所有它能与之通信的无线路由器(即 FIR106)交换距离消息。当MT116确定在他广播范围内的FIR106列 表时，MT116向事故指挥员计算机(ICC) lll发送信息(例如数据分 组)，包含FIR106列表、到各个FIR的TOF以及从传播范围内的各 个FIR106接收的信号的RSSI。 ICC111可位于如上所述的指挥控制台 110内。ICC111通过音组织网络的多跳性能接收来自FIR106和MT116 的数据，执行楼层号码的计算，并显示各个消防员所处的楼层号。使 用GUI输出的实时处理要求三个不同组件初始化；数据收集；以及 使用GUI更新的计算。
当ICC1U开始时，运行初始化操作。初始化操作的例子显示在图4中。
作为初始化的一部分，在步骤1000内建立建筑物100内的楼层数 (nFloOTs)以及楼梯间数(nStairs)，还有与楼层号码计算不是直接相 关且未在此显示的其他信息。在步骤1010， 1020， 1030， 1040，清除变量Coimt,TOF,RSSI和FIRID的值(即设为零，但FIRID被设为空， 因为它是文本变量)。在步骤1050退出初始化处理。
当MT116具有可用数据时，它转发数据分组给ICClll。因此当 接收数据时，图5所示的数据收集任务被启动。ICCGUI必须周期更新 以保持IC知道操作的进度。因此，必须在楼层号码计算之后的GUI 的更新被周期定时器启动。该应用保持它自己的数据结构。该数据结 构具有四个元素，每个都具有和nFloors相同的行以及和nStairs相同的列。
现在简要说明图4-7所示的变量和阵列。
FIRID (表示FIR识别符)是具有各个FIR106识别符的阵列。各 个FIR识别符和配置该FIR的楼层号相关联。这意味着配置在相同楼 层的所有FIR在矩阵的同一行，而不管其在楼层的位置。由于MT116 因无线能量的吸收不能和相同楼层上的所有FIR通信，FIRID表的某些 位置保持未用。随着消防员在建筑物内移动，新的FIR识别符被添加 到表中，但是旧的FIR识别符不会被清除。
Count矩阵包含SD报告的用于各个FIR的范围消息的数目计数。
RSSI和TOF表具有和FIRID相同的结构。它们包含记录的用于 各个FIR的滤波后的RSSI和TOF值。
图5所示的流程图显示了数据收集功能。该功能名称是NewData， 并当每次从MT接收到新的一组数据时，在步骤1100启动。NewData 功能具有4个参数，它们是表示从这里收集数据的FIR的识别符的FIR; 表示到该FIR的最后TOF的FIR—TOF;表示上次接收消息的RSSI值 的绝对值的FIR—RSSI;以及表示配置了该FIR的楼层号码的FLOOR。数据收集功能在FIRID表的FLOOR行中寻找FIR标识的位置。 如果如在步骤1110内确定它是新的标识，则在步骤1120添加新的FIR 标识到该表的第一空位置。FIRj如步骤1130所指示的，是在FLOOR 行上的FIR标识列。
最初使用如步骤1140和1150所指示的Count大小的可变尺寸窗 口滤波的TOF和RSSI值。当MT和FIR之间交换的消息的数目大于 预定值MAX—IT时，滤波器变为无限输入滤波器，速率是 1/(MAX—IT+1)。通过如步骤1160和1170所指示的，限制Count表的 值不大于MAX一IT，实现了该效果。
流程图的步骤1180确保算法"遗忘"太早之前收集的数据。此种 "遗忘"是必需的，因为消防员可能从一个FIR移开，并接近另一个 FIR，从而使得TOF和RSSI的收集值随消防员的新位置而变化。该算 法根据FORGET因子的值而或快或慢的遗忘，该因子通常是在0和1 之间的值。如果是0，算法不记住任何事。如果因子是l，该算法记住 任何事。对于该应用，最常用的值是.99或.999，取决于从FIR收集数 据的频率。然后在步骤1190，数据收集处理结束。
图6的流程图显示了计算消防员楼层号的GetFloorNumber功能。 该功能在步骤1200开始，使用具有和楼层数目nFloors —样多的元素 的两个本地整数阵列。该功能调用GetScore功能两次用于在步骤1210 计算RSSI分数以及在步骤1220计算TOF分数。组合的分数提供了比 任何一个独立的标准更准确地对可能楼层的估计。估计由于建筑物内 的反射，TOF会受错误影响达30米。考虑到楼层之间的距离是3到6 米，30米的误差意味着楼层号估计误差在5到10个楼层之间。RSSI 显示了 MT从FIR接收的信号的强度。所有FIR以相同功率发射，但 是由于各个楼层的不同分割，以及楼层的吸收和墙壁的吸收非常不同， 各个信号的路径长度是不同的。此外，MT和它与之通信的FIR之间的 墙壁数目取决于各个楼层的分割方式；因此，FIR之间的墙壁数目也不同。由于此原因，RSSI信息本身不能用于求出楼层号。因此，算法为 各个楼层计算一个分数，然后选择使用这两个标准提供最高相加分数
的楼层。测试显示结果异常准确。流程图的步骤1230根据将每个楼层 的RSSI分数和TOF分数相加计算的最高分数发现楼层号。处理在步 骤1240结束。
图7显示了 GetScore功能的流程图的例子。该功能由参考图6所 述的步骤1210和1220调用，用RSSI和RSSI分数作为参数，然后用 TOF和TOF分数作为参数。该功能根据每个标准计算各个楼层的分数。
在步骤1300开始之后，该功能通过在步骤1310设定所有分数值 为零开始，然后在步骤1320将Data副本(RSSI和TOF)放入临时存 储器temp。在步骤1330还初始化lastVal和Level。 Level变量的值不 重要，但对于相同RSSI和TOF必须相同。
该功能具有循环，能识别标准(RSSI或TOF)具有最佳值的楼层。 一旦在步骤1340发现了该楼层，来自相同楼层的所有其它数据被忽略， 识别下一楼层。只要存在需要识别的楼层，如在步骤1350确定，则该 功能继续。然而，如果不存在此种楼层，则功能在步骤1360退出。
在执行算法期间，在步骤1370破坏temp的内容。为此，Data内 容在步骤1320被复制到temp。
如果两个楼层的值相差小于5%，如在步骤1380， 1390， 1400所 示的，通过保持Levd变量相同的值而接收相同的分数。如果值不同， 各个楼层的分数也不同，因为在步骤1420，随着各个发现的楼层，Level 值递减。在步骤1410， lastVal显示minVal，该标准的最小值，的前一 值。如果对各个楼层都发现了最小值，并根据对这些最小值的排序结 果而设定分数，则能获得相同的结果。如上所述，图8-19显示了 ICC根据以上述方式确定的消防员的位 置产生的显示屏幕的例子。例如，图8显示了消防员进入建筑物之前 的初始显示窗口；图9显示了具有"Legend Tab"的初始显示窗口被扩 展，以显示表示不同类型人员以及条件的能在显示窗口上显示的符号。 图10显示了各层配置FIR的四层建筑物；图11显示了指示总部指挥 员进入是底层，或使用欧洲楼层标号惯例是"层0"的集结楼层的符号 (队长栏)。图12显示了进入建筑物楼层2的梯子单元，图13显示 了楼层2上的梯子单元的三个人员的细节(即一个队长和两名消防员)。 图14显示了楼层2的扩展显示视图。图15显示了楼层2的报警条件， 图16显示了确认该报警。图17显示了选定人员的细节(在该例中是 队长)，以及从队长到最近的FIR106的距离。在该例中，队长距离表 示为"A"的FIR106 2.9英尺。图18显示了当FIR (该例中是表示为 2C的FIR)丢失信号，即意味着它被损坏或破坏时的显示例子。图19 显示了多楼层显示以及各个楼层上的人员的例子。显然，可修改本系 统以任何期望的格式显示信息。
此外，图20显示了由ICClll产生的显示屏幕的例子，指示已经 在图8-19所示屏幕上显示的建筑物的某楼层的平面图200，以及由 ICClll的用户指定的该楼层上的多个感兴趣区域202-1和202-2，从而 该系统能根据本发明的实施例确定是否有任何资源(例如消防员)在 那些区域202-1或202-2的任一个停留时间超过预期的时间周期。更具 体的，与ICClll相关联的用于产生显示的图形用户接口以及ActiveX 控件允许用户使用例如鼠标和/或键盘或其他控制划出一组每个都规定 有限区域(例如区域202-1或202-2)的折线，在显示器上规定区域202-1 和202-2。虽然只显示了两个区域202-1和202-2，但是用户能指定每 个都具有任何期望大小的期望数目的区域。Active X控件将显示器上显 示的资源204-1到204-5 (例如上述的消防员)的位置和指定的区域 202-1和202-2的位置相关联。
当跟踪的资源(例如资源204-1)进入指定区域(例如区域202-1)时，ICC111的控制器开始定时器。如果资源204-1逗留在区域202-1 长于可由用户设定的预定阈值时间(例如几分钟或任意期望长的时间) 的时间，ICClll的控制器产生识别跟踪资源204-1和/或涉及资源204-1 任何属性以及资源204-1在区域202-1内位置的报警。注意到ICC111 的控制器会跟踪各个资源204-1到204-5逗留在各个指定区域202-1和 202-2的各自时间。还进一步注意到，区域202-1和202-2能重叠，用 户可为各个区域202-1和202-1设定相同或不同的各自时间阈值。
总之，根据本发明的该方面，当跟踪资源进入指定区域时，开始 定时器。该定时器涉及该资源以及该区域。如果该资源在该区域内并 且监测到定时器超时，则产生报警。如果资源离开该区域，则涉及该 资源和区域的各个定时器被重置为初始值。如所述的，本发明的这个 方面可被用于消防操作以及如上所述的位置系统特征，或在任意其他 类型情形中，需要在指定区域内跟踪资源一段期望时间周期。
在上述的本发明的实施例中，该系统和方法提供了移动网络成员 的准确位置，并允许在操作涉及的组成员之间的语音交互。虽然上面 仅详细说明了本发明的几个示范实施例，本领域普通技术人员应当理 解，能对示范实施例作出多种修改而不背离本发明的新颖教导以及优 点。因此，所有这些修改都应被认为包含在本发明的范围之内。
权利要求
1. 一种在三维多层结构中监测运动的方法，包括在该三维结构中配置多个移动无线远程终端；确定在该三维结构中的移动无线终端的各自位置；产生指示器，指示移动无线终端在该三维结构中的各自位置；修改指示器以指定三维结构的至少一个区域；以及监测任一移动无线终端是否在该区域中逗留超过期望的时间周期，以及如果是，则产生报警。
2. 如权利要求l所述的方法，其中该指示器包括显示器，指示移动无线终端在三维结构中的各自位置。
3.如权利要求2所述的方法，其中修改步骤包括允许用户修改显示器，从而指定多个所述区域；以及监测步骤监测任一移动无线终端是否在各自任一区域内逗留超过 用户指定的各自期望的时间周期，以及如果是，则产生报警。
4.如权利要求3所述的方法，其中:各个区域中的一些重叠。
5.如权利要求3所述的方法，其中对于不同的各个所述区域，至少某些各个期望的时间周期不同。
6.如权利要求l所述的方法，其中移动无线远程终端的每一个都适于在无线自组织对等通信网络中通信；以及该方法进一步包括步骤在三维结构中配置多个无线路由器，无线路由器的每一个都适于 在无线自组织对等通信网络中通信；以及控制移动无线远程终端的每一个，以和位于其广播范围内的任何 路由器交换信号，以及基于这些信号，确定它在三维结构内的位置。
7. 如权利要求l所述的方法，进一步包括 操作至少一些移动无线远程终端以至少相互传送语音数据。
8. —种监测三维多层结构内的移动的系统，包括 多个移动无线远程终端，适于配置在三维结构中；以及 监测单元，适于确定移动无线终端在三维结构内的各自位置，产生指示器，指示移动无线终端在该三维结构中的各自位置；修改指示 器以指定三维结构的至少一个区域；以及监测任一移动无线终端是否 逗留在该区域中超过期望的时间周期，以及如果是，则产生报警。
9. 如权利要求8所述的系统，其中该指示器包括显示器，指示移动无线终端在三维结构中的各自位置。
10. 如权利要求9所述的系统，其中监测单元进一步适于允许用户修改显示器，从而指定多个所述区 域，并监测任何移动无线终端在任意各自区域中逗留是否超过用户指 定的各自期望的时间周期，以及如果是，则产生报警。
11. 如权利要求IO所述的系统，其中-各个区域中的一些重叠。
12. 如权利要求IO所述的系统，其中-对于不同的各个所述区域，至少某些各个期望的时间周期不同。
13. 如权利要求8所述的系统，其中移动无线远程终端的每一个都适于在无线自组织对等通信网络中 通信；以及该系统进一步包括多个无线路由器，适于配置在三维结构中，每一个无线路由器都 适于在无线自组织对等通信网络中通信；以及其中移动无线远程终端的每一个和位于其广播范围内的任何路由 器交换信号，并且基于这些信号，确定它在三维结构内的位置。
14. 如权利要求8所述的系统，进一步包括-至少一些移动无线远程终端包括收发机，适于和其他移动无线远 程终端传送至少语音。
15. —种监测至少一个移动无线远程终端在三维多层结构内的移 动的监测单元，该监测单元包括控制器，适于确定三维结构内移动无线终端的各自位置；以及 位置指示器，在控制器控制下，适于指示移动无线终端在三维结 构内的位置，修改该指示器以指定三维结构的至少一个区域，以及监 测该移动无线终端在该区域中是否逗留了超过期望的时间周期，以及 如果是，则产生报警。
16. 如权利要求15所述的监测单元，其中该指示器包括显示器，指示移动无线终端在三维结构内的位置。
17. 如权利要求16所述的监测单元，其中位置指示器进一步适于，在控制器控制下，允许用户修改显示器 以指定多个所述区域，并监测任何移动无线终端在任何各自区域内是 否逗留了超过用户指定的各自期望的时间周期，以及如果是，则产生报警。
18.如权利要求17所述的监测单元，其中: 各个区域中的一些重叠。
19.如权利要求17所述的监测单元，其中对于不同的各个所述区域，至少某些各个期望的时间周期不同。
20.如权利要求15所述的监测单元，其中 监测单元监测多个无线终端的移动；控制器适于确定三维结构内移动无线终端的各自位置；以及 位置指示器，在控制器控制下，适于指示移动无线终端在三维结 构内的各自位置，修改该指示器以指定三维结构的至少一个区域，以 及监测任何移动无线终端在该区域中是否逗留了超过期望的时间周 期，以及如果是，则产生报警。
全文摘要
一种配置无线装置网络的系统和方法，该网络包括在诸如建筑物的三维配置区域内的移动终端，无线路由器以及至少一个控制台，从而使用移动终端能实现人员，例如消防员的通信、识别以及位置计算，而不管建筑物结构，从而用户能确定被跟踪资源，诸如火灾和营救现场的消防员，是否在预定的用户指定区域内逗留了长于期望的时间周期，从而能产生识别目标资源及其位置，诸如目标资源所处的建筑物楼层号的报警。
文档编号G08B21/00GK101433116SQ200580023086
公开日2009年5月13日 申请日期2005年7月8日 优先权日2004年7月8日
发明者萨’埃德·阿’拉法特 申请人:网状网络公司