管理聚合节点组的功率状态的制作方法

管理聚合节点组的功率状态


背景技术：

1.资产跟踪系统通常利用跟踪设备来管理、定位和跟踪资产。这样的系统可以用于进行库存控制管理、损失预防等。
附图说明
2.图1图示了根据本公开的示例资产管理系统。
3.图2图示了根据本公开的另一示例资产管理系统。
4.图3图示了根据本公开的示例的用于动态地管理设备的功率状态的方法。
5.图4图示了图2的资产管理系统的示例网格拓扑结构。
6.图5图示了适合于实施示例或部件以管理本公开的聚合节点组的功率状态的计算机系统架构。
具体实施方式
7.现在将详细参考本公开的示例，附图中图示了这些实施例。虽然将结合示例来描述本公开，但是应理解，这些示例不旨在将本公开限制于这些示例。相反，本公开旨在涵盖可以包括在如由所附权利要求限定的本公开的范围内的替代方案、修改和等效物。此外，在本公开的以下详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，对于本领域普通技术人员将显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。在其他实例中，并未详细描述公知的方法、程序、部件和电路，以免不必要地模糊本公开的各方面。
8.本公开涉及管理聚合节点组的功率状态。这些聚合节点组促进对与这些聚合节点组相关联的资产的跟踪。反射能量设备可以感测聚合节点组所反射的能量，并且反射能量设备可以将能量发射到聚合节点组。每个聚合节点组可以包括多个设备节点。在一些实例中，数百或数千个这样的设备节点可以物理上群集在聚合节点组中。每个聚合节点组还可以重新定位。
9.反射能量设备反射并感测发射到聚合节点组的能量，以检测状态改变状况的发生。此状态改变状况可以是聚合节点组的物理移动。当检测到状态改变状况时，反射能量设备可以指示聚合节点组中的设备节点进入较高功率状态(或不同的功率状态)。在另一示例中，到设备节点的功率状态改变指令是通过锚节点来中继的。功率状态改变指令也可以来自网络内的单独的通信设备。注意，当设备节点已经处于期望的功率状态时，功率状态改变命令不改变设备节点的功率状态。
10.图1图示了根据本公开的示例资产管理系统100。
11.在图1中，资产管理系统100包括四个锚节点102、112、126和128，这些锚节点可通信地耦接到聚合节点组106、110和124。每个锚节点102、112、126和128可以是具有无线通信能力的物理元件。每个锚节点102、112、126和128还具有唯一id(标识)，该唯一id可以交换以促进对聚合节点组106、110和124的管理。这些锚节点还可以具有外部电力供应装置以在
高能力状态下操作。
12.如图所示，锚节点102、112、126和128是静止的，具有已知坐标。在此示例中，锚节点102、112、126和128围绕仓库114的周边定位，具体地，定位在仓库的角落处。这种定位促进了确定聚合节点组106、110和124及其设备节点的绝对位置。该定位还使锚节点102、112、126和128与聚合节点组106、110和124之间的通信分散最大化。该定位以及锚节点的数目可以根据仓库布局和具体实施方式而变化。
13.尽管提到锚节点是静止的，但是锚节点也可以是可移动的。例如，锚节点可以并入在仓库周围移动的机器人中。这样的可移动锚节点促进动态灵活的操作区。进一步，如果例如基础设施节点中存在弱链路或者锚节点受损或具有低电源寿命，则具有机载锚节点的可移动机器人可以代替网格中的受损锚节点，从而恢复网络健康。
14.参考图1，资产管理系统100还包括聚合节点组106、110和124，每个聚合节点组分别与资产104、108和122相关联。“相关联”意味着聚合节点组106、110和124中的每个设备节点在功能上或物理上整合到对应资产中。例如，设备节点106a在物理上整合或附接到资产104a。
15.此处，资产104、108和122可以是位置将被跟踪的任何有形设备。在此示例中，资产可以是供应链消耗品，比如要跟踪的打印机墨盒。这样的资产104、108和122可以物理上群集到托盘107上，并且可以被移动(经由叉车)。
16.这些资产可以解聚(可能解聚多次)——作为较大型过程的一部分。有可能发现数百或甚至数千个这样的资产聚集到多个托盘107上，每个托盘托住(例如)5,000个包装体，并且每个包装体/资产具有对应设备节点。
17.当数千个设备节点集中在较小的体积中时，信道冲突的可能性增加。由于信道冲突，这些集中的节点中的许多节点无法被检测到。这些设备节点会在不同步的情况下同时进行发射，使得经由这样的设备节点的资产跟踪是受限且不可靠的。本公开的资产管理系统100可以用于在全球供应链中跟踪资产104、108和122的移动和起源，而不会出现高信道冲突。
18.参考图1，每个聚合节点组106、110和124均包括多个设备节点，这些设备节点在物理上彼此非常接近地群集。也就是说，每个聚合节点组106、110和124是一组设备节点。作为示例，聚合节点组106包括多个设备节点106a、106b、
……
106n。作为另一示例，聚合节点组110包括多个设备节点110a、110b、
……
110n。并且聚合节点组124类似地包括多个设备节点124a、124b
……
124n。
19.此处，设备节点(例如，106a、110a、124a)是具有无线通信能力的物理元件。因此，设备节点可以与四个锚节点102、112、126和128通信。每个设备节点可以具有比如电池等板载能量供应装置以及唯一标识，该唯一标识可以被交换以促进设备节点管理。这些设备节点和聚合节点组106、110、124可以从一个位置移动到另一位置。
20.设备节点具有至少两个操作状态。在第一较低功率状态下，设备节点可以分配较少的通信资源，可以处于空闲或待机状态或睡眠模式。在此状态的一个示例中，设备节点具有较低的能力，不采取任何行动，并且可以仅仅是等待进入另一状态的指令信号。第二较高功率操作状态可以分配通信资源以增加rssi(接收信号强度指示符)测量的频率。在此状态下，设备节点被唤醒以与其他相邻设备节点和锚节点通信。
21.注意，设备节点的作用还可以允许每个设备节点的功能出于操作原因而在网格中变化。在这些作用内，设备节点具有不同的功率状态以实现不同的功能。
22.根据本公开的示例，资产管理系统100可以通过致使第二较高功率操作状态(如在此示例中)仅在满足预定状态改变条件时发生来动态地管理这些功率状态。否则，设备节点保持处于第一较低功率状态，并且以此方式，设备节点的板载电池的寿命得以显著增加。在一个示例中，板载电池的寿命可以从数天或数月增加到几年。
23.在图1中，聚合节点组106、110、124还可以在设备节点与锚节点102、112、126和128之间形成网格网络，如参考图4进一步描述的。网格网络中的设备节点之间的通信可以经由蓝牙le(低能量)、802.15.4、wi
‑
fi、或其他无线网格协议进行。聚合节点组106、110和124中的设备节点与锚节点102、112、126和128之间的通信也可以经由蓝牙le进行。本公开显著地减少了信道冲突，因为通信信号在空间上和时间上同步，从而使得可以选择比如蓝牙等系统作为设计选项。
24.现在参考图1，资产管理系统100还包括反射能量设备120，该反射能量设备可通信地耦接到网关118和云116。反射能量设备120是静止通信设备，其具有在操作区内或接近操作区的固定位置(参见图2)。反射能量设备120可以感测从设备节点106、110和124反射的能量。使用此信息来帮助精确地确定设备节点及其相关联的资产的绝对位置。反射能量设备120可以使用发射到目标上的能量使设备从低状态加电。之后，反射能量设备120可以感测反射能量图像并且执行信号处理，以引起根据反射能量数据确定位置、内容验证和其他可用输出/信号状态改变的动作。
25.在一个示例中，反射能量设备120可以是光学相机。这种相机单元可以具有集成光源，或者该光源可以是顶灯。此处，每个资产(例如，104a)可以包括可被反射能量设备120检测到的标记。反射能量设备120还可以生成关于视野中检测到的物品的空间信息。例如，这种生成可以通过多个反射能量设备传感器协同工作、经由用于立体图像处理以获得深度信息的计算机视觉算法而发生。
26.具有可以应用以获得空间信息的波束控制雷达的阵列的示例具有以下要素：以低至厘米分辨率标测所标记对象的位置作为参考；能够在能量涂布对象时对物品加电，否则不对未涂布对象周围的空间加电。
27.现在将参考图2来描述资产管理系统100的使用和操作。
28.图2图示了根据本公开的示例资产管理系统200。
29.不同于资产管理系统100使用单个反射能量设备120的图1，图2的资产管理系统200利用了至少四个反射能量设备209、221、227和229。此处，该多个反射能量设备确保资产104、108和122的所有表面保持对来自反射能量设备的能量信号可见。尽管未示出，但每个反射能量设备本身可以包括多个反射能量设备。
30.在图2中，资产管理系统200还包括每个锚节点102、112、126和128的操作区。操作区是在其中聚合节点组106、110和124能够与锚节点102、112、126和128通信的体积。在此操作区中，资产104、108和112也可以被反射能量设备209、221、227和229扫描到。
31.在操作中，资产管理系统200处于初始状态。在此状态下，静止资产在操作区外部。因此，如图所示，资产104和资产108是静止的，并且分别在操作区202和操作区212外部。因此，没有反射能量设备209、221、227和229会接收从资产104或108反射的能量。
32.此外，在初始状态下，聚合节点组106、110和124中的设备节点处于第一或低功率状态。在一个示例中，在此状态下，设备节点106、110和124不与锚节点102、112、126和128通信。在另一示例中，在此低功率状态下，取决于聚合节点组106、110和124的预期移动，设备节点被调度为以特定预定间隔与锚节点102、112、126和128通信。
33.当比如移动资产112等更多资产进入操作区时，这些资产切换到较高功率状态。这种进入可能是经由叉车(未示出)进行，叉车接合托盘107来将资产122移动到另一位置。如图所示，托住资产122的托盘107处于运动中，并且已经从在操作区228外部的位置x移动到操作区228内。
34.在资产122移动到操作区228中之后，反射能量设备209、221、227或229中的至少一者将能量发射到包含资产122的聚合节点组124。接着，能量被反射回到反射能量设备209、221、227或229以检测资产122的运动。每个反射能量设备209、221、227和229具有空间和时间辨别力，使得可以检测到运动从而添加在安全发射的信号中，该信号可以通过分析反射能量设备的输出，对照已知库或模型而被解译为图像或流。
35.具体地，在一个示例中，由反射能量设备221发射能量。然后，此发射的能量从聚合节点组124和/或资产122反射。反射的能量由反射能量设备221接收以检测聚合节点组124和资产122的移动/运动。
36.在此示例中，当在操作区228内检测到聚合节点组124/资产122的运动时，识别最接近操作区228的锚节点。此处，锚节点128被识别为最近锚节点。在一个示例中，资产管理系统200然后利用锚节点128来中继状态改变指令信号，以改变聚合节点组124中的设备节点的操作状态。在另一示例中，使用反射能量设备221来发射状态改变指令信号，以改变聚合节点组124中的设备节点的操作状态。在此示例中，反射能量设备221可以将用于引起中断的功率和信号发送到设备节点的状态改变电路。以此方式，带内无线电业务不会增加。
37.此处，第一改变状态指令信号可以指导聚合节点组124中的设备节点从低(或较低)功率状态改变为高(或较高)功率状态。在此较高功率状态下，可以更频繁地发生rssi测量，并且可以将设备标识和位置信息交换和传送到锚节点128以供网关118处的计算资源进行存储或处理。
38.在此高功率状态下，聚合节点组124的设备节点被唤醒，并开始与锚节点128(或适当的反射能量设备)更频繁地进行通信，包括与锚节点128交换id信息。与锚节点128的通信可以是直接的或经由网格网络进行。进而，锚节点128测量来自每个设备节点的以及每个设备节点之间的rssi。然后，锚节点128将所有信息转发到网关118。
39.网关118使用rssi信息以及锚节点128(以及其他锚节点)的已知位置来确定聚合节点群组124以及聚合节点群组内的所有设备节点的位置。可以基于聚合节点群组124距已知锚节点的距离来确定该聚合节点群组的位置，这些已知锚节点中的每个锚节点被用作参考。可以使用的技术的示例包括rssi、aoa、aod、tof。因此，网关118可以确定应存在多少对应资产、以及资产是否丢失。
40.因此，状态改变指令信号致使通信资源在不同的功率性能点下操作。通信资源可以指导何时以及如何指派设备节点以进行无线通信。资源可以包括信道(频率)、未来时间窗(何时允许通信)、以及影响发射信号强度的预期和/或无线电功率水平。
41.在图2中，网关118和/或外部计算机元件可以为资产管理系统200的性能而实施整
体策略。例如，应用可以要求设备节点124a、124b和124c响应于命令而移至高功率，并且可以要求在n秒内向聚合节点组124的所有设备频繁地传播网格网络通信。
42.通过这种中心管理的控制，本公开促进了对系统的网格网络拓扑结构的询问，以在一组给定的节点功率
‑
性能操作点下针对每个设备节点确定状态改变命令时延(典型的和最坏的情况)。
43.这种功率状态改变可能是暂时的。在超时之后，或在检测到聚合节点组124/资产的移动已经停止后，进入低或较低功率状态的指令会经由反射能量设备、锚节点128或通信设备发送到设备节点。注意，如此处所使用的，通信设备本身可以是反射能量设备或锚节点，或者是作为网络的一部分并且与设备节点通信的单独的通信设备。
44.具体地，在检测到比如移动停止等状态改变事件后或在超时后，适当的设备(锚节点128、反射能量设备或另一通信设备)可以传送指导设备节点进入低(或较低)功率状态的第二改变状态指令信号。以此方式，运行中的通信资产被动态地调整，从而允许高效地使用功率。注意，可以给予设备节点编程能力以执行延迟的状态改变命令。于是，在所命令的时间间隔之后，设备节点可以进入不同的功率状态。
45.图3图示了根据本公开的示例的用于动态地管理设备节点的功率状态的方法300。
46.在图3中，在框302处，方法300通过将能量发射到聚合节点组124(图2)而开始。此处，能量可以由反射能量设备221(图2)发射。此外，如前所述，包括多个设备节点124a、124b、
……
124n(图1)的聚合节点组124可以处于运动中。在此示例中，聚合节点组124和相关联的资产122位于托盘107上(图2)。于是，通过叉车(未图示)将托盘107从仓库114(图2)的一个位置移动到另一位置。
47.在框304处，由反射能量设备221接收来自聚合节点组124和/或相关联的资产122的反射能量，以检测与聚合节点组124相关联的状态改变事件。状态改变事件的示例是物理运动，如在此情况下，是聚合节点组124的移动。
48.状态改变事件的另一示例是资产和对应设备节点(例如，资产122a/设备节点124a)从资产122的移除。状态改变事件的又一示例是当相关联的资产受损时来自设备节点的通信的丢失。
49.在一个示例中，在检测到状态改变事件后，可以生成包括状态改变事件的日志或报告。日志可以生成并存储在聚合路由节点、锚节点或网关锚节点上。替代性地，日志可以被生成并经由网关发射到远程监测位置。以此方式，可以跟踪移动的监测以及移动异常的检测。此外，通过报告出状态改变事件，外部控制系统可以管理从聚合体丢失(或意外添加)的资产。示例状态改变报告可以如下。
[0050][0051]
尽管上表中示出了两个事件类型，但是报告可以包括附加的或更少的事件。报告还可以包括每个事件的附加的或更少的细节。
[0052]
此处，使用反射能量设备221感测到的反射能量来帮助精确地确定聚合节点组124和相关联的资产的绝对位置。反射能量设备221可以包括比如光学相机等传感器设备，该传感器设备使用计算机视觉技术来生成空间数据、检测移动和跟踪聚合节点组124。
[0053]
在此示例中，聚合节点组124的资产可以包括可被光学相机检测到的图案化标记。在一个示例中，可以通过测量聚合节点组124的速度或向量的变化来检测聚合节点组124的运动。可以应用任何数量的背景消除技术——包括自适应中值滤波、滑动高斯平均、高斯混合模型或prati mediod——来检测这种运动，并且定位和跟踪聚合节点组124。
[0054]
在另一示例中，反射能量设备221可以包括雷达传感器，并且辐射能量源可以是具有空间受控频率的雷达发射器的相控阵列。可以控制相控阵列朝向对应的操作区。发射天线元件和接收天线元件的数量以及每个天线元件的频率可以基于所涉及的仓库的大小和布局而变化。注意，相控阵列接收到的图像或图像流可以用于对照边缘库安全地标测和控制。
[0055]
在另一示例中，反射能量设备221可以包含超声收发器，该超声收发器可以发射和检测超声能量以检测和定位聚合节点组124。可以串联使用不同能量传感器类型的组合，其中，反射能量设备的传感器共同收集足够的信息以便定位和以3d空间坐标标识各个节点。
[0056]
因此，本公开不要求通过在资产或设备节点内的设备来检测状态改变。也就是说，本公开的资产/设备节点不需要包含加速计、陀螺测试仪等。任何这样的要求都将是一个挑战，因为设备节点将涉及智能，这不仅会增加每个资产单元的成本，还会缩短任何板载电力供应装置的寿命。本公开使用在设备节点和资产外部的系统。在一个示例中，本公开的系统可以利用现有的建筑物基础设施。在动态地管理聚合节点组的功率状态时，本公开显著降低了单元成本，因为设备节点和资产不包含传感器，这意味着资产成本降低。
[0057]
在框306处，锚节点128将状态改变指令信号中继到聚合节点组124。在此示例中，当在操作区228内检测到聚合节点组124/资产122的运动时，使用锚节点128——最接近操作区228的锚节点来中继状态改变指令信号。注意，状态改变指令信号不必须由锚节点中继。状态改变指令信号可以替代地由反射能量设备221或另一网络通信设备发射。
[0058]
状态改变指令信号指导聚合节点组128的设备节点改变其操作状态并进入不同的功率水平。此状态改变指令信号经由网格网络传播到聚合节点组124中的期望的一组或期
望数量的设备节点。
[0059]
第一改变状态指令信号可以指导聚合节点组124的设备节点从低(或较低)功率状态改变为高(或较高)功率状态。在此较高功率状态下，可以更频繁地发生rssi测量，并且可以将设备标识和位置信息交换和传送到锚节点128以供网关118处的计算资源进行存储或处理。
[0060]
在超时之后，或在检测到聚合节点组124/资产122的移动已经停止后，或在检测到任何其他改变状态的停止后，锚节点128将改变状态指令信号发送到聚合节点组124以进入低或较低功率状态。此改变状态指令信号再次被传播到聚合节点组124中的期望的设备节点。
[0061]
以此方式，本公开的示例可以动态地管理设备节点的功率状态，使得设备节点保持处于几乎不或不消耗能量的较低功率状态，直到状态改变状况发生为止。因此，系统可以在许多年内保持激活并起作用，而不会因为设备节点电力供应装置失效而丢失通信。
[0062]
图4图示了图1的资产管理系统100的示例网格拓扑结构400。
[0063]
在图4中，网格拓扑结构400包括网关118和云116，该网关和云经由主干417可通信地耦接。网关118和锚节点128、102、112和126也经由链路402可通信地连接。因此，网关118可以将指令传送到锚节点128、102、112和126，以例如改变相关节点的功率状态。
[0064]
锚节点不仅可通信地连接到网关118且彼此连接(在发射功率/距离允许的情况下)，这些锚节点还可以与其一个或多个操作区内的聚合节点组通信。这样，锚节点128、102、112和126可以经由链路409或经由网关118彼此通信。然后，锚节点128可以与聚合节点组124(例如，经由链路414与设备节点124a)通信，并且可以进一步与另一聚合节点组106(例如，经由链路420与设备节点106n)交谈。
[0065]
此网格拓扑结构允许在聚合节点组的设备节点之间通信。例如，在聚合节点组124中，设备节点124a和设备节点124c可以经由链路442进行通信。设备节点124a还可以经由链路440与设备节点124b交谈。
[0066]
设备节点124b可以经由若干多路径链路中的任何一条链路与设备节点124n通信。与这种相同的节点间连接性由其他聚合节点组106、110中的设备节点共享，如图4中所示。在一个示例中，设备节点之间的通信经由蓝牙le进行；设备节点与锚节点之间的通信也经由蓝牙le进行。
[0067]
网格网络拓扑结构400这样提供设备间通信以建立最佳消息路由。每个通信在空间上和时间上是同步的，以避免信道冲突。每个通信也经由图像/图像流对照边缘库经由授权来安全地发射。此实施方式在如本公开的示例中的多个大节点在物理上聚合的情况中尤其有益。在一个示例中，约5,000个设备节点及其相关联的资产聚合到一个托盘上。这些节点之间的多路径连接还提供冗余。
[0068]
如先前所述，每个设备节点具有至少两个功率状态：低功率状态和高功率状态。当如前所述地检测到运动时，网关118指导锚节点128将指令信号发送到聚合节点组124。指令信号可以指导至少一个节点进入较高或较低功率状态。
[0069]
在图4的示例中，指令信号可以由设备节点124a接收。进而，设备节点124a将该指令传送到设备节点124b。然后，指令在空间和时间上同步地传播到全体(如果期望)，直到最后一个设备节点124n被指示为止。注意，该指令可以是到聚合体中的不同节点的不同功率
状态命令。这些设备节点不必全部一起被指导做同一件事。网格拓扑结构400还使用rssi作为节点间接近度的粗略度量。可以使用的其他技术的示例包括aoa、aod、tof、或其他描绘的直接标测技术。
[0070]
在本公开的一个示例中，在本地确定位置，并且只将分类结果发送到云；不发送数据。可选地，可以发射状态改变事件的日志。例如，日志可以指示资产分离。本公开是灵活的，并且将rssi数据与反射能量设备数据组合，以更好地管理资产的能量并且更好地跟踪资产。本公开的设备节点可以具有多个操作状态，从而权衡在功率与性能之间折衷。设备节点可以是同质的或异质的。
[0071]
用于唤醒的替代性控制向量：上文的示例使用网格拓扑结构网络400来传播设备节点控制命令，这些设备节点控制命令改变网格中的任何(或所有)设备节点的功率
‑
性能操作点。可以使用唤醒电路以响应于检测到的外部信号而迫使低状态设备节点改变到即时通信状态。此唤醒电路可以促进在短时间帧内对状态改变命令进行响应。在一个示例中，唤醒电路可以从使用单个信道(频率)的广播部件接收信号，并且广播消息被所有的设备节点接收。该消息可以包含设备节点id的列表以及针对每个所发射id的新操作点。可以通过反射能量设备信号和或从网关路由的中断信号来控制唤醒。
[0072]
其他唤醒型电路也是可能的。例如，唤醒电路可以通过分别将每个设备节点唤醒电路作为目标来寻址设备节点。这可以通过为每个设备节点指派唯一接收频率并单独地调谐每个资产上的解调电路来完成。
[0073]
图5图示了适合于实施示例或部件以管理本公开的聚合节点组的功率状态的计算机系统架构。系统500可以促进跟踪与聚合节点组相关联的资产。系统500可以实施网关或锚节点，该网关或锚节点指示聚合节点组的设备节点进入不同的功率状态。
[0074]
当系统500例如在锚节点内实施并且在操作区内检测到聚合节点组的运动时，系统500在处理器502的控制下执行存储在存储器504中的机器可执行软件指令，以传送或中继状态改变指令信号，从而改变聚合节点组中的设备节点的操作状态。此处，存储器设备504可以包括各种存储器类型、数据存储装置或非暂态计算机可读存储介质。用户可以利用输入设备512来执行浏览器或其他机器可执行软件指令，以促进根据本公开的状态改变状况的通信。
[0075]
第一改变状态指令信号可以指导聚合节点组的设备节点从第一功率状态改变为第二功率状态。在较高功率状态下，可以执行存储在存储器504中的机器可执行软件指令，以与网关处的计算资源交换设备标识和位置信息。锚节点可以经由网络部件508可通信地耦接到网关。比如触摸屏界面等显示元件506可以在视觉上显示遇到的状态改变状况的日志，并且这些日志还可以经由网络部件508传送到网关。可以经由比如扬声器等音频元件510来传送状态改变状况的音频警报。
[0076]
虽然上文进行了对本公开的特定示例的完整描述，但另外的示例也是可能的。因此，以上描述不应被视为限制本公开的范围，本公开的范围是由所附权利要求连同其等效物的全部范围限定的。