用于使无线传感器与物理位置相关联的系统和方法与流程

本公开总体涉及传感器网络。更具体地，本公开涉及将无线传感器映射至它们的物理位置。

背景技术：

传感器阵列可以部署在区域上或部署到整个环境中以感测环境中可变要素的改变。存在很多这样的阵列的实例，范围从部署在广阔的地理区域上的地震传感器到用作家庭安全系统的一部分的安全以及安全性检测计，到附着于正要经受神经学上的监测的患者头皮的电极。阵列中传感器的映射位置可以是重要的，因为可变要素改变的量和可变要素改变的位置两者都可能是重要的，诸如，以上给出的三个简单的实例中的每一个。

在封闭和部分封闭的环境中，传感器可以通过布线或电缆连接至接收它们的信号的服务器。在这样的环境中，服务器知道哪个传感器在发送特定信号，因为传感器的媒体访问控制(MAC)地址是来自传感器的消息的一部分并且传感器通过实线连接。然而，MAC地址仅识别网络上的一件特定硬件，硬件电连接至服务器，但在正常感测地址中其不识别其物理位置。然而，引线引导到每个传感器的物理位置。因此，当设置硬连线网络时，每个传感器的物理位置被确认为随着其布线延伸。然而，延伸的配线并不总是可行的。可能需要取代无线传感器。需要无线传感器的实例是以上给出的第一实例和第三实例，当存在在大区域上部署地震传感器时，或许被公路截断或者交通工具完全不能抵达。当布线占用空间或者增加总量和成本但仍需要映射时，无线传感器也是优选的。

映射无线传感器的位置的一种有效的方式将会使使用无线传感器更容易并且因此迅速地部署它们，从而获得减少安装时间、成本及材料要求的优点。

技术实现要素：

本公开描述了环境中的无线传感器的网络，每个传感器与服务器及其数据库通信并且将该服务器映射至其物理位置，这样服务器知道每个传感器所在的位置。在该环境中，建立对象(object)的配置。射频识别(RFID)标签附着于那些对象并且包括有关对象还有附近的传感器的机器可读MAC地址的信息。传感器可以附着于与它们的RFID标签所附着的相同的对象的表面或者附着于与那些对象具有已知的关系的那些对象。然后可以从在配置的环境中分配位置的对象的RFID标签的位置来确定或推断传感器的物理位置。

诸如RFID扫描仪的机器读取RFID标签以获得传感器的MAC地址和相关联的对象的位置相关信息两者并且将该信息下载至服务器。服务器将MAC地址存储在与相应的RFID标签相关联的数据库中。因此，服务器通过使唯一的MAC地址与分配到通过环境的配置规定的环境中的特定位置的特定对象上的特定RFID标签关联而知道每个传感器在环境中所处的位置，使得如果有的话，特定传感器检测到改变，服务器可以合适的方式响应该传感器的无线信号。

系统或其组合的一个方面包括：服务器，被配置用于接收和处理数字信息及无线信号；数据库，与该服务器通信并且该数据库被配置为存储并检索信息；部署在整个环境中标签和传感器，标签中的每一个存储位置相关的数字信息(position-related digital information)和与服务器通信的附近的传感器的标识(identity)；无线传感器被配置为感测可变要素(variable)中的改变并在感测到改变时，服务器被编程为响应于该改变而发射信号；以及机器，配置为读取标签并将信息输出至服务器，即，位置相关数字信息和无线传感器的标识，其中，服务器将信息和标识被存储在数据库中使得其可响应于来自那些传感器的信号而使无线传感器与环境中的位置相关联。

本公开的一方面通过利用射频识别标签(radio-frequency identification tag)以便于存储和传输关于传感器和对象的信息。

本公开的另一方面是传感器环境包括对象(object)的配置(configuration)。对象的配置被存储在配置数据库中并且标签和传感器部署在具有它们所附着的对象的环境中。传感器和标签可以在相同的对象或不同的对象上但与对象中的一个上的标签为间隔的关系。

本公开的特定方面是环境可以是交通工具的内部，诸如，客机的机舱，并且对象可以是一排乘客座椅。每个标签可以附着于唯一的一排并且传感器可以附着于该排中唯一的座椅。标签可以将每个座椅的传感器的标识按预定顺序存储在排中，诸如，该排中座椅的位置。

本公开的另一方面是用于在环境中设置无线网络的方法。方法包括在环境中部署无线传感器，传感器中的每一个以MAC地址的形式具有它自身的标识并且被配置为感测该环境中的改变并且发射与改变有关的信号。信号包含MAC地址。机器可读的标签也部署在环境中。每个标签包括位置相关的数字信息，传感器的标识可以添加至该位置相关的数字信息。扫描标签以获得位置相关的数字信息和传感器标识。该信息被输出到服务器并且被存储在数据库中。服务器使来自无线传感器的信号与标签的位置相关的数字信息和发送无线信号的传感器的标识相关联，并且响应为可编程的。

方法的又一方面包括配置环境、利用位置相关的数字信息对标签进行编码以及将它们附着于该配置中的对象的步骤。

本公开的方法的另一方面在环境中定义对象的配置并且使用服务器存储该配置。无线传感器附着于对象，该对象携带添加至对象上的RFID标签的传感器的标识。

根据本方法安装的无线传感器阵列的本公开中设想的对象包括但不限于：交通工具，诸如，飞机。

使用RFID标签携带除了有关对象的信息之外的传感器信息是优势，因为RFID标签经常分配到对象作为日常质量控制以与对象一起携带有关那些对象的制造的信息，信息有时称为对象的出厂记录(birth record)。添加附加信息，这里，传感器MAC地址，将传感器标识绑定至该对象并且可通过RFID扫描仪容易地一次读取与两者有关的信息，并且然后当上传至配置数据库时自动关联。通过读取标签验证对象的配置，因此自动将传感器映射至配置。

在某些环境中，诸如，飞机机舱的内部，乘客公用设施，诸如风扇、照明、娱乐，可通过开关控制，开关可以是位置传感器或者电容传感器使得乘客可以在没有硬连线传感器的情况下从它们的座椅操作这些公用设施，从而节约重量、减少材料、并简化内部设计和组装。

本领域的技术人员通过仔细阅读下面结合附图的具体实施方式，传感器映射的这些及其他特征和它们的优点将会是显而易见的。

附图说明

因此，已总体上描述了本公开的变化，现在将参考附图，附图不必按比例绘制，并且在附图中：

图1是示出了系统的建立的本公开的方面的示意图；

图2是示出了在图1中建立的系统的操作的本公开的方面的示意图；

图3是示出了本系统的建立的本公开的方面的流程图；

图4是示出了在图3中建立的本系统的操作的本公开的方面的流程图；

图5是在飞机的机舱中建立的本系统的实例的示意图；

图6示出了在图5中建立的系统的操作的实例；

图7示意性地示出了本公开的一方面，即，来自无线传感器的无线信号的内容；以及

图8示意性地示出了本公开的另一方面，即，包括有关标签所附着的对象以及对象上的无线传感器的标识的信息的RFID标签的内容。

具体实施方式

本公开的方面涉及无线传感器的网络，以及根据本方法映射传感器的位置的无线传感器网络的建立。

现在参考图1和图2，本系统和方法映射环境14内的无线网络中的无线传感器10的位置使得服务器18可识别传感器10并响应于从传感器10发送的无线电信号。术语环境(environment)是指二维空间或三维空间，二维空间或三维空间是感兴趣的主题，与不感兴趣的环境14外部的空间不同。环境14具有包括诸如对象12的对象的布置的配置。对象是物理对象，诸如，墙壁、地板、窗子、及家具。术语传感器(sensor)包括旨在检测可变要素(诸如，物理、化学、电气、以及磁性变化)的改变的设备，并且在这种情况下，包括无线传感器(wireless sensor)，无线传感器响应于感测可变要素中的改变发射无线电磁信号。术语服务器(server)是指计算机服务器或用接收并处理携带数字数据的电磁信号的固件或软件编程的集成电路。服务器18与数据库22或存储器相关联，存储器使服务器18能够存储并检索数字信息。

在环境14中，传感器10与标签26相关联。标签26携带与对象12有关的位置相关信息以及与传感器10有关的标识信息。如在图2中看到的，读取器30能够读取标签26上携带的信息并且因此可读取标签26以获得与对象12有关的位置相关信息和与传感器10有关的标识信息，并且然后将信息转发至数据库，诸如，数据库22。信息可以经由与数据库22通信的另一数据库34和服务器18传送。数据库34可以用作存储有关环境14的配置的信息的配置数据库，该信息包括有关其对象12及它们在环境14中的位置的信息。如果与对象12有关的位置相关信息在标签26上并且当传感器10在物理上接近对象12或者与对象12空间分开时，但是规则就其功能上涉及传感器10和对象12，传感器10和标签26可以与环境14中的对象12相关联，如下面详细地说明。

当传感器10感测到变化时，其发送无线信号至服务器18，如在图2中示意性地示出的。如在图7中示出的，除了无线信号的消息74或“有效负载”以外，信号以媒体访问控制(MAC)地址的形式包含传感器10的标识。MAC地址唯一地识别传感器10。

服务器18在接收到无线信号时，其访问数据库22以在对应于来自传感器10的消息中的MAC地址的数据库22中查找标识信息。MAC地址是与数据库22中的传感器相关联的标识信息并且每个传感器10具有其自身唯一的MAC地址。服务器18然后查找与传感器10的标识信息相关联的位置相关信息。位置相关信息涉及如由其MAC地址给出的传感器的标识，涉及来自标签26的位置相关信息。

标签26附着于环境14中的对象12。除了传感器10的MAC地址之外，标签还携带有关对象12的信息，该信息可以包括关于对象12的所谓的出生信息78。如在图8中所表示的，出生信息78包括制造商的标识、部件号、部件序列号以及制造日期。一旦服务器18知道有关对象12的该信息，其可参照配置确定对象12在环境中所处的位置并且通过推断将会知道传感器10的位置。服务器18然后可以响应于来自传感器10的无线消息，传感器向服务器18通知可变要素的改变。该响应可以为环境14中对象12的位置所特有。

例如，传感器10可以结合制造过程来检测低润滑剂液位。或许存在检测沿着制造过程所需的生产线部署的容器中的润滑剂液位的传感器。生产线因此限定配置有各种机器的环境。每个机器都是对象，并且执行处理步骤中的一个需要滑润剂。由服务器18从一个这样的机器附近的传感器10接收的信号表示低滑润剂液位。服务器18可以通过激活润滑剂从润滑剂储器到容器的传输来响应。当搜索关于传感器10的位置相关信息的数据库22时，服务器18将标签26识别为与对象相关联，在该实例中对象是容器，该对象根据线路已知的配置在生产线上具有已知的位置。润滑剂液位传感器可以附着于容器，但在容器上的RFID标签中携带传感器的MAC地址以及诸如容器的出厂记录的位置相关信息位置，这样基于关系，即，传感器感测到对生产线来说重要的可变要素，将传感器的物理位置映射至容器。因此，传感器10发送通过其MAC地址识别它本身的无线消息，该无线消息将利用对应于滑润剂低的容器的RFID标签的位置相关信息使服务器18能够与MAC地址关联，并且响应为对通过将额外的滑润剂而被传送至容器所收到的无线信号进行编程。

如果该制造设施具有十条线路，则使用RFID扫描仪映射传感器以读取每条线路的容器上的标签并且将该信息上传至配置数据库34，该配置数据库可以被传送至能够由服务器18访问的数据库22。

在图3和图4中示出了用于设置用于映射无线网络的本系统的步骤。现在参考图3，首先，环境14被定义为感兴趣的二维空间或三维空间。配置环境14，这是指传感器10和对象12布置在环境14内。配置信息存储在配置数据库34中。

每个传感器10均具有它自身的媒体访问控制(MAC)号，使得每个传感器10均具有唯一的标识，并且是当报告无线电子信号感测的可变要素中的改变时由每个传感器10发送的作为无线消息的一部分的一个唯一的标识。图7示出了始于识别传感器10的MAC地址并且然后是跟随的消息的有效载荷的这样的消息。

通过对每个对象12的位置相关信息和标签26上每个传感器10的标识信息进行编码来制作标签26。位置相关信息可以是对象12所特有的出生信息并且涉及位置，因为对象12被分配有环境14中的特定位置，使得通过配置信息涉及对象12的位置。

标签26通过附着于对象12的表面或将其嵌入对象12中而被应用于对象12。传感器10也可以附着于对象12或者附着在对象12附近。对象12根据配置数据库34中的配置安装在环境14中。标识信息已被添加至标签26的特定传感器10是附着于标签26或位于标签附近的传感器。

对象12的位置，或者更确切地说，对象12上的标签26的位置被用作传感器10的位置的代理(proxy)，并且因此，传感器10的位置在标签26附近。具体地，传感器10的位置是规则的结果，规则满足当传感器10响应于感测改变将其无线消息发送至服务器18并且服务器18对该消息做出响应，该响应解决了由传感器10感测到的改变时的必要条件。在简单的情况下，如果传感器10感测到已从“关闭”位置变成“打开”位置的照明开关，并且将消息发送至服务器18，通过服务器18接通的灯是有效地响应于来自传感器10的消息的灯，因为灯照亮了传感器10附近的传感器10区域。在另一实例中，如果传感器10感测到飞机机舱中的座椅中的乘客已通过按压接触开关召唤机上服务员，则由传感器10发送的消息可能会导致飞机的厨房区域的灯继续亮着从而识别乘客所乘坐的座椅。再次满足规则，因为该响应解决了由传感器10感测到的改变，即，乘客需要服务员并且响应通知服务员。

通过读取器30来读取标签26，读取器被配置为从标签26读取位置相关信息和传感器10的标识。图8示出了标签26的内容。标签26包含传感器10的MAC地址和对象12的出生信息。标签26可以条形码标签或射频识别(RFID)标签的形式包含该信息，条形码标签或射频识别(RFID)标签都是无源设备。后者通过发出包含编码信息的射频响应而响应于射频信号。RFID标签26使得读取器30能够在不必直接指向标签26上的编码的情况下读取编码信息。读取器将信息发送至配置数据库34，配置数据库存储环境14的配置。

将存储在标签26上的信息从配置数据库34上传至机载数据库(on-board database)22。配置数据库34验证对象的实际配置是否匹配用于环境14的配置设计。一旦验证了环境14的配置，机载数据库22对服务器18做出响应。

在图4中，示出了配置环境14中本系统的操作中的步骤。传感器10响应于感测到的可变要素上的改变而发送无线信号。如在图7中示出的，信号包括传感器10的标识和消息有效载荷。服务器18接收信号并且将传感器10的标识与机载数据库22中的传感器标识相比较，以识别传感器10及与传感器相关联的对象12。存储在与传感器的标识相关联的数据库22中的位置相关信息确定环境14中的哪个传感器10是发送信号的传感器。服务器18然后根据其编程而对由传感器10发送的消息做出响应。

例如并如在图5和图6中所示出的，飞机机舱38的内部被定义为环境并且配置有成排42的座椅54。RFID标签46附着于每排42并且传感器50附着于排42中的每个座椅54。例如，传感器50可以操作顶灯58，并且当传感器50感测到改变时，压力增大、电容变化、或开关从关闭移动至打开，传感器发送打开顶灯的信号。

读取器60读取RFID标签46并且将结果发送至配置数据库62以确认机舱38的配置是否合适。如在图8中示出的，标签46包含一排座椅42的出厂记录(birth record)和预定顺序(诸如，依字母顺序)的座椅10A、10B及10C中的每一个的MAC地址。机载数据库66从标签46接收有关与座椅10A相关联的传感器标识的信息和位置相关信息。当传感器50发送无线信号时，服务器70接收无线信号并且提取发送消息的无线传感器50的标识。服务器访问机载数据库66以定位与传感器50相关联的标签46，并且确定传感器50与排42中的座椅10A相关联，因为其标识是在排42的标签46中先依字母顺序的列出的，如在图8中示出的。服务器70因此激活将光引导至座椅10A的区域的灯58。传感器50可以是感测压力或电容变化或由乘客引起的其他可检测的变化的按钮。

由于传感器10是无线的，其可以放置在座椅10A附近，例如放在扶手中而不是灯58的顶部，使得乘客可容易够到而不是如果将其放置在灯58的附近，这样可能需要乘客解开座椅安全带并且在飞机处于飞行中时站起来。在该实例中，本系统因此为乘客消除了不便的来源，以及潜在的安全危险，还有对扶手补加焊丝的需要。本系统将还会简化飞机制造、减轻重量、并且最小化材料资源的使用。在前述实例中，飞机机舱的内部是环境，在这种情况下，是封闭环境。机舱环境具有配置，该配置可以包括诸如地板、墙壁和顶板的表面以及诸如成排的座椅和顶置隔间的对象的表面。本发明中不需要封闭环境。环境刻意是打开的环境或部分打开的。例如，环境可以是具有单独的停车计时器或停车位的停车场或室内停车场。然而停车场和室内停车场定义用于放置传感器的感兴趣的空间。这些环境对停车场以外和室内停车场外部没兴趣。该实例中的传感器可以是运动检测器，运动检测器感测停车场中停车计时器或者室内停车场中的停车位附近的汽车的存在或者检测特定交通工具是否停在为其分配的特定位置中的传感器。

该实例中的标签可以根据要测量的传感器的类型而放置在停车位的地板上、汽车上、或停车计时器上。

对于计算机服务器响应于来自已检测到改变的无线传感器的信号，其必须知道发送信号的传感器的位置。如果关于那个传感器的位置相关信息在服务器可查询的数据库中，其可以确定位置。每个停车位的地板上的服务器也许能够通过发送“有车”的传感器的数目告知车库何时是满的并且服务器可以通过在车库进口显示“停车场已满”处的标志做出响应，或者替换地，可从两个传感器发送每个车位的消息并且车位的地板上的一个标记显示(1)汽车是否在车位中以及(2)停车计时器中插入有钱。

传感器感测的可变要素可以是开关或按钮的位置，温度、湿气、气压、运动、污染物、辐射、或者任意其他可检测的改变。

“位置相关信息”是可与位置相关联的信息使得一旦已知位置相关信息位置就能确定或容易确定。RFID标签上的信息可以是位置信息或严格地说不是位置信息但与位置位置信息有关的信息(即，通过感兴趣的环境中对象的已知配置)。该信息一定是使物理资产与它们的位置关联或将物理资产“映射”至它们的位置的信息。位置相关信息可以是位置本身或者可以是当与环境的配置结合进行估计时唯一地确定配置环境中的特定位置的信息，环境的配置为诸如飞机客舱中的一排座椅或者室内停车场的三楼上的特定停车位的数目。位置相关信息充当传感器的位置的代理使得正如用户定义的对来自传感器的无线消息的响应与传感器有关。

“与传感器有关”是指由接收无线消息的服务器识别的位置与发送消息的传感器相关联使得由服务器做出的响应适合于从传感器接收的信号。在很多实例中，如果其识别位置或者在传感器的附近，则位置相关信息将与传感器有关。在其他情况下，连接基于规则而不是物理邻近，其中，通过遵守规则，由服务器做出的响应是信号所需的合适的响应。在飞机机舱的以上实例中，一排座椅上的RFID标签可以包括一组MAC号，一个MAC号是针对该排中的每一个座椅的但需要知道座椅携带发送信号的传感器的规则。结果取决于使座椅与该排的标签上携带的一组数字中的MAC号相关联的规则。该规则可以是第一个MAC号是座椅A，第二个是座椅B等。座椅C可以最靠近标签但不是发送信号的传感器。如果该传感器是与座椅A相关联的一个传感器，首先列出与标签距离最远的传感器，携带该MAC地址的信号将会导致座椅A上方的灯照亮。

在另一实例中，在具有由计算机服务器运行的空气处理和调节系统的多层建筑物中，可能存在附着于每个楼层的墙壁的传感器阵列。传感器中的一些感测温度；其他传感器感测湿度或环境光线水平。由于太阳在空中经过，先晒到建筑物的一侧稍后晒到另一侧，温度传感器可以通过窗子的太阳能热以及或许来自湿度的改变以及从照度级感测一整天来自外部的温度的改变。空气处理系统可以切换冷空气流以有利于建筑物较暖的一侧来补偿那侧上的热负荷并且或许除去空气的湿度以使即使该建筑物不同部分较热或较冷的温度水平也实现舒适水平以便最小化冷却建筑物所需的能量。还可以降低建筑物的接收最多太阳的一侧上的环境光线水平，以进一步减小热和能量载荷。由于建筑物的环境的区域的小气候的空气充分混合，当它们感测并且报告环境条件中的改变时，只要它们足够靠近服务器影响的区域，这些传感器可以位于特定楼层的区域内的任何地方。

此外，本公开包括根据下列项的实施方式：

项1：一种系统，包括：服务器，被配置用于接收和处理数字信息和无线信号；数据库，与所述服务器相通信并且被配置为存储并检索由所述服务器接收到的所述数字信息；部署在环境中的多个标签，所述多个标签中的标签存储位置相关的数字信息；部署在所述环境内的多个无线传感器，所述无线传感器与所述服务器无线通信，所述多个无线传感器中的一无线传感器具有标识，所述标识被存储在所述标签上，所述无线传感器被配置为感测改变并且在感测到所述改变时发射信号，所述服务器接收所述信号并且对所述信号做出响应；以及机器，被配置用于读取并且向所述服务器输出所述位置相关的数字信息以及所述标签上的所述无线传感器的所述标识，其中，所述服务器将所述位置相关的数字信息以及所述标识存储在所述数据库中，使得所述服务器将所述无线传感器与所述标签的所述位置相关的数字信息相关联并且对与所述标签相关联的所述无线传感器做出响应。

项2：根据项1所述的系统，其中，所述标签是射频识别设备。

项3：根据项1所述的系统，其中，所述环境包括对象的配置，所述配置被存储在所述数据库上，并且其中，所述标签被部署在与所述对象中的一对象相关联的所述环境中。

项4：根据项3所述的系统，其中，所述标签附着于所述环境中的第一表面并且所述无线传感器附着于所述环境中的第二表面。

项5：根据项4所述的系统，其中，所述第一表面和第二表面在所述多个对象中的对象上。

项6：根据项4所述的系统，其中，所述第一表面与所述第二表面为间隔开的关系。

项7：根据项4所述的系统，其中，所述第一表面和表面第二表面分别在第一对象和第二对象上，并且所述第一对象和所述第二对象彼此为间隔开的关系。

项8：根据项1所述的系统，其中，所述环境是交通工具的内部。

项9：根据项8所述的系统，其中，所述交通工具是客机。

项10：根据项9所述的系统，其中，所述标签附着于所述客机中的座椅。

项11：根据项9所述的系统，其中，所述传感器附着于所述客机中的座椅。

项12：根据项1所述的系统，其中，所述标签存储一个以上的标识。

项13：根据项12所述的系统，其中，所述一个以上的标识被存储在所述标签上的预先选定的布置中。

项14：根据项13所述的系统，其中，所述一个以上的标识对应于一排座椅中的一个以上的相邻座椅。

项15：一种方法，包括以下步骤：在环境中部署多个无线传感器，所述多个无线传感器中的一传感器被配置为感测所述环境中的改变并且发射与所述改变有关的信号，所述传感器具有标识；将机器可读的多个标签部署在所述环境中，所述多个标签中的标签(26、46)包括位置相关的数字信息和所述传感器的所述标识；读取所述标签以获得所述标签的所述位置相关的数字信息和所述传感器的所述标识；并且将所述位置相关的数字信息和从所述标签读取的所述标识输出至配置数据库，其中，所述配置数据库将所述位置相关的数字信息和所述标识存储在所述配置数据库中

项16：根据项15所述的方法，进一步包括以下步骤：在将所述传感器和机器可读标签部署至所述环境之前配置包含对象和所述传感器的环境。

项17：根据项16所述的方法，进一步包括验证所述传感器被部署地与所述配置一致的步骤。

项18：根据项16所述的方法，进一步包括将所述机器可读标签附着于所述环境中的对象的步骤。

项19：根据项16所述的方法，进一步包括确认所述环境中的对象和传感器的所述配置的步骤。

项20：根据项19所述的方法进一步包括以下步骤：(a)通过读取与所述机器可读标签有关的信息来确认所述环境中的对象和传感器的所述配置；以及(b)将从所述机器可读标签读取的所述信息上传至所述数据库。

当介绍本公开内容或本公开内容的示例性方面或实施方式的要素时，冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一种或多种要素。术语“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”旨在是包容性的并且是指可以存在除了所列要素以外的另外的要素。尽管已相对于具体实施方式描述了本公开内容，但这些实施方式的细节不应被解释为限制。