基于区域的移动节点管理的方法和系统的制作方法

专利名称：基于区域的移动节点管理的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及短距离无线通信技术，具体地涉及通过设置多个固定节点组成无线网络，由管理器对该无线网络内的移动节点进行管理的方法和系统。
背景技术：
长期以来，在煤矿作业、船只建造和维修等工作环境复杂的大型区域中，事故时有 发生，对作业人员的生命安全造成极大威胁。在作业过程中，往往不同的作业人员会负责不 同区域内的工作内容，而且有的工作区域只对某些特定人员开放，而禁止其它作业人员进 入。因此对作业人员进行定位管理，精确地统计不同工作区域内作业人员的数量和工作位 置，从而保障工作正常有序地开展，并支持安全管理和灾难救援工作，就显得尤为重要了。 而目前对于这个问题还没有一种有效的解决方案。另外，很多工作环境危险，或者工作环境质量要求很高，需要进行严格精细化管 理，如飞机制造，轮船制造，自动化生产线车间，铁路列车制造，核电站，高炉炼钢等，需要管 理好作业人员，提高管理水平，减少事故发生，提高管理自动化，提高事故发生后的处理反 应速度，具有历史监控数据。ZigBee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络 技术。它采取了 IEEE 802. 15. 4强有力的无线物理层所规定的全部优点省电、简单、成本 又低的规格，ZigBee还增加了逻辑网络、网络安全和应用层。ZigBee可使用的频段有3个， 分别是2. 4GHz的ISM频段、欧洲的868MHz频段以及美国的915MHz频段，而不同频段可使 用的信道分别是16、1、10个，在中国采用2. 4G频段，是免申请和免使用费的频率。ZigBee 技术主要适合于自动控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。一般而言， 随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增力卩。相对于现有的各种无线 通信技术，ZigBee技术的成本和功耗都是很低的。ZigBee技术的主要优点有(1)省电=ZigBee技术可以确保两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用 时间(2)可靠采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时 隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。(3)成本低是同类产品的几分之一甚至十分之一。(4)时延短针对时延敏感的应用做了优化，通信时延和从休眠状态激活的时延
都非常短。(5)网络容量大可支持达65000个节点(6)安全=ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的 AES-128。典型的ZigBee网络结构如图1所示。众多固定节点(Reader，包括路由节点和接 入节点)之间采用ZigBee无线通信，以自组织形式构成网络。在该ZigBee网络中还分布着许多移动节点(Tag)，移动节点和固定节点之间也采用ZigBee无线通信。该ZigBee网络通过接入节点与远端的管理器(Controller)建立长距离的网络连接(例如以太网)。移动 节点和固定节点完成数据采集和多跳中继传输，由该作为接入节点的固定节点完成无线和 有线信号的转换，最终将监测数据传到管理器进行集中处理。 在ZigBee网络中，还可对移动节点进行定位。首先，计算固定节点与其通信范围 内的移动节点之间的间隔距离，具体计算公式如下 在这个公式中，Pt为发送方功率；PK(d)为接收功率，并为发送方和接收方间隔距 离d的一个函数；GT为发送方天线增益；GK为接收方天线增益；d为发送方和接收方之间的 间隔距离，单位为米；λ为波长，单位为米。为了计算结果更加精确，还可在公式中引入与 传播无关的系统损耗因子等参数。根据上述公式，求得某一移动节点到三个固定节点的间隔距离，然后用三边测量 法即可确定移动节点的位置。

发明内容
本发明的目的是公开了一种基于区域的移动节点管理的管理器、系统和方法，可 应用于煤矿作业、船只建造和维修等大型工作区域，对作业人员所佩戴的移动节点基于区 域进行管理。本发明的一方面，提出了一种基于区域的移动节点管理的方法，区域内包括至少 三个可用于与移动节点进行短距离无线通信的固定节点，以及与固定节点连接进行通信的 管理器，各固定节点与其无线通信范围内的移动节点和管理器进行交互。该方法包括将固 定节点短距离无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子区域；固定节点接收其短距离无线 通信范围内的移动节点的唯一标识信息；固定节点向管理器发送移动节点的唯一标识信息 以及与该唯一标识信息相关联的位置信息；管理器设置有移动节点进入/离开子区域或靠 近子区域边界的移动管理规则；管理器采用所述位置信息计算获得该移动节点的位置，并 根据移动节点的位置变化来识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界；以及当 该移动节点进入/离开相应子区域或靠近相应子区域边界时，管理器执行该移动管理规则 中的相应命令。优选地，在管理器设置第一区域表，记录区域的范围以及所述各个子区域的范围； 管理器设置第二移动节点表，记录移动节点的唯一标识信息和位置信息；在管理器设置第 三移动规则表，记录各移动节点进入/离开各子区域时所对应的触发事件和命令；管理器 从固定节点实时获取移动节点的唯一标识信息和位置信息，当计算得到相应移动节点的位 置变化时，更新第二移动节点表中相应移动节点的位置属性；管理器查询第一区域表，判断 该移动节点和各子区域的位置关系；当管理器识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子 区域边界事件发生，管理器查询第三移动规则表，判断该事件是否与第三移动规则表中该 移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则的触发事件相匹配，如果两 者相匹配，则管理器执行该移动管理规则的相应命令，例如提示相应的移动节点进入/离 开子区域，通知管理者的移动节点或者发出报警信号，控制开关，或者控制录像机开始录像寸寸。
优选地，第二移动节点表中的移动节点的位置属性包含位置及其对应的时间点； 管理器根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域内，当前时间点 的位置在该子区域外，则识别该移动节点离开该子区域；管理器根据第一区域表判断得到 移动节点前一时间点的位置在某个子区域外，当前时间点的位置在该子区域内，则识别该 移动节点进入该子区域；以及管理器根据第一区域表判断得到移动节点当前位置在所定义 的某子区域边界的一固定范围以内，则识别该移动节点靠近该子区域的边界。判断移动节 点在子区域内还是子区域外，可以采用现有技术中常见算法，例如“射线法”，即由移动节点 所在的位置引一条穿过子区域的射线，判断该射线与区域边界交点个数，交点个数为奇数 时判断移动节点在子区域内，交点个数为偶数时则判断移动节点在区域外。再例如，也可通 过对子区域做三角形分割，判断移动节点的位置与每个三角形的位置关系，由此判断该移 动节点在子区域内或者子区域外。优选地，管理器具有一地图，所述固定节点的位置和地图坐标进行校正对应，移动 节点的位置显示在地图上。具体地，将地图所示区域左下角作为坐标原点，以建立坐标系。 用户在该地图上指出所有固定节点所在的位置，使得固定节点的位置和地图坐标进行校正 对应。这样，根据与至少三个固定节点之间的间隔距离所计算获得的移动节点的位置，也与 地图坐标相对应进行表示，并将移动节点的位置显示在地图上。用户在管理器上根据地图 进行所述区域和子区域的划分。优选地，所述固定节点与移动节点之间的短距离无线通信为ZigBee通信，所述固 定节点之间通过zigbee形成自组织局域网络，以及该自组织局域网络中至少一个固定节 点与管理器通过以太网建立网络连接，或者通过ZigBee建立连接，也可以是通过其它长距 离无线通信技术建立连接。优选地，所述区域和子区域可以二维空间，例如在一个平面内的工厂车间。区域和 子区域也可以为三维空间，例如多层的船只建造或维修现场。优选地，管理器统计出各个子区域内的移动节点的数目，和/或区域内的移动节 点的数目；以及管理器将各个子区域或者区域内的移动节点的数目与预先设定的数目进行 比较，如果不相同，则通过固定节点通知相应的移动节点进入/离开相应的子区域。如果在 煤矿、船只建造与维修等施工场地，对不同子区域内的移动节点(佩戴在作业人员身上)进 行数目上的统计与管理，不仅能够保证对各个子区域安排合适数量的作业人员进行有序工 作，而且能从移动节点数目上及时发现失踪或者多余的人员，利于安全管理。本发明的另一方面，公开了一种基于区域的移动节点管理的系统，包括至少一个 移动节点，具有与之关联的唯一标识信息；至少三个固定节点，与移动节点通过短距离无线 连接进行通信，接收其短距离无线通信范围内的移动节点的唯一标识信息，并将移动节点 的唯一标识信息和位置信息相关联；以及管理器，与固定节点通过网络连接进行通信，用于 将固定节点短距离无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子区域；从各固定节点接收移动 节点的唯一属性信息以及与该唯一标识信息相关联的位置信息，并采用所述位置信息计算 获得移动节点的位置；具有若干移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理 规则；根据所述移动节点的位置变化来识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边 界，以及当该移动节点进入/离开相应子区域或靠近相应子区域边界时，执行该移动管理规则中的相应命令。优选地，管理器具有第一区域表，记录区域的范围以及所述各个子区域的范围；管理器具有第二移动节点表，记录移动节点的唯一标识信息和位置属性；管理器具有第三移 动规则表，记录各移动节点进入/离开各子区域时所对应的触发事件和命令；管理器从固 定节点实时获取移动节点的唯一标识信息和位置信息，当计算得到相应移动节点的位置变 化时，更新第二移动节点表中相应移动节点的位置属性；管理器查询第一区域表，判断该移 动节点和各子区域的位置关系；当管理器识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域 边界事件发生，管理器查询第三移动规则表，判断该事件是否与第三移动规则表中该移动 节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则的触发事件相匹配，如果两者相 匹配，则管理器执行该移动管理规则的相应命令，例如提示相应的移动节点进入/离开某 子区域，通知管理者的移动节点或者发出报警信号。优选地，第二移动节点表中的移动节点的位置属性包含位置及其对应的时间点； 管理器根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域内，当前时间点 的位置在该子区域外，则识别该移动节点离开该子区域；管理器根据第一区域表判断得到 移动节点前一时间点的位置在某个子区域外，当前时间点的位置在该子区域内，则识别该 移动节点进入该子区域；以及管理器根据第一区域表判断得到移动节点当前位置在所定义 的某子区域边界的一固定范围以内，则识别该移动节点靠近该子区域的边界。判断移动节 点在子区域内还是子区域外，可以采用现有技术中常见算法，例如“射线法”，即由移动节点 所在的位置引一条穿过子区域的射线，判断该射线与区域边界交点个数，交点个数为奇数 时判断移动节点在子区域内，交点个数为偶数时则判断移动节点在区域外。优选地，管理器具有一地图，所述固定节点的位置和地图坐标进行校正对应，移动 节点的位置显示在地图上。具体地，将地图所示区域左下角作为坐标原点，以建立坐标系。 用户在该地图上指出所有固定节点所在的位置，使得固定节点的位置和地图坐标进行校正 对应。这样，根据与至少三个固定节点之间的位置信息所计算获得的移动节点的位置，也与 地图坐标相对应进行表示，并将移动节点的位置显示在地图上。优选地，所述固定节点与移动节点之间的短距离无线通信为ZigBee通信，所述固 定节点之间通过zigbee形成自组织局域网络，以及该自组织局域网络中至少一个固定节 点与管理器通过以太网建立网络连接，或者通过ZigBee建立连接，也可以是通过其它长距 离无线通信技术建立连接。优选地，所述区域和子区域可以二维空间，也可以为三维空间。优选地，管理器统计出各个子区域内的移动节点的数目，和/或区域内的移动节 点的数目；以及管理器将各个子区域或者区域内的移动节点的数目与预先设定的数目进行 比较，如果不相同，则通过固定节点通知相应的移动节点进入/离开相应的子区域。本发明的又一方面，提出了一种基于区域的移动节点管理的管理器，包括通信模 块，用于与固定节点连接进行通信，从各固定节点接收移动节点的唯一属性信息以及与该 唯一标识信息相关联的位置信息；移动管理规则，用于若干移动节点进入/离开子区域或 靠近子区域边界的移动管理；以及控制管理模块，用于将固定节点短距离无线通信覆盖范 围内的区域划分为多个子区域；从通信模块获取所述位置信息并计算移动节点的位置；根 据所述移动节点的位置变化来识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界，以及当该移动节点进入/离开相应子区域或靠近相应子区域边界时，执行该移动管理规则中的 相应命令。优选地，管理器还包括一显示模块，被用于显示一地图；控制管理模块将所述固定 节点的位置和地图坐标进行校正对应，在该地图上显示移动节点的位置。具体地，控制管理 模块将地图所示区域左下角作为坐标原点，以建立坐标系。用户在该地图上指出所有固定 节点所在的位置，控制管理模块使得固定节点的位置和地图坐标进行校正对应。这样，控制 管理模块根据与至少三个固定节点之间的位置信息所计算获得的移动节点的位置，也与地 图坐标相对应进行表示，并将移动节点的位置显示在地图上。用户在显示模块上根据地图 进行所述区域和子区域的划分，相应地，控制管理模块记录所划分的区域范围以及所述各 个子区域的范围。 优选地，所述移动管理规则包括第一区域表，用于记录区域的范围以及所述各个 子区域的范围；第二移动节点表，用于记录移动节点的唯一标识信息和位置属性；以及第 三移动管理规则表，记录各移动节点进入/离开各子区域时所对应的触发事件和命令。控 制管理模块从固定节点实时获取移动节点的唯一标识信息和位置信息，当计算得到相应移 动节点的位置变化时，更新第二移动节点表中相应移动节点的位置属性；控制管理模块查 询第一区域表，判断该移动节点和各子区域的位置关系；当控制管理模块识别该移动节点 进入/离开子区域或靠近子区域边界事件的发生，管理器查询第三移动规则表，判断该事 件是否与第三移动规则表中该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理 规则的触发事件相匹配，如果两者相匹配，则控制管理模块执行该移动管理规则中的相应 命令。在一个实施例中，所述该移动管理规则所对应的命令包括提示相应的移动节点的命 令和发出报警信号的命令，以及执行一控制动作的命令，例如提示相应移动节点进入/离 开子区域，通知管理者的移动节点，或者通过管理器发出报警信号。优选地，第二移动节点表中的移动节点的位置属性包含位置及其对应的时间点； 控制管理模块根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域内，当前 时间点的位置在该子区域外，则识别该移动节点离开该子区域；控制管理模块根据第一区 域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域外，当前时间点的位置在该子区域 内，则识别该移动节点进入该子区域；以及控制管理模块根据第一区域表判断得到移动节 点当前位置在所定义的某子区域边界的一固定范围以内，则识别该移动节点靠近该子区域 的边界。判断移动节点在子区域内还是子区域外，可以采用现有技术中常见算法，例如“射 线法”，即由移动节点所在的位置引一条穿过子区域的射线，判断该射线与区域边界交点个 数，交点个数为奇数时判断移动节点在子区域内，交点个数为偶数时则判断移动节点在区 域外。优选地，所述控制管理模块统计出各个子区域内的移动节点的数目，和/或区域 内的移动节点的数目；以及所述控制管理模块将各个子区域或者区域内的移动节点的数目 与预先设定的数目进行比较，如果不相同，则通过固定节点通知相应的移动节点进入/离 开相应的子区域。因此，本发明基于区域进行移动节点的管理的方法和系统，将区域划分为多个不 同的子区域进行管理，使得复杂的施工现场管理起来更为精细和安全。首先能够实时地监 测到移动节点(即作业人员佩戴的移动节点)的位置，使得管理者能够统计观察不同子区域内作业人员的数目和工作位置，方便管理者组织协调各个子区域的工作安排，保证工作 正常有序地开展。其次，基于区域对移动节点进行移动管理，对于移动节点离开其工作的子 区域，进入危险或限制进入的子区域时，管理器可自动地对相应作业人员的移动节点进行 提示或者发出报警信号，改变了人工判断的方式，能快速地响应、处理作业人员擅自离开岗 位或者进入危险区域的事件。最后，记录作业人员在各个子区域的位置，能够在紧急情况下 及时准确地提供作业人员的位置，从而有利于抢险救灾工作的进行。


通过借助优选实施例附图详细描述本发明的流程，将有助于理解本发明的目的和 优点。其中图1为ZigBee网络结构图； 图2是根据本发明的优选实施例，给出基于区域的移动节点管理的系统的示意 图；图3是图2所示系统中的管理器划分子区域的示意图；图4是根据本发明的优选实施例，给出图2所示的管理器的结构框图；图5是根据本发明的优选实施例，给出图4所示的管理器包含的第一区域表的示 意图；图6是根据本发明的优选实施例，给出图4所示的管理器包含的第二移动节点表 的示意图；图7是根据本发明的优选实施例，给出图4所示的管理器包含的第三位置规则表 的示意图；图8是根据本发明的优选实施例，给出图2所示的系统实现基于区域的移动节点 管理的消息流程图；图9是根据本发明的优选实施例，给出用于自动化生产线车间的基于区域的移动 节点管理的系统的示意图；图10是图9所示系统的管理器划分子区域的示意图；图11是根据本发明的优选实施例，给出管理器用于建造或维修船只的基于区域 的移动节点管理的地图示意图。
具体实施例方式下面以ZigBee技术作为本发明的优选实施例，详细说明本发明的内容及实现。但 是所属领域的技术人员应该明白，本发明的应用并不局限于此，各固定节点之间的自组织 局域网、固定节点与移动节点之间的通信也可以通过其它短距离无线技术实现，例如蓝牙。图2是根据本发明的优选实施例，给出基于区域的移动节点管理的系统的示意 图。如图2所示，系统包括多个固定节点201-210通过ZigBee技术组成的自组织局 域网络，与其中一个固定节点201通过以太网、ZigBee技术或者其它长距离无线通信技术 连接的管理器200，以及在自组织局域网络中与固定节点201-210通过ZigBee通信的移动 节点211-214。值得一提的是，固定节点和移动节点的个数不局限于本实施例中所列举的，固定节点的数目包含三个或三个以上，而移动节点的数目可以为任意个。其中，移动节点211-214具有与之关联的唯一标识信息，例如ZigBee标识符。移动节点211-214 —般被佩 戴在用户身上，例如飞机制造、轮船制造、自动化生产线车间、铁路列车制造、核电站、高炉 炼钢等工作环境中的作业人员。移动节点211-214与其ZigBee通信范围内的固定节点通过ZigBee进行通信。优 选地，移动节点211-214每隔一定的时间向其ZigBee通信范围内的固定节点发送它的唯一 标识信息。举例说，移动节点212向其通信范围内的固定节点201，202，203分别发送其唯 一标识信息。固定节点201，202，203接收到移动节点212的唯一标识信息后，分别生成与 该移动节点之间的位置信息，例如移动节点和固定节点的接收/发射功率、天线增益、波长 等；然后各自将该移动节点212的唯一标识信息与生成的该位置信息相关联，分别发送给 管理器200。替换地，也可以由固定节点201-210每隔一段时间查询一次其ZigBee通信范 围内的移动节点，然后接收这些移动节点的唯一标识信息并生成与该唯一标识信息相关联 的位置信息。管理器200从各固定节点201-210接收到移动节点211-214的唯一标识信息以及 与该唯一标识信息相关联的位置信息后，采用与移动节点211-214唯一标识信息相关联的 位置信息计算它们与至少三个固定节点之间的间隔距离，然后根据三边测量法获得移动节 点211-214的位置。例如，管理器200根据所收到的移动节点212的唯一标识信息，识别从 固定节点201，202，203处收到的与移动节点212的唯一标识信息相关联的位置信息，分别 计算固定节点201，202，203与移动节点212的间隔距离，再根据三边测量法获得移动节点 212的位置。将固定节点201-210ZigBee无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子区域，如图 3所示，区域划分为四个子区域，分别为第一子区域、第二子区域、第三子区域和第四子区 域。在本实施例中，所述区域为一平面区域，即二维空间。但所属领域的技术人员应当知道， 所述区域还可以为三维空间。各子区域可以存在嵌套。如附图3中所示，区域划分为四个 子区域，分别为第一子区域、第二子区域、第三子区域和第四子区域，其中第二子区域中嵌 套着第三子区域。举例说，第三子区域是第二子区域内较为机密或者工作环境较为危险的 地方，不允许他人进入，这样可在第二子区域内部另外设置第三子区域进行区别管理，即表 现为图3中的第二子区域中嵌套着第三子区域。另外，也可设置子区域划分与时间相关联， 例如在一个时间段内(如早班时间上午8点到晚上8点)允许一批移动节点(即佩戴该移 动节点的用户)进入一个或多子区域；而在另一个时间段内(如晚班时间晚上8点到第二 天上午8点)允许另一批移动节点进入另一个或多个子区域，两个时间段区域划分可以是 独立不相同的。优选地，管理器200具有显示模块和一地图。管理器200将地图所示区域左下角 作为坐标原点，以建立坐标系。用户通过管理器200的显示模块，在该地图上指出固定节点 201-210所在的位置，管理器200使得固定节点201-210的位置和地图坐标进行校正对应。 这样，根据与至少三个固定节点之间的间隔距离所计算获得的移动节点211-214的位置， 也与地图坐标相对应进行表示，并将移动节点211-214的位置显示在地图上。用户在管理 器200上根据地图进行所述区域和子区域的划分。管理器200还具有管理移动节点211-214进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则，它根据所述移动节点211-214的位置变化来识别该移动节点211-214进 入/离开子区域或靠近子区域边界，以及当该移动节点211-214进入/离开相应子区域或 靠近相应子区域边界时，管理器200执行该移动管理规则中的相应命令。举例说，移动节点 212当前处于第一子区域中，移动管理规则中对移动节点212设定了相应的规则，例如当移 动节点212离开第一子区域时，管理器200向移动节点212提示它已经离开了第一子区域 进入第二子区域；当移动节点212进入限制人员进入的第三子区域时，管理器200将移动节 点212进入第三子区域的信息通知管理者的移动节点，或者管理器200发出报警信号。图4是根据本发明的优选实施例，给出图2所示的管理器的结构框图。本实施例 公开内容将集中在与本发明有关的技术方面，而对于设备的操作所必需的其它功能可以是 常规的。
管理器200包括通信模块402、移动管理规则403和控制管理模块401。其中通信 模块402用于与固定节点通过网络连接进行通信，从各固定节点接收移动节点的唯一属性 信息以及与该唯一标识信息相关联的位置信息；移动管理规则403，用于管理若干移动节 点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理。控制管理模块401将固定节点短距离 无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子区域；从通信模块402获取所述位置信息并计算 移动节点的位置；查询移动管理规则403中该移动节点所对应的移动管理规则403 ；根据所 述移动节点的位置变化来识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界，以及当该 移动节点进入/离开相应子区域或靠近相应子区域边界时，执行该移动管理规则403中的 相应命令。优选地，所述移动管理规则403包括第一区域表404，用于记录区域的范围以及 所述各个子区域的范围；第二移动节点表405，用于记录移动节点的唯一标识信息和位置 属性；以及第三移动管理规则表406，记录各移动节点进入/离开各子区域时所对应的触发 事件和命令。优选地，管理器200还具有一显示模块407，在该显示模块407上显示一地图。控 制管理模块401将该地图所示区域左下角作为坐标原点，以建立坐标系。用户通过显示模 块407在该地图上指出固定节点201-210所在的位置，控制管理模块401将用户指出的固 定节点201-210的位置和地图坐标进行校正对应，再将根据与至少三个固定节点之间的间 隔距离所计算获得的移动节点211-214的位置，也与地图坐标相对应进行表示，形成上述 第二移动节点表405，并将移动节点211-214的位置显示在地图上。用户根据显示模块107 的地图进行所述区域和子区域的划分，控制管理模块401记录该划分的区域的范围以及各 个子区域的范围，形成上述第一区域表404。同时，用户在管理器200上设置各移动节点进 入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则，控制管理模块401记录该移动管理规 则，形成上述第三移动管理规则表406。第一区域表404如图5所示，包括区域/子区域覆盖范围，还可进一步包括各区域 允许进入的移动节点唯一标识。在本实施例中，设定控制管理模块401划分的区域为图3所 示的四个子区域第一子区域、第二子区域、第三子区域和第四子区域。优选地，在第一区域 表404中分别表示区域以及该四个子区域的覆盖范围，并分别设定允许进入该区域和四个 子区域的移动节点的唯一标识信息(本实施例中的第一区域表404用字母符号A-D简单表 示移动节点的唯一标识信息，但本发明并不限定于此，该唯一标识信息可以是各移动节点的短距离无线模块的标识符，例如ZigBee的64位地址，或者将ZigBee地址映射为对应用 层有意义的名字，或者是有利于区分不同移动节点的其它唯一标识信息)。如图5举例，允 许进入区域的移动节点包括唯一标识信息为A-D的移动节点，如果在区域入口设置一个固 定节点来读取进入区域的移动节点的唯一标识信息，并发送给管理器200，则管理器200的 控制管理模块401可根据该第一区域表404中区域允许进入移动节点的唯一标识信息来识 别移动节点是否有进入区域的权限如果是不允许进入区域的移动节点的唯一标识信息， 可发出报警信号，有效阻止他人的非法进入。第二移动节点表405如图6所示，包括唯一标识信息、位置属性，还可进一步包括 移动节点的用户信息，例如用户的姓名、年龄、职位等。在第一移动节点表中分别列出允许 进入区域的唯一标识信息为A-D的移动节点的唯一标识信息、位置属性和用户信息。优选 地，第二移动节点表405中的移动节点的位置属性包含位置及其对应的时间点；控制管理 模块401根据第一区域表404判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域内，当前 时间点的位置在该子区域外，则识别该移动节点离开该子区域；控制管理模块401根据第 一区域表404判断得到移 动节点前一时间点的位置在某个子区域外，当前时间点的位置在 该子区域内，则识别该移动节点进入该子区域；以及控制管理模块401根据第一区域表404 判断得到移动节点当前位置在所定义的某子区域边界的一固定范围以内，则识别该移动节 点靠近该子区域的边界。在第二移动节点表405中可记录各个移动节点在一个时间段内 (例如2个小时、8个小时或者24个小时等)位置属性，以便于追踪移动节点在该时间段内 的移动范围。第三移动规则表406如图7所示，包括移动节点的唯一表示信息、触发事件和命 令。当管理器200的控制管理模块401识别移动节点进行该第三移动规则表406中的触发 事件，控制管理模块401执行第三移动规则表406中相应的控制命令。以唯一标识信息为A 的移动节点举例，当它离开第一子区域事件触发时，管理器200的控制管理模块401执行下 列控制命令提示唯一标识信息为A的移动节点已经离开第一子区域，把唯一标识信息为A 的移动节点离开第一子区域的信息通知第一子区域管理者的移动节点；当唯一标识信息为 A的移动节点进入第二子区域事件触发时，管理器200的控制管理模块401执行下列控制命 令提示唯一标识信息为A的移动节点已经进入第二子区域，把唯一标识信息为A的移动节 点进入离开第二子区域的信息通知第二子区域管理者的移动节点；当唯一标识信息为A的 移动节点进入第三子区域事件触发时，管理器200的控制管理模块401执行下列控制命令 提示唯一标识信息为A的移动节点已经进入危险区域第三子区域，管理器200发出报警信 号，控制第三子区域的报警装置报警。具体地，控制管理模块401从固定节点实时获取移动节点的唯一标识信息和位置 属性，当计算得到相应移动节点的位置变化时，更新第二移动节点表405中相应移动节点 的位置属性；控制管理模块401查询第一区域表404，判断该移动节点和各子区域的位置关 系，即判断该移动节点是否有离开某子区域、进入某子区域或者靠近某子区域边界；当控制 管理模块401识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界事件的发生，管理器200 查询第三移动规则表406，判断该事件是否与第三移动规则表406中该移动节点进入/离开 子区域或靠近子区域边界的移动管理规则403的触发事件相匹配，如果两者相匹配，则控 制管理模块401执行该移动管理规则403中的相应命令。
图8是根据本发明的优选实施例，给出图2所示的系统实现基于区域的移动节点 管理的消息流程图。在该系统中，至少三个固定节点形成自组织局域网，与移动节点进行短 距离无线通信，且其中一个固定节点与管理器连接通信。为了方便消息流程图表示，多个固 定节点在图8中仅统一称为固定节点，而没有区分为各个固定节点。管理器200将固定节点201-210短距离无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子 区域S800 ；固定节点201-210接收其短距离无线通信范围内的移动节点211-214的唯一标识 信息S801，并生成与该唯一标识信息相关联的位置信息S802 ；固定节点向管理器200发送 移动节点的唯一标识信息以及与该唯一标识信息相关联的位置信息S803。管理器200设置有移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则 403S804。优选地，所述移动管理规则403包括第一区域表404，用于记录区域的范围以及 所述各个子区域的范围；第二移动节点表405，用于记录移动节点的唯一标识信息和位置 属性；以及第三移动管理规则表406，记录各移动节点进入/离开各子区域时所对应的触发 事件和命令。
管理器200采用所述移动节点211-214位置信息计算获得该移动节点211-214的 位置S805，并根据移动节点211-214的位置变化来识别该移动节点211-214进入/离开子 区域或靠近子区域边界S806。在一个实施例中，所述第二移动节点405表中的移动节点的 位置属性包含位置及其对应的时间点。管理器200根据第一区域表404判断得到某个移动 节点前一时间点的位置在某个子区域内，当前时间点的位置在该子区域外，则识别该移动 节点离开该子区域；管理器200根据第一区域表404判断得到某个移动节点前一时间点的 位置在某个子区域外，当前时间点的位置在该子区域内，则识别该移动节点进入该子区域； 以及管理器200根据第一区域表405判断得到某个移动节点当前位置在所定义的某子区域 边界的一固定范围以内，则识别该移动节点靠近该子区域的边界。当管理器200识别移动节点进入/离开相应子区域或靠近相应子区域边界时，管 理器200执行该移动管理规则中的相应命令S807。具体地，当管理器200识别该移动节点 进入/离开子区域或靠近子区域边界事件的发生，管理器200查询第三移动规则表406，判 断该事件是否与第三移动规则表406中该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的 移动管理规则403的触发事件相匹配，如果两者相匹配，则管理器200执行该移动管理规则 403中的相应命令。例如管理器200将提示该移动节点的命令发送给相应的固定节点S808， 再由固定节点提示该移动节点S809。图9是根据本发明的优选实施例，给出用于自动化生产线车间的基于区域的移动 节点管理的系统的示意图。自动化生产线车间，对于作业人员精细而有序的管理非常重要，因为任何一个作 业人员耽误或者缺少一个环节，都有可能引起后续作业的停滞。如图9所示，用于自动化生产线车间的基于区域的移动节点管理的系统包括一个 管理器900、多个固定节点901-912和多个由作业人员佩戴的多个移动节点。其中固定节点 902-912之间通过ZigBee技术组成的自组织局域网络，其中一个固定节点202通过ZigBee 技术与连接管理器200的固定节点901进行通信，自组织局域网络的固定节点902-912通 过ZigBee技术与该网络内的移动节点进行通信。
管理器900对固定节点902-912所覆盖通信范围内的该自动化生产线车间所划分 的子区域如图10所示。其中第一子区域的作业人员生产一种产品或零件；第二子区域为危 险区域，不允许作业人员靠近；第三子区域的作业人员生产另一种产品或零件。由于第一子 区域的作业人员和第二子区域的作业人员为不同工种，一般不允许互相调换，或者进入对 方的工作区域干扰他人工作。管理器900将图5所示的区域和子区域以及固定节点通过显 示模块进行显示。当管理器900通过固定节点901从固定节点902-912接收各自范围内的移动节点 的唯一标识信息以及与该唯一标识信息相关联的位置信息后，分别计算出各移动节点的位 置。管理器900判断各移动节点分别属于哪些子区域，并通过显示模块将这些移动节点在 相应子区域的位置表示出来(如图10所示)。同时，管理器900统计区域和第一子区域、第 二子区域和第三子区域内的移动节点的数目，该统计结果也可以通过显示其进行显示。管 理器900从固定节点902-912实时获取移动节点的唯一标识信息和位置信息，当计算得到 相应移动节点的位置变化时，则管理器900重新判断该移动节点所在的子区域，并在显示 模块上随着更新显示移动节点的位置，同时更新各区域内移动节点的统计结果。由此，管理 器900可具体到每个子区域的移动节点进入、离开的统计，便于精细化管理。优选地，在管理器900上预先设置好各子区域工作量所需移动节点(即作业人员) 的数目，即设定在某一时间段内，该区域或子区域内仅允许多少作业人员进入。当管理器 900统计出各子区域内的移动节点数目时，管理器900将该统计结果与预先设置的数目进 行比较。如果两者不相同，则在管理器900的显示模块上进行提示，或者管理器900提示给 管理者的移动节点。这样，便于管理者及时协调各子区域内作业人员的数目，以达到工作量 的合理分配，更好地保证进度。优选地，在管理器900具有管理移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的 移动管理规则。管理器900根据移动节点的位置变化来识别移动节点进入/离开子区域或 靠近子区域边界，以及当相应移动节点进入/离开相应子区域或靠近相应子区域边界时， 管理器900执行该移动管理规则中的相应命令。例如限定在第一子区域内工作的移动节点 离开第一子区域时，管理器900对该移动节点发出提示它返回第一子区域的指令；当该移 动节点进入危险区域第二子区域时，管理器900可采取更为明显的提示方式，例如发出警 报，或者直接通过广播的语音及时警告。图11是根据本发明的优选实施例，给出管理器上显示的用于建造或维修船只的 基于区域的移动节点管理的地图。在本实施例中，省略了用于建造或维修船只的基于区域 的移动节点管理系统结构框图，但所属领域的技术人员应该明白，系统包括管理器、移动节 点和固定节点。对于大型的船只而言，建造或维修的环境非常复杂。因此，可以将建造或维修船只 的工作区域分成多个子区域进行精细化的管理。所述工作区域可以是船只的三维空间，也 可以是仅仅 针对某一层面(例如甲板上)的二维空间。在船只的每一层都设置固定节点， 以组成ZigBee自组织局域网。如图11所示的地图，船只分为三层，从下往上分别是底层船舱(被划分为第一子 区域)，甲板和第一层船舱(分别被划分为第二子区域和第三子区域)，第二层船舱(被划 分为第四子区域)。
管理器将图11所示的船只左下角0点设置为地图的坐标原点，以建立一个三维坐 标系。用户在该地图上指出各固定节点所在的位置，管理器使得固定节点的位置和地图坐 标进行校正对应，形成各个固定节点在该地图中的三维坐标，包括平面坐标和高度坐标。各 固定节点向管理器发送其ZigBee通信范围内的移动节点的唯一标识信息以及与该唯一标 识信息相关联的位置信息。管理器根据移动节点的唯一标识信息相关联的位置信息，分别 计算获得该移动节点与至少四个固定节点(其中任何三个固定节点不在同一条直线上)的 间隔距离，进而计算出移动节点的三维坐标，将移动节点的位置显示在地图上。管理器根据 移动节点的位置可判断移动节点所在的子区域，以及通过移动节点一段时间内的位置来判 断其运动轨迹。管理器具有用于管理移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理 规则。优选地，在船只入口处设置一个固定节点，读取上船的移动节点的唯一标识信息，根 据移动管理规则来判断该移动节点的唯一标识信息是否允许进入船只所在的区域，以阻止 禁止进入船只的无关人员上船。同时，该固定节点还可自动统计一段时间内上下船的移动 节点的数目(即佩戴移动节点的作业人员的数目)，并可 根据各个移动节点的唯一标识信 息提供上下船作业人员的姓名等情况，以方便管理者更好地进行工作管理。管理器监测到移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则中 的触发事件时，执行该移动管理规则中相应的执行命令。举例说，在管理器中将移动节点靠 近、离开甲板所在的第二子区域边界(即船舷)作为移动管理规则中的一个触发事件，并将 管理器发出报警信号作为移动管理规则中该触发事件相对应的执行命令，则当作业人员靠 近船舷边或者越过船舷掉入海里时，管理器根据该作业人员佩戴的移动节点的三维位置监 测到该触发事件后，能够及时发出报警信号，有利于保证作业人员的人身安全。同时，管理 器可存储该移动节点一时间段内的位置，如果作业人员不小心越过船舷落海，则可在地图 上显示该时间段内移动节点的位置，由此形成该移动节点在该时间段内的运动轨迹，便于 搜救人员准确定位搜救范围。虽然本发明是参考其优选实施例示出和描述的，但本领域的普通技术人员应该理 解，在不脱离附属的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和 细节的各种改变。
权利要求
一种基于区域的移动节点管理的方法，区域内包括至少三个可用于与移动节点进行短距离无线通信的固定节点，以及与固定节点连接通信的管理器，各固定节点与其无线通信范围内的移动节点和管理器进行交互，其特征在于包括将固定节点短距离无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子区域；固定节点接收其短距离无线通信范围内的移动节点的唯一标识信息；固定节点向管理器发送移动节点的唯一标识信息以及与该唯一标识信息相关联的位置信息；管理器设置有移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则；管理器采用所述位置信息计算获得该移动节点的位置，并根据移动节点的位置变化来识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界；以及当该移动节点进入/离开相应子区域或靠近相应子区域边界时，管理器执行该移动管理规则中的相应命令。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于管理器有第一区域表，记录区域的范围以及所述各个子区域的范围； 管理器有第二移动节点表，记录移动节点的唯一标识信息和位置属性； 管理器有第三移动管理规则表，记录各移动节点进入/离开各子区域时所对应的触发 事件和命令；管理器从固定节点实时获取移动节点的唯一标识信息和位置属性，当计算得到相应移 动节点的位置变化时，更新第二移动节点表中相应移动节点的位置属性； 管理器查询第一区域表，判断该移动节点和各子区域的位置关系； 当管理器识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界事件发生，管理器查询 第三移动规则表，判断该事件是否与第三移动规则表中该移动节点进入/离开子区域或靠 近子区域边界的移动管理规则的触发事件相匹配，如果两者相匹配，则管理器执行该移动 管理规则的相应命令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于第二移动节点表中的移动节点的位置属性包含位置及其对应的时间点； 管理器根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域内，当前时 间点的位置在该子区域外，则识别该移动节点离开该子区域；管理器根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域外，当前时 间点的位置在该子区域内，则识别该移动节点进入该子区域；以及管理器根据第一区域表判断得到移动节点当前位置在所定义的某子区域边界的一固 定范围以内，则识别该移动节点靠近该子区域的边界。
4.根据权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于管理器具有一地图，所述固定节点的位置和地图坐标进行校正对应，移动节点的位置 显示在地图上。
5.根据权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于 所述子区域为二维或三维空间的区域。
6.根据权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于所述固定节点与移动节点之间的短距离无线通信为ZigBee通信，所述固定节点之间通过ZigBee形成自组织局域网络，以及该自组织局域网络中至少一个固定节点与管理器 通过以太网或ZigBee技术建立连接。
7.根据权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于所述该移动管理规则所对应的命令包括提示相应的移动节点的命令，发出报警信号的 命令，以及执行一控制动作的命令。
8.根据权利要求1-3其中之一所述的方法，其特征在于进一步包括管理器统计出各个子区域内的移动节点的数目，和/或区域内的移动节点的数目；以及管理器将各个子区域或者区域内的移动节点的数目与预先设定的数目进行比较，如果 不相同，则通过固定节点通知相应的移动节点进入/离开相应的子区域。
9.一种基于区域的移动节点管理的系统，包括至少一个移动节点，具有与之关联的唯一标识信息；至少三个固定节点，与移动节点通过短距离无线连接进行通信，用于其短距离无线通 信范围内的移动节点的唯一标识信息，并将移动节点的唯一标识信息和位置信息相关联; 以及管理器，与固定节点连接通信，用于将固定节点短距离无线通信覆盖范围内的区域划 分为多个子区域；从各固定节点接收移动节点的唯一属性信息以及与该唯一标识信息相关 联的位置信息，并采用所述位置信息计算获得移动节点的位置；设置有移动节点进入/离 开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则；根据所述移动节点的位置变化来识别该移动 节点进入/离开某子区域或靠近子区域边界，以及当该移动节点进入/离开相应子区域或 靠近相应子区域边界时，执行该移动管理规则中的相应命令。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于管理器有第一区域表，记录区域的范围以及所述各个子区域的范围； 管理器有第二移动节点表，记录移动节点的唯一标识信息和位置属性； 管理器有第三移动管理规则表，记录各移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界 时所对应的触发事件和命令；管理器从固定节点实时获取移动节点的唯一标识信息和位置信息，当计算得到相应移 动节点的位置变化时，更新第二移动节点表中相应移动节点的位置属性； 管理器查询第一区域表，判断该移动节点和各子区域的位置关系； 当管理器识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界事件的发生，管理器查 询第三移动规则表，判断该事件是否与第三移动规则表中该移动节点进入/离开子区域或 靠近子区域边界的移动管理规则的触发事件相匹配，如果两者相匹配，则管理器执行该移 动管理规则中的相应命令。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于第二移动节点表中的移动节点的位置属性包含位置及其对应的时间点； 管理器根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域内，当前时 间点的位置在该子区域外，则识别该移动节点离开该子区域；管理器根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域外，当前时 间点的位置在该子区域内，则识别该移动节点进入该子区域；以及管理器根据第一区域表判断得到移动节点当前位置在所定义的某子区域边界的一固 定范围以内，则识别该移动节点靠近该子区域的边界。
12.根据权利要求9-11其中之一所述的系统，其特征在于所述固定节点与移动节点之间的短距离无线通信为ZigBee通信，所述固定节点之间 通过ZigBee形成自组织局域网络，以及该自组织局域网络中至少一个固定节点与管理器 通过以太网或者ZigBee技术建立连接。
13.根据权利要求9-11其中之一所述的系统，其特征在于管理器具有一地图，所述固定节点的位置和地图坐标进行校正对应，移动节点的位置 显示在地图上。
14.根据权利要求9-11其中之一所述的系统，其特征在于 所述子区域为二维空间或三维空间的区域。
15.根据权利要求9-11其中之一所述的系统，其特征在于所述该移动管理规则所对应的命令包括提示相应的移动节点的命令，和发出报警信号 的命令，以及执行一控制动作的命令。
16.根据权利要求9-11其中之一所述的系统，其特征在于管理器统计出各个子区域内的移动节点的数目，和/或区域内的移动节点的数目；以及管理器将各个子区域或者区域内的移动节点的数目与预先设定的数目进行比较，如果 不相同，则通过固定节点通知相应的移动节点进入/离开相应的子区域。
17.一种基于区域的移动节点管理的管理器，包括通信模块，用于与固定节点连接进行通信，从各固定节点接收移动节点的唯一标识信 息以及与该唯一标识信息相关联的位置信息；移动管理规则，用于若干移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理；以及控制管理模块，用于将固定节点短距离无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子区 域；从通信模块获取所述位置信息并计算移动节点的位置；根据所述移动节点的位置变化 来识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界，以及当该移动节点进入/离开相 应子区域或靠近相应子区域边界时，执行该移动管理规则中的相应命令。
18.根据权利要求17所述的管理器，其特征在于所述移动管理规则包括第一区域表，用于记录区域的范围以及所述各个子区域的范 围；第二移动节点表，用于记录移动节点的唯一标识信息和位置属性；以及第三移动管理 规则表，记录各移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界时所对应的触发事件和命 令；控制管理模块从固定节点实时获取移动节点的唯一标识信息和位置属性，当计算得到 相应移动节点的位置变化时，更新第二移动节点表中相应移动节点的位置属性； 控制管理模块查询第一区域表，判断该移动节点和各子区域的位置关系； 当控制管理模块识别该移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界事件的发生，管 理器查询第三移动规则表，判断该事件是否与第三移动规则表中该移动节点进入/离开子 区域或靠近子区域边界的移动管理规则的触发事件相匹配，如果两者相匹配，则控制管理模块执行该移动管理规则中的相应命令。
19.根据权利要求18所述的管理器，其特征在于第二移动节点表中的移动节点的位置属性包含位置及其对应的时间点；控制管理模块根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域内， 当前时间点的位置在该子区域外，则识别该移动节点离开该子区域；控制管理模块根据第一区域表判断得到移动节点前一时间点的位置在某个子区域外， 当前时间点的位置在该子区域内，则识别该移动节点进入该子区域；以及控制管理模块根据第一区域表判断得到移动节点当前位置在所定义的某子区域边界 的一固定范围以内，则识别该移动节点靠近该子区域的边界。
20.根据权利要求17-19其中之一所述的管理器，其特征在于管理器还包括一显示模块，被用于显示一地图；控制管理模块将所述固定节点的位置 和地图坐标进行校正对应，在该地图上显示移动节点的位置。
21.根据权利要求17-19其中之一所述的管理器，其特征在于所述该移动管理规则所对应的命令包括提示相应的移动节点的命令，发出报警信号的 命令，以及执行一控制动作的命令。
22.根据权利要求17-19其中之一所述的管理器，其特征在于所述控制管理模块统计出各个子区域内的移动节点的数目，和/或区域内的移动节点 的数目；以及所述控制管理模块将各个子区域或者区域内的移动节点的数目与预先设定的数目进 行比较，如果不相同，则通过固定节点通知相应的移动节点进入/离开相应的子区域。
全文摘要
本发明公开了一种基于区域的移动节点管理的管理器、系统和方法。该系统包括管理器、移动节点和至少三个固定节点，其中各固定节点与移动节点之间进行短距离无线通信，而固定节点与管理器通过网络连接进行交互。将固定节点短距离无线通信覆盖范围内的区域划分为多个子区域。固定节点接收其通信范围内的移动节点的唯一标识信息，并将该移动节点的唯一标识信息及相关联的位置信息转发给管理器；管理器根据该位置信息计算该移动节点的位置。管理器设置有移动节点进入/离开子区域或靠近子区域边界的移动管理规则，当该移动节点的动作触发移动管理规则，管理器执行该移动管理规则中所对应的命令，例如通知该移动节点，以及发出报警信号。
文档编号H04W16/32GK101860786SQ200910081740
公开日2010年10月13日 申请日期2009年4月9日 优先权日2009年4月9日
发明者周由 申请人:北京易安特信息科技有限公司