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Dokumentenidentifikation DE102006020811A1 26.04.2007
Titel System und Verfahren zur autonomen Wechselwirkung zwischen benachbarten Sensoren in einem Netzwerk von Sensoren
Anmelder Agilent Technologies, Inc. (n.d.Ges.d.Staates Delaware), Palo Alto, Calif., US
Erfinder Werenka, Leon K., Loveland, Col., US
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Anmeldedatum 04.05.2006
DE-Aktenzeichen 102006020811
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse G01D 21/00(2006.01)A, F, I, 20060504, B, H, DE
Zusammenfassung Sensoren in einem Netzwerk weisen jeder einen geographischen Ort auf und dieselben rundsenden jeder periodisch diese Informationen an alle Sensoren in dem Netzwerk. Jeder Empfangssensor erstellt dann eine Liste von Sensoren (Nachbarliste), die diesem Sensor am nächsten sind, durch ein Berechnen des Abstands zwischen sich selbst und den anderen Sensoren. Diese Liste kann dann zusammen mit einem Entscheidungsalgorithmus verwendet werden, um zu entscheiden, ob dieser Sensor agieren oder einen Befehl durchführen soll, wenn derselbe eine Nachricht von anderen Sensoren empfängt. Bei einem Ausführungsbeispiel kann ein Sensor die Nachbarliste verwenden, um spezifische andere ein oder mehr Sensoren anzuweisen, eine spezifische Funktion durchzuführen.

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf Messsensoren und insbesondere auf ein Sensornetzwerk, bei dem benachbarte Sensoren miteinander ohne zentrale Steuerung zusammenwirken, und insbesondere auf Sensornetzwerke, bei denen benachbarte Sensoren autonom miteinander in Wechselwirkung treten, um Messungen durchzuführen.

Viele Anwendungen von verteilten Sensornetzwerken erfordern ein räumliches Verständnis dessen, wo die Sensoren angeordnet sind. Diese geographischen Ortinformationen sind notwendig, so dass das System Entscheidungen treffen kann, ein Phänomen an einem bestimmten Ort zu beobachten oder ein Phänomen an mehreren Orten zu beobachten. Falls z. B. ein Sensor in einem Netzwerk ein lokales Phänomen beobachtet, kann es erwünscht sein, dass andere nahegelegene Sensoren ebenfalls das gleiche Phänomen beobachten. Da es normalerweise keinen Sinn hat, dass alle Sensoren in dem Netzwerk das Phänomen beobachten, sind Versuche, eine derartige Beobachtung unter zentraler Steuerung zu steuern, schwierig zu erreichen.

Eine Struktur zum Erreichen dieses Ergebnisses besteht darin, dass eine zentrale Steuerung alle geographischen Sensororte verfolgt und einen oder mehr Sensoren an einem gewünschten Ort „anweist", eine Messung vorzunehmen, ein Phänomen zu beobachten, eine Aktion durchzuführen oder eine Kombination derselben. Dies verbraucht Übertragungsbandbreite sowie Prozessorzeit und ist oft nicht praktisch. Zum Beispiel wird in früheren Systemen eine manuelle Bestimmung bezüglich des Ortes aller Sensoren in einem Netzwerk vorgenommen. Dann wird eine „Nachbar"-Liste erstellt und an alle Sensoren verteilt. Abgesehen davon, dass dies aufwändig ist, neigt dieser Lösungsansatz zu Fehlern, die sich aus Übertragungsschwierigkeiten sowie aus einer Verwendung von „veralteten" Daten ergeben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sensor und ein Verfahren zur Sensoroperation in einem Netzwerk von Sensoren mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Sensor gemäß Anspruch 1 oder 17 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst.

Sensoren in einem Netzwerk haben jeder einen geographischen Ort, der denselben zugeordnet ist, und dieselben rundsenden jeder periodisch diese Informationen an alle Sensoren in dem Netzwerk. Ein Empfangssensor erstellt dann eine Liste von Sensoren, die diesem Sensor am nächsten sind, durch ein Berechnen des Abstands zwischen sich selbst und den anderen Sensoren. Diese Liste kann dann zusammen mit einem Entscheidungsalgorithmus verwendet werden, um zu entscheiden, ob dieser Sensor agieren oder einen Befehl durchführen soll, wenn derselbe eine Nachricht von anderen Sensoren empfängt.

Diese Liste von geographischen Nachbarn kann auf verschiedene Arten verwendet werden. Eine Art besteht darin, dass ein Sensor eine Aktion durchführt und dann eine Nachricht an andere nahegelegene Sensoren sendet, um die Nachbarsensoren anzuweisen, auf eine bestimmte Art zu agieren. Eine zweite Art besteht darin, dass ein Sensor ein Phänomen beobachtet und dann eine Nachricht an alle Sensoren rundsendet, die denselben mitteilt, dass das Phänomen beobachtet wurde. Jeder Empfangssensor kann dann für sich selbst bestimmen, ob derselbe sich in der Nähe des Phänomens befindet, und ob derselbe agieren kann, und falls dies der Fall ist, bestimmen, ob derselbe auf eine bestimmte Weise basierend auf der Rundsendungsnachricht agieren soll.

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung wird nun Bezug genommen auf die folgenden Beschreibungen zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Mehrsensornetzwerks mit Zwischensensorkommunikation;

2 ein Ausführungsbeispiel eines Sensors zur Verwendung in einem Sensornetzwerk; und

3 Ausführungsbeispiele der Operation eines Sensor- bis 6 netzwerks.

1 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel 10 eines Messsystems, das eine Mehrzahl von beabstandeten Sensoren aufweist. Die hier gelehrten Konzepte können bei einem derartigen System verwendet werden oder können bei einem beliebigen System verwendet werden, bei dem ein Datensammlungspunkt geographische Daten über sich selbst hat, die zu anderen Datensammlungspunkten kommunizieren können. Bei der folgenden Erörterung wird ein System beschrieben, bei dem die geographischen Daten zwischen den verschiedenen Sensoren übermittelt werden (vielleicht als Metadaten zusammen mit Messdaten), z. B. zwischen Sensoren 20-1 bis 20-N.

Bei dem Ausführungsbeispiel von 1 werden, falls dies gewünscht ist, Daten von den Sensoren über ein Netzwerk 12 entweder drahtlos oder durch eine Drahtleitung oder durch eine Kombination derselben an eine Datensammlung 11 gesendet. Es sei auch darauf hingewiesen, dass kein Netzwerk verwendet werden muss, sondern stattdessen einige oder alle Kommunikationen bzw. Übermittlungen von den Sensoren 20-1 bis 20-N Punkt-zu-Punkt unter Verwendung von ein oder mehr Drahtlosprotokollen, wie z. B. dem Bluetooth-Protokoll, sein können. Wie es erörtert wird, können bestimmte Daten auch direkt zwischen Sensoren über eine Verbindung 110 übermittelt werden, bei der es sich vorteilhafter Weise um eine drahtlose Verbindung handelt, die jedoch, falls es erwünscht ist, eine Drahtleitung sein könnte.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel 20 eines Sensors, der verschiedene Steuerungen zum Senden von geographischen Daten zusammen mit gemessenen Daten aufweist. Bei dem Ausführungsbeispiel werden die geographischen Daten, die in einer Speicherung 21 enthalten sind, und Daten von dem Sensor (z. B. Daten, die über einen Eingang 25 erhalten werden) in einer Speicherung 23 gespeichert. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den Speicherungen 21 und 23 um die gleiche Speicherung handeln kann, falls dies gewünscht ist. Es sei auch darauf hingewiesen, dass die gemessenen Daten, die von dem Sensor 20 gesendet werden, nicht in dem Sensor 20 gespeichert werden müssen und an die Datensammlung 11 übermittelt werden können, wenn dieselben gesammelt werden. Der Eingang 25 kann Daten messen oder Daten erfassen oder Bedingungen erfassen und die Ergebnisse des „Erfassens" berichten. Außerdem können Daten dem Sensor 20 von anderen Sensoren über einen Zwischensensorkommunikator 26 geliefert werden. Bei der vorliegenden Erörterung umfassen gemessene Daten, die von dem Sensor 20 gesendet werden, einen beliebigen Modus oder eine beliebige Weise des Sammelns und Sendens derartiger Daten, die Daten umfassen, die von einem anderen Ort beobachtet oder übermittelt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel werden Daten unter der Steuerung eines Prozessors 22 und des Zwischensensorkommunikators 26 gesendet, falls es erwünscht ist, Daten an den Datensammlungspunkt 11 zu senden, dann kann ein Kommunikator 24 verwendet werden.

Eine Steuervorrichtung 202 bestimmt den geographischen Ort des Sensors. Dies kann unter Verwendung eines beliebigen bekannten Verfahrens erreicht werden, wie z. B. GPS, das in den Sensor eingebaut ist, GPS-Daten, die an den Sensor gesendet werden, Fernbestimmung eines Sensororts (z. B. eine Basisstation eines Mobiltelefons, die dem Mobiltelefon seinen Ort sendet).

Eine Speicherung 201 teilt den geographischen Ort von „Nachbarn". Die Definition von „Nachbar" kann sich von Zeit zu Zeit und von gemessenem Phänomen zu gemessenem Phänomen ändern. Diese Definitionen können z. B. von dem Sammlungspunkt 11 heruntergeladen werden und in einem Speicher 203 gespeichert werden.

Der Kommunikator 24 oder der Zwischensensorkommunikator 26 können verwendet werden, um den bestimmten physischen Ort des Sensors rundzusenden. Wenn ein Sensor eine derartige Rundsendung empfängt (die von Sensor zu Sensor wiederholt werden kann), kann der Sensor basierend auf Anweisungen, die in dem Speicher 203 verriegelt sind, bestimmen, ob der geographische Ort eines bestimmten anderen Sensors in Speicherung 202 gespeichert werden soll. Basierend auf dieser Speicherung der geographischen Orte anderer Sensoren kann eine Nachbarliste (oder Listen) bestimmt werden.

Indem jeder Sensor unabhängig seine eigene Liste von nahegelegenen Sensoren erzeugt, ist keine manuelle Systemkonfiguration erforderlich, und die Nachbartabelle kann dynamisch aktualisiert werden, wenn das Sensornetzwerk wächst oder sich verändert, wenn Sensoren bewegt werden oder wenn Sensoren den Status ändern. Dies verringert die Wartungsanforderungen für große Systeme erheblich und verringert das Potential für Fehler, wie z. B. ein Hinzufügen von falschen Einträgen in die Ortstabelle, ein Eingeben einer Ortstabelle in den falschen Sensor oder sogar ein Vergessen, eine Tabelle in einen Sensor einzugeben.

Unter jetziger Zuwendung zu 3 ist ein Algorithmus 30 gezeigt, der in dem Speicher 203 unter der Steuerung des Prozessors 22 gespeichert werden könnte. Der Algorithmus 30 zeigt ein Ausführungsbeispiel zum Erstellen einer Nachbarliste, derart, dass, wenn eine Nachricht über Prozess 301 von einem anderen Sensor empfangen wird, wobei sich geographische Ortsinformationen in der Nachricht befinden, die empfangenen geographischen Informationen gemäß Regeln verarbeitet werden, die in dem Speicher 203 festgelegt sind, um eine „Nachbar"-Liste zu erstellen, wie es durch Prozess 302 gezeigt ist. Die Nachbarliste wird dann über Prozess 303 in der „Nachbarliste" gespeichert. Bei der Nachbarliste kann es sich um eine einzige Liste handeln, oder es kann sich um unterschiedliche Listen handeln, abhängig von einem erwarteten unterschiedlichen gemessenen Phänomen, das später an den Sensor zu übermitteln ist. Von Zeit zu Zeit kann der Algorithmus, der verwendet wird und in dem Speicher 203 gespeichert ist, verändert werden. Dieses Verändern kann z. B. durch das Datensammlungssystem 11 unter der Steuerung von Prozessor 101, Speicherung 102 und Kommunikationsvorrichtung 103, die in 1 gezeigt sind, erfolgen.

4 zeigt einen Algorithmus 40, der ein Ausführungsbeispiel zum Steuern eines Nachbarsensors skizziert, wie es in Prozess 401 gezeigt ist, wenn ein Sensor, wie z. B. ein Sensor 20-1, ein Phänomen beobachtet. Prozess 402 greift auf die Nachbarsensorliste zu, um für das gemessene Phänomen zu bestimmen, welche Sensoren zur weiteren Beobachtung oder zum weiteren Testen zu verwenden sind. Unter der Steuerung von Prozess 403 wird ein Befehl an einen oder mehr Nachbarsensoren gesendet, der die ein oder mehr Empfangssensoren anweist, eine spezifische Funktion durchzuführen. Die Weise, auf die die Funktion bei dem Empfangssensor durchgeführt wird, ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 6 erörtert.

Bei einem alternativen Modus, Algorithmus 50, der in 5 gezeigt ist, bestimmt, wenn Prozess 501 ein Phänomen beobachtet, Prozess 502, ob dieses beobachtete Phänomen an alle Sensoren rundgesendet werden soll oder nur an ausgewählte Sensoren gesendet werden soll. Falls es sich um eine Rundsendung handelt, dann rundsendet Prozess 503 das Phänomen an alle Sensoren in dem System. Falls es eine selektive Rundsendung sein soll, dann greift Prozess 504 auf die geeignete Nachbarsensorliste zu, und basierend auf der Nachbarliste rundsendet Prozess 305 das Phänomen nur an die Sensoren auf der Nachbarliste.

Unter jetziger Zuwendung zu 6 zeigt Algorithmus 60 ein Ausführungsbeispiel, wie ein Sensor eingehende Nachrichten verarbeitet. Prozess 601 empfängt eine Nachricht von ein oder mehr Sensoren, und Prozess 602 bestimmt, ob die Nachricht ein gemessenes Phänomen oder einen Befehl, eine spezifische Aktion durchzuführen, enthält. Falls die Nachricht eine Befehlsnachricht ist, dann führt Prozess 603 die Funktion des Befehls durch. Dieses Durchführen kann vollständig durch den Sendesensor gesteuert werden, oder die Operation kann durch Algorithmen gesteuert werden, die z. B. in dem Speicher 203 des Nachrichtenempfangssensors gespeichert sind, basierend auf Codes oder anderen Anweisungen von dem Sendesensor. Falls es erwünscht ist, kann der Empfangssensor eine Nachricht zurück an den Sendesensor senden, oder derselbe kann die gemessenen Ergebnisse des Befehls zurück an den Datensammlungspunkt 11 senden.

Falls die empfangene Nachricht kein Befehl ist, dann bestimmt Prozess 604, ob ein gemessenes Phänomen an die Nachricht angehängt ist. Ist dies nicht der Fall, dann wird an diesem Punkt nichts unternommen. Falls ein gemessenes Phänomen angehängt ist, dann liest Prozess 605 das gemessene Phänomen und bestimmt den Ort des Sendesensors. Diese Bestimmung kann z. B. durch Informationen vorgenommen werden, die in der Nachricht enthalten sind, wie z. B. geographische Metadaten, die zu dem Ort des Sendesensors zeigen, oder es kann sich um Metadaten handeln, die eine Identifikation des Sendesensors enthalten, was daraufhin ein Nachschlagen des Orts des Sendesensors in der Nachbarliste des Empfangssensors ermöglicht.

Prozess 606 prüft dann seine Anweisungen, z. B. Anweisungen, die in dem Speicher 203 enthalten sind, und bestimmt unter der Steuerung des Prozessors 22 die relative geographische Position zwischen dem Empfangssensor und dem Sendesensor. Basierend auf den relativen geographischen Orten führt Prozess 607 die geeignete Funktion über Prozess 608 durch. Erneut können die Ergebnisse, falls dies erwünscht ist, zurück an den Sendesensor oder an einen Datensammlungspunkt gesendet werden. Auch können die neuen gemessenen Informationen in der Speicherung 23 zur weiteren Verwendung zu einem späteren Zeitpunkt zurückgehalten werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im Detail beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Veränderungen, Ersetzungen und Modifizierungen daran vorgenommen werden können, ohne von der Wesensart und dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie dieselbe durch die angehängten Ansprüche definiert ist. Außerdem soll der Schutzbereich der vorliegenden Anmeldung nicht auf die bestimmten Ausführungsbeispiele des Prozesses, der Maschine, der Herstellung, der Materialzusammensetzung, der Einrichtungen, Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung beschrieben sind, beschränkt sein. Wie es für einen Fachmann ohne weiteres aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung ersichtlich ist, können Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte, die derzeit existieren oder noch zu entwickeln sind, die im Wesentlichen die gleiche Funktion erfüllen oder im Wesentlichen das gleiche Ergebnis wie die entsprechenden hier beschriebenen Ausführungsbeispiele erreichen, gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Dementsprechend sollen die angehängten Ansprüche in ihrem Schutzbereich derartige Prozesse, Maschinen, Herstellung, Materialzusammensetzungen, Einrichtungen, Verfahren oder Schritte umfassen.


Anspruch[de]
Sensor, der folgende Merkmale aufweist:

einen Speicher (201) zum Speichern geographischer Ortsinformationen darin, wobei sich die Ortsinformationen auf andere Sensoren beziehen; und

eine Kommunikationsvorrichtung (24, 26) zum Senden eines geographischen Orts des Sensors an ein Netzwerk von Sensoren.
Sensor gemäß Anspruch 1, bei dem die Kommunikationsvorrichtung ferner zum Senden von Daten wirksam ist, die sich auf ein bestimmtes sensorbeobachtetes Phänomen beziehen. Sensor gemäß Anspruch 2, bei dem die gesendeten Daten zumindest teilweise Daten aufweisen, die sich auf die Identität des Sendesensors beziehen. Sensor gemäß Anspruch 2, bei dem die gesendeten Daten zumindest teilweise Daten aufweisen, die sich auf den physischen Ort des Sendesensors beziehen. Sensor gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem das bestimmte Sensorphänomen nur an Bestimmte der Sensoren in dem Netzwerk gesendet wird. Sensor gemäß Anspruch 5, wobei die bestimmten Sensoren basierend auf geographischen Ortsinformationen, die in dem Sensor gespeichert sind, ausgewählt werden. Sensor gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, der ferner folgendes Merkmal aufweist:

einen Prozessor (22) zum Agieren basierend auf einem Empfangenen des sensorbeobachteten Phänomens von anderen Sensoren, wobei sich die Aktion in Übereinstimmung mit anderen Daten befindet, die vorhergehend in dem Sensor gespeichert wurden.
Sensor gemäß Anspruch 7, bei dem die vorhergehend gespeicherten anderen Daten zumindest teilweise den geographischen Ort des anderen Sendesensors aufweisen. Sensor gemäß Anspruch 8, bei dem die anderen Daten zumindest teilweise den relativen Abstand zwischen dem Sensor und dem anderen Sendesensor aufweisen. Sensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem der Prozessor (22) ferner zum Durchführen einer Aktion unter der Steuerung von Empfangenen des sensorbeobachteten Phänomens wirksam ist, wenn das sensorbeobachtete Phänomen speziell an den Sensor gesendet wird. Sensor gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10, bei dem die Daten, die an spezifische andere Sensoren gesendet werden, Anweisungen an den spezifischen Sensor zum Durchführen zumindest einer spezifischen Aufgabe umfassen. Verfahren zur Sensoroperation in einem Netzwerk von Sensoren, wobei die Operation folgende Schritte aufweist:

Bestimmen eines Phänomens an einem der Sensoren (40, 50) und Durchführen einer bestimmten Aufgabe an einem anderen (60) der Sensoren basierend auf Daten, die von dem einen der Sensoren gesendet werden, wobei die Daten von dem gemessenen Phänomen abhängen und die Aufgabe zumindest teilweise basierend auf relativen geographischen Ortsdaten, die zwischen dem Netzwerk von Sensoren gesendet werden, und zumindest teilweise durch die gesendeten Daten gesteuert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem die bestimmte Aufgabe durch den Datensendesensor gesteuert wird (403). Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem die bestimmte Aufgabe durch eine Programmlogik an dem anderen der Sensoren (503, 505, 606, 607, 608) gesteuert wird. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der andere der Sensoren ein bestimmter Sensor ist, der als sich in einem spezifischen geographischen Bereich bezüglich des Sendesensors befindlich identifiziert worden ist. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem der andere der Sensoren ein bestimmter Sensor ist, der sich selbst basierend auf der Tatsache identifiziert, dass sich der bestimmte Sensor in einem spezifischen geographischen Bereich relativ zu dem Sendesensor befindet. Sensor, der folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung (23, 25) zum Messen physischer Attribute an dem geographischen Ort des Sensors; und

eine Einrichtung (26) zum Senden zumindest eines der gemessenen physischen Attribute an zumindest einen anderen Sensor in einem geographischen Bereich, der mit dem geographischen Ort des Sensors in Beziehung steht.
Sensor gemäß Anspruch 17, der ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung zum Bestimmen der geographischen Orte einer Mehrzahl von anderen Sensoren; und

eine Einrichtung zum Bestimmen des zumindest einen anderen Sensors basierend auf geographischen Ortsdaten einer Mehrzahl von Sensoren, die durch den Sensor bestimmt sind.
Sensor gemäß Anspruch 17 oder 18, der ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung zum Bestimmen des geographischen Orts des Sensors; und

eine Einrichtung zum Aufnehmen des bestimmten geographischen Orts in das Senden des gemessenen Attributs.
Sensor gemäß Anspruch 19, wobei der Sensor ferner folgende Merkmale aufweist:

eine Einrichtung zum Empfangen gesendeter gemessener Attribute von anderen Sensoren; und

eine Einrichtung zum Einleiten einer Aktion basierend auf den relativen geographischen Orten zwischen den Empfangssensoren und einem Sendesensor und basierend auf dem Inhalt der gesendeten physischen Attribute.






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