JP3914591B2

JP3914591B2 - 移動資産追跡方法

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Publication number: JP3914591B2
Application number: JP14378896A
Authority: JP
Inventors: ケネス・ブレイクリー・ウェルス・ザ・セカンド; アーファン・アリ; ダニエル・デイビッド・ハリソン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: IL118284A; IL118284A0; CA2176878C; US5608412A; EP0748082A1; CA2176878A1; DE69631497T2; DE69631497D1; JPH09133756A; EP0748082B1

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は資産の追跡に関するものであり、更に詳しくは宇宙をベースとした広域測位システム（ＧＰＳ：ｇｌｏｂａｌｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）を使用して、物資や運搬装置等の一時的に静止する資産の追跡に関するものである。物資は追跡する必要のある資産の例であるが、商品を積み込むコンテナ、コンテナ・トラックおよび鉄道車両自体も追跡する必要のある資産である。
【０００２】
【従来の技術】
製造工場、倉庫または通関港から目的地へ輸送される商品は通常、適時に安全に引き渡しが行えるよう追跡される。従来の追跡の一部は、輸送文書および流通証券を使用して行われてきた。これらの内のあるものは商品と一緒に運ばれ、他のものは郵便または定期便によって受領目的地に送られる。この紙の追跡により記録が得られるが、これは商品が安全に引き渡しされて受領された場合のみ完了する。しかし、輸送中の商品の位置を知ることが必要になることがある。商品の位置の情報は、在庫管理、日程管理および監視に使用することができる。
【０００３】
輸送者は、自分の運搬装置を追跡し、それらの運搬装置にどんな商品が積み込まれるかを知ることにより、商品の位置についての情報を提供してきた。商品は、たとえば輸送コンテナまたはコンテナ・トラックに積み込まれることが多く、輸送コンテナ、コンテナ・トラックは鉄道車両に積み込まれる。このような運搬装置を追跡するために種々の装置が使用されてきた。鉄道車両の場合には、鉄道車両に取り付けられている受動的な無線周波（ＲＦ）トランスポンダを使用して、各鉄道車両が中間局を通過するときに各鉄道車両の問い合わせを容易にし、鉄道車両の識別標識を供給する。次にこの情報は、放射信号または陸上線路により、鉄道車両の位置を追跡している中央局に送られる。しかしこの手法には、特定の鉄道車両が長時間にわたって待避線に止まっている間は中間局を通過しないという欠陥がある。更に、中間局の設備は高価であるので、鉄道線路のレイアウトに応じて、間隔を変えて中間局を設置するという妥協が必要となる。したがって位置情報の精度は、鉄道線路上の場所に応じて変わる。
【０００４】
最近、列車等の種々の運搬装置を追跡するために移動追跡装置が使用されてきた。通信はセル状移動電話またはＲＦ無線リンクによって行われてきた。このような移動追跡装置は一般に、すぐ使える電源のある機関車に据え付けられる。しかし、輸送コンテナ、コンテナ・トラック・トレーラおよび鉄道車両の場合には、類似の電源は容易には得られない。コンテナおよび運搬装置に取り付けられ得る移動追跡装置は、確実で経済的な動作を行うために電力効率が良くなければならない。通常、移動追跡装置は、一組の航行局から送信される航行信号に応答する航行装置、たとえば宇宙をベースとした広域測位システム（ＧＰＳ）の受信器または他の適当な航行装置を含む。上記の航行局は宇宙局であっても、地上局であってもよい。いずれの場合も、航行装置は、航行信号に基づいて運搬装置の位置を表すデータを供給することができる。更に、追跡装置は、運搬装置に取り付けられた検知素子から取得された運搬装置の位置データおよび他のデータを遠隔位置に送信するための適当な電磁放出器を含むことができる。現在の資産位置測定方法では、位置を決定して中央局に報告するハードウェアを各被追跡品目に個別に設けなければならない。このように、被追跡資産は輸送中の他の資産についてまたは自分自身に対する他の資産の可能な関係について全く「知らない」。中央局に報告する際に、このようなシステムでは、報告されている資産の数にほぼ比例した帯域幅を必要とする。このようなシステム全体の総電力消費も被追跡資産の数に比例する。更に、航行装置および電磁放出器は一般に、付勢されたとき移動追跡装置の総電力消費の大きな部分を必要とするので、このような装置をそれぞれ作動させる比率を制御して、それぞれのデューティサイクルを制限することにより、移動追跡装置の総電力消費を最小にすることが望ましい。
【０００５】
現在のほとんどの資産追跡システムは陸上形システムであり、その中では資産上の無線装置は公衆陸上移動無線ネットワークまたはセル状ネットワークのような固定のネットワークの中間局に情報を送信する。これらのネットワークは広範な通達範囲を有しておらず、資産追跡装置は高価である。オムニトラックス（ＯＭＮＩＴＲＡＣＫＳ）として知られているクアルコム社（ＱｕａｌｃｏｍｍＩｎｃ．）によって開発された衛星をベースとしたトラック追跡システムが、米国およびカナダで稼働している。このシステムを動作させるためには専用の指向性アンテナおよびかなりの電力が必要であり、２つの衛星から求められる運搬装置の位置は約１／４ｋｍの精度で得られる。米国特許第５，１２９，６０５号には、列車の機関車に設置されるための鉄道車両測位システムが説明されている。この鉄道車両測位システムは、ＧＰＳ受信器、車輪タコメータ、トランスポンダ、および機関士からの手動入力を使用することにより、位置報告を作成するための入力信号を供給する。
【０００６】
１９９５年６月７日出願の米国特許出願第０８／４８４，７５０号および米国特許出願第０８／４８７，２７２号に開示されている資産追跡システムでは、「マター（ｍｕｔｔｅｒ）モード」のローカル・エリア・ネットワークに基づく追跡システムを使用してデータを発生して、このデータを中央局に送信している。この資産追跡システムには、２つの通信モードがある。１つのモードは中央局と追跡装置との間の通信であり、これは通常、衛星を介して行われる。他のモードは、「マターモード」と呼ばれ、追跡装置相互の間のローカル・エリア・ネットワークである。その中の１つの追跡装置はマスタ装置と呼ばれ、中央局と通信する。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の１つの目的は、操車場内の鉄道車両のように、被追跡資産（追跡すべき資産）が、ある期間の間、一時的に静止しているときの、これらの被追跡資産のローカル・エリア・ネットワークを提供することである。
本発明によれば、専用の静止マスタ追跡装置が移動追跡装置と通信し且つ情報を中央局に送信する責任を負う。ほとんどの場合、専用の静止マスタ追跡装置はある高さ、たとえば柱の上に取り付けられ、操車場のような移動追跡装置の密度が高い場所に配置される。単一または複数の静止マスタ追跡装置が同じ近傍に存在してもよい。静止マスタ追跡装置は一定の電源を有し、衛星または専用の陸上線路を介して中央局と通信する。
【０００８】
本発明は静止マスタ装置と移動追跡装置との間で通信を行うためのプロトコルを提供する。このプロトコルは、操車場に入る新しい移動追跡装置を捕捉するための機構、および操車場を去る移動追跡装置を解放するための機構を構成する。このプロトコルは下記の理由により、移動追跡装置の消費電力を低減する。
１．移動追跡装置は中央局と通信する必要がない。移動追跡装置はマターモードにより静止マスタと通信し、静止マスタは中央局と通信する。また、中央局からの指令は静止マスタ追跡装置を介して移動追跡装置に中継される。
【０００９】
２．移動追跡装置はＧＰＳによる位置の決定を行う必要が無い。移動追跡装置の位置は、静止マスタ追跡装置の近傍にあることにより追跡される。
３．効率の良いマターモード通信プロトコルを使用することにより、電力消費の負担が移動追跡装置ではなく、静止マスタ追跡装置に課せられる。
４．マターモード通信に対して高帯域幅を使用することにより、移動追跡装置が情報を受信または送信するために「オン」にとどまっていなければならない時間が短縮される。
【００１０】
このプロトコルはまた、移動追跡装置のすべての動作モードを支援する。それらの動作モードには、移動追跡装置から所定の間隔で報告を送るようにする、予め割り当てられたデータの報告、センサにより起動される警報の報告、ならびにテータおよび移動追跡装置の動作モードの変更に対するポーリングされた要求が含まれる。
【００１１】
新規性があると考えられる本発明の特徴は特許請求の範囲に記載されている。しかし、本発明ならびに本発明の上記以外の目的および利点は、付図とともに以下の説明を参照することにより最も良く理解することができよう。
【００１２】
【好ましい実施態様の説明】
図１はＧＰＳ衛星の配列からの航行信号を用いる移動追跡装置を示すが、上記のようにＧＰＳの代わりに他の航行システムを使用することができる。追跡または監視すべきそれぞれの積み荷を運ぶ運搬装置、たとえば車両１２Ａ−１２Ｄに一組の移動追跡装置１０Ａ−１０Ｄが取り付けられる。各移動追跡装置（以後まとめて１０と表す）と中央局１８との間に、通信リンク１４、たとえば通信衛星１６を介した衛星通信リンクを設けることができる。中央局１８には、一人以上の操作員が配置され、移動追跡装置を有する各運搬装置に対する位置および状態の情報を表示するための適当な表示装置等が設けられている。適当な検知素子で測定された運搬装置の状態または事象を送信するために、通信リンク１４を都合よく使用することができる。通信リンク１４は片方向（移動追跡装置から遠隔の中央局へ）または両方向とすることができる。両方向の通信リンクでは、メッセージおよび指令を追跡装置に送ることができるので、通信の信頼度が更に向上する。ＧＰＳ衛星の配列、たとえばＧＰＳ衛星２０Ａおよび２０Ｂは、非常に正確な航行信号を供給する。これらの航行信号は、適当なＧＰＳ受信器によって取得して、運搬装置の位置および速度を決定するために使用することができる。
【００１３】
簡単に述べると、ＧＰＳは米国国防省によって開発され、１９８０年代を通じて次第に稼働されてきた。ＧＰＳ衛星は拡散スペクトル技術を使用して、Ｌバンドの周波数の無線信号を絶えず送信する。送信される無線信号は擬似ランダム系列を伝える。これらの擬似ランダム系列により、ユーザは地表上の位置（約１００フィート以内）、速度（約０．１ＭＰＨ以内）、および精密な時間情報を決定することができる。ＧＰＳ衛星のそれぞれの軌道が全世界を包含するように選択されているという点で、そしてこのような非常に正確な無線信号が米国政府により無料でユーザに提供されているという点で、ＧＰＳは使用するのに特に魅力的な航行システムである。
【００１４】
図２は移動追跡装置１０を示す。移動追跡装置１０は航行装置５０を含み、航行装置５０は運搬装置の位置に事実上対応するデータを発生することができる。航行装置の選択は、移動追跡装置に航行信号を供給するために使用される特定の航行システムによって左右される。好ましくは航行装置は多チャネル受信器のようなＧＰＳ受信器であるが、対応する航行システムから信号を取得するために設計された他の受信器を代わりに用いてもよい。たとえば、航行装置は、運搬装置の位置の所要の精度に応じて、ロランＣ（Ｌｏｒａｎ−Ｃ）受信器、またはＧＰＳ受信器に比べて精度の低い他のこのような航行受信器を含んでいてもよい。また、航行装置は、本来、中央局と両方向通信を行い、このような両方向通信を実行するために別個に付加的な構成要素を動作させる必要の無いトランシーバを含んでいてもよい。簡単に述べると、このようなトランシーバにより、衛星距離測定手法を実行することが可能になる。この衛星距離測定手法では、宇宙での位置がわかっている２つの衛星から運搬装置および中央局までの距離測定値を使用するだけで運搬装置の位置が決定される。各々の場合に航行装置の消費電力は、電源をそなえていない運搬装置、たとえば貨物コンテナ、貨物を運ぶために使用される鉄道車両等の移動追跡装置の確実で経済的な動作に対して厳しい制約を課す。たとえば、代表的な現在のＧＰＳ受信器は一般に、２ワットもの電力を必要とする。ＧＰＳ受信器が位置決定を行うためには、ＧＰＳ受信器をある最小期間付勢して、与えられた一組のＧＰＳ衛星から充分な信号情報を取得することにより航行解を求めるようにしなければならない。本発明の主要な利点は、移動追跡装置の航行装置および他の構成要素の作動率または使用率を選択的に下げることにより、移動追跡装置の所要エネルギを大幅に下げられるということである。特に、運搬装置が停止している間、航行装置の作動率を下げれば、移動追跡装置の所要エネルギは大幅に、たとえば少なくとも１／１００に減らすことができる。
【００１５】
移動追跡装置１０は、航行装置５０から機能的に独立した通信トランシーバ５２を含む。航行装置にトランシーバが含まれていれば、トランシーバ５２の機能は航行装置５０のトランシーバで行うことができる。通信トランシーバ５２と航行装置５０の両方とも、制御器５８によって作動される。制御器５８は、クロック・モジュール６０からクロック信号を受信する。トランシーバ５２は通信リンク１４（図１）を介して中央局に運搬装置の位置データを送信し、同じリンクを介して中央局から指令を受信することができる。ＧＰＳ受信器が使用される場合には、ＧＰＳ受信器とトランシーバを都合よく単一の装置として一体化して、設置と動作の効率を最大限にすることができる。このような一体化装置の一例が、米国カリフォルニア州サニベール所在のトリムブル・ナビゲーション社（ＴｒｉｍｂｌｅＮａｖｉｇａｔｉｏｎ）から入手できるギャラクシー・インマーサット・シー・ジーピーエス（ＧａｌａｘｙＩｎｍａｒｓａｔＣ／ＧＰＳ）一体装置である。これは、中央局と移動追跡装置との間のデータ通信および位置報告に都合のよいように設計されている。ＧＰＳ信号取得と衛星通信の両方に対して単一の低プロフィールのアンテナ５４を使用することができる。
【００１６】
低電力で短距離の無線リンクにより、近傍の移動追跡装置をネットワークに加わらせて、このようなネットワークの電力消費を最小にし、高い信頼性と機能を維持することが可能になる。各追跡装置は、図２に示すように、電源６２（これは充電回路６４を介して太陽電池のアレー６６によって充電することができる蓄電池パックを含んでいる）、ＧＰＳ受信器５０、通信トランシーバ５２、ならびに種々のシステムおよび運搬装置のセンサ６８Ａ−６８Ｄに加えて、低電力のローカル・トランシーバ７０およびマイクロプロセッサ７２を含む。マイクロプロセッサ７２は追跡装置の他の要素のすべてと連絡して、それらを制御する。トランシーバ７０は、現在の無線ローカル・エリア・ネットワークで使用されているような市販のスペクトル拡散（ｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍ）トランシーバとすることができる。スペクトル拡散トランシーバ７０には、それ自身の低プロフィールのアンテナ７４が設けられる。
【００１７】
ローカル・トランシーバ７０を利用して、マイクロプロセッサ７２は通信範囲内の他のすべての追跡装置と通信して、動的に構成されたローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）を形成する。この動的に構成されたＬＡＮを以後「マター（ｍｕｔｔｅｒ）ネットワーク」と呼ぶ。このようなマターネットワークが全体的に図３に示されている。図２に示されるような形式の追跡装置を取り付けた多数の貨物車両８２₁，８２₂，．．．，８２_nが列車に含まれるときには、これらの装置のすべては情報を交換する。各マイクロプロセッサはそれ自身のそれぞれの追跡装置の電源に結合されているので、各追跡装置の利用できる電力の状態も交換することができる。一旦この情報が利用可能になれば、最も大きな利用可能電力（すなわち、最も充分に充電された蓄電池）を有する追跡装置がマスタとして指定され、他の追跡装置がスレーブとなる。マスタ追跡装置はＧＰＳ位置および速度受信機能を遂行し、これらのデータを列車上の他のすべての追跡装置の識別標識（ＩＤ）とともに組み立て、この情報を単一のパケットで周期的に通信衛星８６を介して中央局８４に送信する。
【００１８】
一時点において、すべての追跡装置の内の１つのＧＰＳ受信器（と１つの通信トランシーバだけが）ターンオンされるので、総システム電力が低減される。更に、弱った蓄電池を持つ追跡装置は、追跡装置中の最も電力を消費する機能であるＧＰＳ受信機能または情報送信および指令受信機能を遂行しない。この機能はまた、劣化した電源または部分的に働いている電源を持つ装置により消費される電力を自動的に低減するので、各追跡装置の信頼性を向上させる。したがって、損傷した太陽電池または完全な電荷を保持できない蓄電池を持つ追跡装置は、それが完全に機能している追跡装置を含む列車の一部であるときは、まだ完全に機能を果たすことができる。
【００１９】
各追跡装置において、ＧＰＳ受信器と衛星トランシーバおよびそれらのアンテナは主要な複雑なモジュールである。これらのモジュールのどれかが故障した場合、代わりの通信システムが存在しない限り、その追跡装置は動作できなくなる。しかし、この機能不全のモジュールを有する追跡装置が完全に動作する追跡装置を含む列車の一部であるとき、図２に示された低電力のスペクトル拡散トランシーバ７０を使用することにより、該機能不全の追跡装置を動作させることができる。信頼性に関する別の特徴は、機能不全の追跡装置がその位置と共にその故障状態を報告でき、これにより修理の予定ができることである。
【００２０】
付加的な信頼性に関する特徴は、機能不全のモジュールが動作している追跡装置を含んでいる列車の一部でない場合でも、この機能不全のモジュールの位置を突き止めることができることである。機能不全の追跡装置を有する車両が孤立している場合（または機能不全の追跡装置が列車上の唯一の追跡装置である場合）、その低電力トランシーバが（電力節約のため）低デューティ・サイクルで監視すなわち「聞き耳を立てる」。機能不全の追跡装置が動作している追跡装置（これは他の追跡装置に対しＩＤ要求を絶えず送信している）の通信範囲内に入ると、機能不全の追跡装置はそれ自身のＩＤ（識別標識）と状態を表す信号を送出する。この情報は中央局にデータ収集のために転送される。このようにして、電源、ＧＰＳ受信器、衛星送信器またはアンテナに機能不全のある孤立した追跡装置は、該装置が正しく機能している追跡装置を通り過ぎるときに周期的に報告される。
【００２１】
複数の追跡装置の間でマスタとスレーブの役割を交換する能力により、送信ダイバーシティ（ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ）を行うことができ、これによって通信リンクの品質および受信データの完全性が向上する。これが有利である理由は、２つの装置の内の一方（すなわち最も充電された蓄電池を有する装置）からの送信信号が衛星への見通し線中の障害物によって生じる陰影損失により重大な減衰を受けることがあるからである。２つの装置の間で選択を行うことにより、この影響を緩和することができる。このような選択を一層多数の装置の間で行えるようにすれば、多数の追跡装置に対する平均電力を犠牲にして通信リンクの品質が改善される。現在、ＧＰＳ機能は最も多くの電力を消費し、この場合、送信選択は２つの追跡装置に限定される。
【００２２】
マターモードを使用するために、特定の動作が行えるようにするプロトコルが設けられる。これらの動作には、次のものが含まれる。
（１）２つ以上の独立の追跡装置によってネットワークを形成し、どの装置をネットワークのマスタとするか決めること。
（２）マスタ追跡装置とすべてのスレーブ追跡装置との間の定期的な通信によりネットワークを維持すること。
【００２３】
（３）１つ以上の追跡装置がマスタ追跡装置の通信範囲の外に出たとき、それらをネットワークから除去すること。
（４）１つ以上の追跡装置がマスタ追跡装置の通信範囲内に入ったとき、それらをネットワークに加えること。
（５）２つ以上のネットワークのマスタ追跡装置が互いの通信範囲内に入ったとき、これらのネットワークを併合すること。
【００２４】
（６）蓄電池電力の弱いマスタ追跡装置から蓄電池電力の一層強いスレーブ追跡装置へマスタ追跡装置の役割を移すこと。
上記の６つ動作は蓄電池の電力を節約するやり方で遂行されなければならない。これは、どの追跡装置からも送信されるデータの量が最小限になるようにすること、および追跡装置の受信器がオンになっていなければならない時間を最小にすることを意味する。これらの目的は、個別のクロツクの限られた精度、および有限の誤り率を持つ通信チャネルのような、現実の経済的かつ技術的な制約内で満足しなければならない。
【００２５】
「マターモード」は、ネツトワーク内のすべてのスレーブ追跡装置がそのネツトワークのマスタ追跡装置と通信する報告周期を含む。報告周期を短くすると資産の移動の時間分解能が改善され、報告周期を長くすると使用電力が少なくなる。報告周期は数個の報告小周期に分割される。報告小周期を短くするとメッセージの再送信を増やして信頼性を向上することができ、報告小周期を長くするとメッセージの衝突（すなわち同時のメッセージ相互間の干渉）が少なくなり、ネツトワーク当たり一層多数の資産を扱うことが出来る。各資産上の追跡装置の局部的クロツクは、１報告周期にわたって測定された短期間相対クロツク精度と、数日にわたって測定された長期間絶対クロツク精度とを有する中位の精度である。長期間クロツク精度は、ＧＰＳ衛星との通信中、または追跡装置が周期的に接触する他の任意の追跡または通信中に補正される。精度を高くするとシステムの消費電力が少なくなり、他方、精度を低くするとシステムのハードウェアのコストが下がる。
【００２６】
マターモードで追跡装置相互の間で送られるメッセージは、任意のプリアンブルおよび同期ビット、データビット並びに誤り検査ビットを含む送信時間を有する。ポーリングおよび確認ビット対は１つのタイム・スロットを占め、このタイム・スロットはすべての保護バンドおよびターンアラウンド時間を含む。送信時間を短くすると消費電力は少なくなるが、送信時間を長くするとメッセージ送信成功率が大きくなる。追跡装置は２つの異なるチャネルで送信や受信を行うことができる。これらのチャネルは異なる周波数にするか、或いはＰＮ（すなわち、正／負）系列スペクトル拡散符号の異なる系列とすることができる。これらのチャネルはチャネル１およびチャネル２と表される。このプロトコルでは、すべての通信に対して同じチャネルを使用することも可能であるが、他の用途でのプロトコルに対するインタフェースがこれら２つのチャネルを使用してもよい。
【００２７】
追跡装置の通信動作は、その追跡装置がどの状態またはモードにあるかに応じて左右される。追跡装置は下記のモードの１つにすることができる。
（１）自律モード：このモードでは、追跡装置は中央局と直接通信する。この追跡装置はマターモードのネットワークに接続されない。
（２）孤児モード：このモードでは、追跡装置（すなわち「孤児」追跡装置）は中央局と通信することができず、マターモードのネットワークに接続されない。中央局は孤児追跡装置の現在の位置についての情報を持っていない。孤児装置はそれの現在位置を表すデータを持っていても、持っていなくてもよい。
【００２８】
（３）マスタ・モード：マスタ追跡装置は中央局と直接通信し、またマターモードの他の追跡装置とネットワークに接続されて、このネットワーク内の追跡装置についての情報を中央局に送信する。
（４）スレーブ・モード：各スレーブ追跡装置は中央局と直接通信しないが、マターモードのネットワークに接続されていて、該装置のセンサ情報および随意選択により該装置の位置情報をマスタ追跡装置に送る。このスレーブ追跡装置からの情報は次いでマスタ追跡装置により中央局に送信される。
【００２９】
本発明は、一時的に特定の場所に移動追跡装置が高密度で存在する状況に特に適用可能である。通常この状況が存在するのは、機関車と連結する前に編成鉄道車両から切り離し或いは追加するために待避線に配置されている鉄道車両の操車場である。図４には、操車場が示されており、この操車場では多数の追跡装置１００₁、１００₂、・・・・、１００_nがそれぞれ鉄道車両１０２₁、１０２₂、・・・・、１０２_nに取り付けられている。移動追跡装置と通信するために、１つ以上の静止マスタ装置が操車場内に設けられる。図４では、このような２つの静止マスタ１０４₁および１０４₂が示されており、それぞれ塔１０６₁および１０６₂に取り付けられている。各静止マスタ追跡装置は、操車場からの直接の電源が設けられている点を除けば、図２に示されている移動追跡装置とほぼ同じである。したがって、太陽電池のアレー６６および充電回路６４を有する蓄電池電源６２は、随意選択による蓄電池のバックアップが必要となる用途以外では、一般に省略される。各マスタ追跡装置は、それ自身の「マター（ｍｕｔｔｅｒ）」ネットワーク上の移動追跡装置と通信する。
【００３０】
特定の操車場で多数の静止マスタ追跡装置を用いる必要があるかも知れない。たとえば、１つの静止マスタ追跡装置からの送信がすべての移動追跡装置に達するには操車場が大き過ぎるかも知れないし、あるいは単一の静止マスタ追跡装置がすべての移動追跡装置に対して見通し線上での通信ができないこともある。多数のマスタ装置が同じ場所に存在し得るようにするため、数個の、好ましくは３つの異なる信号およびデータ・チャネル対が設けられる。異なる静止マスタ装置による直接系列スペクトル拡散伝送のために異なるＰＮ系列を使用することによって、互いに干渉しないこれらのチャネルを実現することができる。
【００３１】
好ましい実施例のチャネルは９０２−９２８ＭＨｚのＩＳＭ帯域の中にあり、直接系列スペクトル拡散伝送を使用する。通信のためのデータ速度は何十ｋｂｐｓ（キロビツト／秒）のオーダであり、１９．２ｋｂｐｓのデータ速度が好ましい。通信のために２つのチャネルが使用される。すなわち、静止マスタ追跡装置から移動追跡装置への通信のための信号チャネル、および移動追跡装置から静止マスタ追跡装置への通信のためのデータ・チャネルである。信号チャネルでは、静止マスタ装置が継続的にすなわち高繰り返し速度で周期的に、その存在を示す信号を放送する。信号には、他の重要な情報も含まれている。信号チャネル上の情報のためのフォーマットを次に示す。
【００３２】
【表１】

【００３３】
上記のフォーマットで、「Ｔ」は信号チャネルの情報の繰り返しのための周期である。これは実行に依存し、フレームの長さでもある。「ＳＹＮＣＨ」は搬送波の同期と記号の境界を設定するための同期化プリアンブルである。「ＳＭＩＤ」は静止マスタの識別標識である。「ＳＭＬｏｃ」は静止マスタの位置を緯度と経度で表したものである。「ＴＩＭＥ」は時間放送である。「ＰＫＴ−ｉ」は任意の特定の移動追跡装置にアドレス指定されるパケットである。装置１から装置ｎまでの異なる移動追跡装置にそれぞれアドレス指定された多数のパケットがある。移動追跡装置にアドレス指定されたすべての情報はＰＫＴ−ｉに含まれる。「ＩＤＬＥ」はフレームに送信すべき情報がそれ以上無い場合には、零ビツトで埋められる。
【００３４】
ＰＫＴ−２で示されるような、移動追跡装置に対するパケットのフォーマットも上記されている。重要なメッセージ、たとえば肯定応答（ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅｍｅｎｔ）を移動追跡装置に送らなければならない場合には、これをフレームで繰り返し送信することができる。パケットの種々のフィールドは次の通りである。
【００３５】
「ＳＹＮＣＨ」は搬送波の同期と記号の境界を設定するための同期化プリアンブルである。このフィールドが各パケットに含まれているので、移動追跡装置は順方向チャネルの情報を素早く復号し始めることができる。「Ｆ」はフラグである。パケットの中の第１のフラグはパケットの初めを示し、第２のフラグはパケットの終わりを示す。「ＭＯＢＩＬＥＡＤＤＲ」はアドレス指定された移動追跡装置のアドレスである。「Ｃ」は制御フィールドであり、アドレス指定された移動追跡装置に対する異なるデータ・メッセージおよびビット単位で表したメッセージの全長についての情報が入っている。「ＭＥＳＧ−ｊ」はアドレス指定された移動追跡装置に対するｊ番目のメッセージである。移動追跡装置に対する種々のメッセージには、肯定応答、移動追跡装置の動作モードを変更するための指令、センサ情報に対するポーリングされた要求が含まれる。「ＥＣ」はＭＥＳＧフィールド乃至ＭＯＢＩＬＥＡＤＤＲフィールドに対して形成される誤り検出または検出および補正符号である。
【００３６】
データ・チャネルは移動追跡装置から静止マスタ追跡装置に情報を伝えるために使用される。移動追跡装置から静止マスタ追跡装置への情報には、位置報告、静止マスタ追跡装置とネットワーク接続する要求、予め割り当てられたデータ報告および警報センサの報告が含まれる。移動追跡装置によるデータ・チャネルへのアクセスの好ましいモードはランダム・アクセスにより行われる。プロトコルは、プロシーディングズ・オブ・ザ・フォール・ジョイント・コンピュート・コンフェレンス・エーエフアイピーエス・コンフェレンス３７（ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＦａｌｌＪｏｉｎｔＣｏｍｐｕｔｅＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅＡＦＩＰＳＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅ３７）、１９７０、エヌ・アブラムソンによる「アロハ・システム：コンピュータ通信のためのもう１つの代案（ＴｈｅＡｌｏｈａＳｙｓｔｅｍ：ＡｎｏｔｈｅｒＡｌｔｅｒｎａｔｉｖｅｆｏｒＣｏｍｐｕｔｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）」に説明されているようなアロハ（Ａｌｏｈａ）プロトコルを使用した。異なるＰＮ系列を異なる移動追跡装置が使用することにより、メッセージの衝突の確率を更に下げることができる。肯定応答は信号チャネルで移動追跡装置が受信する。移動追跡装置が所定の期間内に静止マスタ追跡装置から肯定応答を受信することに失敗した場合には、その移動追跡装置は、ランダムな期間の間休止した後、データを再送する。送信の再試行の最大数は制限される。データ・チャネル上の移動追跡装置からのパケットのフォーマットを下記に示す。
【００３７】
【表２】

【００３８】
上記のフォーマットで、「ＭＯＢＩＬＥＩＤ」は発信源の移動追跡装置のアドレスである。
静止マスタ追跡装置とともにネットワークに移動追跡装置が加わるためのプロセスが、図５に示されている。このプロセスは、移動追跡装置が静止しており、自律モードにあるものと仮定している。このモードでは、４時間毎に信号チャネルを順次捜すように移動追跡装置がプログラミングされる。したがって、ステップ５０１で４時間が過ぎたと判定されたとき、ステップ５０２で信号チャネルの探索が行われる。各信号チャネルに対して決定ステップ５０３で試験が行われ、エネルギが検出される。いずれかのチャネルに対してエネルギが検出された場合、少なくとも１つのチャネルに対してエネルギが検出されたことを示すためにフラグがセットされる。あるチャネルに対してエネルギが検出されず、フラグがセットされない場合には、決定ステップ５０４で試験が行われ、探索すべきチャネルがまだあるか判定される。探索すべきチャネルがまだある場合には、プロセスはループでステップ５０２に戻り、他のチャネルを捜す。すべてのチャネルを捜した後にエネルギーのあるチャネルが検出されなかった（すなわち、フラグがセットされていない）場合には、ステップ５０５で期間がリセットされた後、移動追跡装置は待機モードすなわち「スリープ」モードに入り、これは次の４時間の期間が過ぎるまで続く。信号チャネルでエネルギが検出されると、ステップ５０６で移動追跡装置はエネルギのレベルを記録する。次に判定ステップ５０７で試験が行われ、探索すべきチャネルがまだあるか判定する。探索すべきチャネルがまだある場合には、プロセスはループでステップ５０２に戻る。チャネルで一旦エネルギが検出されれば、フラグがセットされ、たとえ後続のチャネルでエネルギが検出されなくても後続の各チャネルに対してこのループが繰り返される。後続のチャネルでエネルギが検出された場合には、検出されたレベルが単に零として入力される。
【００３９】
すべてのチャネルが探索されたとき、ステップ５０８で、最大エネルギが検出された信号チャネルに対応する静止マスタ追跡装置を移動追跡装置が選択する。ステップ５０９で、移動追跡装置はランダムな時間の間休止する。その後、ステップ５１０で移動追跡装置は静止マスタ追跡装置にメッセージを送信することにより、ネットワークに加わることを要求する。メッセージでは、移動追跡装置にそれの現在のＧＰＳ位置を含めてもよい。次に判定ステップ５１１で移動追跡装置は所定の時間の間、肯定応答が無いか順方向信号チャネルを監視する。順方向信号チャネルで肯定応答を受信しなかった場合には、決定ステップ５１２および５１３に示すように移動追跡装置はランダムな間隔で３回再試行する。移動追跡装置がまだ肯定応答を受信しない場合には、その移動追跡装置は自律モードにとどまり、プロセスはループでステップ５０５に戻った後、移動追跡装置はそれの待機モードまたは「スリープ」モードに戻る。移動追跡装置が肯定応答を受信すると、ステップ５１４でこの移動追跡装置はそのモードをネットワーク接続に変える。ネットワーク接続モードでは、移動追跡装置は４時間ごとに少なくとも１回、静止マスタ追跡装置にメッセージを送る。
【００４０】
静止マスタ追跡装置からの要求があったとき、または移動追跡装置が最初にネットワークに入ったとき、移動追跡装置はそれの座標または擬似時間差、ならびに座標を決定するためにそれが使用したＧＰＳ衛星の識別標識を静止マスタ追跡装置に送信する。移動追跡装置が低減オーダーＧＰＳ（ＲＯＧＰＳ：ｒｅｄｕｃｅｄｏｒｄｅｒＧＰＳ）を行う場合には、移動追跡装置は到着時間差およびＧＰＳ衛星識別標識だけを静止マスタ追跡装置に送信し、静止マスタ追跡装置が差動ＧＰＳを遂行して、移動追跡装置の位置を中央局に送信する。移動追跡装置が完全なＧＰＳの能力をそなえている場合には、移動追跡装置が差動ＧＰＳを遂行できるように静止マスタ追跡装置はすべての衛星に対する補正係数を送信することができる。
【００４１】
移動追跡装置が周期的にまたは例外的に静止マスタ追跡装置にメッセージを送信するために、移動追跡装置はランダムな時間の間休止した後、データ・チャネルでメッセージを送信する。次に移動追跡装置は所定の時間の間、信号チャネル上の肯定応答を捜す。肯定応答を受信しない場合には、移動追跡装置は３０分の間、待機モードすなわち「スリープ」モードに戻る。３０分の後、移動追跡装置は再び静止マスタ追跡装置と通信する試行を４回行い、それでも成功しない場合には自律モードに変わる。
ネットワークを去る際に移動追跡装置が通る手順が図６に示されている。ステップ６０１で静止マスタ追跡装置がネットワーク接続されたある移動追跡装置から１日間メッセージを受信しなかったと判定された場合には、ステップ６０２で静止マスタ追跡装置はその移動追跡装置にポーリングを送信する。判定ステップ６０３でその移動追跡装置が応答したことが検出されるまで、または判定ステップ６０４で１日たったことが検出されるまで、このポーリングは順方向チャネルで繰り返し送信される。その移動追跡装置が１日応答しない場合には、その移動追跡装置が操車場を去ったと見なしてステップ６０５で静止マスタ追跡装置はマターネットワークのそれのリストからその移動追跡装置を取り除く。ステップ６０６で静止マスタ追跡装置は、その移動追跡装置と通信できないということをその移動追跡装置についての他の情報と一緒に中央局に知らせる。
【００４２】
本発明のいくつかの好ましい特徴だけを図示し、説明してきたが、熟練した当業者は多数の変形および変更を考えつき得よう。したがって、本発明の真の趣旨の範囲に入るこのようなすべての変形および変更を包含するように特許請求の範囲を記述してあることが理解されるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による独立の移動追跡装置を用いる代表的な資産追跡システムのブロック図である。
【図２】図１に示された追跡システムで使用されるような移動追跡装置を更に詳細に示すブロック図である。
【図３】本発明によって実現される移動ローカル・エリア・ネットワークの構成を示すブロック図である。
【図４】操車場に於ける１つ以上の静止マスタ追跡装置の移動追跡装置に対する関係を示すブロック図である。
【図５】静止マスタ追跡装置を有するネットワークに移動追跡装置が加わるプロセスの機能論理を示す流れ図である。
【図６】静止マスタ追跡装置を有するネットワークを移動追跡装置が去るプロセスの機能論理を示す流れ図である。
【符号の説明】
１０移動追跡装置
１００追跡装置
１０２鉄道車両
１０４静止マスタ追跡装置

Claims

夫々が移動追跡装置を備え、ある区域の中に一時的に配置され得る複数の物体を追跡する方法に於いて、
上記区域において、静止装置と上記追跡される複数の物体の複数の移動追跡装置との間でローカル・エリア・ネットワークを設定して、各追跡装置でローカル・エリア・ネットワークのノードを構成し、上記静止装置を「マスタ」装置とし、上記の各移動追跡装置をそれぞれ「スレーブ」装置とするステップ、
上記静止装置の位置がわかっているローカル・エリア・ネットワーク内での複数の物体のそれぞれの接続から複数の物体の位置を近似的に決定するステップ、
上記区域内に入る他の移動追跡装置がローカル・エリア・ネットワークに加わり、且つ上記区域を去る他の移動追跡装置がローカル・エリア・ネットワークから除かれるように、ローカル・エリア・ネットワークを動的に再構成するステップ、
上記区域内に入って来ていて、且つローカル・エリア・ネットワークの一部になっていない移動追跡装置を自律モードに設定するステップであって、該自律モードにおいて、自律モードの移動追跡装置は、前記静止装置からの信号があるかどうか信号チャネルを捜す、自律モードに設定するステップ、
前記静止装置からの信号が検出された自律モードの移動追跡装置を上記ローカル・エリア・ネットワークに加えるステップを含むことを特徴とする方法。
自律モードの移動追跡装置を上記ローカル・エリア・ネットワークに加える上記ステップが、上記自律モードの移動追跡装置によって、「ネットワークに加わる」というメッセージを上記静止装置に送信するステップ、上記自律モードの移動追跡装置によって、上記静止装置からの肯定応答を検出するステップ、および上記自律モードの移動追跡装置を「スレーブ」に変更するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
更に、上記静止装置によって、上記ローカル・エリア・ネットワーク内の移動追跡装置からの送信を周期的に受信するステップ、上記静止装置によって、所定の期間の間、それに対する送信が受信されなかった各移動追跡装置をポーリングするステップ、および静止装置によって、それに対するポーリングへの応答が受信されていないポーリングされた各移動追跡装置を上記ローカル・エリア・ネットワークから除去するステップを含む請求項１記載の方法。
更に、それに対するポーリングへの応答が受信されていないポーリングされた各移動追跡装置がネットワークから除去されたという情報を、静止装置から中央局に送信するステップを含む請求項３記載の方法。
更に、それに対するポーリングへの応答が受信されていないポーリングされた各移動追跡装置をネットワークから除去する上記ステップの前に、上記ポーリング・ステップを複数回繰り返すステップを含む請求項３記載の方法。