CN102687039B - 无线跟踪和监视电子封条 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种电子安全封条(e封条)。所述电子安全封条监视包含联运集装箱的运输品的安全性，实时报告篡改，监视货物的环境状态并实时报告异常，且以高频率报告所述运输品的位置。安全性监视遵守ISO 17712标准，添加了对篡改时间和位置的电子实时报告以及LED篡改指示。所述电子安全封条由于诊断和后勤特征而可以低成本制造和操作。所述电子安全封条由于允许对单独功能的插入式更新的模块化架构而支持低成本升级。所述电子安全封条由于高度可编程的操作而允许在供应链贸易通道上的灵活使用，所述操作包含经由无线通信的空中激活远程编程。所述电子安全封条提供低功率操作以节省电池使用并降低成本。

Description

无线跟踪和监视电子封条

相关申请案

本申请案主张2009年7月14日申请的第61/225,525号美国临时专利申请案和2009年7月28日申请的第12/510,990号美国新型专利申请案的优先权，以上两个申请案题目为“无线跟踪和监视电子封条(Wireless Tracking and Monitoring Electronic Seal)”且以全文引用的方式并入本文。

技术领域

本发明标的物大体上涉及实时提供运输的途中可见性。

背景技术

经由联运集装箱运输的货物需要针对集装箱的安全性、集装箱的位置和货物的环境状态进行监视。集装箱门上的机械安全封条可根据近似的条件来篡改和恢复或更换以便通过不定期检查，使得在目的地打开集装箱之前不会发现失窃或经篡改的货物。常规的电子安全封条(e封条)改善了机械封条，因为其可提供安全性篡改的无线报告。电子安全封条受到需要例如来自卡车驾驶室的外部电力的限制，其不可用于其它联运运输，例如火车、驳船或轮船。功率消耗将电池供电的电子安全封条限于不常去的位置和报告更新。可使用集装箱内的图表记录器来执行对集装箱货物的环境监视，其并不提供对货物的温度、湿度或震动损坏的实时了解，直到在目的地打开集装箱为止。常规电子安全封条的实际使用受到这些装置的高成本的限制。

发明内容

揭示一种改进的电子安全封条(e封条)。所述电子安全封条监视包含联运集装箱的运输品的安全性，实时报告篡改，监视货物的环境状态并实时报告异常，且以足够频率报告所述运输品的位置以允许对供应链异常事件的管理。安全性监视遵守针对集装箱安全封条的ISO 17712国际标准，添加了对篡改时间和位置的电子实时报告以及篡改指示以防止未检测到的篡改。这些安全性特征大大增强了决定在旅程中检查运输品的需要的能力。

所述电子安全封条由于设计到所述电子安全封条中的若干诊断和后勤特征而可以低成本制造和操作。另外，所述电子安全封条由于允许对一个功能的插入式更新而无需重新设计其它电子安全封条功能的模块化架构而支持对多种形状因数和使用的低成本升级。所述电子安全封条由于高度可编程的操作而允许在长的和短的、国内的和国际的大量供应链贸易通道上的灵活使用，所述操作包含经由无线通信的空中激活远程编程。所述电子安全封条提供低功率操作以节省电池使用并降低成本。

附图说明

图1是实例电子安全封条系统的框图。

图2是图1的电子安全封条的模块化架构的图。

图3是图1的实例电子安全封条的物理图。

图4是图1的电子安全封条的框图。

图5是图1的电子安全封条的低功率操作的状态图。

图6是图1的电子安全封条的可编程操作的图。

图7A和7B是在图1的电子安全封条的各种供应链条件上的操作的流程图。

图8是实现图1的电子安全封条的低成本制造的特征的事件图。

图9是支持图1的电子安全封条的低成本后勤和操作的特征的事件图。

具体实施方式

总体电子封条系统

图1是实例电子安全封条(e封条)系统100的框图。电子安全封条系统100可包含电子安全封条101、资产102(例如，集装箱102)、导航系统103(例如，GPS)、无线通信系统104和跟踪服务105(例如，服务器)。随后的描述是针对联运集装箱(例如，运输集装箱)。然而，电子安全封条101可用于任何实物资产(例如，跟踪重型机械)。

在一些实施方案中，电子安全封条101安装到联运集装箱102的门的搭扣。一组内部环境传感器106可通过无线接口连接到电子安全封条101。电子安全封条101可从例如全球导航卫星系统(GNSS)103等定位构件接收导航信号。电子安全封条101可通过无线蜂窝式基础结构104与中央服务器105通信，中央服务器105可由跟踪服务提供者操作。服务器105可监视联运集装箱运输品上的多个电子安全封条101，以对所述运输品的顾客提供实时途中可见性。

电子安全封条架构

图2是电子安全封条101的模块化架构的图。在一些实施方案中，此架构可包括至少六个模块化功能。所述架构使得能够在不改变其它五个模块化功能的情况下改变或升级任一个功能。这允许电子安全封条101并入有新的技术，同时最小化电子安全封条升级的成本和调度。

到安全性功能201的接口的一个实例实施方案是两电线电路，其中闭合安全且断开不安全。这可经由电子安全封条101电路板上的与到安全性功能201的两电线电缆的连接器来实施。无论是螺栓封条、电缆封条还是指示性封条，物理安全性机制均可使用相同的电子安全封条101电路板，从而减少成本且加速调度以提供这些替代的安全性功能201。

到电力功能204的接口的一个实例实施方案是具有电池正、电池负和电池温度的电路。这可经由电子安全封条101电路板上的与到电力功能204的电缆的连接器来实施。无论是2单元电池、4单元电池还是6单元电池，物理电力机制均可使用相同的电子安全封条101电路板，从而减少成本且加速调度以提供这些替代的电力功能204。这允许在需要较低成本的较小电池的较短国内运输贸易通道或者需要较大电池的较长国际运输贸易通道上快速部署电子安全封条101。

类似地，定位功能200、环境功能202、通信功能203和后勤功能205可全部在对电子安全封条功能模块的最少改变或无改变的情况下升级到替代实施方案。这允许提供电子安全封条作为低成本装置，从而将现有技术推动到实际且可负担的解决方案，从而改进背景技术段落中提到的高成本装置。

定位功能200可初始使用全球定位系统(GPS)导航卫星来实施。此定位功能200可更新到其它定位构件，包含(但不限于)：其它全球导航卫星系统(GNSS)；GNSS增强型，例如基于卫星的增强系统(SBAS)、差分系统或辅助系统；或信标定位系统，例如射频识别(RFID)、蜂窝式识别(ID)、WiFi或实时定位系统(RTLS)。

安全性功能201可初始使用对锁定集装箱门的监视来实施。此安全性功能201可经更新到其它安全性监视器，包含门打开、光传感器、振动传感器以及超越例如冷冻集装箱等标准联运集装箱的能力、其它集装箱形状因数，或永久设计为智能集装箱。

环境功能202可初始使用温度、湿度或震动传感器来实施。此环境功能202可经更新到其它环境监视器传感器，包含CO2、其它气体、烟、光、声、化学、生物、辐射或另外的传感器。

无线通信功能203可初始使用例如GSM/GPRS等蜂窝式通信来实施。此无线通信功能203可经更新到其它无线通信，包含：HSDPA蜂窝式、CDMA蜂窝式、SMS蜂窝式；包含IRIDIUM、ORBCOMM、Globalstar、Inmarst GVS的卫星通信；RFID；ZigBee、蓝牙、WiFi；或WiMax。

电力功能204可初始使用可再充电电池来实施。此电力功能204可经更新到对电子安全封条101进行供电的其它方法，包含永久不可再充电电池、例如来自冷冻集装箱的外部电源、薄膜电池、太阳能电力再充电或压电周围振动再充电。

后勤功能205可初始使用如下方法来实施：操作具有条形码标签的无线电子安全封条，并使用用于串行通信、电池再充电和使电子安全封条变为休眠模式的信令的外部端口。此后勤功能205可经更新到其它后勤标签、控制和接口，包含RFID标签、不可篡改的安全性增强标签；用以变为休眠模式的其它构件；替代的串行通信；或使用包含GSM/GPRS、HSDPA、CDMA、SMS的无线通信的不具有物理端口的后勤支持；包含IRIDIUM、ORBCOMM、Globalstar、Inmarst GVS的卫星通信；RFID；ZigBee、蓝牙、WiFi；或WiMax。

电子安全封条配置

图3是电子安全封条101的一个实例形式的图。电子安全封条组件包含在外壳300内，外壳300具有稳固的构造以在联运集装箱运输环境内操作。外壳300包含安全隔间301和电子设备隔间302。各种安全性机构303可连接到外壳300和安全隔间301。实例性安全性机构303包含用以监视集装箱的锁定安全性的螺栓封条、指示性封条或电缆封条，用以监视集装箱的关闭门状态的机械或光传感器机构。在一些实施方案中，电子设备隔间302可包含透明窗304以允许电子安全封条状态的发光二极管(LED)显示。

电子安全封条设计

图4是电子安全封条101的框图。在一些实施方案中，电子安全封条101可包含微处理器400、电力接口401、安全性接口402、后勤接口403、环境接口404、无线通信405、无线天线406、导航系统407(例如，GNSS)、导航天线408、电池燃料计409、状态指示器410和存储器411(例如，非易失性存储器)。其它实施方案可包含更多或更少组件。

微处理器400控制电子安全封条101的操作。微处理器400可在操作时以高速时钟运行，或在休眠模式中时以低速时钟运行以节省电力。微处理器400耦合到电力接口401、安全性接口402、后勤接口403和环境接口404。微处理器400控制耦合到无线通信发射/接收天线406的无线通信模块405。微处理器400控制耦合到导航天线408的导航模块407(例如，GNSS)。微处理器400从电池燃料计409接收电池状态信息。微处理器400经由状态指示器410(例如，LED显示器)显示电子安全封条状态。微处理器400将唤醒之间的状态信息、存储的位置和传感器数据以及其它系统数据存储在存储器411(例如，非易失性存储器)中。微处理器400可由振动传感器412(或其它传感器)唤醒，且可从加速度计413读取2轴或3轴加速度测量值。在一些实施方案中，微处理器400可从磁力计或陀螺仪读取测量值以用于确定航向和定向。

电子安全封条低功率操作

图5是电子安全封条101的低功率操作的状态图。电子安全封条101可当在集装箱上未使用时保留在低功率休眠模式中。当经由检测到安全螺栓电路闭合或其它运转事件而接通电子安全封条101时，可测量位置锁定并经由无线通信报告旅程的开始500。电子安全封条101可随后进入低工作循环操作模式501，其中电子安全封条101以若干间隔简短地唤醒以测量位置或环境参数502，随后返回到低功率休眠模式501。电子安全封条101也可以若干间隔简短地唤醒以测量位置或环境参数并进行无线通信报告503，随后返回到低功率休眠模式501。

在一些实施方案中，电池燃料计监视电池容量，以用于确定与可编程阈值相比电池是否电力不足。在电池电力不足条件506的情况下，可将用于位置锁定或无线通信500的唤醒间隔减慢到可编程的值，以将电子安全封条101的操作延长到旅程的完成。

在一些实施方案中，电子安全封条101可针对每次运输使用而编程，以通过将搜索的频带定制到沿着运输贸易通道将可用的那些频带来减少无线通信电力需要，同时从一次唤醒到下一次唤醒记住哪一频带最后成功504，以进一步减少搜索可用频带的需要。

电子安全封条101可监视进入地理围栏区域、持续位于地理围栏区域中或退出地理围栏区域。这些地理围栏事件505的发生可基于对在运输贸易通道的地理围栏部分中的位置报告的需要而减少(或临时增加)唤醒间隔的频率。举例来说，进入地理围栏海洋区域可暂停用于无线蜂窝式报告的唤醒。

在检测到篡改事件后，电子安全封条101从低功率休眠模式唤醒，进行位置锁定507，且进行无线通信报告508。如果无线通信不可用，那么电子安全封条101可以可编程间隔返回到低功率休眠模式以用于唤醒以重试无线通信报告509。

在完成运输后，如服务器(例如，服务器105)发送空中激活命令或用户操作位于电子安全封条101上的在安全性机构303的安全操作期间受保护的连接器中的断开插头所指示，电子安全封条101可即刻返回到低功率休眠模式510。

上述低功率操作是电子安全封条101的低功率操作的一个实例。也可执行其它低功率操作。

电子安全封条可编程操作

图6是电子安全封条101的可编程操作的图。在一些实施方案中，可对一组参数600进行编程以改变用于位置测量、环境传感器测量或无线报告的间隔。可对另一组参数601进行编程以改变在无线通信的范围外时用以存储测量值的缓冲器的大小。可对另一组参数602进行编程以改变状态指示的持续时间。可对另一组参数603进行编程以改变无线网络接入名称和频率。可对另一组参数604进行编程以改变环境传感器操作特性和阈值。可对另一组参数605进行编程以改变地理围栏位置定义和在进入、保持或退出地理围栏时将采取的动作。可针对电子安全封条101的其它特性界定和编程额外的参数606。

可在将电子安全封条101运输到联运集装箱运输的起点之前经由串行接口更新这些各种可编程参数607。

可在电子安全封条101已经运输到远程顾客位置时经由无线通信更新这些各种可编程参数608。

电子安全封条供应链操作

图7A和7B是在电子安全封条101的各种供应链条件上的操作的流程图。电子安全封条101提供通过来自服务器的无线通信以空中激活方式复位安全性篡改检测的方法，以实现多站集装箱装载或顾客检查，其中打开集装箱的一方是能够向服务器验证其自身以对电子安全封条101产生空中激活篡改复位命令的受信任方。

参见图7A，在一些实施方案中，初始密封集装箱且紧固电子安全封条101(700)。在随后需要在到达目的地之前打开集装箱时，经授权方向服务器验证其自身(701)。随后可移除电子安全封条101且打开集装箱(702)。电子安全封条101将向服务器报告篡改(703)，且由于经授权方的验证，服务器以空中激活方式发送篡改复位命令(704)。随后可关闭集装箱且紧固电子安全封条101以继续监视运输品的其余部分(705)。

参见图7B，在一些实施方案中，电子安全封条101提供了用以针对其中集装箱和电子安全封条101可能在GNSS卫星的覆盖范围之外的室内或阻挡的情况，从无线通信网络获得当前日期和时间作为对来自GNSS的时间的替代的方法。电子安全封条101提供了在检测到GNSS或无线通信的覆盖范围之外的安全性篡改时使用电子安全封条内部时钟对时间间隔进行计数，且随后在稍后到达GNSS或无线范围中时获得当前日期和时间并向后计数以到达用于向服务器报告的安全性篡改的准确时戳的方法。当需要时戳的事件发生时，例如密封集装箱或检测到篡改(706)，测试GNSS覆盖的可用性(707)。如果GNSS可用，那么可从GNSS记录准确时间(708)。如果GNSS不可用，那么测试蜂窝式覆盖(709)。如果蜂窝式覆盖可用，那么可从蜂窝式基础结构记录准确时间(710)。如果GNSS和蜂窝式覆盖均不可用，那么基于电子安全封条内部时钟来记录临时时戳，且启动计数器(711)。当电子安全封条101到达GNSS或蜂窝式覆盖中时，则可测量时间，且使用计数器向后计数以到达替换临时时戳的准确时戳(712)。

电子安全封条低成本制造

图8是实现电子安全封条101的低成本制造的特征的事件图。在一些实施方案中，这可通过自动化进行下线测试(End Of Line Test，EOLT)来实现。自动化加速了此测试的执行时间，减少了此测试的劳力成本，且减少了此测试的人工输入误差。EOLT操作者800向自动化EOLT测试器801发出测试新制造的电子安全封条101的命令。EOLT操作者800操作电子安全封条以出于测试安全性机构303的目的而以与顾客将操作电子安全封条101的方式相同的现实方式来造成安全性篡改。EOLT 801从电子安全封条101请求状态，电子安全封条101以篡改状态对EOLT 801做出响应。这支持对安全性机构的正确组装和运作的通过/失败确定805。EOLT随后将篡改超驰复位命令发出到电子安全封条101以继续测试。

EOLT 801将加速度计自测试命令发出到电子安全封条101，电子安全封条101做出响应以支持对加速度计的正确组装和运作的通过/失败确定806。EOLT 801接通振动源804，将振动传感器自测试命令发出到电子安全封条101，电子安全封条101做出响应以支持对振动传感器的正确组装和运作的通过/失败确定807。EOLT 801命令电子安全封条101进入GNSS测试模型，其中电子安全封条101可接收仅一个卫星信号而无需全部数目的卫星来进行导航锁定。EOLT 801接通作为低成本单信道单元的GNSS模拟器802，从而发射单个GNSS信道。EOLT 801从电子安全封条101请求GNSS状态，电子安全封条101做出响应以支持对GNSS模块的正确组装和运作的通过/失败确定808。EOLT801随后将GNSS维持命令发出到电子安全封条101，电子安全封条101以GNSS模块版本信息做出响应809，使得EOLT 801可在用于此序列号电子安全封条101的制造记录中记录此版本信息。

EOLT 801将无线维持命令发出到电子安全封条101，电子安全封条101以无线模块版本信息做出响应810，使得EOLT 801可在用于此序列号电子安全封条101的制造记录中记录此版本信息。EOLT接通无线模拟器803，无线模拟器803对电子安全封条101进行呼叫，且当电子安全封条101做出响应时则无线模拟器803可测量来自电子安全封条101的无线信号强度。无线模拟器803以经测量信号强度做出响应以支持对无线模块的正确组装和运作的通过/失败确定811。EOLT 801从电池燃料计请求电池状态，电池燃料计以经测量电池参数做出响应以支持对电池燃料计以及电子安全封条101中的电池组的正确组装和运作的通过/失败确定812。

电子安全封条低成本操作

图9是支持电子安全封条101的低成本后勤和操作的特征的图。在一些实施方案中，这可通过针对来自制造商的新接收电子安全封条以及从顾客运输返回的电子安全封条两者自动化进行后勤测试来实现。自动化加速了此测试的执行时间，减少了此测试的劳力成本，且减少了此测试的人工输入误差。低成本后勤还由如关于图8所论述的在制造期间使用的自动化测试特征支持。通过在集装箱运输品上的电子安全封条101的操作期间维持数据和统计历史以使得当电子安全封条101从所述运输返回时可读取并存储此历史数据，来进一步支持低成本。此电子安全封条历史数据支持趋势跟踪和电子安全封条产品改进的降低的寿命周期成本。

后勤技术员900可通过以与顾客将启动电子安全封条101的方式相同的现实方式启动电子安全封条101来测试电子安全封条101。允许电子安全封条101运行历时测试周期。电子安全封条101从GNSS群集接收卫星导航信号902，记录锁定，且测量成功锁定的统计904。电子安全封条101向无线基础结构做出无线报告903，且测量成功呼叫的统计905。在测试周期结束时，后勤测试程序901从电子安全封条101请求GNSS统计904和无线统计905，电子安全封条101做出响应以支持对主要电子安全封条功能的正确运作的通过/失败确定906。

在顾客使用电子安全封条101来跟踪和监视集装箱运输期间，电子安全封条101在历史文件中维持性能统计。这些统计包含GNSS 902锁定907、无线基础结构903呼叫908，以及电池电平和电压909。当电子安全封条从顾客运输目的地返回时，后勤程序可请求历史报告中的此历史文件，且存储此数据910以用于针对所述电子安全封条101序列号的趋势跟踪以及针对所述型号的电子安全封条101的产品改进。

电子安全封条向顾客的运输在高峰运输周期之后可能需要临时的仓库储存。后勤程序可向电子安全封条101发出将电池电荷减少到可编程容量百分比的命令，以通过将可再充电电池以最优电荷容量储存在仓库911中来延长可再充电电池的寿命。

电子安全封条101支持经由局部串行端口从后勤程序的固件更新。对于可能在远程顾客位置且需要固件更新的电子安全封条，电子安全封条101支持经由无线通信的空中激活固件更新。服务器105可发送用以在远程顾客位置执行用于电子安全封条101的空中激活无线固件更新的命令和协议，从而确认成功更新912，使得可在不必将电子安全封条101运输回到后勤整修设施的情况下进行固件更新。

已描述了若干实施方案。然而将了解，可进行各种修改。举例来说，可组合、删除、修改或补充一个或一个以上实施方案的元件以形成另外的实施方案。作为又一实例，在图中描绘的逻辑流程并不要求所示的特定次序或顺序次序来实现所要的结果。另外，可提供其它步骤，或可从所描述的流程取消步骤，且可将其它组件添加到所描述的系统或从所描述的系统移除其它组件。因此，其它实施方案在所附权利要求书的范围内。

Claims (18)

1.一种电子封条，其包括：

安全性机构，其经配置以用于附接到实物资产；

电池燃料计，其经配置以监视所述电子封条电池的容量；

导航模块，其经配置以根据唤醒间隔确定针对所述电子封条的位置锁定；以及

处理器，其耦合到所述电池燃料计和所述导航模块，所述处理器经配置以接收来自所述电池燃料计的电池状态信息并确定由所述电池燃料计检测的所述电池的容量是否低于阈值，当所述电池的容量低于所述阈值时，将用于所述位置锁定或无线通信的所述唤醒间隔减慢到可编程的值；

所述处理器具有耦合到所述安全性机构的安全性接口，所述处理器经配置以用于检测与所述电子封条或所述实物资产相关联的安全性事件，且用于响应于所述检测而产生安全性状态，其中所述电子封条包含功能组件的模块化架构，所述模块化架构包含用于允许功能组件的插入式更新而无需重新设计其它功能组件的接口。

2.根据权利要求1所述的电子封条，其中所述安全性机构是螺栓封条。

3.根据权利要求1所述的电子封条，其中所述安全性机构是指示性封条。

4.根据权利要求1所述的电子封条，其中所述安全性机构是电缆封条。

5.根据权利要求1所述的电子封条，其进一步包括：

环境接口，其耦合到所述处理器且耦合到用于监视所述实物资产内的货物的状态的若干环境传感器。

6.根据权利要求1所述的电子封条，其进一步包括：

无线通信模块，其耦合到所述处理器且经配置以用于根据状态时间间隔经由无线通信信道将所述状态发送到服务提供者，当所述电池容量低于所述阈值时所述处理器经配置以调整所述状态时间间隔。

7.根据权利要求1所述的电子封条，其进一步包括：

电力接口，其耦合到所述处理器且耦合到用于对所述电子封条进行供电的电源。

8.根据权利要求1所述的电子封条，其进一步包括：

串行接口，其耦合到所述处理器且经配置以用于更新所述电子封条的参数。

9.根据权利要求1所述的电子封条，其进一步包括：

存储器，其耦合到所述处理器，用于存储参数和经排队的位置锁定以用于报告。

10.根据权利要求1所述的电子封条，其进一步包括：

外壳，其与所述安全性机构整合或耦合到所述安全性机构，且包含包含用于检测安全性事件的电路的安全隔问以及用于储存所述处理器和无线通信系统的电子设备隔问，所述外壳包含用于显示由一个或一个以上光源提供的状态指示的窗。

11.一种由经配置以用于耦合到实物资产的电子封条执行的方法，所述方法包括：

经由无线通信信道接收一个或一个以上参数，所述一个或一个以上参数指示地理围栏位置定义和所述电子封条响应于进入、保持或退出地理围栏而将采取的动作；

监视所述电子封条的电池的容量；

根据唤醒间隔确定针对所述电子封条的位置锁定；

基于所述地理围栏位置定义和位置锁定而确定进入、保持或退出中的一者；以及

响应于所述确定而执行所述动作中的一者或一者以上；

接收指示所述电池的容量是否低于阈值的电池状态信息；以及

一旦确定所述电池的容量低于所述阈值，将用于所述位置锁定或无线通信的所述唤醒间隔减慢到可编程的值。

12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

基于地理围栏动作而提供低功率操作。

13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

基于编程到所述电子封条的存储器中的参数而提供可编程操作。

14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：

使用串行接口来提供所述可编程参数的本地更新。

15.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：

使用无线接口来提供所述可编程参数的远程更新。

16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

接收用于启用所述实物资产的多站装载或检查的篡改复位命令。

17.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

在所述电子封条中提供导航维持模式以从单个导航信号或单个模拟导航信号测量和报告若干导航信号。

18.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：

命令所述电子封条中的处理器测量、记录或报告与所述电子封条相关的位置锁定中的至少一者的统计、无线通信统计或性能统计。

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