CN103384416B - 智能集装箱通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过在集装箱内外表面安装若干个网络嵌入式设备，并使其自主组网通信从而解决了智能集装箱管理系统对集装箱进行监控时的通信问题。通过将网络嵌入式设备在集装箱体上特定的位置进行部署，配合相应的软件路由算法实现了集装箱在堆存时的互相通信，并可快速准确的对集装箱进行定位。

Description

智能集装箱通信方法

技术领域

本发明涉及一种集装箱管理方法，尤其涉及一种智能集装箱通信方法。

背景技术

现有技术中的集装箱管理系统无法实现对集装箱在堆存时进行快速定位，无法解决阴影效应对集装箱相互通信的影响。

发明内容

本发明公开了一种智能集装箱通信方法，用以解决现有技术中集装箱管理方法中集装箱在堆存时由于阴影效应而无法互相通信的问题。

一种智能集装箱通信方法，其中，包括：

多个集装箱，在每一集装箱上设置五个无线节点：第一无线节点、第二无线节点、第三无线节点、第四无线节点和第五无线节点；

将所述第一无线节点、所述第二无线节点、所述第三无线节点及所述第四无线节点分别设置在所述集装箱的上表面的四条边线上，将所述第五无线节点设置在所述第一无线节点所设置的直边线的正下方的边线上，且使所述第五无线节点设置在所述第一无线节点的正下方；

任一所述集装箱与其相邻的集装箱建立连接，任一所述集装箱的所述第一节点均与另一集装箱的与其相邻的第五节点建立连接，从而统计出竖直方向上的集装箱数量；

任一所述集装箱的所述第二节点均与另一集装箱的与其相邻的第四节点建立连接，从而统计出在连接所述第二节点与所述第四节点的直线方向的集装箱数量；

任一所述集装箱的所述第三节点均与另一集装箱的与其相邻的第一节点建立连接，从而统计出在连接所述第一节点与所述第三节点的直线方向的集装箱数量。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，对无线节点的信号覆盖范围进行设定，以保证任一无线节点的信号覆盖区域与另一与其相邻的无线节点的信号覆盖区域具有交集。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，每一所述无线节点都设有一与其所述设置在的集装箱相匹配的集装箱序列号。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，所述多个集装箱的具体连接方法为：

在一第一集装箱上设置一第二集装箱，使所述第一集装箱上的所述第一无线节点与所述第二集装箱上的所述第五无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱上设有所述第二集装箱；

在所述第一集装箱设有所述第二无线节点的一侧设置一相邻的第三集装箱，所述第一集装箱上的所述第二无线节点与所述第三集装箱上的所述第四无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱设有所述第二无线节点的一侧设有所述第三集装箱；

在所述第一集装箱设有所述第三无线节点的一侧设置一相邻的第四集装箱，所述第一集装箱上的所述第三无线节点与所述第四集装箱上的所述第一无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱设有所述第三无线节点的一侧设有所述第四集装箱。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，所述第一无线节点、所述第二无线节点、所述第三无线节点、所述第四无线节点分别设置在所述集装箱的上表面的四条边线的中点上。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，每一所述集装箱的所述五个无线节点在集装箱内表面采用硬布线互相连接。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，一所述无线节点向周围的无线节点发送数据包，获得响应后与其建立连接。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，使任一所述集装箱内的所述五个无线节点的数据包传送顺序为所述第一无线节点至所述第二无线节点至所述第三无线节点至所述第四无线节点至所述第五无线节点再到所述第一无线节点，所述数据包传送至任一无线节点均对与其建立连接的无线节点的集装箱序列号进行识别，若不同则传至不同节点，否则继续按照上述顺序传输。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中， 完成对周围无线节点的连接后分沿连接所述多个第二无线节点及所述多个第四无线节点的直线发送第一数据包，沿连接所述多个第一无线节点及所述多个第三无线节点的直线发送第二数据包，沿连接所述多个第一无线节点及所述多个第五无线节点的直线发送第三数据包。

如上所述的智能集装箱通信方法，其中，所述数据包发送的顺序为：先发送第一数据包，当第一数据包无法传输之后发送第二数据包，当第二数据包无法发送后发送第三数据包。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有技术中集装箱在堆存时由于阴影效应而无法互相通信的问题，提出了一种通过在集装箱内外表面安装若干个网络嵌入式设备，并使其自主组网通信从而解决智能集装箱管理系统对集装箱进行监控时的通信问题。通过将网络嵌入式设备在集装箱体上特定的位置进行部署，配合相应的软件路由算法实现了集装箱在堆存时的互相通信，并可快速准确的对集装箱进行定位。

说明书附图

图1是本发明智能集装箱通信方法的无线节点部署图的结构示意图；

图2是本发明智能集装箱通信方法的无线节点连接的示意图；

图3是本发明智能集装箱通信方法的生成坐标的示意图；

图4是本发明智能集装箱通信方法的路由拓扑建立过程的示意图；

图5是本发明智能集装箱通信方法的维度路由算法的示意图；

图6是本发明智能集装箱通信方法的存在断路的情况的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：

图1是本发明智能集装箱通信方法的无线节点部署图的结构示意图，请参见图1，一种智能集装箱通信方法，其中，包括：

多个集装箱，在每一集装箱上设置五个无线节点：第一无线节点、第二无线节点、第三无线节点、第四无线节点和第五无线节点；

将所述第一无线节点、所述第二无线节点、所述第三无线节点及所述第四无线节点分别设置在所述集装箱的上表面的四条边线上，将所述第五无线节点设置在所述第一无线节点所设置的直边线的正下方的边线上，且使所述第五无线节点设置在所述第一无线节点的正下方；

任一所述集装箱与其相邻的集装箱建立连接，任一所述集装箱的所述第一节点均与另一集装箱的与其相邻的第五节点建立连接，从而统计出竖直方向上的集装箱数量；

任一所述集装箱的所述第二节点均与另一集装箱的与其相邻的第四节点建立连接，从而统计出在连接所述第二节点与所述第四节点的直线方向的集装箱数量；

任一所述集装箱的所述第三节点均与另一集装箱的与其相邻的第一节点建立连接，从而统计出在连接所述第一节点与所述第三节点的直线方向的集装箱数量。

本发明中对无线节点的信号覆盖范围进行设定，以保证任一无线节点的信号覆盖区域与另一与其相邻的无线节点的信号覆盖区域具有交集。

进一步的，在确保任一无线节点的信号覆盖区域与另一与其相邻的无线节点的信号覆盖区域具有交集的前提下，将无线节点的信号覆盖范围设置的尽可能小，从而达到省电的目的。

更进一步的，可将无线节点的信号覆盖范围设置为1m以内，使得两相邻无线节点可进行通信，且不会因为无线节点覆盖区域过大而造成费电的情况出现。

本发明中每一所述无线节点都设有一与其所述设置在的集装箱相匹配的集装箱序列号。

本发明中所述多个集装箱的具体连接方法为：

在一第一集装箱上设置一第二集装箱，使所述第一集装箱上的所述第一无线节点与所述第二集装箱上的所述第五无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱上设有所述第二集装箱；

在所述第一集装箱设有所述第二无线节点的一侧设置一相邻的第三集装箱，所述第一集装箱上的所述第二无线节点与所述第三集装箱上的所述第四无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱设有所述第二无线节点的一侧设有所述第三集装箱；

在所述第一集装箱设有所述第三无线节点的一侧设置一相邻的第四集装箱，所述第一集装箱上的所述第三无线节点与所述第四集装箱上的所述第一无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱设有所述第三无线节点的一侧设有所述第四集装箱。

本发明中所述第一无线节点、所述第二无线节点、所述第三无线节点、所述第四无线节点分别设置在所述集装箱的上表面的四条边线的中点上。

本发明中每一所述集装箱的所述五个无线节点在集装箱内表面采用硬布线互相连接。

本发明中一所述无线节点向周围的无线节点发送数据包，获得响应后与其建立连接。

本发明中使任一所述集装箱内的所述五个无线节点的数据包传送顺序为所述第一无线节点至所述第二无线节点至所述第三无线节点至所述第四无线节点至所述第五无线节点再到所述第一无线节点，所述数据包传送至任一无线节点均对与其建立连接的无线节点的集装箱序列号进行识别，若不同则传至不同节点，否则继续按照上述顺序传输。

本发明中完成对周围无线节点的连接后分沿连接所述多个第二无线节点及所述多个第四无线节点的直线发送第一数据包，沿连接所述多个第一无线节点及所述多个第三无线节点的直线发送第二数据包，沿连接所述多个第一无线节点及所述多个第五无线节点的直线发送第三数据包。

本发明中所述数据包发送的顺序为：先发送第一数据包，当第一数据包无法传输之后发送第二数据包，当第二数据包无法发送后发送第三数据包。

图2是本发明智能集装箱通信方法的无线节点连接的示意图，图3是本发明智能集装箱通信方法的生成坐标的示意图，图4是本发明智能集装箱通信方法的路由拓扑建立过程的示意图，图5是本发明智能集装箱通信方法的维度路由算法的示意图，图6是本发明智能集装箱通信方法的存在断路的情况的示意图。

在本发明的具体实施过程中，可采用如下实施例：

箱间数据传输方式：

一个典型的智能集装箱采用如图-1的方式部署无线节点

请参见图1、图2所示，每个智能集装箱将部署5个低功耗的、低成本、可靠性强的无线节点。这5个无线节点都拥有一个集装箱序列号（Container ID）用于确定唯一的附属集装箱和一个部署位置编号（Position ID）用以确定部署在箱体上的位置。在集装箱内部无线节点采用硬布线互相连接。这些节点限制通信范围在很小的距离内（约1米），即只有在另一智能集装箱堆放紧靠时特定位置的节点才能互相通信。当某一无线节点能连接到周围的另一个无线节点时，智能集装箱就能确定周围存在的另一个集装箱并与其建立连接，自动组成一个最小型的智能集装箱网络。此外，根据互相连接的无线节点在箱体上的位置，同时也获得了2个智能集装箱之间的相对坐标。如图-2所示，若集装箱A的1号位置节点与集装箱B的5号位置节点能够建立连接，就能确定集装箱B堆叠在集装箱A的正上方，这时就能得到集装箱的相对坐标。如果集装箱A的5号节点没有与别的节点建立连接，则可以得知集装箱A为最底层的集装箱，这时就能得到集装箱的绝对坐标，即集装箱A的y坐标为0，集装箱B的y坐标为1。以此类推，只要新的智能集装箱不断的堆放在已经建立起网络的集装箱周围，这个无线自组网就能不断的自动扩展，而网络内的集装箱能够通过互相连接的无线节点得到x、y、z坐标，如图-3所示：

路由算法：

为了满足智能集装箱网络的自组网、可扩展、低能耗、低时延的特点，本发明根据集装箱堆放的特点，并基于网格拓扑设计了用于智能集装箱网络的维度路由算法。本算法的目的是实现智能集装箱网络中的集装箱与某个能与地面基站通讯的集装箱（在本发明中假定为坐标（000））之间数据包的传送。由于每个智能集装箱上部署的5个无线节点都拥有一个集装箱序列号（Container ID）并且在同一集装箱内表面用硬布线互相连接，因此在路由算法中可以抽象为一个节点集。

使用维度路由算法，每个节点集各自维护一张自己的邻节点位置状态表：

Struct LocationStatusTable

{

bool UpLinked;

bool DownLinked;

bool LeftLinked;

bool RightLinked;

bool BehindLinked;

bool FrontLinked;

}

无线节点首先向周围的邻接节点发送HELLO数据包，若得到响应则建立了连接，将邻节点位置状态表中的相应位置表项置为true。如，当网络中只有一个智能集装箱A时，集装箱A所有5个无线节点都没有接收到信号，因此邻节点位置状态表中的5项均为false。此时若有一个集装箱B被放置到了集装箱A的右侧，那么集装箱A的4号位置节点将接收到集装箱B的2号位置节点信号并建立连接。这时集装箱A状态表中的RightLinked置成true，而集装箱B状态表中的LeftLinked也置成true。特殊地，1号节点因为位置关系，在集装箱堆放时既与上方集装箱的5号节点，也与前方集装箱的3号节点相连接，如图-4所示。因此邻节点位置状态表中的FrontLinked数据需对比相连接节点的Container ID。若ID不同则为FrontLinked；若相同则为UpLinked。

创建完邻节点位置状态表之后，若位置down，right，behind为连接状态，则分别沿着x轴，y轴，z轴方向发送XREQ，YREQ，ZREQ定位请求数据包，如图-4所示。以X轴为例，当节点A右侧的节点B接收到XREQ后，同样也查询它的位置状态表中right是否为连接状态，若连接，则继续向右侧节点发送XREQ数据包。以此类推，直至节点D，它的位置状态表中right不为true即为最右侧的节点，因此确定节点D的x坐标为0。随后节点D开始向左侧的节点C发送返回数据包XREP，其中包含了节点D的x坐标0。节点C接收到XREP后得知右侧的节点x坐标为0，因此自己的x坐标为1，并向左侧的节点B发送包含自己坐标的返回数据包XREP。以此类推，当XREP数据包最终返回节点A时，即完成了X轴的定位。

维度路由算法通过查询本集装箱的邻节点位置状态表来确定下一跳节点，本发明定义维度路由算法如下：

符号说明：

R：路由函数

Ni：节点集

Si：源节点集

Di：目标节点集

x：节点集的x坐标

y：节点集的y坐标

z：节点集的z坐标

维度路由算法将每个节点集像地面基站发出的数据包依次按照x轴、y轴、z轴的顺序传输；而相反的，由地面基站向网络内的节点集发送的数据包则依次按照z轴、y轴、x轴的顺序传输。如图-5所示，当源节点集（222）有数据包需要发往目标节点集（000）时，节点集（222）首先查看自己的邻节点位置状态表，如果LeftLinked为true，则表示该节点集左方存在另一节点集，因此下一跳节点坐标为自己的x坐标减1，即为节点集（122）。节点集（122）收到数据包后首先确定自己是否是目标节点，不是则进行转发。以此类推，当数据包传输到节点集（022）时，经过查看自己的邻节点位置状态表，得知左方没有别的节点集，沿x轴传输完毕，开始沿y轴传播，因此下一跳节点为自己的y坐标减1，即为节点集（012）。随后重复上述过程，最后进行z轴的传播，数据包最终经过节点集（222）->节点集（122）->节点集（022）->节点集（012）->节点集（002）->节点集（001）->节点集（000）到达目标节点集。

当存在断路的情况时，如图-6中所示，同样按着优先级x>y>z的原则进行传输。当x轴无法传输时，下一跳则由y轴进行传输；当y轴无法传输时，下一跳则由z轴进行传输。而由于集装箱堆放的物理特性，其z轴即竖直方向不易出现空缺和断路问题。因此该算法很好的解决了存在断路的情况。

箱内的数据传输方式：

每个智能集装箱部署了5个无线节点。这5个无线节点都拥有一个集装箱序列号（Container ID）用于确定唯一的附属集装箱和一个部署位置编号（Position ID）用以确定部署在箱体上的位置。在集装箱内表面，无线节点采用RS485连接线进行环形连接，在没有数据需要传输时切换到睡眠模式以减少电源消耗。

节点在箱内的数据传输采用环形路由进行通信，路由表为静态路由表，即数据包沿着1号节点->2号节点->3号节点->4号节点->5号节点的环形链路顺时针进行传输。任意节点在接收到数据包时首先使用维度路由确定下一跳集装箱，由此得到了集装箱内传输的目标节点Position ID。随后比对箱内目标节点的Position ID是否与自己的相同，若不是则沿顺时针环路进行转发，直至抵达箱内目标节点，将数据包发至箱外。集装箱A需要将一数据包发送至集装箱C。数据包通过集装箱A的节点4发送至集装箱B的节点2，开始进入箱内传输。节点2首先通过维度路由找出下一跳集装箱为右侧的集装箱C，因此箱内传输目标节点为节点4。随后数据包沿顺时针环路经过节点3，到达节点4。节点4收到数据包后得知自己即是箱内目标节点，因此将数据包通过无线方式发送至箱外，最终到达了集装箱C的节点2。

路由算法如下：

符号说明：

R：路由函数

ncp：节点

scp：源节点

dcp：箱内目标节点

Di：目标集装箱（下一跳）

p：节点位置编号

c：节点集装箱号

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明解决了现有技术中集装箱管理方法中阴影效应对集装箱互相通信的影响，提出了一种通过在集装箱内外表面安装若干个网络嵌入式设备，并使其自主组网通信从而解决智能集装箱管理系统对集装箱进行监控时的通信问题。通过将网络嵌入式设备在集装箱体上特定的位置进行部署，配合相应的软件路由算法实现了集装箱在堆存时的互相通信，并可以快速准确的对集装箱进行定位。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种智能集装箱通信方法，其特征在于，包括：

多个集装箱，在每一集装箱上设置五个无线节点：第一无线节点、第二无线节点、第三无线节点、第四无线节点和第五无线节点；

将所述第一无线节点、所述第二无线节点、所述第三无线节点及所述第四无线节点分别设置在所述集装箱的上表面的四条边线上，将所述第五无线节点设置在所述第一无线节点所设置的直边线的正下方的边线上，且使所述第五无线节点设置在所述第一无线节点的正下方；

任一所述集装箱与其相邻的集装箱建立连接，任一所述集装箱的所述第一无线节点均与另一集装箱的与其相邻的第五无线节点建立连接，从而统计出竖直方向上的集装箱数量；

任一所述集装箱的所述第二无线节点均与另一集装箱的与其相邻的第四无线节点建立连接，从而统计出在连接所述第二无线节点与所述第四无线节点的直线方向的集装箱数量；

任一所述集装箱的所述第三无线节点均与另一集装箱的与其相邻的第一无线节点建立连接，从而统计出在连接所述第一无线节点与所述第三无线节点的直线方向的集装箱数量。

2.根据权利要求1所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，对无线节点的信号覆盖范围进行设定，以保证任一无线节点的信号覆盖区域与另一与其相邻的无线节点的信号覆盖区域具有交集。

3.根据权利要求1所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，每一所述无线节点都设有一与其所述设置在的集装箱相匹配的集装箱序列号。

4.根据权利要求1所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，所述多个集装箱的具体连接方法为：在一第一集装箱上设置一第二集装箱，使所述第一集装箱上的所述第一无线节点与所述第二集装箱上的所述第五无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱上设有所述第二集装箱；在所述第一集装箱设有所述第二无线节点的一侧设置一相邻的第三集装箱，所述第一集装箱上的所述第二无线节点与所述第三集装箱上的所述第四无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱设有所述第二无线节点的一侧设有所述第三集装箱；在所述第一集装箱设有所述第三无线节点的一侧设置一相邻的第四集装箱，所述第一集装箱上的所述第三无线节点与所述第四集装箱上的所述第一无线节点建立连接，以确定所述第一集装箱设有所述第三无线节点的一侧设有所述第四集装箱。

5.根据权利要求1所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，所述第一无线节点、所述第二无线节点、所述第三无线节点、所述第四无线节点分别设置在所述集装箱的上表面的四条边线的中点上。

6.根据权利要求1所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，每一所述集装箱的所述五个无线节点在集装箱内表面采用硬布线方式互相连接。

7.根据权利要求1所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，一所述无线节点向周围的无线节点发送数据包，获得响应后与其建立连接。

8.根据权利要求7所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，使任一所述集装箱内的所述五个无线节点的数据包传送顺序为所述第一无线节点至所述第二无线节点至所述第三无线节点至所述第四无线节点至所述第五无线节点再到所述第一无线节点，所述数据包传送至任一无线节点均对与其建立连接的无线节点的集装箱序列号进行识别，若不同则传至不同节点，否则继续按照上述顺序传输。

9.根据权利要求8所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，完成对周围无线节点的连接后分沿连接所述多个第二无线节点及所述多个第四无线节点的直线发送第一数据包，沿连接所述多个第一无线节点及所述多个第三无线节点的直线发送第二数据包，沿连接所述多个第一无线节点及所述多个第五无线节点的直线发送第三数据包。

10.根据权利要求9所述的智能集装箱通信方法，其特征在于，所述数据包发送的顺序为：先发送第一数据包，当第一数据包无法传输之后发送第二数据包，当第二数据包无法传输后发送第三数据包。