DE112010003324T5

DE112010003324T5 - RFID-Ortungssystem

Info

Publication number: DE112010003324T5
Application number: DE112010003324T
Authority: DE
Inventors: Gregory C. Best; Andrew Ansell; Gwen Byard; James W. Jervis
Original assignee: Trimble Navigation Ltd
Current assignee: Trimble Inc
Priority date: 2009-08-20
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2012-06-06
Also published as: CN102576063A; CN102576063B; US8797141B2; WO2011022564A2; US20110043373A1; WO2011022564A3

Abstract

Ein Rückwärts-RFTD-Ortungssystem basiert auf einer Gruppe von RFID-Tags, wobei jedes Tag Daten speichert, die eine Position repräsentieren.

Description

Technisches Gebiet
Die Beschreibung bezieht sich allgemein auf Navigation an Platzen, wo die Funktion von globalen Satelliten-Navigationssystem(Global Navigational Satellite System (GNSS))-Empfängern begrenzt ist, und auch Funkerkennungs(Radio Frequency Identification (RFID))-Tags. Diese Schrift präsentiert ein Rückwärts-RFID-Ortungssystem.
Hintergrund
Am 3. Dezember 1999 wurden sechs Feuerwehrleute in einem fünfstöckigen Brand, der durch ein Industriegebäude in Worcester, MA, stürmte, getötet. Zwei der Feuerwehrleute gingen in den labyrinthartigen Backsteinbau, um kurz nach Beginn des Feuers die Flammen zu erkunden. Nachdem sie die Orientierung verloren hatten, fragten sie nach Hilfe per Funk, und vier andere, die hineingingen, um sie zu retten, wurden ebenfalls eingeschlossen. In einem separaten Fall in Kansas City, MO, verlor eine Feuerwehr einen Bataillonschef, als er bei einem Feuer in einem größeren Papierlager verlorenging und die Orientierung verlor. Diese und weitere Geschichten liefern dramatische Beispiele von Situationen, in denen Ersthelfer wissen müssen, wo sie sich innen befinden.
GNSS-Empfänger, die in persönlichen Navigationssystemen allgegenwärtig werden, funktionieren häufig innen bzw. im Inneren von Gebäuden, in Minen, unter dichtem Blattwerk, in Einkaufszentren, in Flughafenterminals und in anderen Situationen, wo eine klare Sicht von Satelliten blockiert ist, nicht gut. Somit sind alternative Systeme zur Navigation innerhalb von Gebäuden (Indoor-Navigation) erforderlich.
Rückwärts-RFID-Ortung stellt eine Technik dar, bei der feste Orte in einem Gebäude mit RFID-Tags markiert sind. Eine Person mit einem RFID-Lesegerät kann die Tags lesen, um herauszufinden, wo sie sich befindet. Vorhandene Rückwärts-RFID-Systeme stützen sich auf eine Datenbank mit RFID-Tag-Daten. Ein mobiles Tag-Lesegerät fragt die Datenbank hinsichtlich des Orts und anderer mit bestimmten RFID-Tag-ID-Nummern verbundener Information ab.
Während vorhandene Rückwärts-RFID-Ortungssysteme vielversprechend sind, sind immer noch Verbesserungen möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt einen Grundriss, der Räume, Flure und Treppenhäuser in einem Gebäude mit RFID-Tags an zahlreichen Orten zeigt.
2A zeigt ein Beispiel für RFID-Tags, die in einem lokalen Koordinatensystem angeordnet sind, und Beispiele für Typen von Daten, die in den Tags enthalten sind.
2B stellt ein Schema zur Abfrage von Positionsbestimmungs-Tags in Adressraum und realem Raum dar.
3A zeigt ein Diagramm, das zahlreiche Positionsbestimmungen zeigt, die mit Rückwärts-RFID-Techniken erhalten wurden.
3B zeigt ein Diagramm, das zeigt, wie Position und Geschwindigkeit auf der Grundlage von gewichteten Mittelwerten von RFID-Tag-Positionen bestimmt werden können.
4A zeigt ein Beispiel für ein mobiles RFID-Lesegerät.
4B zeigt ein Blockdiagramm von Systemen, die in einem RFID-„Lesegerät” enthalten sind.
5 zeigt ein System, das eine Gruppe von RFID-Tags, ein mobiles RFID-Lesegerät und eine optionale Betriebsablaufsteuerungseinheit enthält.
6 zeigt ein Flussdiagramm zum Aufbauen eines Rückwärts-RFID-Ortungssystems.
7 zeigt ein Flussdiagramm für ein mobiles RFID-Lesegerät, das seine Position und Geschwindigkeit findet.
8 zeigt ein Flussdiagramm für ein mobiles RFID-Lesegerät, das Daten von nahe gelegenen RFID-Tags abruft und anzeigt.
9 stellt ein Rückwärts-RFID-Navigationsscenario dar, bei dem ein mobiler Benutzer Daten in einigen der Tags in einer Gruppe von Positionsbestimmungs-Tags speichert (und Daten daraus abruft).
Ausführliche Beschreibung
Das hierin beschriebene Rückwärts-RFID-Ortungssystem lässt die Menschen ihren Weg finden, wenn GNSS- oder andere Positionsbestimmungssysteme mangels zuverlässiger Signale versagen. Wir verwenden Indoor-Positionsbestimmung in einem Bürogebäude als ein erläuterndes Beispiel; die hierin beschriebenen Systeme und Techniken sind jedoch gleichermaßen in Lagern, Minen, unter einem Dach in Obstgärten, in Einkaufszentren, Flughäfen oder anderen Umgebungen verwendbar. Selbstverständlich ist das Rückwärts-RFID-Ortungssystem nicht auf Bereiche mit schlechtem GNSS-Empfang beschränkt. Im Gegenteil kann der Rückwärts-RFID-Ort immer dann verwendet werden, wenn die Verwendung einer Gruppe von RFID-Tags möglich ist, und der RFID-Ort kann in GNSS- oder anderen Navigationssystemen integriert werden, um für sanfte Übergänge zwischen Systemen zu sorgen.
Das Rückwärts-RFID-Ortungssystem bietet mehrere Servicegrade in Abhängigkeit von den verfügbaren Ressourcen. Für die meisten Dienste ist eine Kommunikation zwischen einem mobilen RFID-Lesegerät und einer Datenbank mit RFID-Tag-Information nicht erforderlich.
Das Ortungssystem basiert auf einer Gruppe von RFID-Tags, die zum Beispiel in einem Bürogebäude oder Flughafenterminal befestigt sind. Basis-Tags enthalten geringe Datenmengen; Tags mit 96-Bit-Identifizierungsnummern stellen beispielsweise einen populären Standard dar. Jedes Tag enthält seine Position und kann auch Vektoren zu anderen Positionen enthalten. Ein Tag kann beispielsweise die Richtung zu einem Treppenhaus oder die Richtung und die Entfernung zu einem Feuerwehrschlauch enthalten.
Fortgeschrittenere Tags können gröbere Datenmengen enthalten, von einigen wenigen Kilobytes bis zu mehreren Megabytes oder mehr. (Häufig wird eine Identifikationsnummer eines Tags in 96, 128 oder sogar 256 Bits gespeichert, die sich von einem größeren Anwenderspeicherbereich unterscheiden.) Derartige Tags können Thermometer, Gassensoren oder andere physikalische Sensoren enthalten oder damit verbunden sein. Tags können Karten, Obstgärten bzw. Plantagengrundrisse, Flughafenterminaldiagramme und andere Informationen enthalten. Eine skalierbare Vektorgrafik(Scalable Vector Graphic (SVG))-Karte kann aus einer Extensible Markup Language(XML)-Datei erzeugt werden, die Kartendaten und möglicherweise andere Markierungsdaten enthält.
Ein Benutzer eines Rückwärts-RFID-Ortungssystems findet seine Position anhand der Positionen von nahegelegenden RFID-Tags. Die mittlere Position der Tags, gewichtet mit der Signalstärke, liefert einen nützlichen Schätzwert für die Position des Benutzers. Andere bzw. weitere Daten können aus Tags gelesen oder in diese geschrieben werden. Ein Benutzer kann eine Nachricht in ein Tag schreiben, die zum Beispiel darauf hinweist, warm und von wem ein Tag das letzte Mal besucht wurde.
Nunmehr den Figuren zuwendend, zeigt 1 einen Grundriss, der Räume, Flure und Treppenhäuser in einem Gebäude mit RFID-Tags an zahlreichen Orten zeigt. Der Grundriss betrifft die fünfte Etage des Gebäudes „M”. Der Grundriss enthält mehrere Räume (z. B. 105, 110), zwei Treppenhäuser (115, 117) und einen Flur 120. Es sind überall RFID-Tags angeordnet (z. B. 125, 127, 130, 135 und 140). 1 zeigt auch die Position 150 eines mobilen RFID-Tag-Lesegeräts und ein lokales Koordinatensystem, das durch y-Achse 170 und x-Achse 175 definiert ist.
Das Koordinatensystem kann verwendet werden, um Orte auf der Etage zu spezifizieren, egal ob ein detaillierter Grundriss zur Verfügung steht oder nicht. Zum Beispiel kann die Position 150 eines mobilen RFID-Tag-Lesegeräts als (x, y) = (22, 27) mit oder ohne Kenntnis, dass sich die Position in der Nähe eines Eingangs befindet, spezifiziert werden.
RFID-Tags 125, 127, 130, 135, 140 und weitere mit ähnlichen Symbolen in 1 markierte sind an passenden Stellen in dem Gebäude angeordnet. Sie müssen nicht in einem regelmäßigen Raster angeordnet sein. Es ist nützlich, Tags entlang Grenzen bzw. Begrenzungen, zum Beispiel in der Nähe von Wänden, anzubringen, wo immer es geht.
Die RFID-Tags können einen oder mehr Vektoren zu interessierenden Punkten (points of interest) enthalten. Hier enthält ein „Vektor” nur die Richtung, nur die Entfernung oder Richtung und Entfernung. Die Tags 125 und 127 enthalten Vektoren, die zu den Ausgängen der Räume zeigen, in denen sie sich befinden. Die Tags 130, 135 und 140 entfalten Vektoren, die zu Treppenhäusern 115 und 117 zeigen. Das Tag 135 befindet sich näher an dem Treppenhaus 117 als an dem Treppenhaus 115. Der von dem Tag 135 wegzeigende durchgezogene Pfeil stellt einen Vektor zum nächsten Treppenhaus dar, während ein zum zweitnächsten Treppenhaus zeigender Vektor als ein gestrichelter Pfeil gezeigt ist. Somit können Tags mehrere Vektoren speichern, die zu Ausgängen, Löschgerät oder anderen interessierenden Punkten zeigen. Die Tags 130 und 140 zeigen in ähnlicher Weise zum Treppenhaus 115 (das für sie nächste Treppenhaus) und zum Treppenhaus 117. Die Vektoren können Richtung oder Entfernung oder beides zu einem interessierenden Punkt enthalten.
Die Positionen der Tags und die Richtungen und Entfernungen, die in den Vektoren enthalten sind, werden in den von Achsen 170 und 175 definierten lokalen Koordinaten repräsentiert. Das lokale Koordinatensystem vereinfacht eine Positionsbestimmung in dem Gebäude. Allgemein ist ein lokales Koordinatensystem eines, das für eine spezielle Anwendung nützlich und wichtig ist. Das Koordinatensystem kann ein-, zwei- oder dreidimensional sein (Beispiele: linear (x), rechteckig (x, y), 3D-karthesisch (x, y, z), Gebäude (x, y, Etage), Polar (r, θ), kugelförmig (r, θ, φ), etc.). Sein Ursprung kann zweckmäßig gewählt werden. In dem Beispiel eines Feuerwehrmannes, der in einem Gebäude navigiert, kann es zweckmäßig sein, den Ursprung eines lokalen Koordinatensystems am Eingang des Gebäudes zu platzieren; auf diese Weise liefert die von einem in lokalen Koordinaten ausgedrückte Position einen unmittelbaren Schätzwert für die Entfernung bis in Sicherheit. Für Menschen, die ein Navigationssystem am Fuß verwenden, weisen geeignete Einheiten in einem lokalen Koordinatensystem einen auf einen Mensch bezogenen Maßstab auf; d. h. Füße, Meter oder Yards anstelle von Breitenminuten, Meilen oder Kilometer. Für einige Benutzer, wie zum Beispiel Vermesser, kann ein globales Koordinatensystem (z. B. Breite, Länge, Höhe) vorzuziehen sein.
In 1 ist die Position eines mobilen RFID-Lesegeräts durch Dreieck 150 markiert. Die Details, wie das Lesegerät seinen Aufenthaltsort bestimmt, werden unten dargelegt. Zunächst einmal reicht es aus, zu sagen, dass das Lesegerät nahegelegene Tags als Teil des Bestimmens der Position des Lesegeräts abfragt. Jedes Tag enthält seine eigene Position, die in dem lokalen Koordinatensystem ausgedrückt ist. Selbstverständlich kann jedes Tag auch viel mehr Daten enthalten.
2A zeigt ein Beispiel für RFID-Tags, die sich in einem lokalen Koordinatensystem befinden, und Beispiele für Typen von Daten, die in den Tags enthalten sind. In 2A definieren x-Achse 205 und y-Achse 210 ein lokales Koordinatensystem. RFID-Tag 215 befindet sich bei (x, y) = (6, 8) und RFID-Tag 220 befindet sich bei (x, y) = (20, 8) in lokalen Koordinaten. Die Tabellen 225 und 230 fassen Typen von Daten zusammen, die in den Tags 215 bzw. 220 enthalten sein können.
Es stehen viele unterschiedliche Typen von RFID-Tag zur Verfügung. Gegenwärtig sind Tags, die 96 Bits-Daten (häufig als Identifikationsnummer im Gespräch) enthalten, weitverbreitet, aber Tags, die viel mehr Daten in Nutzerspeicherbereichen speichern können, stehen auch leicht zur Verfügung. Tags speichern deren eigenen Positionen, ausgedrückt in lokalen Koordinaten, deren Ursprung in dem Gebäude (oder Einkaufszentrum, Flughafen, etc.) oder in der Nähe desselben liegt, in dem der Tag platziert ist. In einer Ausführung, die mit gegenwärtigen Tag-Interoperabilitätsstandards am kompatibelsten ist, ist die Position eines Tags als Teil seiner 96-Bit-„Identifikations”-Nummer kodiert.
Betrachten wir zum Beispiel Tag 220, das in dem Koordinatensystem von 2A bei (20, 8) angeordnet ist. Die Tabelle 230 fasst die in dem Tag enthaltenen Daten zusammen. „Format”- und „Unterformat”-Felder nehmen 8 bzw. 4 Bits ein und werden verwendet, um den Datenformatstandard zu definieren, dem das Tag entspricht. (Hinweis: Felder und Bitgrößen dieser Felder, die in 2A gezeigt sind, werden lediglich als nicht-beschränkende Beispiele präsentiert.) Es folgen „Gebäude-ID”- und „Etage”-Felder (18 bzw. 6 Bits). Zum Beispiel sind Tags in 1 mit der fünften Etage von Gebäude „M” unter einer geographischen Adresse identifiziert.
Die nächsten sechs Einträge in der Tabelle 230 sind, in der Reihenfolge von signifikanteren („oberen”, „höheren”) zu weniger signifikanten („niedrigeren”) Bits, „X Ort hoch”, „Y Ort hoch”; „X Ort mittel”, „Y Ort mittel”, X Ort niedrig”, und „Y Ort niedrig”. Diese Einträge sind für Bits, die die Position eines Tags in dem durch die Achsen 205 und 210 definierten X, Y-Koordinatensystem repräsentieren. Die X- und Y-Einträge sind verschachtelt, um die Effizienz eines RFID-Lesegeräts beim Identifizieren von nahegelegenen Positionsbestimmungs-Tags zu verbessern.
Ein RFID-Lesegerät sendet ein Abfragesignal aus und wartet auf Antworten von RFID-Tags im Bereich. Aber nicht alle Tags in dem Bereich eines Lesegeräts sind von Interesse. Betrachten wir zum Beispiel ein zur Positionsbestimmung eines mobilen Benutzers in einem Lager verwendetes RFID-Lesegerät. Positionsbestimmung-Tags können im ganzen Lager verteilt sein. Es können jedoch auch viele andere Tags vorhanden sein, wobei das gängigste Beispiel Tags sind, die an in dem Lager aufbewahrten Gegenständen angebracht sind. Schließlich besteht die Hauptverwendung von RFID-Tags heutzutage in der Identifizierung von Gegenständen.
Mobile RFID-Lesegeräte können Antworten von Tags auf irgendeine von mehreren unterschiedlichen Arten erbitten. Ein typischer Ansatz besteht darin, dass das Lesegerät eine allgemeine Anfrage aussendet und dann wartet, um zu sehen, ob irgendwelche Tags antworten. Falls mehr als ein Tag antwortet, kann das Lesegerät zahlreiche Strategien verwenden, um zunehmend beschränktere Teilmengen des Raumes von allen möglichen Tags abzufragen, bis nur ein Tag antwortet. Auf diese Weise kann das Lesegerät Tags sequenziell lesen und Interferenz eliminieren, die unter simultanen Antworten auftreten könnte.
Eine Art, in der ein Lesegerät seine Anfragen beziehungsweise Abfragen einengen könnte, besteht darin, Antworten nur von Tags zu erbitten, deren ersten N Bits einem bestimmten Muster entsprechen. Zum Beispiel kann ein Lesegerät fordern, dass nur Tags, die einem bestimmten Format und Unterformat entsprechen, antworten. Wenn mehr als ein Tag dem Format und Unterformat entspricht, kann das Lesegerät Antworten von Tags erbitten, deren ersten 2 NBits einem bestimmten Muster entsprechen. Dies bedeutet, dass nur Tags mit einer bestimmten Gebäude-ID und einer bestimmten Etage (siehe 2A) antworten werden.
2B stellt ein Schema zum simultanen Abfragen von Positionsbestimmungs-Tags im Adressraum und realen Raum dar. In 2B zeigen Bit-Diagramme 250 Adressen, die von einem höchstwertigen Bit (Most Significant Bit (MSB)) bis zu einem niedrigstwertigen Bit (Least Significant Bit (LSB)) reichen. Dunkle Bits in den Adressen sind diejenigen, die einer Anfrage/Abfrage von einem Lesegerät entsprechen müssen, damit ein Tag antwortet. Kästchen 255 repräsentieren zunehmend kleinere Volumina von realem Raum entsprechend mehr und mehr spezifischen Bit-Adressen. Diese Übereinstimmung ist eine Folge der verschachtelten Positionsbits in Tabelle 230.
Da ein Lesegerät Antworten von Tags erbittet, deren ersten M Bits einem bestimmten Muster entsprechen, erbittet es effektiv Antworten von Tags, die sich in einer immer kleiner werdenden Region von realem Raum befinden. Diese sukzessive Bit-Maskier-Technik ermöglicht, dass ein Lesegerät auf nahegelegene Tags schnell fokussiert. Eine gröbere Positionsbestimmung wird in oberen Bits erzielt, während eine feinere Positionsbestimmung in niedrigern Bits erzielt wird. 2A stellt die Anordnung von Bits in Gruppen von vier dar; jedoch können X- und Y-Orts-Bits auf einer Bit-für-Bit-Basis verschachtelt sein: höchstwertiges X-Bit, höchstwertiges Y-Bit, nächst-höchstwertiges X-Bit, nächsthöchstwertiges Y-Bit, etc. Allgemein können Koordinaten auf jedem Granularitätslevel (jedes Bit, jedes zweite Bit, jedes dritte Bit, etc.) verschachtelt sein. Unterschiedliche Dimensionen können mit unterschiedlicher Granularität verschachtelt sein. Beispielsweise können X- und Y-, aber nicht Z-Bits in einem X, Y, Z-System verschachtelt sein.
Die Verschachtelung von Positionsbits ist nützlich, wenn ein zur Verfügung stehendes Lesegerät seine Tag-Suche einengt, indem es mit höherwertigen Bits beginnt und sich zu weniger wertigen Bits vorarbeitet, wie dies in 2B gezeigt ist. Ein Lesegerät, das beliebige Muster von festen und variablen Bits abfragen könnte, könnte jedoch Anforderungen hinsichtlich verschachtelter Positionsbit ändern. Ein derartiges Lesegerät könnte Tags auf der Grundlage von deren Position direkt abfragen. Wenn zum Beispiel Positionsinformation in Bits 64 bis 79 kodiert wäre, könnte ein Lesegerät eine Abfrage senden, die spezifiziert, dass nur Tags, in denen Bits 64–66 und 72–74 (die hohe Bits von X- und Y-Position sein können), Antworten senden sollen.
Noch einmal auf 2A bezugnehmend, ist „Tag-ID” eine optionale, eindeutige Zahl (als 16 Bits in dem Beispiel von 2A gezeigt), die ein Tag weiter identifiziert. „Ausgang 1” und „Ausgang 2” sind Beispiele für zusätzliche Daten, die in einem Tag gespeichert sind. In diesem Fall sind sie Vektoren zu nahegelegenen Ausgängen in einem Gebäude.
Die Tabelle 225 fasst die in Tag 215 bei Position (6, 8) enthaltenen Daten zusammen. Dieses Tag enthält Daten in demselben Format wie dasjenige von Tag 220, plus zusätzliche Daten: „Temp” und „Karte, Daten”. Dies sind Beispiele für weitere Daten, die in einem Tag gespeichert werden können, wie zum Beispiel die Temperatur des Tags oder eine Karte von der lokalen Umgebung. Diese zusätzlichen Daten werden gewöhnlich in einem Nutzerspeicher eines Tags gespeichert. Eine in einem Tag gespeicherte Karte kann die Gestalt einer XML-Datei annehmen, die Daten für eine SVG-Karte und Metadaten, die zum Beispiel Kennzeichnungen für Gegenstände in der Karte, enthält. Es kann nützlich sein, Tags, die zum Beispiel Karten oder Grundrisse in der Nähe des Eingangs für jede Etage in einem Gebäude enthalten, zu platzieren.
Vektoren zu interessierenden Punkten (z. B. Ausgängen, Feuerwehrschläuchen, Informationsständen/Auskunftsstelle, Badezimmern, etc.), Temperaturmesswerte, kommentierte Karten und Daten von Sensoren (z. B. Gaskonzentrationen, Radioaktivität, Belastung, etc.) stellen lediglich einige wenige Beispiele für Information dar, die in Tags gespeichert werden kann. Ferner können RFID-„Lesegeräte” auch RFID-Schreibgeräte sein; sie können Informationen in nahegelegene Tags schreiben. Beispielsweise kann ein von einem Feuerwehrmann getragenes RFID-Lesegerät Information in einem Tag speichern, die angibt, wann sich der Feuerwehrmann das letzte Mal in der Nähe des Tags befand. Ein anderer Feuerwehrmann kann dann ein RFID-Lesegerät verwenden, um dem Weg des ersten Feuerwehrmanns zu folgen.
Somit sind die Typen von Daten, die in einem RFID-Tag gespeichert werden, nur durch die Speicherkapazität des Tags begrenzt. Tags können sowohl von RFID-„Lesegeräten” gelesen, als auch von diesen geschrieben werden, was die Fähigkeit, RFID-Schreibgeräte sein, auch beinhaltet. In einer typischen Anwendung speichern jedoch die meisten der Tags deren Position und ein paar andere Bits von Daten, wie zum Beispiel Vektoren zu interessierenden Punkten. Somit wenden wir uns nun unterschiedlichen Graden von Positionsbestimmungsdiensten zu, die von einem Rückwärts-RFID-Ortungssystem bereitgestellt werden können, und wie eine Position von RFID-Lesegeräten bestimmt werden kann.
3A zeigt ein Diagramm, das zahlreiche Positionsbestimmungen zeigt, die mit RFID-Rückwärts-Techniken erhalten wurden. 3B zeigt ein Diagramm, das zeigt, wie Position und Geschwindigkeit auf der Grundlage von gewichteten Mittelwerten von RFID-Tag-Orten bestimmt werden können.
In 3A definieren x-Achse 305 und y-Achse 310 ein lokales Koordinatensystem, in dem RFID-Tags 315, 320 und 325 angeordnet sind. Die geschätzten Positionen eines RFID-Lesegeräts bei verschiedenen Servicegraden werden durch Dreiecke „a”, „b” und „c” repräsentiert. Die wahre Position des Lesegeräts ist durch Vier-Punkt-Stern 330 markiert. Der einfachste und gröbste Positionsschätzwert wird erhalten, indem angenommen wird, dass die Position eines RFID-Lesegeräts dieselbe wie diejenige eines nahegelegenen RFID-Ortungs-Tags ist. Obwohl dieser Schätzwert nahezu nie die korrekte Lesegerätposition (d. h. wahre Position 330) liefert, ist er häufig nützlich – für viele Anwendungen „gut genug”. In 3A wird ein derartiger Schätzwerk durch Dreieck „c” repräsentiert, das über den Ort des Tags 325 gelegt ist.
Ein besserer Positionsschätzwert wird erhalten, wenn ein Lesegerät bestimmen bzw. ermitteln kann, dass sein Ort auf einer Linie zwischen zwei Tags liegt. In 3A wird ein derartiger Schätzwert durch Dreieck „b” repräsentiert, das auf einer geraden Linie liegt, die Tags 315 und 325 verbindet. Die Position des Lesegeräts entlang einer derartigen Linie, d. h., wie weit sie von jedem Ende entfernt ist, kann durch Messen der Rücksignalstärke unter Verwendung von unten beschriebenen Techniken geschätzt werden.
Dreieck „a” repräsentiert einen noch besseren Schätzwert für die Position des Lesegeräts, die zwischen Tags 315, 320 und 325 liegt. Obwohl 3A nur zwei Dimensionen, X und Y, zeigt, können Zwischen-Tag-Positionen, wie zum Beispiel Positionsschätzwert „a”, in drei Dimensionen erhalten werden und sich auf Antworten von drei oder mehr RFID-Tags stützen. Wenn vier oder mehr Tags zur Verfügung stehen, ist eine dreidimensionale Positionsbestimmung robuster, wenn nicht alle Tags in derselben Ebene liegen.
Nun auf 3B bezugnehmend, definieren x-Achse 405 und y-Achse 410 ein lokales Koordinatensystem, in dem Tags 415, 420 und 425 an Positionen (14, 8), (8, 23) beziehungsweise (32, 19) angeordnet sind. Dreiecke 430 und 435 repräsentieren Positionsschätzwerte für ein RFID-Lesegerät. Positionsschätzwert 430 ist von einem Lesegerät aus einem gewichteten Mittelwert von Positionen von nahegelegenen RFID-Tags berechnet. Die empfangene Signalstärke oder eine Funktion der empfangenen Signalstärke (z. B. log, Quadrat, etc.) bestimmt die Gewichtungsfaktoren, die normalisiert werden, bevor sie auf Tag-Positionen angewendet werden.
In diesem Beispiel wird Gewichtungsfaktor α₁ auf die Position von Tag 415 angewendet, während Faktoren α₂ und α₃ auf die Positionen von Tags 420 und 425 angewendet werden. Zum Beispiel könnte ein RFID-Lesegerät an Position 430 ermitteln, dass {α₁, α₂ _, α₃} = {0.285, 0.453, 0.262). Die geschätzte Position des Lesegeräts ist dann {α₁(14,8) + α₂(32, 19) + α₃(8, 23)) = (21, 17), wobei das Lesegerät die Position jedes Tags anhand der Antworten der Tags auf die Anfrage des Lesegeräts erhielt. Dieses einfache Verfahren zur Bildung eines Mittelwerts von Tag-Positionen, um die Position des Lesegeräts zu finden, ist robust, einfach und einigermaßen genau.
Eine Position eines RFID-Lesegeräts kann auch durch andere Verfahren erhalten werden. Zum Beispiel kann die Empfangssignalstärke verwendet werden, um die Entfernung zu Tags und die dann durch Trilateration in Analogie zu GNSS geschätzte Position des Lesegeräts zu schätzen. In der Praxis kann jedoch die Empfangssignalstärke von Tags mit Rauschen behaftet sein und sind Matrixberechnungen zur Bestimmung der Position unter Verwendung von Trilateration komplexer als das oben beschriebene einfache Mittelungsverfahren.
Positionsbestimmung durch gewichtete Mittelwertbildung von Tag-Positionen wird durch zahlreiche Techniken verbessert. Erstens antworten nur nahegelegene Tags auf Lesegerät-Abfragen, weil das Lesegerät Tags mit hohen Bits, die einer geeigneten Position entsprechen, erbittet und dann auf die niedrigen Bits von nahegelegenen Tags fokussiert, wie oben in Verbindung mit verschachtelten X- und Y-Positionsbits beschrieben. Nahegelegene Tags können mehrere Male abgefragt werden, um die Genauigkeit zu verbessern, wenn die Abfragerate im Vergleich mit der Bewegung des Lesegeräts hoch ist.
Ein Lesegerät kann die Qualität (d. h. geschätzte Genauigkeit) einer geschätzten Position bestimmen. Die Positionsqualität wird durch Faktoren, wie zum Beispiel Signal-Zu-Rauschen-Verhältnis von empfangenen Signalen, Anzahl von nahegelegenen Tags und geometrischer Anordnung von nahegelegenen Tags beeinflusst. Positionen, die anhand einer Gruppe von Tags geschätzt werden, die nahezu in einer geraden Linie fluchten, können nicht so genau wie diejenigen sein, die zum Beispiel von in zwei oder drei Dimensionen verteilten Tags geschätzt sind.
Die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung des Lesegeräts können anhand von aufeinanderfolgenden Positionsbestimmungen bestimmt werden. Wenn sich zum Beispiel ein Lesegerät von Position 430 zu Position 435 in 3B bewegt, kann seine Geschwindigkeit durch Teilen der Entfernung zwischen geschätzten Positionen durch die zum Bewegen von einer zur nächsten benötigte Zeit geschätzt werden.
Die Technik des Abrufens von Tags, die sich sowohl im realen Raum als auch im Adressraum von deren Datenbits (unter vorteilhafter Nutzung von verschachtelten X- und Y-Bits) in der Nähe befinden, kann ferner durch zeitliche Diskriminierung ebenfalls erweitert werden. Beispielsweise kann ein Lesegerät Daten nur von diesen Tags verwenden, die zuletzt abgefragt wurden. Ein Zeitschwellenwert kann so eingestellt werden, dass Antworten von Tags, die langer her sind als der Zeitschwellenwert, ignoriert werden. Zeitschwellenwerte im Bereich von cirka 0,5 bis zu cirka 5 Sekunden sind zur Positionsbestimmung in einem Bürogebäude nützlich, aber Zeitschwellenwerte mit anderen Dauern können auch verwendet werden. Der Zeitschwellenwert kann abgestimmt werden, wenn ein Lesegerät seine Geschwindigkeit ändert; je schneller sich ein Lesegerät bewegt, desto kürzer ist der geeignete Schwellenwert. Wenn ein Tag mehr als einmal während eines Zeitschwellenwerts antwortet, können seine Antworten kombiniert werden oder kann nur die letzte Antwort in Abhängigkeit von der Anwendung berücksichtigt werden.
4A zeigt ein Beispiel für ein mobiles RFID-Lesegerät. Derartige Lesegeräte können in einer großen Vielzahl von Gestalten und Größen vorkommen und können in Einheiten kombiniert werden, die viele andere Funktionen neben dem Lesen von RFID-Tags durchführen. In 4A enthält das mobile RFID-Lesegerät 455 eine Anzeige 460, die zum Beispiel eine einfache einzeilige Text-Anzeige, eine zweidimensionale Farb-LCD, ein Touch-Screen (berührungsempfindlicher Bildschirm) etc. sein kann. RFID-Module, Anzeigen und Gehäuse sind käuflich erwerbbar; jedoch sind zum Implementieren von Rückwärts-RFID-Positionsbestimmung erforderliche Firmware und Software dies nicht.
4B zeigt ein Blockdiagramm von Systemen, die in einem RFID-„Lesegerät” enthalten sind. In der gesamten Anmeldung kann sich „Lesegerät” auf eine integrierte Einrichtung, wie zum Beispiel Lesegerät 485, beziehen, das ein RFID-Lesegerät 490, ein optionales RFID-Schreibgerät 492 und eine Prozessor/Positionsbestimmungsmaschine (Engine) 494 enthält. Die Ausgabe des RFID-Lesegeräts 490 ist ein Strom von Daten von Tags mit entsprechenden Signalstärken. Der Prozessor/die Positionsbestimmungsmaschine 494 ist zum Konvertieren der Ausgabe des RFID-Lesegeräts 490 in Positionsinformation oder zur Durchführung von mehreren fortgeschrittenen Funktionen erforderlich.
Die Anzeige 460 kann einem Benutzer seine Position als Koordinaten in einem lokalen Koordinatensystem zeigen; z. B. „21, 7, FL5” (Gegenstand 465), was interpretiert wird als (x, y) = (21, 7) auf der fünften Etage eines Gebäudes. Alternativ kann die Anzeige eine Karte mit der darauf markierten Position des Benutzers in einer Art zeigen, die bestehenden GNSS-Empfänger-Kartenanzeigen ähnelt.
Die Anzeige 460 kann auch einem Benutzer den Ort von interessierenden Punkten (z. B. Ausgängen, Treppenhäusern, Informationsständen etc.) auf mehrere Arten zeigen, wobei die einfachste eine Textanzeige wie zum Beispiel „AUSGANG 23 FUSS” (Gegenstand 470) ist, die zeigt, wie weit der interessierende Punkt entfernt ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Anzeige Pfeile (z. B. 475, 480) zeigen, die den Weg zu interessierenden Punkten zeigen. Zum Beispiel könnte das in der Umgebung von 1 platzierte Lesegerät von 4 die Richtung zu jedem der nächsten beiden Ausgänge mit einem durchgezogenen Pfeil, der zu dem nächsten zeigt, und einem gestrichelten Pfeil zeigen, der zum zweitnächsten zeigt.
Somit kann die mobile Einrichtung von 4A Funktionen bieten, die einschließen: durch Rückwärts-RFID abgeleitete Position, Vektoren zu primären und sekundären interessierenden Punkten, Bewegungsrichtung, Karte von lokaler Umgebung, die optional mit Metadaten kommentiert ist, Sprach- und/oder Datenfunkverbindung, allgemeine RFID-Lese/Schreib-Funktionalitäten, Positionsqualitätsschätzwerte und Anzeigen von Positionsqualität (z. B. grün für hohe Genauigkeit, rot für geringe Genauigkeit), GNSS-Empfänger, Magnetkompass, etc. Welche und wie viele von diesen und anderen Funktionen in einer bestimmten Einrichtung enthalten sind, hängt von dem Benutzer und von der Anwendung ab. Ein zur Brandbekämpfung mit geringerer Sieht entworfenes System kann andere Merkmale als ein für Schnäppchenjagd in einem Einkaufszentrum entworfenes enthalten. Ein zur Verwendung bei geringer Sicht oder von blinden Menschen entworfenes System kann eine Audio- oder eine taktile Schnittstelle anstelle der Anzeige 460 enthalten. Die Dauer, Wiederholungsrate oder Frequenz von Beep-Tönen könnte die Entfernung zu einem interessierenden Punkt, wie zum Beispiel einem Gebäudeausgang, angeben. Spracherkennungs- und Sprachsynthesesysteme könnten eine orale/aurale Schnittstelle bereitstellen. Auf unterschiedlichen Teilen des Körpers platzierte Schwingungswandler könnten zum Anzeigen der Richtung verwendet werden. Taktile Schnittstellen können auch Einrichtungen einschließen, die variablen Druck mit stumpfen Stiften ausüben oder die drücken bzw. pressen. Schließlich kann ein Lesegerät, das gestaltet ist, um in einem größeren System integriert zu werden, überhaupt keine menschliche Schnittstelle aufweisen.
5 zeigt ein System, das eine Gruppe von RFID-Tags 505, ein mobiles RFID-Lesegerät 510 und eine optionale Betriebsablaufsteuerung 515 enthält. RFID-Tags 505 sind in einem Bereich verteilt, in dem das mobile RFID-Lesegerät 510 navigieren kann. Die optionale Betriebsablaufsteuerung 515 stellt optionale Dienste (Services), wie zum Beispiel Verfolgen des Ortes von mehreren mobilen RFID-Lesegeräten, Bereitstellen von optionalen Datenbankdiensten für die mobilen Lesegeräte und Bereitstellen von optionalen Rechendiensten für die mobilen Lesegeräte bereit. Das Kontrollzentrum kann detaillierte Karten von dem Ort von zahlreichen Lesegeräten und der Entwicklung von deren Bewegungen liefern.
In einem typischen System können mobile Lesegeräte (wie zum Beispiel Lesegerät 510) miteinander über Daten- oder Sprachfunkverbindungen kommunizieren. Die mobilen Lesegeräte müssen nicht mit einem Kontrollzentrum kommunizieren, um deren Position zu finden. Jedes Tag in der Gruppe von Tags 505 speichert seine Position intern und mobile Lesegeräte bestimmen deren Positionen auf der Grundlage von Positionen von nahegelegenen Tags.
6 zeigt ein Flussdiagramm zum Aufbauen eines Rückwärts-RFID-Ortungssystems. Schritte 605 (Befestigen von RFID-Tag innerhalb eines Gebäudes oder anderen Bereiches) und 610 (Schreiben von Ort in lokalen Koordinaten in RFID-Tag) sind erforderlich, müssen aber nicht in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden. Schritte 615 (Schreiben von Vektor zu interessierenden Punkt in ein Tag), 620 (Verbinden eines Thermometers oder anderen Sensors mit einem Tag) und 625 (Verbinden einer Karte mit einem Tag) sind optional und können in irgendeiner Reihenfolge durchgeführt werden. Zum Vorbereiten eines Bereiches für Rückwärts-RFID-Navigation bedarf es der Verteilung von RFID-Tags über den gesamten Bereich und des Schreibens des Ortes von jedem Tag in seinen Speicher. Wie oben erörtert, können Tags nur deren Position oder auch wieder andere Daten, wie zum Beispiel Vektoren zu interessierenden Punkten, Sensormesswerte, Karten, etc., enthalten.
Beispiele für Plätze, an denen Tags angeordnet sein können (Schritt 605), schließen ein: Deckenplatten, Teppich, Sprinklerköpfe, in Beton eingebettet, in Schalterabdeckplatten etc. In Deckenplatten oder Teppich (als Beispiele) integrierte Tags bieten Komfort, wenn Orte in sie geschrieben werden, da deren installierter Abstand vorab festgelegt ist. Somit wird die Aufgabe des Herausfinden, welche Daten in jedes Tag zu schreiben sind, beschleunigt.
7 zeigt ein Flussdiagramm für ein mobiles RFID-Lesegerät, das seine Position und Geschwindigkeit herausfindet. Nach Schritt 705 können die in 7 dargestellten restlichen Schritte in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden. In 7 ist Schritt 705 „Sichtbare Tags abrufen”; ist Schritt 710 „Messen von Rücksignalstärke von nahegelegenen Tags”; ist Schritt 715 „Position berechnen”; und Schritt 720 ist „Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung berechnen”.
Schritt 705, Abrufen von sichtbaren Tags, bedeutet, dass Signale von RFID-Tags in der Nähe des Lesegeräts empfangen werden. Wenn ein System von Tags, das X- und Y-Ortsbits verschachtelt aufweist, verwendet wird, ist der Tag-Adressenbereich, der zum Finden aller lokalen Tags abgesucht werden muss, minimiert. Die Signalstärke, die von nahegelegenen Tags als Antwort auf ein Abfragesignal zurückgegeben wurde, wird in Schritt 710 gemessen. (Schritt 710 ist optional, da nicht alle Positionsbestimmungsverfahren von der Kenntnis von Rücksignalstärke abhängen).
Ein mobiles RFID-Lesegerät berechnet seine Position in Schritt 715 auf der Grundlage von Tag-Ortsinformation, die von nahegelegenen Tags erhalten wurde. Diese Berechnung kann auf eine oder mehrere von mehreren Arten durchgeführt werden. Ein Verfahren zum Finden einer Position besteht in der Verwendung der Stärke des zurückgekehrten Signals als ein Maß für die Entfernung von einem RFID-Tag. Wenn Entfernungen von mehreren Tags und die Positionen der Tags vorliegen, kann die Position des Lesegeräts durch Trilateration (oder allgemeiner Multilateration) bestimmt werden. Wenn das System überbestimmt ist, kann eine Methode der kleinsten Quadrate (oder gewichteten kleinsten Quadrate, gewichtet durch Signalstärke) zum Finden eines Positionsschätzwertes verwendet werden.
Ein zweites Verfahren besteht darin, die mittlere Position von Tags, von denen Signale zurückgebracht werden, gewichtet mit einer Funktion der Rücksignalstärke, s, zu berechnen. Die Gewichtungsfunktion, f(s), kann quadratisch (d. h. f(s) = s²), Quadratwurzel, Log, Exponential, f(s) = s, eine Funktion von geschätzter Streckendämpfung, Antennencharakteristiken, Rauschstatistik oder Umgebung oder eine andere Funktion sein. Gewichtungsmessungen zum Finden einer dreidimensionalen Position anhand von zum Beispiel vier Tags werden durch Berechnen von (x, y, z) = {f(s₁)(x₁, y₁, z₁) + f(s₂)(x₂, y₂, z₂) + f(s₃)(x₃, y₃, z₃) + f(s₄)(x₄, y₄, z₄))/{f(s₁) + f(s₂) + f(s₃) + f(s₄)} durchgeführt.
Ein drittes Verfahren besteht in dem Ignorieren von Signalstärke (d. h. Setzen von f(s) = 1 in dem obigen Beispiel) und Durchführen einer einfachen Mittelung. Dieses Verfahren beseitigt die Notwendigkeit, Signalstärke zu messen.
Ein viertes Verfahren besteht darin, die Medianposition, die durch Positionieren von Tags innerhalb des Bereiches gemeldet wird, zu finden. Der Median kann als das innerste Tag oder die durch die innerste X-Koordinate, die innerste Y-Koordinate und die innerste Z-Koordinate definierte Position berechnet werden.
Ein fünftes Verfahren besteht darin, die Position in der Mitte zwischen den beiden am weitesten voneinander entfernten Tags unter denjenigen in dem Bereich des Lesegeräts zu verwenden. Dieses Verfahren kann auch auf einer Koordinate durch Koordinatenbasis, z. B. durch unabhängiges Finden von Extremen in X, Y und Z, durchgeführt werden. Optional kann die Signalstärke dabei helfen zu bestimmen, welche Tags sich am weitesten entfernt befinden.
Ein sechstes Verfahren besteht darin, zufallsmäßig die Position eines antwortenden Positionsbestimmungs-Tags auszuwählen. Dies könnte z. B. das erste Tag sein, das auf eine Lesegerätabfrage antwortet. Dieses Verfahren ist angemessen, solange die gewünschte Positionsbestimmungsgenauigkeit größer als der Bereich des Lesegeräts ist. Der Lesegerätbereich kann verringert werden, um die Genauigkeit dieses Verfahrens zu verbessern, und der Bereich kann sogar fliegend (on the fly) eingestellt werden, um die Anzahl von antwortenden Positionsbestimmungs-Tags zu reduzieren. Wenn ein Tag ausgewählt worden ist, kann die Position des Lesegeräts als die Position des Tags geschätzt werden, bis das Lesegerät den Bereich des Tags verlasst. Wenn Information über die Rücksignalstärke zur Verfügung steht, dann kann anstelle des zufälligen Auswählens eines Tags das Tag mit dem stärksten Rücksignal ausgewählt werden.
Stichprobenkonsens (Random sample consensus) kann zum Reduzieren des Effekts von Ausreißern in gemeldeten Positionen von Tags verwendet werden. Wenn zum Beispiel ein Tag eine Position außerhalb des erwarteten Bereiches für Tag-Sichtbarkeit meldet, dann kann seine Position bei einer Lesegerätpositionsschätzung unberücksichtigt bleiben.
Zusätzliche Verfahren schließen Erbitten von Tag-Antworten in Regionen von Adressraum (d. h. Erbitten von lediglich Tags, deren Adressbits einem bestimmten Muster entsprechen) oder zur rechten Zeit (d. h. basieren einer Berechnung auf lediglich Antworten, die innerhalb des letzten Zeitintervalls, t, erhalten wurden) ein. Es gibt eine große Vielzahl von möglichen Arten, um von RFID-Positionsbestimmungs-Tags gemeldete Positionen zu kombinieren und einen RFID-Lesegerät-Positionsschätzwert zu erzeugen. Von dem gerade beschriebenen kann eine Untergruppe (Multilateration, Mittelwertbildung, Median, Mittelpunkt) als Wege zum Aggregrieren von Positionen, die von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags gemeldet werden, gruppiert werden, während andere (zufallsmäßiges Tag, erstes Tag, stärkstes Signal) annehmen, dass die Position des Lesegeräts die Position eines Tags ist.
Schließlich sind Berechnen der Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung (720) optional, aber können durch Vergleich der Position eines mobilen Lesegeräts zu unterschiedlichen Zeitpunkten durchgeführt werden. Die Geschwindigkeit kann durch Teilen der Entfernung zwischen gemessenen Positionen durch die Zeit zwischen diesen Positionen erhalten werden, während die Richtung anhand der Vektordifferenz der Positionen berechnet werden kann.
8 zeigt ein Flußdiagramm für ein mobiles RFID-Lesegerät, das Daten von nahegelegenen RFID-Tags abruft und anzeigt. Die in 8 skizzierten Schritte können in irgendeiner Reihenfolge einschließlich Überspringen von irgendeinem der Schritte durchgeführt werden. In Schritt 805 liest ein mobiles RFID-Lesegerät Daten von einem RFID-Tag. Wie oben beschrieben, können die Daten einfach die Position des Tags oder komplex wie eine XML-Datei sein, die Anweisungen für eine SVG-Karte und eingebettete Metadaten enthält. In Schritt 810 zeigt das Lesegerät seine Position in Text- oder Grafikform an. Das Lesegerät kann auch ein akkustisches oder optisches Signal emittieren, wenn es sich an einer vorab festgelegten Stelle befindet. Zum Beispiel kann ein Lesegerät eine Glocke erklingen lassen, wenn es sich in der Nähe eines Ausgangs in einem Bürogebäude befindet.
In Schritt 815 zeigt ein mobiles Lesegerät die Entfernung und/oder Richtung von dem Lesegerät zum interessierenden Punkt, wie z. B. einen Ausgang, ein Treppenhaus, einen Fahrstuhl, etc., an. In Schritt 820 zeigt ein mobiles Lesegerät die Temperatur eines Tags an, wie sie von dem Tag dem Lesegerät gemeldet wird. Selbstverständlich stellt die Temperatur nur ein Beispiel für Sensordaten dar, die in einem RFID-Tag gespeichert werden können. In Schritt 825 zeigt ein mobiles Lesegerät eine von einem RFID-Tag heruntergeladene Karte an. Bei Nutzung eines Rückwärts-RFID-Ortungssystems schließen Tags in der Nahe der Eingänge eines Gebäudes Kartendaten ein, so dass Karten oder Grundrisse vom Gebäude für Ersthelfer zur Verfügung gestellt werden, wenn sie das Gebäude betreten. In Schritt 830 schreibt ein mobiles RFID-Lesegerät/Schreibgerät Daten in das nächste Tag. Zum Beispiel kann das Lesegerät Daten schreiben, die angeben, warm es zuletzt das Tag besuchte. RFID-Lesegeräte können dann dem Fortschreiten jedes anderen folgen, indem sie Tags abfragen, um die Identität von früheren Besuchern eines Tag-Ortes herauszufinden.
9 stellt ein Rückwärts-RFID-Navigationsszenario dar, bei dem ein mobiler Nutzer Daten in einigen der Tags in einer Gruppe von Positionsbestimmungs-Tags speichert (und daraus abruft). In 9 sind Positionen in einem Polarkoordinatensystem dargestellt, dessen Ursprung mit (0, 0) gekennzeichnet ist. Andere Punkte in dem System, wie z. B. (20, 90) und (30, 30) und Achsen, wie z. B. (r, 0) und (r, –60) sind als Bezugsgrößen gekennzeichnet. Ein derartiges Koordinatensystem könnte sich bei einem kreisförmigen Gebäude, Theater, Obstgarten, oder anderen Raum als zweckdienlich erweisen. Wenn (0, 0) z. B. mit dem Eingang zu einem Gebäude zusammenfällt, dann ist die Entfernung von einem Punkt (r, θ) zum Eingang r. Wenn eine dreidimensionale Positionsbestimmung notwendig ist, kann das Polarkoordinatensystem leicht auf zylindrische (r, θ, z) oder sphärische (r, θ, φ) Koordinaten erweitert werden.
Betrachten wir eine Person, die den Weg 905 beschreitet und mit einem mobilen RFID-Lesegerät (z. B. vom Typ, wie er in den 4A und 4B gezeigt ist) ausgestattet ist. Um 11.30 Uhr befand sich die Person an Position (40, 44), wie durch ein gestricheltes Dreieck markiert. Später um 11.34 Uhr befand sie sich bei Position (25, 10), die auch durch ein gestricheltes Dreieck markiert ist. Schließlich befand sie sich um 11.41 Uhr bei Position (33, –35), auch durch ein gestricheltes Dreieck markiert.
Die Person kann Daten in Tags schreiben, wenn sie daran in der Nähe vorbeikommt. Dies kann auf Anforderung der Person oder automatisch, ohne dass eine Aktion der Person notwendig ist, erfolgen. In 9 werden die gerade erwähnten Positionsmeldungen in Tags gespeichert, die sich bei (35, 40), (20, 4) und (36, –31) befinden. Zum Beispiel werden die folgenden Daten in dem Tag bei (20, 4) gespeichert: „Name: J. Jones, Ort: (25, 10), Zeit: 11.34 Uhr”. Diese Positionsmeldungen können von anderen Lesegeräten gelesen werden, die später in der Nähe der Tags vorbeikommen, in denen sie gespeichert sind. Sie können auch als elektronische Brotkrumen verwendet werden, wenn die Person, die die Meldungen hinterlassen hat, ihre Schritte zurückverfolgen möchte.
Die den Weg 905 beschreitende Person kann während ihres Weges auf andere, nicht-Positionsbestimmungs-Tags, treffen. Zum Beispiel kann sie Tag „F” lesen, das sich bei (33, –23) befindet. Dieses Tag könnte sich an einer anderen Person befinden, die auch ihr eigenes Lesegerät haben könnte oder nicht. In 9 schreibt die den Weg 905 beschreitende Person die folgenden Daten in das Tag, das sich bei (36, –31) befindet: „Name: J. Jones, Ort: (33, –35), Zeit: 11.41 Uhr, Notiz: R. Smith befand sich bei (33, –23) um 11.40 Uhr”. Der zweite Teil der Nachricht („Notiz: R...”) enthält Daten, die von Tag „F” erhalten wurden. In diesem Fall ist Tag „F” an Feuerwehrmann R. Smith angebracht. Somit kann die den Weg 905 beschreitende Person Daten von Tags aufnehmen und auch Daten in Tags schreiben. Sie kann die Position von anderen mobilen Tags, ausgehend von ihrer durch Rückwärts-RFID abgeleiteten Position, bestimmen.
Daten-Tags können mobil (z. B. Tag „F”) oder fest sein. Das feste Tag bei (25, –63) speichert Information, die die Position einer Person angibt, die sich in der Nähe des Tags um 9.47 Uhr befand. Das feste Tag bei (17, –79) enthält die Information: „Hier befindet sich brennbares Material”. Offensichtlich gibt es keine Beschränkung hinsichtlich der unterschiedlichen Typen von Information, die in Tags gespeichert werden können.
Ein Rückwärts-RFID-Ortungssystem liefert ein nützliches Mittel zum Navigieren innerhalb von Gebäuden oder in anderen Situationen, wenn GNSS-Satelliten verdeckt sind. Das System erfordert keine Kommunikation mit einer Datenbank mit RFID-Tag-ID-Nummern. Das System ist für Ersthelfer gut geeignet, die innerhalb von Gebäuden mit geringer Sicht navigieren, aber auch für viele andere Anwendungen geeignet. Zum Beispiel können Tags benutzt werden, um Punkte zu markieren und blinden Menschen dabei zu helfen, deren Weg zu finden, oder Roboter und andere Fahrzeuge zu führen.
Wie ein Fachmann auf dem Gebiet anhand der Offenbarung der hierin enthaltenen Ausführungsformen leicht verstehen wird, können Prozesse, Maschinen, Herstellung, Mittel, Verfahren oder Schritte, die derzeit existieren oder später zu entwickeln sind, die im wesentlichen dieselbe Funktion erfüllen oder im wesentlichen dasselbe Ergebnis wie die hierin beschriebenen korrespondierenden Ausführungsformen erzielen, gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt werden. Dementsprechend sollen die beigefügten Ansprüche innerhalb ihres Schutzumfangs derartige Prozesse, Maschinen, Herstellung, Mittel, Verfahren oder Schritte einschließen.
Die obige Beschreibung von der gestellten Ausführungsformen der Systeme und Verfahren soll nicht abschließend sein und die Systeme und Verfahren nicht auf die beschriebene exakte Ausführungsform beschränken. Während spezielle Ausführungsformen derselben und Beispiele für die Systeme und Verfahren hierin zu Darstellungszwecken beschrieben werden, ist für den Fachmann auf dem hier in Rede stehenden Gebiet erkennbar, dass zahlreiche äquivalente Modifikationen innerhalb des Bereichs der Systeme und Verfahren möglich sind.
Die Lehren der hierin bereit gestellten Systeme und Verfahren können auf andere Systeme und Verfahren und nicht nur für die oben beschriebenen Systeme und Verfahren angewendet werden.
Allgemein offenbart diese Schrift ein Rückwärts-RFID-Ortungssystem. Genauer gesagt offenbart die Schrift ein Rückwärts-RFID-Ortungssystem, das auf einer Gruppe von RFID-Tags basiert, wobei jedes Tag Daten speichert, die seine Position repräsentieren.
Allgemein sollten in den folgenden Ansprüchen die verwendeten Begriffe nicht so ausgelegt werden, dass sie die Systeme und Verfahren auf die in der Beschreibung und den Ansprüchen offenbarten speziellen Ausführungsformen beschränken, sondern sollten so ausgelegt werden, dass sie alle Systeme enthalten, die unter den Ansprüchen funktionieren. Dementsprechend sind die Systeme und Verfahren nicht durch die Offenbarung beschränkt, sondern wird stattdessen der Bereich der Systeme und Verfahren vollständig durch die Ansprüche bestimmt. Es wird darauf hingewiesen, dass alle Elemente und Verfahrensschritte, die in dieser Schrift beschrieben sind, in dieser Schrift vorzugsweise enthalten sind. Es versteht sich somit, dass jedes dieser Elemente und jeder dieser Schritte, wie für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich, weggelassen oder ersetzt werden kann.
Kurz zusammengefasst hat diese Schrift zumindest die folgenden breiten Konzepte offenbart:

1. Konzept Ein System umfassend: eine Gruppe von Funkerkennungs (Radio Frequency Identification(RFID))-Tags, wobei jedes Tag Daten speichert, die seine Position repräsentieren; und ein Funkerkennungs-Tag-Lesegerät, das seine Position auf der Grundlage der Positionen von Tags in der Gruppe, wie sie von den Tags dem Lesegerät gemeldet werden, schätzt.
2. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass Daten, die die Position eines Tags entlang zweier oder mehr Achsen repräsentieren, verschachtelt sind.
3. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die die Richtung zu einem Ort repräsentieren.
4. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die die Entfernung zu einem Ort repräsentieren.
5. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die Informationen repräsentieren, die von einem mit einem Tag verbundenen Sensor geliefert werden.
6. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die eine Karte repräsentieren.
7. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die ein Risiko repräsentieren.
8. Konzept System nach Konzept 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten Information in dem National Fire Protection Agency Hazard Identification-Format repräsentieren.
9. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags an Objekten angebracht sind, die aus der Liste gewählt sind, die besteht aus: Deckenplatten, Teppichen, Sprinklerköpfen, in Baumaterialien eingebettet, Schalterplatten.
10. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät Daten in ein oder mehrere Tags schreibt.
11. Konzept System nach Konzept 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten die Position des Lesegeräts umfassen.
12. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät eine Benutzerschnittstelle umfasst.
13. Konzept System nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Audioeingabeeinrichtung umfasst.
14. Konzept System nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Audioausgabeeinrichtung umfasst.
15. Konzept System nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Anzeige umfasst.
16. Konzept System nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position angibt.
17. Konzept System nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät die Richtung zu einem Ort angibt.
18. Konzept System nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät die Entfernung zu einem Ort angibt.
19. Konzept System nach Konzept 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine taktile Einrichtung umfasst.
20. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es annimmt, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von einem Funkerkennungs-Tag gemeldet wird.
21. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es annimmt, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von dem Funkerkennungs-Tag mit der größten Rücksignalstärke aller von dem Lesegerät detektierter derartiger Tags gemeldet wird.
22. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es Positionen aggregiert, die von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags gemeldet werden.
23. Konzept System nach Konzept 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es einen Mittelwert von Positionen bildet, die von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags gemeldet werden.
24. Konzept System nach Konzept 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es einen gewichteten Mittelwert von Positionen bildet, die von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags gemeldet werden.
25. Konzept System nach Konzept 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert durch eine Funktion der Signalstärke gewichtet wird, die von jedem Tag im Durchschnitt zurückgebracht wird.
26. Konzept System nach Konzept 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position auf der Grundlage des Medians von Positionen schätzt, die von den Tags dem Lesegerät gemeldet werden.
27. Konzept System nach Konzept 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position auf der Grundlage der Positionen von Tags schätzt, die von den Tags dem Lesegerät vor einem festgelegten Zeitschwellenwert gemeldet werden.
28. Konzept System nach Konzept 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitschwellenwert eine Sekunde beträgt.
29. Konzept Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Annehmen, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von einem Funkerkennungs-Tag gemeldet wird.
30. Konzept Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Annehmen, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von dem Funkerkennungs-Tag mit der größten Rücksignalstärke von allen derartigen Tags, die von dem Lesegerät detektiert werden, gemeldet wird.
31. Konzept Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Bilden eines Mittelwerts der gemeldeten Positionen von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags.
32. Konzept Verfahren nach Konzept 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert mit der Signalstärke gewichtet wird, die zum Lesegerät von jedem Tag zurückgebracht wird.
33. Konzept Verfahren nach Konzept 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert mit einer Funktion der Signalstärke gewichtet wird, die zum Lesegerät von jedem Tag zurückgebracht wird.
34. Konzept Verfahren nach Konzept 31, ferner umfassend: Schätzen der Geschwindigkeit des Lesegeräts anhand von zwei oder mehr Positionsschätzwerten.
35. Konzept Verfahren nach Konzept 31, ferner umfassend: Schätzen der Richtung der Bewegung des Lesegeräts anhand von zwei oder mehr Positionsschätzwerten.
36. Konzept Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Annehmen, dass sich das Lesegerät an dem Median von Positionen befindet, die von Funkerkennungs-Tags gemeldet werden.
37. Konzept Funkerkennungs-Tag-Lesegerät, das seine Position auf der Grundlage der Position von einem oder mehreren Funkerkennungs-Tags, die von den Tags direkt dem Lesegerät gemeldet werden, schätzt.

Claims

Ein System umfassend: eine Gruppe von Funkerkennungs(Radio Frequency Identification (RFID))-Tags, wobei jedes Tag Daten speichert, die seine Position repräsentieren; und ein Funkerkennungs-Tag-Lesegerät, das seine Position auf der Grundlage der Positionen von Tags in der Gruppe, wie sie von den Tags dem Lesegerät gemeldet werden, schätzt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Daten, die die Position eines Tags entlang zweier oder mehr Achsen repräsentieren, verschachtelt sind.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die die Richtung zu einem Ort repräsentieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die die Entfernung zu einem Ort repräsentieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die Informationen repräsentieren, die von einem mit einem Tag verbundenen Sensor geliefert werden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die eine Karte repräsentieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags Daten speichern, die ein Risiko repräsentieren.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten Information in dem National Fire Protection Agency Hazard Identification-Format repräsentieren.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehr Tags an Objekten angebracht sind, die aus der Liste gewählt sind, die besteht aus: Deckenplatten, Teppichen, Sprinklerköpfen, in Baumaterialien eingebettet, Schalterplatten.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät Daten in ein oder mehrere Tags schreibt.
System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten die Position des Lesegeräts umfassen.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät eine Benutzerschnittstelle umfasst.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Audioeingabeeinrichtung umfasst.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Audioausgabeeinrichtung umfasst.
System nach Anspuch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Anzeige umfasst.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position angibt.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät die Richtung zu einem Ort angibt.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät die Entfernung zu einem Ort angibt.
System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine taktile Einrichtung umfasst.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es annimmt, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von einem Funkerkennungs-Tag gemeldet wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es annimmt, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von dem Funkerkennungs-Tag mit der größten Rücksignalstärke aller von dem Lesegerät detektierter derartiger Tags gemeldet wird.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es Positionen aggregiert, die von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags gemeldet werden.
System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es einen Mittelwert von Positionen bildet, die von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags gemeldet werden.
System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position schätzt, indem es einen gewichteten Mittelwert von Positionen bildet, die von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags gemeldet werden.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert durch eine Funktion der Signalstärke gewichtet wird, die von jedem Tag im Durchschnitt zurückgebracht wird.
System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position auf der Grundlage des Medians von Positionen schätzt, die von den Tags dem Lesegerät gemeldet werden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lesegerät seine Position auf der Grundlage der Positionen von Tags schätzt, die von den Tags dem Lesegerät vor einem festgelegten Zeitschwellenwert gemeldet werden.
System nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitschwellenwert eine Sekunde beträgt.
Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Annehmen, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von einem Funkerkennungs-Tag gemeldet wird.
Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Annehmen, dass sich das Lesegerät an einer Position befindet, die von dem Funkerkennungs-Tag mit der größten Rücksignalstärke von allen derartigen Tags, die von dem Lesegerät detektiert werden, gemeldet wird.
Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Bilden eines Mittelwerts der gemeldeten Positionen von zwei oder mehr Funkerkennungs-Tags.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert mit der Signalstärke gewichtet wird, die zum Lesegerät von jedem Tag zurückgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Mittelwert mit einer Funktion der Signalstärke gewichtet wird, die zum Lesegerät von jedem Tag zurückgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend: Schätzen der Geschwindigkeit des Lesegeräts anhand von zwei oder mehr Positionsschätzwerten.
Verfahren nach Anspruch 31, ferner umfassend: Schätzen der Richtung der Bewegung des Lesegeräts anhand von zwei oder mehr Positionsschätzwerten.
Verfahren zum Schätzen der Position eines Funkerkennungs-Tag-Lesegeräts, umfassend Annehmen, dass sich das Lesegerät an dem Median von Positionen befindet, die von Funkerkennungs-Tags, die gemeldet werden.
Funkerkennungs-Tag-Lesegerät, das seine Position auf der Grundlage der Position von einem oder mehreren Funkerkennungs-Tags, von den Tags direkt dem Lesegerät gemeldet werden, schätzt.