EA009927B1

EA009927B1 - Система определения местоположения с использованием регулируемой передачи мощности в микросотовой сети

Info

Publication number: EA009927B1
Application number: EA200600586A
Authority: EA
Inventors: Майкл Стюарт Баттс; Амир Саид Кхоскбиджари; Майкл Джон Макканн
Original assignee: АйСиТи СИСТЕМЗ ПТИ ЛТД.
Priority date: 2003-09-17
Filing date: 2004-09-17
Publication date: 2008-04-28
Also published as: NO20061650L; CN1875651A; EP1692895A1; JP2007506308A; WO2005027553A1; IL174321A0; IS8409A; CA2539410A1; BRPI0414301A; MXPA06003081A; EA200600586A1; NZ546541A; US20070066334A1; ZA200603011B

Abstract

Система и способ беспроводной связи с мобильными блоками (MU) в пределах объекта или сооружения используют центральный контроллер (сервер пассажиров рейса) и множество беспроводных базовых станций (BS1-BS11) с регулируемой мощностью передачи. Базовые станции распределены по всему объекту или сооружению для осуществления беспроводной связи с контроллером и мобильными блоками. Контроллер конфигурирует базовые станции (BS1-BS11) с формированием множества микроячеек (МС1-МС6), каждая из которых включает по меньшей мере две базовые станции (BS1-BS11), путем регулировки мощности беспроводной передачи базовых станций (BS1-BS11) так, что по меньшей мере одна базовая станция (BS1-BS11) в каждой микроячейке (МС1-МС6) является членом другой микроячейки (МС1-МС6). По меньшей мере одна базовая станция способна осуществлять связь с центральным контроллером (сервером пассажиров рейса), и все мобильные блоки в пределах выбранной области объекта или сооружения способны осуществлять связь по меньшей мере с одной базовой станцией (BS1-BS11).

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе связи для мобильных блоков, находящихся в пределах какого-либо объекта, здания или сооружения. Изобретение имеет конкретное приложение к системам определения местоположения и передачи сообщений. Хотя изобретение будет описано на примере его использования в пассажирских терминалах, например в аэропорту, оно также применимо на других предприятиях, где требуется определить местоположение человека или объекта или необходимо передать сообщение человеку или объекту. Например, изобретение применимо в больнице, где контроль местоположения медицинского персонала и пациентов и избирательная доставка сообщений персоналу может значительно повысить эффективность работы.

Уровень техники

Известны системы для определения местоположения человека или объекта в пределах какого-либо учреждения. Часто в них используется следующий принцип: человек носит с собой идентификационный ответчик, который посылает сигнал или сигналы в набор приемников, которые в свою очередь посылают сигнал в центральный процессор. Обычно сигнал, передаваемый из ответчика в приемники, представляет собой идентификационный сигнал, а сигнал, передаваемый из приемников в центральный процессор, включает идентификационный сигнал ответчика и значение мощности этого сигнала. В результате центральный процессор может определить местоположение ответчика, а следовательно, человека, в учреждении.

Известны системы передачи сообщений, например служба передачи коротких сообщений (8М8) и пейджинговая служба. В них сообщения часто посылаются из базовой станции в приемник, который отображает сообщение или демонстрирует его другим способом.

Система, которая включает как передачу сообщений, так и систему определения местоположения, раскрыта в патенте США № 5543797. Узел контроля и система контролируют местоположение мобильных объектов в пределах некоторой структуры. Узел включает множество передающих средств, приемопередатчики, расположенные в пространственно разнесенных областях в пределах контролируемой структуры, и центральный контроллер, который контролирует местоположение каждого ответчика. Ответчик передает сигнал в ответ на сигнал приемопередатчика, содержащий идентификатор ответчика. Каждый приемопередатчик непосредственно связан с контроллером и посылает сигнал, содержащий идентификатор ответчика, причем все приемопередатчики способны принимать сигнал от ответчика. Приемопередатчики собирают значения мощности сигналов и другие данные и перенаправляют их в центральный контроллер. Контроллер хранит эти значения в памяти, и в результате местоположение ответчика становится известным. Ответчик включает звуковое средство для звукового взаимодействия с человеком.

Для больших систем, например в многоэтажном здании, необходимо много кабелей для соединения центрального компьютера с приемниками. Одно из решений состоит в том, чтобы посылать сигнал из приемников в центральный компьютер беспроводным способом, однако в больших системах мощность, необходимая для передачи сигнала, становится слишком большой и может представлять опасность. Кроме того, для одновременного взаимодействия с большим количеством приемников может потребоваться относительно большая полоса частот.

Поэтому желательно создать систему определения местоположения и/или систему передачи сообщений, в которой сигналы передаются беспроводным способом при относительно низких уровнях мощности.

Сущность изобретения

Соответственно, в одном своем аспекте настоящее изобретение обеспечивают создание системы связи для мобильных блоков в пределах объекта или сооружения, включающую центральный контроллер, множество беспроводных базовых станций, имеющих регулируемую мощность передачи, причем указанные базовые станции распределены по всему объекту или сооружению для беспроводной связи с указанным контроллером и указанными мобильными блоками, а контроллер конфигурирует базовые станции с формированием множество микроячеек, каждая из которых включает по меньшей мере две базовые станции, путем регулировки мощности беспроводной передачи указанных базовых станций так, что по меньшей мере одна базовая станция в каждой микроячейке является членом другой микроячейки, по меньшей мере одна базовая станция способна осуществлять связь с центральным контроллером, и все мобильные блоки в пределах выбранной области объекта или сооружения способны осуществлять связь по меньшей мере с одной базовой станцией.

В своем втором аспекте настоящее изобретение обеспечивает создание способа беспроводной связи между центральным контроллером и мобильными блоками в пределах объекта или сооружения посредством множества базовых станций с регулируемой мощностью передачи, распределенных по объекту или сооружению с целью беспроводной связи с указанным контроллером и указанными мобильными блоками, способ включает конфигурирование базовых станций с формированием множества микроячеек, каждая из которых включает по меньшей мере две базовые станции, путем регулировки мощности беспроводной передачи указанных базовых станций так, что по меньшей мере одна базовая станция в каждой микроячейке является членом другой микроячейки, по меньшей мере одна базовая станция способна

- 1 009927 осуществлять связь с центральным контроллером, и все мобильные блоки в пределах выбранной области объекта или сооружения способны осуществлять связь по меньшей мере с одной базовой станцией.

Предпочтительно, чтобы каждая микроячейка включала по меньшей мере две базовые станции, которые являются членами других микроячеек.

Предпочтительно, чтобы микроячейки включали от двух до шести базовых станции. Базовые станции, предпочтительно, периодически передают сообщение, включающее их уникальный идентификационный номер и их мощность передачи. Каждая базовая станция предпочтительно хранит список сигналов, принятых от других базовых станций, и интенсивность сигнала, выраженную в виде доли от мощности передачи, которая также передается вместе с уникальным идентификационным номером и мощностью передачи. Мощность передачи базовой станции предпочтительно изменяют так, чтобы обеспечить минимальное перекрытие базовых станций между микроячейками.

Согласно настоящему изобретению, сообщения передаются по системе связи базовой станцией, передающей сообщение всем базовым станциям в пределах микроячейки, которой она принадлежит, и по меньшей мере одна другая базовая станция в пределах микроячейки передает это сообщение базовым станциям другой микроячейки, которой принадлежит эта другая базовая станция.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения предложена система связи для определения местоположения мобильных блоков и посылки сообщений в мобильные блоки на каком-либо объекте или в сооружении. Предпочтительно, чтобы местоположение каждой базовой станции было известно, а микроячейки представляли собой малые системы базовых станций, расположенные в пределах площади, малой по сравнению с размерами объекта или сооружения.

Мобильные блоки предпочтительно включают приемопередатчик, предназначенный для приема и передачи сигналов, дисплейное устройство, предназначенное для отображения сообщения, источник питания и по меньшей мере один интерфейс пользователя, предназначенный для ввода данных человеком.

Центральный контроллер предпочтительно содержит базу данных о местоположении базовых станций и базу данных о том, какие базовые станции приняли ответный сигнал из мобильных блоков.

Это приложение для удобства описания изобретения называется общим термином локальная беспроводная система обеспечения безопасности (Ьоеа1 Агеа \Уйс1е55 Зеситйу - ЬА^8).

Ниже со ссылками на сопровождающие чертежи изобретение описано на примере определения местоположения пассажиров и посылки им сообщений в пассажирском терминале аэропорта.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 схематично показана последовательность операций, поток информации и некоторые компоненты, используемые с момента заказа билета до регистрации пассажира авиакомпании, улетающего из аэропорта, с использованием системы связи, выполненной согласно настоящему изобретению;

на фиг. 2 показана схема, аналогичная изображенной на фиг. 1, и показаны последовательность операций, поток информации и некоторые компоненты, используемые с момента регистрации до посадки на летательный аппарат; и на фиг. 3 схематично иллюстрируются базовые станции и зона покрытия на объекте, где используется система связи согласно настоящему изобретению.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения Краткое описание системы

Согласно настоящему изобретения, система связи в приложении к обслуживанию пассажиров в аэропорту включает использование следящего радиоустройства или мобильного блока (МН), который выдается каждому пассажиру при регистрации на рейс, вылетающий из этого аэропорта. Каждый выданный мобильный блок уникально идентифицирует соответствующего пассажира. Система связи согласно изобретению позволяет отслеживать местоположение мобильного блока в пределах терминала и позволяет передавать в мобильный блок сообщения, относящиеся к рейсу, для информирования пассажира. На фиг. 1- схематично показаны последовательность операций и поток информации с момента заказа или покупки билета на самолёт до последующего прибытия в аэропорт. Первая часть схемы иллюстрирует стандартные действия пассажира при заказе или покупке билета. Пассажир делает заказ, и транспортный агент или коммерческий представитель извлекает данные об авиакомпании и передает их по существующей сети Международной ассоциации авиационного транспорта (1АТА) в систему заказа компании. Процедура регистрации в аэропорту происходит обычным образом с использованием существующих средств обслуживания авиакомпании. Данные о пассажире отображаются на терминале оператора авиакомпании и проверяются пассажиром. Компьютерную систему авиакомпании известным образом предварительно снабжают обновленными данными о рейсе, извлеченными из баз данных с информацией о рейсе и подтвержденными с их помощью.

При регистрации подтверждают идентичность пассажира и записывают обычные данные о багаже и посадочном месте. Эту информацию загружают через известный интерфейс как в мобильный блок, который будет выдан пассажиру, так и в сервер системы связи (РР сервер - сервер пассажиров рейса). Передача данных из компьютера авиакомпании активирует выданный пассажиру мобильный блок, который посылает серверу пассажиров рейса запрос на допуск идентификатора нового пассажира, соответствующего мобильному блоку, в систему. Сервер пассажиров рейса работает, управляя работой сети через

- 2 009927 блок управления сетью связи, который через систему связывается с мобильным блоком.

На фиг. 2 схематично показана траектория перемещения мобильного блока, который обозначен как ми1, по системе связи с момента регистрации до выхода на посадку, где пассажиры возвращают мобильный блок. Мобильные блоки представляют собой приемопередатчики с питанием от аккумулятора, имеющие встроенную память, чип радиочастотной идентификации (ΚΡΊΌ чип), жидкокристаллический дисплей, инфракрасный порт, включающий передающие и приемные инфракрасные диоды, и интерфейс пользователя в виде кнопки, предназначенной для пролистывания отображаемых сообщений и данных. Если мобильный блок не используется, его хранят и транспортируют в надежном транспортном чехле, в котором имеется множество гнезд для мобильных блоков. При помещении блока в эти гнезда происходит индуктивная зарядка аккумулятора мобильного блока, а инфракрасный порт служит для передачи данных и диагностики. Для связи и диагностики может быть предусмотрено множество светодиодов. Система связи состоит из ряда базовых станций, которые на фиг. 2 показаны позициями В80-В811. Ниже подробно описана работа отдельных частей. Если говорить кратко, то каждая базовая станция представляет собой маломощный приемопередатчик с ограниченной дальностью действия. Каждая базовая станция способна передавать или принимать сигналы только от близко расположенных соседних базовых станций. При этом образуется система перекрывающихся сетей меньшего размера или микроячеек (микросот). По меньшей мере одна из базовых станций связана с сервером пассажиров рейса, который регистрирует всю информацию, принятую по меньшей мере от одной из базовых станций.

Базовые станции периодически передают свой идентификатор и другую информацию. Прием мобильные блоки осуществляют всегда, но передачу производят только после того, как услышат конкретную базовую станцию или перестанут слышать конкретную базовую станцию. Эти сообщения передаются в сервер системы способом, который описан ниже.

Если мобильный блок выходит за пределы дальности действия системы, например покидает аэропорт, в сервер системы из периметрической базовой станции будет послан сигнал периметрической тревоги. Время и место, в котором мобильный блок покинул систему, будут сообщены в авиакомпанию, в которой пассажир зарегистрирован для полета.

Очевидно, что посредством этой системы можно передать пассажиру в мобильный блок соответствующие сообщения. Например, можно передать сообщения о задержке рейсов или инструкции, требующие срочно пройти к выходу на летное поле. Кроме того, система может выдавать сообщения, которые направляют пассажира к нужному месту путем ссылок на физические особенности здания или указатели.

Персонал авиакомпании может получить доступ к серверу пассажиров рейса для идентификации всех мобильных блоков, выданных для конкретного рейса. Это позволяет персоналу авиалинии посылать сообщения как отдельным пассажирам, так и группам пассажиров. Сервер пассажиров рейса способен также обеспечить показ плана аэропорта с указанием местоположения мобильных блоков, выданных для конкретного рейса. Имеются различные меню, позволяющие выбрать соответствующий рейс, послать сообщения пассажирам, определить расстояние до конкретного места и оценить соответствующее время его достижения. Если пассажир не сел на летательный аппарат, можно определить его местоположение и предпринять соответствующие действия.

При выходе на посадку мобильный блок возвращают персоналу авиакомпании, и этот возврат регистрируется сервером пассажиров рейса.

Ниже подробно описана работа системы связи и работа базовых станций и мобильных блоков.

Базовые станции

Все базовые станции имеют одинаковую конструкцию и управляются одинаковым программным обеспечением, за исключением того что они имеют уникальный идентификатор, закодированный внутри этого программного обеспечения.

Базовые станции развернуты в замкнутых пространствах (залах), обеспечивая беспроводное покрытие всей рабочей площади объекта. Точное местоположение (физически неподвижное) базовой станции становится известным во время ее установки в виде пары координат восток-запад/север-юг (их получают из плана размещения в значениях некоторой координатной сетки Χ/Υ).

Учитывая сложную топологию объекта, в пределах которого приходится развертывать базовые станции в любом конкретном приложении, перед развертыванием невозможно заранее предугадать с какой-либо достоверностью особенности передачи на радиочастотах и работу системы. Однако эксперименты подтверждают высокий уровень прозрачности для радиочастот внутри замкнутых пространств и между замкнутыми пространствами в типичной рабочей среде.

Максимальная дальность передачи базовых станций составляет приблизительно 50-100 м, в зависимости от физической структуры окружающей среды. Очевидно, что имеются различия в дальности передачи от блока к блоку (из-за незначительных вариаций параметров электрических компонентов при изготовлении) и в разное время суток (из-за атмосферных изменений и изменений электромагнитных параметров окружающей среды).

Мощность, с которой ведет передачу базовая станция (а следовательно, дальность этой передачи), может динамически изменяться под управлением программного обеспечения. Базовые станции могут также измерять интенсивность сигнала, принимаемого от другой базовой станции или от мобильного блока.

- 3 009927

Устройства имеют относительно низкую скорость передачи (72000 бит/с). Это позволяет осуществлять передачу коротких сообщений с минимальными потерями на реализацию протокола, необходимого для эффективного управления синхронизированным множеством базовых станций в системе, с целью обеспечения максимального потока информации.

Базовые станции работают в локальных группах - микроячейках, которые могут взаимодействовать друг с другом. Логическое управление микроячейками происходит в соответствии с протоколом программного обеспечения, а не случайным образом. При формирование управляемых микроячеек можно считать параметры окружающей среды в пределах микроячейки неизменными, а поскольку все базовые станции распределены по малым и в значительной степени независимым сетям, ограничения на полосу частот накладываются только индивидуально для каждой локальной сети. Микроячейка обеспечивает базу для определения местонахождения мобильных блоков, которые попадают в микроячейку или покидают ее.

Базовыми станциями управляют, формируя набор перекрывающихся микроячеек, чтобы информацию можно было ретранслировать по всей сети путем последовательности скачков. Микроячейка имеет приблизительно 2-6 базовых станций, которые могут осуществлять связь друг с другом; размер микроячейки зависит от физической топологии области, в которой они расположены. Меньшая часть членов микроячейки способна осуществлять связь с базовыми станциями, принадлежащими к соседним микроячейкам. Микроячейками управляют так, чтобы обеспечить их перекрытие (но минимальное), добиваясь, таким образом, чтобы микроячейка была по возможности локализованной. Базовые станции, которые входят более чем в одну микроячейку, задают ограничение по полосе частот и определяют полный возможный поток информации через сеть в целом. По меньшей мере одна микроячейка (а возможно - несколько) способны взаимодействовать с центральным хост-сервером, что обеспечивает централизацию связи и управления.

Конфигурация микроячейки не задается заранее; базовые станции размещают с учетом физической конфигурации залов и зданий (например, по одной на зал или по две или больше на больших открытых площадях). Затем базовые станции согласуют друг с другом для формирования микроячеек.

Согласование происходит непрерывно в процессе работы вследствие динамического изменения характеристик передачи.

Протокол программного обеспечения обеспечивает работу базовых станций и управляет формированием микроячеек. Каждая базовая станция периодически (каждые несколько секунд) передает сообщение, содержащее ее уникальный идентификатор вместе с интенсивностью передачи этого сообщения. Каждая базовая станция хранит список других базовых станций, которые она может слышать.

Когда каждая базовая станция передает свой уникальный идентификатор, она также передает список базовых станций, которые она может слышать. Таким образом, каждая базовая станция может динамически определять членов своей локальной микроячейки.

Первоначально, при включении питания, базовые станции ведут передачу при минимальной мощности (дальности), постепенно ее увеличивая. Как только поступают сообщения от соседних базовых станций, каждая базовая станция уменьшает свою мощность, до тех пор пока параметры локальных микроячеек не начнут соответствовать режиму нормальной работы (минимальному перекрытию микроячеек). С этого момента мощность регулируют для поддержания необходимых параметров микроячейки.

Микроячейки не обязательно имеют постоянных членов. Можно ожидать переходов при изменении условий эксплуатации. Кроме того, структура в целом характеризуется самовосстановлением, при котором дыра, возникшая при отказе оборудования отдельной базовой станции, может быть динамически устранена.

Мобильные блоки (Μϋ)

Мобильные блоки представляют собой питаемые от аккумулятора приемопередатчики с уникальным идентификатором. При выдаче мобильного блока идентификатор каждого мобильного блока записывают в системном сервере вместе с именем пассажира, информацией о рейсе и другой информацией. Мобильный блок содержит внутреннюю память и процессор для выполнения программного обеспечения, необходимого для работы блока. Мобильный блок обнаруживает передачи базовой станции и определяет, слышал ли он эту базовую станцию раньше в пределах заданного предыдущего временного интервала.

Мобильные блоки входят в микроячейки и покидают их. Мобильный блок слышит передачи базовой станции, сообщающей свой идентификатор, как часть цикла управления микроячейкой. В мобильном блоке имеется список видимых базовых станций, вместе с их интенсивностью передачи (ТБ - ПаикшН8юи МгепдШ) и интенсивностью принимаемого сигнала (КББ -гсссБ'сб щдиа1 МгепдШ). Когда мобильный блок обнаруживает, что услышал новую базовую станцию или потерял ранее видимую базовую станцию, или выявляет значительное изменение отношения интенсивность передачи/интенсивность принимаемого сигнала (ТБ/КББ) для конкретной базовой станции, он информирует видимую базовую станцию об этом событии, передавая сообщение с идентификатором конкретной базовой станции, с которой связано это событие, а также соответствующие значения ТБ и КББ. Базовая станция осуществляет передачу этого сообщения в виде волны (см. отдельное примечание относительно протокола волны) через микро

- 4 009927 ячейки в хост-сервер. Местоположение микроячеек позволяет центральному серверу оценить физическое местоположение мобильного блока, поскольку в сервере имеется текущий список базовых станций, которые видны из каждого мобильного блока, вместе с предполагаемым расстоянием от них до мобильного блока.

Чтобы определить, имело ли место значительное изменение отношения интенсивность передачи/интенсивность принимаемого сигнала (Τ8/Κ88) и, следовательно, изменение местоположения, мобильный блок вычисляет средневзвешенное значение за долгое время (БТМХУА - 1опд 1сгш шоушд \νοίβ1ιΙοά ауетаде) и средневзвешенное значение за короткое время (8ΤΜΨΑ - Дюй 1сгш шоушд \уе1д1ие6 ауетаде) для отношения интенсивность передачи/интенсивность принимаемого сигнала (Τ8/Ρ88) для каждой базовой станции. Цель вычисления взвешенных средних значений состоит в сглаживании всех временных или случайных флуктуации сигнала. Если 8ΤΜ\νΑ отличается от БТМХУА больше, чем на некоторое критическое значение, то считают, что изменение местоположения имело место; сообщают об этом изменении и, прежде чем продолжить вычисления, устанавливают новое значение ΕΤΜΨΑ равным текущему значению δΤΜνΑ.

Количество входных сигналов, вносящих свой вклад в 8ΤΜΨΑ, и величину критического изменения определяют экспериментальным путем.

Определение расстояния

Эмпирические исследования устройств, работающих в различных типичных окружающих средах (например, на открытом воздухе, в помещении, в замкнутых пространствах) позволяют табулировать мощности принимаемых сигналов в зависимости от расстояния между блоками для различных мощностей передаваемого сигнала. Таким образом, когда блок принимает сигнал от другого блока, переданный с известной интенсивностью, можно оценить расстояние до этого блока на основе мощности принятого сигнала этого сообщения. Зависимость между эффективной интенсивностью сигнала (Е88 - ЕГГесЦуе 81дпа1 81гепд1й). интенсивностью переданного сигнала, интенсивностью принятого сигнала и расстоянием является полностью эмпирической и зависит от фактических параметров используемых электронных устройств. Сервер пассажиров рейса путем простой триангуляции может оценить местоположение мобильного блока по отношению к местоположению каждой базовой станции (в координатах западвосток/север-юг) и свое предполагаемое расстояние от мобильного блока.

Протокол волны для ретрансляции сообщения в системе

Как описано выше, базовые станции самостоятельно конфигурируются в набор управляемых взаимосвязанных микроячеек, причем эта конфигурация может динамически изменяться в ответ на изменение условий работы.

В такой системе большинство базовых станций находится вне зоны сервера пассажиров рейса. Сервер пассажиров рейса содержит все централизованные данные о рейсах/пассажирах и является интерфейсом между пользователями-клиентами и системой и мобильными объектами в приложениях, связанных с регистрацией и отправлением.

Для экономии полосы частот и для работы с относительно низкой мощностью передачи, сообщения не передаются отдельно по очереди в каждую базовую станцию, поскольку, по определению, любая базовая станция в пределах микроячейки примет любое сообщение, переданное любым другим членом ее микроячейки. Вместо этого сообщение передается по ряду связанных микроячеек к месту назначения при минимальном количестве ретрансляций (скачков).

Распространение сообщения, ретранслируемого в системе, может быть схематично изображено в виде волны, идущей по водоему. Каждая базовая станция содержит список видимых базовых станций, которые формируют локальную микроячейку. К каждому идентификатору видимых членов микроячейки приложен список всех других базовых станций, которые может видеть этот идентификатор. Таким образом, в конфигурации, изображенной на фиг. 2, базовая станция Β8Θ может видеть станции 1 и 3. Станция Β83 может видеть станции 0, 1, 2, 4, 5 и 6. В записи идентификатора станции Β83 на станции Β81 отмечено, что станция Β83 может также видеть станции 2, 4, 5 и 6.

Когда член микроячейки получает сообщение, он определяет, какие другие члены его микроячейки получат это же сообщение (а это те члены, которые находятся в зоне действия передающей базовой станции). Таким образом, принимающая базовая станция может выяснить, какая другая базовая станция является лучшим кандидатом для ретрансляции сообщения в соседнюю микроячейку. При ретрансляции сообщения в выбранную базовую станцию все члены текущей микроячейки также получают сообщение и производят аналогичные оценки возможности ретрансляции.

Если сообщение адресовано отдельной базовой станции, которая является членом текущей микроячейки, и предназначено локальному мобильному блоку, это сообщение просто посылают этой конкретной базовой станции, а не ретранслируют. Если сообщение передается для всех мобильных блоков (например, для всех пассажиров конкретного рейса), тогда принимающая базовая станция, ретранслируя это сообщение в соседнюю микроячейку, автоматически обеспечивает, чтобы это сообщение было принято всеми базовыми станциями (и ближайшими мобильными блоками) в пределах микроячейки.

Таким образом, когда хост-сервер хочет передать сообщение в удаленный мобильный блок, ему необходимо передать сообщение только в базовую станцию, ближайшую к серверу пассажиров рейса,

- 5 009927 которая затем начнет процесс ретрансляции сообщения. Сообщение будет ретранслировано в базовую станцию, ближайшую к мобильному блоку, поскольку если эта базовая станция услышит сообщение, то его услышит и мобильный блок. Если мобильный блок желает послать сообщение в сервер пассажиров рейса, он должен просто послать это сообщение в ближайшую базовую станцию, которая затем ретранслирует это сообщение по системе и, в конечном счете, в сервер пассажиров рейса.

Таким образом, сообщения не посылаются непосредственно в мобильные блоки, а вместо этого сообщение получают все объекты в пределах зоны действия базовых станций, и поэтому все мобильные блоки в пределах зоны действия базовой станции получают это сообщение. Логика программного обеспечения отдельного мобильного блока определяет, какое действие этот отдельный мобильный блок должен предпринять в ответ на любое заданное сообщение, если таковые действия требуются.

Некоторые базовые станции будут иметь возможность непосредственного соединения с хостсервером через локальную сеть Е111сгпс1 (по кабельной или беспроводной сети Е111сгпс1). Такие базовые станции не будут ретранслировать сообщения, а пошлют сообщение непосредственно в хост-сервер и примут сообщение непосредственно из хост-сервера. Наличие/отсутствие возможности непосредственного Е111сгпс1-соединения зависит от масштаба и физических параметров окружающей среды, в которой развертывается любая конкретная система.

Структура сообщения

Для наилучшего использования доступной полосы частот необходимо передавать сообщения минимальной длины; таким образом, для обеспечения максимального потока информации в системе каждое сообщение должно нести минимальные излишки информации, связанные с протоколом, которые необходимы для осуществления передачи и доставки. Кроме того, для эффективного управления использованием полосы частот протокол должен обеспечивать возможность посылки многими мобильными блоками минимального количества незапрашиваемых сообщений, чтобы избежать неконтролируемых пиков использования полосы частот.

Определим следующие термины:

Тип сообщения (1 символ) - тип данного сообщения (см. ниже).

Идентификатор отправителя (4(8-битовых) символа - все устройства имеют уникальный 32битовый идентификатор, сгенерированный при изготовлении - приблизительно 4 миллиарда комбинаций).

Идентификатор инициатора (4 символа) - устройство, создавшее сообщение.

Идентификатор адресата (6 символов) - индивидуальный мобильный блок или номер рейса.

Идентификатор базовой станции назначения (4 символа) - базовая станция, ближайшая к мобильному блоку, которому предназначено сообщение.

Номер сообщения (1 символ) - последовательное значение счетчика 0-15, хранимое индивидуально каждым мобильным блоком; значение счетчика увеличивается для каждого последовательного сообщения, инициированного блоком - см. ниже.

Счетчик скачков (1 символ) - см. ниже. Примечание: не требуется для сообщений типа А.

Счетчик скачков - это количество ретрансляций сообщения до окончания ретрансляций. Он гарантирует, что сообщение не будет продолжать циркулировать в системе неопределенное время. Значение счетчика скачков определяется опытным путем при исходном развертывании системы. Для больших систем базовых станций потребуются большие значения, поскольку для передачи сообщения из одного конца системы в другой потребуется ретрансляция через большее количество микроячеек.

Каждый раз при ретрансляции сообщения значение счетчика скачков уменьшается, пока оно не достигает нуля, после чего дальнейшая ретрансляция прекращается.

Кроме того, каждая базовая станция хранит для принятых сообщений временный список идентификаторов инициаторов и номеров сообщений. Если принятое сообщение соответствует записи в списке, то оно не ретранслируется. Этот список не будет охватывать все возможные мобильные блоки, поскольку его цель состоит только в контроле сообщений, передаваемых в данный момент. Это, а также вышеописанный счетчик скачков, обеспечивает минимальное количество скачков.

Протокол - Содержание сообщения

Словарь сообщения состоит из следующих компонентов:

А - зондирующий запрос (ршд) из базовой станции

Все базовые станции периодически выдают зондирующий запрос

Поле	Символы	Примечание
Тип сообщения	1	А
Идентификатор отправителя	4
Интенсивность передачи	1	1-244

Сообщения с зондирующим запросом не ретранслируются за пределы данной микроячейки.

В - Мобильный блок сообщает базовой станции об изменении

Высылается только тогда, когда мобильный блок обнаруживает изменение набора видимых станций.

- 6 009927

Поле	Символы	Примечание
Тип сообщения	1	В
Идентификатор отправителя	4	Мобильный блок или базовая станция, ретранслирующая это сообщение
Счетчик скачков	1
Номер сообщения	1
Идентификатор инициатора	4
Интенсивность передаваемого сигнала (Τ58Ι) базовой станции	1	1-31
Интенсивность принимаемого сигнала (Κ33Ι) базовой станции	1	0-244, 254 - удаление
Идентификатор базовой станции	4

Информация о базовой станции повторяется для всех базовых станций, видимых мобильному бло ку.

Мобильные блоки могут быть запрограммированы так, чтобы посылать отчет, когда эффективная интенсивность сигнала изменяется на некоторое критическое значение, что помогает следить за мобильным блоком. Кроме того, может быть желательно иметь возможность устанавливать критические значения для посылки отчетов динамически, путем посылки сообщения из хост-сервера в мобильный блок, что позволяет чаще получать отчеты от одного или более заданного мобильного блока. Хост-сервер будет посылать мобильным блокам множество других запросов для опроса групп мобильных блоков или индивидуальных блоков с целью изменения параметров извлечения информации из этих блоков.

С - Сообщение на жидкокристаллический дисплей мобильного блока

Инициируется сервером клиента/хост-сервером (компьютерным приложением) и ретранслируется по системе по мере необходимости.

Поле

Тип сообщения

Идентификатор отправителя

Количество скачков

Символы

Примечания

Х^7,

Номер сообщения Идентификатор базовой станции назначения _________________________________________________________________________________________________________________________________:__________________________________________________________________________________________________________________________I

0000 для широковещательной ' трансляции

Идентификатор адресата6 (Тип дисплея1 ! Сообщение ι

- для свободного текста ,

- для второго типа сообщения и т.д.

Только для сообщения в виде ί свободного текста

Ό - Ввод данных о пассажире

Поле	Символы	Тил
Тип сообщения	1	ϋ
Идентификатор отправителя	4
Количество скачков	1
Номер сообщения	1
Идентификатор адресата	4	Идентификатор мобильного блока
Рейс	6
Время рейса	4	Формат 0930
Выход	4
Багаж	1	Количество мест багажа, но может быть дополнено идентификатором багажа и типом ручной клади
Фамилия	N

Отметим, что сообщение Ό посылается при регистрации, когда мобильный блок находится под не- 7 009927 посредственным управлением; это сообщение не нужно передавать по системе. Оно зависит от конфигурации устройства для подзарядки мобильных блоков.

Как только параметры записаны в мобильный блок, пользователь может просмотреть их с помощью простого меню и клавиш на локальном мобильном блоке - это не оказывает воздействия на трафик в системе.

Е - Установка времени вылета и номера выхода______________________

Поле	Символы	Тип
Тип сообщения	1	Έ
Идентификатор отправителя	4
Количество скачков	1
Номер сообщения	1

Идентификатор базовой станции назначения	4	”0000 для широковещательной трансляции
Идентификатор адресата	6
Время рейса	4	Формат 0930
Номер выхода	4

Используется для обновления информации о рейсе. Е - Установка рабочих параметров мобильного блока

Поле	Символы	Тип
Тип сообщения	1	Έ
Идентификатор отправителя	4
Количество скачков	1
Номер сообщения	1
Идентификатор базовой станции назначения	4	0000 для широковещательной трансляции
Идентификатор адресата	6
Значение	2	Двоичная комбинация

Хотя желательно поддерживать словарь сообщений минимальным, несомненно, что для увеличения функциональных возможностей будут добавлены дополнительные типы сообщений. Вышеуказанный список является минимальным для создания системы слежения и передачи сообщений.

О - Базовые станции диапазона ^ί-Εί передают информацию

Это позволяет другим блокам иметь список локальных блоков диапазона ’Ψί-Εί.

Поле	Символы	Примечание
Тип сообщения	1	О
Идентификатор отправителя	4
Интенсивность передачи	1	1-244
Базовые станции в пело зрения	4 * количество базовых станций

Данные базовых станций повторяются в пакете в соответствии с количеством видимых станций. Это сообщение не ретранслируется за пределы данной микроячейки.

Н - Базовые станции радиочастотного диапазона передают информацию

Это позволяет другим блокам иметь список локальных блоков радиочастотного диапазона.

Поле	Символы	Примечание
Тип сообщения	1	Н
Идентификатор отправителя	4
Интенсивность передачи	1	1-244
Базовые станции в поле зрения	4 * количество базовых станций

- 8 009927

Работа системы

Как показано на фиг. 3, система связи и связанные с ней системы определения местоположения и передачи сообщений сформированы в рамках базовой концепции использования множества микроячеек, которые соединены друг с другом с минимальным перекрытием. Этого можно достичь, если только одна базовая станция первой микроячейки принадлежит также и второй микроячейке. Это означает, что между микроячейками нет множества связей. Базовые станции 1-10 расположены по всему объекту и имеют регулируемые уровни мощности. Микроячейки МС1, МС2, МС3, МС4, МС5 и МС6 сформированы так, чтобы обеспечить быструю связь по всей системе.

Например, если требуется послать сообщение из базовой станции 0 в базовую станцию 10, расположенную в ячейке МС6, базовая станция 0 передает сообщение своей микроячейке МС1. Затем базовая станция 3 передает это сообщение другим микроячейкам МС2 и МС3.

Базовая станция 6 является членом микроячеек МС3, МС4 и МС5 и передает сообщение всем базовым станциям в микроячейках МС4 и МС5. На данном этапе не приняли сообщение только базовые станции 10 и 11. Базовая станция 9 является членом микроячеек МС4 и МС6 и передает сообщение другим членам микроячейки МС6, включая базовую станцию 10.

Система базовых станций самоорганизуется в множество связанных управляемых микроячеек под управлением программного обеспечения, причем это множество может динамически изменяться в ответ на изменение условий работы.

В одном из вариантов выполнения настоящего изобретения система связи работает в соответствии с протоколом программного обеспечения базовых станций, который в свою очередь управляет формированием микроячеек. Каждая базовая станция периодически, каждые несколько секунд, передает сообщение, содержащее ее уникальный идентификатор и мощность передачи. Каждая базовая станция хранит список других базовых станций, которых она может слышать, вместе с интенсивностью сигнала от этих базовых станций. Это может быть выражено в виде доли от мощности передачи, например базовая станция А передает сигнал на уровне 75% мощности, базовая станция В принимает сигнал на уровне 50%, таким образом, эффективная интенсивность сигнала (Е88) равна 0,5/0,75 = 0,66.

Когда каждая базовая станция передает свой уникальный идентификатор, она передает также список базовых станций, которые она может видеть. Таким образом, каждая базовая станция может динамически определить членов своей локальной микроячейки, а также степень перекрытия с соседними микроячейками. Таким образом, если базовая станция может видеть другую базовую станцию, которая в свою очередь может видеть третью базовую станцию, которая является невидимой для первой базовой станции, то первая базовая станция знает, что имеется соседняя микроячейка, членом которой является третья базовая станция. Это знание существенно для реализации протокола волны: если базовая станция принимает сообщение от другой базовой станции и обе базовые станции могут видеть один и тот же набор базовых станций, то нет необходимости в дальнейшем распространении этого сообщения. Однако если принимающая базовая станция может видеть базовые станции, не видимые для первого отправителя, то сообщение должно быть ретранслировано.

Первоначально, при включении питания, базовые станции ведут передачу на минимальной мощности, постепенно ее увеличивая. Как только будут получены сообщения от соседних базовых станций, каждая базовая станция уменьшает свою мощность, до тех пор пока параметры локальных микроячеек не станут обеспечивать необходимое для работы минимальное перекрытие. С этого момента мощность регулируют, поддерживая необходимые параметры микроячейки.

В этом варианте выполнения изобретения микроячейки не обязательно имеют постоянных членов. Следует ожидать временных изменений из-за изменения рабочих условий, например влажности, и изменения поглощения сигнала при изменении параметров окружающей среды. Полное покрытие зоны обслуживания в системе корректируется автоматически, то есть дыры, вызванные отказом оборудования, можно динамически устранять.

В такой системе большинство базовых станций, скорее всего, удалены от центрального контроллера или находятся вне его зоны. Центральный контроллер хранит все централизованные данные о рейсах/пассажирах и является интерфейсом между пользователями-клиентами и системой связи и мобильными объектами в приложениях, связанных с регистрацией и отправлением. Необходимо осуществлять передачу сообщений удаленным базовым станциям и прием сообщений от них.

Сообщение передается в системе путем того, что каждая микроячейка посылает сообщение соседним микроячейкам, вызывая эффект распространяющейся волны. По мере того, как каждая базовая станция в микроячейке принимает переданное сообщение, сообщение ретранслируется, как показано на фиг. 3.

При работе системы определения местоположения и передачи сообщений мобильные блоки входят в микроячейки и покидают их. Мобильный блок слышит передачи базовой станции, сообщающей свой идентификатор, как часть цикла управления микроячейкой. Мобильный блок имеет список видимых базовых станций. Когда мобильный блок обнаруживает, что услышал новую базовую станцию или потерял ранее видимую базовую станцию, он сообщает видимой базовой станции об этом событии, передавая сообщение с уникальным идентификатором базовой станции (и оценочным расстоянием до нее - ноль в случае потери базовой станции), которое генерируется в ответ на это событие. Базовая станция посылает

- 9 009927 это сообщение в центральный контроллер (сервер пассажиров рейса). Местоположение микроячеек позволяет центральному серверу оценить физическое местоположение мобильного блока, а также оценить расстояние до него.

В любое время центральный контроллер (сервер пассажиров рейса) знает, какие базовые станции являются видимыми для любого заданного мобильного блока, и знает оценочное расстояние от них до мобильного блока. Таким образом, центральный контроллер (сервер пассажиров рейса) может путем простой триангуляции оценить местоположение мобильного блока относительно местоположения каждой базовой станции и может оценить расстояние до мобильного блока.

Большинство базовых станций, скорее всего, будут находиться вне зоны хост-сервера (сервера пассажиров рейса) - то есть будут удаленными. Хост-сервер хранит все централизованные данные о рейсах/пассажирах и служит интерфейсом между пользователями-клиентами и системой связи и мобильными объектами в приложениях, связанных с регистрацией и отправлением. Хост-серверу необходимо передавать сообщения в удаленные базовые станции и принимать сообщения от них.

Для экономии полосы частот нет необходимости передавать сообщение отдельно по очереди каждой базовой станции, поскольку любая базовая станция в пределах микроячейки получит любое сообщение, переданное любым другим членом этой микроячейки. Сообщение передается по ряду связанных микроячеек к месту назначения с минимальным количеством ретрансляций (скачков).

В настоящем описании и в формуле изобретения, если из контекста не следует иного, слово содержат и его производные, например содержит и содержащий, подразумевает включение заданного целого или операции либо группы целых или операций, но не исключение любого другого целого или операции либо группы целых или операций.

Ссылку на любое известное решение в настоящем описании не следует рассматривать в качестве свидетельства или предположения о том, что это известное решение было известно в Австралии.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Система обеспечения связи с мобильными блоками в пределах объекта или сооружения, включающая центральный контроллер, множество беспроводных базовых станций, имеющих регулируемую мощность передачи и распределенных по всему указанному объекту или сооружению для беспроводной связи с указанным контроллером и указанными мобильными блоками, при этом контроллер выполнен с возможностью конфигурирования базовых станций в виде множества микроячеек, каждая из которых включает по меньшей мере две базовые станции, которые могут осуществлять связь друг с другом путем регулировки мощности беспроводной передачи указанных базовых станций, при этом по меньшей мере одна базовая станция каждой микроячейки является членом другой микроячейки, по меньшей мере одна базовая станция микроячейки способна осуществлять связь с центральным контроллером, так что микроячейки перекрываются и информацию можно ретранслировать по всей системе связи, а все мобильные блоки в пределах выбранной области указанного объекта или сооружения способны осуществлять связь по меньшей мере с одной базовой станцией.
2. Система по п.1, в которой каждая микроячейка включает по меньшей мере две базовые станции, которые являются членами других микроячеек.
3. Система по п.2, в которой каждая микроячейка включает от трех до шести базовых станций.
4. Система по любому из пп.1-3, в которой базовые станции периодически передают сообщение, включающее уникальный идентификационный код.
5. Система по п.4, в которой указанное сообщение включает уровень мощности передачи базовой станции.
6. Система по любому из пп.1-5, в которой каждая базовая станция сохраняет список сигналов, принятых от других базовых станций.
7. Система по любому из пп.1-6, в которой мощность передачи базовой станции регулируется так, чтобы обеспечить минимальное перекрытие базовых станций между микроячейками.
8. Система по любому из пп.1-7, в которой каждая базовая станция имеет известное местоположение, а микроячейки имеют относительно малую площадь покрытия по сравнению с выбранной площадью указанного объекта или сооружения.
9. Система определения местоположения и передачи сообщений для мобильных блоков на объекте или в сооружении, включающая систему связи по любому из пп.1-8.
10. Система по п.9, в которой мобильные блоки включают приемопередатчик для приема и посылки сигналов, дисплейное устройство для отображения сообщений, источник питания и по меньшей мере один интерфейс пользователя для ввода данных.
11. Способ беспроводной связи между центральным контроллером и мобильными блоками в пределах объекта или сооружения с использованием множества базовых станций с регулируемой мощностью передачи, распределенных по указанному объекту или сооружению для обеспечения беспроводной связи с указанным контроллером и указанными мобильными блоками, при этом указанный способ включает конфигурирование базовых станций в виде множества микроячеек, каждая из которых включает по

- 10 009927 меньшей мере две базовые станции, которые могут осуществлять связь друг с другом путем регулировки мощности беспроводной передачи указанных базовых станций, при этом по меньшей мере одна базовая станция каждой микроячейки является членом другой микроячейки, и по меньшей мере одна базовая станция микроячейки связи способна осуществлять связь с центральным контроллером так, что микроячейки перекрываются и информацию можно ретранслировать по всей системе связи, а все мобильные блоки в пределах выбранной области указанного объекта или сооружения способны осуществлять связь по меньшей мере с одной базовой станцией.
12. Способ по п.11, в котором каждая микроячейка включает по меньшей мере две базовые станции, которые являются членами других микроячеек.
13. Способ по п.12, в котором каждая микроячейка включает от трех до шести базовых станций.
14. Способ по любому из пп.11-13, в котором базовые станции периодически передают сообщение, включающее уникальный идентификационный код.
15. Способ по п.14, в котором указанное сообщение включает уровень мощности передачи базовой станции.
16. Способ по любому из пп.11-15, в котором каждая базовая станция сохраняет список сигналов, принятых от других базовых станций.
17. Способ по любому из пп.11-16, в котором мощность передачи базовой станции регулируют так, чтобы обеспечить минимальное перекрытие базовых станций между микроячейками.
18. Способ по любому из пп.11-17, в котором каждая базовая станция имеет известное местоположение, а микроячейки имеют относительно малую площадь по сравнению с выбранной площадью указанного объекта или сооружения.
19. Способ определения местоположения и передачи сообщений для мобильных блоков на объекте или в сооружении, включающий способ по любому из пп.11-18.
20. Способ по п.19, в котором мобильные блоки включают приемопередатчик для приема и посылки сигналов, дисплейное устройство для отображения сообщений, источник питания и по меньшей мере один интерфейс пользователя для ввода данных.