ES2312109T3 - Sistema y procedimiento para la vigilancia de objetos agrupados. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la vigilancia de objetos agrupados (1), en especial, de mercancías en sistemas logísticos que comprende, como mínimo, una puerta de enlace (3) y varios nodos de radiofrecuencia (8), que pueden ser instalados en los objetos (1) y presentando cada uno de los mismos, como mínimo, una CPU (9), una unidad de comunicación a corta distancia (10) para una comunicación inalámbrica con otros nodos (8) del sistema y la puerta de enlace (3), y una unidad de suministro de energía (13), - en el que, como mínimo, uno de los nodos (8) o la puerta de enlace (3) presenta una unidad de localización (12) y opcionalmente, como mínimo, uno de los nodos (8) presenta una unidad de comunicación a larga distancia (11), - en el que la CPU (9) contiene, como mínimo, un programa de control para el procesamiento de tareas predeterminadas en los nodos (8), que está diseñado - para el control de una comunicación bidireccional entre los nodos (8) a través de la unidad de comunicación a corta distancia (10) a efectos de constituir una red ad-hoc, así como entre los nodos (8) y la puerta de enlace (3) a través de la unidad de comunicación a corta distancia y/o la unidad de comunicación a larga distancia (11), y - para el control de un proceso de sintonización entre los nodos (8), que se lleva a cabo en intervalos de tiempo predeterminados o en momentos predeterminados y/o a petición enviada por la puerta de enlace (3) y/o cuando se produce un suceso reconocido por uno de los nodos (8), y en el que se elige uno de los nodos (8) para procesar una de las tareas predeterminadas, concretamente, el que en cada momento sea más adecuado para esta tarea de acuerdo con los criterios predeterminados.
Description
Sistema y procedimiento para la vigilancia de
objetos agrupados.
La presente invención se refiere a un sistema y
a un procedimiento para la vigilancia de objetos agrupados, en
especial, mercancías o recipientes de transporte (por ejemplo,
contenedores) en sistemas logísticos, en el que se utiliza, como
mínimo, una puerta de enlace o "gateway" y varios nodos de
radiofrecuencia que pueden ser instalados en los objetos.
Hasta el momento los flujos de mercancías y de
información en sistemas logísticos no han estado suficientemente
interconectados. Las consecuencias de ello son la pérdida y el robo
en los sistemas de distribución de la economía, situaciones de
falta de existencias en el comercio, estafas en la venta de joyas y
prendas de vestir de alta gama, grandes remanentes que no se pueden
vender en la industria alimentaria y una calidad a veces muy poco
satisfactoria de los datos en sistemas de información logística. La
utilización de documentos de acompañamiento, de códigos de barras y
de RFID (Identificación por Radiofrecuencia) han podido solucionar
este problema sólo en parte.
Para vigilar objetos agrupados en sistemas
logísticos se conoce la colocación de respondedores sencillos en
los objetos que son capaces de comunicarse con un sistema de
información superior a través de una puerta de enlace alejado. En
la figura 1 se muestra de forma esquemática un sistema de este tipo
con los respondedores (2) colocados en los objetos (1), la puerta
de enlace (3) así como el sistema de información (4). La
comunicación entre los respondedores (2) y la puerta de enlace (3)
se realiza a través de un medio inalámbrico. La comunicación (5)
está señalada en la figura. Cuando las distancias y las exigencias
son reducidas, por ejemplo, para identificar plataformas y
embalajes con la ayuda de los denominados "smartlabel" o
etiquetas inteligentes, los respondedores (2) no disponen de ningún
acumulador de energía y extraen la energía necesaria para la
comunicación (5) directamente de un campo magnético o
electromagnético generado por una estación base. Cuando las
distancias entre los respondedores (2) y la puerta de enlace (3)
son más grandes, se necesitarán, sin embargo, pilas o baterías para
mantener el funcionamiento de dichos respondedores (2) y la
comunicación (5). Si se necesita la posición exacta de los objetos
logísticos (1) en el sistema de información (4), cada uno de los
objetos (1) tendrá que realizar una localización con la ayuda de
una infraestructura adecuada (6) y enviar los datos de posición a la
puerta de enlace (3) de forma inalámbrica.
En un sistema de este tipo, se producen
múltiples errores que han entorpecido hasta el momento su aplicación
práctica en sistemas logísticos. Los objetos individuales (1)
pueden hacerse mutuamente una sombra radiofónica, de manera que ya
no se puede garantizar una comunicación sin interferencias con la
puerta de enlace (3), ni se puede asegurar al 100% la seguridad de
la comunicación que se requiere en muchos casos. Asimismo, se
entorpece una localización por la sombra radiofónica, por ejemplo,
al apilar contenedores en el casco de un barco cuando se ha de
localizar a través de un sistema de navegación por satélite. Dado
que cada objeto individual (1) ha de comunicarse con la puerta de
enlace (3) a través de distancias comparativamente grandes, ello
generará costes de comunicación muy elevados, especialmente, en
aplicaciones que están muy distribuidas en el espacio. La
utilización de acumuladores de energía requiere repetidamente caros
procesos de mantenimiento durante el tiempo de utilización para
cambiar las pilas o cargar la batería. En muchos casos, las reservas
de energía se agotan demasiado rápidamente desde el punto de vista
de la aplicación.
Para que los flujos de información y de
mercancía sean ininterrumpidos, es necesario que el objeto y el
sistema de información puedan comunicarse en cada momento, que en
el sistema de información se conozca en cada momento la identidad y
el estado de cada objeto y que, asimismo, la posición del objeto
conste de forma actualizada en las estructuras de datos. Este
requisito puede realizarse, en principio, mediante la instalación de
módulos microelectrónicos tal como los respondedores activos, ya
mencionados, en los objetos. La amplia utilización de módulos
microelectrónicos de este tipo en la práctica se ve entorpecido, sin
embargo, por el elevado gasto energético con reservas de energía
limitadas como ya se ha mencionado.
En la patente US 5.565.858 se describe un
sistema de vigilancia con nodos de radiofrecuencia que está diseñado
especialmente para contenedores apilados. Cada nodo comprende una
unidad de comunicación a larga distancia y una unidad de
comunicación a corta distancia. Cada unidad de comunicación a corta
distancia está diseñada de tal manera que puede comunicarse
exclusivamente con la unidad de comunicación a larga distancia que
tiene directamente al lado. La comunicación con una estación de
consulta se realiza en este sistema siempre mediante el nodo
superior de la pila de contenedores, el denominado nodo Master,
mientras que los demás nodos actúan como nodos esclavo. El nodo
superior en una pila se caracteriza en este sistema porque presenta
una antena de campo lejano que no está al alcance de una antena de
campo cercano de un nodo adyacente. La determinación de este nodo
master resulta, por lo tanto, sólo de la disposición espacial entre
sí de los nodos. Mediante la verificación de las posibilidades de
comunicación cada uno de los nodos podrá reconocer si es un nodo
master o un nodo esclavo. Debido a ello, sin embargo, puede suceder
que el nodo master resultante no sea precisamente adecuado de forma
óptima para realizar su función, por ejemplo, que presente una
reserva de energía demasiado pequeña. Ello requiere entonces el
mantenimiento adecuado del sistema. El presente fascículo no
comprende ninguna nota que indique la posibilidad de reducir los
intervalos de mantenimiento de los nodos utilizados.
El objetivo de la presente invención consiste en
dar a conocer un sistema, así como un procedimiento para la
vigilancia de objetos agrupados que sea adecuado para la vigilancia
de mercancías en sistemas logísticos y que requiera menos
intervalos de mantenimiento.
El objetivo de la invención se resuelve mediante
el sistema así como el procedimiento, según las reivindicaciones 1
y 9, respectivamente. Realizaciones ventajosas del sistema son
objeto de las reivindicaciones dependientes o se desprenden de la
siguiente descripción así como de los ejemplos de realización.
El presente sistema consta de múltiples nodos
modernos que sustituyen las simples etiquetas electrónicas o los
respondedores utilizados hasta el momento. Los nodos están
compuestos por una CPU, una unidad de comunicación a corta
distancia y una unidad de suministro de energía necesaria para el
funcionamiento del nodo, por ejemplo, una pila o batería. Como
mínimo uno de los nodos o la puerta de enlace comprende una unidad
de localización. Además, como mínimo uno de los nodos presenta
opcionalmente una unidad de comunicación a larga distancia.
Con el término de nodo de radiofrecuencia se
entiende, en este caso, un componente microelectrónico que comprende
las unidades mencionadas. Las unidades de comunicación corta y de
larga distancia están preparadas para una comunicación inalámbrica
con otros nodos del sistema y con una puerta de enlace que forma
parte del sistema. Con el término de comunicación cercana se
entiende, en este caso, técnicas de transmisión inalámbricas, por
ejemplo, el "bluetooth" o "zigbee". La comunicación lejana
facilita una comunicación inalámbrica a través de distancias más
grandes, por ejemplo, mediante GSM o UMTS.
Los nodos se instalarán en los objetos
individuales que han de ser vigilados. La CPU de cada nodo dispone,
como mínimo, de un programa de control para el procesamiento de las
tareas predeterminadas en el nodo correspondiente. El programa de
control instalado en el nodo facilita la comunicación bidireccional
entre cada uno de los nodos a través de la unidad de comunicación a
corta distancia para formar una red ad-hoc,
así como entre los nodos y la puerta de enlace a través de la
unidad de comunicación a corta distancia o la unidad de comunicación
a larga distancia. La formación de la red
ad-hoc se realiza mediante un protocolo
adecuado. Redes radiofónicas que se interconectan automáticamente,
presentando nodos de este tipo, se conocen de otros ámbitos, en
especial, el sector de las redes sensoriales distribuidas. Como
protocolo de transmisión estandarizado y que ahorra energía se
puede utilizar dentro de la red, por ejemplo, Zigbee o TinyOS de la
universidad de California, Berkeley. Naturalmente, también otros
protocoles de red son adecuados para la transmisión dentro de la
red. En caso de que sea necesario también se puede recurrir a la
utilización de la unidad de comunicación a larga distancia para
realizar una parte de la comunicación bidireccional entre los nodos,
a efectos de constituir una red ad-hoc. La
puerta de enlace que forma parte del sistema tiene la función de una
estación base, que establece la comunicación con el sistema de
información, igual que en el sistema según el estado de la técnica
descrito anteriormente. Esta comunicación se puede realizar de forma
inalámbrica o también alámbrica. La función de la puerta de enlace
la puede cumplir también uno de los nodos.
En el presente sistema el programa de control
está realizado para controlar un proceso de sintonización entre los
nodos, en el que, para el procesamiento de una de las tareas
predeterminadas, se elige aquel de los nodos que en cada momento
resulte más adecuado para realizar la tarea. Esto se refiere, sobre
todo, al establecimiento de la comunicación con la puerta de enlace
que se realiza, preferentemente, desde aquel nodo que en este
momento presenta la mayor reserva de energía o las mejores
condiciones de recepción. El proceso de sintonización entre los
nodos puede realizarse a intervalos de tiempo predeterminados, en
momentos predeterminados y/o debido a una petición recibida a
través de una puerta de enlace y/o cuando se produce un suceso que
es reconocido por uno de los nodos a través de una unidad de
detección incorporada. Una petición de este tipo puede ser, por
ejemplo, la petición de una información de localización o una orden
para la realización de una tarea determinada.
En el presente procedimiento para la vigilancia
de objetos agrupados se utiliza el sistema descrito, fijando los
nodos en los objetos e inicializando la constitución de redes
ad-hoc. Debido a esta interconexión de
objetos que están muy cerca unos de los otros, se constituye una
agrupación o "clúster". Una vez acabado el proceso de
sintonización, dentro de este clúster aquel nodo que, según los
criterios predeterminados, es más adecuado para la realización de
la correspondiente tarea, se encargará de la realización de dicha
tarea en representación de todos los demás nodos. Se puede tratar
de mantener la comunicación con la puerta de enlace, de determinar
la posición a través de la unidad de localización o también de otras
tareas. Una vez acabado el proceso de sintonización, por ejemplo,
el nodo que tiene la reserva de energía más importante puede
encargarse de la tarea de determinar la posición del clúster, en
representación de todos los demás nodos, reenviando el resultado al
sistema de información a través de una puerta de enlace, una vez
más, en representación de todos. Para la mayoría de las
aplicaciones logísticas es suficiente la posición del clúster. La
posición exacta de cada uno de los objetos dentro del clúster sólo
es necesaria en algunos casos especiales, por ejemplo, para
dispositivos antirrobo.
El presente sistema, así como el correspondiente
procedimiento, aumentan la transparencia de los flujos de
mercancías físicos en sistemas logísticos. Debido a este sistema, se
reducen los costes de mantenimiento y de funcionamiento de sistemas
de seguimiento ("tracking") y de recuperación ("tracing"),
que funcionan con respondedores, y se mejora su rendimiento
técnico, en especial, la seguridad de lectura. De esta manera se
soluciona el problema de la sombra radiofónica mediante la
interconexión en pequeños espacios por la formación de la red
ad-hoc. A diferencia de los sistemas
anteriormente descritos que trabajan con respondedores, la
seguridad de lectura aumenta claramente, dado que la comunicación se
realiza a través de distancias más cortas y no se producen
problemas de penetración de material. Debido a la formación de
agrupaciones o clusters y al desplazamiento de procesos que
requieren mucha energía como la determinación de la posición y la
comunicación lejana con el nodo que dispone en este momento de la
mayor reserva de energía, se reduce el gasto energético en todo el
sistema de forma clara y regular. El potencial de ahorro aumenta con
el número de objetos dispuestos en cada clúster. Debido a este
concepto, según el cual los nodos cumplen conjuntamente las tareas a
realizar, se alargan claramente los intervalos de mantenimiento, en
especial, en lo que se refiere al suministro de energía, de manera
que se ahorra en costes de proceso. Lo mismo se puede decir también
del ahorro en costes de comunicación debido al desplazamiento de
las caras actividades de comunicación a un nodo que actúa en
representación de todos.
Además de las funciones mencionadas hasta el
momento, tal como la comunicación con el nodo de la puerta de
enlace o la determinación de la posición, los nodos individuales
pueden naturalmente asumir también otras tareas mediante la
implementación de módulos de software en las CPU. Esto se refiere,
por ejemplo, al registro de datos sensoriales, en el caso de que
los nodos dispongan de los correspondientes sensores para la
detección de un estado momentáneo, por ejemplo, la temperatura.
Además, se pueden trasladar partes de programas de aplicación
logística a los nodos, a efectos de reducir de esta forma la
complejidad de extensos sistemas de información logísticos.
El sistema, así como el correspondiente
procedimiento, se pueden aplicar a todos los objetos agrupados, es
decir, dispuestos en proximidad espacial entre sí, pero de forma
preferente se aplican a mercancías en sistemas logísticos. Puede
tratarse, por ejemplo, del seguimiento de automóviles, de
contenedores intercambiables y contenedores normales, de medios
auxiliares para la carga y el transporte, de envoltorios, productos
y otros objetos logísticos.
El presente sistema puede estar compuesto de
nodos diferentes, de los que sólo una parte presenta una unidad de
comunicación a larga distancia. En este caso, durante el proceso de
sintonización, la tarea de establecer una comunicación lejana sólo
se encomienda a uno de los nodos dentro de un clúster, que dispone
de una unidad correspondiente. Además, para seleccionar el nodo
apropiado para cada tarea dentro del clúster, naturalmente se
pueden utilizar también otros criterios, en lugar de la reserva
energética, por ejemplo, la mejor calidad de recepción para
establecer la comunicación con una puerta de enlace. Al impulsar una
y otra vez el proceso de sintonización para las distintas tareas en
distintos momentos, las diferentes tareas no siempre se llevan a
cabo por los mismos nodos, sino por aquel que en el momento del
proceso de sintonización resulte más adecuado.
A continuación, se volverán a explicar
brevemente el presente sistema así como el correspondiente
procedimiento por medio de un ejemplo de realización y en relación
con los dibujos sin limitación del ámbito de protección que
determinan las reivindicaciones. Se muestra en los dibujos:
En la figura 1, de forma esquemática, un ejemplo
de un sistema, según el estado de la técnica;
En la figura 2, de forma esquemática, un ejemplo
para la estructura del presente sistema, y
En la figura 3, de forma esquemática, la
estructura de un nodo individual del presente sistema.
En el presente ejemplo de realización se
utilizan el sistema y el procedimiento para la gestión de
plataformas intercambiables vacías en redes logísticas. Hoy en día
se dispone de sistemas basados en respondedores en los que dichos
respondedores están compuestos de una unidad GPS, una unidad GSM y
una CPU. Estos respondedores determinan su posición en intervalos
de tiempo fijos y transmiten la información de lugar resultante a
una central. En este caso, la disposición de las plataformas
intercambiables se realiza en función de la necesidad actual en el
sistema global. Un elevado gasto energético, elevados costes de
mantenimiento y de comunicación impiden, sin embargo, en la
actualidad la amplia utilización de un sistema de este tipo.
Dado que en los depósitos, así como en camiones
y trenes, las plataformas intercambiables están colocadas a
relativamente poca distancia entre sí en comparación con la
extensión espacial de sistemas logísticos, el presente sistema
puede utilizarse para una tarea de este tipo. Los presentes nodos se
distinguen, en este caso, de los respondedores mencionados
anteriormente porque adicionalmente a la unidad GPS (12) para la
localización, la unidad GSM (11) para la comunicación lejana y la
CPU (9), también disponen de una unidad de comunicación a corta
distancia (10), en el presente caso, una unidad de bluetooth. La
estructura esquemática de un nodo de este tipo (8) se desprende de
la figura 3, en la que también se señala a la batería (13) para el
suministro de energía.
Estos nodos se instalan en las plataformas
intercambiables que representan, en el presente ejemplo, los objetos
a vigilar (1). El sistema global se muestra de forma esquemática en
la figura 2, en la que se pueden apreciar los objetos (1) con los
nodos (8), la puerta de enlace (3) así como el sistema de
información (4). La infraestructura (6) para la localización (7) de
un nodo individual (8) se proporciona, en el presente ejemplo, por
satélites de GPS existentes. La comunicación (5) con la puerta de
enlace se lleva a cabo en este sistema sólo por uno de los nodos
(8), que ha sido elegido anteriormente en un proceso de
sintonización mediante una comunicación bidireccional entre los
nodos individuales (8).
La central con el sistema de información (4)
envía una vez al día una petición a los nodos (8) mediante un
mensaje de "broadcast" ("emisión por radio") a través de
la puerta de enlace (3) para que indiquen su posición. Cada nodo
(8) se comunica entonces a través de la unidad de comunicación a
corta distancia (10) con posibles nodos vecinos. Tras la formación
de un clúster mediante interconexión de todos los nodos alcanzables,
se realiza un proceso de sintonización en cada uno de los clústeres
que se han formado. Los clústeres pueden constituirse, en este
caso, en centros logísticos, parques ferroviarios y de camiones. Al
nodo que presenta la reserva de energía más grande se le encomienda
en el clúster de modo conjunto la tarea de determinar la posición
del clúster de forma representativa con la ayuda de la unidad de
localización integrada, la unidad GPS (12), y de avisar dicha
posición al sistema de información central (4) a través de la unidad
GSM (11). Ahí es dónde se puede realizar la asignación. Todos los
nodos (8) cambian al funcionamiento en espera hasta el próximo
mensaje de broadcast. En un sistema de este tipo los efectos de
ahorro energético pueden ser considerables. Sobre todo en centros
logísticos, en los que los clústeres pueden contener 100 y más
objetos, se puede contar con ahorros considerables en energía y
costes.
- 1
- Objeto
- 2
- Respondedor
- 3
- Puerta de enlace
- 4
- Sistema de información
- 5
- Comunicación
- 6
- Infraestructura de localización
- 7
- Localización
- 8
- Nodo de radiofrecuencia
- 9
- CPU
- 10
- Unidad de comunicación a corta distancia
- 11
- Unidad GSM
- 12
- Unidad GPS
- 13
- Batería
Claims (9)
1. Sistema para la vigilancia de objetos
agrupados (1), en especial, de mercancías en sistemas logísticos
que comprende, como mínimo, una puerta de enlace (3) y varios nodos
de radiofrecuencia (8), que pueden ser instalados en los objetos
(1) y presentando cada uno de los mismos, como mínimo, una CPU (9),
una unidad de comunicación a corta distancia (10) para una
comunicación inalámbrica con otros nodos (8) del sistema y la
puerta de enlace (3), y una unidad de suministro de energía
(13),
- en el que, como mínimo, uno de los nodos (8) o
la puerta de enlace (3) presenta una unidad de localización (12) y
opcionalmente, como mínimo, uno de los nodos (8) presenta una unidad
de comunicación a larga distancia (11),
- en el que la CPU (9) contiene, como mínimo, un
programa de control para el procesamiento de tareas predeterminadas
en los nodos (8), que está diseñado
- para el control de una comunicación
bidireccional entre los nodos (8) a través de la unidad de
comunicación a corta distancia (10) a efectos de constituir una red
ad-hoc, así como entre los nodos (8) y la
puerta de enlace (3) a través de la unidad de comunicación a corta
distancia y/o la unidad de comunicación a larga distancia (11),
y
- para el control de un proceso de sintonización
entre los nodos (8), que se lleva a cabo en intervalos de tiempo
predeterminados o en momentos predeterminados y/o a petición enviada
por la puerta de enlace (3) y/o cuando se produce un suceso
reconocido por uno de los nodos (8), y en el que se elige uno de los
nodos (8) para procesar una de las tareas predeterminadas,
concretamente, el que en cada momento sea más adecuado para esta
tarea de acuerdo con los criterios predeterminados.
2. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el programa de control destinado a
controlar el proceso de sintonización está diseñado de tal manera
que para la tarea predeterminada de comunicar con la puerta de
enlace (3) se elige el nodo (8) con la mayor reserva energética.
3. Sistema, según la reivindicación 1,
caracterizado porque el programa de control destinado a
controlar el proceso de sintonización está diseñado de tal manera
que para la tarea predeterminada de comunicar con la puerta de
enlace (3) se elige el nodo (8) que presenta las mejores condiciones
de recepción.
4. Sistema, según una de las reivindicaciones 1
a 3, caracterizado porque el programa de control destinado a
controlar el proceso de sintonización está diseñado de tal manera
que para la tarea predeterminada de detectar una posición con la
unidad de localización (12) se elige el nodo (8) con la mayor
reserva energética.
5. Sistema, según una de las reivindicaciones 1
a 3, caracterizado porque el programa de control destinado a
controlar el proceso de sintonización está diseñado de tal manera
que para la tarea predeterminada de detectar una posición con la
unidad de localización (12) se elige el nodo (8) que presenta las
mejores condiciones de recepción.
6. Sistema, según una de las reivindicaciones 1
a 5, caracterizado porque el programa de control comprende
módulos para el procesamiento de tareas logísticas.
7. Sistema, según una de las reivindicaciones 1
a 6, caracterizado porque la puerta de enlace (3) está
formada por uno de los nodos (8).
8. Sistema, según una de las reivindicaciones 1
a 7, caracterizado porque los nodos (8) presentan unidades
de detección para vigilar los objetos.
9. Procedimiento para la vigilancia de objetos
agrupados (1), en especial, de mercancías en sistemas logísticos
con un sistema, según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que
los nodos (8) del sistema están instalados en los objetos (1) y son
inicializados para formar una red ad-hoc, y
en el que, en intervalos de tiempo predeterminados o en momentos
predeterminados y/o a petición enviada a través de una puerta de
enlace (3) y/o cuando se produce un suceso reconocido por uno de
los nodos (8), un nodo (8) elegido mediante el proceso de
sintonización detecta su posición y la transmite directamente o a
través de un nodo o varios otros nodos (8) del sistema a la puerta
de enlace (3).
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