JP2008504185A - Maritime Asset Security and Tracking (MAST) System - Google Patents
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Abstract
海上資産のセキュリティおよびトラッキング(MAST)のための、方法および装置について説明する。方法には、無線周波数タグからの識別データ、位置データ、および環境状態センサーデータの送信を含む。装置には、識別データ、位置データ、および環境状態センサーデータを送信する無線周波数タグを含む。別の方法には、ハイブリッド型拡散スペクトル変調を使った無線周波数タグからの識別データおよび位置データの送信を含む。別の装置には、ハイブリッド型拡散スペクトル変調を使って識別データおよび位置データの両方を送信する無線周波数タグを含む。A method and apparatus for maritime asset security and tracking (MAST) is described. The method includes transmitting identification data, location data, and environmental condition sensor data from the radio frequency tag. The device includes a radio frequency tag that transmits identification data, location data, and environmental condition sensor data. Another method involves transmitting identification data and location data from a radio frequency tag using hybrid spread spectrum modulation. Another apparatus includes a radio frequency tag that transmits both identification data and location data using hybrid spread spectrum modulation.
Description
(連邦資金援助された研究開発のもとでの発明に対する権利の記載)
本発明は、エネルギー省(Department of Energy)によってUT−Battele,L.L.C.に対して査定された、プライム契約番号第DE−AC05−00OR22725号のもとで、合衆国政府の支援によってなされたものである。合衆国政府は本発明における一定の権利を有する。
(Statement of rights to inventions under federal-funded research and development)
The present invention is described in UT-Battere, L.D. by the Department of Energy. L. C. Under the prime contract number DE-AC05-00OR22725, which was assessed against the United States government. The United States government has certain rights in the invention.
(技術分野)
本発明の実施形態は主に、セキュリティおよびトラッキングの分野に関する。本発明の実施形態は、より具体的には、海上資産のセキュリティおよびトラッキング(MAST)に関する。
(Technical field)
Embodiments of the present invention primarily relate to the fields of security and tracking. Embodiments of the present invention relate more specifically to maritime asset security and tracking (MAST).
海上輸送システム(MTS)と呼ばれる世界規模の海上貨物輸送インフラストラクチャーは、テロリズム、旧式の技術、環境上の制約、ジャストインタイムの製造工程、州/国/地方の司法権の重複、および基本的な技術インフラストラクチャーの不足を含む、複数の問題の影響を受けている。テロリストによる攻撃は、今日の世界の変化に影響する経済的なテロリズムに焦点を合わせる可能性がある。大規模な経済的ダメージを及ぼす簡単で効果的、かつ効率的な手段を見出すためには、コンテナ貨物のオープンな動きに注目するだけで十分である。(RFID Journal、2003年)。いくつかの主要港におけるフローの破壊または停止は、経済的なダメージを与えるとともに、数週間で国の機能を麻痺させる可能性がある(Flynn、2003年)。そのために、自国および他国の経済的福祉に役立つグローバルなサプライチェーンおよび重要な港湾施設のセキュリティの保持に貢献する、コンテナレベルでのトラッキングおよびモニタリング技術の開発および配備が必要とされている(GillsおよびMcHugh、2002年、Bonner、2002年、Verton、2002年)。 A global maritime freight infrastructure called the Maritime Transport System (MTS) is a terrorism, outdated technology, environmental constraints, just-in-time manufacturing process, state / country / local jurisdiction duplication, and basic Affected by multiple issues, including a lack of technical infrastructure. Attacks by terrorists may focus on economic terrorism that affects the changes in the world today. In order to find a simple, effective and efficient means of doing massive economic damage, it is sufficient to focus on the open movement of container cargo. (RFID Journal, 2003). The disruption or cessation of flow in some major ports can cause economic damage and paralyze the country's function in a few weeks (Flynn, 2003). This requires the development and deployment of container-level tracking and monitoring technologies that contribute to maintaining the security of global supply chains and critical port facilities that serve the economic well-being of their own and other countries (Gills and McHugh, 2002, Bonner, 2002, Verton, 2002).
港は、多くの施設、組織および機能の集合体である。これには、国の管理機関(例えば、米国の税関、沿岸警備隊、DOD、TSA、FBlなど。)、州の政府機関(例えば、港湾管理局、州の法的機関、緊急時対応機関など。)、および地方自治体の機関(例えば、地方の法的機関、地方の消防局、港湾安全局、および民間のターミナル運営者、労働組合など。)が含まれる。港湾のセキュリティ/管理および船舶/貨物のセキュリティ/トラッキング/管理を実現するための各港における重要な運営コンポーネントをネットワーク化させるさらなる施設を開発することが、各港の効率的な利用およびセキュリティに役立つ。最終的には、こうした地方の港湾施設は、国際的に拡大する可能性のある地域センターおよび/または国家センターとリンクする必要がある。そのためには、好適には複数の公的および私的組織が参加できるようなオープンシステムアーキテクチャによって、地理情報システム(GIS)、国際衛星通信、インターネット、および今日のサプライチェーンの管理およびセキュリティの強化におけるワイヤレスモニタリング/トラッキング/セキュリティインフラストラクチャーなどの技術を採用する必要がある。 A port is a collection of many facilities, organizations and functions. This includes national administration agencies (eg, US Customs, Coast Guard, DOD, TSA, FB1, etc.), state government agencies (eg, Port Administration, state legal agencies, emergency response agencies, etc.). ), And local government agencies (eg, local legal agencies, local fire departments, port safety departments, private terminal operators, trade unions, etc.). Developing additional facilities that network critical operational components at each port to enable port security / management and ship / cargo security / tracking / management will help the efficient use and security of each port. . Ultimately, these local port facilities will need to be linked to regional and / or national centers that may expand internationally. To that end, it is important to enhance the management and security of geographic information systems (GIS), international satellite communications, the Internet, and today's supply chain by an open system architecture that allows multiple public and private organizations to participate. It is necessary to adopt technologies such as wireless monitoring / tracking / security infrastructure.
海上輸送システム(MTS)による輸送は貨物では4800億ドルとなり、1999年の米国の国内総生産に対し、7500億ドルを占めている。また、現在の国内海上輸送量は、今後20年で二倍になると予想されている(USDOT、1999年)国際的な海上輸送は、同じ期間において、三倍になると予想されている(Prince、2001年)。しかし、多くの港湾施設は、安全で効率的なコンテナ管理システムを構築する上で、旧式の技術、環境による制約、ジャストインタイムの製造工程、国/州/地方の司法権の重複、および基本的な技術インフラストラクチャーの不足などの上記で述べたいくつかの問題からの経済的な影響を受けている。さらに、土地不足および環境の規定は、ほとんどの現在の港湾施設の地理的な拡大を制限する。コンテナ管理を実行する情報システムは、いまだにその大部分を手動のデータ入力に頼っている。このように、港湾施設の効率およびセキュリティの向上のために、自動化された技術ソリューションが必要とされている(GillsおよびMcHugh、2002年、Verton、2002年、Gillis、2002年)。 Transportation by maritime transport system (MTS) is $ 480 billion in freight, accounting for $ 750 billion of US gross domestic product in 1999. Also, current domestic maritime transport is expected to double in the next 20 years (USDOT, 1999). International maritime transport is expected to triple in the same period (Prince, 2001). However, many port facilities have established outdated technologies, environmental constraints, just-in-time manufacturing processes, duplication of national / state / provincial jurisdiction, and basics in building a safe and efficient container management system. Has been economically impacted by some of the issues mentioned above, such as a lack of technical technology infrastructure. In addition, land shortages and environmental regulations limit the geographical expansion of most current port facilities. Information systems that perform container management still rely largely on manual data entry. Thus, automated technology solutions are needed to improve port facility efficiency and security (Gills and McHugh, 2002, Verton, 2002, Gillis, 2002).
MTSの経済的な非効率性についての問題だけでなく、MTSは現在、陸上のセキュリティにかつてないほどの比重を置いている。2001年に、MTSによって、570万個のコンテナが米国に陸揚げされた(GillsおよびMcHugh、2002年)。米国の税関が実際に人手を使って検査したのはこうしたコンテナの2パーセント以下に過ぎず、コンテナを「プロファイル」するために情報に依存している。沿岸警備隊および米国の税関は、米国に陸揚げされる各コンテナを人手を使って探索するための必要人員やリソースを有しておらず、また、もし各コンテナを捜索したとするとサプライチェーンは混乱状態に陥り機能を停止してしまう(Loy、2002年)。貨物およびコンテナの高度なプロファイリングはグローバルなサプライチェーンのセキュリティ確保および合法的な商業活動の実施にとって重要なものである。トラッキングおよびモニタリングによって、高度なプロファイルを構築するためのより優れたデータが得られる。そのため、安全性および経済効率の向上のための鍵として、適切なトラッキングおよびモニタリング技術への投資が必要とされている(Flynn、2003年)。 In addition to the MTS economic inefficiency issues, MTS is now placing an unprecedented weight on land security. In 2001, 5.7 million containers were landed in the United States by MTS (Gills and McHugh, 2002). Less than 2 percent of these containers are actually manually inspected by US customs and rely on information to “profile” the containers. The Coast Guard and U.S. Customs do not have the necessary personnel or resources to manually explore each container landed in the U.S., and the supply chain is disrupted if they are searched Ceased to stop functioning (Loy, 2002). Advanced freight and container profiling is critical to ensuring global supply chain security and conducting legitimate commercial activities. Tracking and monitoring provides better data for building advanced profiles. Therefore, investment in appropriate tracking and monitoring technology is required as a key to improving safety and economic efficiency (Flynn, 2003).
コンテナ貨物輸送に関する主な懸念は、「放射能爆弾(dirty bomb)」のための熱核反応装置または放射性物質を輸送コンテナにおいて輸出先国に密輸することが比較的容易であるということである。国家防衛についての重要な特定の問題とは、「放射能爆弾」のための放射性物質が輸送コンテナにおいて米国に輸送される可能性である。標準的な海上輸送コンテナは、物品を世界的に輸出入する主要な方法となっている。米国の港に毎日発着するコンテナ数はあまりに膨大であるため、そのうちのごく一部のみしか検査されていない。ごく少数のコンテナしか検査できないため、検査対象のコンテナを「フラグ付け」するためのいくつかの方法を採用する必要がある。各コンテナが各港湾施設において通過しなければならないとするセンサーポータルの設置は、現実的ではないと考えられている。こうしたボトルネックは、毎日米国経済に対する何十億ドルものコストを発生する可能性がある。高レベルの放射線を探知するために貨物コンテナの内部、上部、または付近に放射線センサーを採用することが、コンテナのフラグ付けをする一つの方法となる。 The main concern regarding container freight transportation is that it is relatively easy to smuggle thermonuclear reactors or radioactive materials for “dirty bombs” in the shipping container to the destination country. An important specific issue for national defense is the possibility that radioactive material for "radioactive bombs" will be transported to the United States in shipping containers. Standard maritime shipping containers have become the primary method for importing and exporting goods worldwide. The number of containers that arrive and depart daily in US ports is so large that only a small portion of them are inspected. Since only a few containers can be inspected, it is necessary to employ several methods for “flagging” the containers to be inspected. The installation of sensor portals that each container must pass through at each port facility is considered impractical. These bottlenecks can generate billions of dollars in the US economy every day. One way to flag containers is to employ radiation sensors inside, on top of, or near the cargo container to detect high levels of radiation.
しかし、輸送コンテナに関して提案されてきた既存の放射線センサーには問題がある。第一に、既存の放射線センサーは、線量積分(アクティブ感知)時において電力を利用する必要がある。既存のアクティブ放射線センサーは、非常に短い積分時間を利用するために感度が低下するか、または、コンテナの耐久寿命のずっと前に利用可能な電池容量を使い切ってしまう。電池の交換には、メンテナンス要員の作業時間、メンテナンススケジュールおよびコンテナの物理位置の間の調整、および物流サポートが必要となる。このため、電池交換の不要な利用寿命がさらに長い放射線センサーが求められている。 However, there are problems with existing radiation sensors that have been proposed for shipping containers. First, existing radiation sensors need to use power during dose integration (active sensing). Existing active radiation sensors are either less sensitive to take advantage of very short integration times, or use up available battery capacity long before the durable life of the container. Battery replacement requires maintenance personnel work time, coordination between maintenance schedule and physical location of the container, and logistics support. For this reason, there is a need for a radiation sensor with a longer service life that does not require battery replacement.
第二に、既存のアクティブ放射線センサーは線量積分データを、各コンテナの安全かつ連続したモニタリングのために利用することができない。線量積分データの読み取りには、個々のセンサーを取り除いて読み取りを行うか、または少なくとも個々に読み取ることが必要であり、コストのかかるメンテナンス要員の作業時間、データ収集スケジュールおよびコンテナの物理的位置の調整、および物流におけるサポートという同じ問題が生じる。このため、線量積分データを高度なプロファイリングおよび分析のために、自動的および遠隔的に利用可能にする放射線センサーが必要とされている。 Second, existing active radiation sensors cannot use dose integration data for safe and continuous monitoring of each container. Dose integration data readings must be done with individual sensors removed or at least individually, and costly maintenance personnel work time, data collection schedule and physical location adjustment of containers And the same problem of logistics support. Thus, there is a need for a radiation sensor that makes dose integration data available automatically and remotely for advanced profiling and analysis.
第三に、既存のアクティブ放射線センサーは誤ってアラームを発生させやすい。既存のアクティブ放射線センサーは異なる種類の放射線を区別することができないために、医療診断に使用される物質や、イオン化放射線物質(例えば、カリウム)の集中を自然に含むバナナなどの無害の貨物からも、誤ってアラームを発することがある。つまり、より高度で識別力に優れた放射線センサーが必要とされている。 Third, existing active radiation sensors are prone to false alarms. Because existing active radiation sensors cannot distinguish between different types of radiation, they can also be used from materials used for medical diagnosis and from harmless cargo such as bananas that naturally contain concentrations of ionizing radiation (eg potassium). An alarm may be mistakenly issued. That is, there is a need for a radiation sensor that is more sophisticated and has excellent discrimination power.
これまで、高度なプロファイリングおよび分析のための重要なデータを自動的および遠隔的に利用可能にし、誤認アラームを低減させる寿命の長いセンサーによる、コンテナレベルのトラッキングおよびモニタリングという要件は満たされていない。こうした要件を(好適には全てを同時に)満たすグローバルなコンテナのセキュリティおよび資産(船舶および貨物)のトラッキングシステムが必要とされている。 To date, the requirement for container-level tracking and monitoring with long-lived sensors that automatically and remotely make important data for advanced profiling and analysis available and reduce false alarms has not been met. What is needed is a global container security and asset (ship and cargo) tracking system that meets these requirements (preferably all at the same time).
以下の発明の実施形態に対するニーズが存在する。当然ながら、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。 There is a need for the following inventive embodiments. Of course, the present invention is not limited to these embodiments.
本発明の実施形態に従って、方法は、無線周波数タグからの識別データ、位置データ、および環境状態センサーデータを送信することを包含する。本発明の別の実施形態に従って、装置は、識別データ、位置データ、および環境状態センサーデータを送信する無線周波数タグを備える。 According to an embodiment of the present invention, the method includes transmitting identification data, location data, and environmental condition sensor data from a radio frequency tag. In accordance with another embodiment of the present invention, the apparatus comprises a radio frequency tag that transmits identification data, location data, and environmental condition sensor data.
本発明の別の実施形態に従って、方法は、ハイブリッド型拡散スペクトル変調を使用して無線周波数タグから識別データおよび位置データを送信すること包含する。本発明の別の実施形態に従って、装置は、ハイブリッド型拡散スペクトル変調を使用して識別データおよび位置データの両方を送信する無線周波数タグを備える。 In accordance with another embodiment of the present invention, the method includes transmitting identification data and location data from the radio frequency tag using hybrid spread spectrum modulation. In accordance with another embodiment of the present invention, the apparatus comprises a radio frequency tag that transmits both identification data and location data using hybrid spread spectrum modulation.
本発明の別の実施形態に従って、方法は、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーからの線量測定データの読み出し含む、1組の受動積分イオン化放射線センサーをその場でポーリングすること(insitu polling)を包含し、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーは読み出しの間、線量測定データが積分された位置に留まる。本発明の別の実施形態に従って、装置は、第一の受動積分イオン化放射線センサーと、第一の受動積分イオン化放射線センサーに接続された第二の受動積分イオン化放射線センサーと、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーに接続された通信回路とを備え、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーは、通信回路へ線量測定データを読み出す。 In accordance with another embodiment of the present invention, a method includes a set of passive integrated ionizing radiation sensors in situ including readout of dosimetry data from a first passive integrating ionizing radiation sensor and a second passive integrating ionizing radiation sensor. In-situ polling, the first passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor remain in a position where dosimetric data is integrated during readout. In accordance with another embodiment of the present invention, an apparatus includes a first passive integrated ionizing radiation sensor, a second passive integrated ionizing radiation sensor connected to the first passive integrated ionizing radiation sensor, and a first passive integrated ionization. A communication circuit coupled to the radiation sensor and a second passive integrated ionizing radiation sensor, wherein the first passive integrated ionizing radiation sensor and the second passive integrated ionizing radiation sensor read dosimetry data into the communication circuit.
本発明の別の実施形態に従って、方法は、空間的に分散されたアレイへ複数のイオン化放射線センサーを配置することと、対象の容積を規定するために複数のセンサーのそれぞれの相対位置を決定することと、複数のイオン化放射線センサーの少なくともサブセットからイオン化放射線データを収集することと、イオン化放射線源の線量レベルが閾値を上回るように計算される場合のアラーム状態をトリガーすることと、を包含する。本発明の別の実施形態に従って、装置は、複数のセンサーアレイのそれぞれの相対位置が対象の容積を規定するように決定されている空間的に分散したアレイに配置される複数のイオン化放射線センサーと、複数のイオン化放射線センサーの少なくともサブセットからイオン化放射線データを収集するために複数のイオン化放射線センサーに接続されたデータ収集回路と、i)イオン化放射源の線量レベルを計算しその線量レベルと閾値とを比較するために、およびii)線量レベルが閾値以上となる場合にアラームをトリガーするために、データ収集回路に接続されたコンピュータと、を備える。 In accordance with another embodiment of the present invention, a method places a plurality of ionizing radiation sensors in a spatially distributed array and determines the relative position of each of the plurality of sensors to define a volume of interest. And collecting ionizing radiation data from at least a subset of the plurality of ionizing radiation sensors and triggering an alarm condition when the dose level of the ionizing radiation source is calculated to exceed a threshold. In accordance with another embodiment of the present invention, an apparatus includes a plurality of ionizing radiation sensors disposed in a spatially distributed array in which the relative position of each of a plurality of sensor arrays is determined to define a volume of interest. A data acquisition circuit connected to the plurality of ionizing radiation sensors to collect ionizing radiation data from at least a subset of the plurality of ionizing radiation sensors; and i) calculating a dose level of the ionizing radiation source and determining the dose level and threshold A computer connected to the data acquisition circuit for comparison and ii) to trigger an alarm if the dose level is above a threshold.
これらの、およびその他の発明の実施形態は、以下の説明および添付の図面と共に考慮すされる場合には、より良く評価および理解される。しかし、以下の説明は、発明の様々な実施形態およびその多くの特定の詳細を示すものの、それは制限ではなく説明を意図していることが理解されるべきである。本発明の実施形態の範囲内においてその精神を逸脱することなく、多くの代替、修正、追加および/または再構成がなされ得るが、本発明の実施形態は、このような全ての代替、修正、追加および/または再構成を含む。 These and other inventive embodiments will be better appreciated and understood when considered in conjunction with the following description and the accompanying drawings. However, while the following description illustrates various embodiments of the invention and many specific details thereof, it is to be understood that this is intended to be illustrative rather than limiting. Many alternatives, modifications, additions and / or reconfigurations may be made within the scope of the embodiments of the present invention without departing from the spirit thereof, but the embodiments of the present invention are intended to cover all such alternatives, modifications, Including addition and / or reconfiguration.
添付された、この明細書の一部をなす図面は、本発明の特定の実施形態を図示するために含まれている。本発明の実施形態の、本発明の実施形態と組み合わせ可能なコンポーネントの、および本発明の実施形態と共に提供されるシステムのオペレーションのより明確な概念は、図面に示されている例示的な、すなわち限定されない実施形態を参照することによって、より容易に明らかとなる。本発明の実施形態は、本明細書の記載と共にこれらの一つ以上の図面を参照することによって、よりよく理解され得る。図面に示される特徴は、必ずしも縮尺が正確であるとは限らないことに留意されたい。 The accompanying drawings, which form a part of this specification, are included to illustrate certain embodiments of the invention. The clearer concepts of the embodiments of the present invention, of the components that can be combined with the embodiments of the present invention, and the operation of the system provided with the embodiments of the present invention are illustrative, i.e. It will become more readily apparent by reference to non-limiting embodiments. Embodiments of the present invention can be better understood with reference to one or more of these drawings in conjunction with the description herein. It should be noted that the features shown in the drawings are not necessarily to scale.
本発明の実施形態およびその様々な特徴および利点の詳細は、添付の図面に説明され以下の説明において詳細が示されている非限定の実施形態を参照することで、より完全に説明される。公知の出発原料、加工技術、コンポーネントおよび装置の説明は、本発明の実施形態の詳細を不必要にあいまいにすることのないよう、省略されている。しかし、好適な発明の実施形態を説明してはいるが、制限ではなく説明を目的として、詳細な説明および特定の例が説明されていることを理解されたい。基本となる発明の概念の精神および/または範囲を逸脱しない様々な代替、変更、追加および/または再編成が、当業者には本開示内容から明らかとなるであろう。 The details of the embodiments of the invention and its various features and advantages are more fully described with reference to the non-limiting embodiments that are illustrated in the accompanying drawings and detailed in the following description. Descriptions of known starting materials, processing techniques, components and equipment have been omitted so as not to unnecessarily obscure the details of the embodiments of the present invention. However, while preferred embodiments of the invention have been described, it is to be understood that the detailed description and specific examples are described by way of illustration and not limitation. Various alternatives, modifications, additions and / or rearrangements that do not depart from the spirit and / or scope of the underlying inventive concept will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.
以下で参照する米国特許、米国を指定先とするPCT公開出願、および米国特許申請は、その意図する目的に対して有益な実施形態を開示する。米国特許番号第6、603,818号、第6,606,350号、第6,625,229号、第6,621,878号、第6,556,942号の全内容は、全ての目的のために本明細書に参照として明示的に組み込まれている。PCT公開出願番号第WO02/27992号、第WO02/19550号、第WO02/19293号、および第WO02/23754号の全内容は、全ての目的のために本明細書に参照として明示的に組み込まれている。2000年9月27日に出願された米国のシリアル番号第09/671,636号、2000年9月1日に出願された第09/653,788号、2001年8月29日に出願された第09/942,308号、2000年9月13日に出願された第09/660,743号、2003年12月3日に出願された第10/726,446号、2003年12月3日に出願された第10/726、475号、および2003年12月31日に出願された第10/817,759号の全内容は、全ての目的のために本明細書に参照として明示的に組み込まれている。即時出願には、2004年5月6日に出願された同時係属米国のシリアル番号(代理人整理番号UBAT1570)にも含まれ、現在では係属中となっている開示内容が含まれおり、その全内容は、全ての目的のために本明細書に参照として明示的に組み込まれている。 The U.S. Patents referenced below, PCT Published Applications Designated in the U.S., and U.S. Patent Applications disclose embodiments that are useful for their intended purposes. The entire contents of US Pat. Nos. 6,603,818, 6,606,350, 6,625,229, 6,621,878, and 6,556,942 are for all purposes. For this purpose is expressly incorporated herein by reference. The entire contents of PCT Published Application Nos. WO02 / 27992, WO02 / 19550, WO02 / 19293, and WO02 / 23754 are expressly incorporated herein by reference for all purposes. ing. US serial number 09 / 671,636 filed September 27, 2000, 09 / 653,788 filed September 1, 2000, filed August 29, 2001 09 / 942,308, 09 / 660,743 filed on September 13, 2000, 10 / 726,446 filed on December 3, 2003, December 3, 2003 The entire contents of 10 / 726,475, filed on December 31, 2003, and 10 / 817,759, filed December 31, 2003, are expressly incorporated herein by reference for all purposes. It has been incorporated. The immediate application includes the co-pending US serial number (Attorney Docket No. UBAT1570) filed on May 6, 2004, including the disclosures currently pending. The contents are expressly incorporated herein by reference for all purposes.
本発明の実施形態は、輸送ターミナルにおける、および長距離輸送(トラックおよび鉄道)時における輸送コンテナ搭載型船舶のステータスのモニタリングおよび位置のトラッキングのための方法および/または装置を含むことが可能である。つまり、本発明は、真の『インターモダル』トラッキングおよびモニタリングシステムを含むことが可能である。この方法および/または装置は、コンテナ搭載型船舶への、およびコンテナ搭載型船舶からの、さらに、輸送ターミナルにおけるデータの安定した双方向送信のためにハイブリッド型拡散スペクトル(HSS)通信を利用可能である。本明細書で利用される「ハイブリッド型拡散スペクトル(HSS)」という用語は、例えば符号分割多重アクセス(CDMA)などの直接拡散型スペクトル(DSSS)と、例えばPCT公開出願番号第WO02/27992号および/または2003年12月31日に出願された米国のシリアル番号第10/817,759号に記載されている、周波数ホッピング、タイムホッピング、時分割多重アクセス(TDMA)、直交周波数分割複数多重OFDMおよび/または空間分割多重アクセス(SDMA)の少なくとも一つの組み合わせとによって規定される。高速HSSは特に、ビット時間(つまり、各ビットが個別に分散およびホッピングする)において分散およびホッピングが行われる、特に好適な実施形態である。本発明は、長距離輸送時の通信のために移動体および/または衛星データ送信を利用可能である。コンテナ貨物のステータスおよび状態のモニタリングのためのセンサーを、このシステムに含めることが可能である。コンテナ位置は、長距離輸送時にグローバルな位置決定システム(GPS)を使って、またHSS通信のRFシグナルを利用するよりローカライズされた電波探知技術を使って決定可能である。コンテナの位置およびステータスはナショナルオペレーションセンターに中継され、こうしてこのデータを理情報システムデータベースの積荷目録に統合し、コンテナ情報をモニタリング、トラッキング、管理および表示する。 Embodiments of the present invention can include methods and / or apparatus for status monitoring and location tracking of shipping container-borne ships at shipping terminals and during long-distance shipping (trucks and railroads). . That is, the present invention can include a true “intermodal” tracking and monitoring system. The method and / or apparatus can utilize hybrid spread spectrum (HSS) communication for stable bi-directional transmission of data to and from container-borne vessels, as well as at transport terminals. is there. As used herein, the term “hybrid spread spectrum (HSS)” refers to direct spread spectrum (DSSS), such as code division multiple access (CDMA), for example, PCT Publication No. WO 02/27992 and And / or frequency hopping, time hopping, time division multiple access (TDMA), orthogonal frequency division multiple multiplexing OFDM and US serial number 10 / 817,759 filed December 31, 2003, and And / or at least one combination of space division multiple access (SDMA). Fast HSS is a particularly preferred embodiment in which distribution and hopping are performed in particular in bit time (ie, each bit is distributed and hopped individually). The present invention can utilize mobile and / or satellite data transmission for communications during long distance transportation. Sensors for container cargo status and condition monitoring can be included in the system. The container position can be determined using a global positioning system (GPS) during long-distance transport and using more localized radio detection techniques that utilize RF signals of HSS communications. Container location and status is relayed to the National Operations Center, thus integrating this data into a physical inventory database manifest and monitoring, tracking, managing and displaying container information.
本発明の実施形態は、オープンシステムアーキテクチャを利用して真にグローバルな資産管理および貨物トラッキング/可視度システムを作成するために、グローバルな衛星通信ネットワークによって、安定した長距離RFID技術をGISベースのトラッキングインフラストラクチャーにリンクさせる海上資産のセキュリティおよびトラッキング(MAST)システムを含むことができる。MASTシステムは、港およびサプライチェーンのセキュリティ上のニーズのために、オープンシステムアーキテクチャにおいて、リアルタイムの船舶/車両/鉄道コンテナおよび貨物のトラッキングを実現することを目的としている。このトラッキング技術により、システムの拡大および採用に資金を供給するために、陸上のセキュリティ、サプライチェーン管理、港湾作業の自動化、保険申請、および市場において起こりうる紛失したおよび方向を外れた貨物の回収作業/救出作業を含む、多くの商業機会が生み出される。MASTシステムの取り組みは、コンテナ貨物および資産のトラッキングおよび安全性のモニタリングのための新しい基準および『最適管理』の慣例の開発にも役立つ。 Embodiments of the present invention enable stable long-range RFID technology through a global satellite communications network to create a truly global asset management and cargo tracking / visibility system utilizing an open system architecture. Maritime asset security and tracking (MAST) systems linked to the tracking infrastructure can be included. The MAST system aims to enable real-time vessel / vehicle / railway container and cargo tracking in an open system architecture for port and supply chain security needs. With this tracking technology, on-shore security, supply chain management, port automation, insurance applications, and possible lost and off-direction cargo recovery operations to fund system expansion and adoption / Many commercial opportunities are created, including rescue operations. The MAST system approach also helps develop new standards and “optimal management” practices for container cargo and asset tracking and safety monitoring.
本発明は、港湾のセキュリティ/管理のニーズのためにリアルタイムの資産、コンテナ、および貨物トラッキングを実現し、インターモダル輸送ネットワークにおける人命および積荷の安全性を向上させるよう設計可能である。内部状態モニタリングによりリアルタイムでコンテナをグローバルに追跡することができる能力はサプライチェーンおよび港湾システムのセキュリティにとって重要である。好適なHSS、双方向の低電力ワイヤレス通信は、およそ10mWの電力において船舶および/またはターミナル通信距離(例えば、300から500メートルの範囲)において効果を発揮する。 The present invention can be designed to provide real-time asset, container, and cargo tracking for port security / management needs and improve human life and cargo safety in intermodal transportation networks. The ability to track containers globally in real time with internal condition monitoring is important for supply chain and port system security. A suitable HSS, two-way, low power wireless communication is effective at ship and / or terminal communication distances (eg, in the range of 300 to 500 meters) at approximately 10 mW of power.
堅密に積層されたスチール輸送コンテナ内およびその周囲のRF伝播の問題は、個々のコンテナRFタグから船舶受信機(読み取り装置)へと遠隔測定シグナルを正常に送信するための非常に安定したデータ通信技術(例えば、高度なスペクトラム拡散変調およびダイバーシティ受信システム)の使用に影響を与える。特に船舶の船倉におけるこうした大型の堅密にパッキングされた積層コンテナの非常に正確な電波探知目標は、多くの受信機(読み取り装置)をヤード施設および各船舶のデッキおよび船倉に分散していない限り、達成しにくい。通常のオペレーションにおいて位置分解能の喪失が許容されている場合、たいてい、特定の環境(つまり、ヤードまたは船舶)で利用されることを想定した綿密に設計されたコンテナRFタグおよびインフラストラクチャーコンポーネントを利用することにより、コンテナIDおよびステータスデータ(例えば、ドアの安全性、温度)の効果的な遠隔測定、および特定の環境の大部分の場合における適度に正確なコンテナ位置情報(つまり、一つの積層位置内)が得られる。 The problem of RF propagation in and around tightly stacked steel transport containers is a very stable data to successfully transmit telemetry signals from individual container RF tags to the ship receiver (reader). Affects the use of communication technologies (eg, advanced spread spectrum modulation and diversity reception systems). The very accurate radio wave detection target of such large, tightly packed, stacked containers, especially in ship holds, is that many receivers (readers) are not distributed across the yard facility and each ship's deck and hold. Difficult to achieve. If loss of position resolution is allowed in normal operation, often use carefully designed container RF tags and infrastructure components that are intended to be used in a specific environment (ie, yard or ship) Effective telemetry of container ID and status data (eg door safety, temperature), and reasonably accurate container location information in most cases of a particular environment (ie within a stacking location) ) Is obtained.
好適なMASTシステムの実施には、特に外国の港で荷積みされている船舶に対して国際的な規定に準拠するために、2450〜2483.5MHzのISM帯域を利用可能である。さらに、海外の港湾施設は、コンテナのトラッキングについてある種のRF遠隔測定を最終的に必ず利用する。MASTシステムプロトコルが2.45GHzのISM帯域における国際的な割り当て範囲に適合する場合、最初は港の、最終的には鉄道、飛行機およびトラックなどのその他の場所の輸送コンテナのトラッキングのためにこれが世界的に採用されることになるだろう。狭帯域システムアラートシグナル、ビーコンなどの場合は、考えられるその他のISM帯域には、13.56および433MHzがあり、868MHz(ヨーロッパ)および915MHz(北米)帯域は、より高いレートおよびスペクトラム拡散の利用のためにより広い帯域をもたらす。本発明の商用実施形態のデータプロトコルは、プロセスゲインおよび混雑(jamming)抵抗の向上およびより低い衝突率のための時間スロットのコントロールのために、かなり広い帯域幅(>1MHz)、長いコード長(例えば、≧63)を有するハイブリッドまたは直接スペクトラム拡散シグナルとすることがある。 A suitable MAST system implementation can utilize the 2450-2483.5 MHz ISM band to comply with international regulations, especially for ships loaded at foreign ports. In addition, overseas port facilities will always make use of some sort of RF telemetry for container tracking. If the MAST system protocol conforms to the international allocation range in the 2.45 GHz ISM band, this is the world for tracking shipping containers, initially at ports and eventually at other locations such as railroads, airplanes and trucks. Will be adopted. In the case of narrowband system alert signals, beacons, etc., other possible ISM bands are 13.56 and 433 MHz, and the 868 MHz (Europe) and 915 MHz (North America) bands are of higher rate and spread spectrum utilization. This results in a wider bandwidth. The data protocol of the commercial embodiment of the present invention uses a fairly wide bandwidth (> 1 MHz), long code length (> for improved process gain and jamming resistance and time slot control for lower collision rates. For example, it may be a hybrid with ≧ 63) or a direct spread spectrum signal.
海事(ヤード/船舶)環境においてMASTシステムを配備するには、システムにいくつかの機能領域を組み込む必要がある。第一の機能グループは海上ベースのシステムのための基本的なアーキテクチャ、つまり(1)通信リンク(2)アンテナ(3)エレクトロニクス、(4)コンテナユニットの電力源、(5)船舶から陸上へのシステムインターフェース(例えば、衛星リンク)、(6)コンテナ遠隔測定システム統合、(7)地方のRF三角測量によって最適に強化されたコンテナ位置検出GPS、(8)センサー、(9)システムの中央モニタリングユニット、および(10)コンテナデータベースインターフェースを含む。第二の機能グループには、船上セットアップと機能的にはほぼ同じであるが、船舶およびヤードシステムの間のトラッキングシステムのハンドオフの管理にさらなるシステム論理が必要となる点が異なっている、港のコンテナヤードシステムを含む。 To deploy a MAST system in a maritime (yard / ship) environment, it is necessary to incorporate several functional areas into the system. The first functional group is the basic architecture for maritime based systems: (1) communication links (2) antennas (3) electronics, (4) container unit power sources, (5) ship to land System interface (eg satellite link), (6) container telemetry system integration, (7) container location GPS enhanced optimally by local RF triangulation, (8) sensors, (9) central monitoring unit of the system And (10) a container database interface. The second functional group is functionally similar to onboard setup, except that it requires additional system logic to manage the tracking system handoff between the ship and yard system. Includes container yard system.
(1.概要)
図1を参照すると、コンテナ105に接続された一つ以上の無線周波数識別タグ101は、船舶110の読み取り装置107によって双方向無線周波数通信を行う。船舶110はさらに、サイトサーバー(図1には図示せず)も含むが、低地球軌道衛星120と双方向無線周波数通信を行う。低地球軌道衛星120は、地上局125と双方向無線周波数通信を行う。
(1. Overview)
Referring to FIG. 1, one or more radio
同時に、別の無線周波数識別タグ102およびインターモダルコンテナ106(トラックシャーシにより保持される)も、低地球軌道衛星120と接している。無線周波数識別タグ102は、(あるいはおよび/または同時に)セルタワー130とも通信を行うことができることに留意することが重要である。無線周波数識別タグ102は低地球軌道衛星120および/またはセルタワー130と直接通信を行うように示されているが、無線周波数識別タグ102はトラックシャーシに配置されている読み取り装置および/またはサイトサーバーによって中継可能であることを留意することが重要である。
At the same time, another radio
ネットワークオペレーションセンター140は、地上局125およびセルタワー130の両方と双方向通信を行う。ネットワークオペレーションセンター(NOC)は、これに対し、この実施形態において、税関、防衛省、国の交通安全機関、陸上安全局、米国沿岸警備隊、国の調査機関および商業機関を含む複数の受信先にデータをダウンロードしている。
図1に示す海上資産のセキュリティおよびトラッキング(MAST)システムは、港湾側ドック施設における積荷時、陸揚げ時、および移送作業における海運業界で標準の約6.9メートルおよび約13.9メートルの輸送コンテナ、さらに、コンテナの海外輸送時における搭載船舶のトラッキングおよびモニタリングのための、ワイヤレス(RF)ベースの通信および感知/遠隔測定システムである。このシステムは、衛星および/または移動体/PCSを含むローカルターミナル通信システムおよびその他のワイドエリア商用通信システムの両方を利用する、船舶、鉄道、飛行機、長距離輸送トラックおよびその関連のターミナル施設内で運用可能な、真のインターモダルトラッキングおよびモニタリングシステムを実現可能である。このRFIDタグ付けシステムは、各輸送コンテナに取り付けられたRFIDタグ、船舶上および輸送ターミナル内に配置されるローカルサイト読み取り装置、各船舶上または各ターミナル内のある中央サイトサーバー、および全てのデータを収集、集約、保存、分析および逆アセンブル可能なネットワークオペレーションセンター(NOC)を含むことが可能である。輸送コンテナは冷蔵貨物輸送コンテナ(リーファー)およびドライ貨物輸送コンテナ(ドライボックス)の両方にすることができる。コンテナまたはRFIDタグの一つに装備されたその他の装置の位置の識別およびトラッキングに加え、各タグを、コンテナ貨物またはその他のタグ付けされた装置の状態をモニターするためのRFIDタグへの広範囲のセンサーの接続を許可するための(例えば、IEEE1451)センサーインターフェースおよびオプションの追加シリアルインターフェースに装備することが可能である。RFIDタグに接続可能なセンサーは温度、圧力、相対湿度、加速度計、放射線、およびGPS(グローバルな位置決定システム)を含む(しかしこれに限定されない)。さらなるセンサーを冷蔵コンプレッサーなどの機器の状態モニタリング、またはいくつかの冷蔵貨物コンテナにおける診断用データポートからの読み取りのために含めることが可能である。 The maritime asset security and tracking (MAST) system shown in FIG. 1 is a standard shipping container of about 6.9 meters and about 13.9 meters in the shipping industry for loading, unloading and transfer operations at dockside dock facilities. Furthermore, a wireless (RF) based communication and sensing / telemetry system for tracking and monitoring of onboard vessels during overseas shipping of containers. This system is used in ships, railroads, airplanes, long haul trucks and related terminal facilities that utilize both local terminal communication systems including satellites and / or mobile / PCS and other wide area commercial communication systems. An operational, true intermodal tracking and monitoring system can be realized. This RFID tagging system includes an RFID tag attached to each shipping container, a local site reader located on the ship and in the shipping terminal, a central site server on each ship or in each terminal, and all data It can include a network operations center (NOC) that can be collected, aggregated, stored, analyzed and disassembled. The shipping container can be both a refrigerated cargo shipping container (reefer) and a dry cargo shipping container (dry box). In addition to identifying and tracking the location of one of the containers or other equipment mounted on one of the RFID tags, each tag has a wide range of RFID tags for monitoring the status of the container cargo or other tagged equipment. It is possible to equip a sensor interface (eg IEEE 1451) and an optional additional serial interface to allow sensor connections. Sensors that can be connected to the RFID tag include (but are not limited to) temperature, pressure, relative humidity, accelerometer, radiation, and GPS (global positioning system). Additional sensors can be included for status monitoring of equipment such as refrigerated compressors or reading from diagnostic data ports in some refrigerated cargo containers.
MASTシステムは、三つのメインオペレーションモードを有している。つまり、第一のモードはRFIDタグが船舶上にある場合、第二のモードはRFIDタグがターミナルにある場合、および第三のモードはRFIDタグが長距離輸送または鉄道上にある場合(これにはRFIDタグが船舶またはターミナルにない全ての場合を含む)。ターミナルは、RF通信システムによって運用されているローカルエリアであると考えられる。RFIDタグ付けされたシステムには、a)全てのRFIDタグおよびその関連付けられた貨物コンテナ(またはその他の資産)のステータスおよびデータを含み、この情報をユーザーに提供可能なネットワークオペレーションセンター(NOC)、b)ローカルエリア通信(つまり各船舶またはターミナル)を管理し中央のシステムサーバーにRFIDタグデータを中継可能なローカルのサイトサーバー(船舶またはターミナル毎に一つ)、c)ローカルエリアでRFIDタグから通信を受信しこれを地方のサイト受信機に中継可能なRFIDタグ読み取り装置、およびd)RFIDタグを含むことができる。 The MAST system has three main operation modes. That is, the first mode is when the RFID tag is on the ship, the second mode is when the RFID tag is at the terminal, and the third mode is when the RFID tag is on long-distance transportation or rail ( Includes all cases where the RFID tag is not on the ship or terminal). A terminal is considered to be a local area operated by an RF communication system. RFID-tagged systems include: a) a network operations center (NOC) that includes the status and data of all RFID tags and their associated cargo containers (or other assets) and can provide this information to users; b) Local site server (one for each ship or terminal) that can manage local area communication (ie each ship or terminal) and relay RFID tag data to a central system server, c) Communicate from RFID tags in the local area And an RFID tag reader that can relay it to a local site receiver, and d) an RFID tag.
図2を参照し、本発明の陸上側および/または船舶側の通信のフレキシビリティについて説明する。第一のコンテナ211に接続される第一の無線周波数識別タグ201は、船舶230に配置された複数の無線周波数識別タグ読み取り装置221、222、223、224に通信可能に接続される。複数の無線周波数識別タグ読み取り装置221、222、223、224は、船舶230に配置されたサイトサーバー235に通信可能に接続される。サイトサーバー235は衛星(図2には図示せず)に通信可能に接続されるが、ネットワークオペレーションセンターにも通信可能に接続される。
With reference to FIG. 2, the flexibility of communication on the land side and / or ship side of the present invention will be described. The first radio
第二のコンテナ212に接続される第二の無線周波数識別タグ202は、複数の無線周波数識別タグ読み取り装置221、222、223、224に通信可能に接続され、さらに、同時に、ターミナル内または付近の街灯柱またはタワーに位置する複数のサイト無線周波数識別タグ読み取り装置241、242にも通信可能に接続される。複数のサイト無線周波数識別タグ読み取り装置241、242は、ターミナルに関連付けられたサイトサーバー250に通信可能に接続される。サイトサーバー250は、衛星データリンクまたはその他の通信回路(例えば、有線のインターネット接続)経由でネットワークオペレーションセンターに通信可能に接続される。
The second radio
第三のコンテナ213に接続される第三の無線周波数識別タグ203は、複数のサイト無線周波数識別タグ読み取り装置241、242に通信可能に接続される。第三の無線周波数識別タグ203は複数の無線周波数識別タグ読み取り装置221、222、223、224と通信するようには示されていないが、その第三のコンテナ213の位置を船舶230に物理的に近づけると、通信が可能であることを理解することが重要である。
The third radio
引き続き図2を参照すると、船上またはターミナル通信RFIDタグは、RFIDタグ読み取り装置と通信するためにRF通信を利用可能である。好適なRF通信は、2.45GHZ帯域で実行されるハイブリッド型拡散スペクトル(HSS)RFデータリンクである。各タグからのRFシグナルの電波探知または三角測量は、各RFIDタグの位置を決定するために利用可能である。 With continued reference to FIG. 2, the onboard or terminal communication RFID tag can utilize RF communication to communicate with the RFID tag reader. The preferred RF communication is a hybrid spread spectrum (HSS) RF data link that runs in the 2.45 GHZ band. Radio wave detection or triangulation of the RF signal from each tag can be used to determine the position of each RFID tag.
図3を参照すると、ネットワークオペレーションセンター310はイーサネット(登録商標)たは衛星データリンクを経由して、陸上側サイトサーバー320と双方向に接続される。同時に、ネットワークオペレーションセンター310は、衛星データリンクを経由して、船上サイトサーバー330と双方向に接続される。
Referring to FIG. 3, the
陸上側サイトサーバー320は、第一の無線周波数識別タグ読み取り装置340、第二の無線周波数識別タグ読み取り装置350および第三の無線周波数識別タグ読み取り装置360に双方向に接続される。この実施形態において、サイトサーバー320および三つのタグ読み取り装置340、350、360の間の通信カップリングは無線周波数ワイヤレス、電力ライン、イーサネット(登録商標)または任意データリンクの一つ以上とすることができることに留意することが重要である。ターミナル345に位置する複数の無線周波数識別タグは、三つのタグ読み取り装置340、350、360の少なくとも一つに、双方向で通信可能に接続される。
The land-
船上サイトサーバー330は、第四の無線周波数識別タグ読み取り装置370、第五の無線周波数識別タグ読み取り装置380および第六の無線周波数識別タグ読み取り装置390に双方向に通信可能に接続される。船上サイトサーバー330は、一つ以上の電力ライン、無線周波数ワイヤレスまたはイーサネット(登録商標)データリンクによって、三つのタグ読み取り装置370、380、390に接続されることに留意することが重要である。船舶375に配置される複数の無線周波数識別タグは、三つのタグ読み取り装置370、380、390の少なくとも一つと双方向通信を行う。
The
図3に示すように、RFIDタグ通信はRFIDタグ読み取り装置による検知が可能であり、以下の複数の方法の一つ以上により、地方のサイトサーバーへ中継可能である。a)RFデータリンク、b)イーサネット(登録商標)、c)電力ラインのデータリンク、d)光通信および/またはe)その他。タグデータが地方のサイトサーバーに中継されると、データは、衛星ベースのデータリンクまたはその他のインターネットサービスプロバイダーリンク(例えば、イーサネット(登録商標))のどちらかによってNOCにアップロードすることが可能である。ローカルのサイトサーバーは、船舶の機関士などのローカルの人員が利用できる報告を生成することも可能である。データをNOCにアップロードされると、NOCは、タグ命令、検証および/またはクエリと再び通信することが可能である。どの特定のコンテナのためのデータでも、インターネットアクセスおよび適切なセキュリティの検証手段を有する世界中のユーザーが利用することが可能になる。 As shown in FIG. 3, RFID tag communication can be detected by an RFID tag reader, and can be relayed to a local site server by one or more of the following methods. a) RF data link, b) Ethernet, c) Power line data link, d) Optical communication and / or e) Other. Once the tag data is relayed to the local site server, the data can be uploaded to the NOC by either a satellite-based data link or other Internet service provider link (eg, Ethernet). . The local site server can also generate reports that can be used by local personnel, such as a ship engineer. Once the data is uploaded to the NOC, the NOC can again communicate with tag instructions, verifications and / or queries. Data for any particular container can be made available to users around the world with Internet access and appropriate security verifiers.
図4を参照すると、ネットワークオペレーションセンター410は、第一の移動体または衛星システム420、第二の移動体または衛星システム430および第三の衛星または移動体システム440に接続される。ネットワークオペレーションセンター410およびシステム420、430、440の間の双方向通信カップリングは電話線または基地局の接続にすることができる。三つのシステム420、430、440のそれぞれは、ローカルエリア(RF対象範囲)ゾーン450外の複数の無線周波数識別タグのサブセットに関連付けられる。ローカルエリアゾーン450外のRFIDタグの各サブセットを有する三つのシステム420、430、440間の双方向通信カップリングは、移動体または衛星データリンクによって行うことが可能である。
Referring to FIG. 4, the
長距離輸送および鉄道の通信の場合、図4で示されているように、RFIDタグは、移動体または衛星データリンクによってNOCと通信可能である。移動体は世界的にその範囲を網羅していないため、好適な方法は直接衛星通信である。衛星または移動体システムは、NOCに接続される基地局(衛星)またはNOCに接続されるモデムバンク(移動体)によって、RFIDタグデータをNOCに中継可能である。長距離輸送オペレーションは、RFIDタグが船舶搭載されていないまたはターミナルにない場合(RF通信システムが運用されているローカルエリア)、全てのオペレーションを含めることができる。各タグのGPS受信機は、コンテナの動きおよび位置をトラッキングするために長距離輸送時に利用可能である。また、長距離輸送オペレーション時にコンテナが積層されていないことが好ましい。鉄道列車において可能であるように、タグ付けされたコンテナの上に別のコンテナを積層している場合、衛星または移動体モデムのデータリンクおよびGPSシステムが機能しない可能性がある。積層の上側の別のタグ付けされたコンテナを最初のコンテナのリピーターまたはリレー(エクステンダー)とすることは可能である。より詳しく説明すると、その他の方法がうまくいかない場合に、第一のコンテナはHSSRF通信を利用可能である。第二のコンテナは、そのHSSRF受信機によってこうした通信を受信可能であり、次に、その衛星または移動体モデムデータリンクを利用してNOCに中継することが可能である。 For long distance and rail communications, as shown in FIG. 4, the RFID tag can communicate with the NOC via a mobile or satellite data link. The preferred method is direct satellite communication, since mobiles do not cover their scope worldwide. The satellite or mobile system can relay the RFID tag data to the NOC by a base station (satellite) connected to the NOC or a modem bank (mobile) connected to the NOC. Long-haul transportation operations can include all operations where the RFID tag is not onboard or at the terminal (local area where the RF communication system is operating). Each tag's GPS receiver can be used during long-distance transportation to track container movement and position. It is also preferred that the containers are not stacked during long distance transportation operations. The satellite or mobile modem data link and GPS system may not work if another container is stacked on top of the tagged container, as is possible with rail trains. It is possible for another tagged container on the top of the stack to be the repeater or relay (extender) of the first container. More specifically, the first container can use HSSRF communication if other methods do not work. The second container can receive such communications through its HSSRF receiver and can then relay to the NOC using its satellite or mobile modem data link.
(2.RFIDタグの説明)
各RFIDタグは、四つの機能ブロック、(1)マイクロプロセッサコントロールサブシステム、(2)センサーサブシステム、(3)通信サブシステム、および(4)電力供給サブシステムを含むことができる。図5は、RFIDタグのブロック図を示す。
(2. Explanation of RFID tag)
Each RFID tag can include four functional blocks: (1) a microprocessor control subsystem, (2) a sensor subsystem, (3) a communication subsystem, and (4) a power supply subsystem. FIG. 5 shows a block diagram of the RFID tag.
図5を参照すると、無線周波数識別タグ500は、マイクロプロセッサ制御サブシステム510、電力供給サブシステム520、センサーサブシステム530および通信サブシステム540を含む。マイクロプロセッサ制御サブシステム510は、入力/出力インターフェース回路511を含む。マイクロプロセッサ回路512は、入力/出力インターフェース回路511に接続される。フラッシュメモリ回路513は、マイクロプロセッサ回路512に接続される。ランダムアクセスメモリ回路514も、マイクロプロセッサ回路512に接続される。マイクロプロセッサ回路512は、電力ライン515によって電力供給サブシステム520に接続される。
Referring to FIG. 5, the radio
電力供給サブシステム520は、電力管理モジュール回路521を含む。
The
AC〜DC電力回路522は電力管理モジュール521に接続される。電池523(例えば、リチウムイオン)は、電力管理モジュール521に接続される。代替電力源524は、電力管理モジュール521に接続される。電力供給サブシステム520は電力ライン525のセットによってセンサーサブシステム530に電力を供給する。電力供給サブシステム520は電力ライン526のセットによって通信サブシステム540に電力を供給する。
The AC to
センサーサブシステム530は、ライン532によってマイクロプロセッサコントロールサブシステム510の入力/出力インターフェース回路511に接続されるシリアルインターフェース531を含む。温度センサー533は、シリアルインターフェース531に接続される。相対湿度センサー534は、シリアルインターフェース531に接続される。ドア開放センサー535はシリアルインターフェース531に接続される。その他のセンサー536(例えば、イオン化放射線センサー)は、シリアルインターフェース531に接続される。センサーサブシステム530は、マイクロプロセッサコントロールサブシステム510の入力/出力インターフェース回路511に接続されるGPSモジュール537を含む。センサーサブシステム530は、インターフェースコンバーター回路539によってマイクロプロセッサコントロールサブシステム510の入力/出力インターフェース回路511に接続される参照ユニットデータポート538を含む。
通信サブシステム540は、全てライン545によってマイクロプロセッサコントロールサブシステム510の入力/出力インターフェース回路511に接続される、ローカル/シリアル通信回路541、移動体モデムモジュール542、ハイブリッド型拡散スペクトル無線周波数モジュール543および衛星モジュール544を含む。一つ以上のアンテナ546は、移動体モデムモジュール542、ハイブリッド型拡散スペクトル無線周波数モジュール543および/または衛星モジュール544に接続される。
The
マイクロプロセッサコントロールサブシステム:マイクロプロセッサコントロールサブシステムは、RFIDタグのコントローラとして動作可能である。通信モジュール、センサーモジュール、および電力モジュールとのインターフェースが可能である。マイクロプロセッサは、システムソフトウェア、システムコマンド、およびセンサーデータを保存するために非揮発メモリおよび揮発メモリの両方を利用可能である。 Microprocessor control subsystem: The microprocessor control subsystem can operate as a controller for the RFID tag. Interfaces with communication modules, sensor modules, and power modules are possible. The microprocessor can use both non-volatile and volatile memory to store system software, system commands, and sensor data.
センサーサブシステム:センサーサブシステムは、一つ以上のセンサーモジュールとの通信のために、IEEE1451準拠プロトコルを利用可能である。これにより、1451プロトコルに準拠していることを条件にいずれかのセンサーでも将来的に追加可能である。GPSおよびリーファーデータポート読み取り装置などの基本的なセンサーのいくつかは、マイクロプロセッサにおいてシリアル通信ポートを利用可能である。RFIDタグの一部にできるセンサーの種類には、温度、相対湿度、放射線、生物学的、科学的、加速度計、ドアスイッチ、侵入などがある。 Sensor subsystem: The sensor subsystem can use an IEEE 1451 compliant protocol for communication with one or more sensor modules. Accordingly, any sensor can be added in the future on the condition that it conforms to the 1451 protocol. Some basic sensors, such as GPS and reefer data port readers, can use a serial communication port in a microprocessor. The types of sensors that can be part of an RFID tag include temperature, relative humidity, radiation, biological, scientific, accelerometer, door switch, intrusion, and the like.
通信サブシステム:通信サブシステムは、複数の異なる種類の通信リンクをタグプラットフォームに組み込むことが可能である。これらは、例えば、シリアルポートまたはイーサネット(登録商標)ポートによって接続可能である。 Communication subsystem: The communication subsystem can incorporate several different types of communication links into the tag platform. These can be connected by, for example, a serial port or an Ethernet (registered trademark) port.
基本的な通信モードを以下に説明する。 The basic communication mode will be described below.
RF通信−RF通信は、利用可能なワイヤレス通信プロトコル(いくつでもよい)の形態にすることが可能である。しかし、好適な方法は、ハイブリッド型拡散スペクトルプロトコルである。このプロトコルにより、その他のワイヤレス技術よりも高い信頼性、より低い電力消費、および安定した通信がもたらされる。RF通信は、タグが船舶上またはターミナル内(ローカルエリア通信)にある場合に優先的に用いられるようにすることが可能である。 RF communication—RF communication can be in the form of any number of available wireless communication protocols. However, the preferred method is a hybrid spread spectrum protocol. This protocol provides higher reliability, lower power consumption, and stable communication than other wireless technologies. RF communication can be preferentially used when the tag is on a ship or in a terminal (local area communication).
移動体/PCS通信−CDMまたはGSMなどの標準の商用移動体のアナログまたはデジタルのモデムは、長距離輸送(トラックまたは鉄道輸送)通信のためにタグによって利用可能である。しかし、標準的な移動体インフラストラクチャーが全世界に整備されているわけではない。そのため、各タグは、いくつかの異なるプロトコルを、制限された市場エリア以外でも運用可能にすることが必要な場合がある。さらに、タグは、移動体の対象範囲となっていないエリアに移動される可能性がある。 Mobile / PCS communications—Standard commercial mobile analog or digital modems such as CDM or GSM are available via tags for long distance (truck or rail) communications. However, standard mobile infrastructure is not in place worldwide. As such, each tag may need to allow several different protocols to operate outside of the restricted market area. Furthermore, the tag may be moved to an area that is not the target range of the moving object.
衛星通信−世界のどこでも利用可能な長距離輸送通信リンクを提供するために衛星ベースの通信ネットワークを利用する。これにより、移動体システムの代替として、またはその追加として、より簡単で、より安定した、さらにより安全な通信システムを利用することが可能である。好適な実施形態は、低地球軌道(LEO)衛星ネットワークシステムを利用可能である。 Satellite communications—Use satellite-based communications networks to provide long-distance transport communications links that can be used anywhere in the world. This makes it possible to use a simpler, more stable and even safer communication system as an alternative to or in addition to a mobile system. The preferred embodiment can utilize a low earth orbit (LEO) satellite network system.
地方の通信−各タグは、開発、トラブルシューティング、および/または初期セットアップに利用されるシリアルポートを有することが可能である。シリアルポートは、例えば、RS232、USBまたはIrDA(赤外線)の形態にすることが可能である。 Local communications-Each tag may have a serial port that is utilized for development, troubleshooting, and / or initial setup. The serial port can be, for example, in the form of RS232, USB or IrDA (infrared).
電力供給サブシステム:電力供給サブシステムは、全てのその他のサブシステムに電力を供給可能である。利用可能な電力源には、電池、(例えば、リーファーの冷蔵電力供給からの)AC電力および、光電池、振動トランスデューサー、帯電チャージャー、無線周波数電力整流器、熱電発電機および/または放射性同位元素崩壊エネルギー回収装置などのその他の電力スカベンジングおよび/または発電装置が含まれる。コンテナ以外の資産に配置されたRFIDタグでは、資産の電力システムからのDC電力も利用可能である。電力供給サブシステムは、電力源の電圧を各サブシステムで必要な電圧に変換可能である。さらに、電池状態および電力源の利用率をモニターするために電力管理機能を実行することも可能である。 Power supply subsystem: The power supply subsystem can supply power to all other subsystems. Available power sources include batteries, AC power (eg, from a reefer refrigerated power supply), and photovoltaic cells, vibration transducers, charging chargers, radio frequency power rectifiers, thermoelectric generators and / or radioisotope decay energy. Other power scavenging and / or power generation devices such as recovery devices are included. For RFID tags placed on assets other than containers, DC power from the asset power system can also be used. The power supply subsystem can convert the voltage of the power source into a voltage required by each subsystem. In addition, a power management function can be implemented to monitor battery status and power source utilization.
(3.RFIDタグ読み取り装置)
RFIDタグ読み取り装置は、RFIDタグの通信をサイトサーバーに(およびサイトサーバーから)中継する。RFIDタグ読み取り装置はRFIDタグと同様にすることができるが、異なる通信モジュールを用い、またセンサーをなしにすることもできる。RFIDタグ読み取り装置は、ローカルのRF通信モジュールによって(好適にはHSSプロトコルを利用して)RFIDタグと通信することが可能である。RFIDタグ読み取り装置は、いくつかの考えられる技術の一つ、つまり、ワイヤレスRF通信(好適には5.8GHzなどのRFIDタグ通信以外の周波数のHSS通信)、(電力ライン通信、イーサネット(登録商標)またはシリアルなどの)有線通信、および/または(光ファイバーまたは視線方向レーザー通信などの)光通信によって、サイトサーバーと通信可能である。
(3. RFID tag reader)
The RFID tag reader relays RFID tag communication to (and from) the site server. The RFID tag reader can be similar to the RFID tag, but can use a different communication module and can have no sensor. The RFID tag reader can communicate with the RFID tag by a local RF communication module (preferably using the HSS protocol). RFID tag readers are one of several possible technologies: wireless RF communications (preferably HSS communications at frequencies other than RFID tag communications such as 5.8 GHz), (power line communications, Ethernet). ) Or serial communication (such as serial) and / or optical communication (such as fiber optic or line-of-sight laser communication).
図6を参照すると、複数のインターモダル輸送コンテナ610は、二段階の高さのアレイに積層される。インターモダル輸送コンテナ610のそれぞれは、無線周波数識別タグ620を含む。複数のタグ読み取り装置630は、二段階の高さのアレイによって規定されるオープン通路の端に位置する。
Referring to FIG. 6, a plurality of
MASTシステムの光通信の別の特徴は、『コンテナからRFIDタグデータおよび積荷目録を直接読み取るためのハンドヘルド(携帯可能)読み取り装置』の使用である。ハンドヘルド読み取り装置は、税関、沿岸警備隊、船員、またはコンテナの中身およびその貨物ステータス(センサーデータ、動きの履歴など。)を確認するその他の認定されたグループによって使用可能である。ハンドヘルド読み取り装置は、コンテナ付近に設置され、運用することが可能である。適切な識別コード(またはバーコード)をハンドヘルド読み取り装置に入力し、および次にRFIDタグと通信するためにRF通信をハンドヘルド読み取り装置に使用可能である。RF通信は、地方のターミナルおよび船舶通信に利用されるHSS通信を利用可能であることが好ましい。RFIDタグは次に、ハンドヘルド読み取り装置にコンテナ積荷目録(RFIDタグに保存されているまたはダウンロードされた積荷目録から、あるいはRFIDタグからのアップリンクリクエストによってNOCから)とコンテナセンサーの旅程ログをダウンロードする。この旅程ログには、全てのセンサー、センサーアラーム(コンテナ侵入、温度範囲逸脱などを含む。)、およびコンテナの特定の地理的なルートの履歴のための履歴報告を含むことが可能である。 Another feature of the optical communication of the MAST system is the use of a “handheld reader for reading RFID tag data and manifests directly from the container”. Handheld readers can be used by customs, coast guards, sailors, or other authorized groups that check container contents and their cargo status (sensor data, movement history, etc.). The handheld reading device can be installed and operated near the container. An appropriate identification code (or bar code) can be entered into the handheld reader and then RF communication can be used in the handheld reader to communicate with the RFID tag. It is preferable that the RF communication can use HSS communication used for local terminal and ship communication. The RFID tag then downloads to the handheld reader a container manifest (from the inventory stored or downloaded on the RFID tag, or from the NOC by an uplink request from the RFID tag) and the container sensor itinerary log. . This itinerary log can include all sensors, sensor alarms (including container intrusions, temperature range deviations, etc.), and history reports for the history of a particular geographical route of the container.
ハンドヘルド読み取り装置はまた、コンテナの積荷目録をアップロードするために利用可能である(これは、ポータルを使用して行うこともできる)。コンテナに荷物が積まれると、バーコードまたはその他の種類のパッケージング種類RFIDタグをハンドヘルド読み取り装置に読み込むことが可能である。ハンドヘルド読み取り装置(またはその他の種類のRFID読み取り装置)から、貨物IDをコンテナのRFIDタグのコンテナ目録にロードし、次にNOCにアップロードすることが可能である。 Handheld readers are also available for uploading container manifests (this can also be done using a portal). Once the container is loaded, a barcode or other type of packaging type RFID tag can be read into the handheld reader. From a handheld reader (or other type of RFID reader), the cargo ID can be loaded into the container inventory of the container's RFID tag and then uploaded to the NOC.
コンテナでIrDA(赤外線)データポートを利用するためには代替アプローチを利用する。次にハンドヘルド読み取り装置をlrDAポートおよび確立された通信に向ける。データのダウンロードは、上記と同様となる。 An alternative approach is used to utilize IrDA (infrared) data ports in the container. The handheld reader is then directed to the lrDA port and the established communication. Data download is similar to the above.
(4.サイトサーバー)
サイトサーバーは、RFIDタグ読み取り装置からRFIDタグのデータを受信可能である。サイトサーバーはRFIDタグデータをNOCに送信可能である。サイトサーバーはRFIDタグのデータのローカル分析を実行し、何万ものタグをターミナルまたは船舶上に設置することを可能にする、本発明のマルチアクセスという面を管理可能である。サイトサーバーは、三つのメインサブシステム、(1)コンピュータベースのサーバーおよびシステムコントローラ、(2)RFIDタグ読み取り装置との通信に関してRFIDタグ読み取り装置と同じ通信モジュールを含むRFIDタグ読み取り装置通信サブシステム[つまり、ワイヤレスRF通信(好適には5.8GHzなどのRFIDタグ通信以外の周波数のHS通信)、(電力ライン通信、イーサネット(登録商標)またはシリアルなどの)有線通信、または(光ファイバーまたは視野方向レーザー通信などの)光通信にすることができる]、および(3)有線の、移動体、光通信または衛星通信モジュールを利用可能なNOC通信サブシステムを含むことが可能である。
(4. Site server)
The site server can receive RFID tag data from the RFID tag reader. The site server can send RFID tag data to the NOC. The site server can perform local analysis of RFID tag data and manage the multi-access aspect of the present invention that allows tens of thousands of tags to be installed on terminals or ships. The site server includes three main subsystems: (1) a computer-based server and a system controller, and (2) an RFID tag reader communication subsystem that includes the same communication module as the RFID tag reader for communication with the RFID tag reader [ That is, wireless RF communication (preferably HS communication at a frequency other than RFID tag communication such as 5.8 GHz), wired communication (such as power line communication, Ethernet or serial), or optical fiber or viewing direction laser Can include optical communications (such as communications), and (3) a NOC communications subsystem that can utilize wired, mobile, optical communications or satellite communications modules.
(5.ネットワークオペレーションセンター)
ネットワークオペレーションセンター(NOC)は、世界的な海上輸送コントロールシステムの情報センターとすることが可能である。世界中に設置されている全てのRFIDタグからの全てのRFIDタグデータは、地方のサイトサーバーまたは直接移動体または衛星通信によってNOCに中継可能である。NOCは、位置、センサーデータ、およびRFIDタグステータスを含むRFIDタグデータを収集、保存、逆アセンブルする。
(5. Network Operation Center)
The Network Operations Center (NOC) can be an information center for a global maritime transport control system. All RFID tag data from all RFID tags installed around the world can be relayed to the NOC by local site servers or direct mobile or satellite communications. The NOC collects, stores, and disassembles RFID tag data including location, sensor data, and RFID tag status.
本発明は、中央オペレーションセンターのアーキテクチャにおける技術の統合を含むことが可能である。この技術には、プライベートセクターの資産および貨物オーナー、関連する州および国の政府機関(沿岸警備隊、TSA、税関、NTSB、およびDoDなど。)、および地方の第一対応機関(法律機関、消防局、地方政府)へ確固とした連続データフローを提供するためのグローバルな位置決定システム、無線周波数識別(RFID)に基づく資産および貨物コンテナのトラッキングシステム、グローバルに利用可能な商用衛星およびインターネット通信システム、地理情報システム(GIS)およびリアルタイム物流分析機能、フォールトトレラントシステム、および資産および貨物トラッキングのための既存の国のシステムおよび商用プログラムが含まれる。 The present invention may include integration of technologies in the central operations center architecture. This technology includes private sector asset and cargo owners, relevant state and national government agencies (such as Coast Guard, TSA, Customs, NTSB, and DoD), and local primary response agencies (legal agencies, fire departments). Global positioning system to provide robust continuous data flow to local governments, asset and cargo container tracking systems based on radio frequency identification (RFID), globally available commercial satellite and internet communication systems, Includes geographic information systems (GIS) and real-time logistics analysis functions, fault tolerant systems, and existing national systems and commercial programs for asset and cargo tracking.
NOCにおける地理的な情報システム(GIS)の使用により、簡単なウェブブラウザベースの緯度/経度による報告から地図ベースの市/州/郵便番号/国情報までの様々な形式で資産位置を分析および表示することが可能である。このシステムは、地理的なパターンを含む特定の基準に基づいて、資産をリアルタイムでモニターおよびプロファイルすることが可能である。このアプローチはまた、資産の動きに関するリアルタイムの物流分析の組み込みも行うことが可能である。GIS開発の長期目標は、サプライチェーンにおける商品および資産の動きを分析可能な情報インフラストラクチャーを作成することと、地理的なパターンを含むコンテナの高度なプロファイリングを行うことである。 Use of Geographic Information System (GIS) in NOC to analyze and display asset location in various formats from simple web browser based latitude / longitude reporting to map based city / state / zip code / country information Is possible. The system can monitor and profile assets in real time based on specific criteria, including geographic patterns. This approach can also incorporate real-time logistics analysis of asset movements. The long-term goal of GIS development is to create an information infrastructure that can analyze the movement of goods and assets in the supply chain, and to perform advanced profiling of containers including geographic patterns.
RFIDタグデータは、MASTシステムを作成するためにグローバルな衛星通信ネットワークによって、中央化GISベースのトラッキングインフラストラクチャーに統合可能である。MASTシステムの好適な発明の実施形態は、一つ以上のグローバルな衛星ネットワークを含む。 RFID tag data can be integrated into a centralized GIS-based tracking infrastructure by a global satellite communications network to create a MAST system. Preferred inventive embodiments of the MAST system include one or more global satellite networks.
衛星ネットワークによって、資産をグローバルかつリアルタイムにトラッキングおよびモニタリングするだけでなく、全ての情報を一つの位置に効果的に集中させることができるようになる。これにより、セキュリティ、耐故障性、データバックアップ/アーカイブ、およびメンテナンスという利点が得られる。NOCは、オープンシステムアーキテクチャにおいてリアルタイムトラッキングおよび資産管理システムを作成するために、地理情報システム(GIS)技術、衛星通信、グローバルな位置決定システム、RFID(電子印など。)、およびインターネットを統合することができる。NOCは、厳密な情報保護プロトコル(例えば、ログインおよび/または暗号化)によって、個人または組織がインターネット経由でリアルタイムに資産を管理可能なウェブベースのトラッキングシステムを使い、移動資産のグローバルな管理のためのリアルタイム物流支援の単一位置を実現可能である。情報は必要に応じて安全なトランザクションにより関連団体に配信され、こうして資産の盗難のためにシステムが利用されることを不可能にすることができる。 The satellite network will not only track and monitor assets globally and in real time, but will also be able to effectively concentrate all information in one location. This provides the advantages of security, fault tolerance, data backup / archive, and maintenance. NOC integrates Geographic Information System (GIS) technology, satellite communications, global positioning systems, RFID (electronic stamps, etc.), and the Internet to create real-time tracking and asset management systems in an open system architecture. Can do. NOC uses a web-based tracking system that allows individuals or organizations to manage assets in real time via the Internet with strict information protection protocols (eg, login and / or encryption) for global management of mobile assets A single location for real-time logistics support. Information is delivered to relevant parties as needed via secure transactions, thus making it impossible for the system to be used for asset theft.
NOCは、一つ以上の以下のオペレーション機能を有することが可能である。これはつまり、1)詳細な航海履歴によるリアルタイムのグローバルな船舶位置トラッキング、2)窃盗通知および内部環境および放射線のステータスによる、コンテナ位置および状態のトラッキング、3)考えられる脅威、リスク、および責務を識別する監査証跡による、米国の海域および港における船舶およびコンテナ到着の早期警告/脅威の識別、4)疑わしい輸送活動の検知およびモニタリング(予定外の港への入港など。)および船舶およびコンテナレベルの両方における長期の活動パターンの識別、5)防衛省、米国沿岸警備隊、米国税関、本土防衛担当省、さらに、地方自治体の本土防衛、港湾セキュリティ、密輸、および盗難の問題についての『即時対応』法的機関との間のやりとりにおけるデータの保全、6)必要に応じて貨物の到着および流通を計画および管理するための乗組員および港との間でのデータの保全、7)包括的な港、船舶、およびコンテナの管理のためのシステムおよび税関検査のための『ファストトラック』プロトコル、8)冷蔵貨物、重要貨物、およびHAZMAT貨物のリアルタイムのモニタリング機能、9)重要情報(例えば、規則、規定、天候情報、乗組員への注意事項、など。)の効率および連絡先の中央化を最大限にするための海運業用リモートコントロールタワー、10)インターモダル倉庫保管、港、船舶、道路、および鉄道サプライチェーン管理およびグローバルな規模における安全性適用の統合。 The NOC can have one or more of the following operational functions. This means 1) real-time global vessel position tracking with detailed navigation history, 2) container position and condition tracking with theft notification and internal environment and radiation status, and 3) possible threats, risks and responsibilities. Identifying early warnings / threats of ship and container arrivals in US waters and ports through identifying audit trails, 4) Detecting and monitoring suspicious transport activity (such as entering unscheduled ports) and ship and container level Identifying long-term activity patterns in both 5) Ministry of Defense, US Coast Guard, US Customs, Ministry of Homeland Defense, and “Immediate Response” Act on Local Government Mainland Defense, Port Security, Smuggling and Theft Issues Data in communication with public institutions, 6) as needed Securing data between crew and ports to plan and manage cargo arrival and distribution, 7) System for comprehensive port, vessel, and container management and Fast for customs inspection Truck "protocol, 8) Real-time monitoring capabilities for refrigerated cargo, critical cargo, and HAZMAT cargo, 9) Efficiency and contact information for critical information (eg rules, regulations, weather information, crew notices, etc.) Remote control tower for shipping to maximize centralization of operations, 10) Intermodal warehouse storage, port, ship, road and rail supply chain management and integration of safety applications on a global scale.
(6.多重アクセス)
本明細書で説明されている多重アクセスのアプローチによって、近くのターミナルまたは船舶に設置されている90,000を超えるさらなるRFIDタグ(考えられる干渉源)を含むことがある環境に位置するターミナルまたは船舶に分散されたおよそ10,000のRFIDタグを動作可能に収容可能な多重アクセスネットワークが実現される。この多重アクセスの設計では、こうした要件を達成するためにCDMA、FDMA、TDMAおよび/またはSDMA(空間分割多重アクセス)の一つ以上を利用可能である。RFIDタグは、それぞれ、ターミナルまたは船舶の周囲に境界またはターミナルまたは船舶内にグリッドのどちらかを形成するRFIDタグ読み取り装置のアレイに、電子的な識別コード、センサーデータ、および位置情報を報告することが可能である。RFIDタグ読み取り装置の位置に、現在ヤード内にある街灯タワーという既存のインフラストラクチャーを利用する場合もある。こうしたRFIDタグ読み取り装置は、タグからのデータを調整し、全ての便利なデータを近くのサイトサーバーに報告可能である。次に、サイトサーバーは、重要なイベントおよびセンサーデータをNOCに中継可能である。以下に、RFIDタグからRFIDタグへの読み取り装置リンクに焦点を絞った、ターミナル/船舶エリアの通信について説明する。
(6. Multiple access)
A terminal or vessel located in an environment that may include more than 90,000 additional RFID tags (possible interference sources) installed in a nearby terminal or vessel by the multiple access approach described herein. A multiple access network capable of operably accommodating about 10,000 RFID tags distributed in the network is realized. In this multiple access design, one or more of CDMA, FDMA, TDMA and / or SDMA (spatial division multiple access) can be utilized to achieve these requirements. RFID tags report electronic identification codes, sensor data, and location information to an array of RFID tag readers that form either a boundary around the terminal or ship, or a grid in the terminal or ship, respectively. Is possible. In some cases, an existing infrastructure called a streetlight tower currently in the yard is used at the position of the RFID tag reader. Such RFID tag readers can coordinate data from the tag and report all useful data to a nearby site server. The site server can then relay important events and sensor data to the NOC. In the following, terminal / marine area communication focused on the reader link from RFID tag to RFID tag will be described.
(一般的な戦略)
以下に、好適な全体的な通信戦略のエレメントを説明する。本発明の実施形態は、直接拡散型スペクトル拡散(DSSS)および周波数ホッピングスペクトル拡散(FHSS)の両方を利用する符号分割多元接続方式(CDMA)、時分割多重アクセス(TDMA)および空間分割多重アクセス(SDMA)の組み合わせを含むことが可能であり、タグから読み取り装置へのリンクに利用可能である。本発明の実施形態は、異なる周波数帯域(例えば5GHz)を利用する読み取り装置からサーバーへのリンクを含むことができる。本発明の実施形態は、電力コントロールをCDMAおよびSDMAの方法の最適化のために採用可能にする双方向通信を含むことが可能である。本発明の実施形態は、近所どうしに存在するヤードからの拡散コードグループを識別可能である、近距離に存在する独立したターミナル(ヤード)を含むことが可能である。本発明の実施形態は、ヤードを微小なセルに再分割するオプションを含むことが可能である。
(General strategy)
In the following, the elements of a suitable overall communication strategy are described. Embodiments of the present invention include code division multiple access (CDMA), time division multiple access (TDMA) and space division multiple access (DCM) that utilize both direct spread spectrum spread (DSSS) and frequency hopping spread spectrum (FHSS). SDMA) combinations can be included and used for links from tags to readers. Embodiments of the present invention can include links from readers to servers that utilize different frequency bands (eg, 5 GHz). Embodiments of the invention can include bi-directional communication that allows power control to be employed for optimization of CDMA and SDMA methods. Embodiments of the present invention can include independent terminals (yards) that are in close proximity that can identify spreading code groups from yards that are in close proximity. Embodiments of the invention can include an option to subdivide the yard into small cells.
以下に、上記で説明した好適な全体的な通信戦略の主要なパフォーマンスのパラメータについて説明する。サイトサーバーは、99.99%の成功率で、少なくとも100秒に一度、10,000の近似タグから更新内容を受信する。サイトサーバーを含むネットワークは、最高で90,000の準近似タグを『無視する』ことができる。タグからの優先順位の高いメッセージは、遅延一秒以内で送信可能である。 In the following, the main performance parameters of the preferred overall communication strategy described above are described. The site server receives updates from 10,000 approximate tags at least once every 100 seconds with a 99.99% success rate. A network that includes a site server can "ignore" up to 90,000 semi-approximate tags. High priority messages from tags can be sent within a delay of one second.
(実装)
以下の実装の分析では、以下の条件を仮定している。100秒毎に一回、各ノードから1,000ビットが使用される。5MHzの帯域幅のオフセット直交位相シフトキー(OQPSK)変調およびほぼ一定のエンベロープ信号を使用する。重複率が制御された16以上の非重複ホップ周波数。直接拡散型のための長さ63の拡散コードを使用する。
(Implementation)
The following implementation analysis assumes the following conditions: One thousand bits from each node are used once every 100 seconds. It uses an offset quadrature phase shift key (OQPSK) modulation with a bandwidth of 5 MHz and an almost constant envelope signal. 16 or more non-overlapping hop frequencies with overlapping rate controlled. Use a 63 spreading code for the direct spreading type.
上記の明示的な仮定に基づき、1,000ビット(125バイト)のパケットが、ビットレート80kbps、チッピング長63で、それぞれ10,000ノードから、100秒に一回、送信される。このため、本発明の実施形態のチッピングレートは、OQPSK変調によって約5MHzのスペクトル帯域幅に変換する約2.5Mbpsとなる。RFIDタグ読み取り装置は、約100秒に一度各RFIDタグと通信する必要があると仮定する。そのため、10,000のRFIDタグは、100秒毎に平均20,000のパケットに変換する。こうした20,000のパケットは、4,000の時間スロット(25msの長さ)および32のCDMAユーザーに多重化される(63の長さコードと16のホップの組み合わせであり、同時最大ユーザー数は、およそ、チップ長さの二乗×ホップの二乗の数と仮定する。)
周辺RFIDタグ読み取り装置は、RFIDタグ通信のためにコンテナ列間に配置するようにされた指向性アンテナを利用可能である。異なる周波数帯域(例えば5GHz)[またはあるいは、電力ライン通信]で動作する指向性アンテナを、タワーからタワー/サーバーへの通信に使用することも可能である。ヤードサイズおよびその他の環境的なパラメータによっては、中継通信を行うためにタワーも必要となることがある。
Based on the above explicit assumption, a packet of 1,000 bits (125 bytes) is transmitted once every 100 seconds from each 10,000 node at a bit rate of 80 kbps and a chipping length of 63. For this reason, the chipping rate of the embodiment of the present invention is about 2.5 Mbps which is converted into a spectral bandwidth of about 5 MHz by OQPSK modulation. Assume that the RFID tag reader needs to communicate with each RFID tag about once every 100 seconds. Therefore, 10,000 RFID tags convert to an average of 20,000 packets every 100 seconds. These 20,000 packets are multiplexed into 4,000 time slots (25 ms long) and 32 CDMA users (combination of 63 length codes and 16 hops, the maximum number of simultaneous users is Suppose approximately the square of the chip length times the square of the hops.)
The peripheral RFID tag reading device can use a directional antenna arranged between container rows for RFID tag communication. Directional antennas operating in different frequency bands (eg 5 GHz) [or power line communication] can also be used for tower to tower / server communication. Depending on the yard size and other environmental parameters, a tower may also be required for relay communication.
RFIDタグ読み取り装置のメイン機能として、全RFIDタグから情報をキャプチャし、次にこの情報をサイトサーバーに中継するようにできる。この機能は、10K以上のタグのための多重アクセスプランを最適化するように互いに調整したり、サイトサーバーに直接通信するのみにしたりすることができる。例えば、いくつかの読み取り装置が単一のRFIDタグからデータをキャプチャする場合、読み取り装置は、少なくとも一つの読み取り装置がRFIDタグと確実に通信できる最小の電力レベルを協調的に決定することができる。 As the main function of the RFID tag reader, it is possible to capture information from all RFID tags and then relay this information to the site server. This functionality can be coordinated with each other to optimize multiple access plans for tags of 10K and above, or only communicate directly to the site server. For example, if several readers capture data from a single RFID tag, the reader can cooperatively determine the minimum power level at which at least one reader can reliably communicate with the RFID tag. .
(電力コントロール)
上記で説明したように、ネットワーク通信を最適化するために電力コントロールを利用可能である。当然ながら、電力コントロールは、DS−CDMAを利用する場合に最も好ましい。この多重アクセスアプローチは、全てRFIDタグからの送信電力のコントロールに関与する、ネットワーク検出プロトコル、電力バックオフ、および干渉緩和技術を含むことができる。
(Power control)
As explained above, power control can be used to optimize network communications. Of course, power control is most preferred when using DS-CDMA. This multiple access approach can include network detection protocols, power backoff, and interference mitigation techniques, all of which are involved in controlling transmit power from RFID tags.
(再送信の冗長度)
上記の分析では、システムは、100秒に一回の割合で各RFIDタグを聞く必要があり、約1,000ビットのメッセージで十分であると仮定する。これには、100%のパケット長でのインターパケットガード時間の控えめな推定を含む。上記の例において、パケットはおよそ12.5msの長さとなり、平均ガード時間も約12.5msとなる。このガード時間は非常に控えめに見積もった値であり、90%以上も低下して、スループットまたは冗長がさらにほぼ二倍になる可能性がある。ガード時間の小区分は、CSMAの方式で『緊急時』イベントに利用するものである。さらに、ほとんどの適用において100秒の更新レートは必要ないため、次の100秒のサイクル時の連続した時間スロットを不良パケットの再送信に使用可能である。例えば、一時間、一秒あるいは三時間に一回の更新レートで、ほとんどの場合十分である。
(Retransmission redundancy)
In the above analysis, assume that the system needs to listen to each RFID tag once every 100 seconds, and a message of about 1,000 bits is sufficient. This includes a conservative estimate of the interpacket guard time at 100% packet length. In the above example, the packet is approximately 12.5 ms long and the average guard time is also approximately 12.5 ms. This guard time is a very conservative estimate and can drop by over 90%, possibly further doubling throughput or redundancy. The subdivision of the guard time is used for “emergency” events by the CSMA method. In addition, because most applications do not require a 100 second update rate, a continuous time slot during the next 100 second cycle can be used for retransmission of bad packets. For example, an update rate of once every hour, one second or three hours is sufficient in most cases.
上記で説明したように電力コントロールを実行し、チャネル割り当ておよびネットワーク最適化の典型的なデューティーを実行するために、全てのノードの起動シーケンスで厳格なフローコントロールを確立する必要がある。図7〜図8(フローチャート)を参照して説明される以下の記載は、そのプロセス設計例について述べる。 In order to perform power control as described above and perform the typical duty of channel allocation and network optimization, strict flow control needs to be established in the startup sequence of all nodes. The following description, described with reference to FIGS. 7-8 (flowcharts), describes an example process design.
(検知プロセス)
図7に示すように、ノードは、システムコントロールの(デフォルトの)RFチャネルで起動する。ノードは、RFIDタグ読み取り装置の一つとのリンクを確立するまで、小規模な『パイロット』チャネルセットを周期的に繰り返す。このループは、読み取り装置(または、所定のシステムで代わりのタグからタグへのアプローチが利用可能な場合には別のタグ)によって正常な通信が確立されるまで、または確立されない限り、必然的にエンドレスとなる。本発明の実施形態は、電力の増大および/またはこのプロセスを含むことが可能である。
(Detection process)
As shown in FIG. 7, the node boots on the system control (default) RF channel. The node periodically repeats a small “pilot” channel set until it establishes a link with one of the RFID tag readers. This loop will inevitably occur until normal communication is established or not established by the reader (or another tag if an alternative tag-to-tag approach is available in a given system). Endless. Embodiments of the invention can include increasing power and / or this process.
図7を参照すると、例示のタグ起動シーケンスはステップ710においてタグがオンされることによって開始可能である。ステップ720において、タグはデフォルトの受信機コードを設定する。ステップ730において、タグはタワーからのパイロット送信シグナルを聞く。ステップ740において、タワーからのシグナルが識別される場合、タグは、ネットワークへの送信の通信750に進む。タワーが識別されない場合、タグは、ステップ760において、タイムアウト期間が経過したかどうかを判断する。タイムアウト期間が経過していない場合、タグは引き続きタワーを識別しようとする。タイムアウト期間が経過している場合、タグは、代替受信機周波数コードの設定を含むステップ770に進む。代替受信機周波数コードの設定後、タグはステップ730に進み、再び、タワーからのパイロット送信を聞く。
Referring to FIG. 7, an exemplary tag activation sequence can begin by turning on the tag at
発見プロセス時において、所定の時間において送信するタグ数を最小化することが好適である場合がある。これは、読み取り装置ノードに発見プロセスをコントロールさせることによって実行可能である。読み取り装置は、その範囲内の全てのタグを所定の順番、所定のテンポラリコード(以下のネットワークID送信順序を参照)で送信するようプロンプトするIDリクエストを送信する。次に読み取り装置はタグからのメッセージの受信および処理を開始する。第一のノード識別サイクルが完了すると、読み取り装置は、受信を認証しタグのネットワークIDおよび時間スロット割り当ての両方を指定するタグへのメッセージを送信する。ネットワークID割り当てを有する(その読み取り装置IDに関連付けられた)全てのタグがIDリクエストメッセージを承認するわけではないという条件において、サイクルが繰り返される。本発明は、衝突の解決のためのプロトコルなどを含むことが可能である。 During the discovery process, it may be preferable to minimize the number of tags transmitted at a given time. This can be done by having the reader node control the discovery process. The reader transmits an ID request that prompts all tags within that range to be transmitted in a predetermined order and in a predetermined temporary code (see network ID transmission order below). The reader then starts receiving and processing messages from the tag. Upon completion of the first node identification cycle, the reader sends a message to the tag that authenticates receipt and specifies both the tag's network ID and time slot assignment. The cycle is repeated, provided that not all tags with a network ID assignment (associated with the reader ID) approve the ID request message. The present invention can include protocols for conflict resolution and the like.
(ネットワークIDの送信順)
読み取り装置は、そのIDリクエストをデコードすることのできる(およびその読み取り装置によって以前にログされていない)全てのタグが、5msのメッセージx×リクエストの受信後10msを送信するようリクエスト可能である。(xは、タグUUIDの3つの最下位桁)。(例えば、12345678というUUIDを有するタグは、読み取り装置への送信前に6,780ms待機することになる。)さらに、タグは、FHおよびDSコードの組み合わせを選択するために、そのすぐ上の2桁(この例では45)を使用できる。このため、読み取り装置は、100,000のタグを確実に処理できる必要がある。
(Network ID transmission order)
A reader can request that all tags that can decode the ID request (and not previously logged by the reader) send 10 ms after receiving a 5 ms message xx request. (X is the three least significant digits of the tag UUID). (For example, a tag with a UUID of 12345678 will wait 6,780 ms before sending it to the reader.) In addition, the tag will have 2 immediately above it to select a combination of FH and DS codes. Digits (45 in this example) can be used. For this reason, the reader needs to be able to reliably process 100,000 tags.
RFIDタグおよびRFIDタグ読み取り装置がリンクを確立すると、読み取り装置は、RFIDタグを、最適化されたネットワークの一部となるコードと周波数の組み合わせに割り当てる。このプロセスを図8に示す。 When the RFID tag and RFID tag reader establish a link, the reader assigns the RFID tag to a code and frequency combination that becomes part of the optimized network. This process is illustrated in FIG.
図8を参照すると、通信検知810からの送信時において、タグは、ステップ820において、デフォルトの送信周波数コードを取得または採用する。ステップ830において、タグは、デフォルトの送信周波数コードをタワーに送信する。ステップ840において、タワーがデフォルトの送信周波数コードを認証する場合、サイトサーバーはステップ850においてタグをコード周波数および時間スロットに割り当てる。タワーがステップ840において認証しない場合には、タグは、タイムアウト期間が経過したかどうかを決定するステップ860に進む。タイムアウト期間が経過すると、タグはステップ840に戻り、タワーからの認証が行われるまで引き続き待機する。ステップ860においてタイムアウト期間が経過すると、タグは、代替送信周波数コードが取得または採用されるステップ870に進む。タグはステップ830に戻る。
Referring to FIG. 8, upon transmission from
(パケット構造)
このセクションは、プリアンブルおよびエラー修正/検出コーディングなどの安定した通信専用のパケット部分について説明する。パケットのペイロードは便利なペイロード(例えば、識別、位置、線量測定など)のいずれかにすることができる。
(Packet structure)
This section describes the packet parts dedicated to stable communication such as preamble and error correction / detection coding. The payload of the packet can be any convenient payload (eg, identification, location, dosimetry, etc.).
好適な波形は周波数ホッピングと共に直接拡散型スペクトルを利用するため、プリアンブルは二つの部分を利用できる。つまり、64ビットの一定周波数DSSSの部分と、63ビットのハイブリッドFH/DSSSの部分である。受信機修正装置は公知の周波数における自動修正のピークにおいて、伝送波形の開始を検索可能である。受信機が『ビット』エッジの(時間的)位置を得ると、その搬送周波数のホッピングを開始可能である。データデリミタ文字の働きをするプリアンブルの第二の部分の開始時に、伝送波形はホッピングを開始可能である。受信機は、この第二の(63ビットの)シーケンスの開始時においてホッピングシーケンスとの同期化を再確立可能である。これにより、受信機は5ビット以上のシーケンスを無視することができるだけでなく、データペイロードの開始を正常に検知できる。32ビットの長さのCRCワードによってパケットが完成し、実際のデータペイロードの完全性を補償するために利用可能である。 Since the preferred waveform utilizes direct spreading spectrum with frequency hopping, the preamble can utilize two parts. That is, a 64-bit constant frequency DSSS portion and a 63-bit hybrid FH / DSSS portion. The receiver correction device can retrieve the start of the transmission waveform at the peak of automatic correction at a known frequency. Once the receiver has obtained the (temporal) position of the “bit” edge, it can start hopping its carrier frequency. At the start of the second part of the preamble that acts as a data delimiter character, the transmission waveform can begin hopping. The receiver can reestablish synchronization with the hopping sequence at the beginning of this second (63-bit) sequence. As a result, the receiver can not only ignore a sequence of 5 bits or more, but can also normally detect the start of the data payload. A 32-bit long CRC word completes the packet and can be used to compensate for the integrity of the actual data payload.
(直接拡散型スペクトル)
長さ63の約520のコードを生成するKasamiコードジェネレータから、DSSS割り当てを選択可能である。所定の時間スロット内で、約32のコードのみを所定のセル内で使用可能である。しかし、この最大コードセットを利用することで、コード割り当てプロセスの管理は簡単になる。
(Direct diffusion spectrum)
DSSS assignments can be selected from a Kasami code generator that generates approximately 520 codes of length 63. Only about 32 codes can be used in a given cell within a given time slot. However, using this maximum code set simplifies the management of the code assignment process.
(周波数ホッピングスペクトル拡散)
所定のパケットスロット時において、周波数ホッピング割り当てにより、チャネル直交性をいくらか達成可能である。仮定条件としてのRFタグのスペクトルは約5MHzであり、2.45GHzの産業、科学、および医療分野の(ISM)帯域は80MHzであるため、16のホッピング中心周波数のみをこの例で用いる。ハイブリッド型拡散スペクトルは厳しいマルチパス環境におかれた個々のリンクの安定性を向上させるようにすることが何よりも望ましいが、これは、時間スロットに存在する同時ユーザーの数を増やすためにも利用できるという利点がある。特定の実施形態におけるこのシステムのタイミング同期化は高速のホッピングスキームをサポートするには十分ではないため、複数の同時ユーザーを区別するためにDSSSスペクトル拡散のみを利用可能である。
(Frequency hopping spread spectrum)
Some channel orthogonality can be achieved by frequency hopping assignment at a given packet slot. Assuming that the RF tag spectrum is about 5 MHz and the 2.45 GHz industrial, scientific and medical (ISM) band is 80 MHz, so only 16 hopping center frequencies are used in this example. Hybrid spread spectrum is most desirable to improve the stability of individual links in harsh multipath environments, but it can also be used to increase the number of concurrent users present in a time slot There is an advantage that you can. Since the timing synchronization of this system in certain embodiments is not sufficient to support fast hopping schemes, only DSSS spread spectrum can be used to distinguish multiple simultaneous users.
(7.海上システムの観測および分析)
船舶ターミナル施設のサイズは、この施設の拡大においてコンテナを追跡するのに必要な陸上側のRFシステム(つまり、受信機の数および分散)の設定に大きく影響する。ターミナルの街灯は、施設の受信機および送信機(またはトランシーバー)の好適な位置である。
(7. Observation and analysis of offshore systems)
The size of the ship terminal facility greatly affects the setting of the landside RF system (i.e., the number and distribution of receivers) required to track containers in the expansion of this facility. The terminal street light is the preferred location for the facility's receiver and transmitter (or transceiver).
船上RFコンテナモニタリング受信機は、船舶の船首のマストに配置することがある。コンテナはデッキ上に常に均一な高さでまたは非常に一貫した配置で積層されているわけではないことを留意することが重要である。対象範囲内の船倉へのまたは船倉からのRFの伝播(鋼製ハッチ)は基本的にゼロにすることができるため、そこでのコンテナのモニタリングに役立つよう、船倉内にRFシステム受信機を設置する必要があることがある。 An onboard RF container monitoring receiver may be located on the mast of the ship's bow. It is important to note that the containers are not always stacked on the deck at a uniform height or in a very consistent arrangement. RF transmission (steel hatch) to and from the hold in the scope can be essentially zero, so an RF system receiver is installed in the hold to help monitor the container there. There is a need.
荷物を積んだ船舶において、コンテナは多くの場合、デッキ上に船体の端まで積層される。ブリッジウィングおよびMASTを、MASTシステムのためにRFインフラストラクチャーコンポーネントを搭載するために利用可能である。各列およびコンテナ積層間の隙間により、船舶の端に達する前に適した波長のRFシグナルがあちこち跳ね返ることが可能になる。デッキ上の全てのコンテナの一貫した受信範囲を実現するために、船舶の周囲に沿ってこのスペースの各端にシステムアンテナを配置することが望ましい。 In ships loaded with cargo, containers are often stacked on the deck to the end of the hull. Bridge wings and MAST are available for mounting RF infrastructure components for the MAST system. The gap between each row and container stack allows the RF signal of the appropriate wavelength to bounce around before reaching the end of the ship. In order to achieve a consistent coverage of all containers on the deck, it is desirable to place a system antenna at each end of this space along the periphery of the vessel.
コンテナは典型的には、船倉に緊密に積層される。コンテナは、船舶構造に設置された垂直方向の固定レールを滑り降りる。金属製の隔壁はコンテナの端周辺のエリアを効果的に細分化し、さらに船倉内のコンテナからのRF伝播を妨害する。船倉にハッチを設置すると、非常に良好なファラデーケージが形成され、RFがここを通過することはほとんど不可能である。そのため、船倉に積層されたコンテナからリアルタイムに近い(例えば、毎日の)遠隔測定が必要な場合には、いくつかの船倉内RFインフラストラクチャーを設置することが必要になる場合がある(つまり、受信機および関連付けられたデータリンクが船舶のブリッジ上の中央モニタリングステーションに戻る)。コンテナロッキングメカニズムは、積層されたコンテナの上部と下部の間に約5センチメートル〜約7.6センチメートルの隙間が空くようにする。コンテナの上部と下部の間のこのおよそ約5センチ〜約7.6センチメートルのスペースは、コンテナの間に(適した周波数の)RFパスを提供するのに十分である。コンテナの側面の間のこれに相当するスペースは、典型的には、約1.3センチメートルから約5センチメートルである。この構成により、コンテナ間における無線周波数のオームの(非可逆)および/または容量的な接続を生成することが可能であり、これは、積層からのシグナル伝播をいくらか損なうことがある。 Containers are typically closely stacked in the hold. The container slides down a vertical fixed rail installed in the ship structure. The metal bulkhead effectively subdivides the area around the edge of the container and further interferes with RF propagation from the container in the hold. When a hatch is installed in the hold, a very good Faraday cage is formed and it is almost impossible for RF to pass through here. Therefore, if near real-time (eg, daily) telemetry is required from containers stacked in the hold, it may be necessary to install some in-hold RF infrastructure (ie, receive And the associated data link returns to the central monitoring station on the ship's bridge). The container locking mechanism provides a gap of about 5 centimeters to about 7.6 centimeters between the top and bottom of the stacked containers. This approximately 5 centimeters to about 7.6 centimeters of space between the top and bottom of the container is sufficient to provide an RF path (of a suitable frequency) between the containers. The corresponding space between the sides of the container is typically about 1.3 centimeters to about 5 centimeters. With this configuration, it is possible to create radio frequency ohmic (irreversible) and / or capacitive connections between containers, which may somewhat impair signal propagation from the stack.
図9を参照すると、複数のインターモダル輸送コンテナ910は直交アレイに配置されている。無線周波数識別タグ920はインターモダル輸送コンテナ910の一つの上部に示される。複数の読み取り装置930が、複数の多様な輸送コンテナ910によって形成される通路の端に配置されている。
Referring to FIG. 9, a plurality of
図9は、コンテナグループが船舶のデッキまたはターミナルヤード内の地面に配置される場合の、緊密に積層されたコンテナグループ(名目上は約1219メートル)の平面図を示す。単一のRFエミッタ(図では放射している赤い点で示される)は、コンテナの上部の中央付近に搭載可能である。コンテナの脚部および上部のレールはシグナルの縦方向に延びる傾向にあるため、大部分のRFエネルギーは、コンテナの二つの端から両方向(図では上下方向)の隣接する通路に漏れ出す。こうしたシグナルは、アレイのエッジに現れるまで、通路の境界を決定するコンテナの両端間を跳ね返るため、中程度の喪失が生じ波形が大きく歪むという欠点がある。拡散およびマルチパスタイプの歪みに対して高い免疫を持つシかなりの広帯域(数MHz)スペクトラム拡散シグナルが、最も良く受信されると考えられる。当然ながら、本発明は、特定の状況の構成に制限されるものではない。 FIG. 9 shows a top view of a closely stacked container group (nominally about 1219 meters) when the container group is placed on the ground in a ship deck or terminal yard. A single RF emitter (indicated by a radiating red dot in the figure) can be mounted near the top center of the container. Because the container legs and upper rails tend to extend in the longitudinal direction of the signal, most of the RF energy leaks from the two ends of the container into adjacent passages in both directions (up and down in the figure). These signals bounce between the ends of the container that determines the boundary of the passage until they appear at the edge of the array, which has the disadvantage of moderate loss and greatly distorted waveforms. A fairly wideband (several MHz) spread spectrum signal with high immunity to spread and multipath type distortion is considered best received. Of course, the present invention is not limited to a particular situation configuration.
考えられるRF受信および/または送信位置が、通路の端の点によって、図9に示されている。各点は別個のアンテナを示すことが可能であるが、より実際的で、強固な構成では、通路同士をつなぐのに小型の『漏れやすい同軸』ケーブルを、そして標準的な低損失の同軸をその間に採用することがある。より優れた物理的な保護を行うには、厚肉のPVCパイプの断面内に『漏れやすい』ケーブルを収容することが可能であるが、これは、最高数GHzの周波数で相対的に低い損失を示す。従来の同軸ケーブルは完全にシールドされているため、標準のケーブルは最高のクラッシュ抵抗を実現するためにPVCまたは金属性の導管内を通すことができる。こうした受信および/または送信位置システムは、(半)永久的に船舶の周囲、デッキレベル上、デッキレベル付近、および手すりまたはその他の便利な構造の上にも設置することができる。典型的には、貨物の船倉の各側面におけるコンテナの列間に乗組員用通路がある。通路構造の適切なスポットにコンテナの遠隔測定リンクのRFシステムのアンテナを設置可能である。 Possible RF receive and / or transmit locations are indicated in FIG. 9 by the end points of the path. Each point can represent a separate antenna, but in a more practical and robust configuration, a small “leaky coaxial” cable is used to connect the paths and a standard low loss coaxial is used. It may be adopted during that time. For better physical protection, it is possible to accommodate a “leaky” cable in the cross section of a thick PVC pipe, which is relatively low loss at frequencies up to several GHz. Indicates. Because conventional coaxial cables are fully shielded, standard cables can be run through PVC or metallic conduits to achieve the highest crash resistance. Such reception and / or transmission location systems can also be (semi) permanently installed around the ship, on the deck level, near the deck level, and on handrails or other convenient structures. There is typically a crew passage between rows of containers on each side of the cargo hold. An RF system antenna for a container telemetry link can be installed at an appropriate spot in the aisle structure.
こうしたアンテナコンポーネントを設置するための正確な位置およびモードは、個々の船舶の構造の詳細な仕様にかなり依存する。船舶の船倉の一つにあるコンテナの場合、漏れやすい同軸ケーブルは、コンテナのガイドレールとほぼ同じ垂直面に、側壁に沿って設置することが可能である。どちらの場合においても、漏れやすい同軸ケーブルの向きは、コンテナ上のアンテナの偏向および向きに対して、最も効率的なエネルギー移動を提供するよう維持する必要がある。例えば、水平方向のコンテナRF発射装置の場合、ケーブルは、コンテナからローカル受信機へのRFリンクにおいて相対的に低いカップリングロスを保持するために、ほぼ水平方向に通す必要がある(水平方向にコンテナのアンテナを偏向すると仮定)。 The exact location and mode for installing such antenna components depends considerably on the detailed specifications of the individual ship structure. In the case of a container in one of the ship's holds, the leaky coaxial cable can be installed along the side wall on the same vertical plane as the container guide rail. In either case, the leaky coaxial cable orientation must be maintained to provide the most efficient energy transfer for antenna deflection and orientation on the container. For example, in the case of a horizontal container RF launcher, the cable must be routed approximately horizontally (in the horizontal direction) to maintain a relatively low coupling loss in the RF link from the container to the local receiver. Assuming the container antenna is deflected).
その他の主要なシステム設計の問題点は、適切なRF動作周波数の選択にある。法的およびライセンス上の制約では、13.56、27.55、433、902〜928、2450〜2483.5、および5725〜5825MHzの現在の産業的、科学的、および医学的(ISM)帯域,および米国およびその他の北米大陸地域における5150〜5250および5250〜5350MHz[および/または世界のその他の地域における同様の割り当て]のいわゆる無認可の国の情報インフラストラクチャー(U―NII)帯域などの、割り当てられたライセンス不要の帯域の利用が好ましい。最初の三つのセグメントの帯域幅は狭いが(1MHz未満)、後の五つのセグメントは様々な形態のスペクトル拡散シグナリングのためのものである。 Another major system design problem is the selection of an appropriate RF operating frequency. Legal and licensing constraints include current industrial, scientific, and medical (ISM) bands of 13.56, 27.55, 433, 902-928, 2450-2483.5, and 5725-5825 MHz, And the so-called unlicensed national information infrastructure (U-NII) band of 5150-5250 and 5250-5350 MHz [and / or similar allocation in other parts of the world] in the United States and other North American continental regions Use of a license-free bandwidth is preferable. The bandwidth of the first three segments is narrow (less than 1 MHz), while the last five segments are for various forms of spread spectrum signaling.
狭帯域は非常に低いレートのデータ送信をサポートする場合があるが、電波探知および非常に安定したリンクのための機能ははっきりと制限されている。一方で、スペクトル拡散帯域はかなり高いRF電力レベルを可能にし、ずっと弾力性の高い変調技術をサポートする。全体的に、902〜928MHz帯域によって最大の範囲が得られるが2450〜2483.5MHZ帯域が基本的に普遍的であり世界中で(少なくとも一部で)利用可能である。電波探知および遠隔測定の一般的な分野においてはいくつかの新しいRF規格が定められている。現在の米国の通信委員会の規則ではISMおよびU―NIIの帯域においてHSSプロトコルが既に明示的に利用可能となっている。 Narrowbands may support very low rate data transmissions, but the capabilities for radio detection and very stable links are clearly limited. On the other hand, the spread spectrum band allows for fairly high RF power levels and supports much more flexible modulation techniques. Overall, the 902-928 MHz band provides the greatest range, but the 2450-2483.5 MHZ band is basically universal and available (at least in part) worldwide. Several new RF standards have been established in the general field of radio detection and telemetry. Current US Communications Commission rules already explicitly make the HSS protocol available in the ISM and U-NII bands.
タグのコスト、電力効率、および複雑性による不利益は非常に深刻なものとなる可能性があるが、コンテナトラッキングのための複数帯域および/または複数プロトコル装置の柔軟性を、本発明でも利用可能である。本発明は、世界的なMASTシステムの概念で好適な高度に統合された複数帯域のRF装置(送信機および受信機エレクトロニクス、フィルター構造、およびアンテナを含む)を利用可能である。 The disadvantages of tag cost, power efficiency, and complexity can be very serious, but the flexibility of multi-band and / or multi-protocol devices for container tracking is also available in the present invention It is. The present invention can utilize highly integrated multi-band RF devices (including transmitter and receiver electronics, filter structures, and antennas) suitable for the global MAST system concept.
さらなる問題とは、所望の機能性レベルを達成するにために必要なRFシステムアーキテクチャの特定の種類である。双方向データ―遠隔測定システムによって、正確なRF―シグナル電力コントロール、リモート再プログラム能力、個々のタグ(アドレス指定可能な)クエリ、マルチタグ中継機能、RFパスのブロックおよび低電池状態のノードを解決するためのアドホックダイナミックタグ間データのルーティング、および周期的セキュリティコード、ネットワーク経由のリモートソフトウェアの変更/更新、およびノード―ステータスの問い合わせなどのネットワーキングタスクを含む、より高度なタグ―装置機能セットが可能になる。全体的なノードの電力効率およびエネルギー利用は双方向プロトコルにおいて通常、最適であるため、電池寿命時間は最も長くなり、ノード―アラームの報告および診断機能は最もタイムリーとなる。当然ながら、この種類のRFIDタグノードの短所として、搭載型RF受信機の存在によるさらなる複雑化およびコスト増加があるが、さらなる取得コストは電池寿命の増加による差分よりも大きいため、船舶の乗組員またはその他のメンテナンス/サービス要員によるメンテナンスの手間が省けることになる。 A further problem is the specific type of RF system architecture needed to achieve the desired level of functionality. Bi-directional data-telemetry system solves accurate RF-signal power control, remote reprogramming capability, individual tag (addressable) queries, multi-tag relay capability, RF path blocking and low battery status nodes Allows ad-hoc dynamic tag-to-tag data routing and more advanced tag-device feature sets, including networking tasks such as periodic security codes, remote software changes / updates over the network, and node-status queries become. Since overall node power efficiency and energy utilization are usually optimal in a bi-directional protocol, the battery life time is the longest and the node-alarm reporting and diagnostic functions are the most timely. Of course, the disadvantages of this type of RFID tag node are further complications and increased costs due to the presence of an on-board RF receiver, but the additional acquisition cost is greater than the difference due to increased battery life, so Maintenance work by other maintenance / service personnel can be saved.
対照的に、基本的な一方向性ネットワークは、一般的に『dumb chirper』モードで動作する自律的なタグを含む。このモードではタグは、所定の間隔でシステムインフラストラクチャーの受信機にデータを送信するのみである。こうした送信間隔は、定期的、不定期的、スロットを使用して不定期的にしたり、またはタグデータの性質によって変えることが可能である。例えば、非常に好適な実施形態とは、新しい、変更された読み取り値のみを送信する代わりに重複データの送信は省略する『高性能』タグである。このプロトコルの小さな修正点として、(変更にうっかり気づかなかった場合に)真のデータ値を再計算し、ノードが適切に機能していることを確認するためのいくつかの基本的なステータス情報を伝えるための、選択した間隔における追加の数回の送信の直接挿入を含む。 In contrast, a basic unidirectional network typically includes autonomous tags that operate in a “dumb chiper” mode. In this mode, the tag only sends data to the system infrastructure receiver at predetermined intervals. Such transmission intervals can be regular, irregular, irregular using slots, or varied depending on the nature of the tag data. For example, a highly preferred embodiment is a “high performance” tag that omits sending duplicate data instead of sending only new, modified readings. A small modification to this protocol includes some basic status information to recalculate the true data value (if you didn't accidentally notice the change) and verify that the node is functioning properly. Includes direct insertion of several additional transmissions at selected intervals to communicate.
遠隔測定システムアーキテクチャの三つめの種類は、特定の実行シナリオで説明されているように、双方向および一方向性タグを戦略的に(または非戦略的に)組み合わせたものをサポートする。この形式により、全体的なRFシステムのパフォーマンスに多少の負担がかかり、一般的にタグ電池寿命は短くなるが、タグ種類の選択はより柔軟になる。以上の説明は名目上、単一帯域ネットワークセットアップに基づくものであるが、(特に全てのタグのトータル価格において)大きなコスト上の不利益はあるが、マルチ帯域システムにおいてより高い柔軟性、高いパフォーマンスが得られる。こうした全ての例において、HSS技術の利用はビットエラーレート、パケットロス、衝突レート、RF電力効率、およびその他の施設のRFシステムに対する明らかな干渉レベル、特に同じ一般的な帯域を共有するものにおいてより有利である。本発明の実施形態は、一つのシステムにおいて『dumb chirper』タグと双方向中継タグを組み合わせたものを含むことが可能である。 A third type of telemetry system architecture supports a strategic (or non-strategic) combination of bidirectional and unidirectional tags, as described in the specific implementation scenario. This format places some burden on overall RF system performance and generally reduces tag battery life, but makes tag type selection more flexible. The above description is nominally based on a single-band network setup, but with greater cost penalty (especially at the total price of all tags), but more flexibility and higher performance in multi-band systems. Is obtained. In all these examples, the use of HSS technology is better than bit error rate, packet loss, collision rate, RF power efficiency, and other facilities that share obvious interference levels to the RF system of the facility, especially those that share the same general bandwidth. It is advantageous. Embodiments of the present invention can include a combination of “dumb chiper” tags and bidirectional relay tags in one system.
冷蔵コンテナ(『リーファー』)は、典型的には、船舶の配電システムから給電される上記のデッキのコンセントにプラグインされる3段階電力ケーブルを含む。一般的に、冷蔵貨物(例えば、医薬品、生鮮食品、および医療用品)は価値が高いために、リーファーモニタリングの適用は特に重要である。現在行われているのは、船舶の担当要員が、航海中に、定期的に単一の内部温度を手動でモニターおよび記録(つまり、鉛筆およびクリップボードで)するということであり、値が範囲を超えている場合には船舶の乗組員に報告される。(いくつかのスポットにおける)内部温度だけでなく、相対湿度、コンプレッサー圧力、冷却液フロー、供給電圧/電流、およびコンテナの保全性(ドアの破損)などのさらなるデータを、自動的モニタリングおよびアラーム遠隔測定によって得ることが可能である。この情報は、冷蔵機能の故障を早期に警告することにより本発明の実施形態に大きな経済的な価値をもたらすため、早急な修理を行い、コストのかかる貨物の劣化を避けることができる。この遠隔測定は、以前に説明したようにRF技術または船舶のAC電力システムによる安定したデータ送信によって処理可能である。電子署名分析などのより高度な方法でも、コンプレッサー、ファン、ポンプ、バルブ、およびその他の電動およびソレノイド駆動負荷の動作状態をより正確に査定することができ、重要な船上装置の高レベルのリアルタイム状態モニタリングを実行できる。 A refrigerated container ("Reefer") typically includes a three-stage power cable that plugs into the outlet of the deck that is powered from the ship's power distribution system. In general, the application of reefer monitoring is particularly important because refrigerated cargo (eg, pharmaceuticals, fresh food, and medical supplies) is of high value. What is happening now is that ship personnel manually monitor and record a single internal temperature (ie, with a pencil and clipboard) periodically while sailing, and the values are within range. Any excess will be reported to the ship's crew. In addition to internal temperature (at some spots), additional data such as relative humidity, compressor pressure, coolant flow, supply voltage / current, and container integrity (door breakage), automatic monitoring and alarm remote It can be obtained by measurement. This information provides significant economic value to embodiments of the present invention by early warning of refrigeration function failure, so that immediate repairs can be made to avoid costly cargo degradation. This telemetry can be handled by stable data transmission via RF technology or the ship's AC power system as previously described. More sophisticated methods, such as electronic signature analysis, can more accurately assess the operational status of compressors, fans, pumps, valves, and other electric and solenoid driven loads, and high-level real-time status of critical onboard equipment Monitoring can be performed.
(8.RFIDタグ付けシステムの通信要件の分析)
おそらく、実行可能なRFベースのタグ付けシステムプロトコルの開発における最も技術的な問題とは、特にコンテナおよび施設に搭載されるセンサー/IDタグと船上受信機インフラストラクチャーの間における、非常に信頼性の高い安定した、低電力RF通信リンクのニーズであろう。ハイブリッド(直接/周波数ホッピング)スペクトル拡散送信技術を使ってRFタグパフォーマンスを(データおよび位置の正確性に関して)著しく向上させると共にRFの干渉の生成およびその他のタグおよび施設のRFシステムについての感度を低下させる遠隔測定アプローチを用いることが望ましい。上記で説明するように、本明細書で使用されている位相ハイブリッド型拡散スペクトル(HSS)は、例えば、符号分割多元接続(CDMA)などの直接拡散型スペクトル(DSSS)、および例えばPCT公開出願番号第WO02/27992号および/または2003年12月31日に出願された米国のシリアル番号第10/817,759号に記載されている、周波数ホッピング、タイムホッピング、時分割多重アクセス(TDMA)、直交周波数分割多重OFDMおよび/または空間分割多重アクセス(SDMA)の少なくとも一つの組み合わせとして規定可能である。この技術の別の利点は電力利用の分野についてのものである。HSSプロトコルは、各タグからのRF送信の数を制限すると同時にその他のタグとの衝突を最小限に動的に抑え、こうしてタグデータメッセージの要件(例えば、再送信)を(絶対的)最小限に抑えることにより電力の節約に役立つ機能を組み込んでいる。別の主要なシステム動作上の問題に、タグサブシステムの内部電力管理の問題(つまり、論理、RF回路、およびセンサー)がある。
(8. Analysis of communication requirements of RFID tagging system)
Perhaps the most technical problem in developing a viable RF-based tagging system protocol is the very reliable, especially between the sensors / ID tags onboard containers and facilities and the onboard receiver infrastructure. There would be a need for high, stable, low power RF communication links. Significantly improve RF tag performance (in terms of data and location accuracy) using hybrid (direct / frequency hopping) spread spectrum transmission technology and reduce RF interference generation and sensitivity for other tag and facility RF systems It is desirable to use a telemetry approach. As explained above, phase hybrid spread spectrum (HSS) as used herein is, for example, direct spread spectrum (DSSS) such as code division multiple access (CDMA), and PCT published application number, for example. Frequency hopping, time hopping, time division multiple access (TDMA), orthogonal, as described in WO 02/27992 and / or US serial number 10 / 817,759 filed December 31, 2003 It can be defined as at least one combination of frequency division multiplexing OFDM and / or space division multiple access (SDMA). Another advantage of this technology is in the field of power utilization. The HSS protocol limits the number of RF transmissions from each tag while minimizing collisions with other tags dynamically, thus minimizing tag data message requirements (eg, retransmissions) (absolutely). Incorporating functions that help save power by reducing Another major system operational issue is the internal power management issue of the tag subsystem (ie logic, RF circuitry, and sensors).
便利な電池の再充電間隔を保持するために、受信システムの電力消費レベルは送信機のレベルよりもそれほど低くないため、RFIDタグのコマンド受信およびデータ送信機能の両方を非常に低い負荷サイクルで実行可能である。さらに、高機能タグセンサーからの全てのデータを、冗長な送信を排除するためにまとめて処理可能である。最後に、適切なタグの動作性を(つまり、データアクセスおよびタグ位置)、好適には常時、確保するために、電池容量低下の警告を必要に応じて(タグデータ送信に埋め込まれた)施設の受信機に送信可能である。代替のタグへのエネルギー供給オプションには、インタロゲーターのワンド、搭載型光電池またはその他の電力供給源によるローカルな受動型電力供給が含まれる。上記で説明したシステムプロトコルの一部はコンテナタグへの双方向送信を前提としているが、オンデマンドのタグインタロゲーション機能を必要としないいくつかのシステム実施形態のために一方向性『dumb―chirper』タグを考慮することができる。 To maintain a convenient battery recharge interval, the power consumption level of the receiving system is not much lower than the transmitter level, so both RFID tag command reception and data transmission functions are performed at very low duty cycles Is possible. In addition, all data from high performance tag sensors can be processed together to eliminate redundant transmissions. Finally, facilities to ensure low battery capacity warnings (embedded in tag data transmissions) are needed to ensure proper tag operability (ie, data access and tag location), preferably at all times. Can be sent to other receivers. Alternative tag energy supply options include local passive power supply via interrogator wands, onboard photovoltaic cells or other power supply sources. Some of the system protocols described above are premised on bi-directional transmission to the container tag, but for some system embodiments that do not require on-demand tag interrogation functionality, The “chiper” tag can be considered.
適当な港湾(陸上側)施設システム設計の問題には、施設内の適切かつ一貫した空間的なRF受信範囲を提供するための、分散されたトランシーバー/無線位置装置、内部インフラストラクチャーシグナリングオプションの配置、およびRFリピーターの利用が含まれる。基本的なインフラストラクチャーには、施設のトランシーバーおよび中央コンテナモニタリングおよびコントロールポイント間のデータ転送のために、ツイストペア配線、同軸ケーブル、電力ラインRF送信技術、またはワイヤレスRFトランシーバーを利用できる。こうした配置はターミナルの特定のセットアップに大きく依存するが、ヤードRFトランシーバーは既存の構造に搭載されることが最も多い。対応する船上RFインフラストラクチャーは、船舶のレイアウトと、最適な受信範囲のためにRF装置を最適位置に設置するための機会が限られていることによって、より大きな制約を受ける。固定されたRF機器は船舶の電力によって動作する必要があり、通常の船上での動作およびメンテナンス活動から外れた位置に搭載する必要がある場合もあるため、多くの妥協を受け入れることができる。このため、船舶のAC電力配電システムによってRFインフラストラクチャーデータ通信を処理することが非常に望ましく、こうすることにより、パスが物理的に保護されると共に、本発明のシステムの実施形態を船舶に実施する場合に船舶にさらなるケーブル配設を行う必要がなくなる。 Appropriate port (landside) facility system design issues include the placement of distributed transceiver / radio location devices and internal infrastructure signaling options to provide adequate and consistent spatial RF coverage within the facility , And the use of RF repeaters. The basic infrastructure can utilize twisted pair wiring, coaxial cable, power line RF transmission technology, or wireless RF transceivers for facility transceivers and data transfer between central container monitoring and control points. Although such an arrangement is highly dependent on the specific setup of the terminal, yard RF transceivers are most often mounted on existing structures. Corresponding onboard RF infrastructure is more constrained by the limited layout of the ship and the opportunity to place the RF equipment in the optimal location for optimal coverage. Since fixed RF equipment must be operated by ship power and may need to be mounted out of normal ship operation and maintenance activities, many compromises are acceptable. For this reason, it is highly desirable to handle RF infrastructure data communication with the ship's AC power distribution system, which allows the path to be physically protected and implements embodiments of the system of the present invention on the ship. In this case, it is not necessary to arrange a further cable on the ship.
(9.コンテナのモニタリングおよびセンサーの要件)
鉄道およびトラック輸送に対して、船舶輸送では、コンテナ位置トラッキングは異なるソリューションを必要とすることがある。船舶上においては、三角測量機能が組み込まれていない場合には、GPSベースのタグのみを実行することができない場合がある。より詳細には、GPSは、受信機が三つ以上の衛星源を『見る』ことができなければならない、視線方向位置システムである。デッキ上または船舶の船倉内に積層されたコンテナは、GPS衛星源を利用するために必要な視線方向シグナルを得ることができず、ローカルのGPSリピーターを船舶上に追加することによりこの問題を解決することはできない。適切な強度のGPSシグナルを受信および繰り返す場合であっても、積層における高レベルなローカルのRFマルチパス反射により、位置の正確さに大きな不確実性が生じ、結果を概して容認できないものにしてしまうことがある。さらに、非常に低いタグ動作電力の要件により、ほぼ確実に、適切な衛星受信が可能であっても、個々のGPS受信機が排除されてしまう。好適な船上ソリューションには、ローカルの三角測量システムの利用が含まれる。ローカルの船上環境に合わせたローカルの三角測量システムを利用することにより、最高のコンテナ位置のパフォーマンスが得られる。深刻なマルチパス反射および(電力の制約を受ける)タグ送信時間の制限のため、こうしたシステムでは全ての場合において正確なコンテナ位置を提供することはできないが、およそコンテナ一個分の誤差で(上/下、前方/船尾、および港/右舷のコンテナ一個分)位置を提供することが可能である。大部分の場合において、このレベルの精度はきわめて適切であるといえる。
(9. Container monitoring and sensor requirements)
Compared to rail and trucking, in ship shipping, container position tracking may require different solutions. On the ship, if the triangulation function is not incorporated, it may not be possible to execute only GPS-based tags. More specifically, GPS is a line-of-sight position system in which the receiver must be able to “see” more than two satellite sources. Containers stacked on the deck or in the ship's hold cannot get the gaze direction signal needed to utilize the GPS satellite source and solve this problem by adding a local GPS repeater on the ship I can't do it. Even when receiving and repeating a GPS signal of adequate strength, high levels of local RF multipath reflections in the stack can cause significant uncertainty in position accuracy, making the results generally unacceptable. Sometimes. In addition, the very low tag operating power requirement almost certainly eliminates individual GPS receivers even though proper satellite reception is possible. A suitable onboard solution includes the use of a local triangulation system. By using a local triangulation system tailored to the local shipboard environment, the best container position performance is obtained. Due to severe multipath reflections and tag transmission time limitations (which are constrained by power), such systems cannot provide accurate container location in all cases, but with an error of approximately one container (up / It is possible to provide a position for one container (bottom, forward / stern, and port / starboard). In most cases, this level of accuracy is quite appropriate.
船上三角測量では、複数の受信機が必要となる場合がある。所定のコンテナから固定された中央受信機への視線方向の伝播がない場合、上記のデッキ上に積層されたコンテナのコンテナ送信位置のローカライズに受信機セットが必要となる。さらに、どの船倉にコンテナがあるのかを識別する以上に、船倉内のコンテナをローカライズすることは困難である。圧倒的なレベルのマルチパスおよびRFシグナルパスの障害のために、各船倉は、その船倉内のコンテナ位置を正確にローカライズするために、各コンテナの端付近の隔壁に搭載された、コンテナ一個につき最高で一つの受信機およびアンテナを必要とする場合がある。これは恐らく、現在の技術を用いたコスト効率の高いソリューションで許容可能な数を超えている。さらに、一度船倉に積層されてしまったらほとんどのコンテナにアクセスする実際的な方法がないため、船倉内の各コンテナの正確な位置を知る増分値は大きくないと思われる。いずれの場合においても、船倉内の特定のコンテナ検索の優先度は、積荷および荷揚によって正確に追跡するものに比べて確実に低く、これにより、全体的な貨物輸送および移送プロセスに対し(時間のために)、経済的に大きく影響する。 Onboard triangulation may require multiple receivers. When there is no line-of-sight propagation from a predetermined container to a fixed central receiver, a receiver set is required for localization of container transmission positions of containers stacked on the deck. Furthermore, it is more difficult to localize the containers in the hold than to identify which hold has the container. Due to the overwhelming level of multipath and RF signal path obstacles, each hold holds a per-container mounted on the bulkhead near the edge of each container to accurately localize the container position within that hold. May require up to one receiver and antenna. This is probably more than acceptable with a cost-effective solution using current technology. Furthermore, since there is no practical way to access most containers once they have been stacked in the hold, the increment value for knowing the exact location of each container in the hold is not likely to be large. In any case, the priority of searching for a specific container in the hold is definitely lower than what is accurately tracked by loading and unloading, so that the overall freight transport and transfer process (in time) Because of this, it has a significant economic impact.
この問題のソリューションに、高度なアンテナ構造の配備がある(つまり、全てがリモートコントロールされたRF PIN―ダイオードスイッチによって共通ケーブルに接続された、複数の相互接続され、水平に偏向された配線の種類の、船倉の壁に取り付けられたダイポールアンテナ)。このセットアップにより、船倉のスキャンアンテナアレイのグループが効果的に実行され、こうして船倉に積まれたコンテナを識別して、積荷時にその位置を指定することが可能である。特定の船倉の配置機能は、『アラート』または『ウェークアップ』シグナルとしてコンテナタグが受動的または半受動的に感知するローカルのコンテナ―タグのRFインタロゲーションシグナル(つまり、13.56 MHzまたは別の便利な周波数におけるコード化されたRFエネルギーのバースト)によってトリガー可能である。コードがアラートシグナル(例えば、コンテナシリアルID番号の最後の数桁)と一致する、このようにインタロゲートされたコンテナは次に、擬似ランダム時間方式でHSS送信シグナルに反応する。船倉受信サブシステムはこうしたシグナルを獲得し、船舶のコンテナ積荷目録データベースにおいて完全なシリアル番号との相関付けのためにメイン船上システムに結果を中継する。 A solution to this problem is the deployment of advanced antenna structures (ie, multiple interconnected and horizontally deflected wiring types, all connected to a common cable by a remotely controlled RF PIN-diode switch) Dipole antenna attached to the wall of the hold). This setup effectively implements a group of scan antenna arrays in the hold so that the containers loaded in the hold can be identified and assigned their position at the time of loading. The specific hold placement function is based on the local container-tag RF interrogation signal (ie 13.56 MHz or other Can be triggered by a burst of encoded RF energy at a convenient frequency. A container thus interrogated whose code matches the alert signal (eg, the last few digits of the container serial ID number) then responds to the HSS transmission signal in a pseudo-random time manner. The hold receiving subsystem captures these signals and relays the results to the main shipboard system for correlation with the full serial number in the ship's container inventory database.
MASTシステムの別の主要機能とは、積荷ドックまたはコンテナヤードのコンテナの位置をトラッキングすることである。こうした施設の内外を移動するコンテナが大量である場合、施設運営者に特定のコンテナの位置の通知が可能なトラッキングシステムによって、大いに時間を節約できる。ヤード内において、ローカルのスペクトル拡散RF三角測量システムを、コンテナ位置のトラッキングに使用可能である。ヤード付近の四つ以上の受信機を戦略的に配置すること(大規模な施設の場合はこれ以上)により、コンテナ位置を動的にトラッキングできる。さらなる受信ユニットは、一般的に、施設からのコンテナの出入りを記録することができるようターミナルの入り口および出口に配置される。オープンヤードにおける典型的な直接視線方向通信距離は、10mWのタグRF送信電力レベルにおいて、300mからおよそ500mである。また、100mWのタグでは約1kmに容易に延長可能である。電波探知の精度は、典型的な(短い)タグ読み取り平均時間において1m未満にすることができる。さらに、長い平均化時間を利用する場合にはより優れた位置のソリューションを得ることができる。典型的には、適応ビーム操作アンテナを搭載した電波探知受信機セットが、船舶へまたは船舶から移送される際に短距離における各コンテナの完全な遠隔測定および位置データを取得するために各積荷クレーンに設置される。特定のコンテナがヤードから船舶へ実際に移動する、またはその逆に移動するトラッキングデータベースシステムに対し、このデータセットは最も信頼性の高い検証方法となる。コンテナ―位置モニタリングソフトウェアに組み込み可能な光学的機能とは動き検出の機能であり、コンテナの位置が偶発的な量以上に(つまり、システム位置の不確実性の指定以上に)変わるたびに、セキュリティルーチンを作動可能であり、こうして、アクティブ輸送積荷目録に対してそのIDを比較してコンテナの動きがトラッキングされる。コンテナが大きな距離を移動するが(通常のヤード非追跡/再追跡操作を超えると通常は)移送するよう予定されていない場合には、ヤード要員に対して自動的に、置き違いまたは盗難の可能性があることを自動的にアラート発信する。 Another key function of the MAST system is to track the position of the container in the loading dock or container yard. If there are a large number of containers moving in and out of these facilities, a tracking system that can notify the facility operator of the location of a particular container can save a lot of time. Within the yard, a local spread spectrum RF triangulation system can be used for container position tracking. By strategically placing four or more receivers near the yard (or larger for large facilities), container location can be dynamically tracked. Additional receiving units are typically placed at the entrance and exit of the terminal so that container entry and exit from the facility can be recorded. A typical direct line-of-sight communication distance in an open yard is from 300 m to approximately 500 m at a tag RF transmit power level of 10 mW. In addition, a 100 mW tag can be easily extended to about 1 km. The accuracy of radio detection can be less than 1 m in typical (short) tag reading average time. Furthermore, better location solutions can be obtained when using long averaging times. Typically, a set of radio wave detector receivers equipped with adaptive beam steering antennas is used for each loading crane to obtain complete telemetry and position data for each container at short distances as it is transferred to or from the vessel. Installed. This data set is the most reliable verification method for tracking database systems where specific containers actually move from yard to ship or vice versa. The optical functionality that can be incorporated into the container-position monitoring software is a motion detection function that ensures security whenever the container position changes by more than an accidental amount (that is, by more than specifying the system position uncertainty). A routine can be run, thus comparing the ID against the active transport manifest and tracking the movement of the container. Can be misplaced or stolen automatically for yard personnel if the container travels a large distance but is not scheduled to be transported (usually beyond normal yard untracking / retracking operations) Automatically alert you that there is
一般的に、GPSコンテナ位置トラッキングは、理論上はGPS衛星に対して明確な視線方向によってコンテナに適用可能であるが、船上のコンテナに対して以前に説明した理由により、ターミナルヤードにおいて特に積層状態にある場合には実際的ではない場合がある(十分な視線方向の受信)。同じ論理が、鉄道またはトラックによって輸送されるコンテナにも適用される。 In general, GPS container position tracking is theoretically applicable to containers with a clear line-of-sight direction with respect to GPS satellites, but for the reasons previously described for containers on ships, it is particularly stacked in the terminal yard. May not be practical (reception in sufficient gaze direction). The same logic applies to containers transported by rail or truck.
本発明はさらに、コンテナ貨物、コンテナ温度、機械的衝撃、放射線、密航者、または化学的/生物学的薬剤による干渉を検知可能な広範囲のセンサー装置を含む、コンテナ貨物のステータスをモニタリングまたは感知する光学的技術を含むことが可能である。こうしたセンサーの一部は(例えば、温度センサー、ドアスイッチ、加速度計、ビーズ状衝撃センサー)、少々の工学的作業がコンテナのモニタリングシステムへの組み込みのために必要ではあるが、基本的に市販の装置である。 The present invention further monitors or senses the status of container cargo, including a wide range of sensor devices capable of detecting interference from container cargo, container temperature, mechanical shock, radiation, stowaway, or chemical / biological agents. Optical techniques can be included. Some of these sensors (eg temperature sensors, door switches, accelerometers, beaded impact sensors) are basically commercially available, although a little engineering work is required for incorporation into the container monitoring system. Device.
ドア保全性モニタリングでは、コンテナのドアが開いているまたは取り外されている場合にこれを示すセンサーを使用している。このセンサーは多くの場合機械的または磁気スイッチとなるが、光学的、容量的、またはリラクタンス測定の装置などのその他の手段を採用することもできる。全てのこうしたアイテムは市販のものであり、低コストで配置できる必要がある。 Door integrity monitoring uses sensors to indicate when a container door is open or removed. The sensor is often a mechanical or magnetic switch, but other means such as an optical, capacitive, or reluctance measurement device may be employed. All these items are commercially available and should be able to be placed at low cost.
一般的な従業員の線量測定モニタリングに利用される種類の標準の熱ルミネサンス線量計(TLD)などの放射線と物質との相互作用を記録するセンサーを使って、放射線モニタリングを実行可能である。数日間にわたる放射線誘発の物質の変化の分析により、非常に低レベルの放射線を検知することが可能である。このセンサーでは連続的な電池からの電力ではなく、媒体の検出における変化を断続的に計測するための電池電力のみが必要とされる。TLDは市販品であり、安価な自動的読み取り装置が市販されているが、コンテナへの応用では、中程度の最適化工学作業について指示している。連続的なコンテナ内放射線感知を実行するために、アルファ、ベータ、ガンマ、X線、および/または中性子の放射の測定が望ましいかどうかによって、およびどの感度レベルかによって、標準的なコストで多くの方法を利用可能である。大規模な応用例においては、本発明は、低電力CMOS電位計回路(安価な家庭用煙検出器と類似)による読み取りが可能な低レベル光電流を有する小さな放射フラックスに対応可能な安価な多層構造検出器物質を含むことができる。以下に詳細に説明する受動積分イオン化放射線センサーを用いて放射線モニタリングを行うこともできる。 Radiation monitoring can be performed using a sensor that records the interaction between radiation and matter, such as a standard thermoluminescent dosimeter (TLD) of the type used for general employee dosimetry monitoring. It is possible to detect very low levels of radiation by analyzing changes in radiation-induced substances over several days. This sensor only requires battery power to intermittently measure changes in medium detection, not power from a continuous battery. The TLD is a commercial product, and an inexpensive automatic reading device is commercially available. However, in the application to a container, an instruction for moderate optimization engineering work is given. To perform continuous in-container radiation sensing, depending on whether alpha, beta, gamma, x-ray, and / or neutron radiation measurements are desirable and at what sensitivity level, many A method is available. In large scale applications, the present invention is an inexpensive multilayer capable of handling small radiant fluxes with low level photocurrent that can be read by a low power CMOS electrometer circuit (similar to an inexpensive household smoke detector). A structure detector material can be included. Radiation monitoring can also be performed using a passive integral ionizing radiation sensor, described in detail below.
コンテナの高速で広範囲の放射線スクリーニングの代替の戦略は、積荷用クレーン上にまたは陸上施設内に搭載される高精度のマルチ検出器アレイによって実施すると最適であろう。しかし、積荷/荷揚作業におけるきわめて経済的時間圧力のため、こうしたコンテナのスキャンは、全体的なコンテナスループット率への影響を回避するために、クレーン移送作業の前に(または直後に)オンザフライでまたはオフラインで行う必要がある。 An alternative strategy for high-speed, wide-range radiation screening of containers would be best performed by a high-precision multi-detector array mounted on a loading crane or in a land facility. However, due to the very economic time pressure in the loading / unloading operations, such container scans can be performed on-the-fly before (or immediately after) the crane transfer operation to avoid impacting the overall container throughput rate or Must be done offline.
コンテナ内の密航者のモニタリングは、いくつかの種類のセンサーによって実行可能である。本発明は、密閉空間検出システムとして知られている心拍検出器の利用を含めることができる。振動プローブ(例えば、加速度計)および検出および認識用の電子機器を含むこのセンサーシステムは、周期的にコンテナにおける微細な振動を記録し、人間の(または動物の)心拍に特徴的な時間/周波数シグナルの署名のウェーブレット変換方法によってこれを分析可能である。このシステムは、単一の分離されたコンテナのモニタリングに最も効果的であるが(例えば、ドック―ヤード内)船上での利用にも適用可能である。その他の考えられる密航者やコンテナへの未認可のアイテムの検知方法には、コンテナ内(またはコンテナへの)特定の電磁場パルスを発生させる装置がある。二つ以上の位置における溶接レベルを、検知、遠隔計測、および記録する。周期的な電磁場パルスの再送信および新しいおよびオリジナルの応答の比較により、コンテナ内の物質の配置によって示される磁場パターンの大きな変化が示される。これにより、貨物の位置のずれまたは人間(または動物)の存在のどちらかによるコンテナ内の物質の動きが示される。技術は市販のものを入手可能であるが、この問題に対するより従来型の(および恐らくより安価な)アプローチには、より簡単ではあるがより感度の低い、市販の侵入アラームに機能が類似した、定常状態のまたはパルス化された超音波および/またはRF(電磁波)システムを含むことができる。後記の技術は基本的には市販のものであるが、センサーの前に積層された貨物によってブロックまたは阻害されることがある。 Monitoring of stowaways in a container can be performed by several types of sensors. The present invention can include the use of a heart rate detector known as an enclosed space detection system. This sensor system, which includes a vibrating probe (eg, accelerometer) and detection and recognition electronics, periodically records minute vibrations in the container and is time / frequency characteristic of a human (or animal) heartbeat This can be analyzed by the wavelet transform method of the signal signature. This system is most effective for monitoring a single isolated container (eg, in a dock-yard) but is also applicable for use on a ship. Other possible methods of detecting stowaways or unauthorized items in a container include devices that generate specific electromagnetic field pulses within (or into) the container. Detect, telemeter, and record weld levels at two or more locations. Retransmission of periodic electromagnetic field pulses and comparison of new and original responses shows a large change in the magnetic field pattern exhibited by the placement of the material in the container. This indicates the movement of the material in the container, either due to the misalignment of the cargo or the presence of a human (or animal). The technology is commercially available, but the more conventional (and probably cheaper) approach to this problem is similar in function to a commercial intrusion alarm that is simpler but less sensitive, It may include steady state or pulsed ultrasound and / or RF (electromagnetic) systems. The techniques described below are basically commercially available, but may be blocked or obstructed by cargo stacked in front of the sensor.
化学的/生物学的薬剤は、主にこうした薬剤のごく少量を高精度で感知しなければならないために、検知するのが困難でありコストがかかる(マイナスでもプラスでも誤認は低レベルでなければならない)。本発明は、化学的または生物化学的な『lab―on―a―chip』検出器を含むことができる。比較的安価なコンテナの化学/生物検出システムは、移送クレーン上またはその付近に検出器を搭載でき、ここで、短時間のオンライン試験のためにコンテナは『sniffer tunnel』を通過可能である。さらに、個々の化学/生物学的検出器を、コンテナ内および/または上に搭載可能である。 Chemical / biological drugs are difficult to detect and costly, mainly because very small amounts of these drugs must be detected with high accuracy (minus or plus are not at a low level) Must not). The present invention can include chemical or biochemical “lab-on-a-chip” detectors. A relatively inexpensive container chemical / biological detection system can be equipped with a detector on or near a transfer crane, where the container can pass through a “sniffer tunnel” for short on-line testing. In addition, individual chemical / biological detectors can be mounted in and / or on the container.
デリケートな貨物の衝撃および/または加速度感知は、MEMS/電子機器装置(自動車のエアバッグセンサーと同様)、ガラス製ビーズまたは粒(衝撃または傾斜製限度の感知用)、圧電装置(例えば、従来の加速度計)、マイクロカンチレバーおよび誘導センサー(例えば、受信機)を含むいくつかの技術の一つによって実現可能である。主な制約として、一般的に、利用可能な電力の制約があり、こうした装置の大部分は必要な電力が大きすぎるため、長期間(例えば、月単位)にわたって小型電池で処理することができない。しかし、連続的に時間サンプルを取った加速度プロファイルの利用は、デリケートな貨物のトラッキングおよび輸送中のコンテナの乱暴すぎる取り扱いが起こった時点を判断する上で非常に役立つ。こうした種類のセンサーの大部分は、現在、市販されており、コンテナ遠隔測定システムに対するこれらの適切なパッケージングおよびインターフェースは、短時間で済み、また簡単である。 Sensitive cargo impact and / or acceleration sensing can be performed with MEMS / electronic devices (similar to automotive airbag sensors), glass beads or grains (for impact or tilt limit sensing), piezoelectric devices (eg, conventional This can be achieved by one of several techniques including accelerometers), microcantilevers and inductive sensors (eg receivers). The main limitation is generally the limitation of available power, and most of these devices require too much power and cannot be treated with small batteries for long periods of time (eg, monthly). However, the use of continuously time sampled acceleration profiles can be very helpful in determining sensitive cargo tracking and when too rough handling of containers during transport has occurred. Most of these types of sensors are currently on the market and their proper packaging and interface to container telemetry systems is short and simple.
冷蔵コンテナシステム、特にコンプレッサーおよび冷却システムのコンポーネントは、理想的にはリーファーについて以前説明した技術を利用してモニターされる。このコンプレッサーおよび電子署名分析コンポーネントを含む冷却システム技術は既に市販されており、輸送環境ですぐに実行が可能であろう。 The components of the refrigerated container system, particularly the compressor and cooling system, are ideally monitored utilizing the techniques previously described for the reefer. Cooling system technology including this compressor and electronic signature analysis component is already commercially available and could be implemented immediately in the transportation environment.
典型的なコンテナタグ―コンテナの安全性および内部状態(温度、湿度、衝撃)の詳細なモニタリングのための単純な長距離のID装置またはより複雑なデータ取得/遠隔測定装置は、好適には電池により電力供給される。このため、ユニットおよびシステムの慎重な設計も、長期における適切な自動動作を確保する上で好ましいため、輸送業界において広く受け入れられるであろう。タグは、少なくともおよそ一年間はメンテナンス不要で利用できる期間を有することが好ましい。大部分の輸送業者は、入手の容易な商用製品において現在市販されている最も高いエネルギー密度フォーマットである、カメラ用のリチウム電池の小容量の寿命を概算し、3年から5年の間隔を最適としている。リチウムイオン電池の保管寿命は、典型的にはおよそ10年であるため、使用前に何年も電源の入らない状態で保存される密閉されたコンテナタグは、3年〜5年という通常の動作寿命期間目標を示す。ほとんど考えられるケースにおける提案されているタグクエリーの間隔は、一日に一回から四回であり、これは、コンテナの種類、その貨物の相対的なもろさまたは感度、および安全性、貨物の価格、盗難の可能性、および外傷的な出来事(例えば、船外コンテナ)などのその他の要因に依存する。後記の要因の一部によって、こうした緊急事態に対する即時の対応に役立つようコンテナにおける緊急送信機またはビーコンが配置されている理由が理解されるであろう。典型的な電池容量を1400 mAh(3―V Aサイズ)と仮定すると、一時間に一度の決まったクエリ(10秒間に平均10mを消費)により、動作電池寿命は5年以上となる。再充電を実行する場合、この間隔は容易に20年を超え、これは、電子機器パッケージの予想される寿命期間に近くなると思われる。利用する再充電メカニズムとして太陽電池再充電が好適であるが、マイクロ燃料電池、動的ジェネレータ(例えば、微細な振り子またはMEMSの種類)、熱電対列(温度差)、およびRFエネルギースカベンジングを含むその他の電力メカニズムも可能である。 A typical container tag-a simple long-range ID device or more complex data acquisition / telemetry device for detailed monitoring of container safety and internal conditions (temperature, humidity, shock), preferably a battery Is supplied with power. For this reason, careful design of the unit and system will also be widely accepted in the transportation industry, as it is preferable to ensure proper automatic operation in the long term. The tag preferably has a period that can be used without maintenance for at least about one year. Most carriers approximate the low-capacity life of lithium batteries for cameras, the highest energy density format currently on the market for readily available commercial products, and optimally between 3 and 5 years It is said. Lithium ion batteries typically have a shelf life of approximately 10 years, so a sealed container tag that is stored without power for many years before use is typically operated for 3-5 years. Indicates the lifetime target. The proposed tag query interval in most possible cases is from one to four times a day, which is the type of container, the relative fragility or sensitivity of the cargo, and the safety, the price of the cargo , Depending on other factors such as the possibility of theft and traumatic events (eg outboard containers). Some of the factors described below will understand why an emergency transmitter or beacon is placed in the container to help immediate response to such an emergency. Assuming a typical battery capacity of 1400 mAh (3-VA size), the operating battery life will be 5 years or more due to a fixed query (consuming an average of 10 m per 10 seconds) once per hour. When performing recharging, this interval easily exceeds 20 years, which is likely to be close to the expected lifetime of the electronics package. Solar cell recharging is the preferred recharging mechanism to use, but includes micro fuel cells, dynamic generators (eg, fine pendulum or MEMS types), thermocouple arrays (temperature differences), and RF energy scavenging Other power mechanisms are possible.
本発明の実施形態は、コンテナ構造へのRFIDタグの埋め込みを含むことが可能である。本発明の実施形態は、一つのコンテナへ複数のRFIDタグを重複のためにまたは(非)機能的なおとりとして提供することを含むことが可能である。 Embodiments of the invention can include embedding RFID tags in a container structure. Embodiments of the invention can include providing multiple RFID tags to a container for duplication or as a (non) functional decoy.
輸送コンテナにおける放射線の非常に低い電力測定のための空間電荷線量計
電子線量計装置はコンテナ内の線量を測定可能であるが、これらは、積分時間中に電力供給される必要がある(アクティブ)。そのため、電池残量を保持するために短期間で積分する必要がある(このため感度が低下する)。サイズの大きいまたは容量の大きい電池の利用また、コンテナ寿命中の電池取り替え(典型的な輸送コンテナ寿命は5年から7年である)は経済的に適していない。
Space charge dosimeters for very low power measurements of radiation in transport containers Electronic dosimeter devices can measure doses in containers, but they need to be powered during the integration time (active) . Therefore, it is necessary to integrate in a short period in order to maintain the remaining battery level (thus reducing sensitivity). Utilization of large or large capacity batteries and battery replacement during container life (typical shipping container life is 5 to 7 years) is not economically suitable.
そこで必要とされるのは、単純で、安定した、受動的に放射線量を積分するために各輸送コンテナに設置可能な低コストの低電力装置である。この装置は、輸送中にコンテナ内の放射線量を非常に高精度に測定するために非常に長い期間にわたって放射線量を積分することが可能である。十分にシールドされた放射性物質であっても、コンテナ内のバックグラウンド放射線レベルはわずかに向上する。さらに必要とされているのは、擬陽性の発生率を低下可能な装置である。 What is needed is a low cost, low power device that can be installed in each shipping container to integrate radiation doses simply, stably and passively. This device can integrate the radiation dose over a very long period in order to measure the radiation dose in the container during transportation very accurately. Even with a well-shielded radioactive material, the background radiation level in the container is slightly improved. What is further needed is a device that can reduce the incidence of false positives.
空間電位線量計(SCD)は、放射線量を連続的に受動的に積分することが可能であり、読み出しまたは装置の再充電のためにのみ電力を必要とする。こうした装置は、充電することにより、または陽極および陰極の間の開始電位を発生させることにより、動作する。誘電性媒体は、陰極および陽極の間に位置する。この電位により、誘電性媒体において電場が発生する。放射線が誘電性物質を通過すると、誘電体のイオン化が発生する。次に電場はイオンを一掃するまたは誘電体から搬送波に電荷するため、陽極および陰極の間の電位が低下する。照射期間における劣化した電荷の測定とは、測定期間における積分されたイオン化の測定である。電荷(または電荷によって制御される装置のいくつかの物理的な面)は、線量レートを取得するために、照射前および後で読み取られる。 Space potential dosimeters (SCD) can continuously and passively integrate radiation dose and require power only for readout or recharging of the device. Such devices operate by charging or generating a starting potential between the anode and the cathode. The dielectric medium is located between the cathode and the anode. This potential generates an electric field in the dielectric medium. As radiation passes through the dielectric material, dielectric ionization occurs. The electric field then sweeps away the ions or charges the dielectric to the carrier, causing the potential between the anode and cathode to drop. The measurement of degraded charge during the irradiation period is a measurement of integrated ionization during the measurement period. The charge (or some physical aspect of the device controlled by the charge) is read before and after irradiation to obtain the dose rate.
SCDの周囲にフィルターとして様々な物質を利用すると、感知された放射線の種類を決定したり、放射線のエネルギー範囲を決定したりすることが可能である。各SCDの周囲に異なるフィルターを持つ各コンテナの(複数の)こうした低コストセンサーのセットは、高いバックグラウンド放射を示すだけでなく、放射の種類およびエネルギーレベルについても示す。これにより、コンテナの放射性物質の考えられる種類の特定、例えば、コンテナ内の高度な放射線レベルは、鉛製のシールドボックスにおけるコバルト60ではなくバナナ(カリウム40)によるものであるかどうかの特定に役立つ。 When various substances are used as filters around the SCD, it is possible to determine the type of radiation that is sensed and to determine the energy range of the radiation. A set of such low-cost sensors for each container with a different filter around each SCD shows not only high background radiation, but also radiation type and energy level. This helps identify possible types of radioactive material in the container, for example, whether the high radiation level in the container is due to banana (potassium 40) rather than cobalt 60 in a lead shield box. .
本発明の実施形態は、放射線センサーは低コストおよび電池によって電力供給されるものでなくてはならないが電池は何年も持続するという輸送コンテナにおける放射線測定の問題を解決することができる。本発明の実施形態は、受動的に射線量を積分するためにエレクトレット電離箱(EIC)などの非常に低いコストの空間電位線量計(SCD)、IGFET(絶縁ゲート電界効果トランジスタ)、MOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)および/またはマイクロカンチレバーなどの電界効果トランジスタ(FET)を利用可能である。こうした装置において、線量計の感応容積を通過する放射線(FETおよびマイクロカンチレバーのEICの空気室または誘電性レイヤー)により、気体または誘電体がイオン化される(つまり、電荷ペアが生成される)。こうした放射線誘導の電荷は次に、装置の電位または電場を変化させる。この電位または電場の変化は受信する放射線量に比例する。 Embodiments of the present invention can solve the radiation measurement problem in shipping containers where the radiation sensor must be low cost and battery powered, but the battery will last for years. Embodiments of the present invention include very low cost space potential dosimeters (SCD) such as electret ionization chambers (EICs), IGFETs (insulated gate field effect transistors), MOSFETs (metals) to passively integrate radiation dose. An oxide semiconductor field effect transistor) and / or a field effect transistor (FET) such as a microcantilever can be used. In such devices, radiation (the air chamber or dielectric layer of the FET and microcantilever EIC) that passes through the sensitive volume of the dosimeter ionizes the gas or dielectric (ie, creates charge pairs). Such radiation induced charges in turn change the potential or electric field of the device. This change in potential or electric field is proportional to the amount of radiation received.
本発明の実施形態は、絶縁体である物質のアクティブな放射線検出量を含むことが可能である。放射線がこの量に影響する場合、電荷が生成され、この量内にトラップされる。この捕獲電荷は電場分布を変化させる。本発明の実施形態は次に、この量の両側に電極を配置することでこの電場における変化を感知できる。こうした電極がこの電場に反応することに注意することは重要である。こうした電極が、例えば、ゲートおよびIGFETトランジスタ本体である場合、本発明の実施形態は、捕獲電荷を阻害することなく、トランジスタのチャネル伝導をモニタリングすることで溶接の変化を間接的に測定可能である。あるいは、本発明の実施形態に、例えば、マイクロカンチレバーなど、生成された電荷が絶縁電極に向かう検出量が含まれる場合、本発明の実施形態は、カンチレバーの偏向を読み込み、同じ結果を得ることが可能である。 Embodiments of the invention can include an active radiation detection amount of a material that is an insulator. If radiation affects this quantity, a charge is generated and trapped within this quantity. This trapped charge changes the electric field distribution. Embodiments of the invention can then sense changes in this electric field by placing electrodes on either side of this quantity. It is important to note that these electrodes respond to this electric field. When such electrodes are, for example, gates and IGFET transistor bodies, embodiments of the present invention can indirectly measure welding changes by monitoring transistor channel conduction without disturbing the trapped charge. . Alternatively, if an embodiment of the present invention includes a detected amount of generated charge directed to an insulated electrode, such as, for example, a microcantilever, embodiments of the present invention may read the cantilever deflection and obtain the same result. Is possible.
断続的にSCD線量計の電圧または電位を読み出すことにより、装置が受信した放射線量に比例する読み出しが得られる。一つ以上のSCDを輸送コンテナに、または無線周波数識別タグにおいても搭載可能である。(船舶または鉄道などの)コンテナ輸送時において、SCDは受信した放射線量を積分する。例えば毎24時間などの時間間隔の後、各SCDの電圧電位を読み出し可能である。読み出しごとによる電位の変化は、放射線量に比例する。 By reading the voltage or potential of the SCD dosimeter intermittently, a reading proportional to the radiation dose received by the device is obtained. One or more SCDs can be mounted in a shipping container or in a radio frequency identification tag. During container transport (such as a ship or railroad), the SCD integrates the received radiation dose. For example, the voltage potential of each SCD can be read after a time interval such as every 24 hours. The change in potential due to each reading is proportional to the radiation dose.
様々なフィルター種類を持つ複数のSCDを、例えばガンマ、X線、中性子またはベータなどの放射線の種類を区別するために、およびこうした粒子または光子のエネルギーレベルを区別するために利用可能である。コンテナ外に配置されたSCDまたはコンテナ内にシールドされたSCDを利用して、周辺またはバックグラウンドの放射を差し引くことが可能である。 Multiple SCDs with various filter types can be used to distinguish radiation types such as gamma, x-rays, neutrons or beta, and to differentiate the energy levels of such particles or photons. It is possible to subtract ambient or background radiation using an SCD placed outside the container or an SCD shielded inside the container.
こうした放射線センサーからのデータは次に、コンテナのRFIDタグに中継可能である。このRFIDタグは放射線センサー、その他のセンサー(例えば、温度、音響など)、および位置情報(例えばGPSまたは三角測量から)からのデータを収集可能であり、この全てのワイヤレス通信によって(例えば、HSS)中央データベースに接続される受信機に送信可能である。中央データベースにおいて、放射線量の読み取りは、コンテナは通常よりも高い照射野を有していると示すものを探すために分析可能である。通常よりも高い放射線レベルは、危険な(放射性物質)貨物がコンテナに収容されていることを示す可能性があるため、その特定のコンテナをより詳細な検査のためにフラグ付けする必要がある。 Data from such radiation sensors can then be relayed to the RFID tag of the container. The RFID tag can collect data from radiation sensors, other sensors (eg, temperature, sound, etc.), and location information (eg, from GPS or triangulation), and through all this wireless communication (eg, HSS) Can be sent to receivers connected to a central database. In the central database, radiation dose readings can be analyzed to look for what indicates that the container has a higher field than normal. Since higher radiation levels than normal may indicate that dangerous (radioactive material) cargo is contained in the container, that particular container needs to be flagged for further inspection.
本発明の実施形態は、空間電位線量計(SCD)を利用するシステムを含むことができる。SCDには、エレクトレット電離箱(EIC)、絶縁ゲート電界効果トランジスタ(lGFET)などの半導体装置および/またはマイクロカンチレバーが含まれる。SCDは、輸送コンテナの放射線レベルを連続的にモニターするために使用可能である。こうした放射線センサーは、コンテナ内の放射線レベルおよびコンテナ位置のリアルタイムの世界的なモニタリングを可能にするために各コンテナに配置される通信およびトラッキングシステムと組み合わせることが可能である。説明のつかない、または予想されるよりも高いコンテナ内の放射線レベルを、次に米国の港に入港の際に、または好適には米国の港のデッキに到着する前に、より詳細な検査のためにコンテナをフラグ付けするために利用可能である。 Embodiments of the invention can include a system that utilizes a space potential dosimeter (SCD). The SCD includes a semiconductor device such as an electret ionization chamber (EIC) and an insulated gate field effect transistor (1GFET) and / or a microcantilever. The SCD can be used to continuously monitor the radiation level of the shipping container. Such radiation sensors can be combined with communication and tracking systems located in each container to allow real-time global monitoring of radiation levels and container position within the container. A radiation level in the container that is unexplained or higher than expected, and will be examined more closely upon the next entry into the US port or preferably before arriving at the US port deck. Can be used to flag containers for
上記に述べているように、SCDの動作の基本的な原理は、電荷ペア(イオン化)を生成するためのイオン化放射線が物質との相互作用である(空気または誘電性など)。こうした電荷ペアは次に、電場の存在のために物質間を移動する。電荷担体の移動および収集によって、次に装置における電圧電位が低下する。SCDを充電すると、アクティブ領域のイオン化により、電位が低下する。装置の充電には極めて少量の電力を必要とする。充電されると、電位の低下として計測されるこの受け取った線量を装置は連続的に積分する。このため、照射前および後のこの電位の読み取りから受け取った線量が示される。重要なことに、SCDは、線量積分期間において電力は不要である。電力が必要となるのは、装置の充電時または電位の読み取り時である。上記でも述べているように、受動的に線量を積分可能な三つの考えられるSCDには、エレクトレット電離箱(EIC)線量計、絶縁ゲート電界効果トランジスタ(lGFET)線量計、およびマイクロカンチレバー線量計がある。 As stated above, the basic principle of operation of an SCD is the interaction of ionizing radiation with a material (such as air or dielectric) to generate charge pairs (ionization). These charge pairs then move between materials due to the presence of an electric field. Due to the movement and collection of the charge carriers, the voltage potential in the device is then lowered. When the SCD is charged, the potential decreases due to ionization of the active region. Charging the device requires a very small amount of power. When charged, the device continuously integrates this received dose, measured as a potential drop. Thus, the dose received from this potential reading before and after irradiation is shown. Importantly, the SCD does not require power during the dose integration period. Electric power is required when charging the device or reading the potential. As noted above, the three possible SCDs that can passively integrate dose include electret ionization chamber (EIC) dosimeters, insulated gate field effect transistor (lGFET) dosimeters, and microcantilever dosimeters. is there.
本発明における放射線センサーの好適な動作方法は、以下の通りである。一つ以上の放射線センサーおよびRFID通信システムが搭載されているコンテナ、次にコンテナに貨物が積まれる。コンテナは次に、輸送ターミナルに輸送される。コンテナは次に米国またはその他の輸出先国への輸送のために船舶に積まれる。航海中、シグナルはRFIDシステムに送られ、放射線センサー(ベースライン読み取りを行うためのセンサーの読み取り、またはセンサーを充電してから次にベースライン読み取りを行う)を起動する。RFIDシステムがセンサーを別の読み取りに向けるまでまたは事前設定した時間が過ぎるまで、放射線センサーは受動的に受け取った放射線量を積分する。放射線センサーは次にパワーアップし、電圧レベルを読み取り、RFIDシステムに読み取りを送信する。この読み取りは次に周囲のRFIDシステムに中継されて、一つ以上の中央位置および分析における収集を行う。線量積分時間(間隔)は、分単位から日単位まで好きなように設定可能である。航海は何日も続くことがあるため、非常に精度の高い測定の線量積分には数日間かけることが可能である。 A preferred operation method of the radiation sensor in the present invention is as follows. Cargo is loaded into a container that is then loaded with one or more radiation sensors and RFID communication systems. The container is then transported to the transport terminal. The container is then loaded onto a ship for transport to the United States or other exporting country. During the voyage, a signal is sent to the RFID system to activate the radiation sensor (reading the sensor to take a baseline reading or charging the sensor and then taking the baseline reading). The radiation sensor passively integrates the received radiation dose until the RFID system directs the sensor to another reading or until a preset time has passed. The radiation sensor then powers up, reads the voltage level, and sends the reading to the RFID system. This reading is then relayed to the surrounding RFID system for collection at one or more central locations and analyses. The dose integration time (interval) can be set as desired from minutes to days. Because the voyage can last for days, very accurate measurement dose integration can take several days.
中央RFIDシステムは、船舶が出港すると、ベースライン読み取りを取るために各コンテナにメッセージを送信可能である。中央システムは次に、航海の間において定期的に放射線センサーを読み取るために直接RFIDタグを使用する(例えば、毎12時間または24時間)。センサー読み取りは、受信した線量を回収および分析するとすぐにRFIDタグ、タグ読み取り装置、サイトサーバーなどによってRFID中央システムに受け渡すことが可能である。船舶が航海中に(つまり航海時に)、上記で想定されたバックグラウンドレベルの放射線量の読み取り値はフラグ付けされ、適切な機関に通知される。これにより、船舶が米国港に到着する前に(またはその他の輸入先国)船舶を停止させたりコンテナを検査したりすることが可能になる。 The central RFID system can send a message to each container to take a baseline reading when the vessel departs. The central system then uses the RFID tag directly to read the radiation sensor periodically during the voyage (eg every 12 hours or 24 hours). Sensor readings can be passed to the RFID central system by RFID tags, tag readers, site servers, etc. as soon as the received dose is collected and analyzed. While the ship is sailing (ie, at sea), the assumed background level radiation dose reading is flagged and notified to the appropriate agency. This makes it possible to stop the ship or inspect the container before it arrives at the US port (or other importing country).
(エレクトレット電離箱(EIC)線量計)
EICは公知の空気量を含む導電性プラスティック密閉空間内に配置されるエレクトレットと呼ばれる帯電ポリマー(例えば、テフロン(登録商標))フィラメントまたはデスクから構成される。エレクトレットは、密閉空間が電離箱として動作するのに必要な高電圧(陽極)の電源として機能する。これは、空気室のイオン化の測定のためにセンサーとしても機能する。密閉空間の感応容積内において空気の放射線誘電イオン化によって生成されるマイナスイオンは、電荷の減少を引き起こすエレクトレットによって収集される。照射期間における減少した電荷の測定とは、測定期間における積分されたイオン化の測定である。エレクトレット電荷は、非接触エレクトレット電圧読み取り装置を使って照射後または公知のスケジュールにおいて読み取り可能である。
(Electret ionization chamber (EIC) dosimeter)
The EIC is composed of a charged polymer (e.g., Teflon (registered trademark)) filament or desk called an electret disposed in a conductive plastic sealed space containing a known amount of air. The electret functions as a high voltage (anode) power source necessary for the sealed space to operate as an ionization chamber. It also functions as a sensor for measuring the ionization of the air chamber. Negative ions generated by radiation dielectric ionization of air within the sensitive volume of the enclosed space are collected by electrets that cause a reduction in charge. The measurement of the reduced charge during the irradiation period is a measurement of integrated ionization during the measurement period. The electret charge can be read after irradiation or in a known schedule using a non-contact electret voltage reader.
本発明の好適な実施形態において、エレクトレット電荷読み取り電圧計は、非常に小さい低コストのエレクトロニクス回路、またはエレクトレット電荷を読み取るだけでなく必要に応じてエレクトレットを再充電するASICチップにすることができる。この回路またはチップはさらに、測定した電圧を放射線量に変換しこのデータを(例えば、IEEE1451準拠)センサーバスに送信するために十分なデータを含むことができる。 In a preferred embodiment of the present invention, the electret charge reading voltmeter can be a very small low cost electronics circuit or an ASIC chip that not only reads the electret charge but also recharges the electret as needed. The circuit or chip may further include sufficient data to convert the measured voltage into a radiation dose and transmit this data to a sensor bus (eg, IEEE 1451 compliant).
本発明のさらなる光学的特徴として、各EICを異なる放射線の種類(例えば中性子、ガンマまたはX線)またはエネルギー(硬X線、軟X線など)に対して感度を上げるために、EICの周囲に放射線フィルター物質またはコンバーターを組み込んでいるということがある。放射線レベルの増加の有無またはクオリティだけでなく放射線の質的特徴も計測することによって、通常よりも高い放射線レベルを有する無害の貨物(バナナ、一部の陶器など)を区別するのに役立つ。さらに、コンテナ内のセンサー測定からのバックグラウンド減算のためにバックグラウンド放射を計測するため、一つのEICセンサーを搭載してシールドすることが可能である。 As a further optical feature of the present invention, each EIC is placed around the EIC to increase sensitivity to different radiation types (eg, neutrons, gamma or X-rays) or energy (hard X-rays, soft X-rays, etc.). Sometimes it incorporates a radiation filter material or converter. By measuring not only the presence or quality or the quality of the radiation level, but also the qualitative characteristics of the radiation, it helps to distinguish harmless cargo (bananas, some pottery, etc.) with higher radiation levels than normal. In addition, one EIC sensor can be mounted and shielded to measure background radiation for background subtraction from sensor measurements in the container.
EIC装置は衝撃に対して敏感であり、振動を与えた場合または落下した場合に特に一部放電することがある。輸送コンテナで起こる手荒な取り扱いのための擬陽性の放射線測定を防ぐために、本発明は、アクティブおよび受動的な防止策を組み込むことが可能である。第一に、各コンテナ上のRFIDタグによって各センサーと通信することができるため、放射線センサーは、線量を積分することができ、次に海上輸送時などにおける、衝撃が低いと考えられる公知の期間中の読み出しが可能になる。読み取りは、船舶の出港時および航海中に行うことができる。第二に、加速度計は、EICの放電を発生させるのに十分な大きさの衝撃イベントを識別するためのセンサーと共に設置することが可能である。こうしたイベントの後、EICは読み出しを行うことができ、線量積分時間を再開可能である。 EIC devices are sensitive to impacts and may discharge partially, especially when subjected to vibrations or when dropped. In order to prevent false positive radiation measurements for rough handling that occur in shipping containers, the present invention can incorporate active and passive prevention measures. First, because the RFID tag on each container can communicate with each sensor, the radiation sensor can integrate the dose, and then a known time period that is considered to have low impact, such as during sea transport. Reading inside becomes possible. Reading can be done when the ship leaves the port and during the voyage. Second, the accelerometer can be installed with a sensor to identify impact events large enough to generate an EIC discharge. After such an event, the EIC can read out and resume the dose integration time.
(電界効果トランジスタ線量計)
FET線量計の動作は、イオン化放射線による(例えば、IGFET)構造(酸化ゲート)の酸化物(または正孔移動度が非常に低いその他の絶縁体物質)における正孔ペアの生成に基づく。酸化ケイ素の正孔ペアを一つ生成するためのエネルギーは約18eVである。電子の移動度は、電子がトランジスタのゲートで収集を行う(n―チャネルの装置と仮定)ようになっているが、正孔移動度はずっと小さい。そのため孔は、ゲートと本体の間の酸化物内において効果的に固定される。これによって、チャネルの電流含有機能を変化させるトランジスタのゲートおよびチャネル間の電場に変化が生じる。この変化は、線量測定的に変更する電場に影響を与えることなく、いつでも読み取り可能である。そのため、ゲートのバイアス電圧は、吸収された放射線量の直接測定である。この技術は、所定のCMOSプロセスにおいて意図的に製造されたFETまたは電界酸化FET(寄生性FET、IGFET)の両方に適用可能である。このうち後者は、酸化物がより厚いため、より大きい感度を示す。
(Field effect transistor dosimeter)
The operation of an FET dosimeter is based on the generation of hole pairs in an oxide (or other insulator material with very low hole mobility) by ionizing radiation (eg, IGFET) structure (oxidation gate). The energy for generating one hole pair of silicon oxide is about 18 eV. Electron mobility is such that electrons collect at the gate of the transistor (assuming an n-channel device), but hole mobility is much lower. The holes are thus effectively fixed in the oxide between the gate and the body. This causes a change in the electric field between the gate and channel of the transistor that changes the current containing function of the channel. This change can be read at any time without affecting the dosimetrically changing electric field. As such, the gate bias voltage is a direct measurement of the absorbed radiation dose. This technique is applicable to both FETs or field-oxidized FETs (parasitic FETs, IGFETs) intentionally manufactured in a given CMOS process. Of these, the latter is more sensitive because the oxide is thicker.
(マイクロカンチレバー線量計)
マイクロカンチレバー線量計は、マイクロカンチレバーを、絶縁体によって地面から分離させた電極にすることで作成する。マイクロカンチレバーには電荷が負荷される。この電荷は、放射線が絶縁体に正孔ペアを作成するまで変化しない。このため、吸収された放射線量は連続的および受動的に積分される。放射線量を読み出すには、マイクロカンチレバーの電圧電位の変化を測定する。この電位または電位の変化は、マイクロカンチレバーの偏向を計測することにより判断される。
(Micro cantilever dosimeter)
Microcantilever dosimeters are made by using microcantilevers as electrodes separated from the ground by an insulator. The micro cantilever is charged. This charge does not change until the radiation creates a hole pair in the insulator. For this reason, the absorbed radiation dose is integrated continuously and passively. To read the radiation dose, the change in the voltage potential of the microcantilever is measured. This potential or potential change is determined by measuring the deflection of the microcantilever.
放射線の種類またはエネルギーレベルを区別するためのフィルターおよびコンバーター
本発明は、放射線センサーを特定の種類の放射線または異なるエネルギーレベルに対して高精度に感知するために、異なる種類および厚さの物質の利用を含むことができる。
Filters and converters for distinguishing between radiation types or energy levels The present invention utilizes different types and thicknesses of materials to accurately detect radiation sensors for specific types of radiation or different energy levels. Can be included.
本発明は、それぞれ異なるフィルターを有する、輸送コンテナにおける複数の(例えば、アレイ)低コスト検出器の利用を含むことが可能である。上記で説明されているSCD放射線検出器の種類は非常に低コストで大量生産可能であるため、検出器アレイをコンテナ全体に配置できる。鉛、錫、およびアルミニウムなどの異なる密度の金属でできたフィルターを、衝突ガンマまたはX線のエネルギーをおおざっぱに判断するために利用可能である。ボロンまたはリチウム6などの放射線コンバーターを、装置を熱中性子に対して高性能に反応させるために利用可能である。中程度のエネルギー中性子への感度を上げるためにテフロン(登録商標)または高水素含有プラスティックを利用可能である。コンテナ内部に位置し、それぞれ異なるフィルターおよびコンバーターを利用する検出器のアレイを利用することにより、コンテナで検出される放射線をエネルギー帯域(例えば、低、中、および高)および放射線種類(ベータ、X線、ガンマ)に分類可能である。 The present invention can include the use of multiple (eg, array) low cost detectors in a shipping container, each having a different filter. The types of SCD radiation detectors described above can be mass produced at a very low cost, so that the detector array can be placed throughout the container. Filters made of metals of different densities such as lead, tin, and aluminum can be used to roughly determine the impact gamma or x-ray energy. Radiation converters such as boron or lithium 6 can be used to react the device to thermal neutrons with high performance. Teflon or high hydrogen content plastics can be used to increase sensitivity to moderate energy neutrons. By utilizing an array of detectors located inside the container and utilizing different filters and converters, the radiation detected in the container can be radiated in energy bands (eg, low, medium, and high) and radiation types (beta, X Line, gamma).
(RFID通信システム)
本発明は、各コンテナからの放射線データを、さらに詳細な検査を必要とするコンテナのフラグ付けのために分析可能な、中央化データベースにセンサーデータおよびコンテナ位置を中継する通信およびトラッキングシステムに放射線センサーを積分することが可能である。全体的なRFIDシステムは『海上資産のセキュリティおよびトラッキング(MAST)システム』と呼ばれる。MASTシステムは好適には海運業で標準の輸送コンテナを積荷、陸揚げ、および移送作業時、およびコンテナの海外輸送時における船上において、港湾ドック施設でトラッキングおよびモニタリングするためのワイヤレス(RF)ベースの通信および感知/遠隔測定システムである。このシステムはさらに、衛星および/または移動体/PCSを含む、ローカルのターミナル通信システムおよびその他の広域商用通信システムの両方を利用して、船舶、鉄道、長距離輸送トラック上およびその関連ターミナル施設内で運用可能な、真のインターモダルトラッキングおよびモニタリングシステムを実現する。このRFIDタグ付けシステムは、各輸送コンテナ、船舶内および輸送ターミナル内に配置されるローカルサイト読み取り装置、各船舶上または各ターミナル内の中央サイトサーバー、および全てのデータを収集、統合、保存、分析および逆アセンブルするナショナルオペレーションセンター(NOC)に設置されるRFIDタグを含むことが可能である。輸送コンテナは、冷蔵貨物輸送コンテナ(リーファー)およびドライ貨物輸送コンテナ(ドライボックス)の両方にすることが可能である。さらにRFIDタグの一つに搭載されているコンテナまたはその他の装置の位置の識別およびトラッキングのために、各タグには、コンテナ貨物またはその他のタグ付けされた装置の状態をモニターするための広範囲のセンサーのRFIDタグへの接続を可能にするための、例えば、IEEE1451センサーインターフェースおよび追加のシリアルインターフェースが装備されている。RFIDタグに接続可能なその他のセンサーには、温度、圧力、相対湿度、加速度計、放射線、ドアシール、およびGPS(グローバルな位置決定システム)が含まれる(がこれに制限されない)。さらなるセンサーを、冷蔵コンプレッサーなどの機器の状態モニタリングのために、またはいくつかの冷蔵貨物コンテナ上の診断データポートを読み取るために含めることが可能である。
(RFID communication system)
The present invention provides a radiation sensor for a communication and tracking system that relays sensor data and container location to a centralized database that can analyze radiation data from each container for flagging containers that require further inspection. Can be integrated. The overall RFID system is referred to as a “Marine Asset Security and Tracking (MAST) System”. The MAST system is preferably wireless (RF) -based communication for tracking and monitoring at port dock facilities during loading, landing and transfer operations, and on-board vessels during overseas shipping of containers, preferably in the shipping industry. And a sensing / telemetry system. The system further utilizes both local terminal communication systems and other wide area commercial communication systems, including satellites and / or mobile / PCS, on ships, railroads, long haul trucks and in their associated terminal facilities. Realize a true intermodal tracking and monitoring system that can be operated with. This RFID tagging system collects, consolidates, stores and analyzes each shipping container, local site reader located in the ship and in the shipping terminal, central site server on each ship or in each terminal, and all data And may include RFID tags installed at the disassembled National Operations Center (NOC). The shipping container can be both a refrigerated cargo shipping container (reefer) and a dry cargo shipping container (dry box). In addition, for identification and tracking of the location of a container or other device mounted on one of the RFID tags, each tag has a wide range for monitoring the status of container cargo or other tagged devices. For example, an IEEE 1451 sensor interface and an additional serial interface are provided to allow connection of the sensor to the RFID tag. Other sensors that can be connected to the RFID tag include (but are not limited to) temperature, pressure, relative humidity, accelerometer, radiation, door seals, and GPS (global positioning system). Additional sensors can be included for condition monitoring of equipment such as refrigerated compressors or for reading diagnostic data ports on some refrigerated cargo containers.
本発明は、MASTシステムのRFIDタグのための放射線センサーシステムの実装を含むことができる。線量積分時間において電力を利用しない問題は受動的に積分する放射線センサーセットを利用することによって解決され、MASTシステムは、全体的なモニタリング、トラッキングまたは通信システムへコンテナ設置からのデータを統合する問題のソリューションを提供する。本発明の実施形態は、連続的、受動的に放射線量を積分し、IEEE1451センサーインターフェースによってコンテナのRFIDタグにデータを送信し、位置およびその他のセンサーデータを有するこのデータをMASTシステムのナショナルオペレーションセンター(NOC)に送信する放射線の線量計の等級を含むことが可能である。NOCにおいて、全てのセンサーデータ、コンテナの積荷目録、コンテナのルートおよびその他の情報が分析され、入港時における詳細な検査を行うコンテナを識別するために利用される。 The present invention can include an implementation of a radiation sensor system for an RFID tag of a MAST system. The problem of not using power in dose integration time is solved by using a passively integrating radiation sensor set, and the MAST system addresses the problem of integrating data from container installations into overall monitoring, tracking or communication systems. Provide a solution. Embodiments of the present invention integrate radiation dose continuously and passively, send data to the RFID tag of the container via the IEEE 1451 sensor interface, and this data with location and other sensor data is sent to the National Operations Center of the MAST system. It is possible to include the dosimeter grade of the radiation transmitted to the (NOC). In the NOC, all sensor data, container inventory, container route and other information are analyzed and used to identify the container for detailed inspection upon arrival at the port.
本発明は、受信した線量読み出しのために電力しか利用しないが、長期間にわたる受動的積分放射線量を含むことが可能である。本発明は、放射線センサーの、異常な放射線量読み取りによってコンテナを識別化およびフラグ付けするようセンサーデータ分析を実行可能な中央データベースへほぼリアルタイムでセンサーデータに通信するRFIDシステムへの放射線センサーの接続を含むことができる。 The present invention uses only power for received dose readout, but can include passive integrated radiation doses over time. The present invention provides a radiation sensor connection to an RFID system that communicates sensor data in near real-time to a central database capable of performing sensor data analysis to identify and flag containers with abnormal radiation dose readings. Can be included.
本発明は、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーからの線量測定のデータの読み出しを含む受動積分イオン化放射線センサーの元位置ポーリンググループを含み、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーは線量測定のデータの読み出し時において線量測定のデータが統合された位置に留まり、第一の受動積分放射線センサーおよび第二の積分放射線センサーは、積分された線量測定のデータを破壊することなく、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーの最大限までイオン化放射線の連続的な積分を可能にして、受動積分モードおよびアクティブ読み出しモードにおいて非常に高いインピーダンスを示す読み出し回路に接続される。最大積分制限の実施を感知すると、読み出し回路は受動積分放射線センサーをリセットし、センサーリセットサイクルの数を非揮発的に累積することが可能である。 The present invention includes an in-situ polling group of passive integrated ionizing radiation sensors including readout of dosimetric data from a first passive integrated ionizing radiation sensor and a second passive integrated ionizing radiation sensor, The radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor remain in a position where the dosimetry data is integrated when reading the dosimetry data, and the first passive integral radiation sensor and the second integral radiation sensor are integrated. Passive integration mode and active readout, allowing continuous integration of ionizing radiation to the maximum of the first passive integrating ionizing radiation sensor and the second passive integrating ionizing radiation sensor without destroying the measured dosimetry data Very high impedance in mode It is connected to be read circuit. Upon sensing the implementation of the maximum integration limit, the readout circuit can reset the passive integrating radiation sensor and accumulate the number of sensor reset cycles non-volatilely.
本発明は、第一の受動積分イオン化放射線センサー、第二の受動積分イオン化放射線センサー、第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーの両方に接続される読み出し回路、読み出し回路が受動積分モードである場合および読み出し回路がアクティブ読み出しモードである場合の両方において第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーの両方に対して非常に高いインピーダンスを示す読み出し回路、および読み出し回路に接続される通信回路を含み、第一の受動積分放射線センサーおよび第二の受動積分放射線センサーの両方からの線量測定のデータの読み出しは通信回路に示される。 The present invention relates to a readout circuit, readout circuit connected to both a first passive integration ionization radiation sensor, a second passive integration ionization radiation sensor, a first passive integration ionization radiation sensor and a second passive integration ionization radiation sensor. Readout circuit showing very high impedance to both the first passive integration ionization radiation sensor and the second passive integration ionization radiation sensor both in the passive integration mode and when the readout circuit is in the active readout mode And readout of dosimetry data from both the first passive integration radiation sensor and the second passive integration radiation sensor is shown in the communication circuit.
第一の受動積分イオン化放射線センサーおよび第二の受動積分イオン化放射線センサーの一方または両方は、絶縁ゲート電界効果トランジスタ空間電位線量計を含むことができる。読み出し回路は、およそ1011オームからおよそ1015オーム、好適にはおよそ1012オームからおよそ1014オーム、最も好適にはおよそ1013オームのインピーダンスを示すことができる。 One or both of the first passive integrated ionizing radiation sensor and the second passive integrating ionizing radiation sensor can include an insulated gate field effect transistor space potential dosimeter. The readout circuit can exhibit an impedance of about 10 11 ohms to about 10 15 ohms, preferably about 10 12 ohms to about 10 14 ohms, and most preferably about 10 13 ohms.
上記に説明するように、本発明は厚膜酸化物線量計(TOD)を含むことが可能である。このようなTODにおいて、FETは、金属またはポリシリコンの二つ以上のレベルに接続するよう編成可能である。これにより、イオン化放射線と相互作用するSiO2のアクティブ容量が増加する。こうした装置には、電源が共通の電位に接続されると仮定した場合に、ドレイン間の電圧を読み出すことにより温度およびプロセスを補填できるという光学的な重要な利点がある。所定のIGFETのゲートおよびドレインは共に接続可能である。 As explained above, the present invention can include a thick film oxide dosimeter (TOD). In such a TOD, the FET can be organized to connect to more than one level of metal or polysilicon. This increases the active capacity of SiO 2 that interacts with ionizing radiation. Such devices have the important optical advantage of being able to compensate for temperature and process by reading the voltage across the drain, assuming the power supplies are connected to a common potential. The gate and drain of a given IGFET can be connected together.
この技術は、FETを追加し、使用している半導体製造プロセスの制限まで、金属層を互いに積み重ねていくだけで拡大可能である。これの利点は、検出のために使用する酸化物のアクティブボリュームが増加するが、二つのプレート間の捕獲電荷によって生成される電場がプレート間の距離の増加の分だけ低下するということである。製造プロセスと同じ数のプレートを、検出の可能性を最大限にするために所定のイオン化放射線イベントの最大の電場を取得するために利用可能である。 This technology can be expanded by adding FETs and stacking metal layers on top of each other to the limit of the semiconductor manufacturing process being used. The advantage of this is that while the active volume of oxide used for detection is increased, the electric field generated by the trapped charge between the two plates is reduced by an increase in the distance between the plates. The same number of plates as the manufacturing process can be used to obtain the maximum electric field for a given ionizing radiation event to maximize the possibility of detection.
図10から図11は、本発明の二つのIGFET例について説明する。こうした図に示される要素の説明において「第一の」、「第二の」および「第三の」という用語の利用は、同様の要素を区別する目的にすぎず、こうした用語の割り当ては任意である。 10-11 illustrate two IGFET examples of the present invention. The use of the terms “first”, “second” and “third” in the description of the elements shown in these figures is merely for the purpose of distinguishing similar elements, and the assignment of such terms is optional. is there.
図10を参照すると、受動積分イオン化放射線センサーのセットは、第一のフィルター1011によってシールドされる第一のセンサー1010を含む。この受動積分イオン化放射線センサーのセットは、さらに、第二のフィルター1021によってシールドされる第二のセンサー1020も含む。第一のセンサー1010および第二のセンサー1020は共に、通信回路1030に接続される。温度補正回路1040は、通信回路1030に接続される。較正回路1050も通信回路1030に接続される。センサー1010、1020のそれぞれは、絶縁ゲート電界効果トランジスタのペアに基づいている。
Referring to FIG. 10, the set of passive integrated ionizing radiation sensors includes a
本発明は、厚膜酸化物線量計、および厚膜酸化物線量計に接続される読み出し回路を含む装置を含む。厚膜酸化物線量計および読み出し回路の両方は一つの高インピーダンスおよび漏れの低い基板に設計される。厚膜酸化物線量計は厚膜酸化物絶縁ゲート電界効果トランジスタ空間電位線量計を含むことが可能である。一つの高インピーダンスおよび低漏れ基板は、サファイヤ上のシリコン、絶縁体上のシリコンおよび/または変形した高抵抗のシリコンの構成を含むことが可能である。基板は、およそ1011オームからおよそ1015オームの、好適にはおよそ1012オームからおよそ1014オームの、最も好適にはおよそ1013オームのインピーダンスを有することが可能である。 The present invention includes an apparatus including a thick film oxide dosimeter and a readout circuit connected to the thick film oxide dosimeter. Both the thick film oxide dosimeter and the readout circuit are designed on one high impedance and low leakage substrate. The thick film oxide dosimeter can include a thick film oxide insulated gate field effect transistor space potential dosimeter. One high impedance and low leakage substrate can include silicon on sapphire, silicon on insulator and / or deformed high resistance silicon. The substrate can have an impedance of about 10 11 ohms to about 10 15 ohms, preferably about 10 12 ohms to about 10 14 ohms, and most preferably about 10 13 ohms.
図11を参照すると、受動積分イオン化放射線センサー1100は、第一のアクティブエリア(領域)1110および第二のアクティブエリア(領域)1120を含む。第二のアクティブエリア1110は共通のコンダクター1130および第一のアクティブエリアコンダクター1140との間に配置される。第二のアクティブエリア1120は、共通のコンダクター1130および第二のアクティブエリアコンダクター1150との間に配置される。第一のアクティブエリアコンダクター1140は第一の絶縁ゲート電界効果トランジスタ1160のゲートに接続される。第二のアクティブエリアコンダクター1150は、第二の絶縁ゲート溶接効果トランジスタ1170のゲートに接続される。第一の絶縁ゲート電界効果トランジスタ1160および第二の絶縁ゲート電界効果トランジスタ1170の両方の源は共に接続され、共通のコンダクター1130に接続される。第三の絶縁ゲート電界効果トランジスタ1180は、統合された温度補正機能を提供する。
Referring to FIG. 11, the passive integrated
図11に示される例の、受動モード線量測定作業時において、イオン化放射線はアクティブエリアを通過し、酸化物に捕獲された総電荷を生成する。この電荷により隣接するコンダクター間に電場が生成され、こうして電源およびそのアクティブエリアに当たるFETのゲート間に見られる抵抗の総変化が生成される。図11に示される例の読み出し作業において、電源と各ドレインの間の抵抗が読み込まれる。総放射線量は抵抗の変化に対して比例する。その他よりもずっと少ない放射線感度を有する第三のIGFETの変化をトラッキングすることにより、温度補正を適用する。 During the passive mode dosimetry operation of the example shown in FIG. 11, ionizing radiation passes through the active area and generates a total charge trapped in the oxide. This charge creates an electric field between adjacent conductors, thus producing the total change in resistance seen between the power supply and the gate of the FET hitting its active area. In the read operation of the example shown in FIG. 11, the resistance between the power supply and each drain is read. The total radiation dose is proportional to the resistance change. Apply temperature correction by tracking changes in the third IGFET with much less radiation sensitivity than others.
本発明は、第一の電源を含む第一の絶縁ゲート電界効果トランジスタ、第一のドレインおよび第一の絶縁ゲート、第二の源を含む第二の絶縁ゲート溶接効果トランジスタ、第二のドレインおよび第二の絶縁ゲート、第一の電源に接続される第二の電源、第二のゲートに接続される第一のコンダクター、第一のコンダクターに接続される第一のアクティブ領域、入射イオン化放射線からの線量測定のデータを蓄積する第一のアクティブ領域、第一のアクティブ領域に接続される第二のコンダクター、第二のコンダクターに接続される第二のアクティブ領域、入射イオン化放射線からの線量測定のデータを蓄積する第二のアクティブ領域、および第二のアクティブ領域および第一のゲートの間に接続される第三のコンダクターを含み、第二のコンダクターは第一の電源および第二の電源の両方に接続される。第三の絶縁ゲート電界効果トランジスタは温度補正データを提供可能である。 The present invention includes a first insulated gate field effect transistor including a first power source, a first drain and a first insulated gate, a second insulated gate welding effect transistor including a second source, a second drain and From a second insulated gate, a second power source connected to the first power source, a first conductor connected to the second gate, a first active region connected to the first conductor, from incident ionizing radiation A first active area for storing dosimetry data, a second conductor connected to the first active area, a second active area connected to the second conductor, for dosimetry from incident ionizing radiation A second active region for storing data, and a third conductor connected between the second active region and the first gate, Restrictor is connected to both the first power supply and the second power supply. A third insulated gate field effect transistor can provide temperature correction data.
本発明は、空間的に分散した(例えば、アレイ)構成における複数のセンサーの配置および複数のセンサーにおける読み取りに基づくアラーム状態の設定を含むことができる。 The present invention can include the setting of alarm conditions based on the placement of multiple sensors in a spatially distributed (eg, array) configuration and readings on multiple sensors.
本発明はパターン認識を含むことができる。例えば、方法は、空間的に分散したアレイにおける複数の受動積分イオン化放射線センサーの配置、所望のボリュームを規定するための複数の受動積分イオン化放射線センサーのそれぞれの相対位置の決定、複数の受動積分イオン化放射線センサーの少なくともサブセットからのイオン化放射線データの収集、および複数の受動積分イオン化放射線センサーのサブセットからの収集されたイオン化放射線データが所定の空間パターン基準に適合する場合のアラーム状態のトリガーを含むことが可能である。所定の空間パターン基準は、複数の代替パターンを含むことが可能である。所定の空間パターン基準は、イオン化放射線源の近似位置からの半径の立方根を含む関数によって規定される線量測定のデータパターンを含むことが可能である。 The present invention can include pattern recognition. For example, the method can include placement of multiple passive integrated ionizing radiation sensors in a spatially dispersed array, determination of the relative position of each of the multiple passive integrated ionizing radiation sensors to define a desired volume, multiple passive integrated ionization Collecting ionizing radiation data from at least a subset of radiation sensors and triggering an alarm condition when the collected ionizing radiation data from a plurality of subsets of passively integrated ionizing radiation sensors meet predetermined spatial pattern criteria Is possible. The predetermined spatial pattern criterion can include a plurality of alternative patterns. The predetermined spatial pattern criteria may include a dosimetric data pattern defined by a function that includes a cube root of the radius from the approximate location of the ionizing radiation source.
発明の実施形態は、少なくとも以下の理由によって、コスト効率が高くおよび有利であるといえる。本発明の実施形態は、世界的な資産および/または貨物トラッキング、モニタリングおよびセキュリティを実現可能である。本発明の実施形態は、資産トラッキング、管理、および視覚化のためのGISベースのシステムにおけるRFIDタグデータの統合を含むことが可能である。本発明の実施形態は、ハイブリッド型拡散スペクトルシグナリングを利用するRFIDタグ通信を含むことが可能である。本発明の実施形態は、同じRFIDタグ読み取り装置ゾーンにおける90,000個までのタグは無視しながら、10,000個以上のRFIDタグによる通信を可能にする、マルチアクセス技術を含むことが可能である。本発明の実施形態により、クオリティは向上し、および/または以前のアプローチと比較してコストは低減する。 Embodiments of the invention can be cost effective and advantageous for at least the following reasons. Embodiments of the present invention can provide global asset and / or cargo tracking, monitoring and security. Embodiments of the present invention can include the integration of RFID tag data in a GIS based system for asset tracking, management, and visualization. Embodiments of the present invention may include RFID tag communication that utilizes hybrid spread spectrum signaling. Embodiments of the present invention can include multi-access technology that allows communication with over 10,000 RFID tags, ignoring up to 90,000 tags in the same RFID tag reader zone. is there. Embodiments of the present invention improve quality and / or reduce costs compared to previous approaches.
本明細書で使用されている位相ハイブリッド型拡散スペクトル(HSS)は、符号分割多重アクセス(CDMA)などの直接拡散型スペクトル(DSSS)、および周波数ホッピング、タイムホッピング、時分割多重アクセス(TDMA)、直交周波数分割多重OFDMおよび/または空間分割多重アクセス(SDMA)の少なくとも一つの組み合わせにより規定される。本明細書で使用されている「a」または「an」という用語は一つまたは一つ以上として規定される。本明細書で使用されている「複数の」という用語は、二つまたは二つ以上として規定される。本明細書で使用される「別の」という用語は、少なくとも二番目のまたはそれ以上のものとして規定される。本明細書で使用される『含む(comprising)』、『含む(including)』および/または『有する(having)』は、オープンな言語として規定される(つまり、それ以降の記述が必要であるが、特定されていない手順、構造および/または構成要素の含有については、その量が大量であってもオープンである。本明細書で使用される『構成する(consisting)』および/または『構成する(composing)』は、通常これに関連付けられた付属物、付加物および/または混入物を除く、記載された方法、装置または構成を手順、構造および/または構成要素の含有に限定するものである。『含む(consisting)または(composing)』という用語と共に記載される『基本的に(essentially)』という用語は、構成の基本的な新規の特徴に実質的に影響しない指定されていない手順、構造および/または構成要素の含有についてオープンである、記載された方法、装置および/または構成を示す。本明細書で使用される『接続された(coupled)』という用語は、必ずしも直接にでも、また必ずしも機械的にではないが、『接続される』と規定される。本明細書で使用される『いずれかの(any)』という用語は、全ての適用可能なセットの一部または全ての適用可能なセットのメンバーの少なくともサブセットとして規定される。本明細書で使用される『およそ(approximately)』という用語は、少なくとも所定の値に(例えば、好適にはその10%以内、より好適にはその1%以内、および最も好適にはその0.1%以内)近い値として規定される。本明細書で使用される『本質的に(substantially)』という用語は、指定されているものの大部分であるが必ずしも全体ではない、として規定されている。本明細書で使用される『一般的に(generally)』という用語は、少なくとも所定の状態に近いものとして規定される。本明細書で使用される『配備する(deploying)』という用語は、設計、建設、輸送、設置および/または運用として規定される。本明細書で使用される『手段(means)』という用語は、結果を達成するためのハードウェア、ファームウェアおよび/またはソフトウェアとして規定される。本明細書で使用されるプログラムまたは位相コンピュータプログラムという用語は、コンピュータシステムでの実行のために設計される命令のシーケンスとして規定される。プログラムまたはコンピュータプログラムは、サブルーチン、関数、プロシージャ、オブジェクトの方法、オブジェクトの実行、実行可能アプリケーション、アプレット、サーブレット、ソースコード、オブジェクトコード、共有ライブラリ/ダイナミックロードライブラリおよび/またはその他のコンピュータまたはコンピュータシステムの実行を目的とする命令シーケンスを含むことが可能である。本明細書で使用される『近似(proximate)』という用語は、隣接するおよび/または一致するに近いものとして規定され、指定された関数および/または結果を実行可能なおよび/または達成可能な空間シチュエーションを含む。本明細書で使用される位相無線周波数は、赤外線、およそ300GHz以下の周波数を含むものとして規定される。 As used herein, phase hybrid spread spectrum (HSS) includes direct spread spectrum (DSSS) such as code division multiple access (CDMA), and frequency hopping, time hopping, time division multiple access (TDMA), Defined by at least one combination of Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM and / or Space Division Multiple Access (SDMA). As used herein, the term “a” or “an” is defined as one or more. As used herein, the term “plurality” is defined as two or more. As used herein, the term “another” is defined as at least a second or more. As used herein, “comprising”, “including” and / or “having” are defined as open languages (ie require further description) The inclusion of unspecified procedures, structures and / or components is open, even in large quantities.As used herein, “consisting” and / or “constructing” “Composing” is intended to limit the described method, apparatus or configuration to the inclusion of procedures, structures and / or components, excluding the accessories, appendages and / or contaminants normally associated therewith. “Basically (with the terms“ consisting ”or“ composing ”) The term "sently)" is a described method, apparatus, and / or configuration that is open for the inclusion of unspecified procedures, structures, and / or components that do not substantially affect the fundamental novel features of the configuration. As used herein, the term “coupled” is defined as “connected,” although not necessarily directly and not necessarily mechanically. The term “any” as used is defined as part of all applicable sets or at least a subset of all applicable set members. The term “appropriately” means at least a predetermined value (eg, preferably within 10%, more preferably 1% thereof). And, most preferably, within 0.1% of that), the term “substantially” as used herein is the majority of what is specified. As used herein, the term “generally” is defined as at least close to a predetermined state. The term “developing” is defined as design, construction, transportation, installation and / or operation.The term “means” as used herein is the hardest to achieve results. Software, firmware and / or software, as used herein, a program or phase computer program The term ram is defined as a sequence of instructions designed for execution on a computer system. A program or computer program can be a subroutine, function, procedure, object method, object execution, executable application, applet, servlet, source code, object code, shared library / dynamic load library and / or other computer or computer system It is possible to include a sequence of instructions intended for execution. As used herein, the term “proximate” is defined as adjacent and / or close to coincident, and is a space where a specified function and / or result can be performed and / or achieved. Includes situations. The phase radio frequency used herein is defined as including infrared, frequencies below about 300 GHz.
本明細書において開示されている全ての開示された実施形態は、開示内容に照らして、不必要な実験をせずに実行および利用することが可能である。本発明の実施形態は、本明細書に記載されている仮定の記述に制限されるものではない。発明者が意図した本発明の実施形態を実施する最良の形態が開示されているが、本発明の実施形態の実行はこれに制限されるものではない。従って、特に本明細書に記載されていない限り、本発明の実施形態を実行可能であることが当業者によって理解されるであろう。 All disclosed embodiments disclosed herein can be made and used without undue experimentation in light of the disclosure. Embodiments of the present invention are not limited to the assumptions described herein. Although the best mode for carrying out the embodiment of the present invention intended by the inventor is disclosed, the execution of the embodiment of the present invention is not limited to this. Thus, it will be understood by one of ordinary skill in the art that embodiments of the present invention may be practiced unless specifically described herein.
基礎となる発明の概念の精神および/または範囲内において、本発明の実施形態の特徴の様々な代替、修正、追加および/または再編成を実行可能であることが明らかであろう。添付の請求項およびその同等物によって規定される基礎となる発明の概念の精神および/または範囲は、全てのこうした代替、修正、追加および/または再構成を包含するものと見なされる。 It will be apparent that various substitutions, modifications, additions and / or rearrangements of the features of the embodiments of the invention may be made within the spirit and / or scope of the underlying inventive concept. The spirit and / or scope of the underlying inventive concept as defined by the appended claims and their equivalents is considered to encompass all such alternatives, modifications, additions and / or rearrangements.
開示された各実施形態の全ての開示された要素および特徴は、こうした要素または特徴が互いに矛盾する場合を除き、その他の開示された各実施形態の開示された要素および特徴と統合するまたはその代替とすることが可能である。本発明に記載されている方法を規定するステップまたはステップシーケンスは、変更を行うことが可能である。 All disclosed elements and features of each disclosed embodiment are integrated with or alternative to the disclosed elements and features of each other disclosed embodiment, unless such elements or features contradict each other. Is possible. The steps or sequence of steps defining the method described in the present invention can be modified.
本明細書に記載されているフィルターを有するまたは有さないセンサーは個別のモジュールにすることができるが、センサーはそれが関連付けられたシステムに統合可能であることが明らかであろう。個々のコンポーネントは開示された形状に形成したり、または開示された構成に結合したりする必要はなく、あらゆる形状として提供可能である、および/またはあらゆる構成で結合可能である。個々のコンポーネントは開示されている物質で製造する必要はなく、全ての適した物質で製造することが可能である。 It will be apparent that while sensors with or without the filters described herein can be separate modules, the sensors can be integrated into the system with which they are associated. Individual components need not be formed into the disclosed shape or coupled to the disclosed configuration, but can be provided in any shape and / or can be coupled in any configuration. Individual components need not be made of the disclosed materials, but can be made of any suitable material.
添付の請求項は、『〜の手段』および/または『〜のステップ』というフレーズを使用する所定の請求項においてこのような制限が明示的に記載されている場合を除き、手段および機能の制限を含むものと解釈すべきではない。本発明の従属的な実施形態は、添付の従属請求項およびその同等物によって規定される。本発明の特定の実施形態は、添付の独立した請求項およびそれと同等のものとは区別される。 The appended claims are intended to limit the means and functionality of such claims unless such limitations are expressly stated in certain claims that use the phrases “means of” and / or “step of”. Should not be interpreted as including. Dependent embodiments of the present invention are defined by the appended dependent claims and their equivalents. Particular embodiments of the present invention are distinguished from the attached independent claims and their equivalents.
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