JP2019515405A - 追跡システム - Google Patents

Abstract

問い合わせアンテナを備えるタグリーダを備える追跡システム。環境エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された電気エネルギー生成器を備える１つまたは複数のタグ。無線周波数、ＲＦ、通信回路。ＲＦ通信回路を用いてデータ信号をタグリーダに送信するために、電気エネルギー生成器によって生成された電気エネルギーを使用するように構成されたコントローラ。

Description

発明の分野
本発明は、電子タグを用いてアイテムを追跡するシステム、特にタグとタグリーダ（例えば、ＲＦＩＤタグ）とを含むシステムに関する。

発明の背景
特にアイテムが複数の場所の間で移動する際には、アイテムを位置特定して追跡できることが重要である。対象物は、単一の施設内を移動し、より遠距離を移動し、またはさらには陸上、海上および空中を通過して国家間を移動する場合がある。そのようなアイテムは、例えば、貨物、郵便、書類、ならびに、船舶、列車および航空機などの乗り物の個々の部品を含むことができる。パッシブ電子タグ（例えば、ＲＦＩＤタグ）は、数ミリメートルから場合によっては１０メートルまでの距離で一意に識別され、ローカルに問い合わせられるように、個々のアイテムに取り付けることができる。典型的には、タグは受動的であり、電気エネルギーを蓄積せず、したがって、タグリーダによって生成される問い合わせ信号から必要な電力を導出する。したがって、アイテムおよび物品は、それらがタグリーダに十分に接近して（即ち、短い問い合わせおよび受信範囲内で）通過することを条件として、移動中の特定の地点またはロケーション間を通過するときに追跡することができる。これは、明確に規定された停留所または貨物倉庫を備えた特定の経路に従わなければならない貨物に対してはうまくいく可能性がある。しかしながら、あまり明確に規定されていない経路を移動するか、または特定の最終目的地を有しないアイテム（例えば、航空機内で常に使用されている航空機の部品）については、パッシブタグは欠点を有する。

独自の電源を搭載したアクティブタグを使用して、貨物コンテナなどのより大型のアイテムを追跡することができる。そのようなタグは、大型の電池、長距離ワイヤレスインターフェース（例えば、ＧＳＭ（登録商標）無線または衛星通信機）、およびＧＰＳまたはＧＳＭ三角測量ユニットなどの位置ロケータを有することができる。しかし、電池が使い果たされると、タグは機能しなくなり、アイテムはもはや見つけられなくなる。さらに、そのような追跡装置は、その大きさおよびかさのために大型のアイテムにのみ適している。

米国特許出願公開第２０１０／００７９２３８号明細書は、不揮発性メモリと圧電センサとを含むＲＦベースのタグを記載している。圧電センサは、機械力を受けるとタグに電力を一時的に供給する電荷を生成する。この電力は、不揮発性メモリにデータを記録するのに十分である。したがって、このようなタグは、移動中に発生するイベントを記録することができ、不揮発性メモリは、そのような移動の終わりに追加情報を提供するために読み取ることができる。しかし、このようなタグは、遠距離のアイテムを位置特定するために使用することはできない。

航空機などの乗り物の個々の部品を位置特定できることが重要であることが多い。たとえば、航空機をリースする場合、リース期間中に特定の部品を取り替えまたは交換する場合がある。航空機がその所有者に返却されるとき、すべての部品の状態が把握されていなければならない。これは、規制および安全のため、または適切に交換または修理できるように特定の部品が使用された時間数を監査するために重要であり得る。さらに、艦隊内の個々の航空機の間で部品が取り替えられていることが判明する場合がある。これらの航空機が所有者に返却される場合、または新しい航空会社に引き渡される場合、再び、元の部品を元の航空機に戻す必要がある。このような移動および変化を追跡するには、不足または移動されている部品を位置特定するために多大な労力および書類作成が必要になる場合がある。

同様に、宝飾品および重要書類などの貴重品が、使用中に輸送および移動される場合がある。かさが増えることに起因して、アクティブな地球規模追跡システムをそのような小型のアイテムに提供することは、通常、実行可能ではない。しかし、小さくても貴重なアイテムは、より容易に喪失または忘れられる可能性があり、そのため、任意の時点で所在が分かることが有益であるが、これは現時点では実現可能でない。

したがって、これらの問題を克服する方法およびシステムが必要とされている。

発明の概要
追跡システムは、典型的には、１つまたは複数のタグまたはタグのネットワークに近接している（例えば、半径１２ｍまでまたは半径１００ｍまで）質問器またはリーダを含む。各タグは、リーダから信号を受信し、それに応答して信号を送信することができ、または、問い合わせ信号が存在しないときには間隔を置いて（定期的またはその他の方法で）データを送信してもよい。リーダからの信号は、タグに電力を供給するために使用することができ、および／または、データが存在しなくてもよい（または、例えば、それ自体は一切の応答を引き起こさなくてもよい）。例えば、信号もしくは応答は、タグの一意の識別子であってもよく、またはリーダによって受信され処理される他のデータを含んでもよい。このタグは、少なくとも、データをリーダに送信する（および、使用される場合にまたは範囲内の任意の問い合わせ信号を受信する）ために十分なエネルギーを生成する機械的エネルギーハーベスタによって給電される。このエネルギーは、任意選択的に、例えば、電池、貯蔵ユニット、キャパシタ、スーパーキャパシタまたはソリッドステートデバイスを使用して貯蔵することができる。このようにして、複数のタグが動作することができる。有利には、タグは、エネルギーを変換するために、または短時間の操作のために十分なエネルギーを収集できるように、タイマを有するか、または断続的に作動する（例えば、１分間オン、次いで１時間以上または他の期間休止する）ことができる。タグは、エネルギーハーベスティングワイヤレスセンサネットワーク（ＥＨＷＳＮ）を形成することができる。タグは、直接見通し線を必要とせずに読み取ることができる。

リーダは、後の検索のために情報を格納することができ、またはセルラネットワーク、衛星ネットワークもしくは他の長距離ワイヤレスネットワークなどのネットワークを使用して中央サーバと通信することができる。リーダおよび１つまたは複数のタグは、航空機または船舶などの乗り物内に配置されてもよく、タグは、乗り物内のアイテム（例えば、輸送中の品物）または乗り物自体の部品に取り付けられるか、または、その中にあってもよい。したがって、システム全体は、長距離送受信機に電力を供給するために（すなわち、中央サーバと直接通信するために）、各タグ内に大型の電池を必要とせずに、多くの異なるアイテムが長距離にわたってより確実に追跡されることを可能にする。

第１の態様によれば、追跡システムであって、
問い合わせアンテナを備えるタグリーダと、
１つまたは複数のタグ（例えば、１つまたは複数の電子タグまたは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ）であり、
環境エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された電気エネルギー生成器、
無線周波数（ＲＦ）通信回路、および
ＲＦ通信回路を使用してデータ信号をタグリーダ（例えば、ＲＦＩＤタグリーダ）に送信するために、電気エネルギー生成器によって生成された電気エネルギーを使用するように構成されているコントローラ
を備える、１つまたは複数のタグと、
を備える、追跡システムが提供される。

電気エネルギー生成器（例えば、機械的発電器）は、輸送中に電気エネルギーが生成され得るか、または、タグが移動されるときに、タグが、かさばる電池（または非常に大きい問い合わせ信号）を必要とすることなく、より長距離においてより確実にリーダによる問い合わせ信号に応答する（または単にデータを送信する）のに十分な電気エネルギーを獲得することを可能にする。タグリーダは、タグからデータ信号を受信するための受信機（または送受信機）と、異なるエンティティに収集されたタグデータを提供するために、より長い距離（例えば、１００ｍまたは１ｋｍよりも長い）で通信するためのインターフェースとを備えることができる。ＲＦ通信回路は、ワイヤレスフィデリティプロトコルを使用することができる。タグは、電力供給の目的のためのＲＦからの電気エネルギーハーベスティングモジュールをさらに備えることができる。機械的エネルギーは、例えば、音響エネルギーから導出することができる。機械的エネルギーは、振動、運動、および音響エネルギー（任意または特定の周波数または周波数範囲にある）を含む任意の運動タイプを含んでもよい。タグは、（例えば、負荷、センサ、制御回路、通信回路、および／またはＷｉＦｉ送信機のための）追加または代替の電力を供給することができるＲＦ−ＤＣ変換回路を含むこともできる。タグはまた、ＲＦ通信回路を用いてデータ信号をタグリーダに送信するためにＲＦ−電気エネルギー変換器を使用することもできる。

有利には、タグリーダは、ワイヤレスネットワークインターフェースをさらに備えることができ、追跡システムは、タグリーダのワイヤレスネットワークインターフェースからデータを受信するように構成された受信サーバをさらに備え、受信データは、タグからのデータ信号（または問い合わせ信号への応答）と関連付けられる情報を含む。したがって、システムは、アイテム（例えば、輸送中の）に関する位置または他の情報をより効率的に報告することができる。リーダは乗り物の（例えば）電源によって電力を供給されてもよいが、タグはデータを送信する（および／または問い合わせ要求に応答する）（機械的運動によって提供される）少量のエネルギーのみを必要とし、その結果、この情報は中央ロケーション（またはクラウドベースのサーバ）に返信され得る。このようにして、長い距離および長い時間枠（例えば、数ヶ月または数年）にわたって多数のアイテムを追跡することができる。好ましくは、１つまたは複数のタグは、タグリーダ（例えば、同じ筐体、乗り物、ボックス、デバイス内の、および／またはタグおよびタグリーダは互いにローカルである）と共に進行または移動し、受信サーバは、タグリーダとタグ（複数可）との組み合わせから遠隔している。言い換えると、タグは、１つの伝送プロトコル（例えば、短距離または低電力プロトコル）を使用してリーダと通信し、リーダは、別の異なる伝送プロトコル（例えば、長距離または高電力プロトコル）を使用して中央サーバと通信する。

好ましくは、追跡システムは、受信したデータを格納するように構成されたデータベースをさらに備えることができる。データベースベースは、中央に位置してもよく（例えば、物理サーバ）、クラウドに基づいてもよく、またはロケーション間で分割されてもよい（例えば、リーダおよびサーバに対してローカル）。

好ましくは、受信サーバは、タグリーダに要求を送信するように構成することができ、その要求に応答してデータが受信される。代替的に、受信サーバは、タグリーダまたはリーダからアドホックまたは定期的な信号を受信してもよい。

任意選択的に、ワイヤレスネットワークインターフェースは、セルラインターフェース、衛星インターフェース、Ｗｉ−Ｆｉインターフェース、または８０２．１１インターフェースであってもよい。他のワイヤレスネットワークインターフェースが使用されてもよい。

有利には、タグは、電気エネルギー生成器（例えば、機械−電気エネルギー変換器）によって供給される電気エネルギーを貯蔵し、コントローラおよびＲＦ通信回路（例えば、送信機または送受信機）による使用のために貯蔵された電気エネルギーを供給するように構成されるエネルギー貯蔵装置をさらに備えることができる。したがって、問い合わせ信号が受信されたが、送信機および／またはコントローラに対する電力を発生させる機械的運動がないときに使用するために、余分なエネルギーを貯蔵することができる。タグは、例えば、電子タグ、ＲＦＩＤタグまたは他のタイプのタグであってもよい。

好ましくは、データ信号（および／または応答）は、タグの固有の識別子を含むことができる。しかし、他の情報も含めることができる。

有利には、タグのＲＦ通信回路は送受信機であってよく、タグリーダは問い合わせ信号をタグリーダに送信するように構成されてもよく、さらにタグは、問い合わせ信号に応答してデータ信号をタグリーダに送信するように構成されてもよい。

任意選択的に、タグは、問い合わせ信号から電気エネルギーを生成してＲＦ通信回路およびコントローラに電力を供給するようにさらに構成されてもよい。この電気エネルギーは、発電される電力（例えば、機械的エネルギー、熱エネルギー、および／または太陽エネルギー）に追加されるものであってもよい。

任意選択的に、電気エネルギー生成器は、
機械−電気エネルギー変換器、
熱電発電器、
太陽光電気生成器、
圧電発電器、および
ＲＦ発電器
を含む任意の１つまたは複数の生成要素であってもよい。

第２の態様によれば、タグであって、
環境エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された電気エネルギー生成器と、
ＲＦ通信回路を使用してタグリーダにデータ信号を送信するために、発電器（例えば、機械−電気エネルギー変換器）によって生成された電気エネルギーを使用するように構成されたコントローラと、
を備える、タグが提供される。通信回路は、任意の周波数または帯域、特にタグが使用される特定の１つまたは複数の国での使用を認可された周波数または帯域を使用することができる。特定の例では、タグは、熱式発電器と共に機械−電気エネルギー変換器を含むことができる。

任意選択的に、タグは、電気エネルギー生成器によって供給される電気エネルギーを貯蔵し、コントローラおよびＲＦ通信回路による使用のために貯蔵された電気エネルギーを供給するように構成されるエネルギー貯蔵装置をさらに備えることができる。

任意選択的に、エネルギー貯蔵装置は、キャパシタまたは二次電池であってもよい。他のエネルギー貯蔵装置を使用してもよい。

有利には、タグは、１つまたは複数のセンサをさらに備えることができ、コントローラは、１つまたは複数のセンサによって生成されたデータをデータ信号に含めるようにさらに構成される。

好ましくは、タグは、１つまたは複数のセンサによって生成されたデータを格納するように構成されたメモリストアをさらに備えることができる。メモリは、不揮発性メモリ（例えば、フラッシュメモリ）であってもよく、ＲＦＩＤリーダとの次に通信するまで、および／または、特定の時点またはロケーションで、データを格納することができる。

任意選択的に、１つまたは複数のセンサは、湿度、振動、変位、運動、加速度（加速度計）、ジャイロスコープ、ＧＰＳ、温度、光または音のうちの１つまたは複数を測定することができる。他のセンサまたは周辺機器が含まれていてもよい。任意の１つまたは複数のセンサは、ＭＥＭＳから形成されてもよい。

任意選択的に、コントローラは、電気回路、マイクロプロセッサ、および／またはコンピュータソフトウェアまたはファームウェアを含んでもよい。タグの構成要素のいずれかまたはすべては、同じ回路、ボードもしくはパッケージ内に組み込まれてもよく、または別個であってもよい。

任意選択的に、通信回路は送受信機（すなわち、送信のみではなく送信および受信を行う）であってもよく、コントローラは、タグリーダから問い合わせ信号を受信し、問い合わせ信号に応答してＲＦＩＤタグリーダにデータ信号を送信するようにさらに構成されてもよい。

好ましくは、タグは、ＲＦ通信回路に電気的に接続されたアンテナをさらに備えることができる。アンテナは、パッケージの内部に（コントローラまたは他の回路と共に）統合されてもよく、または外部にあってもよい。アンテナは、ループ、双極子、一方向または多方向であってもよい。タグが任意の方向においてデータを受信および／もしくは送信し、ならびに／または、任意の方向において使用され、ＲＦ電力を受信することができるように、各々が特定の向きに対して最適化され得る複数のアンテナ（例えば、２，３，４またはそれ以上）が存在し得る。

任意選択的に、タグは、アンテナによって受信された信号を、ＲＦ通信回路およびコントローラに給電するための電気エネルギーに変換するように構成された電気回路をさらに備えることができる。これは、問い合わせ信号に対する応答を受信および送信するアンテナと同じであってもよく、または別個のアンテナであってもよい。

任意選択的に、コントローラは、断続的にＲＦ通信回路に電力を供給するようにさらに構成されてもよい。これは、電力および／または帯域幅を節約することができ、また同時に動作する複数のタグからの干渉を回避することもできる。

任意選択的に、発電器は圧電発電器であってもよい。ばね式、磁気式発電器および／または温度勾配エネルギー生成器を含む他のタイプの発電器が使用されてもよい。

任意選択的に、電気エネルギー生成器は、
機械−電気エネルギー変換器、
熱電発電器、
太陽光電気生成器、
圧電発電器、および
ＲＦ発電器
を含む任意の１つまたは複数の生成要素であってもよい。

任意選択的に、タグは、１つまたは複数の発電要素の任意の１つまたは複数によって生成される電気エネルギーを管理するように構成された制御回路をさらに備えることができる。これは、一度に複数の発電要素を使用することができ（利用可能な電力が不十分である場合）、または、例えば、生成されている電力が多すぎる場合はスイッチをオフにするか、もしくは、発電要素を少なくすることができる。制御回路はまた、（必要に応じて再び貯蔵または消耗する）エネルギー貯蔵を制御することもできる。

好ましくは、タグは筐体をさらに備えることができる。これは、例えば、ケースまたは埋め込み用樹脂であってもよい。プラスチック、樹脂、金属、複合材料または他の材料が使用されてもよい。

筐体は、耐候性、防塵性、耐溶剤性、および／または耐熱性もしくは耐寒性があり得る。これにより、種々のタイプの厳しい環境でタグを動作させることができる。

任意選択的に、タグはＰＣＢ基板から形成されてもよい。タグは、可撓性であってもよく、またはプラスチックもしくはゴム材料などの弾性材料から形成されてもよい。筐体をタグに設けることができる。タグのためのプリント回路基板（ＰＣＢ）は、可撓性および／または弾性を有するように形成されてもよい。ＰＣＢは、複数のミニボードから形成されてもよい。ＰＣＢはフラットケーブルを有してもよく、または可撓性ＰＣＢボードであってもよい。ＰＣＢまたはタグはまた、タグを設けられる物体の形状をとるように形成されてもよい。

さらなる態様によれば、少なくとも２つの異なるエネルギーのソースを使用するタグが提供される。これらのエネルギー源（電力を生成するために使用される）は、太陽、機械（音響、振動、熱、任意の１つまたは複数の次元における並進を含む）、電磁気、無線周波数、電池またはキャパシタのうちの２つ以上から選択することができる。このようなタグは、（例えば、ソースが利用可能になるときに自動的に、および／または、過電力事象および過少電力イベントから保護するために）エネルギー源を選択的に切り替えることができる。エネルギー源は、併合されてもよく、貯蔵されてもよく、または生成されるときに使用されてもよい。少なくとも２つのエネルギー源が、コントローラおよびＲＦ送信機または送受信機に電力を供給するために使用される。タグは、本明細書中で他のタグに関して説明したのと同じまたは類似の方法で、問い合わせ信号に応答し、および／または、間隔を置いてデータ信号を提供するために使用されてもよい。タグは、本明細書に記載されている任意のまたはすべてのタグリーダと共に使用することができる。

好ましくは、タグはＲＦ−ＤＣ変換回路をさらに備えることができる。これは、ＲＦ信号（例えば、１つまたは複数のアンテナによって受信される）を変換し、貯蔵または即時使用のために、ＲＦ信号から電力を生成することができる。

さらなる態様によれば、追跡システムであって、
問い合わせアンテナを備えるタグリーダと、
１つまたは複数のタグ（例えば、１つまたは複数の電子タグまたは無線周波数識別（ＲＦＩＤ）タグ）であり、
電気エネルギーを生成するように構成された無線周波数（ＲＦ）−電気エネルギー変換器、
無線周波数（ＲＦ）通信回路、および
ＲＦ通信回路を使用してデータ信号をタグリーダ（例えば、ＲＦＩＤタグリーダ）に送信するために、ＲＦエネルギー変換器によって生成された電気エネルギーを使用するように構成されているコントローラ
を備える、１つまたは複数のタグと、
を備える、追跡システムが提供される。追加の電気エネルギーが、変換された機械−電気エネルギーおよび／または太陽エネルギー変換器（例えば、光電池）を使用することによって提供されてもよい。追跡システムは、タグリーダのワイヤレスネットワークインターフェースからデータを受信するように構成された受信サーバをさらに備えることができ、受信データは、タグからのデータ信号（または問い合わせ信号への応答）と関連付けられる情報を含む。サーバは、本明細書全体を通じて説明されている他の受信サーバの機能の一部または全部を有することができる。

さらなる態様によれば、タグであって、
電気エネルギーを生成するように構成された無線周波数（ＲＦ）−電気エネルギー変換器と、
無線周波数（ＲＦ）通信回路と、
ＲＦ通信回路を使用してタグリーダにデータ信号を送信するために、発電器によって生成された電気エネルギーを使用するように構成されたコントローラと、
を備える、タグが提供される。追加の電気エネルギーが、変換された機械−電気エネルギーおよび／または太陽エネルギー変換器（例えば、光電池）を使用することによって提供されてもよい。さらに、タグは、温度勾配からエネルギーを収集するために低電力センサで妥協することができ、このエネルギーは、タグによって検出または監視されるイベント（例えば、問い合わせ、データの変更など）を記憶するために蓄積することができる。

任意選択的に、タグは、発電器から取得したデータを記録するようにさらに構成されてもよい。換言すれば、発電器（または発電器を形成する異なるタイプの電気生成器）は、タグによる使用のために電力を生成することも、データを記録するための１つまたは複数のセンサとして機能することもできる。

好ましくは、タグは、発電器から取得したデータを記憶するように構成されたメモリストア（例えばフラッシュのような持続性または受動メモリ）をさらに備えることができる。したがって、データは長期にわたって取得することができる。

さらなる態様によれば、環境エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された電気エネルギー生成器と、無線周波数（ＲＦ）通信回路とを有するタグを動作させるための方法であって、
ＲＦ通信回路を使用してタグリーダにデータ信号を送信するために、電気エネルギー生成器によって生成された電気エネルギーを使用するステップ
を含む、方法が提供される。

好ましくは、データ信号はタグの識別子を含む。したがって、タグ（およびタグに取り付けられた任意のアイテム）は一意的に識別することができる。

有利には、この方法は、
タグの電気エネルギー生成器からデータを取得するステップと、
取得されたデータを含む、データ信号をタグリーダに送信する前に、データを記憶するステップと、
をさらに含むことができる。電気エネルギー生成器は、電力供給器およびセンサの両方として機能することができ、別個の構成要素が必要とされないため、重量を節約し、複雑さを低減し、電力要件およびコストを低減することができる。

任意選択的に、取得されたデータは、
電気エネルギーが電気エネルギー生成器によって生成されていた期間、
電気エネルギー生成器によって生成される電力レベル、
電気エネルギー生成器が発電を行っていた回数、および
電気エネルギー生成器が１つまたは複数の閾値電力レベルに達した回数
のうちのいずれか１つまたは複数を示すことができる。発電器によって取得されるデータ（単に電力が生成されていた量、時間、および／またはレベルであってもよい）は、タグの環境に関する特性を示すことができる。発電器は、各々が異なる環境特性に基づいて電力を生成するいくつかの構成要素を含むことができる。これらの構成要素の２つ以上によって生成される相対的な電力レベルはまた、特性または活動を記述するために解釈することができるデータを提供することもできる。例えば、熱電発電器が経験する温度勾配は、アイテムの温度を示すことができ、機械−電気発電器から電力を生成するために使用される振動レベルは、アイテムがどれくらい使用されているか（例えば、エンジンおよびエンジン出力）を示すことができる。特定の基準または電力レベルの（または電力レベルの組み合わせが検出される）場合のみ、データ自体を記録する（すなわち、限られたメモリ空間を節約するために）こともできる。

好ましくは、この方法は、
取得されたデータに基づいて、タグに取り付けられている構成要素のサイクル数、動作回数、動作時間、サービス間隔、航空機フライト数、および異常動作特性のうちのいずれか１つまたは複数を判定するステップをさらに含むことができる。他の情報が判定されてもよい。

好ましくは、判定するステップは、取得されているデータ内の複数のデータアイテムを分析して、複数のデータアイテムによって定義される、繰り返される一連のイベントを判定するステップをさらに含むことができる。これは、サイクル（例えば、航空機の離陸および着陸のようなエンジン出力サイクル）を示すために使用することができる。

任意選択的に、タグは、航空機、乗り物、エンジン、電源装置、補助電源装置、逆推力装置、および着陸装置のうちのいずれかに取り付けられてもよい。これらは、航空機または他の乗り物の一部であってもよい。タグは、それらの環境を経時的に記録するために、他のアイテムに取り付けることができる。タグは、データ収集の時間を記録できるように、１つまたは複数のタイマまたはクロックを含むことができる。

上述のプロトコルおよび動作手順は、コンピュータを動作させるためのプログラム命令を含むコンピュータプログラムとして実装されてもよい。コンピュータプログラムは、コンピュータ可読媒体に格納されるものとする。

コンピュータシステムは、中央処理装置（ＣＰＵ）のようなプロセッサを含むものとする。プロセッサは、ソフトウェアプログラムの形態で論理を実行するものとする。コンピュータシステムは、揮発性および不揮発性記憶媒体を含むメモリを含むことができる。論理またはプログラム命令を格納するためのコンピュータ可読媒体を含めることができる。システムの複数の異なる部分は、ネットワーク（例えば、ワイヤレスネットワークおよび有線ネットワーク）を使用して接続することができる。コンピュータシステムは、１つまたは複数のインターフェースを含むことができる。コンピュータシステムは、例えばＵＮＩＸ（登録商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）またはＬｉｎｕｘ（登録商標）などの適切なオペレーティングシステムを含むことができる。

上記の任意の特徴は、本発明の任意の特定の態様または実施形態とともに使用され得ることに留意されたい。

本発明は、多くの方法で実践することができ、ここで、実施形態を、単なる例示として、添付の図面を参照して以下に説明する。

タグを含む、アイテムを追跡するためのシステムの概略図である。 図１のシステム内のタグの概略図である。 タグのための複数の異なる電気エネルギー源を含む図２のタグのさらなる概略図である。 図２および図３のタグを監視するためのシステムの概略図である。 例示的なタグの電源、ならびに、各電源の選択および優先論理を概略図である。 図１のシステム内で使用される例示的なタグの回路図である。 図６の回路図による組み立てられたタグ構築物の斜視図である。 図６の回路の概略図である。

図面は、簡略化のために図示されており、必ずしも縮尺通りに描かれていないことに留意されたい。同様の特徴には同じ参照符号が付されている。

好ましい実施形態の詳細な説明
追跡システムは、環境エネルギーを使用して、遠距離にわたってアイテムの状態を監視および分析する。様々な環境エネルギー源を使用して、システムによって使用および貯蔵される電力を生成することができる。このシステムは、通信システムグリッドを形成し得るワイヤレスセンサネットワークを使用する。

システムは、以下を含むいくつかの部品を含むことができる。
１．分散したタグからデータおよび情報を収集するノード、アクセスポイントノード（ＡＰＮ）、またはタグリーダ。

２．複数のノードに報告するために部品の状態を監視することができる「タグ」または「インテリジェントセンサボード」（ＥＰＴまたはエンドポイントタグ）。

３．分散したセンサから収集されたデータをリンクして監視するためのソフトウェアインターフェース設計。

このノード設計は、データ配信を確実にして保護し、冗長性を減らすために、タグとの安全であることが好ましい接続を確立する。データは特定の共通フレーム形式を使用してカプセル化される。

このタグは、過酷な環境でも使用できる外付けボックスまたは筐体設計の安定した信頼性の高いワイヤレスセンサボードを使用する。このタグは、運用現場から収集されるエネルギーからの自己給電式であり、ワイヤレス（例えば、Ｗｉ−Ｆｉ）データ接続を使用して通信することができる。

タグは、エネルギーハーベスティングワイヤレスセンサネットワーク（ＥＨＷＳＮ）を形成する。タグは、規定のワイヤレスプロトコルを介してデータを送信し、放出されるＲＦ生成信号、および振動モジュールの少なくとも１つまたは２つのソースからエネルギーを受け取る。このタグは、マイクロコントローラ、ワイヤレス送受信機および他のセンサ（外部充電される電池供給なし）の安定した電源を供給するために、これらの２つのソースを制御する。タグは、アクセスポイントノード（複数可）（ＡＰＮ（複数可））によって始動され、部分的に（または全体的に）電力を供給され、これはまた、後で送信または記憶するために、照合されたデータを収集、処理および送信をもするものとする。

図１は、追跡システム１０の概略図を示す。いくつかのアイテムは破線のボックス１５で囲まれており、これらは互いに近接し得る（互いから数ミリメートルから数十メートルまで）。例えば、破線のボックス１５内のすべてのアイテムは、特定のアイテム（例えば、乗り物、航空機、船舶、列車、自動車、トラック、発電所モジュール、太陽光モジュールプラントなど）内にあってもよい。タグリーダまたは質問器２０は、個々のタグ４０とワイヤレス通信するためのアンテナ３０を有する。この図では、３つのタグ４０が示されているが、４つ以上の数が使用されてもよい。各タグは、機械−電気エネルギー変換器５０、ＲＦ通信回路（例えば、送信機、送受信機または別個の受信機および送信機）６０およびコントローラ７０を含むことができる。ＲＦ通信回路６０は、少なくとも２つの機能を提供することができる。これらは、（例えば、ＷｉＦｉを使用して）タグ４０と通信すること、およびまた、タグ４０にＲＦ電力を供給することであってもよい。遠隔地には、関連するデータベース９０を有するサーバ８０が存在してもよい。サーバ８０は、インターネット、セルラネットワーク、衛星システム、または他のワイヤレス（または部分的に有線）通信ネットワークとすることができる広域ネットワーク１００を介してタグリーダ２０と通信する。サーバ８０（物理またはクラウドベースであってもよい）は、複数の異なるタグリーダ２０を監視することができるが、簡略化のためにこの図には１つしか示されていない。２つ以上のタグリーダ２０が、例えば、各地域または乗り物において使用されてもよい。

したがって、タグ４０は、比較的短い距離で通信するだけでよいが、各タグ４０に取り付けられ得る個々のアイテムは、任意の距離で効果的に追跡することができ、サーバ８０によって中央において監視することができる。例えば、サーバ８０は、ネットワーク１００を介して１つまたは複数のタグリーダ２０に信号を送信することができ、タグリーダ２０は、アンテナ３０を介して信号を送信し、信号は各タグ４０によって受信され、それに応答して、各タグは、タグリーダ２０に信号を返信する。これらのデータは、ネットワーク１００を介してサーバ８０に返信され得、任意選択的にデータベース９０に記録されてもよい。それゆえ、タグ、および、したがって、応答しないタグに取り付けられたアイテムは、見失われていると判定され得る。さらに、特定のシステム１５（例えば、航空機の元の部品）内に配置されるべきタグ４０は、この特定の配置不良タグ４０からデータ信号を受信するとき、別のシステム１５内の異なるタグリーダ２０によって他の場所で発見することができる。次いで、異なるタグリーダ２０が、タグリーダ２０を介して新しいロケーションをサーバ８０に報告することができ、サーバ８０は、それに応答してデータベース９０を更新することができる。一例では、タグ４０を航空機部品（例えば、エンジン）に取り付けることができる。エンジンが取り外されて新しい航空機に移動されると、新しい航空機上のタグリーダ２０は、そのような部品の存在を報告し、この部品は、追加の書類作成を必要とせずに自動的にログ記録され、監査され得る。

システム１０は、タグリーダ２０が問い合わせ信号を一切送出することなく動作することができる。代わりに、各タグ４０は、タグリーダ２０によって受信される定期的なデータ信号を（プロンプトなしに）送信することができる。サーバ８０は、任意の１つまたは複数のタグリーダ２０から受信データの最後のセットを要求することができる。システム１０はまた、いずれかまたは両方のモード（定期データ送信ならびに／または問い合わせ信号および応答）で動作することもできる。

図２は、個々のタグ４０の概略図をさらに詳細に示す。制御ユニット７０は、ＲＦ送受信機（または送信機）６０、機械−電気変換器５０、および、（例えば、ＤＣ／ＤＣまたはＡＣ／ＤＣ変換器を使用して）制御ユニット７０にＤＣまたはＡＣ電力を供給する指定の発電器からの熱エネルギー収集装置に接続されて示されている。追加の周辺機器またはセンサ１１０を制御ユニット７０に取り付けることができる。イーサネット（登録商標）送信ユニット１２０は、ＲＦ送受信機（または送信機）６０を使用してインターネットプロトコル通信を提供することができる。汎用入出力ユニット１３０は、他の通信（例えば、テスト、セットアップ、ファームウェア更新など）のために、制御ユニット７０に接続することもできる。

機械−電気変換器５０は、タグ４０が動くかまたは振動するときに一時的に電力を供給することができる圧電振動センサ／発電要素であってもよく、この運動または振動は、乗り物内の運動または振動に起因し得る。このようなエネルギー収集は、タグ４０に十分な電力を供給し、結果、電力のために近傍の問い合わせ信号に依存する必要がなくなり、その範囲を拡張することができる。これは、例えば、航空機、船舶および列車（別個のタグリーダ２０を収容することができる）のような大型乗り物において重要であり得る。しかし、各タグ４０は、これが十分に強い場合（すなわち、タグリーダ２０がタグ４０に近接している場合）、問い合わせ信号からエネルギーを取り出すための電気回路をさらに含むことができる。したがって、タグ４０は２つ以上の電源を有することができる。

図３は、タグ４０を示し、さらに、エネルギーを生成して、タグ４０内の制御ユニット７０および電気構成要素に電力を供給するために使用することができる２つの方法を概略的に示す。特に、ＡＣ−ＤＣ変換器に接続されている圧電振動センサ２１０が、示されている。ＲＦ源２３０（例えば、タグリーダ２０からの）は、タグ４０内の電力として使用するために信号を調整するためにＤＣ−ＤＣ変換器に接続された集積アンテナ２２０によって受信されるＲＦエネルギーを生成する。さらに、機械−電気変換器および／またはＲＦ源２３０のいずれかから収集されたエネルギーを貯蔵するために、タグ内にエネルギー貯蔵装置を含めることができる。

図４は、タグリーダ、タグ４０、および、タグリーダ２０によるタグへの、およびタグからの信号の特定の処理のさらなる詳細を含む、さらなる概略図を示す。ローカル環境内に２つ以上の質問器３００が存在してもよい。各質問器は、各々、アンテナ３０および関連するＲＦインターフェースを有することができる。この例示的な実施態様では、第１の質問器またはリーダ３００は、イーサネット（登録商標）スイッチ３１０を使用するイーサネット（登録商標）接続を介してローカルサーバ３２０と通信している。第２の質問器またはリーダ３００’は、サーバ３２０とシリアル通信している。ローカル環境１５内に２つ以上のイーサネット（登録商標）および／または直列に接続された質問器３００，３００’が存在してもよい。サーバは、例えば、ＭｙＳＱＬサーバであってもよいローカルデータベース３３０と通信している。タグ４０は、異なるセット３５０，３６０にグループ化することができ、質問器３００，３００’のいずれかまたは両方によって読み取られ得る。このようにして、専用の物理サーバ８０またはクラウドベースのウェブサービスもしくは仮想化サーバであってもよいデータ処理サービス３４０に結果を報告する前に、ローカルにサーバ３２０によって何らかの処理を実行することができる。このローカルシステム内には、１つまたは複数のタグリーダが存在し得る。

前述のように、各タグ４０は、１つまたは複数のエネルギー源を使用して電力供給されてもよい。

ＲＦエネルギーが使用される場合、ＲＦエネルギーは以下の例示的な周波数帯域の間で収集され、切り替え可能であり得る：
ａ．ＧＳＭ−８５０アップリンク。

ｂ．欧州ＲＦＩＤ＆ＧＳＭ−８５０ダウンリンク。
ｃ．ＩＳＭ ＵＳＡ＆ＧＳＭ−９００アップリンク。

ｄ．ＧＳＭ−１８００アップリンク。
ｅ．ＧＳＭ−１９００アップリンク。

ｆ．Ｗｉ−Ｆｉ ２．４ＧＨｚ。
これらの帯域またはプロトコルのいずれか１つまたは複数を使用して、データを中央サーバ８０に送り返すこともできる。より一般的には、２つの周波数帯域、例えば、８２０ＭＨｚ〜９６０ＭＨｚおよび２．４０ＧＨｚ〜２．４５ＧＨｚを使用することができる。

機械的エネルギーは、以下のうちのいずれか１つまたは複数から収集することができる。

ａ．低周波数環境：
ｉ．Ｘ、ＹおよびＺ加速度。

ｉｉ．一般に、振動環境は、動作モードで±０．０５ｇの間の加速度を有し得るが、スリープおよび／またはディープスリープモードでは、０〜９００秒の間に印加される±０．５ｇの間であり得る。

ｂ．動作モードは、たとえば４５分間アクティブであり得る。スリープモードは、例えば２４０〜７２０分の間で変化し得る。

３．タグ４０において、低電力制御ユニット（コントローラ７０）、センサ１１０、および送信機または送受信機６０に安定した信頼できる電圧を供給するために、複数の回路を実装することができる。

４．（好ましくは、等方性に近いエネルギーパターンを有する）無指向性アンテナを各タグ４０に設けることができる。

５．キャパシタまたは電池を使用して、（いずれかまたは両方の電源からの）発生したエネルギーを貯蔵し、タグ４０に安定化された電力を供給することができる。

６．好ましくは、複数の層を使用するＳＭＤ（表面実装型デバイス）を使用して、タグサイズおよびフットプリントを低減することができる。

７．いくつかの実施形態では、タグ４０が厳しい環境に耐えることを可能にするために機械的強化を使用することができる。より穏やかな環境に対しては、より軽量の、より小さいまたはあまり頑丈でない設計を使用し得る。

８．タグ４０は、湿度、温度、光、外部ＧＰＩＯ（汎用入力出力）構成要素のセンサのいずれかまたはすべてを含むことができる。

９．タグ４０は、電力およびデータをタグに供給するための温度勾配発電器を含むことができる。

アクセスポイント設計（ＲＦＩＤタグリーダ２０）は、ＥＨＷＳＮ（ネットワーク）または個々のタグ４０からすべてのデータフレームを収集することができる。例えば、ＲＦＩＤタグリーダ２０は、８０００個までの同時接続を高い信頼性で管理し、フレームの冗長性および衝突を回避することができる。ＲＦＩＤタグリーダ２０は、ワイドエリアネットワーク接続を提供するＧＳＭモジュールを含むことができる。ＲＦＩＤタグリーダ２０および／またはタグ４０上のソフトウェアは、Ｃ、Ｃ＋＋、または別の適切な言語を使用して書き込むことができる。

（例えば、１つまたは複数のタグ４０から）収集されたデータは、適切なフォーマット（例えば、ＣＳＶまたはＪａｓｏｎフォーマット）でカプセル化されてもよい。データベースフォーマットやマークアップフォーマットなど、他のフォーマットが使用されてもよい。データは、サーバ８０に送信することができる。ＲＦＩＤタグリーダ２０は、タグ４０内で使用されるのと同じワイヤレスプロトコルを順守する送受信機を含むことができる。ＲＦＩＤタグリーダ２０は、この例では８ボルトと２８ボルトとの間のＤＣ電圧で電力供給されてもよいが、他の電源パラメータが使用されてもよい。ＲＦＩＤタグリーダ２０は、規定された範囲（例えば、最大５ｍ、１０ｍ、２０ｍ、１００ｍ、またはそれ以上）にわたって個々のタグ４０を位置特定または通信することができるソフトウェアまたはファームウェアを含むことができる。

タグ４０のエネルギー源は、圧電トランスデューサのような機械−電気的エネルギー変換器を使用することができる。しかしながら、これは、ＲＦＩＤタグリーダ２０のＲＦ送信機から得られた電力によって補完され、好ましくはタグ４０上の集積無指向性アンテナを用いて受信され得る。

タグ４０は、Ｃプラットフォームを使用するファームウェアを使用して動作して、入力を制御および監視し、タグワイヤレス位置特定のためのアルゴリズムを実行することができる。また、コントローラ７０は、ＲＦＩＤタグリーダ２０から受信した要求を制御および監視し、シリアルおよび／またはイーサネット（登録商標）通信を介して適切なフォーマットのデータフレームを受信することもできる。ＲＦＩＤタグリーダ２０はまた、タグ４０から受信されるデータを管理する物理ローカルサーバを含むプラットフォームを含むことができる。このローカルサーバは、要求に応じてデータを格納し提供するためのデータベースを含むことができる。

タグを制御および監視するためのタグリーダ２０内のソフトウェアまたはファームウェアプラットフォームの特定の機能は、
ＤａｔａＣｏｌｌｅｃｔｏｒＭａｎａｇｅｒ、
ＱｕｅｕｅＴｅｍｐｏｒａｒｙＳｔｏｒａｇｅ、
ＤａｔａＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＭａｎａｇｅｒ、
ＬｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎＭａｎａｇｅｒ、
ＴｉｍｅＳｙｎｃＭａｎａｇｅｒ、および
ＳｅｒｖｅｒＣｏｍＴａｓｋ
のうちのいずれか１つまたは複数を含んでもよい。

各タグ４０内のソフトウェアまたはファームウェアは、
ＤａｔａＣｏｌｌｅｃｔｏｒＭａｎａｇｅｒ、
ＳｅｎｓｏｒＭａｎａｇｅｒ、
ＰｏｗｅｒＭａｎａｇｅｍｅｎｔＭａｎａｇｅｒ、および
ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＭａｎａｇｅｒ
のうちのいずれか１つまたは複数を含んでもよい。

システム内の異なる要素または構成要素間でデータを管理および処理するために、アプリケーションインターフェース（複数可）を含めることができる。これらのアプリケーションインターフェースは、拡張可能であることが好ましい、大規模なデータのデータベース設計を有する、リアルタイム処理のためのより安定で信頼性の高い追跡アプリケーションを提供することができる。

電力選択の優先度を使用することができる。これは特定の規制を満たすのに役立ち得る。システムはまた、文書（例えば、追跡、ソーティングおよびファイリング）とともに使用されてもよい。各タグおよび／またはリーダの予測寿命は、１５年または２０年までであり得る。各タグは、可撓性であり得、かつ／または、それが取り付けられ得るアイテムの形状に適合するように構成されてもよい。

一例では、タグ（エンドポイントタグまたはＥＰＴ）とリーダ（ＡＰＮ）との間の動作電力範囲は、１０〜１２ｍの範囲を必要とし得、プラスチック、金属およびガラスを含む様々な種類の障害を考慮に入れることができる。ＥＰＴのサイズは、ＩＤ−１：８５．６０×５３．９８ｍｍであるＩＳＯ／ＩＥＣ７８１０に準拠することができる。タグ筐体は、できるだけ薄くすることができ、一体化されたソーラ薄膜を含んでもよい。

タグは、複数のエネルギー源（例えば、以下のいずれか１つ、２つ、または３つ）から電力を供給されてもよい。

ｉ．ＲＦエネルギーは、以下の例示的な周波数帯域のリストの間から利用可能な場合に収集され、切り替え可能であり得る（またはより一般的には、例えば８２０ＭＨｚから９６０ＭＨｚおよび２．４０ＧＨｚから２．４５ＧＨｚの２つの周波数帯域が使用されてもよい）。

ａ．ＧＳＭ−８５０アップリンク。
ｂ．欧州ＲＦＩＤ＆ＧＳＭ−８５０ダウンリンク。

ｃ．ＩＳＭ ＵＳＡ＆ＧＳＭ−９００アップリンク。
ｄ．ＧＳＭ−１８００アップリンク。

ｅ．ＧＳＭ−１９００アップリンク。
ｆ．Ｗｉ−Ｆｉ ２．４ＧＨｚ。

ｉｉ．タグ上のハーベスタは、タグのＰＣＢ上の集積無指向性アンテナに接続されてもよく、任意選択的に、１．２ボルトを収集して、昇圧器または電圧変換器に電力を供給して、３．３ボルトを供給してＳＭＤスーパーキャパシタ（Ｖｃａｐ）を充電し、その後、制御装置、センサおよび送信ユニットに給電することができる。

ａ．例示的なハーベスタは、以下のうちのいずれか１つまたは複数を提供するチップセットであってもよい。

ｉ．最高７５％の高い変換効率。
ｉｉ−１７ｄｂｍ〜＋２０ｄｂｍの広いＲＦ動作範囲。

ｉｉｉ．１００ＭＨｚ〜６ＧＨｚの広い周波数範囲。
ｉｖ．ＳＣ−７０のパッケージング。

ｂ．昇圧器は、以下のいずれか１つまたは複数を提供するチップセットであってもよい。

ｉ．最高９５％の高い効率。
ｉｉ．ＳＯＴ２３−６のパッケージング。

ｉｉｉ．５．５Ｖ＠５０ｍＡ出力が可能。
ｃ．ＲＦ−ＤＣ変換回路は、上記の周波数または周波数帯域を変換および収集することができる。

ｉｉｉ．好ましくはＥＰＴの外部パッケージに集積されたソーラーエネルギー収集。
ｉｖ．ＥＰＴのＰＣＢ上に実装された調整器は、複数のエネルギー源をサポートするものとする。この設計は、図５を参照して説明した方式に従って、調整器が他の様態で電力を制限または遮断するように動作するためのＲＦエネルギーの存在を定義する。

ソーラおよび振動ピエゾのＤＣ調整器（二重ＡＣ入力付き）は、ＱＦＮ ６ｘ６ｘ０．８５ｍｍ寸法パッケージを使用することができる。これは、３．３ボルトに対して最大１００ｍＡの出力電流を提供し得る。代替的に、別のゼロ電力ワイヤレスセンサを使用してもよい（この場合、異なるマイクロコントローラが必要とされることがある）。

図５は、タグ４０の異なる電源を概略的に示す。
機械的に収集されるエネルギー：
ａ．低周波数環境（振動エネルギー）：一般に、振動環境は、動作モードで±０．０５ｇの間の加速度を有し得るが、スリープおよびディープスリープモードでは、±０．５ｇの間になり、考慮すべき時間は０〜１３５０秒の間である。

ｂ．動作時間は最大４５分に制限され得るが、スリープモードは２４０〜７２０分の間で変化し得る。

ｃ．音響エネルギーハーベスティング（これは、飛行機のエネルギー分布を含め、環境に依存し得る）。

ｄ．温度勾配により発生する電気エネルギー。
２．低電力制御ユニット、センサ、および送受信機に安定した信頼できる電圧を供給するために、ＥＰＴ内の複数の回路を実装することができる。

３．ＥＰＴのＰＣＢ上の無指向性アンテナの設計は、すべての時間およびすべてのロケーションで動作するために、すべての方向からＲＦエネルギーを確実に受信する。

ａ．アンテナは、垂直、水平、および円形の複数の偏波を持つ伝送エネルギーを受け取ることができる。

ｉ．ＲＦエネルギーの場合、アンテナ給電および例示的な７５Ωのインピーダンスを伴う受信信号のλ／４波長を有する直交アンテナ。

ｉｉ．ネットワーク回路のマッチング（送信機と受信機との間）は、電磁干渉（ＥＭＩ）を回避または低減する。

ｉｉｉ．アンテナまたは複数のアンテナ帯域幅は、２．３９ＧＨｚから２．４５ＧＨｚまでで、８６０ＭＨｚから９６０ＭＨｚまでをカバーすることができる（任意選択的な最大値として反射の最小値は１％まで）。

ｉｖ．パターン放射が改善されるために、反射損失アンテナは５％を超えないものであり得る。

ｖ．受信機は、３２ｍＡの負荷で少なくとも３．３ボルトで動作することができる。
ｂ．マルチパス受信（等方性パターン受信）を備えたスマートアンテナが、多層経路ＰＣＢ設計上に提供される。代替的に、チップスマートアンテナを使用して、ＰＣＢ上の必要なスペースを削減することができる。

ｃ．アンテナ設計はＨＩＤ規制に準拠し得る。
４．特定のスーパーキャパシタ（例えば、２．０ｍｍ ５Ｖ ８５ｍＦ ８５ｍΩの細線）の使用。

５．複数の層を有するＳＭＤ（表面実装デバイス）は、小さなタグサイズ（例えば、最大サイズはクレジットカードサイズである）およびフットプリントを提供する。頑強なフラットケーブルで相互接続された複数のミニボードを有する柔軟な形状を使用することができる。ＥＰＴのＰＣＢレイアウトは、別個であり得る複数のモジュールに分割することができる。

６．通常の環境および／または必要に応じて厳しい環境のために、カバーをＰＣＢタグに提供することができる。

７．ＥＰＴは、温度、光、外部ＧＰＩＯ（汎用入力出力）、湿度などのセンサを含むことができる。

８．ＥＰＴ（複数可）とＡＰＮ（複数可）との間の通信内でのセキュリティおよび暗号化。

９．ボード上での混合信号処理試験のための機能のシミュレーションを実施することができる。

１０．ＥＰＴおよびＡＰＴのファームウェアは、Ｃコードまたは他の適切なプログラミング言語を使用することができる。このコードは、少なくとも以下のいずれか１つまたは複数を実行することが可能である。

ａ．割り込みプログラミングによって光、温度、湿度の複数のセンサを読み取る。
ｂ．ＧＰＩＯ入力が、データおよび制御ユニットに対する最大３．３Ｖの電圧レベルを読み取る準備ができている。

ｃ．コーディングおよびファームウェアは、ＲＴＣＡ ＤＯ−１７８Ｃ、ＤＯ−１７８Ｂ、ＡＲＰ４７５４およびＤＯ−２５４．のような航空規格に準拠することができる。

１１．マイクロコントローラは、以下の消費特性のいずれか１つまたは複数を有するｎａｎｏＷａｔｔ技術を備えた１６ビット（ＱＦＮパッケージ）であってもよい。

ａ．２０ｎＡディープスリープモード。
ｂ．２５ｎＡスリープモード。

ｃ．リアルタイムクロックではあるがスリープモードの状態では５００ｎＡ。
ｄ．１ＭＨｚ動作モードにおいては１９５ｕＡ。

ｅ．スリープモードからの起動は５ｕＳ。
ｆ．−４０℃〜１２５℃。

１２．ワイヤレス通信は、集積アンテナ（送信動作３２ｍＡおよび受信動作２１ｍＡ）によるＰ２Ｐワイヤレスプロトコルに基づくことができる。

１３．筐体の機械設計は、送信機、受信機、コントローラを安全に収容し、必要最小限の重量で電源を収集するのに適したサイズのものとする、薄型太陽エネルギーフィルム（例えばＰＶ）を含むことができる。

ＡＰＮ：
例示的なアクセスポイントノード（ＡＰＮ）は、以下を提供することができる。

１．アクセスポイントは、ＥＨＷＳＮタグまたはＥＰＴからすべてのフレームを収集することができる。フレームの冗長性および衝突を避けるために、高い信頼性で５０００の同時接続を管理できることが可能であり得る。

２．収集されたデータは、ｃｓｖまたはＪａｓｏｎフォーマット（これは変更することができる）でカプセル化され、ユーザのデータを監視するために、特定のアプリケーションとインターフェースされるべきサーバに送信される。

３．アクセスポイント送受信機は、ＥＰＴの同じワイヤレスプロトコルを順守し得る。
４．ＡＰＮは、２５〜３２ボルトのＤＣ電圧（通常は２８ＶＤＣ）によって給電され得る。

５．ＡＰＮのファームウェアは、動作環境に応じて定義される許容範囲の誤差（５ｃｍ〜２５ｃｍ）でＥＰＴを位置特定することができる。

６．ＡＰＮは、統合ＡＲＩＮＣリーダプロトコルを使用して、外部サーバＩＰおよびポートを介してデータを通信することができる。データは、要求に応じてＧＰＲＳ／ＧＳＭ通信によって通信することもできる。

７．ＡＰＮおよびＥＰＴは、無線通信プロトコルを介してオンデマンドで分散型ＥＰＴ上のデータを読み取り更新する双方向通信を含むことができる。

８．通信ＡＰＮ（ｓ）およびサーバＩＰでのセキュリティおよび暗号化。
９．ＡＰＮの制御ユニットは、ＥＰＴから収集されたフレームを、ＵＳＢを使用して報告するための別の集積モジュールを備えた１６ビットＩＣにも基づく。

１０．使用されるワイヤレスアクセスポイントは、ワイヤレス通信プロトコル（ＡＰＮの一部）によって使用されるドーターボードアクセスポイントであってもよい。

ＲＦ送信機：
１．ＥＰＴエネルギー源は、主に、集積無指向性アンテナによって高範囲のカバレッジを提供することができるＲＦ送信機（ただし、必要に応じて機械的エネルギー補完をも含む）から給電することができる。この送信機は、ＡＰＮの内部に統合することができる。

２．３０ＫＨｚから２．４ＧＨＺ（混合信号の問題）の間で行われるボード内および空中におけるＲＦＩ（無線周波数干渉）条件（ＡＰＮおよびＥＰＴに対する）は、以下の信号と干渉すべきではない。

ａ．１１７．９７５〜１３７．０００ＭＨｚの周波数帯域での利用。
ｂ．周波数帯域１０８〜１１７．９７５ＭＨｚでの利用
ｃ．ＤＭＥの周波数帯域９６０〜１２１５ＭＨｚでの利用
ｄ．周波数帯域５０３０．４〜５１５０．０ＭＨｚでの利用。

ＲＦ送信機のアンテナは、好ましくは、３６０のエネルギーパターン分布を有する等方無方向性である。

図６は、制御ユニット、ワイヤレス送受信モジュール、アンテナ、蓄電ユニット、管理ユニット、圧電ハーベスタ、ｕｖハーベスタ、制御ユニット、ＲＦアンテナ（発電）および熱（例えば温度勾配）発電器モジュールを含む、例示的なタグの回路図を示す。電力需要に応じて、他のモジュールを追加することができ、任意の１つまたは複数のエネルギー生成モジュール（熱、光学、機械、ＲＦなど）を同時にまたは個別に使用することができる。この需要と供給は管理ユニットによって管理することができる。

図７は、図６の回路図による組み立てられたタグ構築物の斜視図を示す。他のレイアウトおよび構成を使用してもよい。ＲＦアンテナは、タグリーダにデータを送信するために使用される。ＲＦアンテナは３Ｄアンテナであってもよい。

図８は、図６を参照して説明した回路の重要な要素を示す概略図を示す。熱式発電器は、ドイツのＭｉｃｒｏｐｅｌｔによって供給されるものであってもよい。好ましくは、１０℃の間隔または差を使用して、これはタグに電力を供給するために２．４Ｖ（１５０μＷ〜１０ｍＷ）の出力を提供することができる。熱エネルギー収集（ＲＦおよび／または振動生成と組み合わされてもよい）が可能なタグ（例えば、プレートの形態）は、航空機エンジンに積み重ねまたは取り付けられ、質問器に返す通信を可能にするＲＦＩＤチャネルを提供する。これは、パッシブタグでは可能でない場合に使用できる。

熱式発電器または環境エネルギー生成器の任意の組み合わせは、電力を生成し、タグ内に記憶され、リーダによって読み出される信号に含まれ得るデータを生成するために使用され得る。タグが航空機、航空機内の構成要素または航空機内のアイテムに固定されている用途では、これらのデータを使用して、それらの構成要素のサイクルおよび／または空中で過ごす時間を測定することができる。いくつかの例では、データが格納される（例えば、記録プロセスをトリガする）前に基準を適用することができる。これらの基準は、以下を含むことができる。

ｉ．（例えば、エンジンまたは他の構成要素に取り付けられるプレートの形態の）タグをトリガする特定の振動レベル、および
ｉｉ．タグが経験する特定のまたは予め定められた温度変化。例えば、これは、特定の発電構成要素（例えば、数ｍＷまたはマイクロワット）によって決定される２０℃の差であり得る。

さらに、この検出されたデータにより、タグ内で動作が行われ得る。例えば、データを記録するのに必要なエネルギーバジェットが利用可能になったときに、タグ（例えば、自己給電式）が起動する。これは、以下のいずれか１つまたは複数によってトリガされ得る。

ｉ．ＲＦハーベスティングによる電力供給、
ｉｉ．ＰＶ利用可能エネルギーによる電力供給、
ｉｉｉ．振動による電力供給、および
ｉｖ．温度勾配エネルギーによる電力供給。

これは、利用可能な電力が不十分であるときに、タグが動作しようとするのを防ぐことができる。

間隔をおいてデータを読み取ることができる（例えば、航空機が地上で検査されているとき）。これらのデータは、サービス間隔が順守されたかどうかを判定するために使用できる。これは、アイテム（例えば、エンジン）が操作された時間数およびいつ操作されたか（オンボードのタイマまたはクロックを使用して）を見出すためにデータを解釈することによって達成され得る。発生したサイクル（例えば、離陸および着陸）数を決定することもできる。これらのデータは、検証ステップとして乗り物または航空機に関する他のデータと比較することができる。

発電器を構成する１つまたは複数の構成要素の発電量およびいつ発電しているかを測定することによって、エンジン、着陸装置、動力ユニット（例えば、航空機の補助動力ユニット）および逆推力装置の異なる動作フェーズを検出することができる。これは、フライト数およびその期間を示すことができる。

当業者には理解されるように、上記の実施形態の詳細は、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の範囲から逸脱することなく変更することができる。

例えば、他の機械−電気発電器（例えば、フライホイールまたはばねベース）を使用することができる。リアルタイム処理またはデータが、オンデマンドで要求され得る。スーパーＳＭＤキャパシタが、急速充電および給電に使用され得る。拡張可能なオプションのメモリが使用されてもよい。等方性アンテナが、タグおよび／またはリーダ上で使用されてもよい。コマンドが、制御された放出信号を介してリーダからタグに送信され得る。タグ内の報告および監視は、オンデマンドで自動的に実行されてもよい。データは、タグリーダから各タグに対して読み書きすることができる。特定のまたは調整されたエネルギー量が、振動および／または音響波長レベルを用いて収集され得る。さらに、太陽エネルギーをタグに給電するために使用することができる）。これらの電源は、ＡＣ／ＤＣおよび／またはＤＣ／ＤＣモジュールおよび／またはバック変換器を使用して、キャパシタまたはスーパーキャパシタまたは電池を充電するために調整することができる。

各タグは、ＥＨＷＳＮの内部にあってもよいため、バスまたはＧＳＭ（例えば、固定ＩＰおよびクラウドサーバへのポート）を介してインターネットに接続することができるタグリーダに接続される。異なる範囲、方向、プロトコル、周波数および／または他の通信モードを提供するために、複数のアンテナを各タグ（例えば、３つ）内で使用することができる。タグエネルギー源は、機械とＲＦとの間で（例えば、リーダから）切り替えることができる。

上記の実施形態の特徴に対する多くの組み合わせ、修正、または変更は、当業者には容易に明らかであり、本発明の一部を形成することを意図するものである。１つの実施形態または例に関連して具体的に記載された特徴のいずれかは、適切な変更を行うことによって任意の他の実施形態で使用することができる。

Claims (35)

1. 追跡システムであって、
   問い合わせアンテナを備えるタグリーダと、
   １つまたは複数のタグとを備え、前記１つまたは複数のタグは、
   環境エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された電気エネルギー生成器、
   無線周波数（ＲＦ）通信回路、および
   前記ＲＦ通信回路を使用してデータ信号を前記タグリーダに送信するために、前記電気エネルギー生成器によって生成された電気エネルギーを使用するように構成されているコントローラを備える、追跡システム。
2. 前記タグリーダは、ワイヤレスネットワークインターフェースをさらに備えることができ、前記追跡システムは、
   前記タグリーダの前記ワイヤレスネットワークインターフェースからデータを受信するように構成された受信サーバをさらに備え、前記受信したデータは、前記タグからの前記データ信号と関連付けられる情報を含む、請求項１に記載の追跡システム。
3. 前記受信したデータを格納するように構成されたデータベースをさらに備える、請求項２に記載の追跡システム。
4. 前記受信サーバは、前記タグリーダに要求を送信するように構成され、前記要求に応答して前記データが受信される、請求項２または３に記載の追跡システム。
5. 前記ワイヤレスネットワークインターフェースは、セルラインターフェース、衛星インターフェース、Ｗｉ−Ｆｉインターフェース、または８０２．１１インターフェースである、請求項２〜４のいずれか一項に記載の追跡システム。
6. 前記タグは、前記電気エネルギー生成器によって供給される電気エネルギーを貯蔵し、前記コントローラおよび前記ＲＦ通信回路による使用のために前記貯蔵された電気エネルギーを供給するように構成されるエネルギー貯蔵装置をさらに備える、先行する請求項のいずれか一項に記載の追跡システム。
7. 前記データ信号は、前記タグの一意の識別子を含む、先行する請求項のいずれか一項に記載の追跡システム。
8. 前記タグの前記ＲＦ通信回路は送受信機であり、前記タグリーダは問い合わせ信号を前記タグリーダに送信するように構成され、さらに前記タグは、前記問い合わせ信号に応答して前記データ信号を前記タグリーダに送信するように構成されている、先行する請求項のいずれか一項に記載の追跡システム。
9. 前記タグは、前記問い合わせ信号から前記電気エネルギーを生成して前記ＲＦ通信回路および前記コントローラに電力を供給するようにさらに構成されている、請求項８に記載の追跡システム。
10. 前記電気エネルギー生成器は、
    機械−電気エネルギー変換器、
    熱電発電器、
    太陽光電気生成器、
    圧電発電器、および
    ＲＦ発電器
    のうちのいずれか１つまたは複数である、先行する請求項のいずれか一項に記載の追跡システム。
11. タグであって、
    環境エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された電気エネルギー生成器、
    無線周波数（ＲＦ）通信回路、および
    前記ＲＦ通信回路を使用してデータ信号を前記タグリーダに送信するために、前記電気エネルギー生成器によって生成された電気エネルギーを使用するように構成されているコントローラ
    を備える、タグ。
12. 前記発電器によって供給される電気エネルギーを貯蔵し、前記コントローラおよび前記ＲＦ通信回路による使用のために前記貯蔵された電気エネルギーを供給するように構成されるエネルギー貯蔵装置をさらに備える、請求項１１に記載のタグ。
13. 前記エネルギー貯蔵装置は、キャパシタまたは二次電池である、請求項１１に記載のタグ。
14. １つまたは複数のセンサをさらに備え、前記コントローラは、前記１つまたは複数のセンサによって生成されたデータを前記データ信号に含めるようにさらに構成される、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載のタグ。
15. 前記１つまたは複数のセンサによって生成されたデータを格納するように構成されたメモリストアをさらに備える、請求項１４に記載のタグ。
16. 前記１つまたは複数のセンサは、湿度、振動、変位、運動、ジャイロスコープ、加速度、ＧＰＳ、温度、光または音のうちの１つまたは複数を測定する、請求項１４または１５に記載のタグ。
17. 前記コントローラは、電気回路、マイクロプロセッサ、および／またはコンピュータソフトウェアまたはファームウェアを含む、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のタグ。
18. 前記通信回路は送受信機であり、前記コントローラは、前記ＲＦタグリーダから問い合わせ信号を受信し、前記問い合わせ信号に応答して前記タグリーダに前記データ信号を送信するようにさらに構成されている、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載のタグ。
19. 前記ＲＦ通信回路に電気的に接続されたアンテナをさらに備える、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載のタグ。
20. 前記アンテナによって受信された信号を、前記ＲＦ通信回路および前記コントローラに給電するための電気エネルギーに変換するように構成された電気回路をさらに備える、請求項１９に記載のタグ。
21. 前記コントローラは、断続的に前記ＲＦ通信回路に電力を供給するようにさらに構成されている、請求項１１〜２０のいずれか一項に記載のタグ。
22. 前記電気エネルギー生成器は、
    機械−電気エネルギー変換器、
    熱電発電器、
    太陽光電気生成器、
    圧電発電器、および
    ＲＦ発電器
    を含む任意の１つまたは複数の発電要素である、請求項１１〜２１のいずれか一項に記載のタグ。
23. 前記１つまたは複数の発電要素の任意の１つまたは複数によって生成される前記電気エネルギーを管理するように構成された制御回路をさらに備える、請求項２２に記載のタグ。
24. 筐体をさらに備える、請求項１１〜２３のいずれか一項に記載のタグ。
25. 前記筐体は、耐候性、防塵性、耐溶剤性、および／または耐熱性もしくは耐寒性がある、請求項２４に記載のタグ。
26. ＲＦ−ＤＣ変換回路をさらに備える、請求項１１〜２５のいずれか一項に記載のタグ。
27. 前記発電器から取得したデータを記録するようにさらに構成されている、先行する請求項のいずれか一項に記載のタグ。
28. 前記発電器から取得されるデータを格納するように構成されたメモリストアをさらに備える、請求項２７に記載のタグ。
29. 環境エネルギーを電気エネルギーに変換するように構成された電気エネルギー生成器と、無線周波数（ＲＦ）通信回路とを有するタグを動作させるための方法であって、
    前記ＲＦ通信回路を使用してタグリーダにデータ信号を送信するために、前記電気エネルギー生成器によって生成された電気エネルギーを使用するステップ
    を含む、方法。
30. 前記データ信号は前記タグの識別子を含む、請求項２９に記載の方法。
31. 前記タグの前記電気エネルギー生成器からデータを取得するステップと、
    前記取得されたデータを含む、前記データ信号を前記タグリーダに送信する前に、前記データを記憶するステップと
    をさらに含む、請求項２９または３０に記載の方法。
32. 前記取得されたデータは、
    前記電気エネルギーが前記電気エネルギー生成器によって生成されていた期間、
    前記電気エネルギー生成器によって生成される電力レベル、
    前記電気エネルギー生成器が発電を行っていた回数、および
    前記電気エネルギー生成器が１つまたは複数の閾値電力レベルに達した回数
    のうちのいずれか１つまたは複数を示す、請求項３１に記載の方法。
33. 前記取得されたデータに基づいて、前記タグに取り付けられている構成要素のサイクル数、動作回数、動作時間、サービス間隔、航空機フライト数、および異常動作特性のうちのいずれか１つまたは複数を判定するステップをさらに含む、請求項３１または３２に記載の方法。
34. 前記判定するステップは、前記取得されたデータ内の複数のデータアイテムを分析して、前記複数のデータアイテムによって定義される、繰り返される一連のイベントを判定するステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
35. 前記タグは、航空機、エンジン、電源装置、補助電源装置、逆推力装置、および着陸装置のうちのいずれかに取り付けられる、請求項３３または３４に記載の方法。