KR20070022852A - System and method for tracking assets using an ad-hoc peer-to-peer wireless network - Google Patents
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Abstract
이동 단말기들, 무선 라우터들 및 적어도 하나의 제어 콘솔을 포함하는 무선 장치들의 네트워크를 빌딩과 같은 3차원 배치 영역 내에 배치하여, 소방수와 같은 사람들의 통신, 식별 및 위치 계산이 무선 단말기들을 이용하여 빌딩 구조에 관계없이 이루어질 수 있고, 사용자가 화재 및 구조 시나리오에서의 소방수와 같은 표적 자산이 원하는 기간보다 긴 기간 동안 소정의 사용자 지시 영역 내에 머무르고 있는 지를 결정하며, 표적 자산, 및 표적 자산이 위치하는 빌딩의 층수와 같은 위치를 식별하는 알람을 생성할 수 있는 시스템 및 방법이 개시된다. By placing a network of wireless devices, including mobile terminals, wireless routers and at least one control console, within a three-dimensional deployment area, such as a building, communication, identification and location calculation of people, such as firefighters, can be made using the wireless terminals. Can be made regardless of the structure, and determines whether the target asset, such as a firefighter in a fire and rescue scenario, has stayed within a given user indication area for longer than desired periods, and the target asset, and the building in which the target asset is located A system and method are disclosed that can generate an alarm that identifies a location, such as a floor number of.
네트워크 배치, 무선 장치, 이동 단말기, 자산 추적, 소방수 Network Deployment, Wireless Devices, Mobile Terminals, Asset Tracking, Firefighters
Description
본 출원은 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 반영되고, 2004년 7월 8일자로 출원된 미국 가출원 번호 60/585,920의 이익을 청구한다.This application claims the benefit of US Provisional Application No. 60 / 585,920, filed July 8, 2004, the entire contents of which are incorporated herein by reference.
<관련 출원의 상호 참조><Cross Reference of Related Application>
관련된 주제가 2004년 6월 4일자로 출원된, "System and Method for Identifying the Floor Number Where a Firefighter in Need of Help is Located Using Received Signal Strength Indicator and Signal Propagation Time"이라는 제목의 John M. Belcea 등의 미국 특허 출원 번호 10/861,121호, 2004년 6월 6일자로 출원된 "System and Method for Accurately Computing the Position of Wireless Devices Inside High-Rise Buildings"라는 제목의 John M. Belcea의 미국 특허 출원 번호 10/861,557호, 및 2004년 6월 4일자로 출원된 "MAC Protocol for Accurately Computing the Position of Wireless Devices Inside Buildings"라는 제목의 John M. Belcea의 미국 특허 출원 번호 10/861,668호에 개시되어 있으며, 이들 각각의 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 반영되어 있다. United States of America, including John M. Belcea, entitled "System and Method for Identifying the Floor Number Where a Firefighter in Need of Help is Located Using Received Signal Strength Indicator and Signal Propagation Time," filed June 4, 2004. US Patent Application No. 10 / 861,557 to John M. Belcea entitled "System and Method for Accurately Computing the Position of Wireless Devices Inside High-Rise Buildings", filed June 6, 2004 And US Patent Application No. 10 / 861,668 to John M. Belcea, entitled "MAC Protocol for Accurately Computing the Position of Wireless Devices Inside Buildings," filed June 4, 2004, each of which is incorporated herein by reference in its entirety. The entire contents of the application are incorporated herein by reference.
본 발명은 임시 피어-투-피어 무선 이동 통신 네트워크 기술을 이용하여 화 재 및 구조 시나리오에서의 소방수와 같은 표적 자산이 원하는 기간보다 긴 기간 동안 소정의 영역에 머무르고 있는지를 정확하게 결정하여, 표적 자산, 및 표적 자산이 위치하는 빌딩의 층수와 같은 위치를 식별하는 알람을 생성할 수 있는 시스템 및 방법에 관한 것이다.The present invention utilizes ad hoc peer-to-peer wireless mobile communications network technology to accurately determine whether a target asset, such as a firefighter in a fire and rescue scenario, is staying in a given area for a longer time period than desired. And a system and method capable of generating an alarm that identifies a location, such as the number of floors of a building where the target asset is located.
최근에, "임시 멀티 홉핑" 네트워크로 알려진 일종의 이동 통신 네트워크가 개발되어 왔다. 이러한 유형의 네트워크에서, 각각의 이동 노드는 기지국의 기능의 대부분을 제공하는 다른 이동 노드들에 대한 라우터로서 동작하여, 매우 적은 비용으로 커버리지 영역을 확장할 수 있다. 임시 네트워크의 상세는 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 반영된 Mayer의 미국 특허 제5,943,322호에 설명되어 있다. 이 분야의 전문가가 이해할 수 있듯이, 네트워크 노드는 기지국 노드에 있는 단일 트랜시버가 그 커버리지 영역 내의 여러 이동 노드와 동시에 통신할 수 있게 해주는 시분할 다중 접속(TDMA) 포맷, 코드 분할 다중 접속(CDMA) 포맷, 또는 주파수 분할 다중 접속(FDMA) 포맷과 같은 다중 포맷(multiplexed format)으로 데이터 패킷 통신을 송수신한다. Recently, a kind of mobile communication network known as "temporary multi-hop" network has been developed. In this type of network, each mobile node can act as a router to other mobile nodes that provide most of the functionality of the base station, thereby extending coverage area at a very low cost. Details of the ad hoc network are described in Mayer's US Pat. No. 5,943,322, the entire contents of which are incorporated herein by reference. As will be appreciated by those skilled in the art, a network node is a time division multiple access (TDMA) format, code division multiple access (CDMA) format, which allows a single transceiver at a base station node to simultaneously communicate with multiple mobile nodes within its coverage area. Or transmit and receive data packet communications in a multiplexed format, such as a frequency division multiple access (FDMA) format.
통상의 임시 네트워크에서와 같이 이동 노드들이 서로 통신할 수 있게 하는 것에 더하여, 이동 노드들이 고정 네트워크에 접속하여 공중 교환 전화 네트워크(PSTN) 및 인터넷과 같은 다른 네트워크 상의 노드들과 같은 다른 고정 또는 이동 노드들과 통신할 수 있게 해주는 보다 정교한 임시 네트워크들도 개발되고 있다. 이들 진보된 유형의 임시 멀티 홉핑 네트워크의 상세는 2001년 6월 29일자로 출원된 "Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks"라는 제목의 미국 특허 출원 번호 09/897,790호, 2001년 3월 22일자로 출원된 "Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 09/815,157호, 및 2001년 3월 22일자로 출원된 "Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 09/815,164호에 설명되어 있으며, 이들 각각의 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 반영되어 있다.In addition to allowing mobile nodes to communicate with each other as in a typical ad hoc network, other fixed or mobile nodes, such as nodes on a public switched telephone network (PSTN) and other networks, such as the Internet, may be connected to fixed nodes by More sophisticated ad hoc networks are also being developed that allow communication with the public. Details of these advanced types of ad hoc multi-hop networks are described in US Patent Application No. 09 / entitled "Ad Hoc Peer-to-Peer Mobile Radio Access System Interfaced to the PSTN and Cellular Networks," filed June 29, 2001. 897,790, filed March 22, 2001, entitled "Time Division Protocol for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer Radio Network Having Coordinating Channel Access to Shared Parallel Data Channels with Separate Reservation Channel." 09 / 815,157, and US Patent Application No. 09 / 815,164 entitled "Prioritized-Routing for an Ad-Hoc, Peer-to-Peer, Mobile Radio Access System," filed March 22, 2001. The entire contents of each of these applications are incorporated herein by reference.
통상의 무선 통신 네트워크에서, 또는 임시 무선 통신 네트워크에서는, 이동 노드가 상대적 또는 절대적인 지리적 위치 또는 장소를 알거나 결정할 수 있는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 이 분야의 전문가에 공지되어 있듯이, 이것은 여러 기술의 이용을 통해 달성될 수 있다. 이들 기술은, 이 분야의 전문가가 그 상세를 이해할 수 있는 라운드 트립 타임(RTT), 타이밍 어드밴스(TA) 및 측정 신호 레벨(RX 레벨), 도달 시간차(TDOA) 및 도달 각도(A0A) 기술들과 결합된 셀 식별을 필요로 한다. 또 하나의 이용 가능한 기술은 CDMA 및 광대역 CDMA(WCDMA)를 위한 셀룰러 신호 타이밍 기반 방법들을 이용한다. 또 하나의 기술은, 일반적으로 열거된 모든 다른 방법보다 정확한 것으로 보여지는 글로벌 측위 시스템(GPS) 기술을 이용한다. In a typical wireless communication network, or in a temporary wireless communication network, it may be necessary or desirable for a mobile node to know or determine a relative or absolute geographical location or location. As is known to those skilled in the art, this can be achieved through the use of several techniques. These techniques include round trip time (RTT), timing advance (TA) and measurement signal level (RX level), time difference of arrival (TDOA), and angle of arrival (A0A) techniques that can be understood by those skilled in the art. Requires combined cell identification. Another available technique uses cellular signal timing based methods for CDMA and Wideband CDMA (WCDMA). Another technique uses Global Positioning System (GPS) technology, which generally appears to be more accurate than all the other methods listed.
GPS 기술이 상당한 기간 동안 이용되어 왔고, 세상의 네비게이션의 대부분이 그에 의존하고 있다는 사실에도 불구하고, GPS 기술은 몇몇 특정 조건에서는 큰 측정 에러가 발생할 가능성이 크다. 이 기술은 전파 및 방법 에러를 제거하기 위하여 다수의 위성을 수반하는 비교적 많은 수의 측정을 수행한 후에만 매우 높은 정확도를 갖는 위치 결정 결과를 제공할 수 있다. GPS의 단점들에 대한 설명은, 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 반영된 "Mathematical Challenges in Global Positioning Systems (GPS)"라는 제목의 IMA(Institute For Mathematics and its Applications)에 의한 문서에 있다. 소정의 다른 테스트들도 GPS 기술이 지하 터널, 빌딩 내부, 무거운 군엽 아래 또는 도심의 "깊은 협곡" 내에서와 같이, 볼 수 있는 위성들의 수가 양호한 정확도를 제공하기에는 너무 적은 환경에서 동작하는 육상 기반 네트워크들에는 부적합하다는 것을 입증하고 있다. Despite the fact that GPS technology has been in use for a considerable period of time, and most of the world's navigation relies on it, GPS technology is likely to produce large measurement errors under some specific conditions. This technique can provide positioning results with very high accuracy only after performing a relatively large number of measurements involving multiple satellites to eliminate propagation and method errors. A description of the disadvantages of GPS is in a document by Institute for Mathematics and its Applications (IMA) entitled "Mathematical Challenges in Global Positioning Systems (GPS)", the entire contents of which are incorporated herein by reference. Some other tests also include land-based networks where GPS technology operates in an environment where the number of visible satellites is too small to provide good accuracy, such as in underground tunnels, inside buildings, under heavy foliage, or in “deep canyons” in urban areas. It is proved unsuitable for the field.
위치 정보를 결정하는 것과 관련된 상기 문제를 해결하기 위하여, 위성의 이용이나, 위치 정보를 결정하기 위한 중앙식 컴퓨팅 설비를 필요로 하지 않는 새로운 기술들이 개발되고 있다. 임시 멀티 홉핑 네트워크 내의 이동 단말기의 위치를 계산하기 위한 새로운 기술들의 추가적인 상세는, 그 전체 내용이 본 명세서에 참고로 반영된 "System and Method for Computing the Location of a Mobile Terminal in a Wireless Communications Network"라는 제목의 미국 특허 제6,728,545호에 설명되어 있다. 게다가, 임시 네트워크는 비고정 또는 이동 가능 기반 컴포넌트들을 이용하여 개발될 수 있다. 최적 커버리지 및 용량 제한에 대해 이동 가능 접속 포인트 및 중계기를 이용하는 네트워크들의 추가 상세는, 2001년 8월 15일자로 출원된 "Movable Access Points and Repeaters for Minimizing Coverage and Capacity Constraints in a Wireless Communications Network and a Method for Using the Same"이라는 제목의 미국 특허 출원 번호 09/929,030호에 설명되어 있으며, 이 출원의 전체 내용은 본 명세서에 참고로 반영되어 있다.To solve the above problem associated with determining location information, new technologies are being developed that do not require the use of satellites or a central computing facility to determine location information. Further details of the new techniques for computing the location of a mobile terminal in an ad hoc multi-hop network are entitled, "System and Method for Computing the Location of a Mobile Terminal in a Wireless Communications Network," the entire contents of which are incorporated herein by reference. US Pat. No. 6,728,545. In addition, ad hoc networks can be developed using unfixed or movable base components. Further details of networks using mobile access points and repeaters for optimal coverage and capacity limitations are described in "Movable Access Points and Repeaters for Minimizing Coverage and Capacity Constraints in a Wireless Communications Network and a Method, filed August 15, 2001." for US Patent Application No. 09 / 929,030 entitled "For Using the Same", the entire contents of which are incorporated herein by reference.
전술한 특허 및 특허 출원들은 일반적으로, 위치 정보가 절대 위치로서 표시되는 영구 고정 네트워크에 접속하는 이동 네트워크들에 관한 것이다. 그러나, 전술한 특허 출원들로부터 알 수 있는 바와 같이, 일시적인 임시 멀티 홉핑 네트워크들은 동일한 요건을 반드시 갖는 것은 아니다. 따라서, 비상 상황에서 작업하는 사람들의 위치가 매우 중요한 경우와 같이 상대적인 위치 검출이 요구되는 휴대형이고, 쉽게 배치되며, 독립적인(self-contained) 임시 멀티 홉핑 네트워크 시스템에 대한 요구가 존재한다. 상대적인 위치는 절대적 지리 위치에 더하여 또는 그 대신으로 제공될 수 있으며, 그러한 위치에 일반적으로 존재하는 다양한 전송 방해물 사이에서 쉽게 통신할 수 있어야 한다. The foregoing patents and patent applications generally relate to mobile networks that connect to a permanent fixed network where location information is indicated as an absolute location. However, as can be seen from the foregoing patent applications, temporary temporary multi-hop networks do not necessarily have the same requirements. Thus, there is a need for portable, easily deployed, self-contained temporary multi-hop network systems where relative position detection is required, such as where the location of people working in emergency situations is very important. Relative locations may be provided in addition to or instead of absolute geographic locations and should be able to communicate easily between the various transmission obstructions generally present at such locations.
따라서, 배치된 무선 통신 네트워크 내의 이동 노드의 절대적 및/또는 상대적 위치를 쉽게 결정하고 통신하기 위한 개량된 시스템 및 방법, 그리고 구체적으로 이러한 시스템을 이용하여 화재 및 구조 시나리오에서 이동 노드를 지닌 소방수와 같은 자산이 원하는 기간보다 긴 기간 동안 소정의 영역에 머무르고 있는지를 식별하여, 표적 자산, 및 표적 자산이 위치하고 있는 빌딩의 층수와 같은 위치를 식별하는 알람을 생성할 수 있는 시스템 및 방법에 대한 요구가 존재한다. Thus, improved systems and methods for easily determining and communicating the absolute and / or relative position of mobile nodes within a deployed wireless communication network, and specifically using such systems, such as firefighters with mobile nodes in fire and rescue scenarios. There is a need for a system and method that can identify whether an asset has been in a given area for longer than a desired time period, thereby generating an alarm that identifies the target asset and its location, such as the number of floors of the building where the target asset is located. do.
본 발명의 상기 및 다른 목적, 이점 및 신규한 특징들은 첨부 도면과 함께 아래의 상세한 설명을 읽을 때 보다 쉽게 이해될 것이다.The above and other objects, advantages and novel features of the present invention will be more readily understood when reading the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템의 무선 라우터들이 그 내부에 배치된 빌딩의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a building in which wireless routers of a system according to an embodiment of the present invention are disposed therein.
도 2는 도 1에 도시된 시스템에서 사용되는 무선 라우터의 컴포넌트들의 예를 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of components of a wireless router used in the system shown in FIG. 1.
도 3은 도 1에 도시된 빌딩 내에서 소방수들이 사용할 수 있는 이동 단말기의 컴포넌트들의 예를 나타내는 블록도이다.3 is a block diagram illustrating examples of components of a mobile terminal that can be used by firefighters in the building shown in FIG.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 시스템에서 이동 단말기들의 위치를 식별하기 위하여 수행되는 초기화 동작의 예를 나타내는 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating an example of an initialization operation performed to identify locations of mobile terminals in the system shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 시스템에서 이동 단말기들의 위치를 식별하기 위해 수행되는 데이터 수집 동작의 예를 나타내는 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating an example of a data collection operation performed to identify the location of mobile terminals in the system shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 시스템에서 이동 단말기들의 위치를 식별하기 위하여 수행되는 층수 계산 동작의 예를 나타내는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating an example of a floor counting operation performed to identify locations of mobile terminals in the system shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 1에 도시된 시스템에서 이동 단말기들의 위치를 식별하기 위하여 수행되는 층수 스코어 기록 동작의 예를 나타내는 흐름도이다.7 is a flowchart illustrating an example of a floor number score recording operation performed to identify locations of mobile terminals in the system shown in FIG. 1 according to an embodiment of the present invention.
도 8-19는 도 1-7에 설명된 본 발명의 실시예에 따라 결정된 소방수들의 위치에 기초하여 ICC(Incident Commander Console)에 의해 생성된 디스플레이 스크린 의 예를 나타내는 도면이다.8-19 are diagrams showing an example of a display screen generated by an Incident Commander Console (ICC) based on the positions of firefighters determined according to the embodiment of the present invention described in FIGS. 1-7.
도 20은 도 8-19에 도시된 스크린들 상에 표시되고 있는 빌딩의 한 층, 및 사용자에 의해 지시되는 상기 층 상의 다수의 관심 영역을 나타내어, 시스템이 도 1-7에 설명된 본 발명의 실시예에 따라 원하는 기간보다 긴 기간 동안 임의의 소방수들이 상기 영역들 중 임의 영역에 머무르고 있는지를 결정할 수 있도록 하기 위해 ICC에 의해 생성되는 디스플레이 스크린의 예를 나타내는 도면이다. FIG. 20 shows one floor of a building being displayed on the screens shown in FIGS. 8-19, and a number of regions of interest on the floor indicated by the user, so that the system is described in FIGS. In accordance with an embodiment a diagram illustrating an example of a display screen generated by an ICC to allow determining whether any firefighters are staying in any of the areas for a period longer than a desired period.
전술한 바와 같이, 비상 상황에서 작업하는 사람들의 위치는 많은 이유에서 매우 중요하다. 소방수와 같은 사람들이 연기 속에서 길을 잃고 그들이 작업하고 있었던 현재 또는 이전 층들 상의 그들 자신 또는 다른 사람들의 실제 위치에 대해 혼란을 일으키게 되는 사례들이 존재한다. 후술하는 시스템 및 방법은 소방수들의 안전을 보장하기 위하여 구성되는 일 실시예로서 제공된다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 시스템 및 방법은 임의 수의 다른 비상 또는 특수군 배치의 활동을 지원하도록 구성될 수 있다. As mentioned above, the location of people working in emergency situations is very important for many reasons. There are instances where people like firefighters get lost in smoke and confuse themselves about the actual location of themselves or others on the current or previous floors they were working on. The system and method described below is provided as an embodiment configured to ensure the safety of firefighters. In another embodiment of the present invention, the systems and methods may be configured to support the activity of any number of other emergency or special forces deployments.
구체적으로, 본 발명은 이동 단말기들, 무선 라우터들 및 적어도 하나의 제어기를 포함하는 무선 장치들의 네트워크, 구체적으로 이동 무선 임시 피어-투-피어 네트워크를 빌딩과 같은 3차원 배치 영역 내에 배치하여, 통신, 식별 및 위치 계산이 빌딩 구조에 관계없이 이루어질 수 있고, 사용자가 화재 및 구조 시나리오에서의 소방수와 같은 표적 자산이 원하는 기간보다 긴 기간 동안 소정의 사용자 지시 영역 내에 머무르고 있는지를 결정하여, 표적 자산, 및 표적 자산이 위치하는 빌딩의 층수와 같은 위치를 식별하는 알람을 생성할 수 있는 시스템 및 방법을 제공한다. 본 명세서에 설명되는 본 발명의 일 실시예에 따른 사건 및 사람 관리 시스템은 화재가 발생한 빌딩과 같은 사건 영역 내의 위급한 사람들을 추적하기 위한 수단을 제공하도록 설계된다. 사람들의 위치는 빌딩 층 및/또는 구역에 의해 보고된다. 이 시스템은 또한 실시간 사람 위치 정보 및 경고 상태 표시자들에 대한 액세스를 제공한다. 시스템에 의해 관리되는 부수적인 사람 데이터(Ancillary personnel data)는 유닛 번호, 이름, 할당, 및 무선 주파수의 할당치를 포함하는 속성을 포함한다. Specifically, the present invention places a network of wireless devices comprising mobile terminals, wireless routers and at least one controller, specifically a mobile wireless temporary peer-to-peer network, within a three-dimensional deployment area, such as a building, to communicate Identification and location calculations can be made regardless of the building structure, and determine whether the target asset, such as a firefighter in a fire and rescue scenario, remains within a given user indication area for a longer time period than desired. And a system and method capable of generating an alarm that identifies a location, such as the number of floors of a building where the target asset is located. The incident and person management system according to one embodiment of the present invention described herein is designed to provide a means for tracking emergency people in an incident area, such as a building in which a fire occurred. People's locations are reported by building floors and / or zones. The system also provides access to real-time person location information and alert status indicators. Ancillary personnel data managed by the system includes attributes including unit numbers, names, assignments, and radio frequency assignments.
이러한 유형의 시스템은 MEATM 무선 기술을 이용하여 가능해질 수 있다. 이러한 기술은 MeshNetworksTM WMC6300 무선 트랜시버와 같은 복수의 무선 트랜시버, 및 무선 임시, 스케일 가능 라우팅 기술들을 이용한다. 이 예에서 트랜시버는 부적당한 RF 환경에서도 강건한 전파방송(over-the-air) 데이터 전송을 용이하게 하기 위하여 MeshNetworksTM QDMA 모뎀과 같은 모뎀을 이용한다. 이 트랜시버는 MeshNetworksTM 스케일 가능 라우팅(MSR) 프로토콜 및 지리 위치 솔루션과 결합되어, 사용자가 밀도 높고, 스케일 가능한 임시 멀티 홉핑 네트워크를 단 하나의 실패점도 없이 즉시 배치할 수 있게 해준다. 요컨대, 시스템은 음성, 비디오 및 데이터를 전송할 수 있고, 또한 네트워크 경계 내에 상주하는 소정 요소들의 상대 위치를 계산할 수 있는 임시, 무선, 멀티 홉핑 통신 구조를 포함한다. 이 시스템의 임시성은, 이 시스템이 간단하게 배치될 수 있고, 거칠거나 일정하게 변하는 물리적 조건에 처해 있을 때에도 ICC(Incident Command Console)로의 중요한 정보의 적시 전달을 보장하기 위하여 모든 네트워크 노드 사이의 완전한 접속을 형성할 수 있게 하는 여러 속성들 중 하나이다. This type of system can be enabled using MEA ™ radio technology. This technique uses a plurality of wireless transceivers, such as the MeshNetworks ™ WMC6300 wireless transceiver, and wireless ad hoc, scalable routing techniques. In this example, the transceiver uses a modem, such as a MeshNetworks ™ QDMA modem, to facilitate robust over-the-air data transmission even in inadequate RF environments. This transceiver, combined with the MeshNetworks ™ Scalable Routing (MSR) protocol and geolocation solution, allows users to deploy dense, scalable, ad hoc multi-hopping networks on the fly without a single point of failure. In sum, the system includes a temporary, wireless, multi-hop communication structure capable of transmitting voice, video and data, and also computing the relative position of certain elements residing within the network boundary. The temporary nature of this system makes it simple to deploy and provides complete connectivity between all network nodes to ensure timely delivery of critical information to the Incident Command Console (ICC) even when faced with harsh or constantly changing physical conditions. It is one of several properties that make it possible to form.
아래에 더 상세하게 설명하는 바와 같이, 시스템은 특히, MEATM ICC, 복수의 FIR(Floor Indicating Routers) 및 적어도 하나의 MeshTrackerTM (MT) 장치를 더 포함한다. MEATM ICC는 터치 스크린 디스플레이를 구비한 윈도우 기반 PC를 포함하며, 따라서 간단한 사용자 인터페이스를 제공한다. 사건 관리 애플리케이션은 이 PC 상에서 실행되며, MEATM 무선 네트워크 카드를 통해 MEATM 네트워크 구조에 접속된다. 지휘 콘솔은 완전 독립식(self-contained)이며, RIC(Rapid Intervention Crew)의 리더와 같은 사건 현장을 관리하는 사람들에 의해 모니터링되도록 의도된다. 사건 관리 애플리케이션은 실시간 사람 위치 및 식별 정보의 그래픽 표시를 제공하도록 의도된다. 구체적으로, 사건 지휘 콘솔에 의해 보고되는 데이터는 사건 영역 내의 모든 사람의 위치, 유닛 번호, 이름, 무선 주파수의 할당치; 각 개인에 가장 가까운 FIR(일반적으로 출입점(ingress/egress point)) 및 범위; 분대(squad)로(대장/분대 리더를 통해) 또는 개별로 사람들을 표시할 수 있는 능력; 개인과의 네트워크 통신의 실패 또는 FIR과의 통신의 실패는 물론 각 개인의 알람 상태를 포함한다.As described in more detail below, the system further includes, in particular, a MEA ™ ICC, a plurality of Floor Indicating Routers (FIRs), and at least one MeshTracker ™ (MT) device. The MEA ™ ICC includes a Windows-based PC with a touch screen display, thus providing a simple user interface. Event management application is executing on the PC, is connected to the network structure through the MEA MEA TM TM wireless network card. The command console is completely self-contained and is intended to be monitored by people who manage the event site, such as the leader of the Rapid Intervention Crew. The event management application is intended to provide a graphical representation of real time person location and identification information. Specifically, the data reported by the event command console may include the location, unit number, name, radio frequency assignments of everyone in the event area; The FIR (generally the ingress / egress point) and range closest to each individual; Ability to mark people as squads (via captain / squad leader) or as individuals; Failure of network communication with an individual or failure of communication with an FIR, as well as alarm status of each individual is included.
층 표시 라우터(FIR)는 전술한 바와 같이 FCC/UL 인증 MEATM 무선 트랜시버 카드를 사용하는 작은 휴대형 장치이다. 이들 장치는 사건 영역 주위의 정적 기준점으로서 배치된다. 이들 장치는 일반적으로 RIC와 같은 현장 사람들이 사건 현장에 도달한 후에 이들에 의해 배치된다. FIR은 계단통(stairwells) 내의 기둥에 엘리베이터 샤프트에 가까이, 즉 진입점 및 출구점에 배치된다. 다수의 FIR 기둥이 필요에 따라 시스템의 무선 커버리지 영역 및 신뢰성을 증가시키기 위해 배치될 수 있다. 이 예에서 FIR 장치는 휴대형이며, 12 온스 미만의 중량을 가지며, 5 시간의 배터리 수명을 갖는다. 이 장치는 제2 ISM 대역(2.40-2.48 GHz 범위)에서 동작하며, +25 dbm의 송신 전력을 갖는다.Floor Indication Routers (FIRs) are small portable devices that use FCC / UL certified MEA ™ wireless transceiver cards as described above. These devices are placed as static reference points around the event area. These devices are typically deployed by field people, such as the RIC, after they reach the event site. The FIR is placed close to the elevator shaft, i.e. at the entry and exit points, on the column in the stairwells. Multiple FIR pillars can be placed as needed to increase the wireless coverage area and reliability of the system. In this example, the FIR device is portable, weighs less than 12 ounces and has a battery life of 5 hours. The device operates in the second ISM band (range 2.40-2.48 GHz) and has a transmit power of +25 dbm.
MeshTrackerTM(MT) 장치는 위치를 추적하고 책임을 지는 현장 사람들이 소지하는 이동 장치, 즉 이동 단말기로서 사용되도록 의도되는 점을 제외하고는 형태적으로 FIR과 유사하다. MeshTracker는 MEATM 위치 기술을 이용하여 사건 현장 내의 상대 위치를 계산하는데, 이는 후술하는 바와 같이 사건 영역 내에 배치된 FIR 장치들과의 무선 상호작용에 의해 달성된다. MT들은 배치된 FIR들 및 다른 MT들을 임시 무선 통신 구조로서 이용하여 중요한 정보를 지휘 콘솔로 중계한다. MeshTracker ™ (MT) devices are morphologically similar to FIR, except that they are intended to be used as mobile devices, i.e. mobile terminals, owned by field people responsible for tracking and accounting for locations. MeshTracker uses MEA ™ location technology to calculate the relative location within the event scene, which is accomplished by wireless interaction with FIR devices placed within the event area as described below. The MTs use deployed FIRs and other MTs as a temporary wireless communication structure to relay important information to the command console.
전술한 바와 같이, 이 시스템에서 백본 및 데이터 전달 메카니즘으로서 기능하는 기초 기술은 간단한 배치 가이드라인을 이용하여 심각한 의존성 없이 배치가 빠르게 수행되는 것을 허용하는 MeshNetworkTM 임시 멀티 홉핑 네트워킹 솔루션인 MEATM이다. 네트워크는 두 가지 방법 중 하나를 이용하여 배치되는데, 즉 네트워크 기반 컴포넌트들(FIR들)은 빌딩 관리 및 안전 시스템의 일부로서(예를 들어, 각 층의 "Exit" 표시에 결합되어) 사전 배치되거나, 사건이 발생할 때 배치될 수 있다. 네트워크가 언제 배치되는지와 관계 없이, 배치 가이드라인은 이제부터 설명되는 바와 같이 동일하다.As mentioned above, the underlying technology that serves as the backbone and data delivery mechanism in this system is MEA ™ , a MeshNetwork ™ temporary multi-hop networking solution that allows deployment to be performed quickly without significant dependencies using simple deployment guidelines. The network is deployed in one of two ways: network-based components (FIRs) are pre-deployed as part of the building management and safety system (eg, combined with the "Exit" marking on each floor) or It can be deployed when an event occurs. Regardless of when the network is deployed, the deployment guidelines are the same as will now be described.
먼저, 지휘소가 배치되고 ICC를 통해 사건이 관리되는 장소인 지휘소가 설치된다. 이 장소는 사건 영역 내의 적어도 2개의 FIR에 대한 무선 접속을 허용해야 한다. 지휘 콘솔과 FIR 네트워크 간의 접속성은 수백 내지 수천 피트의 범위로 달성될 수 있다. First, a command post is established, a place where events are managed through the ICC. This location should allow radio access to at least two FIRs in the incident area. Connectivity between the command console and the FIR network can be achieved in the range of hundreds to thousands of feet.
FIR들은 진입점 및 출구점 외측의 기둥에(일반적으로 계단통 및/또는 엘리베이터 샤프트 내에 또는 그 근처에) 배치된다. FIR들은 자산이 추적되는, 일반적으로 화재 층 및 스테이징 영역인 층들 및 영역들 상에 그리고 그 주위에 배치된다. 각각의 FIR은 층 및 기둥에 논리적으로 연결된다. 각각의 FIR에 대한 층 및 기둥 정보는 지휘 콘솔 내에 사전 로딩되거나, 사건 지휘자에 의해 GUI를 통해 실시간으로 구성될 수 있다. 시스템은 하나의 FIR 기둥만이 배치될 때 위치 정보를 제공할 수 있지만, 보다 많은 수의 FIR 기둥의 배치는 위치 정확도를 향상시키고, 감독 영역을 증가시키며, 임의의 장치가 열 또는 낙하 파편으로 인해 파손되는 경우에 필요한 중복성(redundancy)을 보장한다. 단일 FIR 기둥은 일반적으로 층당 약 200,000 제곱 피트의 커버리지를 제공하거나, 고층 구조에서 250 피트의 커버리지 반경을 제공하면서 95% 이상의 사례들에서 정확한 위치를 제공한다. 커버리지 영역의 크기 및 찾은 위치의 정확도는 각 층에 사용된 분할 방법 및 재료에 의해 크게 영향을 받는다. FIR들의 네트워크가 배치된 후, 사건 영역 내의 MeshTrackerTM를 이용하여 사람들로부터의 위치 갱신이 자동으로 ICC에 보고된다.The FIRs are arranged at the poles outside the entry and exit points (generally in or near the stairwell and / or elevator shaft). FIRs are placed on and around the layers and areas where the asset is tracked, typically the fire floor and staging area. Each FIR is logically connected to layers and columns. Floor and column information for each FIR may be preloaded in the command console or configured in real time via the GUI by the event commander. The system can provide positional information when only one FIR column is placed, but the placement of a larger number of FIR columns improves position accuracy, increases the area of oversight, and any device is caused by thermal or falling debris. It guarantees the necessary redundancy in the event of a failure. A single FIR column generally provides about 200,000 square feet of coverage per floor, or provides a precise location in more than 95% of cases while providing a coverage radius of 250 feet in a high rise structure. The size of the coverage area and the accuracy of the location found are greatly influenced by the division method and material used for each layer. After the network of FIRs is deployed, location updates from people are automatically reported to the ICC using MeshTracker ™ in the event area.
도 1은 FIR들(106)이 전술한 방식으로 배치된 계단(102) 및 엘리베이터 샤프트(104)를 갖춘 빌딩(100)을 나타내는 개념 블록도이다. 도 1의 범례는 소방수(108), 위치 기준 FIR들(106), 데이터 링크, 및 전술한 ICC(111)가 위치하는 사건 지휘자(디스패쳐; 110)에 대한 심볼들을 나타낸다. FIR들(106)은 위치 기준을 제공하는 것 외에도 층들을 가로지르는 네트워크 접속 및 층들 간의 네트워크 접속을 보장한다. 사건 지휘자가 사건 영역으로부터 너무 멀리 위치하는 경우, 모든 무선 컴포넌트들을 하나의 네트워크로 접속시키기 위해 보조 무선 라우터들(이 도면에는 도시되지 않음)이 배치되어야 한다. 이들은 이중 기능성을 제공하므로, FIR들은 종종 무선 라우터(WR)로 지칭된다. 1 is a conceptual block diagram illustrating a
도 2는 FIR(106) 내의 컴포넌트들의 예를 나타내는 블록도이다. 도시된 바와 같이, 각각의 FIR(106)은 적어도 하나의 모뎀(112), 및 메모리에 대한 데이터 저장 및 검색은 물론 모뎀(112)의 송수신 동작을 제어하기 위한 제어기(114)를 포함한다. 이 예에서 모뎀(112)은 MeshNetworksTM WMC6300 무선 트랜시버를 이용하는 MeshNetworksTM QDMA 모뎀이다. FIR(106)은 예를 들어 위에 참조된 특허 출원들에 설명된 바와 같이 임시 무선 통신 네트워크에서 무선 노드로서 동작한다. 각각의 FIR(106), 또는 선택된 FIR들(106)은 FIR(106)이 배치되는 환경에 관한 정보를 지휘 콘솔에 제공하기 위하여 열 센서, CO 센서 등과 같은 센서들을 포함할 수 있다. 따라서, 소방수들은 FIR들(106)의 센서들이 예를 들어 극심한 열로 인해 특히 위험한 것으로 표시하는 영역들을 피하거나 그 영역들에서 극도의 경계를 요하도록 권고될 수 있다. 2 is a block diagram illustrating an example of components within
도 3은 각각의 소방수(108)가 그의 이동 단말기(116)를 이용하여 이동 단말기(116)의 전송 범위 내의 다른 소방수들과 통신할 수 있도록 하기 위하여, 그리고모든 소방수의 이동이 후술하는 바와 같이 추적될 수 있도록 하기 위하여 각각의 소방수(108)에게 발행될 수 있는 MeshTrackerTM 이동 단말기(MT)(116)의 예를 나타내는 블록도이다. 이동 단말기(116)는 핸드 프리 동작을 보장하는 마이크로폰 및 이어폰을 구비한 헤드셋을 포함할 수 있다. 방향을 제공하기 위한 디지털 컴퍼스도 포함될 수 있고, 모션 센서가 소방수가 움직임이 없는 경우에 보고할 수 있다. 이들 모든 장치는 일반적인 오퍼레이터 소지품의 일부인 배터리에 접속될 수 있다. 3 allows each firefighter 108 to use his
이동 단말기(116)의 마이크로폰 및 이어폰은 모뎀(118), 제어기(120) 및 음성 프로세서(122)를 포함하는 3개의 주요 컴포넌트를 갖는 소형 트랜시버에 접속될 수 있다. 프로그램 코드 및 동작 파라미터로서 제어기 메모리에 저장된 소프트웨어는 이동 단말기의 모든 컴포넌트의 동작을 제어한다.The microphone and earphone of the
모뎀(118)은 송신기 및 수신기를 이용하여 네트워크의 다른 컴포넌트들과의 무선 통신을 제공한다. 송신기 및 수신기의 동작은 한 세트의 레지스터로서 구성된 메모리에 적절한 데이터 및 코드를 저장함으로써 제어된다. 수신기 및 송신기는 모뎀 상태 및 실행된 기능들의 결과에 대한 피드백을 제공하기 위해 메모리 레지스터들을 이용한다. 제어기(120)는 메모리 버스를 통해 모뎀(118)에 결합된다. 제어기(120)는 CPU, 및 데이터 및 모뎀 기능을 제어하는 프로그램의 코드를 저장하기 위한 메모리를 포함한다. 이것은 메모리 버스를 통해 모뎀 레지스터들에 데이터를 기입하고 모뎀 상태를 발견하기 위해 모뎀 레지스터들을 판독함으로써 모뎀(118)의 동작을 제어한다. 이 예에서 모뎀(118)은 MeshNetworksTM WMC6300 무선 트랜시버를 이용하는 MeshNetworksTM QDMA 모뎀이다. 이동 단말기(116)는 예를 들어 위에 참조된 특허 출원들에 설명된 바와 같이 임시 무선 통신 네트워크에서 이동 무선 노드로서 동작한다.The
또한, 이동 단말기(116)의 음성 프로세서(122)는 제어기(120)에 결합되며, 적어도 2개의 독립 컴포넌트, 즉 인코더 및 디코더를 포함한다. 인코더는 마이크로폰에 의해 수신된 사운드를 숫자들의 스트링으로 변환하며, 디코더는 숫자들의 스트링을 다시 사운드로 변환하는데, 이 사운드는 스피커 또는 이어폰으로 전송된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 음성 프로세서(122)는 메모리 버스를 통한 제어기 메모리에 대한 액세스를 더 포함한다. 또한, 디지털 컴퍼스도 헤드셋 내에 포함될 수 있는데, 이 컴퍼스는 적절히 배치될 때 오퍼레이터의 머리의 방향을 표시하며, 따라서 오퍼레이터의 현재 위치에 대한 각도(즉, 2시에서 20 피트)를 이용하여 방향을 식별할 수 있다. 모션 센서(도시되지 않음)도 트랜시버에 포함될 수 있다. 이것은 소방수가 소정 기간 동안 움직이지 않는 경우에 자동으로 보고할 수 있다. 모션 센서와 동일한 효과를 갖는 푸시 버튼도 포함될 수 있다. 소방수는 도움이 필요한 경우에 버튼을 누를 수 있다. 버튼을 누르는 동작은 주 제어부, 예를 들어 ICC(111)에 대한 한 세트의 데이터 메시지를 생성하는 트랜시버 소프트웨어로 전송된다. 주 제어부는 이들 메시지를 수신한 때 어느 소방수가 도움이 필요한지, 그리고 그의 현재 위치가 어디인지를 나타내는 경보를 사건 지휘자에게 발한다. The
이제, 비상 시나리오에서 전술한 시스템의 동작의 일례가 설명된다.An example of the operation of the system described above in an emergency scenario is now described.
RIC(Rapid Intervention Crew)이 각각의 소방 작업에 배속된다. 소방수들이 화재를 진압하고 있는 동안, RIC 팀은 누군가 구조가 필요한 사고에 대기하고 있다. 임의의 소방수 또는 그룹이 호출시 응답이 없거나, 이들이 도움을 요청하는 경우, RIC는 행동에 들어가 구조 작업을 진행한다. 먼저, 이들은 구조할 소방수들이 지금 어디에 있는지를 확인한 후 그들의 구조를 진행해야 한다. 현재 구현되는 절차는 검색을 개시한 곳으로부터, RIC가 구조를 요하는 소방수들의 알려진 처음부터 마지막 위치까지 진행하는 것을 요구한다. 화재가 다층 빌딩에서 발생한 경우, 하나의 중요한 성공 요소는 검색이 시작되어야 하는 정확한 층을 빠르게 식별할 수 있는 능력이다.Rapid Intervention Crew (RIC) is assigned to each firefighting task. While firefighters are battling the fire, the RIC team is waiting for someone in need of rescue. If any firefighters or groups do not respond to the call, or if they call for help, the RIC enters the action and proceeds with rescue operations. First, they must identify where the firefighters are to rescue now and proceed with their rescue. Currently implemented procedures require the RIC to proceed from the beginning of the search to the last known location of firefighters in need of rescue. In the event of a fire in a multi-storey building, one important success factor is the ability to quickly identify the exact floor where the search should begin.
빌딩 건축에 공지된 바와 같이, 현대의 다층 빌딩들은 강철로 보강된 콘크리트 층을 갖는 반면, 구식 빌딩들은 목재와 같은 또 하나의 재료로 이루어진 층들을 가질 수 있다. 무선 에너지의 흡수는 무선파가 콘크리트를 통과할 때 더 크며, 목재판을 통과할 때는 그렇게 크지 않다. 결과적으로, 콘크리트 층들을 가진 빌딩에서는 무선파가 단지 수개 층만을 통과할 수 있는 반면, 목재 층들을 가진 빌딩에서는 무선파가 많은 층을 통과할 수 있게 된다. As is known in building construction, modern multi-storey buildings have concrete layers reinforced with steel, while older buildings may have layers of another material, such as wood. The absorption of radio energy is greater when radio waves pass through concrete, and not so much when passing through wooden boards. As a result, in buildings with concrete floors, radio waves can only pass through several floors, while in buildings with wooden floors, radio waves can pass through many floors.
위에서 간단히 설명한 바와 같이, 도 1은 계단통(102)(우측) 및 엘리베이터(104)(좌측) 상에서 나아가는 RIC 사람들이 진행하는 구조 동작을 보여준다. 상황에 따라, RIC는 계단 및 엘리베이터를 이용하여 많은 층에서 빌딩에 접근할 수 있다. 도시된 바와 같이, 계단통(102) 내에, 그리고 각 층의 엘리베이터 샤프트(104) 옆에 무선 층 표시 라우터 FIR(wireless floor-indicating router)(106)가 존재한다. 신호들은 층 및 벽을 통과할 때 에너지를 잃기 때문에, FIR(106)은 FIR(106)과 동일한 층에 있지 않은 소방수와는 통신할 수 없을 수 있다. As briefly described above, FIG. 1 shows the rescue operation progressed by RIC people proceeding on stairwell 102 (right) and elevator 104 (left). Depending on the situation, the RIC can access the building from many floors using stairs and elevators. As shown, there is a wireless floor-indicating router (FIR) 106 in the
RIC 구조 팀은 RIC가 최초로 화재 현장에 도달한 때 각 층에 하나의 라우터를 배치하는데, 이는 RIC가 비상이 선언된 순간으로부터 단지 수초 내에 특정 소방수가 위치하는 층수를 발견할 수 있게 해준다. 모든 FIR(106)은 가능한 한 수직선에 가깝게 배치되어야 하는데, 이는 목재 층을 가진 빌딩들 내의 계단통의 동일 코너에 라우터들을 배치하거나, 금속 또는 콘크리트 층을 가진 빌딩들 내의 계단 난간(stair rail)상에 라우터들을 매닮으로써 실현될 수 있다. 하나 이상의 엘리베이터 샤프트를 가진 더 높은 빌딩에서, FIR들(106)은 엘리베이터들이 상향 이동할 때 엘리베이터들로부터 배치될 수 있다. 즉, 엘리베이터가 각 층에 정지할 때, FIR(106)은 엘리베이터 문 가까이 배치되어, 모든 FIR(106)이 가능한 한 수직선에 배치되는 것을 보장할 수 있다. The RIC rescue team will place one router on each floor when the RIC first arrives at the fire site, allowing the RIC to find the number of floors in which a particular firefighter is located within seconds of the emergency declared. All
이제 설명하는 바와 같이, 층수는 본 발명의 일 실시예에 따라 비행 시간(TOF) 및 수신 신호 강도 표시자(RSSI) 데이터를 이용하여 발견된다.As will now be described, the number of floors is found using time of flight (TOF) and received signal strength indicator (RSSI) data in accordance with one embodiment of the present invention.
빌딩 내의 무선 신호의 전파는 MT를 이용하여 무선 FIR(106)과 소방수 사이의 정확한 거리를 결정하는 것을 불가능하게 하는 다수의 반사에 영향을 받는다. 빌딩 내의 무선 신호의 전파는 무선파가 층 및 벽을 통과할 때 높은 에너지 흡수에도 영향을 받는다. 흡수 레벨은 방해물의 두께 및 조성에 의존한다. 강철로 보강된 콘크리트 벽 및 층은 상승된 흡수 레벨을 갖는 반면, 목재 또는 마른 벽은 무선파 에너지에 대해 보다 적은 효과를 갖는다. 매체는 균일하지 않으므로, RSSI에 기초하여 소방수와 무선 라우터 간의 정확한 거리를 계산하는 것은 거의 불가능하다.The propagation of wireless signals in buildings is subject to a number of reflections that make it impossible to determine the exact distance between the
본 명세서에 설명되는 본 발명의 실시예에 따른 시스템 및 방법은 소방수가 위치하는 층을 식별하기 위해 TOF 및 RSSI 양자를 이용한다. 모든 라우터로부터 수신된 RSSI 및 TOF 값은 층수의 평가에 사용되기 전에 필터링된다. RSSI 및 TOF 데이터는 소방수까지의 정확한 거리를 나타내지 못할 수 있지만, 필터링된 데이터는 목표 이동 장치로 최소 TOF 및 최상의 RSSI를 동시에 제공하는 FIR이 위치하는 층을 발견하기 위해 비교될 수 있다. Systems and methods in accordance with embodiments of the invention described herein utilize both TOF and RSSI to identify the floor on which the firefighter is located. RSSI and TOF values received from all routers are filtered before they are used for the assessment of floor numbers. The RSSI and TOF data may not represent the exact distance to the firefighter, but the filtered data may be compared to find the floor where the FIR is located that simultaneously provides the minimum TOF and the best RSSI to the target mobile device.
도 4-7에 설명된 흐름도에 나타난 동작들은 각 층에 스코어를 설정하고 최상의 스코어를 가진 층을 선택하기 위한 기술을 제공한다. 동일 기술이 TOF 및 RSSI 데이터에 따라 스코어를 설정하는 데 이용된다. 즉, 이 기술은 먼저, 이동 단말기(116)와 이동 단말기(116)가 수신할 수 있는 신호를 가진 FIR들(106) 사이에 수행되는 측정들의 수로 나눈 TOF의 최소값(또는 RSSI의 최소 절대값)을 찾는다. 가중된 TOF의 최소값을 제공하는 FIR(106)은 MT(116)가 위치할 가능성이 가장 큰 층을 나타내며, 그 스코어는 최대값으로 설정된다. 다음으로 가능성이 높은 층은 측정 수로 나눈 TOF의 최소값을 나머지 층들로부터 다시 검색함으로써 발견된다. 이 방법은 모든 층이 검색되고 각각의 층에 스코어가 할당된 때까지 적용된다. 2개의 층에 대해 발견된 검색 값이 거의 동일한 경우(예를 들어, 값들이 서로 5%의 차이 내에 있는 경우), 두 층의 스코어는 동일하게 설정된다. RSSI 및 TOF에 기초하여 각 층의 스코어를 계산한 후, RSSI 및 TOF 스코어들 양자를 더하여 일반 스코어가 계산된다. 최대 스코어에 매칭되는 층은 소방수가 위치하는 층으로 지정된다. The operations shown in the flow charts illustrated in FIGS. 4-7 provide a technique for setting scores in each layer and selecting the layer with the best score. The same technique is used to set the score according to the TOF and RSSI data. In other words, this technique first determines the minimum value of the TOF (or minimum absolute value of the RSSI) divided by the number of measurements performed between the
도 4-7의 알고리즘에 도시된 층 식별은 실시간으로 이루어진다. 전술한 바와 같이, 각각의 소방수는 그의 소지품의 일부로서 가입자 장치(즉, MT(116))를 갖는다. 사건 지휘자, 예를 들어 고참 소방 대장 또는 상관은 전술한 바와 같이 예를 들어 도 8-19에 도시된 바와 같이 연속으로 각각의 소방수의 위치를 표시하는 MEATM 사건 지휘 콘솔(111)과 같은 컴퓨터를 갖는다. The layer identification shown in the algorithm of FIGS. 4-7 is made in real time. As mentioned above, each firefighter has a subscriber device (ie MT 116) as part of his belongings. The event commander, for example, a senior fire chief or superior, may use a computer such as the MEA ™ event command console 111 that displays the location of each firefighter in a row as described above, for example, as shown in FIGS. 8-19. Have
각각의 MT(116)는 그가 통신할 수 있는 모든 무선 라우터(즉, FIR들(106))와 범위 메시지를 교환한다는 점에 유의한다. MT(116)가 그의 전송 범위 내의 FIR들(106)의 리스트를 결정할 때, MT(116)는 FIR들(106)의 리스트, 그들 각각에 대한 TOF, 및 전파 범위 내의 각각의 FIR(106)로부터 수신된 신호의 RSSI를 포함하는 정보(즉, 데이터 패킷)를 ICC(Incident Commander Computer)(111)로 전송한다. ICC(111)는 전술한 지휘 콘솔(110) 내에 위치할 수 있다. ICC(111)는 임시 네트워크의 멀티 홉핑 능력을 통해 FIR(106) 및 MT(116)로부터 데이터를 수신하고, 층수 계산을 수행하며, 각각의 소방수가 위치하는 층수를 표시한다. GUI 출력을 이용한 실시간 프로세스는 3개의 상이한 컴포넌트, 즉 초기화, 데이터 수집, 및 GUI 갱신을 이용한 계산을 필요로 한다. Note that each
초기화 동작은 ICC(111)가 시작될 때 실행된다. 초기화 동작의 일례가 도 4에 도시되어 있다.The initialization operation is executed when the ICC 111 starts up. An example of the initialization operation is shown in FIG.
초기화의 일부로서, 단계 1000에서, 빌딩(100) 내의 층 수(nFloors) 및 계단통 수(nStairs)는 물론 층수의 계산에 엄격하게 관련되지는 않고 본 명세서에 제공되지 않는 다른 정보가 설정된다. 단계 1010, 1020, 1030 및 1040에서, 변수들 Count, TOF, RSSI 및 FIRID의 값들이 모두 소거된다(즉, 0으로 설정되지만, FIRID는 텍스트 변수이므로 공백으로 설정된다). 초기화 프로세스는 단계 1050에서 종료된다.As part of the initialization, in
MT들(116)이 이용 가능한 데이터를 가질 때, 이들은 데이터 패킷을 ICC(111)로 전송한다. 따라서, 도 5에 도시된 데이터 수집 작업은 데이터가 수신될 때 활성화된다. ICC GUI는 ICC가 동작들의 진행에 대해 계속 통보 받을 수 있도록 주기적으로 갱신되어야 한다. 따라서, 층수의 계산이 선행되어야 하는 GUI의 갱신은 주기적 타이머에 의해 활성화된다. 애플리케이션은 그 자신의 데이터 구조를 유지한다. 이 데이터 구조는 nFloors 만큼 많은 라인들 및 nStairs 만큼 많은 열을 각각 가진 4개의 컴포넌트를 갖는다.When the
이제, 도 4-7에 표시된 변수 및 어레이가 간단히 설명된다.Now, the variables and arrays shown in FIGS. 4-7 are briefly described.
FIRID(FIR 식별자를 나타냄)는 각각의 FIR(106)의 식별자들을 가진 어레이이다. 각각의 FIR 식별자는 FIR이 배치된 층수와 연관된다. 이것은 동일 층에 배치된 모든 FIR이 층 상의 위치에 관계없이 행렬의 동일 라인에 있다는 것을 의미한다. MT(116)는 무선 에너지 흡수로 인하여 동일 층 상의 모든 FIR과 통신할 수 없을 수 있기 때문에, FIRID 테이블 내의 위치들의 일부는 사용되지 않은 상태로 유지될 수 있다. 소방수가 빌딩 주위에서 이동할 때, 새로운 FIR 식별자들이 테이블에 추가되지만, 오래된 FIR 식별자들은 제거되지 않는다. FIRID (which represents the FIR identifier) is an array with the identifiers of each
Count 행렬은 SD가 각각의 FIR에 대해 보고하는 범위 메시지들의 수의 카운트를 포함한다. The Count matrix contains a count of the number of range messages that the SD reports for each FIR.
RSSI 및 TOF 테이블은 FIRID와 동일한 구조를 갖는다. 이들은 각각의 FIR에 대해 기록된 RSSI 및 TOF의 필터링된 값을 포함한다.The RSSI and TOF tables have the same structure as the FIRID. These include the filtered values of RSSI and TOF recorded for each FIR.
도 5의 흐름도는 데이터 수집 펑션을 나타낸다. 펑션의 이름은 NewData이며, MT로부터 새로운 데이터 세트가 수신될 때마다 단계 1100에서 시작되어 활성화된다. NewData 펑션은 4개의 파라미터를 갖는데, 이들은 데이터가 수집된 FIR의 식별자를 나타내는 FIR, FIR에 대한 최종 TOF를 나타내는 FIR_TOF, 최종 수신 메시지에 대한 RSSI의 절대값을 나타내는 FIR_RSSI, 및 FIR이 배치되는 층수를 나타내는 FLOOR이다. 5 shows a data collection function. The name of the function is NewData, which is activated and started in
데이터 수집 펑션은 FIRID 테이블의 FLOOR 라인 내의 FIR 식별자의 위치를 발견한다. 단계 1110에서 결정되는 바와 같이 이것이 새로운 식별자인 경우, 단계 1120에서 테이블의 첫번째 공백 위치에 새로운 FIR 식별자가 추가된다. 단계 1130에서 표시되는 바와 같이 FIRj는 FLOOR 라인 상의 FIR 식별자의 열이다. The data collection function finds the location of the FIR identifier in the FLOOR line of the FIRID table. If this is a new identifier, as determined at
TOF 및 RSSI 값들은 단계 1140 및 1150에서 표시되는 바와 같이 크기 Count의 가변 크기 윈도우를 이용하여 초기에 필터링된다. MT와 FIR 사이에 교환되는 메시지들의 수가 소정의 값 MAX_IT보다 커질 때, 필터는 1/(MAX_IT+1)의 레이트를 갖는 무한 입력 필터로 변경된다. 그 효과는 표시된 바와 같이 단계 1160 및 1170에 의해 Count 테이블의 값들이 MAX_IT보다 커지는 것을 제한함으로써 달성된다.TOF and RSSI values are initially filtered using a variable size window of size Count as indicated in
흐름도의 단계 1180은 알고리즘이 너무 오래 전에 수집된 데이터를 "망각"하는 것을 보장한다. "망각"은 소방수가 하나의 FIR로부터 멀어져 다른 FIR에 접근할 수 있어서, 수집된 TOF 및 RSSI의 값들이 소방수의 새로운 위치에 따라 변경되므로 필요하게 된다. 알고리즘은 항상 0과 1 사이의 수치인 FORGET 인자의 값에 따라 더 빠르거나 느리게 망각한다. 인자가 0인 경우, 알고리즘은 어떤 것도 기억하지 못한다. 인자가 1인 경우, 알고리즘은 모든 것을 기억한다. 이러한 애플리케이션에 대해, 가장 일반적인 값은 FIR들로부터 데이터를 수집하는 빈도에 따라 .99 또는 .999이다. 이어서, 데이터 수집 프로세스는 단계 1190에서 종료된다.
도 6의 흐름도는 소방수의 층수를 계산하기 위한 펑션 GetFloorNumber를 나타낸다. 이 기능은 단계 1200에서 시작하며, 층들의 수 nFloors 만큼 많은 요소를 가진 2개의 로컬 정수 어레이를 이용한다. 이 펑션은 단계 1210에서 RSSIscore를, 단계 1220에서 TOFscore를 계산하기 위해 GetScore 펑션을 두 번 호출한다. 조합된 스코어는 각각의 독립적 기준보다 가능성 있는 층의 보다 정확한 추정을 제공한다. 빌딩 내의 반사로 인하여, TOF는 30 미터 정도로 큰 에러에 의해 영향을 받는 것이 측정되었다. 층들 간의 거리가 3 내지 6 미터인 것을 고려하면, 30 미터의 에러는 5 내지 10층의 층수 추정치의 에러를 의미한다. RSSI는 MT가 FIR로부터 수신하는 신호의 강도를 나타낸다. 모든 FIR은 동일한 전력으로 송신하고 있지만, 각 신호의 경로 길이는 각 층의 상이한 분할, 및 층의 흡수가 벽들의 흡수로부터 매우 상이하다는 사실로 인해 상이하다. 더욱이, MT와 MT가 통신하는 FIR들 사이의 벽들의 수는 각 층의 분할 방법에 의존하며, 따라서 이는 FIR마다 상이하다. 이 때문에, RSSI 정보는 그 자체로는 층수를 발견하는 데 사용될 수 없다. 따라서, 알고리즘은 각 층에 대한 스코어를 계산한 후, 양 기준을 이용하여 최고의 추가 스코어를 제공하는 층을 선택한다. 테스트들은 그 결과들이 매우 정확하다는 것을 보여 주었다. 흐름도의 단계 1230은 각 층에 대한 TOFscore와 RSSIscore를 더함으로써 계산된 최대 스코어에 기초하여 층수를 발견한다. 프로세스는 단계 1240에서 종료된다.6 shows a function GetFloorNumber for calculating the number of floors of firefighters. This function starts at
도 7은 GetScore 펑션의 흐름도의 예를 나타낸다. 이 펑션은 파라미터로서 RSSI 및 RSSIscore와 함께, 이어서 파라미터로서 TOF 및 TOFscore와 함께 도 6에서 전술한 단계들 1210 및 1220에 의해 호출된다. 이 펑션은 각각의 기준에 따라 각 층의 스코어를 계산한다. 7 shows an example of a flow chart of the GetScore function. This function is called by
이 펑션은 단계 1300에서 시작된 후, 단계 1310에서 모든 Score 값을 0으로 설정함으로써 시작한 다음, 단계 1320에서 일시 저장 temp 내에 Data(RSSI 또는 TOF)의 사본을 만든다. lastVal 및 Level도 단계 1330에서 초기화된다. Level 변수의 값은 중요하지 않지만, RSSI 및 TOF 양자에 대해 동일해야 한다.The function starts at
이 펑션은 기준(RSSI 또는 TOF)이 최상의 값을 갖는 층을 식별하는 루프를 갖는다. 단계 1340에서 층이 발견된 경우, 동일 층으로부터의 모든 다른 데이터가 무시되며, 다음 층이 식별된다. 단계 1350에서 결정되는 바와 같이 식별을 필요로 하는 층이 남아 있는 한, 이 펑션은 계속된다. 그러나, 그러한 층이 없는 경우에는 이 펑션은 단계 1360에서 종료된다. This function has a loop that identifies the layer whose reference (RSSI or TOF) has the best value. If a layer is found in
알고리즘의 실행 동안, temp의 내용이 단계 1370에서 제거된다. 이 때문에, Data의 내용은 단계 1320에서 temp로 복사되었다. During execution of the algorithm, the contents of temp are removed at
2개 층이 값의 5%보다 작은 차이를 갖는 값들을 갖는 경우, 이들은 단계 1380, 1390 및 1400에서 표시되는 바와 같이 Level 변수에 대해 동일한 값을 유지함으로써 동일 스코어를 받는다. 값들이 상이한 경우, 각 층에 대한 스코어는 상이한데, 이는 단계 1420에서 Level의 값이 각각의 발견된 층과 함께 감소되기 때문이다. 단계 1410에서, lastVal은 기준의 최소값인 minVal의 이전 값을 나타낸다. 각 층에 대해 최소값이 발견되고, 스코어가 이들 최소값을 분류한 결과에 따라 설정되는 경우, 동일한 결과가 얻어질 수 있다.If the two layers have values with a difference less than 5% of the values, they receive the same score by keeping the same value for the Level variable as indicated in
전술한 바와 같이, 도 8-19는 전술한 방식으로 결정된 소방수들의 위치에 기초하여 ICC에 의해 생성되는 디스플레이 스크린들의 예를 나타낸다. 예를 들어, 도 8은 소방수들이 빌딩에 들어가기 전의 초기 디스플레이 윈도우를 나타내며, 도 9는 상이한 유형의 사람들 및 조건들을 나타내는 디스플레이 윈도우 상에 표시될 수 있는 심볼들을 나타내도록 확장된 "범례 탭"을 구비한 초기 디스플레이 윈도우를 나타낸다. 도 10은 각 층에 FIR들이 배치된 빌딩의 4개 층의 디스플레이를 나타내며, 도 11은 대대 지휘자가 바닥층 또는 유럽의 넘버링 규약을 이용한 빌딩의 "층 0"인 스테이징 층에 들어간 것을 나타내는 심볼(대장의 봉)을 나타낸다. 도 12는 빌딩의 층 2에 사다리 유닛이 들어간 것을 나타내며, 도 13은 층 2의 사다리 유닛의 세 사람(즉, 한명의 대장 및 두명의 소방수)의 상세를 나타낸다. 도 14는 층 2의 확장된 디스플레이 뷰를 나타낸다. 도 15는 층 2의 알람 상태를 나타내며, 도 16은 알람이 확인되었음을 나타낸다. 도 17은 선택된 사람(이 예에서 대장)의 상세 및 대장으로부터 가장 가까운 FIR(106)까지의 거리를 나타낸다. 이 예에서, 대장은 "A"로 표시된 FIR(206)으로부터 2.9 피트 떨어져 있다. 도 18은 FIR(이 경우, 2C로 표시된 FIR)이 신호를 잃은 때의 디스플레이의 예를 나타내는데, 이는 FIR이 손상되거나 파괴되었을 수 있다는 것을 의미한다. 도 19는 다층 디스플레이 및 각 층의 사람들의 일례를 나타낸다. 물론, 시스템은 임의의 원하는 포맷으로 정보를 표시하도록 수정될 수 있다.As mentioned above, FIGS. 8-19 show examples of display screens generated by the ICC based on the location of firefighters determined in the manner described above. For example, FIG. 8 shows an initial display window before firefighters enter a building, and FIG. 9 has a “legend tab” expanded to show symbols that can be displayed on a display window representing different types of people and conditions. One initial display window is shown. FIG. 10 shows a display of four floors of a building with FIRs placed on each floor, and FIG. 11 shows a symbol indicating that the battalion conductor entered the floor or “staging 0” floor of the building using the European numbering convention. Rods). FIG. 12 shows a ladder unit entered into the second floor of the building, and FIG. 13 shows details of three people (ie one captain and two firefighters) of the ladder unit on the second floor. 14 shows an expanded display view of
또한, 도 20은 도 8-19에 도시된 스크린들 상에 표시되고 있는 빌딩의 한 층, 및 임의 자산(예를 들어, 소방수들)이 본 발명의 일 실시예에 따라 원하는 기간보다 긴 기간 동안 상기 층 상의 다수의 관심 영역(202-1, 202-2) 중 임의의 영역에 머무르고 있는지를 시스템이 결정할 수 있도록 ICC(111)의 사용자에 의해 지시되는 다수의 영역(202-1, 202-2)의 평면도(200)를 나타내는 ICC에 의해 생성된 디스플레이 스크린의 예를 나타낸다. 구체적으로, 표시를 생성하도록 ICC(111)와 연관된 그래픽 사용자 인터페이스 및 액티브 X 제어는 사용자가 예를 들어 유한 영역(예를 들어, 영역 202-1 또는 202-2)을 각각 정의하는 폴리 라인들의 세트들을 그리기 위하여 마우스 및/또는 키패드 또는 다른 제어들을 이용하여 디스플레이 상에 영역 또는 영역들(202-1 또는 202-2)을 정의하는 것을 가능하게 한다. 두개의 영역(202-1, 202-2)만이 도시되지만, 사용자는 임의의 원하는 크기를 각각 갖는 임의의 원하는 수의 영역을 지정할 수 있다. 액티브 X 제어는 디스플레이 상에 표시된 자산들(204-1 내지 204-5)(예를 들어, 전술한 소방수들)의 위치를 지정된 영역 또는 영역들(202-1, 202-2)의 위치와 연관시킨다.In addition, FIG. 20 illustrates a floor of a building being displayed on the screens shown in FIGS. 8-19, and for a period in which any asset (eg, firefighters) is longer than a desired period in accordance with one embodiment of the present invention. Multiple areas 202-1, 202-2 instructed by the user of the ICC 111 to allow the system to determine whether any of the multiple areas of interest 202-1, 202-2 on the floor are staying. An example of a display screen generated by the ICC, showing a
표적 자산(예를 들어, 자산 204-1)이 지정 영역(예를 들어, 202-1)에 들어갈 때, ICC(111)의 제어기는 타이머를 시동한다. 자산(204-1)이 사용자에 의해 설정될 수 있는 소정의 임계 시간(예를 들어, 수분 또는 임의의 원하는 기간)보다 긴 기간 동안 영역(202-1)에 머무르는 경우, ICC(111)의 제어기는 표적 자산(204-1) 및/또는 자산(204-1)과 관련된 임의의 속성들, 및 또한 영역(202-1) 내의 자산(204-1)의 위치를 식별하는 알람을 생성한다. ICC(111)의 제어기는 각각의 자산들(204-1 내지 204-5)이 각각의 지정 영역(202-1, 202-2) 중 임의의 영역에 머무르고 있는 각각의 시간들의 추적을 유지한다는 점에 유의한다. 또한, 영역들(202-1, 202-2)은 중첩될 수 있으며, 사용자는 각각의 영역(202-1, 202-2)에 대해 동일하거나 상이한 각각의 시간 임계치를 설정할 수 있음에 유의한다. When the target asset (eg, asset 204-1) enters the designated area (eg, 202-1), the controller of ICC 111 starts a timer. Controller of ICC 111 when asset 204-1 stays in region 202-1 for a period longer than a predetermined threshold time (e.g., minutes or any desired period) that may be set by the user. Generates an alarm that identifies the target asset 204-1 and / or any attributes associated with asset 204-1, and also the location of asset 204-1 within region 202-1. The controller of the ICC 111 maintains a track of the respective times in which the respective assets 204-1 through 204-5 are staying in any of the respective designated areas 202-1 and 202-2. Please note. Also note that regions 202-1 and 202-2 can overlap, and a user can set each time threshold equal or different for each of regions 202-1 and 202-2.
요컨대, 본 발명의 이러한 양태에 따르면, 표적 자산이 지정 영역에 들어갈 때 타이머가 시동된다. 이 타이머는 자산 및 영역에 관련된다. 자산이 영역 내에 있고, 타이머의 타임 아웃이 검출되는 경우, 알람이 생성된다. 자산이 영역 밖으로 나오는 경우, 이 자산 및 영역과 관련된 각각의 타이머가 초기값으로 재설정된다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 이 양태는 전술한 위치 시스템 특징과 함께 소방 작업에서, 또는 원하는 기간 동안 지정 영역 내의 자산 추적이 요구되는 임의의 다른 유형의 시나리오에서 이용될 수 있다. In short, according to this aspect of the invention, the timer is started when the target asset enters the designated area. This timer is related to assets and areas. If the asset is in an area and a timeout of the timer is detected, an alarm is generated. When an asset comes out of the zone, each timer associated with this asset and zone is reset to its initial value. As noted above, this aspect of the present invention may be used in conjunction with the location system features described above in fire fighting operations or in any other type of scenario where asset tracking within a designated area is desired for a desired period of time.
전술한 본 발명의 실시예들에서, 시스템 및 방법은 이동 네트워크 구성원들의 정확한 위치를 제공하며, 작업에 수반된 팀의 구성원들 간의 음성 교환을 가능하게 한다. 본 발명의 몇몇 실시예만이 위에서 상세히 설명되었지만, 이 분야의 전문가는 본 발명의 신규한 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어나지 않고 예시적인 실시예들에서 많은 변형이 가능함을 이해할 것이다. 따라서, 그러한 모든 변형은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 의도된다.In the above-described embodiments of the present invention, the system and method provide accurate location of mobile network members and enable voice exchange between members of a team involved in the task. Although only a few embodiments of the invention have been described in detail above, those skilled in the art will appreciate that many modifications are possible in the exemplary embodiments without substantially departing from the novel teachings and advantages of the invention. Accordingly, all such modifications are intended to be included within the scope of this invention.
Claims (20)
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-
2005
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