NO329285B1

NO329285B1 - Meldingsutvekslingssystem og -anordning

Info

Publication number: NO329285B1
Application number: NO20082556A
Authority: NO
Inventors: Bjorn Tveit; Lars Erik Olsen; Joakim Flathagen
Original assignee: Forsvarets Forsknings
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2008-05-30
Publication date: 2010-09-27
Also published as: NZ590207A; AU2009251996B2; US20120172078A1; NO20082556L; US8805430B2; EP2300969A1; WO2009145638A1; AU2009251996A1

Abstract

Et system og anordning for å muliggjøre sporing og kommunikasjon mellom enheter i et lag, typisk brukt for militær bruk eller redningsoperasjoner. Systemet, kjent som Kommando og Kontrollsystem, har en håndholdt sentralenhet med et display for å vise posisjoner for lagenheter og bærbare lagenheter som har GPS, kompass og radiokommunikasjonsfunksjon for sending og mottak av posisjoner og alarmer og for mottak av tekstmeldinger samt et display for å vise egne posisjoner og peilinger. Enhetene evner å sende data direkte eller videresendt mellom hverandre og hver enhet kan tildeles én eller flere roller.

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelsen gjelder et system og en anordning for trådløs kommunikasjon og nærmere bestemt et kommunikasjonssystem bestående av en sentral enhet og bærbare lagenheter med posisjoneringskapabilitet og evne til å sende og motta informasjon seg imellom. For militære og redningsoperasjoner kalles slike systemer, eller grupper av slike systemer ofte for Kommando- og Kontrollsystem (forkortet til CCS eller C2S).

Bakgrunn

Nåværende bærbare trådløse kommunikasjonsterminaler for militær- og feltbruk kan kommunisere med andre lignende anordninger over store områder og har kartsystemer som viser en overflod av delbar informasjon. De kan også sende lydmeldinger til andre terminaler i form av peer-to-peer talemeldinger som i den lignende "walkie-talkie"-teknologien.

Likevel er det situasjoner hvor store, komplekse systemer med kart og lydkommunikasjon ikke er gunstig, i visse feltsituasjoner er det en fordel å ha en

kommunikasjonsterminal som kan betjenes enkelt og som ikke viser unødvendig informasjon; det er også visse situasjoner hvor det er en fordel å kommunisere med tekstmeldinger og ikke via lydmeldinger, som i områder med høyt støynivå, for eksempel under en nødssituasjon eller en katastrofe, eller områder hvor det er en fordel å ha et lavt støynivå, for eksempel under en militær operasjon. I disse situasjonene er det avgjørende at enhetene er enkle å betjene og at informasjon som deles mellom de ulike terminalene ikke når feil personer. I disse situasjonene er det også fordelaktig å kunne kommunisere med alle lagenhetene. I visse

situasjoner som i en redingsoperasjon eller en militær operasjon er det også en fordel å tildele de ulike enhetene en eller flere roller, som kan bli vist til de andre enhetene og gjenspeile enhetens oppgaver. Denne rollen må det være mulig å endre, både fra enheten selv eller fra andre med en relevant rolle. For eksempel kan en lagleder tildele roller til sine lagmedlemmer, men hvis laglederen blir tatt ut av operasjon må en annen enhet kunne ta rollen som lagleder.

Det er kjent fra FFI Fakta

(http://www.mil.no/multimedia/archive/00086/Faktark-NORMANS-KKI-_86445a.pdf) at et system kalt "Normans KKI" og "Normans ledelse" inkluderer en enhet (KKI) som skal plasseres og sammenkoples med kabling på en soldats klesdrakt for å la informasjon om soldatens og lagmedlemmers posisjoner vises på et display på enheten.

Enheten inneholder et digitalt magnetisk kompass og en GPS og også en enkel meldingsfunksjon som muliggjør for eksempel alarmmeldinger. Passive sensorer kan være koplet til enheten. "Ledelses"enheten er en håndholdt enhet som viser posisjonene til alle soldatenheter på et digitalt kart som gir lederen en oversikt over sitt lag. "Ledelses"enheten er utstyrt med programvare for interaktiv planlegging med soldatenes enhet. Marsj ruter, veipunkt og annen kamprelatert informasjon kan plasseres på det digitale kartet. Aktive sensorer kan også koples til ledelsesenheten og informasjon fra passive sensorer på soldatenes enheter kan samles inn. Meldingsfunksjonen på ledelsesenheten tillater sending og mottak av kart, tekst, ordre, alarmer og posisjon.

Systemer som er tilgjengelig nå som den i US 2006/0238331 Al viser en kommunikasjonsenhet hovedsakelig for militært bruk, som har et GPS-basert kartgrensesnitt som viser andre lagenheters lokalisering. Denne informasjonen er delt mellom de ulike lagenhetene ved bruk av radiokommunikasjon via en sentralenhet som mottar informasjon, organiserer den og sender den tilbake ut til de ulike lagenhetene i systemet et strengt hierarki, ved bruk av en master-slavekonfigurasjon. De ulike lag enhetene kan også motta lydmeldinger enten fra sentralenheten eller fra hverandre. Disse lagenhetene har i tillegg til biosensorer som overvåker puls, temperatur og blodtrykk også muligheter for irisskann av brukeren og en kredittkortbrikke for økonomiske avtaler.

Videre er et kommunikasjonsterminalsystem kjent fra US 6898526 B2, beregnet på jegere som har et GPS-basert kartsystem og en radiokommunikasjonsanordning for å kommunisere din posisjon til en sentral enhet, sentralenheten sender lokasjonen til de ulike lagene til hvert enkelt lag. Informasjonen vises på en kartgrensesnitt med kompassretning, lagenheten kommuniserer så med våpenet i det den alltid vet hvor det peker og kan hindre at våpenet avfyres i retning av andre lagmedlemmer. Dette systemet har ikke muligheter for å kommunisere annen informasjon enn lokasjonsinformasjonen som er mottatt fra GPS-enheten.

Det er også kjent fra US 6373430 Bl en bærbar lagenhet med GPS og radio som kommuniserer lokasjonsinformasjon fra GPS med en eller flere likeverdige lagenheter.

Lokasjonsinformasjonen sendes over en radiolink til de andre lagenhetene. Denne informasjonen vises i et kartgrensesnitt slik at alle i systemet kan se hvor de andre er ved å vise et unikt identifikasjonsmerke for hver enkelt enhet.

US 6456938 Bl lærer bort et system for navigering på en golfbane, og har en skjerm for å vise et kart av banen. Systemet har meldinger og kan vise avstander og peilinger. Enhetene kan kommunisere direkte, men kan ikke videresende meldinger, heller ikke vise andre spilleres posisjon.

US2005/0001720 Al beskriver et system som støtter sporing og kommunikasjon til bruk for redningsmannskaper. Systemet har en dynamisk tildeling av master/slave-roller.

Ingen av disse dokumentene har en løsning på problemet med å kunne hindre at uvedkommende kan misbruke en tapt enhet, eller at en enhet kan bli oppdaget, forstyrre annen kommunikasjon eller bruke mye batteri fordi den sender ut unødig høy effekt.

Overordnet beskrivelse

Systemet

Den foreliggende oppfinnelses system består av kontroll- og lagenheter som beskrevet i uavhengig krav 1 og de dertil hørende avhengige krav. I en foretrukket utførelse er det en kontrollenhet, typisk brukt av lagledere, og en rekke lagenheter som alle har roller. Alle lagmedlemmenes posisjon er indikert på skjermene, og enhetene kan kommunisere med hverandre direkte eller videresendt med datameldinger. Kommunikasjon til andre lag eller for eksempel til et hovedkvarter er i normale situasjoner gjort bare fra kontrollenheten ved bruk av et annet taktisk kommunikasjonssystem. I en foretrukket utførelse er all kommunikasjon kryptert ved bruk av asymmetrisk kryptering for å distribuere en nøkkel for symmetrisk kryptering som skal brukes over en periode.

Lag- og kontrollenhetene

Enheten i den foreliggende oppfinnelsen, som beskrevet i det uavhengige krav 15 og de dertil hørende avhengige krav, er en liten kommunikasjonsenhet spesielt utviklet for soldater, førsteutrykkere slik som brannmenn og lignende. Den har midler for integrert radiosending og mottak, kompass og posisjoneringsutstyr. Enheten kommuniserer med alle andre lagmedlemmers enheter inkludert en sentralenhet, vanligvis hos laglederen, som gir brukerne en visuell framstilling av alle lagmedlemmers posisjon. Alle enheter er tildelt spesielle roller innen laget og deres nåværende rolle er også vist på andre lagmedlemmers enheter. Enheten inkluderer midler for sending og mottak av ulike meldinger til og fra andre lagmedlemmer, alarmer og informasjon fra både aktive og passive sensorer som er tilgjengelig for laget.

Kontrollenheten i den foreliggende oppfinnelsen kan være lik en generell lagenhet, den eneste forskjellen er at kontrollenheten har satt en bestemt rolle, slik som "lagleder", og kan ha et bestemt symbol 511, slik som en femkant vist i figur 5. I en foretrukket utførelse er kontrollenheten ansvarlig for konfigurering av kryptering for laget, det vil si å indikere distribusjon av den symmetriske nøkkelen som skal brukes. Kontrollenheten har derfor lagret, eller brukeren legger inn, de offentlige nøklene for alle lagmedlemmer, mens lagenhetene eller deres brukere bare trenger å vite kontrollenhetens offentlige nøkkel. I en foretrukket utførelse har kontrollenheten også en skjerm med en oppløsning som passer for å vise kart, og posisjonen til lagenhetene kan vises overlagt kartet. Kontrollenheten kan også ha kraftigere transceiver enn en lagenhet, kommunikasjonsanordninger for sending og mottak av informasjon utenfor laget, en forbedret GPS-mottaker, en skjerm med bedre oppløsning og en anordning for tekstinnlegging for å lage meldinger, snarere enn å velge forhåndsdefinerte meldinger fra en meny. Alle enhetene er designet for å være operasjonelle i mer enn 10 timer konstant bruk og bruker oppladbare 3,3 V batterier med lAh.

Kort beskrivelse av tegningene

Figur 1: Blokkdiagram av lagenheten

Figur 2: En lagenhet med fire knapper

Figur 3: Eksempel på kommunikasjonsflyt i et lag, med lagenheter, sentral enhet og sensorer

Figur 4: Eksempel på meldingsformat

Figur 5: Eksempel på skjerm på lagenhet med alarm og forbudt område

Figur 6: Eksempel på skjerm på lagenhet med veipunkt

Figur 7: Eksempel på skjerm på lagenhet med alarmmelding Figur 8: Eksempel på skjerm på lagenhet som bare viser retning Figur 9: Eksempel på skjerm på lagenhet med lav oppløsning Figur 10: Alarmskjermbilder som indikerer at bekreftelse er nødvendig Figur 11: En alternativ utførelse av lagenheten med seks knapper.

Detaljert beskrivelse

Figur 1 viser et blokkdiagram for en enhet. En buss er brukt for kommunikasjon mellom de ulike modulene. I en foretrukket utførelse er flere ulike busser brukt for å sammenkople modulene: Serielt Periferigrensesnitt (Serial Peripheral Interface (SPI)) er brukt mellom mikrokontrolleren og minnet. Philips I2C brukes mellom mikorkontrolleren og kompasset, UART [universal asynchronous receiver/transmitter - universell asynkron sender/mottaker] er brukt mellom mikrokontrolleren og de andre modulene. Det er posisjonerings- og kompassmoduler for posisjoneringsinformasjon. I en foretrukket utførelse kan ikke posisjoneringsmodulen settes i stand-by strømmodus ved bruk av kommandoer på kommunikasjonsbussen, men snarere ved å kontrollere strømtilførselen til modulen. Når posisjoneringsmodulen blir skrudd på, vil den huske sine tidligere innstillinger og starte søk etter satellitter basert på denne informasjonen. Transceiveren brukes for datakommunikasjon med andre lagmedlemmer.

Fjernanordningskontrolleren buker for eksempel Bluetooth eller andre passende protokoller for kommunikasjon med sensorer. Fremviser viser informasjonen på en skjerm, men kunne også vært for eksempel en ansiktsskjerm [head up display] eller direkte øyevisning [retinal display]. Mikrokontrolleren kjører tilstandsmaskinen og minnet brukes både av mikrokontrolleren, men også for å lagre meldinger og for logging av posisjonering og sensorinformasjon, slik at enheten kan fungere som en svart boks hvor informasjon kan hentes i tilfelle enhetens bevegelser og sensoravlesninger trengs å gjenfinnes. Den lokale inndata anordningskontrolleren håndterer bruken av knappene, men kan også håndtere for eksempel en berøringsskjerm eller andre inndataanordninger direkte koplet til enheten. Inndataanordninger slik som tastatur kan også koples til fjernanordningskontrolleren, unikt for eksempel Bluetooth. For å tillate optimalisert strømsparingsmuligheter, kan hver modul kontrolleres individuelt ved å redusere effektforbruket (for eksempel ved å redusere sendereffekten) eller skrus av.

Figur 2 er en illustrasjon på én utførelse av lagenhet 200. I henhold til denne utførelsen har lagenheten en skjerm 210 for å presentere informasjon til brukeren, to knapper 220 for å bla gjennom brukermeny og to knapper 230 for å navigere innover eller utover i menystrukturen. Enheten er designet for bruk under stressende omstendigheter og krevende forhold, med et enkelt og logisk grensesnitt.

Lagenheten 200 har en innebygd mottaker brukt til å motta posisjoneringssignaler og beregne brukerens egen posisjon. Ulike posisjoneringsmidler kan brukes i den foreliggende oppfinnelsen, som for eksempel GPS, GALILEO, GLONASS osv.. I én utførelse er posisjonsmottakeren en GPS-mottaker for eksempel LEA-5 fra uBlox, som også støtter GALILEO. For å sikre optimal styrke på posisjoneringssignalet er antennen montert på enhetens høyeste punkt. I denne utførelsen kan enheten motta signaler fra opptil 16 satellitter samtidig og dette sikrer optimert nøyaktighet for posisjoneringsdata. Som all annen elektronikk i enheten er posisjoneringsmodulen utformet for å arbeide med minimum effektbruk. Posisjoneringsenheten kommuniserer med lagenhetens kontrollbrikke og radiosendingsmidler for å sende sin egen posisjon til alle andre lagmedlemmer.

I tillegg til posisjoneringsmodulen, har enheten 200 også en innebygd kompassmodul. I én utførelse er kompassmodulen en digital, magnetisk kompassmodul som har 2 magnetometersensorer festet perpendikulært til hverandre. De to magnetiske sensorene registrerer det magnetiske feltet som omgir de to aksene, som utgjør jordas magnetiske felt hvis ikke noen andre magnetfelt er tilstede. Mens denne bestemte kompassmodulen krever at enheten holdes i horisontal posisjon, kan andre kompassenheter brukes for å bedre sikre troverdige data kontinuerlig. Kompassinformasjon blir bare behandlet når enheten er satt i "kompassinformasjonsmodus".

Lagenheten kan også være utstyrt med en kortholdsradio, som Bluetooth, for å kommunisere med forskjellige sensorer og liknende. Den kan også brukes for å kople lagenheten til annet personlig utstyr, for eksempel personlig utstyr for radiokommunikasjon eller lyd.

Kjernen i enheten er en mikrokontroller, spesielt designet for å operere uten behov for et operativsystem. Dette sikrer bedre og sikrere operasjonsstatus, og en bedre beskyttelse mot angrep med ElektroMagnetisk Puls (EMP). Internhukommelse blir brukt for logikk og kommunikasjonskontroll, samtidig med at det gir mulighet for å lagre informasjon som for eksempel meldinger, veipunkt og posisjonslogg.

I én utførelse av oppfinnelsen er alle data som er mottatt fra posisjoneringsmodulen tillike med sensorer tilkoplet enheten lagret I minnemodulen. For å optimalisere for detaljert loggeinformasjon eller høy ytelse (lav effekt og minnebruk) kan loggoppdateringsinformasjonen justeres tilsvarende (for eksempel hvert 10. sekund eller hvert minutt). Etter oppdraget er ferdig kan brukerens bevegelser og data fra sensorene bli gjennomgått og evaluert. Hele sesjonen kan spilles av igjen, og laget kan evaluere sin ytelse basert på nøyaktig historisk informasjon. For treningssesjoner eller forberedelser til viktige oppdrag kan denne egenskapen forbedre lagets samlede ytelse og gjøre dem oppmerksomme på deres bevegelser i forhold til andre lagmedlemmer samt vurdere hvor viktig informasjon fra sensorene er. I spesielle tilfeller, for eksempel hvis en fallen soldat er identifisert på slagmarken så kan loggeinformasjonen hjelpe til å forklare hendelsesforløpet. Både informasjon om hane/hennes bevegelser og informasjon fra sensorene kan gi verdifull informasjon.

I én utførelse brukes to minnebrikker: én for sentral lagring og én for tilleggsbruk etter behov. Minnebrikkene er ansvarlige for lagring av meldinger som enheten har mottatt, forhåndsdefinerte meldinger som kan sendes til master-enheten og mottatte veipunkt og annen statusinformasjon. Alle minnebrikker og kontrollere er valgt ut basert på deres lave effektbruk, pålitelighet og antall tilkoplingsmuligheter. I én utførelse bruker mikrokontrolleren 3,3 V med en klokkefrekvens på 7,3728 MHz for å sikre bra utdata og for bedre å samsvare med frekvensene som brukes i seriell kommunikasjon.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen virker lagenheten ved bruk av en tilstandsmaskin som går i en evig sløyfe, derved trenger den ikke et tradisjonelt operativsystem. Kjernen i programvaren er tilstandsmaskinen, som alltid bestemmer hva som skal vises og hvilke neste tilstander som er tillatt. Den kompilerte programvaren fra de implementerte kontrollerne og elektroniske anordningene lastes inn i flashminne, og blir automatisk lastet når enheten skrus på. Tilstandsmaskinen går i en evig løkke og visse moduler er i virksomhet bestandig. Slike moduler som virker bestandig er for eksempel å sjekke om knapper er trykket, sending og mottak av posisjonsinformasjon, registrering av kommunikasjon mellom installert maskinvare osv. Både ekstern informasjon, som å trykke på en av de fire knappene, eller intern informasjon, for eksempel informasjon fra én av de implementerte modulene, bestemmer neste tilstand.

Som en tilstandsmaskin uten et operativsystem er enheten robust og vil i tilfelle av en feilsituasjon restarte og gå inn i en gyldig tilstand. Dette oppnås ved å ha en teller som resettes i hovedløkken, kalt en "vakthund", hvor resett trigges hvis en feilsituasjon oppstår. Feiltilstander kan oppstå for eksempel etter at enheten har blitt utsatt for en ElektroMagnetisk Puls (EMP).

For situasjoner hvor det er nødvendig at informasjon må behandles øyeblikkelig bruker systemet en avbruddsmelding for å stoppe den evige løkken. Et bitflagg settes for å advare systemet om et avbrudd, og informasjonen behandles deretter. Slik informasjon kan være inndata om å skru av knappelåsen, GPS signalinformasjon eller lagring av innkommende data i minnebrikken. Ved mottak av posisjoneringsdata blir dataene validert ved bruk av syklisk redundansesjekk (Cyclic Redundancy Check (CRC)) for å sikre at dataflyten ikke er korrupt. Dataene som er mottatt fra posisjoneringsenheten, som nåværende posisjon, GPS-klokke og data, blir da analysert og lagret i minneenheten.

Figur 3 viser et lag med lagenheter TU1 til TU4, en kontrollenhet CU, tre sensorer S1-S3 og to kontrollenheter for andre lag CUA og CUB. CU kommuniserer med TU1 og TU2. Data, f.eks. posisjoneringsinformasjon, alarmer og sensordata fra TU3 og TU4 videresendes av TU2. Ettersom alle enheter i laget kan kommunisere direkte og videresende for andre enheter, sendes posisjonen fra TU3 via TU2 for å nå TU4. For å stoppe spredningen av melding i laget når videresendingsfunksjonen brukes, kan et hopptellerflagg settes i meldingshodet. For eksempel tillates det bare at meldingen videresendes tre ganger, settes maksimum hoppantall til tre. I det tilfellet, når en videresendingsmelding mottas reduseres hopptelleren med én - og om den er større enn én, videre sendes den. Hvis hopptelleren er null etter å ha blitt redusert, vil meldingen ikke videresendes. I en alternativ utførelse brukes tidsinformasjon isteden for hopptelling. En sensor kan være koplet til én eller flere enheter som vist i for S2. I denne foretrukne utførelsen av systemet, tillates det bare at CU kommuniserer ut av laget, og det er her vist at den kommuniserer med kontrollenhetene til to andre lag, CUA og CUB.

I en spesiell situasjon eller for å spare batteri, kan det være viktig å sende med å lav effekt som mulig. I en foretrukket utførelse varierer den utsendte effekten mellom 10 og 500 mW, sistnevnte gir en rekkevidde på opp til 6 km. I én kommunikasjonsmodus sendes meldingene normalt som krypterte kringkastingsmeldinger. Figur 4 viser meldingsformat, inkludert hvordan bare deler av meldingen trenger å være kryptert. Hvis meldinger ikke er bekreftet mottatt, så kan sendereffekten normalt skrus opp. Likevel, for å sende med lav effekt er det mulig å gå inn i en kommunikasjonsmodus hvor andre enheter brukes for videresending, som vist i figur 3. Kommunikasjonsmodus kunne settes fra kontrollenheten, for eksempel ved å sende en melding som indikerer trusselnivå eller ved spesielle alarmmeldinger, slik som en gassalarm. Det er også mulig å indikere effektnivået i meldingene. I figur 4 er det vist et meldingsformat som bruker en halv byte for å indikere effektnivået som er brukt for å sende meldingen. Ulike skjema kan så brukes, for eksempel å starte sending med lav effekt og deretter øke den trinnvist til et nivå nås hvor meldingen blir bekreftet mottatt.

I den foretrukne utførelsen er protokollen som brukes for kommunikasjon basert på laveffekts 8-bits mikrokontrollere, og er spesifikt designet for å være optimalisert for lav bitrate, stor fleksibilitet og tillate store variasjoner i meldingsstørrelse og radiotransmisjonsfrekvenser. I tillegg er protokollen designet for bæreruavhengig kommunikasjon i den forstand at data kan sendes uavhengig av underliggende nettstruktur. Protokollen har tre hoveddeler: Et generisk dataformat som omslutter ulike

meldingstyper

En bekreftelsesmelding, brukt i systemets

pålitelighetsmekanisme

Ulike typer meldinger

I meldingsprotokollen er forhåndsdefinerte meldingstyper implementer, også vist i tabell 1.

I en utførelse av oppfinnelsen er følgende meldingstyper implementert; "Pos" - for å sende lagenhetsposisjon til alle lagmedlemmer, "Text" - forhåndsdefinerte meldinger fra sentralenheten, "BattStatus" - informasjon om effektstatus for enheten, "AmmoStatus" - informasjon om brukerens ammunisjonsstatus, "Causalty Report" [Skaderapport] - skålde eller ødeleggelse i en gitt posisjon, "Contact report" [kontaktrapport]- fiendtlig kontakt fra en gitt posisjon, "Waypoint"[veipunkt] - lagret veipunkt, "Poll"

[spør] informasjonsforespørsel (for eksempel batteristatus, posisjon etc.) og "TeamPos" - fra sentral enhet til andre sentrale enheter eller enheter med høyere grad vedrørende nåværende lagposisjon. De fleste av meldingene inkluderer posisjonsinformasjon fra senderen, og samtidig krever noen meldinger at mottakeren bekrefter at meldingen er mottatt med en "Ack"-melding. Sel om ulike spesielle meldinger er presentert her, så er ikke protokollen begrenset til

utelukkende disse meldingstypene. Tilleggsmeldinger kan legges til om det trengs.

Figur 4 illustrerer en mulig implementering av meldingsstrukturen. Meldingen kunne være en alle-til-alle melding, for eksempel en alarmmelding, en forhåndsdefinert melding lagret i lagenheten eller ulike statusmeldinger. Når en melding blir sendt fra lagenheten settes meldingshodet først sammen fra de følgende feltene; senderadresse, størrelsen på datafeltet,

destinasjonsadressen, bekreftelsesflagg og sekvensnummer. Hodet, sammen med en forhåndsdefinert startsekvens- og verifiseringsfelt blir brukt for beregne hodesjekksummen. Meldingen sendes så, og hvis meldingen krever en bekreftelse settes meldingen i kø inntil bekreftelse er mottatt fra mottakerne og deretter slettes den fra meldingssystemet. Hvis bekreftelse ikke er krevd, slettes meldingen umiddelbart.

I én utførelse er meldingene kryptert ved bruk av en vanlig symmetrisk krypteringsmetode slik som Avansert KrypteringsStandard [Advanced Encryption Standard] (AES). Ettersom meldingene kan ble videresendt av flere enheter som ikke trenger å lese innholdet i meldingene, så er meldingshodet ukryptert. AESnøkkelen kan distribueres og endres ved bruk av Offentlig nøkkelkryptering, hvor de private nøklene for kan være satt i skrivbar maskinvare [firmware] for hver enhet, og de offentlige nøklene for mulige lagenheter kan være lagret eller utveksles når enhetene distribueres til laget. Enhetene kan også kommunisere uten kryptering eller de kan ha en default AESnøkkel som kan brukes når en AESnøkkel ikke er blitt distribuert ved bruk av offentlig nøkkelkryptering. Hvis en bestemt enhet blir tapt eller kompromittert kan en melding om selvødeleggelse sendes. En slik melding kan for eksempel informere anordningen om å initiere en sletting av all vital informasjon og bare sende meldinger (for eksempel posisjonsmeldinger) ukryptert i en åpen kanal. Dette forhindrer at en tapt enhet kompromitterer posisjons- og meldingsinformasjon som sendes mellom de andre lagmedlemmene, samtidig som det er mulig å spore den tapte enheten. I en annen utførelse kan bare de gjenværende enhetene oppdatere sin symmetriske krypteringsnøkkel (AESnøkkel) og slik unngå å sende informasjon til den kompromitterte enheten.

Når en melding mottas, samles meldingshodet først og kontrollsummen kalkuleres og sammenlignes med hodeverdien. Hvis kontrollsummen ikke er riktig slettes meldingen. Hvis mottakeridentifikasjonen ikke er identisk med hodets bestemmelsessted eller meldingen ikke er en kringkastingsmelding, sees meldingen bort ifra. Hvis meldingen er en bekreftelsesmelding, leses sekvensnummeret og meldingen puttes i utkøen. Hvis meldingen er en datamelding vil den lagres i enhetens interne minne. Hvis meldingen er en bekreftelsesmelding, er bekreftelsesmeldingen laget basert på senderadresse, sekvensnummer og status og så returnert til avsender enten automatisk eller når brukeren bekrefter at meldingen er lest.

Figur 4 viser ulike meldingsformat. Det øverste meldingsformatet er et enkelt, ukryptert format. Den midtre meldingen er datadelen av en melding for posisjonering som brukes når en enhet rapporterer sin posisjon. I tillegg har denne delen felt for vital sensorinformasjon slik som hjerteråte. Meldingen nederst på figuren er en melding for kryptert kommunikasjon, hvor for eksempel

posisjoneringsdata som vist over, kan plasseres. Formatet tillater flere lag å operere på de samme radiokanalene fordi meldingene har adressefelt som indikerer bestemmelseslag og enhet (DestinationL). "SessionID"-feltet indikerer hvilken AESnøkkel som er brukt for den etterfølgende krypterte delen, og slik kan en enhet, vanligvis kontrollenheten, tilhøre mer enn ett lag.

I figur 3, en utførelse av den foreliggende oppfinnelsen, omfatter systemet en sentralenhet og en eller flere lagenheter, med alle-til-alle- eller en-til-alle-kommunikasjon. I tillegg kan sensorene være koplet til enhetene, for eksempel med bruk av kortholds radiokommunikasjon (det vil si Bluetoothteknologi), for å dele spesifikk informasjon om omgivelsene eller informasjon om brukeren av lagenheten (det vil si hjerteslag eller kroppstemperatur). Sensorene kan være aktive, slik som en laser som måler avstand eller et kamera som kan utløses, eller passive slik som en hjerteratesensor eller en gassdetektor. Sensorer kan være klassifisert som passive eller aktive. De passive sensorene er ikke avhengig av handlinger fra en bruker for å være aktive. De overvåker spesifikke egenskaper kontinuerlig, for eksempel biosensorer eller gassdetekteringsenheter. Aktive sensorer er sensorer som er betjent aktivt av en bruker, for eksempel en laseravstandsmåler. Alle sensorer kan være betjent av enhver bruker i laget, og kommunikasjonsmodulen i enheten gjør det mulig å overføre informasjon fra en sensor til alle medlemmene i laget.

Sentralenheten har også evnen til å sende meldinger til andre sentralenheter i andre lag eller til en enhet med høyere grad (for eksempel en kommandopost for troppen). Meldingene kan være posisjonsinformasjon, tekstmeldinger, alarmer, bilder og annen nyttig informasjon som bruker en meldingsstruktur og protokoll lignende den som brukes i den foreliggende oppfinnelsen, eler ved bruk av et annet taktisk kommunikasjonssystem.

For å kunne vise informasjonen til brukere, er enheten utstyrt med en liten skjerm som grensesnitt for å presentere informasjon til brukeren med både tekst og enkel grafikk. Skjermen er laget med to baklyskilder for enkel bruk og av sikkerhetsgrunner, én med tradisjonelt lys og én med infrarødt (IR) baklys, den siste for bruk i kombinasjon med utstyr for nattsyn. I dagslys reflekterer skjermen tilgjengelig lys, som gjør det optimalt å lese i sollys. For ikke å avsløre brukerens posisjon, for eksempel til fiendtlige styrker, kan skjermen inverteres for å redusere mengden lys som stråles ut. Skjermens lysstyrke justeres med pulsmodulsignaler som slår diodelysene av og på med en høy frekvens og for eksempel en arbeidssyklus på 1/250. Andre metoder for å unngå å bli oppdaget kan også brukes, for eksempel ulik pulsering av lyskilden eller fluoriserende baklys.

Figur 5 og 6 viser skjermen til en lagenhet. Enheten selv er vist i midten som en sirkel med rolleinformasjon 510; rollen er her vist som Gl, for eksempel med betydning første skytter. En annen lagenhet er vist som G2, for eksempel med betydning andre skytter. Denne lagenheten er vist i rødt, indikerende en gassalarm fra en sensor som er koplet til denne enheten. Som det kan sees i figurene 7 og 10 kan alarmer også indikeres som meldinger i meldinger på skjermen. Figur 7 viser en alarm fremvist som en overlagret melding. Denne alarmen indikerer ikke behov for bekreftelse, slik som alarmene i figur 10. All posisjonsinformasjon er vist i forhold til egen posisjon og orientering. Sirkelen 520 er en presentasjon av nåværende rekkeviddeoppløsningen, den nåværende radien i sirkelen er presentert i det nedre høyre hjørnet på skjermen; 530. Andre lagmedlemmers og sensorers posisjon er vist som små sirkler med informasjon om enhetens nåværende rolle. Det er mange andre måter å presentere peilings- og avstandsinformasjon på skjermen, for eksempel ved bruk av vektorer, veipunkt, avstandsinformasjon for alle lagmedlemmer og symboler. Målestokken for skjermen kan også endres dynamisk, for eksempel basert på avstanden til fjerneste enhet, og denne nye målestokken kan indikeres ved avstanden.

I figur 8 vises bare peilingen til andre enheter og ikke avstanden. Dette er nyttig for eksempel om alle lagmedlemmene er svært nærme, eller om noen medlemmer er langt borte. I denne utførelsen vises mangelen på avstandsinformasjon sved at radien på sirkelen som indikerer avstand er vist som 0 m og sirkelen er prikket. Det er andre måter å indikere at bare peiling er vist.

De mulige rollene kan være forhåndsdefinert I en liste I menyen, eller de kan settes fritt for eksempel ved å skrive inn tekst for forhåndsdefinerte roller eller definere nye roller når teksten legges inn. En rolle tjener flere hensikter: Den kan informere andre lagmedlemmer om plikter og forventet oppførsel, den kan gi bestemte rettigheter til å konfigurere systemet eller sende alarmer, eller den kan indikere bruk av spesialiserte sensorer. Eksempler på roller er: Maskingeværskytter, skytter, senior brannmann, frivillig brannmann, førstehjelper og redningsarbeider. Rollene kan endres og en enhet kan ha mer enn én rolle. Rollene kan endres fra enheten det gjelder eller fra sentralenheten, og det kan være regelverk som definerer hvilke endringer som er mulig.

Sentralenheten er her vist som en svart femkant 511. Geografisk tilleggsinformasjon gjeldende det omkringliggende området kan også sendes til lagenhetene og vises på skjermen. Slik informasjon kan for eksempel være "forbudte områder" 540; områder som lagmedlemmene er spesifikt forbudt å gå inn i (som minefelt etc.). Nåe en alarmmelding er sendt fra et av lagmedlemmene, blir alle andre lagmedlemmer advart og posisjonen til enheten som sender alarmen markeres i skjermen (G2). Skjermen vil alltid være orientert i samme retning som lagenheten og basert på avstand og vinkel til de andre lagmedlemmene, vil brukeren alltid kunne bestemme alle lagmedlemmers korrekte posisjon. En linje som indikerer retningen til nord eller en forhåndsdefinert retning på jorda er også vist (550), den sikrer at lagmedlemmet er passende orientert i forholdt til området rundt.

En enhet som har mistet posisjonsinformasjon, for eksempel ved å være inne i en bygning, kan indikeres på lagets skjermer sammen med informasjon om hvor lenge enheten har vært uten posisjonering og hvor usikker posisjonen er. Den antatte posisjonen kan estimeres ved bestikk ("dead reckoning") og usikkerheten kan indikeres grafisk, for eksempel ved å gjøre enheten på skjermen utydelig.

Figur 9 viser skjermen på en lavoppløselig, monokrom skjerm. Batterinivå og GPS-mottaksnivå er indikert. En konvolutt indikerer nye meldinger. En nøkkel indikerer kryptert modus. Tiden er vist som 15:31. Avstanden til veipunktet er vist som 65m og R=50 indikerer målestokken ved å gi radius til sirkelen. Skjermen er invertert for ikke å stråle ut mer lys enn nødvendig. Andre lagmedlemmer er vist med 0,1 og D.

Menysystemet er designet for å tillate rask tilgang til spesielt viktige meldinger, for eksempel kontakt med fienden. Disse meldingene er referert til som satte klikkmeldinger. I én utførelse kan høyreknappen brukes for å velge forhåndsdefinerte meldinger direkte. Ett klikk gir brukeren en oversikt over meldingsmenyen, det neste klikket velger forhåndsdefinerte meldinger, det tredje velger alarmmeldinger og det fjerde klikket velger en alarm for fiendtlig kontakt. På denne måten gis brukeren mulighet til å velge meldingen om fiendtlig kontakt uten å måtte se på enheten, mens sjansen samtidig er minimert for å sende en alarmmelding uten vilje. I tilfellet av fiendtlig kontakt kan brukeren velge alarmmeldingen ved å klikke raskt på fire ganger på høyre knapp uten å ta sine øyne bort fra fienden. Ulike menystrukturer og knappekombinasjoner kan brukes for å tillate mer enn den ene satte klikkmeldingen som er beskrevet her.

Figur 10 viser alarmer som er overlagret skjermen. Indikasjonen til høyre "forstått" er også en indikasjon på hvilken knapp som skal brukes for en ettklikks bekreftelse på mottak.

Figur 11 viser en utførelse av en lagenhet med seks knapper. De to sideknappene opereres som en enkel inndatakommando; begge knappene på trykkes inn for å aktivere. Dette gir effektivt en fem knapps enhet, men med tilleggssikkerhet ved bruk av den femte knappen, i det de to halvpartene av knappen er plassert på motstående sider av enheten. Denne knappen kan for eksempel brukes for å gi kritiske alarmer slik som fiendtlig kontakt eller skaderapportering.

Claims

1. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon mellom enheter i et lag, systemet inneholdende en sentralenhet med et digitalt kart, en interaktiv planleggingsfunksjon som tillater sending og mottak av tekstmeldinger, posisjoner og alarmer, et display for å vise lagenhetenes posisjon på et kart og bærbare lagenheter som har GPS, kompass og radiokommunikasjonsfunksjoner for sending og mottak av posisjoner og alarmer og for å motta tekstmeldinger, et display for visning av egen posisjon og posisjonen til andre enheter, en passiv sensor, midler til å sende data direkte eller videresende for andre og midler til at hver enhet kan tildeles én eller flere roller karakterisert ved at enhetene kan sende eller motta meldinger som instruerer en eller flere av handlingene: sletting av all vital informasjon, selvdestruksjon og slå av, på eller endre effektforbruket i moduler.

2. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte kommunikasjon i systemet kan være åpen, kryptert eller delvis kryptert.

3. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 2, karakterisert ved at nevnte delvis krypterte kommunikasjon er nyttedata i en melding som blir kryptert.

4. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte tekstmeldinger kan være forhåndsdefinerte meldinger enten valgt fra en meny eller er i form av satte klikkmeldinger.

5. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte system evner å bruke en hoppteller eller tidsinformasjon for å stoppe utbredelsen av meldinger.

6. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte enheter evner å sende meldinger som krever bekreftelse av mottak.

7. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved en effektnivåverdi i de sendte meldingene.

8. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte enheter evner å bruke aktive sensorer.

9. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte kompass på lagenhetens display er i form av en pil som alltid peker i en forutbestemt retning på jorda.

10. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte display evner å vise overlagret geografisk informasjon.

11. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte display på enhetene evner å indikere hvilken enhet som har mistet posisjoneringsinformasj on.

12. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at alle viste distanser og peilinger er relative til nevnte enhet.

13. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte enheter evner å vise kun peilinger fra noen eller alle enheter.

14. Et system for å muliggjøre sporing og kommunikasjon som fremsatt i krav 1, karakterisert ved at nevnte enheter evner å lagre posisjoneringslogg og sensorinformasjon.

15. En anordning for å muliggjøre sporing og kommunikasjon mellom enheter i et lag bestående av et display for å vise egen posisjon og posisjonen til andre enheter, knapper, posisjoneringsenhet, kompass og transceiverenhet, som har forhåndsdefinerte meldinger og et display som evner å vise alle distanser og peilinger relativt til nevnte anordning,som kan sende data direkte eller videresende mellom hverandre og som kan tildeles én eller flere roller karakterisert ved at anordningen evner å sende eller motta meldinger som instruerer en eller flere av handlingene: sletting av all vital informasjon, selvdestruksjon og slå av, på eller endre effektforbruket i moduler.

16. En anordning for å muliggjøre sporing og kommunikasjon mellom enheter som fremsatt i krav 15, karakterisert ved at meldinger kan sendes i form av en énklikks bekreftelsesmelding.

17. En anordning for å muliggjøre sporing og kommunikasjon mellom enheter som fremsatt i krav 15, karakterisert ved at nevnte anordning evner å vise andre anordningers rolle.

18. En anordning for å muliggjøre sporing og kommunikasjon mellom enheter som fremsatt i krav 15, karakterisert ved at nevnte anordning har to eller flere knapper som trenger å bli trykket på samtidig.