使用射频信号和传感器以监控环境的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开一种使用射频信号和传感器监控环境(例如，室内环境)的系统和方法。在一个实施例中，一种用于提供无线非对称网络的系统包括：集线器，其具有一个或多个处理单元和用于在无线非对称网络中发射和接收射频(RF)通信的至少一个天线；以及多个传感器节点，每个传感器节点具有带有发射器和接收器以实现在无线非对称网络中与集线器的双向RF通信的无线装置。集线器的一个或多个处理单元被配置为执行指令以基于RF通信的功率级别确定无线非对称网络内的运动和占用中的至少一个。

Systems and methods for monitoring environment using radio frequency signals and sensors

The invention discloses a system and method for monitoring environment (for example, indoor environment) using radio frequency signals and sensors. In one embodiment, a system for providing a wireless asymmetric network includes a hub with one or more processing units and at least one antenna for transmitting and receiving radio frequency (RF) communications in a wireless asymmetric network; and a plurality of sensor nodes, each of which has a transmitter and a receiver. The transceiver is a wireless device to realize two-way RF communication with the hub in a wireless asymmetric network. One or more processing units of a hub are configured to execute instructions to determine at least one of the movements and occupancies in a wireless asymmetric network based on the power level of RF communication.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用射频信号和传感器以监控环境的系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2016年1月5日提交的名称为使用射频信号和传感器以监控环境的系统和方法的14/988,617的优先权，其整体通过引用并入本文。
本专利技术的实施例涉及使用射频信号和传感器以监控环境(例如，室内环境、室外环境)的系统和方法。
技术介绍
在许多室内环境中，期望检测占用或运动。这样的系统的示例包括用于触发灯的开/关的运动和/或占用传感器以及用于实施安全系统的运动传感器。监控人和宠物的运动或存在的当前实施方式主要通常依赖于有时与超声波传感器组合的被动红外(PIR)运动传感器来检测由生物辐射的热。由于这些传感器的缺点(易受温度变化的影响、缺乏区分宠物或人的能力、以及远距离处的盲点)，这经常会出现误报读数的问题。另外，这些系统仅限于传感器周围相对较小区域的视线范围内的测量。这样，不可能获得关于不在视线范围内的其它房间或位置(例如被墙壁、家具、植物等挡住的区域)的情况的信息。
技术实现思路
对于本专利技术的一个实施例，本专利技术公开使用射频信号和传感器以监控环境(例如，室内环境、室外环境)的系统和方法。在一个实施例中，一种用于提供无线非对称网络的系统包括：集线器，其具有一个或多个处理单元和用于在无线非对称网络中发射和接收射频(RF)通信的至少一个天线；以及多个传感器节点，每个传感器节点均具有带有发射器和接收器以实现在无线非对称网络中与集线器的双向RF通信的无线装置。集线器的一个或多个处理单元被配置为执行指令以基于接收的RF通信的功率级别确定无线非对称网络内的运动和占用中的至少一个。本专利技术的实施例的其它特征及优点将从附图和以下具体实施方式变得显而易见。附图说明本专利技术的实施例通过示例的方式而不是通过在附图的图片中限制的方式来示出，其中相同的附图标记指示相似的元件，并且其中：图1示出根据一个实施例的其中每组传感器节点被分配有用于通信的周期性保证时隙的主要具有能够实现网状网络功能的树网络架构的系统。图2示出根据一个实施例的具有由无线网络架构中的集线器和多组无线节点发射的通信的示图200。图3示出根据一个实施例的用于集线器和无线非对称网络架构的节点1至4的发射时间线和接收时间线。图4A和图4B示出根据一个实施例的基于检测信号强度的变化以及检测运动或占用的节点的位置估计方法。图5A示出根据一个实施例的用于基线条件的传感器网络的RSSI测量的曲线。图5B示出根据一个实施例的用于存在条件的传感器网络的RSSI测量的曲线。图6示出根据一个实施例的具有在各个房间中展开的节点和位于中心的集线器的示例性建筑物(例如，房屋)。图7示出根据一个实施例的在建筑物的不同区域中的个人或人们的可能运动的示例。图8示出根据一个实施例的基于在建筑物的不同区域中的个人或人们的可能运动的RSSI测量示例。图9A和图9B示出根据一个实施例的基于RSSI测量来如何检测占用。图10示出根据一个实施例的样本建筑物(例如，房屋)中的清洁机器人所遵循的模式。图11示出根据一个实施例的将来自传感器节点的多个视角的图像与从扫地机器人获取的图像组合以提供更好的环境表示。图12示出根据一个实施例的在已知时间间隔捕获视图1200和1210的图像。图13示出根据一个实施例的如视图1300中所示的可以用于跟踪室内环境中的财产的机器人。图14A和图14B示出根据一个实施例的机器人如何用于确认建筑物或室内环境中的事件(例如，窗户打开、检测到漏水等)。图15A示出根据一个实施例的实施为用于电力出口的覆盖层1500的集线器的示例性实施例。图15B示出根据一个实施例的实施为用于电力出口的覆盖层1500的集线器1520的框图的分解图的示例性实施例。图16A示出根据一个实施例的实施为用于在计算机系统、设备或通信集线器中部署的卡的集线器的示例性实施例。图16B示出根据一个实施例的实施为用于在计算机系统、设备或通信集线器中部署的卡的集线器1664的框图的示例性实施例。图16C示出根据一个实施例的在设备(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能设备等)中实施的集线器的示例性实施例。图16D示出根据一个实施例的在设备(例如，智能洗衣机、智能冰箱、智能恒温器、其它智能设备等)中实施的集线器1684的框图的分解图的示例性实施例。图17示出根据一个实施例的传感器节点的框图。图18示出根据一个实施例的具有集线器的系统或设备1800的框图。具体实施方式在一个实施例中，基于无线网络内的信号强度测量的使用，公开了一种用于检测环境(例如，室内环境、室外环境)的运动和占用中的至少一个的系统。信号强度信息提供占用和运动检测中的至少一个，而没有现有技术的运动和占用感测系统中常见的严格视线限制。还公开了用于检测室内环境的运动和占用的方法。这些可以用于利用这种信息的广泛的应用，诸如安全系统、以及建筑照明和加热/冷却系统的操作和控制。还公开了使用无线网络内的信号强度测量来引导机器人(例如，室内机器人、清洁机器人、靠近室内环境的机器人、泳池清洁机器人、排水槽清洁机器人等)的操作的系统和方法。系统和方法可以利用来自部署在无线网络中的其它传感器(例如，光学传感器、图像传感器等)的数据，以增强在室内环境中操作的机器人的操作。为此目的，还假设室内环境包括诸如在建筑物和其它结构周围的区域中的近室内环境，其中可能存在类似的问题(例如，附近的墙壁的存在等)。用于确定运动和占用的现有方法通常用于安全系统和照明控制。这种信息通常不用于指导维护功能，诸如清洁机器人的操作。实际上，由于提供的信息可以用于识别可能需要清洁的室内环境的区域，因此这种信息可以用于指导其操作。因此，期望实现一种运动和占用感测系统，其减少现有技术的运动和占用感测系统的上述缺点。然后，这样的系统可以用于改善室内监控和控制诸如安全系统和照明/加热/冷却控制系统的系统的功效和操作。此外，期望使用由诸如系统提供的信息来指导诸如清洁机器人的室内系统的操作。在一个实施例中，与现有方法的节点的功耗相比，本设计的传感器节点消耗显著较少的功率，至少部分是由于使本设计的传感器节点的接收器在较短时间段内可操作。与需要频繁地重复时隙定义信号的现有方法相比，非重复时隙定义信号也节省时间并且减少网络拥塞和带宽需求。在一个实施例中，可以利用电力可用性的不对称性来在无线非对称网络架构中提供长范围的通信，同时为由电池电源供电的节点保持长的电池寿命。在示例性实施例中，可以实现在通信节点之间20米的通信范围，同时在电池操作的节点中提供较长的电池寿命(例如，大约10年，或至少10年)。这可以通过实施根据本专利技术的实施例的能量感知网络协议来实现。具体地，可以使用具有基于网格的特征的树状网络架构，其中在树的终端上使用长寿命电池操作的节点。在2015年1月29日提交的申请号为14/607,045的美国专利申请、2015年1月29日提交的申请号为14/607,047的美国专利申请、2015年1月29日提交的申请号为14/607,048的美国专利申请和2015年1月29日提交的申请号为14/607,050的美国专利申请中已经描述一种示例性的树状网络架构，其整体通过引用并入本文。在于2015年10月28日提交的申请号为14/925,889的美国专利申请中已经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提供无线非对称网络的系统，其包括：集线器，其具有一个或多个处理单元和至少一个天线，以用于在所述无线非对称网络中发射和接收射频通信，即RF通信；以及多个传感器节点，所述多个传感器节点均具有带有发射器和接收器的无线装置以实现在所述无线非对称网络中与所述集线器双向RF通信，其中所述集线器的一个或多个处理单元被配置为执行指令以基于RF通信的功率级别来确定所述无线非对称网络内的运动和占用中的至少一个。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.05 US 14/988,6171.一种用于提供无线非对称网络的系统，其包括：集线器，其具有一个或多个处理单元和至少一个天线，以用于在所述无线非对称网络中发射和接收射频通信，即RF通信；以及多个传感器节点，所述多个传感器节点均具有带有发射器和接收器的无线装置以实现在所述无线非对称网络中与所述集线器双向RF通信，其中所述集线器的一个或多个处理单元被配置为执行指令以基于RF通信的功率级别来确定所述无线非对称网络内的运动和占用中的至少一个。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述集线器的所述一个或多个处理单元被配置为执行指令，从而基于确定与所述无线不对称网络相关联的室内环境中的人或宠物的运动以及人或宠物的占用来确定所述无线非对称网络内的运动和占用中的至少一个。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述集线器的所述一个或多个处理单元被配置为执行指令以确定接收的RF通信的基线功率级别以指示基线条件并且确定接收的RF通信的阈值功率级别以指示所述无线非对称网络内的运动条件或占用条件，其中所述阈值功率级别是小于所述基线功率级别的预定阈值。4.根据权利要求1所述的系统，其中所述集线器的所述一个或多个处理单元被配置为执行指令以基于从所述多个传感器节点接收RF通信来确定所述多个传感器节点的位置信息。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个传感器具有彼此间隔的阈值密度，以确定基线功率级别和阈值功率级别。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一集线器由主电源供电并且所述多个传感器节点由电池电源供电以形成所述无线非对称网络。7.根据权利要求1所述的系统，其中利用所述集线器和所述多个传感器节点的可用功率的不对称性，以基于低占空比网络在所述多个传感器节点的无线传感器网络中提高电池寿命和通信范围，从而减少所述无线传感器网络中的所述多个传感器节点的发射相关的能量消耗。8.一种设备，其包括：存储器，其用于存储指令；一个或多个处理单元，其执行指令从而在无线网络架构中监控多个传感器节点；以及射频电路，即RF电路，其用于将RF通信发射到所述多个传感器节点并且从所述多个传感器节点接收RF通信，所述多个传感器节点均具有带有发射器和接收器的无线装置以实现在所述无线网络架构中与所述设备的所述RF电路双向通信，其中所述设备的所述一个或多个处理单元被配置为执行指令以协商所述多个传感器节点的至少一个周期性保证时隙的定时以使其能够与所述设备周期性地双向通信并且基于所接收的RF通信的功率级别确定所述无线网络架构内的运动和占用中的至少一个。9.根据权利要求8所述的设备，其中所述集线器的所述一个或多个处理单元被配置为执行指令以基于确定与所述无线网络架构相关联的室内环境中的人或宠物的运动以及人或宠物的占用来确定所述无线网络架构内的运动和占用中的至少一个。10.根据权利要求8所述的设备，其中所述集线器的所述一个或多个处理单元被配置为执行指令以确定接收的RF通信的功率级别，所述指令包括识别具有基线功率级别的第一组RF通信以指示基线条件以及识别具有阈值功率级别的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：特穆·巴基谢夫，维韦克·萨勃拉曼尼亚，维克拉姆·帕瓦特，托米·伊拉姆尔托，
申请(专利权)人：洛希克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US