用于无线传感器的控制器和用于确定无线传感器在生物质中的位置的方法技术

一种用于无线传感器的控制器，其中所述无线传感器用于埋入生物质中。所述控制器被配置成接收与所述无线传感器相关联的至少一个生物质特征；至少使用所述无线传感器与一个或多个无线单元之间的无线通信的性质来确定所述无线传感器的两个或更多个位置估计表示；并且通过组合所述两个或更多个位置估计表示中的至少两个来确定所述无线传感器的增强的位置估计。所述控制器被配置成使用所述至少一个生物质特征来执行所述确定中的至少一个。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于无线传感器的控制器和用于确定无线传感器在生物质中的位置的方法专利
本专利技术涉及无线传感器网络和这类网络中的传感器的位置确定，尤其是当传感器被部署在具有异质RF波传输接口的环境(如生物质)中时的位置确定。位置确定还可称为定位。专利技术背景在从无线传感器网络的部署中受益的许多应用中，网络中的每个无线传感器节点都需要关于其位置的信息以便正确地解释其自身的传感器数据，并且根据其在全域和网络中的布局而起作用。在网络被部署在具有同质传输接口的例如空气或水的环境中时，大多数已开发的定位技术(如基于范围的和与范围无关的方法)得到对传感器节点的位置的相对精确的估计。然而，当网络被部署在具有异质传输接口的例如生物质和其它的固体化合物的环境中时，这类定位技术的性能着实显著地降级，所述异质传输接口即是在空间范围内密度发生密度变化的接口。异质环境中的定位是重要的工业和农业生产活动(如生物质生产)中面临的主要问题。各种异质传输接口具有不同的无线信号性质，但是所有这些接口的一个共同特征是它们比同质传输接口更多地干扰例如无线信号并且干扰的方式较不可预测。本专利技术的目标是克服与在异质环境中的无线定位有关的问题，并且提供一种用于定位生物质中的无线传感器的方法以及使用这种方法的无线传感器网络。专利技术概述本专利技术涉及一种用于确定埋入生物质中的无线传感器的位置的方法，其中所述无线传感器处于一个或多个无线单元的无线通信距离内，所述方法包括：-接收与所述无线传感器相关联的至少一个生物质特征，-使用两个或更多个位置确定方法，通过所述无线传感器与所述无线单元中的一个或多个配合来确定所述无线传感器的两个或更多个位置估计表示，以及-通过组合所述两个或更多个位置估计表示中的至少两个来确定所述无线传感器的增强的位置估计；其中所述确定增强的位置估计方法的步骤和所述使用两个或更多个位置确定方法的步骤中的至少一个包括使用所述至少一个生物质特征中的一个或多个。通过本专利技术，提供一种使得对在如生物质的异质环境中的传感器位置的确定(也被称为“定位”)事实上可行的方法，尽管与如空气或水的同质系统相比，生物质表现出对定位的许多阻碍和限制。所述一个或多个无线单元可以包括三个、四个或更多个无线单元以进一步提高位置确定的准确性。根据本专利技术，基于混合测量的无线传感器的定位可实现优于基于单一测量类型的定位的性能改进，因为不同类型测量的测量噪声来自于不同来源。因此，通过使用例如离散时间卡尔曼滤波器来融合来自基于范围的定位方法(如接收信号强度RSS或到达时间(ToA))以及与范围无关的定位方法(如N跳多边定位)的位置估计表示，将增强在生物质中的位置估计的精度，所述生物质构成具有异质传输接口的环境。此外，可通过在传感器级部署离散时间卡尔曼滤波器来解决由于通信信道的不可靠性(尤其是在如生物质的环境中的情况)而在无线传感器网络中产生的间歇观测的问题。此外，通过考虑包围传感器的生物质的生物质特征，即，实际物理参数，并且根据这些生物质特征来解释两个或更多个定位方法的结果或所述方法的组合结果，定位得以进一步改进。实际物理参数可以是例如温度和/或湿度，所述实际物理参数常常是作为传感器的生物质数据采集任务的一部分，通过传感器以任何方式加以测量。在优选实施方案中，生物质特征用于选择以下各项的可能值，例如：RF波传播速度、介电常数、网络跳数之间的翻译因子以及例如米的矢量范数，所述矢量范数是用于计算和解释距离和/或所使用的不同定位方法的可靠性、加权或变化。根据本专利技术，术语生物质可以指主要由有机材料组成的任何异质环境，所述有机材料例如青贮饲料堆、小麦堆、稻谷堆、马铃薯堆等，干草或稻草包、堆肥、肥料、木材(例如木碎料)等。根据本专利技术，无线单元可以是任何种类的无线设备，所述设备可与无线传感器以与本专利技术的特定实施方案中所使用的定位方法兼容的方式进行通信。由此可见，在无线通信的距离内的情况下，本专利技术高度地取决于特定的方法、所使用的无线单元和无线通信技术以及至少埋入了无线传感器的生物质的性质。在优选实施方案中，存在一些无线单元并且这些无线单元中的一些本身是无线传感器，以使得可能有四个或更多个无线传感器彼此配合来确定它们各自的定位。在根据本专利技术的包括无线传感器的网络的优选实施方案中，一个无线单元作为无线网关来工作以便使传感器数据和所估计的位置可用。无线网关本身可以包括埋入生物质中的无线传感器，但是优选定位于生物质外部并且可能包括绝对定位设备，例如GPS单元或用于存储预定绝对位置的装置。当无线传感器中的一些已借助本专利技术而获得自己的位置时，所述传感器可以计算其相对于无线网关的位置，并因此当由无线网关提供时，根据本地或全域网格来计算其绝对位置。本专利技术也提供一种改进的生物质监测数据解释，所述改进是就特定数据的意义和可靠性以及在相关情况下破坏控制应部署在什么特定位置而言。例如，对传感器数据之间的空间关系的知识可使得可能解释以下事实的意义：传感器中的一些超出数据阈值，例如温度阈值。如果传感器处在同一区域时，那么事实可能意味着：在所述区域中一定存在错误。另一方面，如果传感器遍布生物质分布，其中所述传感器之间存在一些非超出的传感器，那么事实可能意味着：整个生物质接近极限，但还不一定具有临界意义。另举一例，对传感器位置的知识意味着：容易认定传感器，所述传感器传输的数据与从邻近传感器传输的数据明显不同。然后可将这种传感器简单地标记为不可靠的，或可以相对容易地调查出情况，并且在已知传感器位置时，可能将所述传感器与一个新的传感器交换。作为第三个实施例，位置信息使得便于执行破坏控制，例如通过除去一堆生物质中分解太快的一部分，以使得所述状况不会蔓延至堆料的其余部分，或在一堆生物质上倾倒抗真菌药物，估计“保质期”并因此确定首先要使用青贮饲料堆的哪一部分；基于代表性的试验而不是仅基于来自顶层的样品来确定用于生物质储罐的最优的或甚至有差异的储藏条件；搅拌并且可能将添加剂加入肥料储罐；在小麦堆的覆盖物上找到撕破的洞，添加更多堆肥蠕虫或决定热处理一堆肥堆；使用传感器数据来用于产品或运输定价并知晓在什么位置取出相应样品用于备案等。在本专利技术的范围内，通过两个或更多个定位方法确定的位置估计表示可包括实际位置坐标(平面的或空间的)或其它位置参考，或者所述位置估计表示可包括可以被转换成位置的信息，例如矢量的数目、相对于其它无线单元的距离或角度或组合，从而允许通过三边定位、三角测量或多边定位将所述表示转换成位置坐标。例如需要用来完成到位置的转换的距离的数目取决于转换方法和测量的准确性，以及对位置坐标的类型和准确性的要求。例如，当使用三边定位时，两个距离足以限制平面中的两个坐标的可能性，并且三个距离足以建立平面中的单个坐标或空间中的两个可能的坐标。如果距离测量是不可靠的和/或不准确的，那么将要改进位置坐标的准确性来获得离其它无线单元的距离。在本专利技术的优选实施方案中，无线传感器在任何可能的情况下测量离四个或五个不同无线单元的距离。当处在彼此的通信距离内的两个无线传感器需要测量离彼此的距离来用于其各自的定位工作时，本专利技术的方法可使所述传感器中的一个进行测量并且将结果转发至另一个传感器，从而可节省网络流量、处理功率、时间和/或电池，或者可以使它们两个都确定距离，彼此共享结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.01.24 GB 1101182.21.一种用于无线传感器的控制器，其中所述无线传感器用于埋入生物质中，所述控制器被配置成：接收与所述无线传感器相关联的至少一个生物质特征；至少使用所述无线传感器与一个或多个无线单元之间的无线通信的性质来确定所述无线传感器的两个或更多个位置估计表示；并且通过组合所述两个或更多个位置估计表示中的至少两个来确定所述无线传感器的增强的位置估计；其中所述控制器被配置成使用所述至少一个生物质特征来执行所述确定中的至少一个。2.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器远离所述无线传感器。3.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器在所述无线传感器本地。4.根据任何一项前述权利要求所述的控制器，其中所述控制器被配置成使用离散时间卡尔曼滤波器融合来组合所述两个或更多个位置估计表示中的至少两个。5.根据权利要求1所述的控制器，其中所述控制器被进一步配置成对所述生物质特征应用卡尔曼滤波器。6.根据权利要求1所述的控制器，其中所述无线单元中的至少一个包括无线中继单元或网关单元。7.一种无线传感器，其包括根据权利要求1至6中任一项所述的控制器。8.根据权利要求7所述的无线传感器，其中所述无线传感器包括：一个或多个传感器设备，所述传感器设备被配置成获得至少一个生物质特征；电源；以及无线通信单元。9.一种无线传感器网络，其包括：如权利要求1至6中任一项所述的控制器；以及一个或多个无线传感器。10.如权利要求9所述的无线传感器网络，其包括：至少四个无线单元；其中所述无线单元中的至少一个包括所述一个或多个无线传感器。11.根据权利要求10所述的无线传感器网络，其中所述至少四个无线单元中的至少一个包括无线网关。12.一种生物质，所述生物质中埋入有根据权利要求7至8中任一项所述的一个或多个无线传感器。13.一种用于确定埋入生物质中的无线传感器的位置的方法，其中所述无线传感器处在一个或多个无线单元的无线通信距离内，所述方法包括：-接收与所述无线传感器相关联的至少一个生物质特征，-使用两个或更多个位置确定方法，通过所述无线传感器与所述无线单元中的一个或多个配合来确定所述无线传感器的两个或更多个位置估计表示，以及-通过组合所述两个或更多个位置估计表示中的至少两个来确定所述无线传感器的增强的位置估计；其中所述确定增强的位置估计方法的步骤和所述使用两个或更多个位置确定方法的步骤中的至少一个包括使用所述至少一个生物质特征中的一个或多个。14.根据权利要求13所述的用于确定无线传感器的位置的方法，其中所述两个或更多个位置确定方法包括基于范围的位置确定方法和与范围无关的位置确定方法。15.根据权利要求13所述的用于确定无线传感器的位置的方法，其中所述组合所述两个或更多个位置估计表示中的至少两个涉及通过离散时间卡尔曼滤波器的融合。16.根据权利要求13所述的用于确定无线传感器的位置的方法，其中所述位置确定方法中的一个或多个包括基于范围的位置确定方法，所述基于范围的位置确定方法基于选自包括以下方法的清单的位置确定方法：-飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·格林，
申请(专利权)人：韦博斯科技公司，
类型：
国别省市：