KR20070033989A - Maritime Asset Security and Tracking (MATT) System - Google Patents
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Abstract
해상 자산 안전 및 추적(MAST)을 위한 방법들 및 장치가 제공된다. 상기 방법은 무선 주파수 태그로부터 식별 데이터, 위치 데이터 및 환경 상태 센서 데이터를 송신하는 단계를 포함한다. 상기 장치는 식별 데이터, 위치 데이터 및 환경 상태 센서 데이터를 송신하는 무선 주파수 태그를 포함한다. 또 하나의 방법은 하이브리드 대역 확산 변조를 이용하여 무선 주파수 태그로부터 식별 데이터 및 위치 데이터를 송신하는 단계를 포함한다. 또 하나의 장치는 하이브리드 대역 확산 변조를 이용하여 식별 데이터와 위치 데이터 모두를 송신하는 무선 주파수 태그를 포함한다.Methods and apparatus for marine asset safety and tracking (MAST) are provided. The method includes transmitting identification data, location data and environmental state sensor data from a radio frequency tag. The apparatus includes a radio frequency tag that transmits identification data, location data and environmental state sensor data. Another method includes transmitting identification data and position data from a radio frequency tag using hybrid spread spectrum modulation. Another apparatus includes a radio frequency tag that transmits both identification data and position data using hybrid spread spectrum modulation.
무선 주파수 태그, 방사선 센서, 대역 확산 변조, 네트워크 운용 센터. Radio Frequency Tag, Radiation Sensor, Spread Spectrum Modulation, Network Operation Center.
Description
연방 정부-지원의 연구 또는 개발하에서 이루어진 발명들에 대한 권리에 관한 진술Statement of rights to inventions made under federally-funded research or development
본 발명은 미국 에너지성에 의해 유티-배텔, 엘.엘.씨.(UT-Battelle, L.L.C.)에 수여된 주계약(prime contract) 번호(DE-AC05-00OR22725)하에서 미연방 정부 지원으로 완성되었다. 미국 정부는 본 발명의 일정한 권리를 갖는다.The invention was completed with US federal government support under a prime contract number (DE-AC05-00OR22725) awarded to UT-Battelle, L.L.C. by the US Department of Energy. The United States government has certain rights in the invention.
본 발명의 실시예는 전반적으로 보안 및 추적 분야에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예는 해상 자산 보안 및 추적(MAST)에 관한 것이다. Embodiments of the invention relate generally to the field of security and tracing. More specifically, embodiments of the present invention relate to maritime asset security and tracking (MAST).
해상 운송관리 체계(MTS)로서 알려져 있는 세계적인 해상-교통 화물 운송 인프라구조가 테러리즘, 노후한 기술, 환경적인 제약들, 적기 납입 방식의 제조 관행들, 중복되는 국가/연방정부/지역 재판권들, 및 기본적인 기술 인프라구조의 부족을 포함하는 여러 문제들로부터 압박을 받고 있다. 테러리스트 공격들은 현대 세계의 변동에 영향을 미치기 위해 경제적인 테러리즘에 초점을 둘 수 있다. 대규모의 경제적인 피해에 대한 단순하고, 효과적이며 그리고 효율적인 수단을 찾기 위해, 컨테이너 화물의 개방된 이동을 주시할 필요가 있다(RFID Journal, 2003). 몇개의 중요한 항만들에서 흐름의 파괴 또는 중지는 국가 경제에 피해를 주며, 대략 몇 주안에 국가를 무력하게 만들 수 있다(Flynn, 2003). 결과적으로, 자국과 타국들의 경제적인 번영을 제공하는 글로벌 공급 체인 및 중요한 항만 설비들의 안전유지를 돕기 위해 컨테이너 레벨에서 추적 및 모니터링 기술들을 개발 및 전개할 필요가 있다(Gills and McHugh, 2002; Bonner, 2002; Verton, 2002). Global maritime-transportation freight transport infrastructure, known as the maritime transport management system (MTS), has terrorism, aging technology, environmental constraints, timely payment manufacturing practices, overlapping national / federal / regional jurisdiction, and It is under pressure from a number of issues, including the lack of a basic technical infrastructure. Terrorist attacks can focus on economic terrorism to influence the changes in the modern world. In order to find a simple, effective and efficient means of large-scale economic damage, it is necessary to watch the open movement of container cargo (RFID Journal, 2003). At some important ports, the disruption or interruption of flows can damage the national economy and render the state ineffective in about a few weeks (Flynn, 2003). As a result, it is necessary to develop and deploy tracking and monitoring technologies at the container level to help safeguard global supply chains and critical port facilities that provide economic prosperity for the country and others (Gills and McHugh, 2002; Bonner, 2002). 2002; Verton, 2002).
항만은 연방정부 관계자들(예를 들어, 미국 관세청, 해안 경비대, DOD, TSA, FBI 등), 주 정부 관계자들(예를 들어, 항만 공사, 주 법집행, 비상 대비 등) 그리고 지역 관계자들(예를 들어, 지역 법집행, 지역 소방청들, 항만 보안, 그리고 상업적인 터미널 운용자들, 노동조합들 등)을 포함하는 많은 설비들, 실체들, 및 기능들의 조립체이다. 항만 보안/관리 및 선적/화물 보안/추적/관리를 제공하도록, 각 항만에서의 작업들의 중요 구성요소들을 네트워크화하기 위한 추가적인 설비들의 개발은 각 항만의 효율적인 사용 및 보안을 돕게 될 것이다. 결과적으로, 이들 지역 항만 설비들은 국제적인 확장에 대한 잠재성을 갖는 지방 센터 및/또는 국가 센터에 링크되어야 한다. 결과적으로, 복수의 공공 및 개인 실체들을 참여시키기 위해, 바람직하게 개방 시스템들과 함께 현재의 공급 체인을 관리/안전유지 함에 있어서, 지리 정보 시스템들(GIS), 글로벌 위성 통신들, 인터넷 및 무선 모니터링/추적/보안 인프라구조와 같은 기술들을 채택할 필요가 있다. Ports include federal officials (eg, US Customs Service, Coast Guard, DOD, TSA, FBI, etc.), state officials (eg, port work, state law enforcement, emergency preparedness, etc.) and local officials ( For example, an assembly of many facilities, entities, and functions, including local law enforcement, local fire departments, port security, and commercial terminal operators, unions, and the like. To provide port security / management and shipping / cargo security / tracking / management, the development of additional facilities to network critical components of operations at each port will assist in the efficient use and security of each port. As a result, these regional port facilities should be linked to regional centers and / or national centers with potential for international expansion. As a result, geographic information systems (GIS), global satellite communications, the Internet and wireless monitoring, in managing / secure the current supply chain, preferably with open systems, to engage a plurality of public and private entities. There is a need to adopt technologies such as / tracking / security infrastructure.
역년 1999년에 미국 국내 총생산에 7500억 달러를 기여하였으며, 총 4800억 달러의 화물이 되는 해상 운송 시스템(MTS)을 통한 선적, 및 현재 국내 해운 선적의 용적은 다가올 20년 동안 두 배가 될 것으로 예상된다(USDOT, 1999). 국제적인 해운 선적은 동일 기간 동안 3배가 될 것으로 예상된다(Prince, 2001). 많은 항만 설비들이 보안으로, 효율적으로 컨테이너 관리 시스템을 조정함에 있어서, 노후한 기술, 환경적인 제약들, 적시 납입 방식의 제조 관행들, 중복되는 연방정부/국가/지역 재판권들, 및 기초적인 기술 인프라구조의 부족을 포함하는 상술한 여러 문제들로부터 경제적인 압박을 받고 있다. 이에 추가하여, 육상 경쟁 및 환경적인 규제들이 대부분의 현재 항만 설비들의 지리적 확장을 제약할 것이다. 컨테이너들의 관리를 담당하는 정보 시스템들은 여전히 수동 데이터 엔트리에 크게 의존하고 있다. 결과적으로, 항만 설비들의 효율성 및 보안성을 증가시키기 위한 자동화된 기술 솔루션들이 필요하게 되었다(Gills and McHugh, 2003; Verton, 2002; Gillis, 2002).The calendar year contributed $ 750 billion to U.S. gross domestic product, and shipments through the maritime transport system (MTS), which totaled $ 480 billion in cargo, and are now expected to double in volume over the next 20 years. (USDOT, 1999). International shipping shipments are expected to triple over the same period (Prince, 2001). Many port facilities securely and efficiently coordinate container management systems, including obsolete technology, environmental constraints, timely payment manufacturing practices, overlapping federal / national / regional jurisdictions, and basic technical infrastructure. Economic pressures are under pressure from the above-mentioned problems, including lack of structure. In addition, land competition and environmental regulations will restrict the geographical expansion of most current port facilities. Information systems responsible for the management of containers still rely heavily on manual data entry. As a result, automated technical solutions are needed to increase the efficiency and security of port facilities (Gills and McHugh, 2003; Verton, 2002; Gillis, 2002).
MTS의 경제적인 비효율성에 관한 염려 이외에, MTS는 현재 국가 안보에 전례없는 강조를 두고 있다. 2001년에, 570 만개의 컨테이너들이 MTS를 통해 미국에 입국하였다(Gills and McHugh, 2002). 미국 관세청은 "프로파일(profile)" 컨테이너들에 대한 정보에 의존하여 이들 컨테이너들 중 2% 미만에 대해 수작업으로 조사하고 있다. 해안경비대 및 미국 관세청은 미국에 입국하는 각 컨테이너를 수작업으로 조사할 인력이나 자원들을 구비하지 않고 있으며, 이와 같이 조사하는 것은 공급 체인에 비극적인 중단을 가져올 것이다(Loy, 2002). 화물 및 컨테이너들의 지능형 프로파일링은 글로벌 공급 체인의 보안 및 합법적인 상거래를 가능하게 하는데 중요하다. 추적 및 모니터링은 지능형 프로파일들을 구축하는데 보다 양호한 데이터를 제공할 것이다. 따라서, 보안성 증가 및 경제상의 효율성에 대한 키로서, 적절한 추적 및 모니터링 기술에 대한 투자가 필요하다(Flynn, 2003).In addition to concerns about MTS 'economic inefficiency, MTS now places unprecedented emphasis on national security. In 2001, 5.7 million containers entered the United States through MTS (Gills and McHugh, 2002). The US Customs Service relies on information about "profile" containers to manually investigate less than 2% of these containers. The Coast Guard and the US Customs Service do not have the manpower or resources to manually inspect each container entering the United States, which would lead to catastrophic disruption to the supply chain (Loy, 2002). Intelligent profiling of cargo and containers is important to enable global supply chain security and legitimate commerce. Tracking and monitoring will provide better data for building intelligent profiles. Thus, as a key to increased security and economic efficiency, investment in appropriate tracking and monitoring techniques is required (Flynn, 2003).
컨테이너 화물 운송에서의 중요한 관심사는 "오염 폭탄"에 대한 방사성 물질 또는 원자핵 융합 장치가 선적 컨테이너의 타겟 국가에 밀수입될 수 있는 상대적인 용이성이다. 국가 안보에 중요한 특정 문제는 선적 컨테이너에서 "오염 폭탄"에 대한 방사성 물질의 미국으로의 잠재적인 선적이다. 표준 해상 선적 컨테이너가 전세계에 상품을 수입 및 수출하는 우세한 방법이 되었다. 매일 미국 항만들에 들어오고 나가는 컨테이너들의 수는 매우 크므로, 매우 작은 부분만이 조사되고 있다. 컨테이너들의 작은 부분만이 조사될 수 있기 때문에, 조사를 위한 컨테이너들을 "플래그(flag)" 하기 위한 일부 방법이 이용되어야 한다. 각 컨테이너가 각 항만 설비에서 통과되어야 하는 위치확인 센서 포털들은 실시불가능한 것으로 여겨진다. 일한 장애는 미국 경제에 매일 수십억 달러를 소비하게 할 수 있다. 방사능 레벨의 상승을 찾기 위해 화물 컨테이너에서, 컨테이너상에서 또는 컨테이너 근처에서 방사선 센서의 이용은 컨테이너들을 플래그하는 일 방법이 될 것이다.An important concern in container cargo transportation is the relative ease with which radioactive or nuclear fusion devices for "pollution bombs" can be smuggled into the shipping country's target country. A particular issue important to national security is the potential shipment of radioactive material to the United States for "pollution bombs" in shipping containers. Standard sea shipping containers have become the dominant way of importing and exporting goods around the world. The number of containers entering and leaving the US ports every day is very large, so only a very small portion is being investigated. Since only a small portion of the containers can be inspected, some method for "flaging" containers for the survey must be used. Positioning sensor portals that require each container to pass through each port facility are considered impractical. Working disabilities can cost the US economy billions of dollars each day. The use of a radiation sensor in a cargo container, on or near a container to find an increase in radiation level would be one way to flag the containers.
그러나, 선적 컨테이너들에 제안된 기존의 방사선 센서들에 문제들이 있다. 우선, 기존의 방사선 센서들은 도즈 적분(dose integration)(활성 감지) 시간 동안에 전력을 사용해야 한다. 기존의 활성 방사선 센서들은 매우 짧은 적분 시간들을 이용해야 함에 따라 감도를 약화시키거나, 컨테이너의 서비스 수명 종료보다 오래전에 이용가능한 배터리 전력을 소모할 것이다. 배터리들의 교체는 개인적인 유지보수 시간, 유지보수 스케줄과 컨테이너의 물리적 위치간의 조화 및 논리적 지원을 요구한다. 보다 긴, 위험이 따르지 않는 서비스 수명을 갖는 방사선 센서들이 필요할 것이다. However, there are problems with existing radiation sensors proposed in shipping containers. First, existing radiation sensors must use power during dose integration (activity sensing) time. Conventional active radiation sensors will have to use very short integration times, which will weaken the sensitivity or consume the available battery power long before the end of the service life of the container. Replacement of batteries requires personal maintenance time, coordination between maintenance schedule and the physical location of the container and logical support. There will be a need for radiation sensors with longer, risk free service life.
둘째로, 기존의 활성 방사선 센서들은 각 컨테이너의 보안의, 중단되지않은 모니터링에 이용가능한 도즈 적분 데이터를 생성하지 않는다. 도즈 적분 데이터의 판독은 각 센서들이 제거되고 판독되거나, 적어도 개별적으로 판독되도록 요구하는데, 이는 값비싼 개인적인 유지보수 시간, 데이터 수집 스케줄과 컨테이너의 물리적 위치간의 조화 및 논리적 지원과 동일한 문제들을 야기한다. 지능형 프로파일링 및 분석에 자동으로, 원격으로 이용가능한 도즈 적분 데이터를 생성하는 방사선 센서들이 필요할 것이다. Second, existing active radiation sensors do not produce dose integral data that is available for secure, uninterrupted monitoring of each container. Reading the dose integral data requires each sensor to be removed and read, or at least individually read, which leads to problems such as expensive personal maintenance time, coordination between the data collection schedule and the physical location of the container and logical support. For intelligent profiling and analysis, there will be a need for radiation sensors that automatically generate remotely available dose integration data.
세째로, 기존의 활성 방사선 센서들은 허위 경보를 하는 경향이 있다. 기존의 활성 방사선 센서들은 서로 다른 타입들의 방사능을 구별할 수 없는데, 이는 의학용 진단에 사용되는 물질들로부터, 그리고 심지어는 전리 방사선 물질들(예를 들어, 칼륨)의 농도들을 당연히 포함하는 바나나들과 같은 무해한(benign) 화물로부터 허위 경보를 야기한다. 보다 정교한, 차별적인 방사선 센서들이 필요할 것이다.Third, existing active radiation sensors tend to make false alarms. Conventional active radiation sensors cannot distinguish between different types of radiation, which of course include bananas that contain concentrations of substances used in medical diagnostics and even ionizing radiation substances (eg potassium). False alarms from harmless cargo such as More sophisticated, differential radiation sensors will be needed.
지금까지, 지능형 프로파일링 및 분석에 자동으로, 원격으로 이용가능한 임계 데이터를 생성하기 위한, 긴 수명의 센서들에 의한 컨테이너-레벨 추적 및 모니터링 요건들은 충족되지 않았다. 이러한 요건들을 만족하는 (바람직하게 이들 모두를 동시에 만족하는) 범용 컨테이너 보안 및 자산(선박 및 화물) 추적 시스템이 필요할 것이다.To date, container-level tracking and monitoring requirements by long life sensors have not been met to automatically generate critical data that is automatically available for intelligent profiling and analysis. There will be a need for universal container security and asset (ship and cargo) tracking systems that meet these requirements (preferably all of them simultaneously).
본 발명의 하기의 실시예들이 필요할 것이다. 당연하게, 본 발명은 이러한 실시예들에 국한되지 않는다.The following examples of the invention will be needed. As a matter of course, the present invention is not limited to these embodiments.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 방법은 무선 주파수 태그로부터 식별 데이터, 위치 데이터 및 환경 상태 센서 데이터를 송신하는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 장치는 식별 데이터, 위치 데이터 및 환경 상태 센서 데이터를 송신하는 무선 주파수 태그를 포함한다. According to one embodiment of the invention, a method comprises transmitting identification data, location data and environmental state sensor data from a radio frequency tag. According to yet another embodiment of the present invention, an apparatus comprises a radio frequency tag for transmitting identification data, location data and environmental state sensor data.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 방법은 하이브리드 대역 확산 변조를 이용하여 무선 주파수 태그로부터 식별 데이터 및 위치 데이터를 송신하는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 장치는 하이브리드 대역 확산 변조를 이용하여 식별 데이터 및 위치 데이터 모두를 송신하는 무선 주파수 태그를 포함한다.According to another embodiment of the invention, a method comprises transmitting identification data and position data from a radio frequency tag using hybrid spread spectrum modulation. According to yet another embodiment of the present invention, an apparatus includes a radio frequency tag for transmitting both identification data and position data using hybrid spread spectrum modulation.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 방법은 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서들과 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서들로부터 방사선량 측정(dosimetric) 데이터를 송신하는 것을 포함하는, 일조의(a suite) 수동 적분형 전리 방사선 센서들을 인사이츄 폴링(insitu polling)하는 단계를 포함하는데, 여기서, 상기 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서들과 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서는 방사선량 측정 데이터가 판독되면서 적분되는 곳에 위치된다. 본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 장치는 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서와; 상기 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서에 결합된 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서와; 그리고 상기 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서 및 상기 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서에 결합된 통신 회로를 포함하는데, 상기 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서와 상기 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서는 방사선량 측정 데이터를 상기 통신 회로에 송신한다. According to yet another embodiment of the present invention, a method comprises transmitting dosimetric data from first passive integral ionizing radiation sensors and second passive integral ionizing radiation sensors. a suite) insitu polling the passive integral ionizing radiation sensors, wherein the first passive integral ionizing radiation sensors and the second passive integral ionizing radiation sensor comprise radiation dose measurement data. It is located where it is integrated as it is read. According to yet another embodiment of the present invention, an apparatus comprises: a first passive integral ionizing radiation sensor; A second passive integral ionizing radiation sensor coupled to the first passive integral ionizing radiation sensor; And a communication circuit coupled to the first passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor, wherein the first passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor comprise radiation. The amount measurement data is transmitted to the communication circuit.
본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 방법은 공간적으로 분산된 어레이로 복수의 전리 방사선 센서들을 배열하는 단계와; 관심있는 체적을 정의하기 위해 각 복수의 센서들의 상대적인 위치를 결정하는 단계와; 적어도 복수의 전리 방사선 센서들의 서브세트로부터 전리 방사선 데이터를 수집하는 단계와; 그리고 전리 방사선 소스의 도즈 레벨이 임계치를 초과하는 것으로 계산되는 때에 경보 상태를 트리거링하는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 하나의 실시예에 따르면, 장치는 공간적으로 분산된 어레이로 배열된 복수의 전리 방사선 센서들과, 여기서 각 복수의 센서들 어레이의 상대적인 위치는 관심있는 체적을 정의하도록 결정되며; 적어도 복수의 전리 방사선 센서들의 서브세트로부터 전리 방사선 데이터를 수집하도록 복수의 전리 방사선 센서들에 결합된 데이터 수집 회로와; 그리고 i)전리 방사선 소스의 도즈 레벨을 계산함과 아울러 이 도즈 레벨과 임계치를 비교하며, 그리고 ii)도즈 레벨이 임계치와 일치하거나 더 큰 때에 경보를 트리거링하도록 데이터 수집 회로에 결합된 컴퓨터를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, a method includes arranging a plurality of ionizing radiation sensors in a spatially distributed array; Determining relative positions of each of the plurality of sensors to define a volume of interest; Collecting ionizing radiation data from at least a subset of the ionizing radiation sensors; And triggering an alert condition when the dose level of the ionizing radiation source is calculated to exceed the threshold. According to another embodiment of the present invention, an apparatus comprises a plurality of ionizing radiation sensors arranged in a spatially distributed array, wherein the relative position of each of the plurality of arrays of sensors is determined to define the volume of interest; Data collection circuitry coupled to the plurality of ionizing radiation sensors to collect ionizing radiation data from at least a subset of the plurality of ionizing radiation sensors; And i) calculating a dose level of the ionizing radiation source and comparing the dose level to a threshold, and ii) a computer coupled to the data collection circuit to trigger an alarm when the dose level matches or is greater than the threshold. .
본 발명의 상기 실시예들 및 기타 실시예들은 하기의 상세한 설명과 첨부 도면들을 참조함으로써 더 잘 해독되고 이해될 것이다. 그러나, 하기의 상세한 설명이 본 발명의 다양한 실시예들과 그 수많은 특정 상세사항들을 나타내지만, 이는 예시로서 제공되며, 본 발명은 이에 국한되지 않음을 이해해야 한다. 많은 대체들, 변형들, 부가들 및/또는 재구성들이 본 발명의 사상을 벗어남이 없이 본 발명의 범주 내에서 이루어질 수 있으며, 본 발명의 실시예들은 모든 이러한 대체들, 변형들, 부가들 및/또는 재구성들을 포함한다.The above and other embodiments of the present invention will be better understood and understood by reference to the following detailed description and accompanying drawings. However, while the following detailed description shows various embodiments of the present invention and numerous specific details thereof, it is to be understood that this is provided by way of example and the invention is not limited thereto. Many alternatives, modifications, additions, and / or reconfigurations may be made within the scope of the present invention without departing from the spirit of the present invention, and embodiments of the present invention may include all such alternatives, modifications, additions, and / or the like. Or reconstructions.
본 명세서에 첨부되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면들은 본 발명의 일정 실시예들을 도시하도록 포함된다. 본 발명의 실시예들, 실시예들과 결합가능한 구성요소들의 보다 명확한 사상, 및 실시예들에 제공된 시스템들에 동작은 도면들에서 도시된, 예시적이며 비제한적인 실시예들을 참조함으로써 더욱 자명하게 될 것이다. 본 발명의 실시예들은 본원에서 제시된 상세한 설명과 관련하여 이러한 하나 이상의 도면들을 참조함으로써 보다 잘 이해될 수 있다. 도면들에서 도시된 특징들은 반드시 스케일 맞게 도시된 것이 아님을 주목해야 한다.The accompanying drawings, which are incorporated in and form a part of this specification, are included to illustrate certain embodiments of the present invention. Embodiments of the present invention, a more apparent idea of components combinable with the embodiments, and the operation of the systems provided in the embodiments are further elucidated by reference to the exemplary and non-limiting embodiments shown in the drawings. Will be done. Embodiments of the invention may be better understood by reference to one or more of these drawings in connection with the detailed description set forth herein. It should be noted that the features shown in the figures are not necessarily drawn to scale.
도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 해상 자산 보안 및 추적(MAST) 시스템의 전체적인 개략도이다.1 is an overall schematic diagram of a marine asset security and tracking (MAST) system representing an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 해안-기반 및 선박-기반 수신기들과 동시에 통신할 수 있는 무선 주파수 식별(RFID) 태그들을 갖는 터미널 및 선상 모두에서 사용하기 위한 무선 주파수 RF 데이터 링크 동작의 개략도이다.FIG. 2 is a radio frequency RF data link operation for use on both a terminal and on board with radio frequency identification (RFID) tags capable of simultaneously communicating with coast-based and ship-based receivers, representing an embodiment of the invention. Schematic diagram of.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 태그들이 로컬-영역 통신들을 위해(예를 들어, 선상 및 터미널 로컬 영역(육지-측) 동작들을 위해) RF를 이용하는 때에, 육지-측 및 선상 사이트 서버(site server)를 통해 RFID 태그들과 네트워크 운용 센터(NOC) 간의 통신들을 개략적으로 도시한다. 3 illustrates land-side and on-board sites when tags use RF for local-area communications (eg, for on-board and terminal local area (land-side) operations), representing an embodiment of the present invention. It schematically shows the communications between RFID tags and a network operations center (NOC) via a server.
도 4는 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 도로를 통한 또는 철도 운송 동안에 셀룰러 또는 위성 통신들을 이용하는 때에 RFID 태그들과 네트워크 운용 센 터(NOC) 간의 양방향 통신들을 개략적으로 도시한다. 4 schematically illustrates bi-directional communications between RFID tags and a network operations center (NOC) when using cellular or satellite communications over road or during rail transportation, representing an embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 일 실시예를 나타내는, RFID 태그를 포함하는 기능 요소들의 개략적인 블록도이다.5 is a schematic block diagram of functional elements including an RFID tag, representing an embodiment of the invention.
도 6은 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 적층 어레이의 컨테이너들의 환경에서 판독기들 및 RFID 태그들의 전체적인 개략도이다.6 is an overall schematic diagram of readers and RFID tags in the context of containers in a stacked array, representing an embodiment of the invention.
도 7은 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 컴퓨터 프로그램에 의해 수행될 수 있는 노드 발견 시퀀스 모드를 포함하는 RFID 태그 시작(boot-up) 시퀀스의 흐름도이다.7 is a flowchart of an RFID tag boot-up sequence including a node discovery sequence mode that may be performed by a computer program, representing an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 컴퓨터 프로그램에 의해 수행될 수 있는 RFID 태그 시작 시퀀스 모드의 흐름도이다.8 is a flowchart of an RFID tag start sequence mode that may be performed by a computer program, representing an embodiment of the invention.
도 9는 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 호스트 컨테이너 상부의 중심 근처에 장착된 단일 RF 방사기(방사 도트로서 표시됨)를 갖는 선박의 갑판상의 또는 터미널 야드 내에 (공칭값 40피트로) 기밀하게 적층된 일군의 컨테이너들의 개략적인 상부 평면도인데, 여기서 화살표들은 컨테이너의 단부들로부터 인접 통로들로 누출하며, 이후에 통로들을 따라 반사하는 RF 에너지를 표시하며, 잠재적인 RF 수신 위치들은 통로들의 단부들에 위치된 도트들에 의해 표시된다.9 is hermetically stacked (at nominal 40 feet) on the deck of a ship or in a terminal yard with a single RF emitter (represented as radiation dots) mounted near the center of the top of the host container, representing an embodiment of the present invention. A schematic top plan view of a group of containers, wherein the arrows leak from the ends of the container into adjacent passageways, and then indicate the RF energy reflecting along the passageways, with potential RF receiving locations at the ends of the passageways. It is indicated by the dots located.
도 10은 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 인사이츄 폴링된 일조의 센서들의 개략적인 블록도인데, 여기서, 각 센서는 다른 필터를 갖는다. 10 is a schematic block diagram of a series of polled pairs of sensors, representing an embodiment of the present invention, wherein each sensor has a different filter.
도 11은 본 발명의 일 실시예를 나타내는, 통합된 온도 보상을 갖는 인사이츄 폴링된 센서의 개략적인 구조도이다.11 is a schematic structural diagram of an event polled sensor with integrated temperature compensation, representing an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예들, 다양한 특징들 및 그 유익한 상세사항들은 첨부 도면들에서 도시되고 하기의 상세한 설명에서 예시되는 비제한적인 실시예들을 참조하여 더욱 완전하게 설명된다. 공지된 시작 물질들, 프로세싱 기법들, 구성요소들 및 장비에 대한 설명들은 본 발명의 실시예들을 세부적으로 불필요하게 불분명하지 않게 하기 위해 생략된다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 예들이 본 발명의 바람직한 실시예들을 나타내지만, 이들은 단지 예로써 제공되며, 본 발명이 이들에 국한되지 않음을 이해해야 한다. 하기의 본 발명 개념의 범주 및/또는 사상 내에 드는 다양한 대체들, 변형들, 부가들 및/또는 재구성들은 본 개시로부터 기술분야의 당업자들에게 자명하게 될 것이다. Embodiments of the present invention, various features, and advantageous details thereof are described more fully with reference to the non-limiting embodiments illustrated in the accompanying drawings and illustrated in the following detailed description. Descriptions of known starting materials, processing techniques, components, and equipment have been omitted so as not to unnecessarily obscure embodiments of the present invention in detail. However, while the description and the specific examples show preferred embodiments of the invention, it is to be understood that these are provided by way of example only, and the invention is not limited thereto. Various alternatives, modifications, additions and / or reconfigurations that fall within the scope and / or spirit of the inventive concept below will become apparent to those skilled in the art from this disclosure.
하기에서 참조문헌으로 포함된 미국특허들, 미국을 지정한 공개 PCT 출원들 및 미국특허출원들은 이들이 의도하는 목적들에 유용한 실시예들을 개시한다. 본원에서, 미국특허 제 6.603.818호, 제 6,606,350호, 제 6,625,229호, 제 6,621,878호, 제 6,556,942호의 전체 내용들은 모든 목적들을 위해 본원에서 참조문헌으로서 포함된다. 공개 PCT 출원 WO 02/27992, WO 02/19550, WO 02/19293, 및 WO 02/23754의 전체 내용들이 모든 목적들을 위해 본원에서 참조문헌으로서 포함된다. 미국특허출원 제 09,671,636호(2000년 9월 27일 출원됨), 제 09,653,788호(2000년 9월 1일 출원됨), 제 09/942.308호(2001년 8월 29일 출원됨), 제 09/660,743호(2000년 9월 13일 출원됨), 제 10/726,446호(2003년 12월 3일 출원됨), 제 10/726,475호(2003년 12월 3일 출원됨), 및 제 10/817,759호(2003년 12월 31일 출원됨)의 전 체 내용들이 모든 목적들을 위해 본원에서 참조문헌으로서 포함된다. 본 출원은 현재 계류중인, 2004년 5월 6일에 출원된 공동계류중인 미국특허출원(Attorney Docket No. UBAT1570)에서 또한 포함되는 개시물들을 포함하는데, 상기 공동계류중인 미국특허출원의 전체 내용은 모든 목적들을 위해 본원에서 참조문헌으로서 포함된다.US patents, published PCT applications and US patent applications, which are incorporated by reference below, disclose embodiments useful for the purposes for which they are intended. Herein, the entire contents of US Pat. Nos. 6.603.818, 6,606,350, 6,625,229, 6,621,878, 6,556,942 are incorporated herein by reference for all purposes. The entire contents of the published PCT applications WO 02/27992, WO 02/19550, WO 02/19293, and WO 02/23754 are incorporated herein by reference for all purposes. U.S. Patent Application Nos. 09,671,636, filed September 27, 2000, 09,653,788, filed September 1, 2000, 09 / 942.308, filed August 29, 2001, 09 / 660,743 (filed September 13, 2000), 10 / 726,446 (filed December 3, 2003), 10 / 726,475 (filed December 3, 2003), and 10 / 817,759 The entire contents of the issue (filed December 31, 2003) are incorporated herein by reference for all purposes. The present application also includes disclosures that are also included in the currently pending, pending co-pending US Patent Application (Attorney Docket No. UBAT1570) filed May 6, 2004, the entire contents of which are pending. It is incorporated herein by reference for all purposes.
본 발명의 일 실시예는 선상의 터미널에서, 및 도로를 통한(트럭 및 철도) 운송 동안에 선적 컨테이너들의 상태를 모니터링하며 위치를 추적하는 방법 및/또는 장치를 포함할 수 있다. 따라서, 본 발명은 진정한 "연계-수송(inter-modal)" 추적 및 모니터링 시스템을 포함할 수 있다. 본 방법 및/또는 장치는 선상에서의 그리고 선적 터미널에서의 컨테이너로의 그리고 컨테이너로부터의 견고한(robust) 2방향 데이터 전송을 위해 하이브리드 대역 확산(HSS) 통신들을 이용할 수 있다. 본원에서 사용되는 바와같은 어구 "하이브리드 대역 확산(HSS)"은 가령, 2003년 12월 31일 출원된 미국특허출원 제 10/817,759호 및/또는 공개 PCT 출원 WO 02/27292호에 의해 설명되는 바와 같이 다이렉트 시퀀스 대역 확산(DSSS), 예를 들어 코드 분할 다중 접속(CDMA), 및 주파수 홉핑(hopping), 시간 홉핑, 시분할 다중 접속(TDMA), 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 및/또는 공간 분할 다중 접속(SDMA) 중 적어도 하나의 조합으로서 정의된다. 고속 HSS는 특히 바람직한 실시예인데, 여기서 확산 및 홉핑은 일 비트 타임 동안에 발생한다(즉, 각 비트는 개별적으로 확산되고 홉핑된다). 본 발명은 도로상의 운송 동안에 통신들을 위해 셀룰러 및/또는 위성 데이터 전송들을 이용할 수 있다. 컨테이너 화물 상태 및 조건을 모니터링하는 센 서들이 이 시스템에 포함될 수 있다. 컨테이너의 위치는 도로상의 운송 동안에 범용 위치확인 시스템(GPS)을 이용함으로써, 그리고 HSS 통신의 RF 신호들을 이용하는 보다 국부적인 무선표정(radiolocation) 기술들을 이용함으로써 결정될 수 있다. 컨테이너의 위치 및 상태는 국내 운용 센터에 중계될 수 있는데, 여기서, 국내 운용 센터는 컨테이너 정보의 모니터링, 추적, 관리 및 디스플레이를 위해 지리 정보 시스템 데이터베이스의 적하 목록과 이 데이터를 결합한다. One embodiment of the invention may include a method and / or apparatus for monitoring the location and monitoring the status of shipping containers at a terminal on board and during road (truck and rail) transportation. Thus, the present invention may include a true "inter-modal" tracking and monitoring system. The method and / or apparatus may utilize hybrid spread spectrum (HSS) communications for robust two-way data transmission to and from containers on board and at shipping terminals. The phrase “hybrid band spreading (HSS)” as used herein is described, for example, by US patent application Ser. No. 10 / 817,759 and / or published PCT application WO 02/27292, filed December 31, 2003. Direct Sequence Band Spread (DSSS), for example Code Division Multiple Access (CDMA), and Frequency Hopping, Time Hopping, Time Division Multiple Access (TDMA), Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), and / or Space Division Multiplexing. It is defined as a combination of at least one of the connections (SDMA). Fast HSS is a particularly preferred embodiment, where spreading and hopping occur during one bit time (ie, each bit is individually spread and hopped). The present invention may use cellular and / or satellite data transmissions for communications during transport on the road. Sensors that monitor container cargo conditions and conditions can be included in the system. The location of the container can be determined by using a universal positioning system (GPS) during transportation on the road, and by using more local radiolocation techniques using RF signals of HSS communication. The location and status of the containers can be relayed to the domestic operations center, where the domestic operations center combines this data with the manifest of the geographic information system database for monitoring, tracking, managing and displaying container information.
본 발명의 일 실시예는 개방 시스템 아키텍처를 이용하는 진정한 범용 자산 관리 및 화물 추적/시각화 시스템을 생성하기 위해 범용 위성 통신망을 통해 견고한 장거리 RFID 기술과 GIS-기반 추적 인프라구조를 링크하는 해상 자산 보안 및 추적(MAST) 시스템을 포함할 수 있다. MAST 시스템은 항만 및 공급 체인 보안 필요들을 위해 개방 시스템 아키텍처의 환경에서 실시간 선박/도로/철도 컨테이너 및 화물 추적을 제공하도록 포함된다. 이 추적 기술은 상기 시스템의 확장 및 채택에 자금을 제공하기 위해 국가 안보, 공급 체인 관리, 항만 자동화, 보험 신청들 및 상업 시장에서 분실된, 성가신 화물이 잠재적인 복구/구조를 포함하는 다수의 상업적인 기회들을 생성할 것이다. MAST 시스템 시도는 또한 컨테이너 화물 및 자산들의 추적 및 보안 모니터링을 위한 새로운 표준들 및 "최상의 관리" 실행들의 개발을 용이하게 할 것이다. One embodiment of the present invention provides maritime asset security and tracking that links robust long-range RFID technology and GIS-based tracking infrastructure via a universal satellite network to create a truly universal asset management and cargo tracking / visualization system that uses an open system architecture. (MAST) system. The MAST system is included to provide real-time ship / road / railway container and cargo tracking in an open system architecture environment for port and supply chain security needs. This tracking technology can be used to finance the expansion and adoption of the system, including a number of commercial services involving national security, supply chain management, port automation, insurance applications, and potential recovery / construction of lost, cumbersome cargo in the commercial market. Will create opportunities. The MAST system approach will also facilitate the development of new standards and "best management" practices for tracking and security monitoring of container cargo and assets.
본 발명은 항만 보안/관리 필요들을 위해 실시간 자산, 컨테이너 및 화물 추적을 제공함과 아울러 연계수송 운송 네트워크들에 걸쳐 생명과 재산의 안전성을 증가시키도록 설계될 수 있다. 내부 상태 모니터링과 함께 컨테이너들을 범용으로 실시간으로 추적하는 능력은 공급 체인과 항만 시스템의 보안에 필수적이다. 바람직한 HSS, 2방향 저전력 무선 통신들은 대략 10mW의 전력에서 선박 및/또는 터미널 통신 거리들(예를 들어, 300 내지 500 미터 범위)의 환경에서 잘 동작할 것이다. The present invention can be designed to provide real-time asset, container and cargo tracking for port security / management needs, as well as to increase the safety of life and property across linkage transport networks. The ability to track containers in real-time and in real time, along with internal condition monitoring, is essential to the security of supply chains and port systems. Preferred HSS, two-way low power wireless communications will work well in an environment of ship and / or terminal communication distances (eg in the range of 300 to 500 meters) at a power of approximately 10 mW.
기밀하게 적층된 강철 선적 컨테이너들 내부 및 주위에서의 RF 전파 문제들은, 각 컨테이너 RF 태그들로부터 선박 수신기들(판독기들)로 원격 측정 신호들을 성공적으로 송신하도록 매우 견고한 데이터-통신 기법들(예를 들어, 개선된 대역 확산 변조 및 다이버시티 수신 시스템들)을 사용하게 한다. 특히, 선박들의 선창에 크게, 기밀하게 패킹된 적층들에서 이러한 컨테이너들의 매우 정확한 무선표정의 목적은, 많은 수신기들(판독기들)이 야드 설비들에 걸쳐, 각 선박의 갑판들 및 선창들에 걸쳐 분산되지 않는 경우에 달성되지 않을 것이다. 만일 위치 결정의 일부 손실이 정상 동작에서 용인될 수 있는 경우에, 대부분의 경우들에서, 특수 환경(즉, 야드 또는 선박)에 대한 이들의 전개에 적합화된, 면밀하게 제조된 컨테이너 RF 태그들 및 인프라구조 구성요소들의 사용은 대부분의 특수한 환경의 경우들에서 컨테이너 ID 및 상태 데이터(예를 들어, 도어 보안성, 온도) 및 상당히 정확한 컨테이너 위치 정보(즉, 일 적층 위치 내의 정보)의 효과적인 원격측정을 제공하여야 한다. RF propagation problems within and around hermetically stacked steel shipping containers are very robust data-communication techniques (e.g., to successfully transmit telemetry signals from each container RF tags to ship receivers (readers). For example, improved spread spectrum modulation and diversity reception systems). In particular, the purpose of highly accurate radioexpression of such containers in tightly packed stacks on ship's docks is that many receivers (readers) span yard facilities, across decks and docks of each ship. It will not be achieved if it is not dispersed. If in some cases loss of positioning can be tolerated in normal operation, in most cases, carefully manufactured container RF tags adapted to their deployment to a special environment (ie, yard or ship) And the use of infrastructure components provides effective remote control of container ID and status data (eg door security, temperature) and fairly accurate container location information (ie, information within one stacking location) in most specialized environments. Measurements should be provided.
바람직한 MAST 시스템 구현은 특히, 외국 항만들에서 적재되는 선박들에 대해 국제적인 규정들에 따르는 2450 내지 2483.5 MHz ISM 대역을 사용할 수 있다. 더욱이, 외국의 항만 설비들은 컨테이너들의 추적을 위해 의심의 여지없이 결과적으로 일종의 RF 원격측정을 이용할 것이다. 만일 MAST 시스템이 2.4 GHz ISM 대역 의 국제적인 할당에 적합한 경우에, 선적 컨테이너들을 추적하는데 전세계에서 채택될 것이다(먼저, 항만에서 채택되며, 결과적으로 철도, 비행기 및 트럭과 같은 다른 장소들에서 채택될 것이다). 협대역 시스템 경고 신호들, 비콘들 등에 대해, 다른 ISM 대역 가능성들은 13.56 및 433 MHz 슬롯들을 포함하며, 868 MHz(유럽) 및 915 MHz(북미) 대역들은 고속 및 대역 확산 이용을 위해 다소 넓은 폭을 제공한다. 본 발명의 상업 실시예들의 데이터 프로토콜은 보다 양호한 프로세스 이득, 전파 교란 저항성, 및 보다 낮은 충돌 통계치들을 위한 매우 넓은 대역폭들(>1 MHz), 긴(long) 코드 길이들(예를 들어, ≥63)을 갖는 하이브리드 또는 다이렉트-시퀀스 대역 확산 신호가 될 수 있다. Preferred MAST system implementations may use the 2450-2483.5 MHz ISM band in accordance with international regulations, in particular for ships loaded in foreign ports. Moreover, foreign port facilities will undoubtedly use some sort of RF telemetry to track containers. If the MAST system is suitable for the international allocation of the 2.4 GHz ISM band, it will be adopted worldwide to track shipping containers (first adopted at the ports and consequently at other locations such as railroads, planes and trucks). ). For narrowband system warning signals, beacons, etc., other ISM band possibilities include 13.56 and 433 MHz slots, while the 868 MHz (Europe) and 915 MHz (North America) bands are somewhat wider for high speed and spread spectrum use. to provide. The data protocol of commercial embodiments of the present invention provides very wide bandwidths (> 1 MHz), long code lengths (e.g. ≥63) for better process gain, jamming resistance, and lower collision statistics. It can be a hybrid or direct-sequence spread spectrum signal with
해상(야드/선박) 환경에서 MAST 시스템을 전개하기 위해, 기능성의 여러 영역들이 시스템에 결합되어야 한다. 제 1 기능 그룹은 해양-기반 시스템의 기본 아키텍처를 포함하는데, 이는 (1)통신 링크들, (2)안테나들, (3)전자장치들, (4)컨테이너-단위 전력원들, (5)선박-대-해안 시스템 인터페이스, 예를 들어 위성 링크, (6)컨테이너 원격측정 시스템 통합, (7)컨테이너 위치 검출[GPS, 로컬 RF 삼각측량에 의해 선택적으로 증가됨], (8)센서들, (9)시스템 중앙 모니터링 유닛들, 및 (10)컨테이너 데이터베이스 인터페이스들을 포함한다. 제 2 기능 그룹은 항만 컨테이너-야드 시스템을 포함하는데, 이는 추가적인 시스템 로직이 선박과 야드 시스템들간의 추적 시스템 핸드오프를 관리하는데 필요하다는 것을 제외하고 선상의 설정과 기능면에서 아주 동일하다. In order to deploy a MAST system in a marine (yard / ship) environment, several areas of functionality need to be combined into the system. The first functional group includes the basic architecture of a marine-based system, which includes (1) communication links, (2) antennas, (3) electronics, (4) container-unit power sources, (5) Ship-to-shore system interface, e.g. satellite link, (6) container telemetry system integration, (7) container position detection [GPS, optionally increased by local RF triangulation], (8) sensors, ( 9) system central monitoring units, and (10) container database interfaces. The second functional group includes a port container-yard system, which is very identical in terms of configuration and functionality on board except that additional system logic is required to manage tracking system handoffs between ship and yard systems.
1. 개요1. Overview
도 1을 참조하면, 컨테이너들(105)에 결합된 하나 이상의 무선 주파수 식별 태그들(101)이 선박(110)상의 판독기(107)와 양방향 무선 주파수 통신하고 있다. 선박(110)은 또한 사이트 서버를 포함하지만(도 1에서 미도시), 저궤도(low earth orbit) 위성(120)과 양방향 무선 주파수 통신하고 있다. 저궤도 위성(120)은 지상국(125)과 양방향 무선 주파수 통신하고 있다. Referring to FIG. 1, one or more radio
동시에, (트럭의 차대(chassis)에 의해 운반되는) 또 하나의 무선 주파수 식별 태그(102)와 연계수송 컨테이너(106)가 또한 저궤도 위성(120)과 접촉하고 있다. 무선 주파수 식별 태그(102)가 또한 (대안적으로 및/또는 동시에) 셀 타워(130)와 통신할 수 있음을 주목해야 한다. 무선 주파수 식별 태그(102)가 저궤도 위성(120) 및/또는 셀 타워(130)와 다이렉트 통신하는 것으로 도시되지만, 무선 주파수 식별 태그(102)는 트럭 차대상에 위치된 판독기 및/또는 사이트 서버를 통해 중계될 수 있음을 주목해야 한다. At the same time, another radio
네트워크 운용 센터(140)는 지상국(125) 및 셀 타워(130)와 양방향 통신하고 있다. 네트워크 운용 센터(NOC)는 또한 데이터를 본 실시예에서 세관, 국방성, 미교통안전원, 국가 안보 위원회, 미국 해안 경비대, FBI 및 상업 관계자들을 포함하는 복수의 수신자들에 다운로딩한다. The
도 1에 도시된 해상 자산 보안 및 추적(MAST) 시스템은 항만측 부두 설비들에서 적재, 하적, 및 운반 동작들 동안에, 그리고 선상에서 컨테이너들의 해외 운송 동안에 해상 산업-표준 20피트 및 40피트 선적 컨테이너들을 추적 및 모니터링하기 위한 무선(RF)-기반 통신 및 감지/원격측정 시스템이다. 이 시스템은 로컬-단 말기 통신 시스템들 및 다른 광역 상업 통신 시스템들(위성 및/또는 셀룰러/PCS를 포함한다) 모두를 이용하여 선박들, 철도들, 항공기, 도로상의 트럭들 상에서, 그리고 이들의 관련 터미널 설비들 내에서 동작할 수 있는 진정한 연계수송 추적 및 모니터링 시스템을 제공할 수 있다. 이 RFID 태그 시스템은 각 선적 컨테이너에 부착된 RFID 태그들, 선박 도처에 및 선적 터미널에 위치된 로컬 사이트 판독기들, 각 선박상에 또는 각 터미널에 있는 일 중앙 사이트 서버, 그리고 네트워크 운용 센터(NOC)- 여기서, 모든 데이터가 수집되며, 결합되며, 저장되며, 분석되며, 그리고 보급된다) -를 포함할 수 있다. 선적 컨테이너들은 냉동-화물 선적 컨테이너들(냉동선들)과 건조-화물 선적 컨테이너들(건조-박스들) 모두가 될 수 있다. RFID 태그들 중 하나에 적합화된 컨테이너들 또는 다른 장비의 위치를 식별 및 추적하는 것에 추가하여, 각 태그에는 (예를 들어, IEEE 1451) 센서 인터페이스 및 선택적인 추가의 직렬 인터페이스들이 장착될 수 있는데, 이는 넓은 범위의 센서들이 RFID 태그에 연결되게 하여 컨테이너 화물 또는 다른 태그된 장비의 상태를 모니터링하게 한다. RFID 태그에 연결될 수 있는 센서들은 온도, 압력, 상대 습도, 가속도계, 방사선, GPS(글로벌 위치확인 시스템)을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 추가적인 센서들이 냉동 압축기들과 같은 기계의 상태 모니터링을 위해, 또는 일부 냉동 화물 컨테이너들상의 진단 데이터 포트로부터 판독하기 위해 포함될 수 있다. The maritime asset security and tracking (MAST) system shown in FIG. 1 is a marine industry-standard 20-foot and 40-foot shipping container during loading, unloading, and hauling operations at port side dock facilities and during offshore transportation of containers on board. Wireless (RF) -based communication and sensing / telemetry systems for tracking and monitoring them. The system uses both local-terminal communication systems and other wide area commercial communication systems (including satellite and / or cellular / PCS) on ships, railroads, aircraft, trucks on the road, and their It can provide a true linked transport tracking and monitoring system that can operate within the relevant terminal facilities. The RFID tag system includes RFID tags attached to each shipping container, local site readers located throughout the ship and at the shipping terminal, one central site server on each ship or at each terminal, and a network operations center (NOC). Where all data is collected, combined, stored, analyzed, and disseminated). The shipping containers can be both freezer-freight shipping containers (freezers) and dry-freight shipping containers (dry-boxes). In addition to identifying and tracking the location of containers or other equipment adapted to one of the RFID tags, each tag may be equipped with a sensor interface (eg IEEE 1451) and optional additional serial interfaces. This allows a wide range of sensors to be connected to RFID tags to monitor the condition of container cargo or other tagged equipment. Sensors that may be connected to an RFID tag include, but are not limited to, temperature, pressure, relative humidity, accelerometer, radiation, global positioning system (GPS). Additional sensors may be included for condition monitoring of a machine, such as refrigeration compressors, or for reading from diagnostic data ports on some refrigerated cargo containers.
MAST 시스템은 3개의 주요 동작 모드들을 포함하는데, 첫째는 RFID 태그가 선박상에 있을 때이며, 둘째는 RFID 태그가 터미널에 있을 때이며, 셋째는 RFID 태그가 도로상 또는 철도를 통해 운송되는 때이다(이는 RFID 태그가 선박상에 또는 터미널에 있지 않은 모든 경우를 포함한다). 터미널은 RF 통신 시스템에 의해 서빙(serving)되는 임의의 로컬 영역으로 여겨질 수 있다. RFID 태그 시스템은 a)네트워크 운용 센터(NOC)- 여기서, 네트워크 운용 센터는 모든 RFID 태그들 및 관련 화물 컨테이너들(또는 다른 자산)에 관한 상태 및 데이터를 포함할 수 있으며, 이 정보를 사용자들에게 제공한다 -와; b)로컬 사이트 서버들(선박 또는 터미널마다 하나가 있음)- 여기서, 로컬 사이트 서버들은 로컬-영역 통신들(즉, 각 선박 또는 터미널)을 관리하며, RFID 태그 데이터를 중앙 시스템 서버에 중계할 수 있다 -와; c)RFID 태그 판독기들- 여기서, RFID 태그 판독기들은 로컬 영역의 RFID 태그들로부터 통신을 수신하며, 이를 로컬 사이트 수신기로 중계한다 -와; 그리고 d)RFID 태그들을 포함한다. The MAST system includes three main modes of operation: first when the RFID tag is on the ship, second when the RFID tag is at the terminal, and third when the RFID tag is transported on the road or by rail. This includes all cases where the RFID tag is not on the ship or at the terminal). The terminal can be thought of as any local area that is served by the RF communication system. The RFID tag system may comprise a) a network operations center (NOC), where the network operations center may include status and data relating to all RFID tags and associated freight containers (or other assets), and this information is presented to users. -And; b) local site servers (one per ship or terminal)-where local site servers manage local-area communications (ie, each ship or terminal) and can relay RFID tag data to a central system server There is -and; c) RFID tag readers, where the RFID tag readers receive communication from RFID tags in the local area and relay them to the local site receiver; And d) RFID tags.
도 2를 참조하면, 본 발명의 해안 및/또는 선박 통신 유연성이 도시된다. 제 1 컨테이너(211)에 결합된 제 1 무선 주파수 식별 태그(201)가 선박(230)상에 위치된 복수의 무선 주파수 식별 태그 판독기들(221, 222, 223 및 224)에 통신가능하게 결합된다. 복수의 무선 주파수 식별 태그 판독기들(221, 222, 223 및 224)이 선박(230)상의 사이트 서버(235)에 통신가능하게 결합된다. 사이트 서버(235)는 위성(도 2에서, 미도시)에 통신가능하게 결합되지만, 또한 네트워크 운용 센터에 통신가능하게 결합된다. 2, the coastal and / or ship communication flexibility of the present invention is shown. A first radio
제 2 컨테이너(212)에 결합된 제 2 무선 주파수 식별 태그(202)가 복수의 무선 주파수 식별 태그 판독기들(221, 222, 223 및 224)에 통신가능하게 결합되며, 또한 동시에 터미널 내의 또는 주위의 라이트 폴들 또는 타워들상에 위치된 복수의 사이트 무선 주파수 식별 태그 판독기들(241 및 242)에 통신가능하게 결합된다. 복수의 사이트 무선 주파수 식별 태그 판독기들(241 및 242)은 터미널과 관련된 사이트 서버(250)에 통신가능하게 결합된다. 사이트 서버(250)는 위성 데이터 링크 또는 다른 통신 회로(예를 들어, 하드와이어(hardwire) 인터넷 접속)를 통해 네트워크 운용 센터에 통신가능하게 결합된다.A second radio
제 3 컨테이너(213)에 결합된 제 3 무선 주파수 식별 태그(203)가 복수의 사이트 무선 주파수 식별 태그 판독기들(241 및 242)에 통신가능하게 결합된다. 제 3 무선 주파수 식별 태그(203)는 복수의 무선 주파수 식별 태그 판독기들(221, 222, 223 및 2240)와 통신하는 것으로 도시되지 않지만, 만일 제 3 컨테이너(213)가 물리적으로 선박(230) 근처로 이동되는 경우에 통신될 수 있음을 주목해야 한다.A third radio
여전히, 도 2를 참조하면, 선박 또는 단말기 통신 RFID 태그들은 RFID 태그 판독기들과 통신하기 위해 RF 통신들을 이용할 수 있다. 바람직한 RF 통신들은 2.45 GHz 대역에서 동작하는 하이브리드 대역 확산(HSS) RF 데이터 링크이다. 각 태그로부터의 RF 신호의 무선표정 또는 삼각측량이 각 RFID 태그 위치를 결정하는데 이용될 수 있다.Still referring to FIG. 2, ship or terminal communication RFID tags may use RF communications to communicate with RFID tag readers. Preferred RF communications are hybrid band spread (HSS) RF data links operating in the 2.45 GHz band. Radiometric or triangulation of RF signals from each tag may be used to determine each RFID tag location.
도 3을 참조하면, 네트워크 운용 센터(310)가 이더넷 또는 위성 데이터 링크를 통해 육지측 사이트 서버(320)에 양방향으로 결합된다. 동시에, 네트워크 운용 센터(310)는 위성 데이터 링크를 통해 선박상 사이트 서버(330)에 양방향으로 연결된다. Referring to FIG. 3, the
육지측 사이트 서버(320)는 제 1 무선 주파수 식별 태그 판독기(340), 제 2 무선 주파수 식별 태그 판독기(350) 및 제 3 무선 주파수 식별 태그 판독기(360)에 양방향으로 결합된다. 본 실시예에서, 사이트 서버(320)와 3개의 태그 판독기들(340, 350 및 360)간의 통신 결합은 무선 주파수 와이어리스, 전력선, 이더넷 또는 광 데이터 링크 중 하나 이상이 될 수 있음을 주목해야 한다. 터미널(345)에 위치된 복수의 무선 주파수 식별 태그는 3개의 태그 판독기들(340, 350 및 360) 중 적어도 하나에 양방향으로 통신가능하게 결합된다.Land-
선박상 사이트 서버(330)가 제 4 무선 주파수 식별 태그 판독기(370), 제 5 무선 주파수 식별 태그 판독기(380) 및 제 6 무선 주파수 식별 태그 판독기(390)에 양방향으로 통신가능하게 결합된다. 선박상 사이트 서버(330)는 전력선, 무선 주파수 와이어리스 또는 이더넷 데이터 링크 중 하나 이상을 통해 3개의 태그 판독기들(370, 380 및 390)에 결합됨을 주목해야 한다. 선박(375)상에 위치된 복수의 무선 주파수 식별 태그들이 3개의 태그 판독기들(370, 380 및 390) 중 적어도 하나와 양방향 통신하고 있다.The on-
도 3에 도시된 바와같이, RFID 태그 통신들은 RFID 태그 판독기들에 의해 픽업되어, 여러 가능한 방법들(a)RF 데이터 링크; b)이더넷; c)전력선 데이터 링크; d) 광; 및/또는 e)다른 방법들) 중 하나 이상에 의해 로컬 사이트 서버에 중계될 수 있다. 일단 태그 데이터가 로컬 사이트 서버로 중계되면, 데이터는 위성-기반 데이터 링크 또는 다른 인터넷 서비스 프로바이더 링크(예를 들어, 이더넷)에 의해 NOC에 업로딩될 수 있다. 로컬 사이트 서버들은 또한 선박상의 엔지니어들과 같은 로컬 직원에 의해 사용되기 위한 보고들을 발생할 수 있다. NOC는 다시 태그 명령 들, 검증들 및/또는 조회들에 통신할 수 있다. 임의의 특정 컨테이너에 대한 데이터는 인터넷 접속 및 적당한 보안 유효성을 갖는 전세계의 임의의 사용자에게 이용가능하게 될 수 있다.As shown in FIG. 3, RFID tag communications are picked up by RFID tag readers to provide several possible methods: (a) an RF data link; b) Ethernet; c) power line data links; d) light; And / or e) other methods). Once the tag data is relayed to the local site server, the data can be uploaded to the NOC by satellite-based data link or other internet service provider link (eg Ethernet). Local site servers can also generate reports for use by local personnel such as engineers on a ship. The NOC may again communicate tag instructions, verifications and / or queries. The data for any particular container can be made available to any user around the world with internet access and proper security effectiveness.
도 4를 참조하면, 네트워크 운용 센터(410)가 제 1 셀룰러 또는 위성 시스템(420), 제 2 셀룰러 또는 위성 시스템(430) 및 제 3 셀룰러 또는 위성 시스템에 결합된다. 네트워크 운용 센터(410)와 시스템들(420, 430 및 440)간의 양방향 통신 결합들은 전화선 또는 기지국 접속을 통해 될 수 있다. 3개의 시스템들(420, 430 및 440) 각각은 로컬 영역(RF 커버리지) 죤(450) 외부의 복수의 무선 주파수 식별 태그들의 서브세트와 관련된다. 로컬-영역 죤(450) 외부의 RFID 태그들의 각 서브세트를 갖는 3개의 시스템들(420, 430 및 440)간의 양방향 통신 결합은 셀룰러 또는 위성 데이터 링크를 통해 될 수 있다.4, a
도 4에서 도시된 바와같이 도로상 및 철도 통신들에 대해, RFID 태그들은 셀룰러 또는 위성 데이터 링크들에 의해 NOC에 통신될 수 있다. 바람직한 방법은 다이렉트 위성 통신들인데, 이는 셀룰러가 전세계 커버리지를 제공하지 않기 때문이다. 위성 또는 셀룰러 시스템은 RFID 태그 데이터를 NOC에 연결된 기지국(위성)을 통해 또는 NOC에 연결된 모뎀 뱅크(셀룰러)를 통해 NOC에 중계할 수 있다. 도로상의 동작은 RFID 태그가 선박상이나 터미널에 있지 않은 때(RF 통신 시스템에 의해 서빙되는 임의의 로컬 영역)의 모든 동작들을 포함할 수 있다. 각 태그의 GPS 수신기는 도로상에서 운송되는 동안에 컨테이너의 이동 및 위치를 추적하기 위해 이용될 수 있다. 컨테이너들이 도로상 동작 동안에 적층되지 않는 것이 바람직하다. 일 부 레일 카들상에서 가능한 바와 같이, 만일 태그된 컨테이너가 그 위에 또 하나의 컨테이너로 적층되는 경우에, 위성 또는 셀룰러 모뎀 데이터 링크들 및 GPS 시스템은 기능하지 않을 수 있다. 적층상의 다른 태그된 컨테이너가 제 1 컨테이너에 대한 리피터(repeater) 또는 중계기(확장기)로서 동작할 수 있다. 보다 상세히는, 제 1 컨테이너는 다른 방법들이 실패하는 때에 HSS RF 통신들을 이용할 수 있다. 제 2 컨테이너는 자신의 HSS RF 수신기로 이러한 통신들을 수신하며, 이후에 위성 또는 셀룰러 모뎀 데이터 링크를 이용하여 이들을 NOC에 중계할 수 있다.For road and rail communications, as shown in FIG. 4, RFID tags may be communicated to the NOC by cellular or satellite data links. The preferred method is direct satellite communications, because cellular does not provide worldwide coverage. The satellite or cellular system may relay RFID tag data to the NOC through a base station (satellite) coupled to the NOC or through a modem bank (cellular) coupled to the NOC. Operation on the road may include all operations when the RFID tag is not on a ship or terminal (any local area served by the RF communication system). The GPS receiver of each tag can be used to track the movement and location of the container while transported on the road. It is preferred that the containers are not stacked during road operation. As is possible on some rail cars, satellite or cellular modem data links and GPS system may not function if a tagged container is stacked onto another container thereon. Other tagged containers on the stack can act as repeaters or repeaters (extenders) for the first container. More specifically, the first container can use HSS RF communications when other methods fail. The second container receives these communications with its HSS RF receiver, which may then relay them to the NOC using satellite or cellular modem data links.
2. RFID 태그 설명2. RFID Tag Description
각 RFID 태그는 4개의 주요 기능 블록들; (1)마이크로프로세서 제어 서브시스템; (2)센서 서브시스템; (3)통신 서브시스템; 및 (4)전력 공급 서브시스템을 포함할 수 있다. 도 5는 RFID 태그의 블록도를 도시한다.Each RFID tag has four main functional blocks; (1) a microprocessor control subsystem; (2) sensor subsystems; (3) a communication subsystem; And (4) power supply subsystem. 5 shows a block diagram of an RFID tag.
도 5를 참조하면, 무선 주파수 식별 태그(500)는 마이크로프로세서 제어 서브시스템(510), 전원 서브시스템(520), 센서 서브시스템(530) 및 통신 서브시스템(540)을 포함한다. 마이크로프로세서 제어 서브시스템(510)은 입/출력 인터페이스 회로(511)를 포함한다. 마이크로프로세서 회로(512)가 입/출력 인터페이스 회로(511)에 결합된다. 플래쉬 메모리 회로(513)가 마이크로프로세서 회로(512)에 결합된다. 랜덤 액세스 메모리 회로(514)가 또한 마이크로프로세서 회로(512)에 결합된다. 마이크로프로세서 회로(512)는 전력선(515)을 통해 전원 서브시스템(520)에 결합된다. Referring to FIG. 5, a radio
전원 서브시스템(520)은 전력 관리 모듈 회로(521)를 포함한다. AC 대 DC 전 력 회로(522)가 전력 관리 모듈(521)에 결합된다. 배터리(523)(예를 들어, 리튬 이온)가 전력 관리 모듈(521)에 결합된다. 대안적인 전원(524)이 전력 관리 모듈(521)에 결합된다. 전원 서브시스템(520)은 전력선들(525) 세트를 통해 전력을 센서 서브시스템(530)에 제공한다. 전원 서브시스템(520)은 전력선들(526) 세트를 통해 전력을 통신 서브시스템(540)에 제공한다.
센서 서브시스템(530)은 라인(532)을 통해 마이크로프로세서 제어 서브시스템(510)의 입/출력 인터페이스 회로(511)에 결합된 직렬 인터페이스(531)를 포함한다. 온도 센서(533)가 직렬 인터페이스(531)에 결합된다. 상대 습도 센서(534)가 직렬 인터페이스(531)에 결합된다. 도어 어자 센서(door ajar sensor)(535)가 직렬 인터페이스(531)에 결합된다. 다른 센서들(536)(예를 들어, 전리 방사선 센서들)이 직렬 인터페이스(531)에 결합된다. 센서 서브시스템(530)은 마이크로프로세서 제어 서브시스템(510)의 입/출력 인터페이스 회로(511)에 결합된 GPS 모듈(537)을 포함한다. 센서 서브시스템(530)은 인터페이스 컨버터 회로(539)를 통해 마이크로프로세서 제어 서브시스템(510)의 입/출력 인터페이스 회로(511)에 결합된 냉동선 유닛 데이터 포트(538)를 포함한다.
통신 서브시스템(540)은 로컬/직렬 통신 회로(541), 셀룰러 모뎀 모듈(542), 하이브리드 대역 확산 무선 주파수 모듈(543), 및 위성 모듈(544)을 포함하는데, 이들 모두가 라인(545)을 통해 마이크로프로세서 제어 서브시스템(510)의 입/출력 인터페이스 회로(511)에 결합된다. 하나 이상의 안테나들(546)이 셀룰러 모뎀 모듈(542), 하이브리드 대역 확산 무선 주파수 모듈(543) 및/또는 위상 모듈(544)에 결합된다.
마이크로프로세서 제어 서브시스템: 마이크로프로세서 제어 서브시스템은 RFID 태그에 대한 제어기로서 동작할 수 있다. 이는 통신 모듈과, 센서 모듈과, 그리고 전력 모듈들과 인터페이스할 수 있다. 마이크로프로세서는 시스템 소프트웨어, 시스템 명령들, 그리고 센서 데이터를 저장하기 위해 비휘발성 및 휘발성 메모리 모두를 이용할 수 있다.Microprocessor Control Subsystem: The microprocessor control subsystem can operate as a controller for RFID tags. It can interface with communication modules, sensor modules, and power modules. The microprocessor can use both nonvolatile and volatile memory to store system software, system instructions, and sensor data.
센서 서브시스템: 센서 서브시스템은 하나 이상의 센서 모듈들과 통신하기 위해 IEEE 1451-순응(compliant) 프로토콜들을 이용할 수 있다. 이는 1451 프로토콜에 순응하는 한 미래의 임의의 센서들의 추가를 허용한다. GPS 및 냉동선 데이터 포트 판독기와 같은 일부 기본적인 센서들은 마이크로프로세서상의 직렬 통신 포트들을 이용할 수 있다. RFID 태그들의 일부가 될 수 있는 센서 타입들은 온도, 상대 습도, 방사능, 생물, 화학, 가속도계, 도어 스위치, 침입 등을 포함할 수 있다. Sensor Subsystem: The sensor subsystem may use IEEE 1451-compliant protocols to communicate with one or more sensor modules. This allows the addition of any future sensors as long as it complies with the 1451 protocol. Some basic sensors such as GPS and freezer data port readers may use serial communication ports on the microprocessor. Sensor types that may be part of RFID tags may include temperature, relative humidity, radioactivity, biology, chemistry, accelerometers, door switches, intrusions, and the like.
통신 서브시스템: 통신 서브시스템은 복수의 다른 타입들의 통신 링크들이 태그 플랫폼에 포함되도록 한다. 이들은 예를 들어, 직렬 포트 또는 이더넷 포트를 통해 연결될 수 있다.Communication subsystem: The communication subsystem allows a plurality of different types of communication links to be included in the tag platform. They can be connected, for example, via a serial port or an Ethernet port.
기본적인 통신 모드들은 하기와 같다.Basic communication modes are as follows.
RF 통신- RF 통신은 임의의 개수의 이용가능한 무선 통신 프로토콜들의 형태를 취할 수 있다. 그러나, 바람직한 방법은 하이브리드 대역 확산 프로토콜이다. 이 프로토콜은 다른 무선 기술들보다 높은 신뢰성, 낮은 전력, 및 견고한 통신들을 제공한다. RF 통신들은 태그들이 주로 선박상에 또는 터미널에 위치되는 때에(로컬 -영역 통신들) 사용하도록 의도될 수 있다.RF Communication—RF communication may take the form of any number of available wireless communication protocols. However, the preferred method is a hybrid spread spectrum protocol. This protocol provides higher reliability, lower power, and robust communications than other wireless technologies. RF communications may be intended for use mainly when tags are located on a ship or at a terminal (local-area communications).
셀룰러/PCS 통신들- CDMA 또는 GSM과 같은 표준 상업 셀룰러 아날로그 또는 디지털 모뎀들이 도로상(트럭 또는 철도 운송) 통신들에 대해 태그에 의해 이용될 수 있다. 그러나, 전세계에 설치된 표준 셀룰러 인프라구조가 없다. 따라서, 각 태그는 여러 다른 프로토콜들이 제한된 시장 영역이상에서 동작할 수 있도록 요구한다. 이에 추가하여, 태그들은 셀룰러 커버리지를 갖지 않는 영역들을 통해 이동할 수 있다. Cellular / PCS Communications—Standard commercial cellular analog or digital modems such as CDMA or GSM may be used by the tag for on-road (truck or rail transport) communications. However, there is no standard cellular infrastructure installed around the world. Thus, each tag requires different protocols to operate over a limited market area. In addition, tags can move through areas that do not have cellular coverage.
위성 통신들- 전세계 어느 곳에서도 기능할 수 있는 도로상 통신 링크를 제공하기 위해 위성-기반 통신 네트워크를 이용한다. 이는 셀룰러 시스템에 대한 대안으로서 또는 셀룰러 시스템에 추가하여 보다 단순하고, 보다 견고하며 그리고 보다 보안의 통신 시스템을 제공한다. 바람직한 실시예는 저궤도(LEO) 위성 네트워크 시스템을 이용할 수 있다.Satellite communications-Use satellite-based communication networks to provide on-road communication links that can function anywhere in the world. This provides a simpler, more robust and more secure communication system as an alternative to or in addition to the cellular system. Preferred embodiments may utilize a low orbit (LEO) satellite network system.
로컬 통신들- 각 태그는 개발. 고장수리 및/또는 초기 설정에 사용되는 직렬 포트를 구비할 수 있다. 직렬 포트는 예를 들어, RS232, USB 또는 IrDA(적외선) 형태를 취할 수 있다.Local communications-each tag developed. It may be provided with a serial port used for troubleshooting and / or initial setup. The serial port can take the form of, for example, RS232, USB or IrDA (infrared).
전원 서브시스템: 전원 서브시스템은 모든 다른 서브시스템들에 전력을 제공할 수 있다. 이용될 수 있는 전원들은 배터리, (예를 들어, 냉동선들상의 냉동 전원으로부터의) AC 전력 및 광전지, 진동 변환기, 정전 충전지, 무선 주파수 파워 정류기, 열-전기 발전기 및/또는 방사성동위원소 붕괴 에너지 회수 디바이스와 같은 기타 전력 포착(scavenging) 및/또는 발생 디바이스들을 포함한다. 컨테이너들 이 아닌 자산들에 위치된 RFID 태그들에 대해, 자산 전기 시스템으로부터의 DC 전력이 또한 이용될 수 있다. 전원 서브시스템은 전원 전압을 각 서브시스템에 대해 요구되는 전압으로 변환할 수 있다. 이는 또한 배터리 상태 및 전원 이용가능성을 모니터링하기 위해 전력 관리 기능들을 수행할 수 있다.Power Subsystem: The power subsystem may provide power to all other subsystems. The power sources that may be used include batteries, AC power and photovoltaic cells (eg, from refrigeration power sources on refrigeration vessels), vibration converters, electrostatic rechargeable batteries, radio frequency power rectifiers, thermo-electric generators and / or radioisotope decay energy recovery. Other power scavenging and / or generating devices such as a device. For RFID tags located in assets other than containers, DC power from the asset electrical system may also be used. The power supply subsystem can convert the power supply voltage to the voltage required for each subsystem. It may also perform power management functions to monitor battery status and power availability.
3. RFID 태그 판독기3. RFID Tag Reader
RFID 태그 판독기들은 사이트 서버로의 (그리고 서버로부터의) RFID 태그들의 통신을 중계한다. RFID 태그 판독기들은 RFID 태그들과 유사할 수 있지만, 다른 통신 모듈들을 가지며, 선택적으로 센서들이 없게 된다. RFID 태그 판독기들은 로컬 RF 통신 모듈(바람직하게, HSS 프로토콜을 이용하여)을 통해 RFID 태그들과 통신할 수 있다. RFID 태그 판독기들은 여러 가능한 기법들 중 하나: 무선 RF 통신들(바람직하게, 예를 들어 5.8 GHz와 같은, RFID 태그 통신들과 다른 주파수에서의 HSS 통신), (전력선 통신들, 이더넷 또는 직렬과 같은) 무선 통신들, 및/또는 (광섬유 또는 송수신 직결선 레이저 통신들과 같은) 광 통신들에 의해 사이트 서버들과 통신할 수 있다. RFID tag readers relay communication of RFID tags to (and from) a site server. RFID tag readers may be similar to RFID tags, but with other communication modules, optionally without sensors. RFID tag readers may communicate with RFID tags via a local RF communication module (preferably, using the HSS protocol). RFID tag readers are one of several possible techniques: wireless RF communications (preferably, HSS communications at a different frequency than RFID tag communications, such as for example 5.8 GHz), (such as powerline communications, Ethernet or serial). ) Communicate with site servers by wireless communications, and / or optical communications (such as optical fiber or transmit / receive direct line laser communications).
도 6을 참조하면, 복수의 연계수송 선적 컨테이너들(610)이 2개의 타이어(tier) 높이 어레이에 적층된다. 연계수송 선적 컨테이너들(610) 각각은 무선 주파수 식별 태그(620)를 포함한다. 복수의 태그 판독기들(630)이 2개의 타이어 높이 어레이에 의해 정의되는 개방형 통로들의 단부들에 위치된다.Referring to FIG. 6, a plurality of associated
MAST 시스템의 또 하나의 선택적인 특징은 컨테이너로부터 직접적으로 RFID 태그 데이터 및 화물 목록을 판독하기 위해 "핸드-헬드(휴대용) 판독기들"을 사용 하는 것이다. 핸드-헬드 판독기는 컨테이너의 내용물들 및 화물 상태(센서 데이터, 이동 이력 등)을 확인하기 위해 세관, 해안경비대, 하송인들 또는 기타 인증된 그룹들에 의해 사용될 수 있다. 핸드-헬드 판독기는 컨테이너 근처에 위치되며, 이후에 동작될 수 있다. 적절한 식별 코드(또는 아마도 바코드)가 핸드-헬드 판독기에입력될 수 있으며, 이후에 핸드-헬드 판독기가 RFID 태그들과 통신하는데 RF 통신들이 이용된다. RF 통신들은 바람직하게 로컬 터미널 및 선박 통신들에 이용되는 HSS 통신들을 이용할 수 있다. 이후에, RFID 태그는 (RFID 태그에 저장된 또는 RFID 태그로부터 업링크된 요구를 통해 NOC로부터 다운로딩된) 컨테이너 목록 및 컨테이너 센서(들)의 여행 로그(trip log)를 핸드-헬드 판독기에 다운로딩할 것이다. 이 여행 로그는 모든 센서들의 이력 보고들, (컨테이너 침입들, 온도 익스커션(excursion) 등을 포함하는) 임의의 센서 경고들, 및 컨테이너 특정 지리적 라우트를 포함할 수 있다. Another optional feature of the MAST system is the use of "hand-held readers" to read RFID tag data and cargo lists directly from the container. Hand-held readers can be used by customs, coast guards, consigners or other authorized groups to verify the contents of a container and cargo status (sensor data, travel history, etc.). The hand-held reader is located near the container and can be operated later. An appropriate identification code (or perhaps barcode) may be entered into the hand-held reader, after which RF communications are used to communicate the RFID tags to the hand-held reader. RF communications may preferably use HSS communications used for local terminal and ship communications. The RFID tag then downloads the trip list of the container sensor (s) and the container list (stored in the RFID tag or downloaded from the NOC via a request uplinked from the RFID tag) to the hand-held reader. something to do. This travel log may include historical reports of all sensors, any sensor alerts (including container intrusions, temperature excursions, etc.), and container specific geographic routes.
핸드-헬드 판독기들은 또한 컨테이너의 화물 목록을 업로딩하는데 사용될 수 있다(이는 또한 포털을 이용함으로써 수행될 수 있다). 컨테이너가 적재되는 때에, 바코드들 또는 다른 타입들의 패키징-타입 RFID 태그들이 핸드-헬드 판독기에 판독될 수 있다. 핸드-헬드 판독기(또는 다른 타입의 RFID 판독기)로부터, 화물 식별자들이 컨테이너의 RFID 태그상의 컨테이너 목록에 적재되며, 이후에 NOC에 업로딩될 수 있다. Hand-held readers can also be used to upload a freight list of containers (which can also be done by using a portal). When the container is loaded, barcodes or other types of packaging-type RFID tags can be read into the hand-held reader. From the hand-held reader (or other type of RFID reader), the cargo identifiers are loaded into the container list on the container's RFID tag, which can then be uploaded to the NOC.
대안적인 접근은 컨테이너상의 IrDA(적외선) 데이터 포트를 이용하는 것이다. 이후에, 핸드-헬드 판독기는 IrDA 포트에 지시될 것이며, 통신이 확립된다. 이 후에, 데이터 다운로드는 상기와 통일할 것이다. An alternative approach is to use IrDA (infrared) data ports on the container. Thereafter, the hand-held reader will be directed to the IrDA port, and communication is established. After this, the data download will be the same as above.
4. 사이트 서버4. Site Server
사이트 서버들은 RFID 태그 판독기들로부터 RFID 태그들 데이터를 수신할 수 있다. 사이트 서버들은 RFID 태그 데이터를 NOC에 송신할 수 있다. 사이트 서버는 또한 RFID 태그들 데이터의 국부 분석을 수행하며, 수만개의 태그들이 터미널에 또는 선박상에 있게 하는 본 발명의 다중-액세스 양상을 관리할 수 있다. 사이트 서버들은 3개의 주요 서브시스템들: (1)컴퓨터-기반 서버 및 시스템 제어기와; (2)RFID 태그 판독기들과 통신하기 위해 RFID 태그 판독기들과 동일한 통신 모듈들을 포함하는 RFID 태그 판독기 통신 서브시스템 [즉, 이들은 무선 RF 통신들(바람직하게, 5.8 Ghz와 같은, RFID 태그 통신들과는 다른 주파수에서의 HSS 통신들), (전력선 통신들, 이더넷 또는 직렬과 같은) 유선 통신들, 또는 (광섬유 또는 송수신 직결선 레이저 통신들과 같은) 광 통신들을 구비할 수 있다; 그리고 (3)하드와이어, 셀룰러, 광 또는 위성 통신 모듈들을 이용할 수 있는 NOC 통신들 서브시스템을 포함할 수 있다. Site servers may receive RFID tags data from RFID tag readers. Site servers may send RFID tag data to the NOC. The site server also performs local analysis of the RFID tags data and can manage the multi-access aspect of the present invention, with tens of thousands of tags on the terminal or on the ship. Site servers include three main subsystems: (1) a computer-based server and a system controller; (2) an RFID tag reader communication subsystem that includes the same communication modules as the RFID tag readers for communicating with RFID tag readers (ie, they are different from RFID tag communications, preferably wireless RF communications (such as 5.8 Ghz). HSS communications at frequency), wired communications (such as powerline communications, Ethernet or serial), or optical communications (such as fiber or transmit / receive direct line laser communications); And (3) a NOC communications subsystem that may utilize hardwire, cellular, optical or satellite communications modules.
5. 네트워크 운용 센터5. Network Operations Center
네트워크 운용 센터(NOC)는 전세계 해상 운송 제어 시스템에 대한 정보 센터가 될 수 있다. 세계 도처에 위치된 모든 RFID 태그들로부터의 모든 RFID 태그 데이터는 로컬 사이트 서버에 의해 또는 다이렉트 셀룰러 또는 위성 통신들을 통해 NOC로 중계될 수 있다. NOC는 위치, 센서 데이터, 및 RFID 태그 상태를 포함하는 RFID 태그 데이터를 수집, 저장 및 보급한다.The Network Operations Center (NOC) can be an information center for maritime transport control systems around the world. All RFID tag data from all RFID tags located throughout the world can be relayed to the NOC by a local site server or via direct cellular or satellite communications. The NOC collects, stores, and disseminates RFID tag data including location, sensor data, and RFID tag status.
본 발명은 글로벌 위치확인 시스템, 자산들 및 화물 컨테이너들에 대한 무선 주파수 식별(RFID) 기반 추적 시스템; 글로벌로 이용가능한 상업 위성 및 인터넷 통신 시스템들; 지리 정보 시스템들(GIS) 및 실시간 논리 분석 성능들; 강호된(hardened) 연속 데이터 흐름을 개인 섹터 자산 및 화물 소유자들, 관련 상태 및 연방정부 엔티티들(해안 경비대, TSA, 세관, NTSB, 및 DoD 등), 및 로컬 제 1 응답 관계자들(법집행, 소방청, 지방 정부)에 제공하는 내고장성 시스템들; 그리고 자산 및 화물 추적을 위한 기존의 연방 시스템들 및 상업 프로그램들을 포함하는 중앙 운용 센터 아키텍처에서의 기술들의 병합을 포함할 수 있다. The present invention provides a global positioning system, a radio frequency identification (RFID) based tracking system for assets and freight containers; Globally available commercial satellite and internet communication systems; Geographic information systems (GIS) and real-time logic analysis capabilities; Hardened continuous data flows include private sector asset and cargo owners, relevant state and federal entities (such as Coast Guard, TSA, Customs, NTSB, and DoD), and local first responders (law enforcement, Fire resistant systems provided to the Fire Department, local governments; And merging technologies in a central operations center architecture, including existing federal systems and commercial programs for asset and cargo tracking.
NOC에서 지리 정보 시스템(GIS)의 이용은 단순한 웹-브라우저 기반 위도/경도 보고들로부터 맵-기반 도시/주/우편번호/국가 정보까지의 다양한 포맷들로 자산 위치의 분석 및 제시를 허용할 것이다. 이 시스템은 지리적 패턴들을 포함하는 특정된 조건에 기반하여 실시간으로 자산들을 모니터링 및 프로파일하는 성능을 제공할 수 있다. 이러한 접근은 또한 자산들의 이동에 관한 실시간 논리 분석의 편입을 제공한다. GIS 개발의 장기간의 목표는 공급 체인에 걸쳐 상품들과 자산들의 이동을 분석할 수 있는 정보 인프라구조를 생성함과 아울러 지리적 패턴들을 포함하는 컨테이너들을 지능적으로 프로파일하는 것이다.The use of Geographic Information System (GIS) at NOC will allow for the analysis and presentation of asset locations in a variety of formats, from simple web-browser based latitude / longitude reports to map-based city / state / zip code / country information. . The system can provide the ability to monitor and profile assets in real time based on specified conditions including geographic patterns. This approach also provides for incorporation of real-time logic analysis of the movement of assets. The long-term goal of GIS development is to create an information infrastructure to analyze the movement of goods and assets across the supply chain, as well as intelligently profile containers containing geographic patterns.
RFID 태그 데이터는 글로벌 위성 통신 네트워크를 통해 중앙 GIS-기반 추적 인프라구조에 통합되어 MAST 시스템을 생성할 수 있다. MAST 시스템 발명의 바람직한 실시예는 하나 이상의 글로벌 위성 네트워크들을 이용한다.RFID tag data can be integrated into a central GIS-based tracking infrastructure via a global satellite communications network to create a MAST system. A preferred embodiment of the MAST system invention utilizes one or more global satellite networks.
위성 네트워크들은 모든 정보를 일 위치에 효율적으로 집중시키는 성능으로, 글로벌로, 실시간으로 자산들을 추적 및 모니터링하는 성능을 제공한다. 이는 보안, 내고장성, 데이터 백업/저장(archiving), 및 유지보수에 대한 이점들을 제공한다. NOC는 지리 정보 시스템들(GIS) 기술, 위성 통신들, 글로벌 위치확인 시스템들, RFID(전자 봉인 등), 및 개방 시스템 아키텍처에서의 인터넷을 통합하여 실시간 추적 및 자산 관리 시스템을 생성할 수 있다. NOC는 개인들 또는 단체들로 하여금 엄격한 정보 보호 프로토콜들(예를 들어, 로그인 및/또는 암호화)로 인터넷을 통해 실시간으로 자산들을 관리하게 하는 웹-기반 추적 시스템을 이용하여 이동 자산들의 글로벌 관리에 대한 실시간 논리 지원을 위해 단 하나의 위치를 제공할 수 있다. 정보는 니드-투-노우(need-to-know) 방식으로 보안 트랜잭션들을 통해 관계 당사자들에 분산되며, 이에 따라 자산들의 절도에 목표를 둔 시스템의 이용을 배제한다. Satellite networks provide the ability to efficiently concentrate all information at one location, and to track and monitor assets globally and in real time. This provides advantages for security, fault tolerance, data backup / archiving, and maintenance. The NOC can integrate geographic information systems (GIS) technology, satellite communications, global positioning systems, RFID (electronic sealing, etc.), and the Internet in an open system architecture to create a real-time tracking and asset management system. The NOC is dedicated to global management of mobile assets using a web-based tracking system that allows individuals or organizations to manage their assets in real time over the Internet with strict information protection protocols (eg, login and / or encryption). Only one location can be provided for real-time logic support. Information is distributed to interested parties through secure transactions in a need-to-know manner, thereby excluding the use of a system aimed at theft of assets.
NOC는 하나 이상의 하기의 결과적인 동작 성능들 중 하나 이상: 1)상세한 경과 이력을 갖는 실시간, 글로벌 선박 위치 추적; 2)간섭(tampering) 통지 및 내부 환경적인 방사능 상태를 갖는 컨테이너 위치 추적; 3)잠재적인 위협들, 위험들 및 책임들을 식별하는 감사 추적을 갖는 미국 영해들 및 항만들에서 선박들 및 컨테이너들의 도착의 초기 경보/위협 통지; 4)의심스런 선적 활동들(무계획의 포트 호출들 등)의 검출 및 모니터링하며, 선박 및 컨테이너 레벨 모두에서 활동의 장기간의 패턴들을 식별하는 것; 5)국가 보안, 포트 보안, 밀수입, 및 절도 걱정들에 대한 로컬 "제 1 응답" 법집행 기관들뿐만 아니라 국방성, 미국 해안 경비대, 미국 세관, 국가 안보 위원회로의 (및/또는 이들로부터의) 데이터의 보안; 6)필요에 따라 화물 도착 및 분산의 계획 및 관리를 위해 하송인들과 항만들로의 (및/또는 이들로부터의) 데이터의 보안; 7)세관 조사를 위한 "고속 추적" 및 포괄적인 항만, 선박, 및 컨테이너 관리를 위한 시스템; 8)냉동된, 위험한 그리고 HAZMAT 화물에 대한 실시간 모니터링 성능; 9)중요한 정보(예를 들어, 규약들, 규정들, 일기예보들, 선원들에 대한 통지 등)에 대한 효율성 및 접촉 중심점을 최대화하기 위해 해양 산업을 위한 원격 제어 타워(들); 그리고 10)글로벌 규모로 연계수송 창고관리, 항만, 선박, 도로, 및 철도 공급 체인 관리 및 보험 신청들의 통합을 가질 수 있다. The NOC includes one or more of the following resulting operational capabilities: 1) real time, global vessel positioning with detailed history; 2) container location tracking with tampering notifications and internal environmental radiation status; 3) Initial alert / threat notice of arrival of ships and containers in US territorial waters and ports with an audit trail identifying potential threats, risks and responsibilities; 4) detecting and monitoring suspicious shipping activities (such as unplanned port calls) and identifying long-term patterns of activity at both ship and container levels; 5) to (and / or from) the Department of Defense, US Coast Guard, US Customs, National Security Commission, as well as local "first response" law enforcement agencies for national security, port security, smuggling, and theft concerns. Security of data; 6) security of data (and / or from them) to consignors and ports for planning and management of cargo arrival and distribution as needed; 7) “high speed tracking” for customs inspection and comprehensive port, ship and container management systems; 8) Real-time monitoring of frozen, hazardous and HAZMAT cargoes; 9) remote control tower (s) for the marine industry to maximize efficiency and contact centers for important information (e.g., rules, regulations, weather forecasts, notifications to crew, etc.); And 10) on a global scale, integration of linked warehouse management, port, ship, road, and rail supply chain management and insurance applications.
6. 다중-액세스6. Multi-access
본원에서 설명되는 다중 액세스 접근은 터미널들 또는 선박들 근처내에/근처상에 위치된 90,000개 이상의 추가적인 RFID 태그들(잠재적인 간섭원들)을 포함할 수 있는 환경에 위치된 터미널 또는 선박에 분포된 대략 10,000개의 RFID 태그들을 동작가능하게 수용할 수 있는 다중 액세스 네트워크를 가능하게 할 수 있다. 이러한 다중-액세스 설계는 이러한 요건들을 달성하기 위해 CDMA, FDMA, TDMA 및/또는 SDMA(공간 분할 다중 접속) 중 하나 이상을 이용할 수 있다. RFID 태그들 각각은 전자 식별 코드들, 센서 데이터, 및 위치 정보를 터미널 또는 선박 주위의 경계선 또는 이들에 걸쳐서의 격자를 형성하는 RFID 태그 판독기들 어레이에 보고할 수 있다. RFID 태그 판독기 위치들은 현재에 야드들에 있는 라이팅 타워들(lighting towers)의 기존의 인프라구조를 이용할 수 있다. 이러한 RFID 태그 판독기들은 태그들로부터의 데이터를 조정함과 아울러 모든 유용한 데이터를 인접 사이트 서버에 보고할 수 있다. 이후에, 사이트 서버는 중요한 이벤트들 및 센서 데이터를 NOC로 중계할 수 있다. RFID 태그 대 RFID 태그 판독기 링크들에 대한 초점을 갖는 터미널/선박 영역 통신들에 대한 설명이 후속될 것이다.The multiple access approach described herein is distributed to terminals or vessels located in an environment that may include more than 90,000 additional RFID tags (potential sources of interference) located in or near the terminals or vessels. It may enable a multiple access network that can operably accommodate approximately 10,000 RFID tags. Such a multi-access design may utilize one or more of CDMA, FDMA, TDMA and / or SDMA (Space Division Multiple Access) to achieve these requirements. Each of the RFID tags may report electronic identification codes, sensor data, and location information to an array of RFID tag readers that form a grid around or across the terminal or vessel. RFID tag reader locations can now utilize the existing infrastructure of lighting towers in the yards. These RFID tag readers can report all useful data to the adjacent site server as well as coordinate the data from the tags. The site server can then relay important events and sensor data to the NOC. A description of terminal / ship area communications with focus on RFID tag to RFID tag reader links will follow.
전반적인 전략Overall strategy
하기내용은 바람직한 전체적인 통신 전략의 요소들을 설명한다. 본 발명의 일 실시예는 다이렉트 시퀀스 대역 확산(DSSS) 및 주파수-홉핑 대역 확산(FHSS) 모두를 이용하는 코드분할 다중 접속(CDMA), 시분할 다중 접속(TDMA) 및 공간분할 다중 접속(SDMA)의 결합을 포함할 수 있으며, 이들은 태그-대-판독기 링크에 이용될 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 다른 주파수 대역(예를 들어, 5 GHz)을 이용하는 판독기-대-서버 링크를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예는 CDMA 및 SDMA 방법들을 최적화하도록 전력 제어가 이용될 수 있게 하는 양방향 통신들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예는 인접한 이웃 야드들로부터의 확산 코드들의 식별가능 그룹들이 인접하여 제공된 독립적인 터미널들(야드들)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예는 야드를 마이크로 셀들로 세분하는 옵션을 포함할 수 있다.The following describes the elements of a preferred overall communication strategy. One embodiment of the present invention is a combination of code division multiple access (CDMA), time division multiple access (TDMA) and space division multiple access (SDMA) using both direct sequence spread spectrum (DSSS) and frequency-hopping spread spectrum (FHSS). And may be used for tag-to-reader links. One embodiment of the invention may include a reader-to-server link that uses a different frequency band (eg, 5 GHz). Embodiments of the present invention may include bidirectional communications that allow power control to be used to optimize CDMA and SDMA methods. Embodiments of the invention may include independent terminals (yards) provided with identifiable groups of spreading codes from adjacent neighboring yards. Embodiments of the invention may include an option to subdivide the yard into micro cells.
하기내용은 상술한 바람직한 전체의 통신 전략의 핵심 성능 파라메터들을 설명한다. 사이트 서버는 99.99% 성공 확률으로 적어도 100초마다 한번에 10,000개의 인접 태그들로부터 업데이트들을 수신할 수 있다. 사이트 서버를 포함하는 네트워크는 90,000개까지의 반-인접 태그들을 "무시"하는 성능을 가질 수 있다. 태그(들)로부터의 높은 우선순위 메시지(들)가 1초의 지연시간 내에 송신될 수 있다. The following describes key performance parameters of the preferred overall communication strategy described above. The site server may receive updates from 10,000 adjacent tags at once every 100 seconds with a 99.99% chance of success. A network comprising a site server may have the capability to "ignore" up to 90,000 anti-adjacent tags. High priority message (s) from the tag (s) may be sent within a one second delay.
구현avatar
하기의 구현 분석은 하기 가정들을 포함한다. 일천개 비트들이 매 100초마다 각 노드로부터 사용된다. 5 MHz 대역폭과 거의 일정한 포락선 신호들을 갖는 오프셋-직교 위상 변조 키잉(QQPSK) 변조가 이용된다. 관리되는 중첩 부분을 갖는 16개 이상의 홉 주파수들. 다이렉트 시퀀스에 대한 길이-63 확산 코드들이 이용된다.The following implementation analysis includes the following assumptions. One thousand bits are used from each node every 100 seconds. Offset- quadrature phase modulation keying (QQPSK) modulation with 5 MHz bandwidth and nearly constant envelope signals is used. 16 or more hop frequencies with managed overlap. Length-63 spreading codes for the direct sequence are used.
상기 명시적 가정들에 기초하여, 1000 비트(125 바이트) 패킷들이 63의 칩핑 길이(chipping length)를 갖는 80 kbps의 비트 속도로 10,000개의 노드들 각각으로부터 매 100초마다 한 번 송신될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 QQPSK 변조를 갖는 대략 5 MHz의 공간 대역폭으로 전환되는 대략 2.5 Mbps의 칩핑 속도를 갖는다. RFID 태그 판독기들은 대략 매 100초마다 한 번에 각 RFID 태그와 통신할 필요가 있는 것임이 가정된다. 따라서, 10,000개의 RFID 태그들이 매 100초마다 평균 20,000개 패킷들로 전환된다. 이러한 2000개 패킷들은 4000개 타임 슬롯들(25 ms 길이) 및 32 CDMA 사용자들(최대 동시 사용자들이 대략 칩 길이의 제곱근과 홉 개수들의 제곱근의 곱으로 가정하면- 63 길이 코드들과 16홉들의 결합)로 다중화될 수 있다. Based on the above explicit assumptions, 1000 bit (125 byte) packets can be transmitted once every 100 seconds from each of 10,000 nodes at a bit rate of 80 kbps with a chipping length of 63. Thus, embodiments of the present invention have a chipping rate of approximately 2.5 Mbps which translates into a spatial bandwidth of approximately 5 MHz with QQPSK modulation. It is assumed that RFID tag readers need to communicate with each RFID tag approximately once every 100 seconds. Thus, 10,000 RFID tags are converted to an average of 20,000 packets every 100 seconds. These 2000 packets are assumed to be 4000 timeslots (25 ms long) and 32 CDMA users (maximum concurrent users are approximately the product of the square root of the chip length and the square root of the hop numbers—a combination of 63 length codes and 16 hops. Can be multiplexed).
주변(perimeter) RFID 태그 판독기들은 RFID 태그 통신들을 위해 컨테이너들의 로우들간에 겨냥된 지향성 안테나들을 이용할 수 있다. 다른 주파수 대역(예를 들어, 5 GHz)[또는 대안적으로, 전력선 통신들]에서 동작하는 지향성 안테나들이 타워-대-타워/서버 통신들에 이용될 수 있다. 야드 크기 및 다른 환경적인 파라메터들에 의존하여, 타워들은 또한 중계된 통신들을 제공하도록 요구될 수 있다. Perimeter RFID tag readers may use directional antennas aimed between rows of containers for RFID tag communications. Directional antennas operating in other frequency bands (eg 5 GHz) (or alternatively, power line communications) may be used for tower-to-tower / server communications. Depending on the yard size and other environmental parameters, towers may also be required to provide relayed communications.
RFID 태그 판독기들의 주요 기능들은 모든 RFID 태그들로부터 정보를 캡쳐하며, 이후에 이 정보를 사이트 서버로 중계하는 것이 될 수 있다. 이들은 10K 이상 의 태그들에 대한 다중 액세스 계획을 최적화하는 방식으로 상호간에서 조정할 수 있거나, 이들은 단지 직접적으로 사이트 서버에 통신할 수 있다. 예를 들어, 여러 판독기들이 하나의 RFID 태그로부터 데이터를 캡쳐하는 경우에, 판독기들은 적어도 하나의 판독기가 RFID 태그와 신뢰성있게 통신할 수 있는 최저 전력 레벨을 협력하여 결정할 수 있다.The main functions of RFID tag readers are to capture information from all RFID tags, which can then be relayed to the site server. They can coordinate with each other in a way that optimizes multiple access plans for tags over 10K, or they can only communicate directly to the site server. For example, if multiple readers capture data from one RFID tag, the readers can cooperatively determine the lowest power level at which the at least one reader can reliably communicate with the RFID tag.
전력 제어Power control
상술한 바와같이, 전력 제어가 네트워크 통신들을 최적화하는데 이용될 수 있다. 당연하게, 전력 제어는 큰 범위로 DS-CDMA를 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 다중 액세스 접근은 네트워크 발견, 전력 백-오프(back-off), 및 인터페이스 완화 기법들(이들 모두가 RFID 태그로부터 송신된 전력의 제어를 포함함)을 위한 프로토콜들을 포함할 수 있다. As mentioned above, power control can be used to optimize network communications. Naturally, power control preferably uses DS-CDMA in a large range. This multiple access approach can include protocols for network discovery, power back-off, and interface mitigation techniques, all of which include control of power transmitted from the RFID tag.
재-전송 re-send 리던던시Redundancy
상기 분석은 시스템이 매 100초마다 한번의 속도로 모든 RFID 태그로부터 청취할 필요가 있으며, 대략 1000비트 메시지들이 충분한 것임을 가정한다. 이는 100% 패킷 길이의 패킷 보호 간격의 줄잡은 어림(conservative estimate)을 포함한다. 상기 예에서, 패킷들은 대략 12.5 ms이며, 평균 보호 시간은 또한 대략 12.5 ms가 될 것이다. 이 보호시간은 매우 줄잡은 것이며, 아마도 90%이상으로 감소될 수 있으며, 따라서 거의 또 하나의 2배의 처리량 또는 리던던시를 가능하게 한다. 보호시간의 소부분이 CSMA 방식으로 "비상" 이벤트들에 사용된다. 더욱이, 대부분의 응용들이 100초 업데이트 속도들을 요구하지 않을 것이며, 따라서, 후속 100초 사이클 동안의 연속적인 타임 슬롯들은 불량 패킷들을 재-전송하는데 사용될 수 있다. 가령, 한 시간에 한번, 1초에 한 번, 또는 심지어 세 시간에 한 번의 업데이트 속도들이 대부분의 응용들에 대해 충분할 수 있다. The analysis assumes that the system needs to listen from all RFID tags at once rate every 100 seconds, and that approximately 1000 bit messages are sufficient. This includes a conservative estimate of the packet protection interval of 100% packet length. In this example, the packets are approximately 12.5 ms and the average guard time will also be approximately 12.5 ms. This protection time is very short and can be reduced by perhaps 90% or more, thus allowing almost another double throughput or redundancy. A small part of the guard time is used for "emergency" events in the CSMA manner. Moreover, most applications will not require 100 second update rates, so successive time slots for the next 100 second cycle can be used to re-send bad packets. For example, update rates once an hour, once every second, or even once every three hours may be sufficient for most applications.
상술한 바와 같이 전력 제어를 수행하기 위해, 그리고 채널 할당 및 네트워크 최적화의 전형적인 의무들을 수행하기 위해, 엄격한 제어 흐름이 모든 노드들의 시작-시퀀스에 대해 확립되어야 한다. 도 7 및 8(흐름도들)과 관련된 하기의 설명은 이러한 과정의 설계 예를 제시한다.In order to perform power control as described above, and to perform typical duties of channel allocation and network optimization, a tight control flow must be established for the start-sequence of all nodes. The following description with respect to FIGS. 7 and 8 (flow diagrams) gives an example of the design of this process.
발견 과정Discovery process
도 7에 도시된 바와같이, 노드들은 시스템 제어 (디폴트) RF 채널상에서 시작할 것이다. 노드들은 RFID 태그 판독기들 중 하나와의 링크를 확립할 때까지 "파일롯" 채널들의 작은 세트에 걸쳐 순환할 것이다. 이 루프는 판독기(또는 대안적인 태그-대-태그 접근이 소정의 시스템에서 이용되는 경우에, 또 하나의 태그)와의 성공적인 통신이 확립될 때까지 또는 확립되지 않는다면 반드시 무한루프가 된다. 본 발명의 실시예는 전력 강화 및/또는 이러한 과정을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 7, the nodes will start on a system control (default) RF channel. The nodes will cycle through a small set of "pilot" channels until they establish a link with one of the RFID tag readers. This loop is essentially an infinite loop until or until successful communication with the reader (or another tag, where alternative tag-to-tag access is used in a given system) is established. Embodiments of the invention may include power enhancement and / or this process.
도 7을 참조하면, 예시적인 태그 시작 시퀀스가 태그 턴 온 단계(710)로 시작할 수 있다. 단계(720)에서, 태그는 디폴트 수신기 코드를 설정한다. 단계(730)에서, 태그는 타워로부터 파일롯 전송 신호를 청취한다. 단계(740)에서, 타워로부터의 신호가 식별되는 경우에, 태그는 전송-대-네트워크 통신들(750)로 진행한다. 만일 타워가 식별되지 않는 경우에, 태그는 시간만료 기간이 경과되었는지(단계 760)를 결정한다. 만일 시간만료 기간이 경과되지 않은 경우에, 태그는 타워를 식 별하는 시도를 계속한다. 만일 시간만료 기간이 경과한 경우에, 태그는 대안 수신기 주파수 코드들의 설정을 포함하는 단계(770)로 진행한다. 대안 수신기 주파수 코드를 설정한 이후에, 태그는 단계(730)로 진행하며, 다시 타워로부터 파일롯 전송을 청취한다. Referring to FIG. 7, an exemplary tag start sequence may begin with a tag turn on
발견 과정 동안에, 소정의 시간에 전송되는 태그들의 개수를 최소화하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 판독기 노드로 하여금 발견 과정을 제어하게 함으로써 수행될 수 있다. 판독기는 범위 내의 모드 태그들에게 소정의 임시 코드에 관한 소정의 순서로(하기의 네트워크 ID 송신 순서 참조) 송신하도록 재촉하는 ID 요구를 송신할 것이다. 이후에, 판독기는 태그들로부터 메시지들을 수신 및 프로세싱하기 시작할 것이다. 노드 식별의 제 1 사이클이 완료된 이후에, 판독기는 메시지를 태그들에 송신하여, 수령을 확인함과 아울러 태그에 대한 네트워크 ID 및 타임 슬롯 할달 모두를 지정할 것이다. 이 사이클은 네트워크 ID 할당들(이 판독기 ID와 관련됨)을 갖는 모든 태그들이 ID 요구 메시지를 확인하지 않은 조건으로 반복될 것이다. 본 발명은 충돌 등을 해결하기 위한 프로토콜을 포함할 수 있다.During the discovery process, it may be desirable to minimize the number of tags transmitted at any given time. This can be done by having the reader node control the discovery process. The reader will send an ID request that prompts mode tags within range to transmit in a certain order with respect to a given temporary code (see network ID transmission order below). Thereafter, the reader will begin to receive and process messages from the tags. After the first cycle of node identification is completed, the reader will send a message to the tags to confirm receipt, as well as specify both the network ID and time slot month for the tag. This cycle will be repeated on condition that all tags with network ID assignments (associated with this reader ID) have not acknowledged the ID request message. The invention may include protocols for resolving conflicts and the like.
네트워크 ID 전송 순서Network ID Transmission Order
판독기는 ID 요구를 해독할 수 있는(그리고, 이전에 이 판독기에 의해 로그되지 않았던) 모든 태그들이 요구 수령 이후에 5-ms 메시지 x 곱하기 10 ms를 송신하도록 요구할 수 있으며, 여기서 x는 태그들 UUID의 3개의 최하위 디지트들이다. (가령, 2345678의 UUID를 갖는 태그는 판독기에 송신하기 이전에 6,780 ms를 기다릴 수 있다). 이에 추가하여, 태그는 후속 2개의 상위 디지트들(본 예에서, 45)을 이용하여 FH와 DS 코드들의 조합을 선택할 수 있다. 따라서, 판독기는 명확하게 100,000개를 처리할 수 있어야 한다. The reader may require that all tags that can decrypt the ID request (and were not previously logged by this reader) send a 5-ms message x times 10 ms after receipt of the request, where x is the tags UUID Are the three lowest digits of. (Eg, a tag with a UUID of 2345678 may wait 6,780 ms before sending to the reader). In addition, the tag may select the combination of FH and DS codes using the next two higher digits (45 in this example). Thus, the reader must clearly be able to handle 100,000.
일단 RFID 태그와 RFID 태그 판독기가 링크를 확립하게 되면, 판독기는 RFID 태그에 태그가 최적화된 네트워크의 일부가 되게 하는 코드 및 주파수 조합을 할당할 것이다. 이 과정은 도 8에 도시된다.Once the RFID tag and the RFID tag reader establish a link, the reader will assign the RFID tag a code and frequency combination that makes the tag part of the optimized network. This process is shown in FIG.
도 8을 참조하면, 통신 발견으로부터 전송하에서(810), 태그는 단계(820)에서 디폴트 전송 주파수 코드를 획득하거나 채택한다. 단계(830)에서, 태그는 디폴트 전송 주파수 코드를 타워에 송신한다. 단계(840)에서, 만일 타워가 디폴트 전송 주파수 코드를 확인한 경우에, 사이트 서버는 단계(850)에서 태그에 코드 주파수 및 타임 슬롯을 할당할 것이다. 만일 타워가 단계(840)에서 확인하지 않은 경우에, 태그는 단계(860)로 진행하는데, 여기서 시간만료기간이 경과 되었는지를 결정한다. 만일 시간만료 기간이 경과되지 않은 경우에, 태그는 단계(840)로 복귀하며, 타워로부터 확인을 계속하여 기다릴 것이다. 만일 시간만료 기간이 단계(860)에서 경과한 경우에, 태그는 단계(870)로 진행하며, 여기서, 대안 전송 주파수 코드가 획득되거나 채택될 것이다. 이후에, 태그는 단계(830)로 진행할 것이다.Referring to FIG. 8, under transmission from communication discovery (810), the tag obtains or adopts a default transmission frequency code at step 820. In step 830, the tag sends a default transmission frequency code to the tower. In step 840, if the tower has identified the default transmit frequency code, the site server will assign a code frequency and time slot to the tag in
패킷 구조Packet structure
본 섹션은 프리앰블(preamble) 및 에러 교정/검출 코딩과 같은 견고한 통신을 보증하는데에 전용인 패킷 부분들에 초점을 둔다. 패킷의 페이로드는 임의의 유용한 페이로드(예를 들어, 식별정보, 위치, 방사선량 등)가 될 수 있다. This section focuses on packet parts that are dedicated to ensuring robust communication such as preamble and error correction / detection coding. The payload of the packet can be any useful payload (eg, identification, location, radiation dose, etc.).
바람직한 파형이 주파수 홉핑뿐만 아니라 다이렉트 시퀀스 대역 확산을 이용 하기 때문에, 프리앰블은 2개의 부분들: 64비트 일정한 주파수 DSSS 부분 및 이후의 63비트 하이브리드 FH/DSSS 부분을 가질 수 있다. 수신기 상관기가 공지의 주파수에 관한 자동상관 피크들을 위해 송신된 파형의 시작을 검색할 수 있다. 수신기가 "비트" 에지들의 (적시의) 위치를 유도하게 되면, 반송파 주파수의 홉핑을 시작할 수 있다. 송신된 파형은 데이터 디리미터(delimiter) 워드로서 동작할 수 있는 프리앰블의 제 2 부분의 시작에서 홉핑을 시작할 수 있다. 수신기는 이러한 제 2(63 비트) 시퀀스의 시작에서 홉핑 시퀀스와의 동기화를 재확립할 수 있다. 이는 수신기로 하여금 5 비트 이상의 시퀀스를 놓치게 하며, 데이터 페이로드의 시작을 여전히 성공적으로 발견하게 한다. CRC 워드 32비트(길이)가 패킷을 완료할 것이며, 실제 데이터 페이로드의 무결성을 보증하는데 사용될 수 있다. Since the preferred waveform uses direct sequence band spreading as well as frequency hopping, the preamble may have two parts: a 64-bit constant frequency DSSS part and then a 63-bit hybrid FH / DSSS part. The receiver correlator may retrieve the beginning of the transmitted waveform for autocorrelation peaks with known frequencies. Once the receiver derives the (timely) position of the "bit" edges, it may begin hopping the carrier frequency. The transmitted waveform may begin hopping at the beginning of the second portion of the preamble, which may act as a data delimiter word. The receiver may re-establish synchronization with the hopping sequence at the beginning of this second (63 bit) sequence. This causes the receiver to miss a sequence of more than 5 bits and still find the start of the data payload successful. The 32 bits (length) of the CRC word will complete the packet and can be used to guarantee the integrity of the actual data payload.
다이렉트direct 시퀀스sequence 대역 확산 Spread spectrum
DSSS 할당들은 길이 63의 대략 520개의 코드들을 발생하는 Kasami 코드 발생기로부터 선택될 수 있다. 대략 32개의 코드들만이 소정의 셀 내에서, 소정의 타임 슬롯 내에서 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 큰 코드들 세트의 이용은 코드 할당 과정들이 관리되기 쉽게 한다. DSSS assignments may be selected from a Kasami code generator that generates approximately 520 codes of length 63. Only about 32 codes can be used within a given cell, within a given time slot. However, the use of such a large set of codes makes the code allocation processes easier to manage.
주파수 frequency 홉핑Hopping 대역 확산 Spread spectrum
임의의 소정의 패킷 슬롯 동안에, 채널 직교성의 일부가 주파수 홉핑 할당들을 통해 달성될 수 있다. 가정된 RF 태그 스펙트럼이 대략 5 MHz이고, 2.45 GHz의 산업용, 과학용 및 의학용(ISM) 대역이 80 MHz이기 때문에, 16개의 홉핑 센터 주파수들만이 본 예에서 이용될 것이다. 하이브리드 대역 확산이 하쉬(harsh) 다중경로 환경에 노출되는 개별 링크들의 견고성을 개선하는데에 주로 바람직하지만, DSSS 대역 확산은 독자적으로 복수의 동시적인 사용자들을 구별하는데 사용될 수 있다.During any given packet slot, some of the channel orthogonality may be achieved through frequency hopping assignments. Since the assumed RF tag spectrum is approximately 5 MHz and the industrial, scientific and medical (ISM) band of 2.45 GHz is 80 MHz, only 16 hopping center frequencies will be used in this example. While hybrid spreading is primarily desirable to improve the robustness of individual links exposed to a harsh multipath environment, DSSS spreading can be used to distinguish multiple concurrent users on its own.
7. 해상 시스템 관찰들 및 분석들7. Nautical System Observations and Analysis
선박 터미널 설비의 크기는 이러한 설비 공간 도처의 컨테이너들을 추적하는데에 요구되는 해안-측 RF 시스템의 구성(즉, 수신기들의 개수 및 분포도)에 크게 영향을 미칠 것이다. 터미널의 라이트 폴들은 설비 수신기들 및 송신기들(또는 송수신기들)에 대한 바람직한 위치들이다.The size of the ship terminal facility will greatly affect the configuration of the coast-side RF system (ie the number and distribution of receivers) required to track containers throughout this facility space. Light poles of the terminal are preferred locations for facility receivers and transmitters (or transceivers).
선박상의 RF 컨테이너-모니터링 수신기(들)는 선박의 보우 엔드(bow end)에서 마스트상에 위치될 수 있다. 컨테이너들이 항상 갑판상에 균일한 높이로 또는 매우 일정한 분포도로 적층되지 않음을 주목해야 한다. 커버된 선창들(강철 승강구들) 내로의 또는 선창들로부터의 필수적으로 거의 존재하지 않을 수 있으며, 따라서 선창들 내에 RF 시스템 수신기(들)를 제공하여 거기에서의 컨테이너들의 모니터링을 용이하게 하는 것이 필요하다. The RF container-monitoring receiver (s) on the ship may be located on the mast at the bow end of the ship. It should be noted that the containers are not always stacked on the deck at a uniform height or with a very constant distribution. There may be essentially little existing into or out of covered docks (steel hatches), so it is necessary to provide RF system receiver (s) in the docks to facilitate monitoring of containers there. Do.
적재된 선박에서, 컨테이너들은 종종 갑판 위에서 선체의 가장자리들까지 적층된다. 브릿지 윙들(bridge wings) 및 돛대들은 MAST 시스템에 대한 RF 인프라구조 구성요소들을 탑재하는데 사용될 수 있다. 컨테이너들의 각 로우(row)와 적층간의 갭(gap)들은 적합한 파장의 RF 신호가 최종적으로 선박의 가장자리에 도달하기 전에 전후로 바운딩하게 한다. 갑판 위에 모든 컨테이너들의 일정한 커버리지를 달성하기 위해, 이러한 공간의 각 단부에서, 선박의 주변부를 따라 시스템 안테나를 위치시키는 것이 바람직할 수 있다.In loaded ships, containers are often stacked up to the edges of the hull above the deck. Bridge wings and masts can be used to mount the RF infrastructure components for the MAST system. Gaps between each row and stack of containers allow the RF signal of the appropriate wavelength to be bound back and forth before finally reaching the edge of the ship. In order to achieve constant coverage of all containers on the deck, it may be desirable to position the system antenna along the periphery of the ship at each end of this space.
컨테이너들은 전형적으로 선창에서 기밀하게 적층된다. 컨테이너들은 선박 구조에 부착된 수직 보유 레일들을 미끄러져 내려온다. 금속 벌크헤드들은 컨테이너들의 단부들 주위의 영역들을 효과적으로 구획화하며, 추가적으로 선창 내의 컨테이너들로부터의 RF 전파를 방해한다. 일단 승강구가 선창 위에 위치되면, 꽤 양호한 패러데이 상자(Faraday cage)가 형성되며, 매우 작은 RF가 유입되거나 유출된다. 따라서, 거의 실시간(예를 들어, 매일) 원격측정이 선창들에 적층된 컨테이너들로부터 요구되는 경우에, 일부 인-홀드 RF 인프라구조(즉, 수신기들 및 선박 브릿지상의 중앙 모니터링 국으로의 관련 데이터 링크들)를 설치하는 것이 필요할 수 있다. 컨테이너 잠금 메커니즘은 적층된 컨테이너들의 상부들과 바닥부들간의 2 내지 3인치 갭들을 보증한다. 컨테이너들의 상부들과 바닥부들간의 대략 2 내지 3인치 간격이 컨테이너들간에서 (적합한 주파수들에서) RF 경로를 제공하는데 충분하여야 한다. 컨테이너들의 측들간의 대응하는 간격은 0.5인치 내지 대략 2인치로 변한다. 이러한 구성은 컨테이너들간의 무선 주파수들에서 옴의(손실이 많은) 그리고/또는 캐패시터 접속을 생성할 수 있으며, 이는 다소 적층으로부터의 신호 전파에 손상을 줄 수 있다.Containers are typically stacked hermetically in a dock. The containers slide down the vertical retaining rails attached to the vessel structure. Metal bulkheads effectively partition the areas around the ends of the containers and additionally interfere with RF propagation from the containers in the dock. Once the hatch is positioned over the dock, a fairly good Faraday cage is formed, with very little RF coming in or out. Thus, if near real time (eg daily) telemetry is required from containers stacked on the docks, some in-hold RF infrastructure (ie, relevant data to the central monitoring station on receivers and ship bridges). Links may be required. The container locking mechanism ensures 2-3 inches gaps between the tops and bottoms of the stacked containers. Approximately two to three inches of spacing between the tops and bottoms of the containers should be sufficient to provide an RF path between the containers (at suitable frequencies). The corresponding spacing between the sides of the containers varies from 0.5 inch to approximately 2 inches. Such a configuration may create ohmic (lossy) and / or capacitor connections at radio frequencies between containers, which may somewhat damage signal propagation from the stack.
도 9를 참조하면, 복수의 연계수송 선박 컨테이너들(910)이 직교 어레이로 배열된다. 무선 주파수 식별 태그(920)가 연계수송 선박 컨테이너들(910) 중 하나의 상부에 도시된다. 복수의 판독기들(930)이 복수의 연계수송 선박 컨테이너들(910)에 의해 형성되는 통로들의 단부들에 위치된다.Referring to FIG. 9, a plurality of associated
도 9는 기밀하게 적층된 컨테이너들(공칭값이 40피트인) 그룹의 평면도를 도 시하는데, 이들은 선박의 갑판상이나 터미널 야드 내의 그라운드상에 배열될 수 있다. 하나의 RF 방사기(도면에서 방사 적색 점에 의해 표시됨)가 컨테이너의 상부 중심 근처에 장착될 수 있다. 컨테이너의 하부구조들과 상부측 레일들이 신호를 길이방향으로 보내는 경향이 있기 때문에, 대부분의 RF 에너지는 컨테이너 2개의 단부들에서 양방향으로(도면에서, 상하 방향으로) 인접 통로들로 누출될 것이다. 이 신호들은 컨테이너들의 단부들간에서 바운딩하여, 어레이의 가장자리들에 나타날 때까지 통로를 바운딩할 것이며, 이는 적당한 손실들 및 상당한 파형 왜곡을 가져올 것이다. 분산 및 다중경로-타입 왜곡들에 대한 높은 내성을 갖는 매우 광대역의(즉, 수 MHz) 대역 확산 신호들이 최상으로 수신될 수 있다. 당연하게, 본 발명은 임의의 특정 환경 구성에 국한되지 않는다.Figure 9 shows a plan view of a group of hermetically stacked containers (nominal 40 feet), which may be arranged on the ship's deck or on the ground in the terminal yard. One RF emitter (indicated by the radiating red dot in the figure) may be mounted near the upper center of the container. Since the container's substructures and the upper side rails tend to send a signal in the longitudinal direction, most of the RF energy will leak into the adjacent passages in both directions (up and down in the drawing) at the two ends of the container. These signals will bound between the ends of the containers, bounding the passageway until they appear at the edges of the array, which will result in moderate losses and significant waveform distortion. Very wideband (ie several MHz) spread spectrum signals with high immunity to distributed and multipath-type distortions can be best received. Of course, the invention is not limited to any particular configuration.
잠재적인 RF 수신 및/또는 송신 위치들이 도 9에서 통로들의 단부들에서의 점들에 의해 표시된다. 각 점이 개별 안테나를 나타낼 수 있지만은, 보다 실용적인, 견고한 구성은 짧은 단편들의 "누설 동축" 케이블들을 이용하여 통로들 및 이들간의 표준 저-손실 동축 섹션들을 확대할 수 있다. 보다 양호한 물리적 보호를 위해, "누설" 케이블은 무거운-벽들로 된 PVC 파이프 섹션들 내에 하우징될 수 있는데, 여기서, PVC 파이프는 수 GHz 주파수까지의 비교적 낮은 손실을 제공한다. 표준 케이블들은 PVC 또는 심지어 금속 도관에서 실행될 수 있는데, 이는 전통적인 동축이 완전히 차폐되기 때문이다. 이러한 수신 및/또는 송신 위치 시스템들은 선박의 주변부에서, 또는 갑판 레벨들의 근처에서, 아마도 심지어 난간들 또는 다른 편리한 구조들상에 (반)영구적으로 장착될 수 있다. 화물 선창들의 각 측상에 컨테 이너들의 로우들간에 전형적으로 직원 통로가 있다. 통로 어셈블리들상의 적절한 위치들상에 컨테이너 원격측정 링크들을 위한 RF 시스템 안테나들을 위치시키는 것이 가능하다. Potential RF receiving and / or transmitting positions are indicated by the points at the ends of the passages in FIG. 9. Although each point may represent an individual antenna, a more practical, robust configuration may use short pieces of “leakage coaxial” cables to enlarge passages and standard low-loss coaxial sections there between. For better physical protection, a "leakage" cable can be housed in heavy-walled PVC pipe sections, where the PVC pipe provides a relatively low loss up to several GHz frequencies. Standard cables can be implemented in PVC or even metal conduits because traditional coax is completely shielded. Such receiving and / or transmitting location systems may be (semi) permanently mounted at the periphery of the vessel, or near the deck levels, perhaps even on handrails or other convenient structures. On each side of the cargo docks there is typically an employee passage between rows of containers. It is possible to position the RF system antennas for container telemetry links on appropriate locations on the passage assemblies.
이러한 안테나 구성요소들의 장착을 위한 정확한 위치들 및 모드(들)는 개별 선박 구조의 세부 특징들에 많이 의존한다. 선박의 선창들 중 하나에 있는 컨테이너들의 경우에, 누설-동축 케이블이 측벽을 따라, 컨테이너 가이드 레일들과 대략 동일한 수직 평면에 설치될 수 있다. 양자의 경우들에서, 누설-동축 케이블의 방향은 컨테이너들상의 안테나들의 편광 및 방향에 관하여 가장 효율적인 에너지를 제공하도록 유지되어야 한다. 예를 들어, 수평 컨테이너 RF 론치어(launcher)들에 대해, 케이블은 또한 (수평으로 편광된 컨테이너 안테나들을 가정하면) 컨테이너-대-로컬 수신기 RF 링크들에서 비교적 낮은 결합 손실들을 유지하도록 대략 수평으로 진행되어야 한다.The exact positions and mode (s) for the mounting of these antenna components depend a lot on the specific features of the individual ship structure. In the case of containers in one of the ship's docks, a leak-coaxial cable can be installed along the side wall in approximately the same vertical plane as the container guide rails. In both cases, the direction of the leak-coaxial cable should be maintained to provide the most efficient energy with respect to the polarization and direction of the antennas on the containers. For example, for horizontal container RF launchers, the cable may also be approximately horizontal to maintain relatively low coupling losses in container-to-local receiver RF links (assuming horizontally polarized container antennas). It must proceed.
다른 주요 시스템 설계 고려사항들은 적절한 RF 동작 주파수들의 선택에 있다. 법적 제약 및 라이센스 제약들은 13.56, 27.55, 433, 902-928, 2450-2483.5 및 5725-5825 MHz의 현재의 산업용, 과학용, 및 의학용(ISM) 대역들 및 미국 및 나머지의 북미 [및/또는 세계의 다른 지역들에서의 유사한 할당]에서의 5150-5250 및 5250-5350 MHz의 소위 비승인 국가 정보 인프라구조(U-NII) 대역들과 같은 할당된 승인-없는 대역들의 사용을 장려하고 있다. 제 1의 세개의 부분들은 폭이 좁으며(1 MHz 훨씬 아래이며), 후자의 다섯개는 다양한 형태들의 대역 확산 시그널링을 위한 것이다.Other major system design considerations are in the selection of appropriate RF operating frequencies. Legal and license restrictions cover the current Industrial, Scientific, and Medical (ISM) bands of 13.56, 27.55, 433, 902-928, 2450-2483.5, and 5725-5825 MHz and the US and the rest of North America [and / or Similar assignments in other regions of the world] are encouraging the use of assigned non-licensed bands, such as the so-called unlicensed National Information Infrastructure (U-NII) bands of 5150-5250 and 5250-5350 MHz. The first three parts are narrow (much below 1 MHz) and the latter five are for various forms of spread spectrum signaling.
비록 협대역들이 매우 낮은 속도의 데이터 전송을 지원할 수 있지만은, 무선표정 및 매우 견고한 링크들에 대한 이들의 성능은 확고하게 제한된다. 반면에, 대역 확산 대역들은 상당히 높은 RF 전력 레벨들을 허용하며, 훨씬 탄력성있는 변조 기법들을 지원할 것이다. 전체적으로, 902-928 MHz 대역이 가장 큰 범위를 제공할 것이지만, 2450-2483.5 MHz가 필수적으로 범용이며 (적어도 부분적으로) 세계 도처에서 이용될 수 있다. 무선 표정 및 원격측정의 일반 분야들에서 여러 출현하는 RF 표준들이 있다. HSS 프로토콜이 현재의 연방 통신 위원회 규약들에 의해 ISM 및 U-NII 대역들에서 이미 명시적으로 허용된다.Although narrowbands can support very low speed data transmission, their performance over radiolocation and very robust links is firmly limited. On the other hand, spread spectrum bands allow for significantly higher RF power levels and will support much more flexible modulation techniques. Overall, the 902-928 MHz band will provide the largest range, but 2450-2483.5 MHz is essentially universal and can be used (at least in part) throughout the world. There are several emerging RF standards in the general fields of wireless facial expression and telemetry. The HSS protocol is already explicitly allowed in the ISM and U-NII bands by current Federal Communications Commission protocols.
비록 태그 비용, 전력 효율 및 복잡도에서의 불이익이 꽤 심각할 수 있지만은, 컨테이너 추적을 위한 다중-대역 및/또는 다중-프로토콜 디바이스들의 유연성이 또한 본 발명에 의해 이용될 수 있다. 본 발명은 MAST 시스템 사상의 전세계적인 버전들에 바람직한 (송신기 및 수신기 전자장치들, 필터 구조들, 및 안테나들을 포함하는) 매우 집적된 다중-대역 RF 디바이스들을 이용할 수 있다. Although the disadvantages in tag cost, power efficiency and complexity can be quite serious, the flexibility of multi-band and / or multi-protocol devices for container tracking can also be utilized by the present invention. The present invention may utilize highly integrated multi-band RF devices (including transmitter and receiver electronics, filter structures, and antennas) that are desirable for global versions of the MAST system idea.
추가적인 고려사항은 원하는 레벨의 기능성을 달성하는데에 요구되는 특정 타입의 RF 시스템 아키텍처이다. 양방향 데이터-원격측정 시스템이 정확한 RF-신호 전력 제어, 원격 재프로그램가능성; 개별 태그(어드레스가능한) 조회들; 멀티-태그 중계 성능들; RF 경로 장애물들과 저전력 배터리 조건들을 갖는 노드들을 극복하기 위한 ad-hoc 동적 태그-대-태그 데이터 라우팅; 그리고 롤링(rolling) 보안 코드들, 네트워크를 통한 원격 소프트웨어 변경들/업데이트들 및 노드-상태 조회들과 같은 네트워킹 작업들을 포함하는 보다 정교한 태그-디바이스 특성 세트를 허용할 것이다. 전체 노드 전력 효율성 및 에너지 이용이 또한 통상적으로 양방향 프로토콜로 최적이 되며, 이는 가장 긴 가능한 배터리 수명들 및 가장 시의적절한 노드-경보 보고 및 진단 성능들을 가져온다. 당연하게, 이러한 RFID 태그 노드에 대한 불이익이 온보드 RF 수신기의 존재로 인해 복잡도가 증가하고 비용이 증가하지만, 추가적인 획득 비용은 증가된 배터리 수명에 의한 보완 이상이 될 것이며, 따라서, 선박의 선원들 또는 다른 유지보수/서비스 요원에 의한 유지보수 간섭들을 줄이게 된다.An additional consideration is the specific type of RF system architecture required to achieve the desired level of functionality. Two-way data-telemetry system provides accurate RF-signal power control, remote reprogrammability; Individual tag (addressable) queries; Multi-tag relay capabilities; Ad-hoc dynamic tag-to-tag data routing to overcome nodes with RF path obstacles and low power battery conditions; And allow for a more sophisticated set of tag-device characteristics, including networking tasks such as rolling security codes, remote software changes / updates over the network, and node-state queries. Full node power efficiency and energy utilization are also typically optimized for bidirectional protocols, which results in the longest possible battery lifes and the most timely node-alarm reporting and diagnostic capabilities. Naturally, the disadvantages for such RFID tag nodes are increased complexity and cost due to the presence of onboard RF receivers, but the additional acquisition cost will be more than compensated for by increased battery life, and thus the ship's crew or Maintenance interference by other maintenance / service personnel is reduced.
대조적으로, 기본적인 단방향 네트워크는 전반적으로 "덤 처퍼(dumb chirper)" 모드에서 동작하는 자율적인 태그들을 포함하는데, 여기서, 태그들은 단순히 소정의 간격들로 데이터를 시스템 인프라구조 수신기(들)에 버스트 아웃한다. 이러한 전송 간격들은 정기적이며, 랜덤화되며, 슬롯 랜덤화되거나 심지어 태그 데이터의 특성에 의해 변경될 수 있다. 가령, 매우 바람직한 실시예가 단순히 여분의 데이터의 전송들을 생략하며, 대신에 단지 새로운, 변경된 판독물들을 송신하는 "스마트" 태그이다. 이러한 프로토콜에 대한 약간의 수정은 (변경이 부주의하게 놓쳐진 경우에) 진정한 데이터값을 반복함과 아울러 노드가 여전히 적당하게 동작하고 있음을 확인하도록 일부 기본적인 상태 정보를 전달하기 위해 선택가능한 간격에서 몇개의 추가적인 전송들의 직접적인 삽입을 포함할 것이다.In contrast, a basic one-way network generally includes autonomous tags operating in "dumb chirper" mode, where the tags simply burst out data to the system infrastructure receiver (s) at predetermined intervals. do. These transmission intervals can be regular, randomized, slot randomized or even changed by the nature of tag data. For example, a very preferred embodiment simply omits the transmissions of extra data, instead it is a "smart" tag that only transmits new, modified reads. Some modifications to these protocols can be repeated at a selectable interval to convey some basic state information to ensure that the node is still operating properly, as well as repeating true data values (if changes are inadvertently missed). This will involve direct insertion of additional transmissions.
제 3 타입의 원격측정 시스템 아키텍처는 특정 구현 시나리오에 의해 지시된 바와 같이 양방향 및 단방향 태그들의 전략적인(또는, 심지어 우연적인) 결합을 지원할 것이다. 비록 전체 RF 시스템 성능에서의 약간의 비용 및 태크 배터리 수명들 의 전반적인 감소가 있지만은, 이러한 포맷은 태그 타입들의 선택에 있어서 상당한 유연성을 허용한다. 비록 선행의 설명들이 명목상으로 단일-대역 네트워크 설정들에 기초하지만은, (주로 모든 태그들의 총 가격에서의) 상당한 비용 불이익에도 불구하고, 보다 많은 유연성 및 보다 높은 성능이 다중-대역 시스템에서 획득될 수 있다. 모든 이러한 경우들에서, HSS 기법의 이용은 비트-에러 속도들, 패킷들의 손실, 충돌 속도들, RF 전력 효율성들, 및 다른 설비 RF 시스템들(특히, 동일한 범용 대역들을 공유하는 것들)로의 피상적인 간섭 레벨들에서의 이점들을 가능하게 한다. 본 발명의 일 실시예는 일 시스템에서 양방향 중계 태그들과 "덤 처퍼" 태그들의 결합을 포함할 수 있다.The third type of telemetry system architecture will support strategic (or even accidental) combining of bidirectional and unidirectional tags as indicated by the particular implementation scenario. Although there is some cost in overall RF system performance and an overall reduction in tag battery lifetimes, this format allows considerable flexibility in the selection of tag types. Although the preceding descriptions are nominally based on single-band network configurations, despite the significant cost penalty (primarily at the total price of all tags), more flexibility and higher performance may be obtained in a multi-band system. Can be. In all such cases, the use of the HSS technique is superficial to bit-error rates, packet loss, collision rates, RF power efficiencies, and other facility RF systems (especially those that share the same general purpose bands). Enables advantages in interference levels. One embodiment of the present invention may include a combination of bidirectional relay tags and “dump chipper” tags in one system.
냉동된 컨테이너("냉동선(reefer)")는 전형적으로 선박 배전 시스템으로부터 공급되는 상기 갑판 출구에 플러그되는 3상 전력 케이블을 포함한다. 일반적으로, 냉장고-모니터링 응용이 냉각된 화물들(예를 들어, 의약품들, 부패성 식품들, 및 의료 보급품)의 높은 가치들 때문에 특히 중요하다. 현재의 관행은 선박 요원이 항해중에 주기적으로 (즉, 연필과 클립보드로) 단일의 내부 온도를 수동으로 모니터링 및 기록하는 것인데, 임의의 편차들은 선박의 엔지니어에게 보고된다. (아마도 여러 장소들에서의) 내부 온도에 추가하여, 상대 습도, 압축기 압력들, 냉각수 흐름들, 전원 전압/전류, 및 컨테이너 무결성(문 파손)과 같은 추가적인 데이터가 자동 모니터링 및 경보 원격측정을 통해 획득될 수 있다. 이 정보는 냉동 실패들에 대한 조기 경보들을 제공하며, 이에 따라 급속한 수리들을 용이하게 함과 아울러 비용적인 화물 손상을 피함으로써 본 발명의 실시예에 큰 경제적인 가치를 부가시 킬 수 있다. 이 원격측정은 상술한 바와 같이 RF 기법들을 통해, 또는 선박의 ac 파워 시스템을 통한 견고한 데이터 전송을 통해 처리될 수 있다. 전기신호 해석방법과 같은 보다 개선된 방법들이 동작 압축기들, 팬들, 펌프들, 밸브들, 및 다른 모터-구동 및 솔레노이드-구동 부하들의 상태들을 보다 정확하게 평가하며, 중요한 선박 장비에 대한 하이 레벨의 실시간 상태-모니터링 성능을 제공한다.Frozen containers (" reefers ") typically include a three phase power cable plugged into the deck exit that is supplied from the ship distribution system. In general, refrigerator-monitoring applications are particularly important because of the high values of chilled cargo (eg, pharmaceuticals, perishable foods, and medical supplies). Current practice is for ship personnel to manually monitor and record a single internal temperature periodically (ie with a pencil and clipboard) while sailing, with any deviations reported to the ship's engineer. In addition to the internal temperature (perhaps in several locations), additional data such as relative humidity, compressor pressures, coolant flows, power supply voltage / current, and container integrity (door breakage) can be obtained via automatic monitoring and alarm telemetry. Can be obtained. This information provides early warnings of refrigeration failures, thereby facilitating rapid repairs and adding significant economic value to embodiments of the present invention by avoiding costly cargo damage. This telemetry can be handled via RF techniques as described above, or via robust data transmission through the ship's ac power system. More advanced methods, such as electrical signal analysis, provide a more accurate assessment of the status of operating compressors, fans, pumps, valves, and other motor-driven and solenoid-driven loads, and provide high-level real-time for critical ship equipment. Provides state-monitoring performance.
8. RFID 태그 시스템 통신 요건들의 분석8. Analysis of RFID Tag System Communication Requirements
동작가능한 RF-기반 태그 시스템 프로토콜의 전개에서의 아마도 최고의 기술적인 쟁점은 특히, 컨테이너들상에 장착된 센서/ID 태그들과 설비 또는 선박 수신기 인프라구조간의 매우 신뢰성있는, 견고한, 저전력 RF 통신 링크들의 필요이다. (데이터 및 위치 정확도들에 관하여) RF 태그 성능을 현저하게 개선함과 동시에 다른 태그들 및 설비 RF 시스템들에 관한 RF 간섭 발생 및 민감도를 감소하기 위한 하이브리드(다이렉트 시퀀스/주파수-홉핑) 대역-확산을 이용한 원격측정 접근이 바람직하게 사용될 것이다. 상기에서 주목한 바와같이, 본원에서 사용되는 어구 "하이브리드 대역-확산(HSS)"는 가령, 2003년 12월 31일 출원된 미국특허출원 제 10/817,759호 및 공개 PCT 출원 WO 02/27992에 의해 설명되는 바와 같이 다이렉트 시퀀스 대역-확산(DSSS), 예를 들어 코드분할 다중접속(CDMA), 및 주파수 홉핑, 시간 홉핑, 시분할 다중접속(TDMA), 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 및/또는 공간 분할 다중 액세스(SDMA) 중 적어도 하나의 결합으로서 정의된다. 본 기술의 또 하나의 이점은 전력 이용 영역에 있다- HSS 프로토콜은 각 태그로부터의 RF 전송 개수들을 제한함과 동시에 다른 태그들과의 충돌들을 동적으로 최소화하며, 이에 따라 태그 데이터 메시지들(예를 들어, 재전송(들))에 대한 요건들을 (절대) 최소로 줄임으로써 전력 저감을 용이하게 하는 특성들을 포함한다. 또 하나의 중요한 시스템 동작 쟁점은 태그 서브시스템(즉, 로직, RF 회로 및 센서들)에 대한 내부 전력 관리이다. Perhaps the best technical issue in the deployment of an operable RF-based tag system protocol is the particularly reliable, robust, low-power RF communication links between sensor / ID tags mounted on containers and the facility or ship receiver infrastructure. It is a need. Hybrid (direct sequence / frequency-hopping) band-spreading to significantly improve RF tag performance (with respect to data and location accuracy) while reducing RF interference generation and sensitivity with respect to other tags and facility RF systems. A telemetry approach using will preferably be used. As noted above, the phrase “hybrid band-spreading (HSS)” as used herein is described, for example, by US patent application Ser. No. 10 / 817,759, filed Dec. 31, 2003 and published PCT application WO 02/27992. Direct sequence band-spreading (DSSS), for example code division multiple access (CDMA), and frequency hopping, time hopping, time division multiple access (TDMA), orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), and / or spatial division as described. It is defined as a combination of at least one of multiple access (SDMA). Another advantage of the present technology lies in the area of power usage-the HSS protocol limits the number of RF transmissions from each tag while dynamically minimizing collisions with other tags and thus tag data messages (e.g., For example, properties that facilitate power reduction by (absolutely) minimizing the requirements for retransmission (s). Another important system operation issue is internal power management for tag subsystems (ie, logic, RF circuitry, and sensors).
유용한 배터리-충전 간격들을 유지하기 위해, RFID 태그들의 명령-수신 및 데이터-송신 기능들 모두가 매우 작은 듀티-사이클 기반으로 수행될 수 있는데, 이는 수신-시스템 전력 소모 레벨들이 종종 송신기들의 것들보다 매우 낮기 않기 때문이다. 이에 추가하여, 스마트-태그 센서들로부터의 모든 데이터가 여분의 전송들을 함께 제거하도록 프로세싱될 수 있다. 마지막으로, 저-배터리 경고들이 필요한 경우에 바람직하게, 항상 적당한 태그 동작가능성(즉, 데이터 액세스 및 태그 위치)를 보증하기 위해 설비 수신기(들)에 송신될 수 있다. 대안적인 태그-에너지화 옵션들은 질문기 봉(interrogator wand), 온보드 광전지들, 또는 기타 에너지 소스들을 통한 로컬 수동-스타일 전원공급을 포함할 수 있다. 상술한 시스템 프로토콜의 일부는 컨테이너 태그들로의 양방향 전송을 가정하지만, 주문식 질문 성능들을 요구하지 않는 일부 시스템 구현들을 위한 단방향 "덤-처퍼" 태그들을 고려하는 것이 실시가능하다.To maintain useful battery-charge intervals, both the command-receive and data-transmit functions of RFID tags can be performed on a very small duty-cycle basis, where receive-system power consumption levels are often much higher than those of transmitters. Because it is not low. In addition to this, all data from smart-tag sensors can be processed to remove redundant transmissions together. Finally, where low-battery warnings are desired, they may be sent to the facility receiver (s) to ensure proper tag operability (ie, data access and tag location) at all times. Alternative tag-energy options may include a local passive-style power supply via interrogator wands, onboard photovoltaic cells, or other energy sources. Some of the system protocols described above assume bidirectional transmission to container tags, but it is feasible to consider unidirectional “dum-chuffer” tags for some system implementations that do not require on-demand query capabilities.
관련 항만(해안측) 설비-시스템 설계 쟁점들은 설비 도처에 적절하고 일정한 공간 RF 커버리지를 제공하기 위한 RF 리피터들의 이용, 내부 인프라구조 시그널링 옵션들, 및 분산된 송수신기/무선표정 유닛들의 배치를 포함한다. 기본적인 인프라구조는 설비 송수신기들과 중앙 컨테이너 모니터링 및 제어점간의 데이터 전송을 위해 연선 와이어들, 동축 케이블들, 전력선 RF 전송 기술들, 또는 무선 RF 송수신기들을 이용할 수 있다. 야드 RF 송수신기들이 기존의 구조들상에 장착될 수 있지만, 이러한 구성은 터미널의 특정 셋업에 크게 의존할 것이다. 대응하는 선상 RF 인프라구조는 선박의 레이아웃 및 최상의 커버리지를 위해 RF 장비를 선택적으로 배치하는 제한된 기회들에 더욱 제약될 것이다. 고정 RF 장치가 선박의 전력으로부터 동작될 필요가 있으며, 정상 선박 동작들과 유지보수 활동들에 방해가 되지 않는 위치들에 장착될 필요가 있을 것이기 때문에, 수많은 타협들이 수용될 수 있다. 이를 위해, 선박의 AC 배전 시스템을 통해 RF 인프라구조 데이터 통신을 처리하는 것이 매우 바람직한데. 이와 같이 함으로써 물리적으로 보호되는 경로를 제공함과 아울러 본 발명의 시스템 실시예를 선박에 설비하는 때에 선박 전체에 추가적인 케이블 작업을 수행할 필요를 없앨 것이다. Related port (coastal) facility-system design issues include the use of RF repeaters to provide adequate and consistent spatial RF coverage throughout the facility, internal infrastructure signaling options, and the deployment of distributed transceiver / wireless units. . The basic infrastructure may use twisted pair wires, coaxial cables, powerline RF transmission techniques, or wireless RF transceivers for data transmission between facility transceivers and central container monitoring and control points. Yard RF transceivers may be mounted on existing structures, but this configuration will depend heavily on the specific setup of the terminal. The corresponding onboard RF infrastructure will be further constrained by the limited opportunities to selectively deploy RF equipment for vessel layout and best coverage. Numerous compromises can be accommodated because fixed RF devices will need to be operated from the ship's power and will need to be mounted in locations that will not interfere with normal ship operations and maintenance activities. To this end, it is highly desirable to handle RF infrastructure data communications through the ship's AC distribution system. This will provide a physically protected path and eliminate the need for additional cabling throughout the vessel when installing the system embodiments of the invention on a vessel.
9. 컨테이너 9. Container 모니터링monitoring 및 센서들에 대한 요건들 And requirements for sensors
컨테이너 위치 추적은 선박 운송 대 철도 및 트럭 운송에 대해 서로 다른 솔루션들을 요구할 수 있다. 선박상에서, 만일 삼각측량과 결합되지 않는다면 GPS-기반 태그가 독자적으로 존재하지 않을 수 있다. 보다 상세하게, GPS는 수신기가 3개 이상의 위성 소스들을 볼 수 있어야 하는 송수신 직결선 위치확인 시스템이다. 갑판상의 적층들에 또는 선박의 선창에 매립된 컨테이너들은 GPS 위성 소스들을 이용하도록 요구되는 송수신 직결선 신호들을 획득할 수 없을 것이다. 선박상의 로컬 GPS 리피터의 추가가 이 문제를 해결할 수 없을 것이다. 심지어 적절한 강도의 GPS 신호들이 수신되고 리피트되는 경우에, 적층들에서의 하이 레벨들의 로컬 RF 다중 경로 반사들은 위치 정확도들에서 주요한 불확실성들을 야기할 수 있으며, 결과들은 일반적으로 수락할 수 없게 된다. 더욱이, 매우 낮은 태그 동작 전력들에 대한 요건들은 심지어 적절한 위성 수신이 가능한 곳에서도 개별 GPS 수신기들을 거의 확실하게 배제할 것이다. 바람직한 선박상 솔루션은 로컬 삼각측량 시스템의 이용을 포함한다. 로컬 선박상 환경에 적합화된 로컬 삼각측량 시스템의 이용은 최상의 가능한 컨테이너-위치 성능을 허용할 수 있다. 심각한 다중경로 반사들 및 제한된(전력-제약된) 태그 송신 횟수들 때문에, 이러한 시스템은 모든 경우들에서 정확한 컨테이너 위치를 제공할 수 없지만, 가능하게는 ±1 컨테이너 상/하, 전방/후방. 및 좌현/우현 내의 근사 위치를 제공할 수 있다. 대다수의 경우들에서, 이 정확도 레벨은 꽤 적절하게 되어야 한다.Container location tracking may require different solutions for ship versus rail and truck transport. On a ship, a GPS-based tag may not exist on its own if it is not combined with triangulation. More specifically, GPS is a transmit / receive direct positioning system where the receiver must be able to see three or more satellite sources. Containers embedded in stacks on deck or in the docks of a ship will not be able to obtain the transmit and receive direct-line signals required to use GPS satellite sources. The addition of a local GPS repeater on board would not solve this problem. Even when GPS signals of appropriate intensity are received and repeated, high levels of local RF multipath reflections in the stacks can cause major uncertainties in position accuracy, and the results are generally unacceptable. Moreover, the requirements for very low tag operating powers will almost certainly exclude individual GPS receivers even where adequate satellite reception is possible. Preferred marine solutions include the use of local triangulation systems. The use of a local triangulation system adapted to the local onboard environment may allow for the best possible container-location performance. Due to severe multipath reflections and limited (power-constrained) tag transmission times, this system cannot provide accurate container position in all cases, but possibly ± 1 container up / down, front / rear. And approximate locations within the port / starboard. In most cases, this level of accuracy should be fairly appropriate.
선상 삼각측량에 대해, 복수의 수신기들이 요구될 수 있다. 소정의 컨테이너로부터 고정 중앙 수신기로의 송수신 직결선 전파의 부족은 갑판 위에 적층된 컨테이너들에 대한 컨테이너 송신 위치를 국부화하는데 일조의 수신기들을 필요로 할 것이다. 이에 추가하여, 컨테이너들이 내부에 있는 선창을 식별하는 것 이상으로, 선창들에서 컨테이너들을 국부화하는 것은 어려울 것이다. 압도적인 레벨들의 다중경로 및 RF 신호 경로들에 대한 방해들 때문에, 각 선창은 선창 내에 컨테이너 위치를 정확하게 국부화하기 위해 각 컨테이너의 단부 근처의 벌크헤드상에 장착된 컨테이너 마다의 안테나 및 하나의 수신기 까지를 요구할 수 있다. 이는 가능하게는 현재 기술에 의한 비용-효율적인 솔루션에 수락가능한 개수를 초과한다. 더욱이, 선창의 각 컨테이너의 정확한 위치를 아는 것에 대한 증가적인 가치는 크게 않 는데, 이는 컨테이너들이 일단 선창에 적층된 경우에 대부분의 컨테이너들에 액세스하는 실제적인 방법이 없기 때문이다. 임의의 이벤트에서, 선창 내에서 특정 컨테이너를 찾는 우선순위는 전체 화물 선적 및 운송 과정에 관한 강력한 경제적 효과를 갖는(시간 때문) 적재 및 하적을 통한 컨테이너의 정확하게 추적하는 것보다 확실하게 낮다. For linear triangulation, multiple receivers may be required. Lack of transmit and receive direct line propagation from a given container to a fixed central receiver will require a set of receivers to localize the container transmission position for containers stacked on the deck. In addition, it would be difficult to localize containers in the docks, beyond identifying the docks in which they are located. Due to overwhelming levels of multipath and disturbances in RF signal paths, each dock has one receiver per antenna and one receiver mounted on the bulkhead near the end of each container to accurately localize the container position within the dock. You can ask for up to This possibly exceeds the number acceptable for cost-effective solutions by current technology. Moreover, the incremental value of knowing the exact location of each container on the dock is not great because there is no practical way to access most containers once they are stacked on the dock. In any event, the priority of finding a particular container within the dock is clearly lower than accurately tracking the container via loading and unloading, which has a strong economic effect (due to time) on the overall cargo loading and transportation process.
이 문제에 대한 솔루션은 스마트 안테나 구조들을 전개하는 것이다(즉, 복수의 상호연결된, 수평으로 편광된 와이어-타입 다이폴 안테나들이 선창들의 벽들상에 장착되는데, 모두가 원격 제어되는 RF PIN-다이오드 스위치로 공통 케이블들에 결합된다). 이러한 설정은 선창에 대한 일군의 스캐닝 안테나 어레이들을 효과적으로 구현하는데, 여기서 안테나 어레이들은 선창에 적재되는 컨테이너를 식별함과 아울러 적재되는 때에 그 위치를 제공할 수 있다. 특정 선창에 대한 위치확인 기능은 로컬 컨테이너-태그 RF 질문 신호(즉, 13.56 또는 다른 편리한 주파수에서 코딩된 RF 에너지의 버스트)에 의해 트리거링될 수 있는데, 여기서 질문 신호는 "경고" 또는 "기상" 신호로서 컨테이너 태그들에 의해 수동으로 또는 반-수동으로 감지될 것이다. 이후에, 코드들(컨테이너 시리얼 ID 번호의 마지막 몇개의 디지트들)이 경보 신호에 매칭하는 이와 같이 질문된 컨테이너들 각각은 유사-랜덤-시의적절한 방식으로 HSS 버스트 신호로 응답할 것이다. 선창 수신 서브시스템은 이 신호들을 획득하며, 선박의 컨테이너 목록 데이터베이스의 전체 시리얼 번호들과의 상관을 위해 주 선상 시스템에 결과들을 중계할 것이다. The solution to this problem is to deploy smart antenna structures (ie a plurality of interconnected, horizontally polarized wire-type dipole antennas are mounted on the walls of the docks, all with a remote controlled RF PIN-diode switch). Coupled to common cables). This setup effectively implements a group of scanning antenna arrays for the dock, where the antenna arrays can identify the container loaded on the dock and provide its location when loaded. The positioning function for a particular dock can be triggered by a local container-tagged RF question signal (ie, a burst of RF energy coded at 13.56 or other convenient frequency), where the question signal is a "warning" or "weather" signal. As will be detected manually or semi-manually by container tags. Thereafter, each of these queried containers whose codes (the last few digits of the container serial ID number) match the alert signal will respond with an HSS burst signal in a pseudo-random-timely manner. The dock receiving subsystem will acquire these signals and will relay the results to the main shipboard system for correlation with the full serial numbers of the vessel's container inventory database.
MAST 시스템의 또 하나의 핵심 부분은 적재 부두 또는 컨테이너 야드에서 컨 테이너들의 위치를 추적하는 것이다. 엄청난 부피의 컨테이너들이 이러한 설비들 내외로 이동하는 것으로 가정하면, 설비 운용자에게 특정 컨테이너가 위치된 곳을 알려줄 수 있는 추적 시스템이 상당한 시간-절약자가 될 수 있다. 야드 내의, 로컬 대역-확산 RF 삼각측량 시스템이 컨테이너 위치를 추적하는데 사용될 수 있다. 야드 주위의 4개 이상의 전략적인 위치(매우 큰 설비들에 대해 그 이상이 위치들)가 컨테이너 위치들의 동적인 추적을 제공할 것이다. 추가적인 수신 유닛들이 전반적으로 터미널의 출구들 및 엔트리들에서 위치될 수 있는데, 여기서 이들의 데이터는 엔트리 및 설비로부터 컨테이너들의 이탈을 기록하는데 이용될 수 있다. 개방된 야드들에서 전형적인 다이렉트 송수신 직결선 통신 거리들은 10mW의 태그 RF 송신 전력 레벨들에 대해 대략 300m 내지 대략 500m가 되어야 하며, 이는 100mW 태그들에 대해 대략 1 km로 쉽게 확장된다. 무선표정 정확도들은 전형적인 (짧은) 태그-판독 평균 시간들에 대해 1m 내에서 양호할 수 있다. 이에 추가하여, 보다 긴 평균 시간들이 이용되는 경우에, 보다 큰 위치 분해능이 획득될 수 있다. 적응성 빔-조향 안테나들이 장착된 무선위치확인 수신기들 세트가, 컨테이너가 선박으로 또는 선박으로부터 이동되는 때에 전형적으로 짧은 범위에서 각 컨테이너에 관한 완전한 원격측정 및 위치 데이터를 획득하기 위해 각 적재 크레인상에 설치될 것이다. 이 데이터 세트는 추적 데이터베이스 시스템에 대한 가장 신뢰성있는 검증이 될 수 있으며, 특정 컨테이너가 실제로 야드로부터 선박 또는 그 역으로 이동하였다. 컨테이너-위치 모니터링 소프트웨어에 포함될 수 있는 선택적인 특성은 이동 검출이다. 즉, 컨테이너 위치가 우발적인(incidental) 량 이상으로(즉, 시스템 위치-불확실성 사양보다 크게) 변하는 때마다, 콘텐이너의 ID가 활성 선박 목록들에 대해 비교되기 때문에 컨테이너의 이동을 추적하는 보안 루틴이 활성화될 수 있다. 만일 컨테이너가 상당한 거리로(적층해제/재적층 동작들이 전형적으로 수반하는 정상적인 야드 이상으로) 이동되지만 이동할 계획이 없는 경우에, 야드 요원은 자동으로 잠재적인 배치오류 또는 절도 시도로 경보될 것이다. Another key part of the MAST system is the tracking of containers at loading docks or container yards. Assuming that large volumes of containers move in and out of these facilities, a tracking system that can tell facility operators where a particular container is located can be a significant time-saving. Within the yard, a local band-spread RF triangulation system can be used to track the container location. Four or more strategic locations around the yard (more locations for very large installations) will provide dynamic tracking of container locations. Additional receiving units can be located at the exits and entries of the terminal as a whole, where their data can be used to record the departure of containers from the entry and the facility. Typical open transmit / receive direct line communication distances in open yards should be approximately 300 m to approximately 500 m for tag RF transmit power levels of 10 mW, which easily extends to approximately 1 km for 100 mW tags. Radiolocation accuracy may be good within 1m for typical (short) tag-read average times. In addition to this, when longer average times are used, larger position resolution can be obtained. A set of wireless positioning receivers equipped with adaptive beam steering antennas are mounted on each loading crane to obtain complete telemetry and position data for each container in a short range, typically when the container is moved into or out of the vessel. Will be installed. This data set can be the most reliable validation of a tracking database system, with certain containers actually moving from yards to ships or vice versa. An optional feature that can be included in container-location monitoring software is movement detection. That is, whenever a container location changes by more than an incidental amount (i.e. greater than the system location-uncertainty specification), a security routine that tracks the container's movement because the container's ID is compared against the active vessel lists. Can be activated. If the container is moved a considerable distance (over normal yards where destacking / relamination operations typically involve) but does not plan to move, the yard personnel will automatically be alerted to potential placement errors or theft attempts.
일반적으로, GPS 컨테이너 위치 추적이 GPS 위성들에 대한 명백한 송수신 직결선을 갖는 컨테이너들에 대해 이론적으로 가능하지만, 이는 선상 컨테이너들에 관해 이전에 약술된 이유들로(즉, 충분한 송수신 직결선 수신의 견지에서) 터미널 야드에서, 특히 적층들에서 실시가능하지 않을 수 있다. 동일 논리가 철도 또는 트럭에 의해 운송되는 컨테이너들에 적용된다.In general, GPS container location tracking is theoretically possible for containers that have a clear transmit / receive direct line for GPS satellites, but this is due to the reasons outlined previously for shipboard containers (ie, sufficient transmit / receive direct line reception of In terms of terminal yard), in particular in laminations. The same logic applies to containers carried by rail or truck.
본 발명은 또한 컨테이너 화물에의 간섭, 컨테이너 온도, 기계적인 충격, 방사선, 밀항자, 또는 화학/생물적인 요인들을 검출할 수 있는 넓은 범위의 센서 디바이스들을 포함하는 컨테이너 화물 상태의 모니터링 및 감지를 위한 선택적인 기법들을 포함할 수 있다. 이러한 센서들의 일부(예를 들어, 온도 센서들, 도어 스위치들, 가속도계들, 비드-타입 충격 센서들)는 필수적으로 컨테이너 모니터링 시스템에 포함되도록 작은 기술적인 노력만이 필요한 기성품(off-the-shelf) 디바이스들이다. The invention also provides a choice for monitoring and sensing container cargo conditions, including a wide range of sensor devices capable of detecting interference to container cargo, container temperature, mechanical shock, radiation, smugglers, or chemical / biological factors. Techniques may be included. Some of these sensors (eg, temperature sensors, door switches, accelerometers, bead-type shock sensors) are off-the-shelf requiring only a small technical effort to be included in the container monitoring system. ) Devices.
도어 무결성 모니터링은 컨테이너 도어들이 개방되어 있는지 또는 제거되었는지를 표시하기 위해 센서를 이용할 것이다. 이 센서는 기계적 또는 자기 스위치가 될 수 있지만, 광, 캐패시터, 또는 리럭턴스(reluctance)-측정 디바이스들과 같 은 다른 수단이 또한 이용될 수 있다. 모든 이러한 항목들은 기성품이며, 저비용으로 쉽게 전개되어야 한다.Door integrity monitoring will use sensors to indicate whether container doors are open or removed. This sensor can be a mechanical or magnetic switch, but other means such as light, capacitor, or reluctance-measuring devices can also be used. All these items are off-the-shelf and should be easily deployed at low cost.
방사선 모니터링은 일반 직원 방사선량 측정 모니터링에 이용되는 타입의 표준 열 루비네슨스(thermoluminescent) 방사선량 측정(TLD)과 같은 방사선과 물질의 상호작용을 기록하는 센서를 사용하여 수행될 수 있다. 수일에 걸쳐 물질의 방사선-유도 변화들의 분석은 매우 낮은 레벨들의 방사선을 검출할 수 있다. 이 센서는 연속적인 배터리 전력을 요구하지 않으며, 감지 매체의 변경을 간헐적으로 측정하는 배터리 전력만을 요구한다. TLD들이 기성품이며, 합당하게 값싼 자동화된 판독기 유닛들이 상업적으로 이용가능하지만, 컨테이너 응용은 적당한 최적화-기술 노력을 지시할 수 있다. 연속적인, 컨테이너 내부의 방사선 감지를 제공하기 위해, 알파, 베타, 감마, X선, 및/또는 중성자 방사들이 원해지는지 및 감도 레벨들에 의존하여, 다수의 방법들이 적당한 비용으로 이용가능하다. 대규모 응용들에 대해, 본 발명은 (값싼 가정용 연기 검출기들에 유사한) 저전력 CMOS 전위계 회로에 의해 판독가능한 저-레벨 광전류들을 갖는 작은 방사선 플럭스들에 응답할 수 있는 값싼 다중층 검출기 물질들을 포함할 수 있다. 방사선 모니터링은 또한 하기에서 설명되는 수동 적분형 전리 방사선 센서들을 이용하여 수행될 수 있다.Radiation monitoring can be performed using sensors that record the interaction of the material with radiation, such as standard thermoluminescent radiation dose measurements (TLDs) of the type used for general staff dosimetry monitoring. Analysis of radiation-induced changes in a material over several days can detect very low levels of radiation. The sensor does not require continuous battery power, only battery power that intermittently measures changes in the sensing medium. While TLDs are off-the-shelf and reasonably cheap automated reader units are commercially available, container applications can dictate appropriate optimization-technology efforts. In order to provide continuous, radiation sensing inside the container, a number of methods are available at a reasonable cost, depending on whether the alpha, beta, gamma, X-ray, and / or neutron radiation is desired and the sensitivity levels. For large scale applications, the present invention may include inexpensive multilayer detector materials capable of responding to small radiation fluxes with low-level photocurrents readable by low power CMOS electrometer circuits (similar to cheap home smoke detectors). have. Radiation monitoring may also be performed using passive integral ionizing radiation sensors described below.
컨테이너들의 신속한, 넓은-규모의 방사선 스크리닝을 위한 대안 전략은 적재 크레인상에 또는 해안 설비 내에 장착된 민감성 다중-검출기 어레이 스캐닝 시스템을 통해 최상으로 수행될 것이다. 그러나, 적재/하적 동작들에서의 극도의 경제적인 시간 압력 때문에, 이러한 컨테이너 스캔들은 전체 컨테이너 처리량 속도에 영향을 미치지 않도록 크레인-운송 동작 이전에 (또는 직후에) 오프라인에서 또는 온-더-플라이(on-the-fly)로 수행되어야 한다. An alternative strategy for rapid, wide-scale radiation screening of containers will be best performed via a sensitive multi-detector array scanning system mounted on a loading crane or in a coastal installation. However, due to the extremely economical time pressure in loading / unloading operations, these container scans are offline or on-the-fly before (or immediately after) the crane-transporting operation so as not to affect the overall container throughput rate. on-the-fly).
컨테이너들 내의 밀항자들에 대한 모니터링이 여러 타입들의 센서들로 수행될 수 있다. 본 발명은 Enclosed-Space Detection System으로서 알려진 심장박동 검출기의 이용을 포함할 수 있다. 진동 프로브(예를 들어, 가속도계)와 검출 및 인식 전자장치들을 포함하는 이러한 센서 시스템은 컨테이너의 미세진동들을 주기적으로 기록하며, 인간(또는 동물) 심장박동들의 시간/주파수 신호 부호들에 대한 웨이브렛-변환 방법들을 통해 이들을 분석한다. 이 시스템은 (예를 들어, 부두-야두 내의) 하나의, 고립된 컨테이너들을 모니터링하는데 가장 효율적이지만, 심지어 선상 이용에도 적응될 수 있다. 밀항자들 또는 컨테이너들에 삽입된 다른 무허가 물품들을 검출하는 또 하나의 잠재적인 방법은 컨테이너 내부에 (또는 컨테이너에) 특수한 전자계 펄스를 발생하는 디바이스이다. 이후에, 2개 이상의 위치들에서의 필드 레벨들이 검출되고, 원격측정되며, 그리고 기록된다. 전자계 펄스의 주기적인 재송신 및 새로운 응답과 본래 응답들의 비교는 컨테이너 내의 물질의 분산에 의해 결정된 필드 패턴들에서의 임의의 중요한 변화들을 나타낼 것이다. 또한, 이는 화물 이동 또는 인간들(또는 동물들)의 존재로 인한 컨테이너 내의 물질의 이동을 표시할 것이다. 비록 기술이 상업적으로 이용가능하지만은, 이 문제에 대한 보다 전통적인(그리고 가능하게는 덜 값비싼) 접근들은 상업 침입 경보들과 기능에서 유사한, 보다 단순하지만 덜 민감한 정상-상태 또는 펄스화된 초음파 및/또는 RF (극초단파) 시스템들을 포함한다. 후자의 기술들은 근본적으로 기성품이지만, 센서 전방 에 적층된 화물에 의해 차단되거나 스크린될 수 있다.Monitoring for smugglers in containers can be performed with various types of sensors. The present invention may include the use of a heart rate detector known as an Enclosed-Space Detection System. These sensor systems, including vibration probes (e.g., accelerometers) and detection and recognition electronics, periodically record the microvibrations of the container, and wavelets for time / frequency signal codes of human (or animal) heartbeats. Analyze them through conversion methods. This system is most efficient for monitoring single, isolated containers (eg, in dock-yadu), but can even be adapted for onboard use. Another potential method of detecting smugglers or other unauthorized items inserted into containers is a device that generates a special electromagnetic pulse inside (or in a container). Thereafter, field levels at two or more locations are detected, telemetered, and recorded. Periodic retransmission of the electromagnetic pulses and comparison of the new and original responses will indicate any significant changes in the field patterns determined by the dispersion of the material in the container. It will also indicate the movement of material in the container due to cargo movement or the presence of humans (or animals). Although the technology is commercially available, more traditional (and possibly less expensive) approaches to this problem are simpler but less sensitive steady-state or pulsed ultrasound and similar in function to commercial intrusion alerts. And / or RF (microwave) systems. The latter techniques are essentially off-the-shelf, but can be blocked or screened by cargo stacked in front of the sensor.
화학적/생물학적 요인들은 검출하기에 어렵고 비용이 많이 드는데, 이는 주로 이러한 요인들의 극도의 작은 량들이 높은 정확도(낮은 부정확한 네거티브들 및 부정확한 포지티브들)로 감지되어야 하기 때문이다. 본 발명은 화학적 또는 생물학적 "랩 온어 칩(lab-on-a-chip)" 검출기를 포함할 수 있다. 컨테이너들에 대한 덜 값비싼 화학/생물학적 검출 시스템은 이동 크레인상에 또는 크레인 근처에 검출기를 장착할 수 있는데, 여기서 컨테이너는 신속한 온라인 조사를 위해 "스니퍼 터널(sniffer tunnel)"을 통해 통과할 수 있다. 이에 추가하여, 개별 화학/생물학적 검출기(들)가 컨테이너(들)에 그리고/또는 컨테이너상에 장착될 수 있다.Chemical / biological factors are difficult and expensive to detect, mainly because extremely small quantities of these factors must be detected with high accuracy (low inaccurate negatives and inaccurate positives). The present invention may include a chemical or biological "lab-on-a-chip" detector. Less expensive chemical / biological detection systems for containers can be equipped with detectors on or near mobile cranes, where containers can pass through a "sniffer tunnel" for rapid online inspection. . In addition, individual chemical / biological detector (s) may be mounted to and / or on the container (s).
민감성 화물들에 대한 충격 및/또는 가속 감지는 MEMS/전자 디바이스들(자동차 에어백 센서들과 유사함), (충격 또는 경사-제한 감지를 위한) 유리 구슬들 또는 그래뉼들(granules), 피에조전기 디바이스들(예를 들어, 표준(classic) 가속도계들), 마이크로캔티레버들(microcantilevers) 및 유도 센서들(예를 들어, 지오폰들(geophones))을 포함하는 여러 기술들 중 임의의 하나로 수행될 수 있다. 주요한 제약은 일반적으로 이용가능한 전력이다. 이러한 디바이스들의 대부분은 상당한 시간(예를 들어, 한 달)동안 작은 배터리에 의해 쉽게 처리될 수 없을 정도로 많은 전력을 요구한다. 그러나, 연속적으로 시간-샘플되는 가속 프로파일의 이용은 파손되기 쉬운 화물들의 추적 및 이송중에 컨테이너들의 과도하게 거친 핸들링의 경우들을 결정함에 있어서 가치가 크다. 이러한 타입들의 센서들의 대부분은 현재에 상업적으로 이용가능하며, 이들을 컨테이너 원격측정 시스템으로의 적절한 패키징 및 인터페이싱은 신속하고 쉽게 될 것이다.Shock and / or acceleration detection for sensitive cargoes can be achieved by MEMS / electronic devices (similar to automotive airbag sensors), glass beads or granules (for shock or tilt-limit detection), piezoelectric devices (E.g., classic accelerometers), microcantilevers, and inductive sensors (e.g., geophones). . The main constraint is generally the available power. Many of these devices require so much power that they cannot be easily handled by small batteries for a significant amount of time (eg a month). However, the use of a continuously time-sampled acceleration profile is of great value in determining cases of excessively rough handling of containers during tracking and transport of fragile cargoes. Most of these types of sensors are now commercially available, and proper packaging and interfacing to them into container telemetry systems will be quick and easy.
냉동된 컨테이너 시스템들, 특히 압축기 및 냉각 시스템 구성요소들은 냉장고들과 관련하여 상술한 기술들을 이용하여 이상적으로 모니터링될 것이다. 전기 신호 분석 구성요소들을 포함하는 이 압축기 및 냉각 시스템 기술은 쉽게 상업적으로 이용가능하며, 운송 환경에 대해 수행하기에 간단할 것이다. Frozen container systems, in particular compressor and cooling system components, will ideally be monitored using the techniques described above in connection with refrigerators. This compressor and cooling system technology, including electrical signal analysis components, is readily commercially available and will be simple to perform for the transport environment.
바람직하게, 전형적인 컨테이너 태그(컨테이너 보안 및 내부 상태들(즉, 온도, 습도, 충격)의 상세한 모니터링을 위한 단순히 긴-범위 ID 디바이스 또는 보다 정교한 데이터 획득/원격측정 디바이스인지에 관계없음)는 배터리-전력공급된다. 따라서, 긴 간격들 동안 적당한 부재 작동을 보증함으로써 선박 산업에 의한 넓은 수락을 보증하는 면밀한 유닛 및 시스템 설계가 또한 바람직하다. 바람직하게, 태그들은 적어도 대략 1년의 유지보수-무료 사용 기간들을 가져야 한다. 대부분의 선박 회사들은 카메라-스타일 리튬 배터리의 가볍게 적재되는 수명을 근사화한 3년 내지 5년의 간격들을 원할 것인데, 이는 쉽게 획득가능한 상업 제품에서 현재에 이용가능한 최고의 에너지-밀도 포맷이다. 리튬 이온 배터리들의 보존 기간이 전형적으로 10년 정도이기 때문에, 사용하기 이전에 수년 동안 전원이 끊어진 상태로 저장된, 봉인된 컨테이너 태그들은 여전히 3-5년의 정상적인 동작 수명 목표를 표시해야 한다. 대부분의 계획된 시나리오들에서의 제안된 태그 조회 간격들은 매일 1 내지 4번의 범위인데, 이는 컨테이너 타입; 화물의 상대적인 파괴가능성 또는 민감성; 그리고 보안성, 화물 가치, 절도 가능성, 및 외상적 사건(traumatic event)(예를 들어, 물속으로 진행하는 컨테이너)과 같은 다른 인자들에 의존한다. 후자의 인 자들의 일부는 또한 이러한 긴급한 상황들에 대한 즉각적인 선원의 응답을 용이하게 하기 위해 컨테이너상에 긴급 송신기 또는 비콘의 전개에 영향을 미칠 수 있다. 1400 mAH(3-V AA 크기)의 전형적인 배터리 성능을 가정하면, 1시간당 한 번의 루틴 조회는(10초 동안 평균 10 mA를 소비함) 5년을 약간 넘는 유효 동작 배터리 수명을 가져올 것이다. 만일 충전이 수행되면, 이 간격은 쉽게 20년을 초과할 수 있으며, 이는 가능하게는 전자장치 패키지의 예상 수명에 가깝게 된다. 비록 태양열 충전이 이용되는 바람직한 충전 메커니즘이지만, 마이크로 연료 전지, 키네틱(kinetic) 발전기들(예를 들어, 마이크로-진자 또는 MEMS 타입들), 열전쌍열(온도-차동), 및 심지어 RF 에너지 스캐벤징(scavenging)을 포함하는 다른 전력 메커니즘들이 가능하다. Preferably, a typical container tag (whether simply a long-range ID device or a more sophisticated data acquisition / telemetry device for detailed monitoring of container security and internal conditions (ie temperature, humidity, shock)) is a battery- Power is supplied. Thus, careful unit and system designs are also desirable that ensure wide acceptance by the ship industry by ensuring proper member operation over long intervals. Preferably, the tags should have maintenance-free periods of at least approximately one year. Most shipping companies will want intervals of three to five years that approximate the lightly loaded life of camera-style lithium batteries, which is the best energy-dense format currently available in readily available commercial products. Since the shelf life of lithium ion batteries is typically around 10 years, sealed container tags stored in a power off state for several years prior to use should still indicate a 3-5 year normal operating life target. The suggested tag lookup intervals in most planned scenarios range from 1 to 4 times per day, including container type; Relative destructiveness or sensitivity of the cargo; And depend on other factors such as security, cargo value, theft potential, and traumatic events (eg containers going underwater). Some of the latter factors may also affect the deployment of emergency transmitters or beacons on containers to facilitate immediate seamen's response to these urgent situations. Assuming typical battery performance of 1400 mAH (3-V AA size), one routine inquiry per hour (consuming 10 mA on average for 10 seconds) will result in a little more than five years of active operating battery life. If charging is performed, this interval may easily exceed 20 years, possibly close to the expected life of the electronics package. Although solar charging is the preferred charging mechanism used, micro fuel cells, kinetic generators (eg, micro-pendulum or MEMS types), thermocouples (temperature-differential), and even RF energy scavenging ( Other power mechanisms are possible, including scavenging.
본 발명의 실시예는 RFID 태그를 컨테이너 구조에 임베디드(embedding)하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예는 리던던시를 위해 또는 (비)기능적인 유인물체(들)로서 하나의 컨테이너상에 복수의 RFID 태그들을 제공하는 것을 포함할 수 있다. Embodiments of the present invention may include embedding an RFID tag in a container structure. Embodiments of the invention may include providing a plurality of RFID tags on one container for redundancy or as (non) functional handout (s).
선박 컨테이너들의 극도의 저전압 측정들을 위한 공가 전하 방사선량 측정Nominal charge radiation dose measurement for extreme low voltage measurements of ship containers
전자 방사선량 측정 디바이스들은 컨테이너의 도즈를 측정할 수 있지만, 이들은 적분 시간들 동안 전원공급(활성) 되어야 한다. 따라서, 이들은 배터리 전력을 보존하기 위해 짧은 시간들 동안 적분해야 한다(따라서, 민감도를 줄이게 된다). 큰 크기 또는 큰 량들의 배터리들의 이용은 경제적으로 실시가능하지 않으며, 컨테이너의 수명동안 배터리들을 교체하지 않는다(전형적인 선박 컨테이너 수명은 5년 내지 7년이다).Electron dosimetry devices can measure the dose of a container, but they must be powered on during integration times. Thus, they must integrate for short periods of time to conserve battery power (thus reducing sensitivity). The use of large size or large quantities of batteries is not economically feasible and do not replace batteries during the life of the container (typical ship container life is 5 to 7 years).
방사선 도즈를 수동으로 적분하도록 모든 선박 컨테이너에 설치될 수 있는 단순한, 견고한, 저비용의, 저전력 디바이스가 필요하다. 운송 동안에, 이 디바이스는 컨테이너에서의 방사선의 존재의 매우 민감한 측정을 획득하기 위해 매우 긴 기간들 동안 방사선 도즈를 적분할 수 있다. 심지어 잘 차폐된 방사능 물질이 컨테이너의 백그라운드 방사 레벨들에 약간의 증가를 가져올 것이다. 또한, 부정확한 포지티브들의 발생을 감소시킬 수 있는 디바이스가 필요하다. There is a need for a simple, rugged, low cost, low power device that can be installed in any ship container to manually integrate the radiation dose. During transportation, the device can integrate the radiation dose for very long periods of time to obtain a very sensitive measurement of the presence of radiation in the container. Even well shielded radioactive material will result in a slight increase in the background radiation levels of the container. There is also a need for a device that can reduce the occurrence of incorrect positives.
공간 전하 방사선량 측정기들(SCD)은 연속적으로 방사선 도즈를 수동으로 적분할 수 있으며, 단지 판독을 위한 또는 디바이스 충전을 위한 전력만을 요구한다. 이 디바이스들은 애노드와 캐소드간에 초기 전위를 충전하거나 발생함으로써 작동한다. 유전 매체가 캐소드와 애노드간에 위치된다. 이 전위는 유전 매체 양단에 전계를 생성한다. 방사선이 유전 물질을 통과함에 따라, 유전체의 전리를 야기한다. 이후에, 전계는 유전체로부터 이온들 또는 전하 캐리어들을 쓸어버리며, 이에 따라 애노드와 캐소드간의 전위는 감소한다. 노광 기간 동안의 공핍된 전하의 측정은 측정 기간 동안에 적분되는 전리의 측정이다. 전하(또는 전하에 의해 제어되는 디바이스의 일부 물리적 양상)는 도즈 속도를 획득하도록 노광 이전에 및 노광 이후에 판독된다.Space charge dosimetry (SCD) can continuously integrate the radiation dose manually and only requires power for reading or for charging the device. These devices work by charging or generating an initial potential between the anode and the cathode. The dielectric medium is located between the cathode and the anode. This potential creates an electric field across the dielectric medium. As radiation passes through the dielectric material, it causes ionization of the dielectric. The electric field then sweeps away ions or charge carriers from the dielectric, thus reducing the potential between the anode and the cathode. The measurement of the depleted charge during the exposure period is a measure of the ionization integrated during the measurement period. The charge (or some physical aspect of the device controlled by the charge) is read before and after exposure to obtain the dose rate.
SCD 주위의 필터들로서 다양한 물질들을 이용함으로써, 감지되는 방사선 타입이 결정되거나, 방사선의 에너지 범위가 결정된다. 각 SCD 주위에서 다른 필터를 갖는 각 컨테이너의 일조의(복수의) 이러한 저비용 센서들은 증가된 백그라운드 방 사선의 표시뿐만 아니라 방사선의 타입 및 에너지 레벨들의 표시를 제공할 수 있다. 이는 컨테이너의 방사능 물질의 전위 타입의 식별을 도울 수 있는데, 이는 예를 들어, 컨테이너의 증가된 방사선 레벨들이 납 차폐된 상자의 코발트-60로부터가 아닌 바나나들(칼륨-40)로 인한 것인지를 식별할 수 있다. By using various materials as filters around the SCD, the type of radiation detected is determined, or the energy range of the radiation is determined. A set of (multiple) of these low cost sensors in each container with different filters around each SCD can provide an indication of the type of radiation and energy levels as well as an indication of increased background radiation. This may help to identify the potential type of radioactive material in the container, which identifies, for example, whether the increased radiation levels of the container are due to bananas (potassium-40) rather than from cobalt-60 in a lead shielded box. can do.
본 발명의 실시예는 선박 컨테이너에서 방사선을 어떻게 측정하는지의 문제를 해결할 수 있는데, 여기서 방사선 센서는 저비용이며, 배터리는 전원공급되지만 여전히 다년의 배터리 수명을 갖는다. 본 발명의 실시예는 방사선 도즈를 수동으로 적분하기 위해 충전막 전리함(Electret Ion Chamber)과 같은 매우 저비용의 공간 전하 방사선량 측정기들(SCDs), IGFETs(절연 게이트 전계효과 트랜지스터)와 같은 전계 효과 트랜지스터들(FETs), MOSFETs(산화막 반도체 전계효과 트랜지스터들) 및/또는 마이크로-캔티레버들을 이용할 수 있다. 이러한 디바이스들에서, 방사선 측정기의 민감한 체적을 통과하는 방사선(EIC에 대한 공기 챔버 또는 FET들 및 마이크로-캔티레버들에 대한 유전층들)은 가스 또는 유전체를 전리시킨다(즉, 전하 쌍들을 생성한다). 이후에, 이러한 방사선 유도 전하들은 디바이스의 전위 또는 전계의 변화를 야기한다. 이러한 전위 또는 전계의 변화는 수신된 방사선 도즈에 비례한다. Embodiments of the present invention can solve the problem of how to measure radiation in a ship container, where the radiation sensor is low cost, the battery is powered but still has many years of battery life. Embodiments of the present invention provide field effect transistors such as very low cost spatial charge radiation meters (SCDs), IGFETs (insulated gate field effect transistors), such as an electret ion chamber to manually integrate the radiation dose. FETs, MOSFETs (oxide semiconductor field effect transistors), and / or micro-cantilevers. In such devices, radiation passing through the sensitive volume of the radiation meter (air chamber or dielectric layers for FETs and micro-cantilevers) for the EIC ionizes the gas or dielectric (ie, generates charge pairs). Thereafter, these radiation induced charges cause a change in the potential or electric field of the device. This change in potential or electric field is proportional to the received radiation dose.
본 발명의 실시예는 전기 절연체인 물질의 활성 방사선 검출 체적을 포함할 수 있다. 방사선이 이 체적과 충돌하는 때에, 체적 내에 포획되는 전하가 생성된다. 이 포획된 전하는 체적 내의 전계 분포를 변화시킨다. 본 발명의 실시예는 이후에 체적의 대향측들상에 전극을 위치시킴으로써 이러한 전계의 변화를 감지할 수 있다. 이 전극들은 이 전계에 반응할 것임을 주목해야 한다. 만일 이 전극들이 예를 들어, IGFET 트랜지스터의 게이트 및 바디(body)인 경우에, 본 발명의 실시예는 포획된 전하를 분산함이 없이 트랜지스터의 채널 컨덕턴스를 모니터링 함으로써 전계의 변화를 간접적으로 측정할 수 있다. 대안적으로, 본 발명의 실시예가 발생된 변화가 절연 전극방향으로 이동하는 검출 체적(예를 들어, 마이크로캔티레버와 같은)을 포함하는 경우에, 본 발명의 실시예는 캔티레버 편향을 판독하며, 동일 결과들을 달성할 수 있다.Embodiments of the invention may include active radiation detection volumes of materials that are electrical insulators. When radiation collides with this volume, charges are trapped in the volume. This trapped charge changes the electric field distribution in the volume. Embodiments of the invention can then detect such a change in the electric field by placing the electrode on opposite sides of the volume. Note that these electrodes will respond to this electric field. If these electrodes are, for example, gates and bodies of IGFET transistors, embodiments of the present invention may indirectly measure changes in the electric field by monitoring the channel conductance of the transistors without dispersing the trapped charge. Can be. Alternatively, where an embodiment of the present invention includes a detection volume (eg, such as a microcantilever) that moves in the direction of the insulated electrode, the embodiment of the present invention reads the cantilever deflection and the same Results can be achieved.
SCD 방사선량 측정기의 전압 또는 전위의 간헐적인 판독은 디바이스에 의해 수신된 방사선 도즈에 비례하는 판독을 제공한다. 하나 이상의 SCD들이 선택적으로, 무선 주파수 식별 태그 환경에서 선적 컨테이너에 장착될 수 있다. (선박 또는 철도에 의해서와 같은) 컨테이너 운송 동안에, SCD들은 수신된 방사선 도즈를 적분한다. 매 24시간과 같은 시간 간격 이후에, 각 SCD의 전압 전위가 판독될 수 있다. 판독마다의 전위 변화는 방사선 도즈에 비례한다.Intermittent readings of the voltage or potential of the SCD radiation meter provide a reading proportional to the radiation dose received by the device. One or more SCDs may optionally be mounted to a shipping container in a radio frequency identification tag environment. During container transportation (such as by ship or rail), SCDs integrate the received radiation dose. After a time interval, such as every 24 hours, the voltage potential of each SCD can be read. The potential change per reading is proportional to the radiation dose.
다양한 타입들의 필터들을 갖는 복수의 SCD들이 방사선 타입들(예를 들어, 감마, x선, 중성자 또는 베타)에 구별함과 아울러 이러한 입자들 또는 광자들의 에너지 레벨들간에서 구별하는데 사용될 수 있다. 컨테이너 외부에 위치되거나 컨테이너 내부에 잘 차폐된 SCD는 주위 또는 백그라운드 방사선을 제거하는데 사용될 수 있다.Multiple SCDs with various types of filters can be used to distinguish between radiation types (eg gamma, x-ray, neutron or beta) as well as between energy levels of these particles or photons. SCD located outside the container or well shielded inside the container can be used to remove ambient or background radiation.
이후에, 이 방사선 센서들로부터의 데이터는 컨테이너상의 RFID 태그로 중계될 수 있다. 이 RFID 태그는 방사선 센서들, 다른 센서들(예를 들어, 온도, 어쿠스 틱(acoustic) 등)로부터의 데이터 및 (예를 들어, GPS 또는 삼각측량으로부터의) 위치 정보를 수집하며, 이들 모두를 무선 통신들(예를 들어, HSS)에 의해 중앙 데이터베이스에 결합된 수신기에 송신할 수 있다. 중앙 데이터베이스에서, 방사선 도즈 판독들은 컨테이너가 정상적인 방사선 필드보다 높은 필드를 갖는다는 표시들을 발견하도록 분석될 수 있다. 정상적인 방사선 레벨보다 높은 방사선 필드는 위험성(방사능) 화물이 컨테이너에 있으며, 따라서, 특정 컨테이너가 보다 상세한 조사를 위해 플래그될 필요가 있음을 표시할 수 있다. The data from these radiation sensors can then be relayed to an RFID tag on the container. This RFID tag collects radiation sensors, data from other sensors (eg, temperature, acoustic, etc.) and location information (eg, from GPS or triangulation), all of which are May be transmitted to the receiver coupled to the central database by wireless communications (eg, HSS). In the central database, radiation dose readings can be analyzed to find indications that the container has a higher field than the normal radiation field. Radiation fields higher than normal radiation levels may indicate that dangerous (radioactive) cargo is in the container, and therefore certain containers need to be flagged for further investigation.
본 발명의 실시예는 공간 전하 방사선량 측정기들(SCDs)을 이용하는 시스템을 포함할 수 있다. SCD들은 충전막 전리함들(EICs), 절연 게이트 전계효과 트랜지스터들(IGFETs)과 같은 반도체 디바이스들 및/또는 마이크로캔티레버들을 포함한다. SCD들은 선적 컨테이너들에서 방사선 레벨들을 연속적으로 모니터링하는데 사용될 수 있다. 이 방사선 센서들은 통신들과 각 컨테이너상에 위치된 추적 시스템과 결합될 수 있으며, 이에 따라 컨테이너의 위치뿐만 아니라 컨테이너의 방사선 레벨의 실시간의 전세계 모니터링을 하게 한다. 컨테이너에서 설명되지 않았거나 예상된 방사선 레벨들보다 높은 방사선 레벨은, 미국 개항에서(또는 바람직하게 선박이 미국 항만에 들어오기 이전에) 보다 상세한 조사를 위해 컨테이너를 플래그하는데 사용될 수 있다. Embodiments of the present invention may include a system using spatial charge radiation dose meters (SCDs). SCDs include semiconductor devices such as charge film ionizers (EICs), insulated gate field effect transistors (IGFETs) and / or microcantilevers. SCDs can be used to continuously monitor radiation levels in shipping containers. These radiation sensors can be combined with communications and tracking systems located on each container, thereby allowing real-time worldwide monitoring of the container's radiation level as well as the container's location. Radiation levels higher than those not described or expected in the container may be used to flag the container for more detailed investigation at US ports (or preferably before the vessel enters US ports).
상기 주목한 바와같이, SCD들의 동작의 기본 원리는 전리 방사선이 (공기 또는 유전체와 같은) 물질과 상호작용하여 전하 쌍들(전리)를 생성한다는 것이다. 이후에, 이러한 전하 쌍들은 전계의 존재로 인해 물질을 통해 이동한다. 이후에, 전 하 캐리어들의 이동 및 수집은 디바이스 양단의 전압 전위의 감소를 야기한다. 일단 SCD가 충전되면, 활성 영역에서의 전리는 전위를 감소시킨다. 디바이스의 충전은 매우 작은량의 전력을 취한다. 일단 충전되면, 디바이스는 전위의 강하로서 측정되는 수신 도즈를 연속적으로 적분한다. 따라서, 노광 이전 및 이후의 이러한 전위의 판독은 수신 도즈의 표시를 제공한다. 중요한 것으로서, SCD는 도즈 적분 기간 동안에 어떤 전력을 요구하지 않는다. 유일하게 전력이 요구되는 시간은 디바이스를 충전하거나 전위를 판독하는 때이다. 또한 주목한 바와같이, 도즈를 수동으로 적분할 수 있는 3개의 가능한 SCD들은 충전막 전리함(EIC) 방사선량 측정기, 절연 게이트 전계효과 트랜지스터(IGFET) 방사선량 측정기, 및 마이크로캔티레버 방사선량 측정기이다. As noted above, the basic principle of the operation of SCDs is that ionizing radiation interacts with a material (such as air or dielectric) to create charge pairs (ionization). Thereafter, these charge pairs travel through the material due to the presence of an electric field. Thereafter, the movement and collection of charge carriers causes a reduction in the voltage potential across the device. Once the SCD is charged, ionization in the active region reduces the potential. Charging the device takes a very small amount of power. Once charged, the device continuously integrates the receive dose, which is measured as the drop in potential. Thus, reading this potential before and after exposure provides an indication of the receive dose. Importantly, the SCD does not require any power during the dose integration period. The only time power is required is to charge the device or read the potential. As also noted, three possible SCDs that can integrate the dose manually are a charge film ionization (EIC) radiation dose meter, an isolated gate field effect transistor (IGFET) radiation dose meter, and a microcantilever radiation dose meter.
본 발명의 방사선 센서들의 바람직한 동작 방법은 하기와 같다. 컨테이너는 하나 이상의 방사선 센서들 및 RFID 통신 시스템에 적합화되며, 컨테이너는 이후에 화물에 적재된다. 컨테이너는 이후에 선적 터미널에 운송된다. 이후에, 컨테이너는 미국 또는 기타 수입국에 운송을 위해 선박상에 적재된다. 해상 항해 동안에, 신호가 RFID 시스템에 송신되어 방사선 센서를 활성화한다(베이스-라인 판독을 얻도록 센서를 판독하거나, 센서를 충전한 이후에 베이스라인 판독을 얻는다). 이후에, 방사선 센서는 수신 방사선 도즈를 수동으로 적분하는데, 이는 RFID 시스템이 또 하나의 판독을 위해 센서에 지시하거나 기설정된 시간량이 경과할 때까지 수행된다. 이후에, 방사선 센서는 파워업되며, 전압 레벨을 판독하며, 그리고 판독을 RFID 시스템에 송신한다. 이후에, 이 판독은 하나 이상의 중앙 위치들에서의 수집 및 분석 을 위해 주위 RFID 시스템으로 중계된다. 도즈 적분 시간(간격)은 수분 내지 수일까지 될 수 있다. 해상 항해가 수일간 지속될 수 있기 때문에, 매우 민감한 측정들을 위해 수일의 도즈 적분을 허용할 수 있다.Preferred operating methods of the radiation sensors of the present invention are as follows. The container is adapted to one or more radiation sensors and an RFID communication system, which is then loaded onto the cargo. The container is then shipped to a shipping terminal. Thereafter, the container is loaded on board for transportation to the United States or other importing country. During sea navigation, a signal is sent to the RFID system to activate the radiation sensor (read the sensor to get a base-line reading, or get a baseline reading after charging the sensor). The radiation sensor then manually integrates the received radiation dose, which is performed until the RFID system instructs the sensor for another reading or a predetermined amount of time has elapsed. The radiation sensor then powers up, reads the voltage level, and sends the reading to the RFID system. This reading is then relayed to the surrounding RFID system for collection and analysis at one or more central locations. The dose integration time (interval) can be from several minutes to several days. Since sea navigation can last for several days, it can allow for several days of integration for highly sensitive measurements.
중앙 RFID 시스템은 선박이 항만을 떠나는 때에 베이스라인 판독을 얻기 위해 메시지를 각 컨테이너에 송신할 수 있다. 이후에, 중앙 시스템은 RFID 태그들로 하여금 항해 동안에 정기적인 간격(예를 들어, 매 12시간 또는 24시간)으로 방사선 센서들을 판독하도록 지시할 수 있다. 센서 판독들은 RFID 태그들, 태그 판독기들, 사이트 서버들 등에 의해 RFID 중앙 시스템에 전달될 수 있는데, 여기서 수신 도즈들은 수집 및 분석된다. 선박이 해양을 통과함에 따라(즉, 항해 동안에), 예상 백그라운드 레벨들 이상의 임의의 방사선 도즈 판독들이 플래그될 것이며, 적절한 기관들에 통지된다. 이는 선박이 미국 항만(또는 기타 수입국)에 도달하기 전에 중지되며 컨테이너가 조사될 수 있게 한다.The central RFID system may send a message to each container to get a baseline reading as the ship leaves the port. Thereafter, the central system may instruct the RFID tags to read the radiation sensors at regular intervals (eg, every 12 hours or 24 hours) during navigation. Sensor readings can be delivered to an RFID central system by RFID tags, tag readers, site servers, and the like, where received doses are collected and analyzed. As the ship passes through the ocean (ie, during navigation) any radiation dose readings above expected background levels will be flagged and notified to the appropriate authorities. This will stop the vessel before it reaches the US port (or other importing country) and allow the container to be inspected.
충전막Filling membrane 전리함( Spoil EICEIC ) 방사선량 측정기들Dosimeters
EIC는 공지의 공기 부피를 갖는 전기적으로 전도성인 플라스틱 챔버 내부에 위치된, 일렉트릿(electret)으로 불리는 전기적으로 충전된 폴리머(예를 들어, 테플론(Teflon)) 필라멘트 또는 디스크로 구성된다. 일렉트릿은 챔버가 이온 챔버로서 동작하는데 필요한 고전압(애노드) 소스 역할을 한다. 이는 또한 챔버 공기에서 전리 측정을 위한 센서 역할을 한다. 공기의 방사선 유도 전리에 의해 챔버의 민감한 체적 내부에 발생된 네거티브 이온들이 일렉트릿에 의해 수집되어 전하 공핍을 야기한다. 노광 기간 동안의 공핍된 전하의 측정은 측정 기간 동안에 적분되는 전 리의 측정이다. 일렉트릿 전하는 노광 이전 및 노광 이후에, 또는 비-접촉 일렉트릿 전압 판독기를 사용한 공지의 스케줄로 판독될 수 있다.The EIC consists of an electrically filled polymer (eg, Teflon) filament or disc called an electret, located inside an electrically conductive plastic chamber with a known air volume. The electret serves as the high voltage (anode) source required for the chamber to operate as an ion chamber. It also serves as a sensor for ionization measurements in chamber air. Negative ions generated inside the sensitive volume of the chamber by radiation induced ionization of air are collected by the electret causing charge depletion. The measurement of the depleted charge during the exposure period is a measure of the ionization integrated during the measurement period. The electret charge can be read before and after exposure, or on a known schedule using a non-contact electret voltage reader.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 일렉트릿 전하 판독 볼트미터는 매우 소형의 저비용 전자 회로, 또는 가능하게는 ASIC 칩인데, 이는 일렉트릿 전하를 판독할 뿐만 아니라 필요한 만큼 일렉트릿을 충전한다. 이 회로 또는 칩은 또한 측정 전압을 방사선 도즈로 변환하는데 충분한 데이터를 포함하며, 이 데이터를 (예를 들어, IEEE 1451 순응) 센서 버스를 통해 송신할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the electret charge read voltmeter is a very compact low cost electronic circuit, or possibly an ASIC chip, which not only reads the electret charge but also charges the electret as needed. The circuit or chip also contains enough data to convert the measured voltage into a radiation dose and can transmit this data via a sensor bus (eg, IEEE 1451 compliant).
본 발명의 추가적인 선택적인 특성은 각 EIC가 서로 다른 방사선 타입들(예를 들어, 중성자, 감마 또는 x선) 또는 에너지들(하드 x선, 소프트 x선 등)에 민감하게 하도록, EIC들 주위에 방사선 필터링 물질들 또는 컨버터들을 포함하는 것이다. 증가된 방사선 레벨들의 존재 및 량뿐만 아니라 방사선의 일부 정성적인 특징들의 측정은, 정상적으로 보다 높은 방사선 레벨을 갖는(통상적으로 바나나들, 일부 도기류 등과 같은) 정상적인 안전한 화물로부터 위험성의 방사능 화물을 구별을 도울 수 있다. 추가적으로, 컨테이너 내부의 센서 측정들로부터 백그라운드 제거하도록 백그라운드 방사선을 측정을 위해, 일 EIC 센서가 장착되고 차폐될 수 있다. An additional optional feature of the present invention is that each EIC is sensitive to different radiation types (eg, neutrons, gamma or x-rays) or energies (hard x-rays, soft x-rays, etc.) around the EICs. Radiation filtering materials or converters. The measurement of some qualitative features of the radiation, as well as the presence and amount of increased radiation levels, may help distinguish dangerous radioactive cargo from normal safe cargoes that normally have higher radiation levels (typically bananas, some pottery, etc.). Can be. Additionally, one EIC sensor can be mounted and shielded for measuring background radiation to background remove from sensor measurements inside the container.
EIC 디바이스들은 충격 민감성이며, 흔들리거나 떨어지는 때에 부분적으로 방전될 수 있다. 선적 컨테이너들에 의해 경험되는 심각한 핸들링으로 인한 부정확한 포지티브 방사선 측정들을 방지하기 위해, 본 발명은 능동 및 수동 방지 조치들을 포함할 수 있다. 우선, 각 컨테이너상의 RFID 태그를 통해 각 센서에 통신하는 능력은 방사선 센서들로 하여금 도즈들을 적분하게 하며, 이후에 해상 운송 동안과 같은 공지의 저충격 포텐셜 시간들 동안에 판독되게 한다. 판독들은 선박이 항만을 떠날 때에 시작되며, 항해 시간기간 동안에 취해질 수 있다. 둘째로, EIC의 방전을 야기하는 충분한 크기의 충격 이벤트들을 식별하기 위해, 가속도계가 센서들과 함께 위치될 수 있다. 이러한 이벤트들 이후에, EIC는 판독되며, 도즈 적분 시간은 재개시될 수 있다. EIC devices are shock sensitive and can be partially discharged when shaken or dropped. In order to prevent inaccurate positive radiation measurements due to the severe handling experienced by shipping containers, the present invention may include active and passive prevention measures. First, the ability to communicate to each sensor via an RFID tag on each container allows radiation sensors to integrate doses and then be read during known low impact potential times, such as during sea transport. Readings begin when the ship leaves the port and can be taken during the sailing period. Second, an accelerometer can be positioned with the sensors to identify shock events of sufficient magnitude that cause discharge of the EIC. After these events, the EIC is read and the dose integration time can be resumed.
전계Electric field 효과 트랜지스터 방사선량 측정기들 Effect transistor radiation meter
FET 방사선량 측정기 동작은 전리 방사선으로 인한 (예를 들어, IGFET) 구조 (게이트 산화물)의 산화물(또는 매우 낮은 홀 이동도를 갖는 기타 절연체 물질)에서 전자-홀 쌍들의 발생에 기초한다. 실리콘 산화물의 일 전자-홀(e-h) 쌍을 발생시키는 에너지는 대략 18eV이다. 전자 이동도는 (n-채널 디바이스를 가정하는 경우에) 전자들이 트랜지스터의 게이트상에 수집되지만, 홀 이동도는 훨씬 작게 되는 것이다. 따라서, 홀들은 게이트와 바디간의 산화물 내에서 효과적으로 고정된다. 이는 트랜지스터의 채널과 게이트간의 전계에 변화를 야기하는데, 이는 채널의 전류-수반 성능들을 변경시킨다. 이후에, 이러한 변화는 방사선량 측정으로-변경되는 전계에 영향을 미침이 없이 어느 때에나 판독될 수 있다. 따라서, 게이트 바이어스 전압은 흡수된 방사선 도즈의 직접적인 측정이다. 이 기술은 소정의 CMOS 공정으로 계획적으로 제조된 FET들에 또는 필드-산화물 FET들(기생 FET들, IGFET들) 모두에 적용될 수 있다. 후자의 경우는 보다 두꺼운 산화물들로 인해 보다 민감성을 표시할 것이다. FET dosimetry operation is based on the generation of electron-hole pairs in the oxide (or other insulator material with very low hole mobility) of the structure (gate oxide) due to ionizing radiation (eg, IGFET). The energy for generating one electron-hole (e-h) pair of silicon oxide is approximately 18 eV. The electron mobility is that electrons are collected on the gate of the transistor (assuming an n-channel device), but the hole mobility is much smaller. Thus, the holes are effectively fixed in the oxide between the gate and the body. This causes a change in the field between the transistor's channel and the gate, which changes the channel's current-carrying capabilities. This change can then be read at any time without affecting the electric field being changed by radiation dose measurement. Thus, the gate bias voltage is a direct measure of the absorbed radiation dose. This technique can be applied to FETs deliberately manufactured in a given CMOS process or to both field-oxide FETs (parasitic FETs, IGFETs). The latter case would indicate more sensitivity due to the thicker oxides.
마이크로캔티레버Microcantilever 방사선량 측정기들 Radiation dose meters
마이크로캔티레버 방사선량 측정기들은 마이크로캔티레버를 절연체에 의해 접지로부터 분리되는 전극이 되게 함으로써 생성된다. 전하가 마이크로캔티레버에 인가된다. 이 전하는 방사선이 절연체에 전자-홀 쌍들을 생성할 때까지 변경되지 않는다. 따라서, 흡수된 방사선 도즈는 연속적으로, 수동으로 적분된다. 방사선 도즈를 판독하기 위해, 마이크로캔티레버의 전압 전위에서의 변화가 측정된다. 이 전위 또는 전위의 변화는 마이크로캔티레버의 편향을 측정함으로써 결정된다.Microcantilever radiation dose meters are created by having the microcantilever be an electrode separated from the ground by an insulator. Electric charge is applied to the microcantilever. This charge does not change until the radiation creates electron-hole pairs in the insulator. Thus, the absorbed radiation dose is continuously and manually integrated. To read the radiation dose, the change in the voltage potential of the microcantilever is measured. This potential or change in potential is determined by measuring the deflection of the microcantilever.
방사선 타입들 또는 에너지 Radiation types or energy 레벨들간에서Between levels 구별을 위한 필터들 및 컨버터들 Filters and Converters for Differentiation
본 발명은 특정 타입들의 방사선에 또는 서로 다른 에너지 레벨들에 민감한 방사선 센서들을 생성하기 위해 서로 다른 타입들 및 두께들의 물질들의 이용을 포함할 수 있다. 본 발명은 선적 컨테이너에서, 각각이 다른 필터를 갖는 복수의(예를 들어, 어레이) 저비용 검출기들의 사용을 포함할 수 있다. 상술한 SCD 방사선 검출기들 타입들이 아주 값싸게 대량으로 생산될 수 있기 때문에, 검출기들 어레이는 컨테이너의 도처에 위치될 수 있다. 납, 주석, 및 알루미늄과 같은 가변 밀도 금속들의 필터들이 충돌(impinging) 감마 또는 x선들의 에너지를 대강으로 결정하는데에 사용될 수 있다. 붕소 또는 리튬-6과 같은 방사선 컨버터가 열중성자들에 민감한 디바이스들을 생성하는데에 사용될 수 있다. 테플론(Teflon) 또는 높은 수소 함유 플라스틱이 중간 에너지 중성자들에 대한 민감도를 증가시키는데에 사용될 수 있다. 컨테이너 내부에 위치된, 각각이 다른 필터 및 컨버터를 이용하는 검출기들 어레이를 이용함으로써, 컨테이너에서 검출된 임의의 방사선은 에너지 대역들(예를 들어, 저역, 중간, 및 고역)과 방사선 타입(베타, x선, 감마)로 카테고리화 될 수 있다.The present invention may include the use of materials of different types and thicknesses to produce radiation sensors that are sensitive to certain types of radiation or to different energy levels. The present invention may include the use of a plurality of (eg, array) low cost detectors, each with a different filter, in a shipping container. Since the above mentioned SCD radiation detector types can be produced in large quantities at low cost, the array of detectors can be located throughout the container. Filters of variable density metals such as lead, tin, and aluminum can be used to roughly determine the energy of impinging gamma or x-rays. Radiation converters such as boron or lithium-6 can be used to create devices that are sensitive to thermal neutrons. Teflon or high hydrogen containing plastics can be used to increase the sensitivity to medium energy neutrons. By using an array of detectors, each using a different filter and a converter, located inside the container, any radiation detected in the container can be converted into energy bands (e.g., low, medium, and high) and radiation type (beta, x-ray, gamma).
RFID 통신 시스템RFID communication system
본 발명은 방사선 센서들과 센서 데이터 및 컨테이너 위치를 중앙 데이터베이스로 중계하는 통신 및 추적 시스템을 결합할 수 있는데, 중앙 데이터베이스에서, 모든 컨테이너로부터의 방사선 데이터는 추가적인 상세한 조사를 요구하는 컨테이너들을 플래그하도록 분석될 수 있다. 전체 RFID 시스템은 "해상 자산 보안 및 추적(MAST) 시스템"으로 칭해질 수 있다. MAST 시스템은 바람직하게 항만측 부두 설비들에서뿐만 아니라 컨테이너들의 해외 운송 동안의 선상에서의 적재, 하적, 및 운송 동작들 동안 모두에 해상 산업-표준 선적 컨테이너들의 추적 및 모니터링을 위한 무선(RF)-기반 통신 및 감지/원격측정 시스템이다. 이 시스템은 또한 선박들, 철도들, 도로상의 트럭들 및 관련 터미널 설비들 내에서 동작할 수 있는 진정한 연계수송 추적 및 모니터링 시스템을 제공하는데, 이는 위성 및/또는 셀룰러/PCS를 포함하는 로컬-터미널 통신 시스템들 및 기타 광역 상업 통신 시스템들 모두를 이용한다. 이 RFID 태그 시스템은 각 선적 컨테이너에 부착된 RFID 태그들, 선박 도처에 및 선적 터미널에 위치된 로컬 사이트 판독기들, 각 선박상에 또는 각 터미널에 있는 일 중앙 사이트 서버, 및 모든 데이터가 수집되고, 통합되고, 저장되고, 분석되며, 그리고 보급되는 국가 운용 센터(NOC)를 포함할 수 있다. 선적 컨테이너들은 냉동-화물 선적 컨테이너들(냉동선들)과 건조-화물 선적 컨테이너들(건조-박스들) 모두가 될 수 있다. RFID 태그들 중 하나에 적합화된 컨테이너들 또는 기타 장비의 위치를 식별 및 추적하는 것에 추가하여, 각 태그에는 컨테이너 화물 또는 기타 태그된 장비의 상태를 모니터링 하도록 RFID 태그에 광범위한 센서들의 연결을 허용하기 위해 예를 들어, IEEE 1451 센서 인터페이스 및 여분의 직렬 인터페이스들이 장착된다. RFID 태그들에 연결될 수 있는 기타 센서들은 온도, 압력, 상대 습도, 가속도계, 방사선, 도어 봉인, 및 GPS(글로벌 위치확인 시스템)을 포함하지만, 이에 국한되지는 않는다. 추가적인 센서들이 또한 냉동 압축기들과 같은 기계류의 상태 모니터링 및 일부 냉동 화물 컨테이너들에 관한 진단 데이터 포트를 판독하기 위해 포함될 수 있다.The present invention can combine radiation sensors with a communication and tracking system that relays sensor data and container location to a central database, where the radiation data from all containers is analyzed to flag containers requiring further detailed investigation. Can be. The entire RFID system may be referred to as a "Marine Asset Security and Tracking (MAST) System". The MAST system is preferably radio-based for tracking and monitoring of marine industry-standard shipping containers, both at port side dock facilities as well as on board during loading, unloading, and transport operations of containers overseas. Communication and sensing / remote measurement system. The system also provides a true linked transport tracking and monitoring system that can operate within ships, railroads, trucks on the road and related terminal facilities, which includes satellite and / or cellular / PCS. Both communication systems and other wide area commercial communication systems are used. This RFID tag system collects RFID tags attached to each shipping container, local site readers located throughout the vessel and at the shipping terminal, one central site server on each vessel or at each terminal, and all data, It may include a National Operations Center (NOC) that is integrated, stored, analyzed, and disseminated. The shipping containers can be both freezer-freight shipping containers (freezers) and dry-freight shipping containers (dry-boxes). In addition to identifying and tracking the location of containers or other equipment fitted to one of the RFID tags, each tag allows the connection of a wide range of sensors to the RFID tag to monitor the condition of container cargo or other tagged equipment. For example, an IEEE 1451 sensor interface and extra serial interfaces are equipped. Other sensors that can be connected to RFID tags include, but are not limited to, temperature, pressure, relative humidity, accelerometer, radiation, door seals, and GPS (global positioning system). Additional sensors may also be included to read the status data of machinery such as refrigeration compressors and read diagnostic data ports for some refrigerated cargo containers.
본 발명은 MAST 시스템 RFID 태그들을 위한 방사선 센서 시스템의 구현을 포함할 수 있다. MAST 시스템은 컨테이너 설비로부터의 데이터와 전체 모니터링, 추적 또는 통신 시스템을 결합하는 문제에 대한 솔루션을 제공하며, 도즈 적분 시간 동안에 전력을 사용하지 않는 문제는 일조의 수동 적분형 방사선 센서들을 사용함으로써 대처된다. 본 발명의 실시예는 연속적으로, 수동으로 방사선 도즈를 적분하며, 이 데이터를 IEEE 1451 센서 인터페이스를 통해 컨테이너상의 RFID 태그에 송신하며, 이후에 위치를 갖는 이 데이터와 다른 센서 데이터를 MAST 시스템 국가 운용 센터(NOC)에 송신하는 일 클래스의 방사선량 측정기들을 포함한다. NOC에서, 모든 센서 데이터, 컨테이너 목록, 컨테이너에 의해 이동된 라우트 및 다른 정보가 분석됨과 아울러 개항(Ports of Entry)에서 상세한 조사를 위해 컨테이너를 식별하는데 사용될 수 있다. The present invention may include the implementation of a radiation sensor system for MAST system RFID tags. The MAST system provides a solution to the problem of combining the data from the container plant with the entire monitoring, tracking or communication system, and the problem of no power during the dose integration time is addressed by using a set of passively integrated radiation sensors. . An embodiment of the present invention continuously and manually integrates the radiation dose, transmits this data to an RFID tag on a container via an IEEE 1451 sensor interface, and subsequently transmits this positional and other sensor data to the MAST system national operation. And a class of radiation dose meters that transmit to the center NOC. In the NOC, all sensor data, container lists, routes moved by containers, and other information can be analyzed and used to identify containers for further investigation in the Ports of Entry.
본 발명은 단지 수신 도즈를 판독하는데 전력을 사용하면서 오랜 기간들에 걸쳐 방사선 도즈를 수동으로 적분하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명은 방사선 센 서와 RFID 시스템을 연결하는 것을 포함할 수 있으며, 여기서, RFID 시스템은 센서 데이터를 거의 실시간으로 중앙 데이터베이스에 통신할 것이며, 중앙 데이터베이스에서는 비정상적인 방사선 판독들을 갖는 컨테이너들을 식별 및 플래그하기 위해 센서 데이터의 분석이 수행될 수 있다. The invention may include manually integrating the radiation dose over long periods of time using only power to read the received dose. The invention may include linking a radiation sensor with an RFID system, where the RFID system will communicate sensor data to the central database in near real time, identifying and flagging containers with abnormal radiation readings in the central database. Analysis of the sensor data may be performed.
본 발명은 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서와 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서로부터 방사선량 측정 데이터의 판독을 포함하는 일조의 수동 적분형 전리 방사선 센서들을 인사이츄 폴링하는 것을 포함할 수 있는데, 여기서, 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서와 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서는 방사선량 측정 데이터를 판독하면서 방사선량 측정 데이터가 적분되는 곳에 위치되며, 그리고 제 1 수동 적분형 방사선 센서와 제 2 수동 적분형 방사선 센서는 수동 적분형 모드 동안에 및 능동 판독 모드 동안에 매우 높은 임피던스를 제시하는 판독 회로들에 연결되며, 이는 적분되는 방사선량 측정 데이터를 파괴함이 없이, 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서 및 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서의 최대 범위로 전리 방사선의 연속적인 적분을 허용한다. 최대 적분 한계들에의 도달의 검출하에서, 판독 회로들은 수동 적분형 방사선 센서들을 리셋하며, 비휘발 방식으로 센서 리셋 사이클들의 개수를 누산할 수 있다. The present invention may include an in-situ polling of a set of passive integral ionizing radiation sensors comprising reading radiation dose measurement data from the first passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor. The first passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor are positioned where the radiation dose measurement data is integrated while reading the radiation dose measurement data, and the first passive integral radiation sensor and the second passive integral. The type radiation sensor is connected to readout circuits which present very high impedances during the passive integral mode and during the active readout mode, which is capable of providing a first passive ionizing ionizing radiation sensor and a first integrated sensor without destroying the integrated radiation dose measurement data. 2 Passive integral ionizing radiation sensor allows a maximum range of continuous integration of ionizing radiation The. Under the detection of reaching the maximum integration limits, the readout circuits reset the passive integral radiation sensors and can accumulate the number of sensor reset cycles in a non-volatile manner.
본 발명은 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서; 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서; 제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서와 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서 모두에 결합된 판독회로, 여기서, 판독 회로는 수동 적분 모드에 있는 동안에 및 능동 판독 모드에 있는 동안 모두에 매우 높은 임피던스를 제 1 수동 적분형 전 리 방사선 센서 및 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서 모두에 제시하며; 그리고 판독 회로에 결합된 통신 회로를 포함할 수 있는데, 여기서, 제 1 수동 적분형 방사선 센서 및 제 2 수동 적분형 방사선 센서 모두로부터의 방사선량 측정 데이터의 판독은 통신 회로에 제시된다.The present invention provides a first passive integral ionizing radiation sensor; A second passive integral ionizing radiation sensor; A readout circuit coupled to both the first passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor, wherein the reading circuit has a very high impedance both during the passive integration mode and during the active reading mode; Presented to both the passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor; And a communication circuit coupled to the reading circuit, wherein reading of the radiation dose measurement data from both the first passive integrated radiation sensor and the second passive integrated radiation sensor is presented to the communication circuit.
제 1 수동 적분형 전리 방사선 센서와 제 2 수동 적분형 전리 방사선 센서 중 하나 또는 둘 모두는 두꺼운 산화물 절연된 게이트 전계 효과 트랜지스터 공간 전하 방사선량 측정기를 포함할 수 있다. 판독 회로들은 대략 1011 옴 내지 대략 1015 옴의, 바람직하게 대략 1012 내지 대략 1014 옴의, 가장 바람직하게 대략 1013 옴의 임피던스를 제시할 수 있다. One or both of the first passive integral ionizing radiation sensor and the second passive integral ionizing radiation sensor may comprise a thick oxide insulated gate field effect transistor space charge radiation dose meter. The readout circuits may present an impedance of approximately 10 11 ohms to approximately 10 15 ohms, preferably approximately 10 12 to approximately 10 14 ohms, most preferably approximately 10 13 ohms.
상기 주목한 바와같이, 본 발명은 두꺼운 산화물 방사선량 측정기(TOD)를 포함할 수 있다. 이러한 TOD에서, FET들은 게이트들이 금속 또는 폴리실리콘의 2개 이상의 레벨들에 연결되도록 배열될 수 있다. 이는 전리 방사선과 상호작용할 수 있는 SiO2의 활성 체적을 증가시킬 것이다. 이 디바이스들은 소스들이 공통 전기 전위에 연결되는 것으로 가정하면 드레인들간의 전압을 판독함으로써 온도 및 공정 보상의 상당한 선택적인 이점을 갖는다. 소정의 IGFET에 대한 게이트들 및 드레인들은 함께 연결될 수 있다.As noted above, the present invention may include a thick oxide radiation dose meter (TOD). In such a TOD, the FETs may be arranged such that the gates are connected to two or more levels of metal or polysilicon. This will increase the active volume of SiO 2 which can interact with ionizing radiation. These devices have a significant optional advantage of temperature and process compensation by reading the voltage between the drains assuming the sources are connected to a common electrical potential. Gates and drains for a given IGFET may be connected together.
이 기술은 사용되는 반도체 제조 공정의 한계들로 단순히 FET들을 추가함과 아울러 이들의 정상에 금속층들을 적층함으로써 확장될 수 있다. 그 이점은, 검출에 사용되는 산화물의 활성 체적이 증가하지만, 임의의 2개의 플레이트들간에 포획 되는 전하에 의해 생성되는 전계가 플레이트들간의 거리 증가에 의해 감소되는 것이다. 제조 공정이 허용하는 만큼의 많은 플레이트들이 가장 큰 확률의 검출을 보증하기 위해 소정의 전리 방사선 이벤트를 위한 가장 큰 전계를 획득하는데에 사용될 수 있다. This technique can be extended by simply adding FETs and stacking metal layers on top of them, with the limitations of the semiconductor fabrication process used. The advantage is that the active volume of the oxide used for detection increases, but the electric field generated by the charge trapped between any two plates is reduced by increasing the distance between the plates. As many plates as the manufacturing process allows can be used to obtain the largest electric field for a given ionizing radiation event to ensure the detection of the greatest probability.
도 10 및 11은 본 발명의 2개의 IGBT 예들을 도시한다. 이 도면들에서 도시된 요소들의 설명에 있어서, "제 1의, 제 2의 및 제 3의"라는 용어들의 사용은 단지 유사한 요소들간에서 구별을 위한 것이며, 이러한 용어들의 지정은 임의적인 것이다.10 and 11 show two IGBT examples of the present invention. In the description of the elements shown in these figures, the use of the terms "first, second and third" is merely to distinguish between similar elements, and the designation of such terms is arbitrary.
도 10을 참조하면, 일조의 수동 적분형 전리 방사선 소스들은 제 1 필터(1011)에 의해 차폐되는 제 1 센서(1010)를 포함한다. 이 일조의 수동 적분형 전리 방사선 센서들은 또한 제 2 필터(1021)에 의해 차폐되는 제 2 센서(1020)를 포함한다. 제 1 센서(1010)와 제 2 센서(1020) 모두는 통신 회로(1030)에 결합된다. 온도 보상 회로(1040)가 통신 회로(1030)에 결합된다. 교정 회로(1050)가 또한 통신 회로(1030)에 결합된다. 센서들(1020 및 1030) 각각은 한 쌍의 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터들에 기반한다.Referring to FIG. 10, a set of passively integrated ionizing radiation sources includes a
본 발명은 두꺼운 산화물 방사선량 측정기 및 이 두꺼운 산화물 방사선량 측정기에 결합된 판독 회로로 구성되는 장치를 포함할 수 있는데, 여기서, 두꺼운 산화물 방사선량 측정기 및 판독 회로는 하나의 높은 임피던스 및 낮은 누설 기판상에 구성된다. 두꺼운 산화물 방사선량 측정기는 두꺼운 산화물 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터 공간 전하 방사선량 측정기를 포함할 수 있다. 하나의 높은 임피 던스 및 낮은 누설 기판은 사파이어상의 실리콘, 절연체상의 실리콘 및/또는 변형된 높은 저항성 실리콘의 구성을 포함할 수 있다. 기판은 대략 1011 옴 내지 대략 1015 옴의, 바람직하게 대략 1012 내지 대략 1014 옴의, 가장 바람직하게 대략 1013 옴의 임피던스를 가질 수 있다. The present invention may include a device consisting of a thick oxide dosimeter and a readout circuit coupled to the thick oxide dosimeter, where the thick oxide dosimeter and readout circuitry are on a single high impedance and low leakage substrate. Is configured on. The thick oxide radiation meter can include a thick oxide insulated gate field effect transistor space charge radiation meter. One high impedance and low leakage substrate may comprise a composition of silicon on sapphire, silicon on insulators and / or modified high resistivity silicon. The substrate may have an impedance of about 10 11 ohms to about 10 15 ohms, preferably about 10 12 to about 10 14 ohms, most preferably about 10 13 ohms.
도 11을 참조하면, 수동 적분형 전리 방사선 센서(1100)는 제 1 활성 영역(지역)(1110)과 제 2 활성 영역(지역)(1120)을 포함한다. 제 1 활성 영역(1110)은 공통 도전체(1130)와 제 1 활성 영역 도전체(1140)에 의해 샌드위치(sandwich) 된다. 제 2 활성 영역(1120)은 공통 도전체(1130)와 제 2 활성 영역 도전체(1150)에 의해 샌드위치 된다. 제 1 활성 영역 도전체(1140)는 제 1 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(1160)의 게이트에 결합한다. 제 2 활성 영역 도전체(1150)는 제 2 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(1170)의 게이트에 결합한다. 제 1 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(1160)와 제 2 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(1170) 모두의 소스들은 함께 연결되어 공통 도전체(1130)에 결합한다. 제 3 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터(1180)는 적분되는 온도 보상 기능성을 제공한다.Referring to FIG. 11, the passive integral
도 11에 도시된 예들의 수동-모드 방사선량 측정 동작 동안에, 전리 방사선은 활성 영역을 통과하며, 산화물에서 포획되는 순 전하(net charge)를 발생한다. 이 전하는 인접 도전체들간에 전계를 발생하며, 이에 따라 활성 영역이 부딪치는 FET의 게이트와 소스간에서 보여지는 저항의 순 변화(net change)를 생성한다. 순 방사선 량은 저항의 변화에 비례한다. 온도 보상은 다른 것들보다 훨씬 작은 방사 선 민감도를 갖는 제 3 IGFET에서의 변화를 추적함으로써 적용된다.During the passive-mode radiation dose measurement operation of the examples shown in FIG. 11, ionizing radiation passes through the active region and generates net charge trapped in the oxide. This charge generates an electric field between adjacent conductors, thus creating a net change in resistance seen between the gate and the source of the FET where the active region strikes. The net dose is proportional to the change in resistance. Temperature compensation is applied by tracking changes in the third IGFET with much lower radiation sensitivity than others.
본 발명은 제 1 소스, 제 1 드레인 및 제 1 절연 게이트를 포함하는 제 1 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터와; 제 2 소스, 제 2 드레인 및 제 2 절연 게이트를 포함하는 제 2 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터와, 여기서, 상기 제 2 소스는 상기 제 1 소스에 결합하며; 상기 제 2 게이트에 결합된 제 1 도전체와; 상기 제 1 도전체에 연결된 제 1 활성 영역과; 상기 제 1 활성 영역은 입사하는 전리 방사선으로부터의 방사선량 측정 데이터를 누적하며; 상기 제 1 활성 영역에 연결된 제 2 도전체와; 상기 제 2 도전체에 결합된 제 2 활성 영역과, 여기서, 상기 제 2 활성 영역은 입사하는 전리 방사선으로부터의 방사선량 측정 데이터를 누적하며; 그리고 제 2 활성 영역과 제 1 게이트간에 결합된 제 3 도전체를 포함할 수 있으며, 여기서, 상기 제 2 도전체는 제 1 소스와 제 2 소스 모두에 결합한다. 제 3 절연 게이트 전계 효과 트랜지스터는 온도 보상 데이터를 제공할 수 있다. A first insulated gate field effect transistor comprising a first source, a first drain, and a first insulated gate; A second insulated gate field effect transistor comprising a second source, a second drain and a second insulated gate, wherein the second source is coupled to the first source; A first conductor coupled to the second gate; A first active region coupled to the first conductor; The first active region accumulates radiation dose measurement data from incident ionizing radiation; A second conductor connected to the first active region; A second active region coupled to the second conductor, wherein the second active region accumulates radiation dose measurement data from incident ionizing radiation; And a third conductor coupled between the second active region and the first gate, wherein the second conductor couples to both the first source and the second source. The third insulated gate field effect transistor may provide temperature compensation data.
본 발명은 공간적으로 분산된(예를 들어, 어레이) 구성으로 복수의 센서들을 배열하는 것과, 그리고 복수의 센서들의 판독에 기초하여 경보 조건을 설정하는 것을 포함할 수 있다.The invention may include arranging a plurality of sensors in a spatially distributed (eg, array) configuration, and setting an alarm condition based on readings of the plurality of sensors.
본 발명은 패턴 인식을 포함할 수 있다. 예를 들어, 방법은 공간적으로 분산된 어레이로 복수의 수동 적분형 전리 방사선 센서들을 배열하는 단계와; 관심있는 체적을 정의하기 위해 복수의 수동 적분형 전리 방사선 센서들 각각의 상대 위치를 결정하는 단계와; 복수의 수동 적분형 전리 방사선 센서들의 적어도 서브세트로부터 전리 방사선 데이터를 수집하는 단계와; 그리고 복수의 수동 적분형 전리 방사 선 센서들의 서브세트로부터 수집된 전리 방사선 데이터가 소정의 공간 패턴 기준을 충족하는 때에, 경보 조건을 트리거링하는 단계를 포함할 수 있다. 소정의 공간 패턴 기준은 복수의 대안 패턴들을 포함할 수 있다. 소정의 공간 패턴 기준은 전리 방사선 소스의 근사적인 위치로부터의 반경의 세제곱근을 포함하는 함수(function)에 의해 정의되는 방사선량 측정 데이터 패턴을 포함할 수 있다. The present invention may include pattern recognition. For example, the method may comprise arranging a plurality of passively integrated ionizing radiation sensors in a spatially dispersed array; Determining relative positions of each of the plurality of passive integral ionizing radiation sensors to define a volume of interest; Collecting ionizing radiation data from at least a subset of the plurality of passive integral ionizing radiation sensors; And triggering an alarm condition when the ionizing radiation data collected from the subset of the plurality of passively integrated ionizing radiation sensors meets a predetermined spatial pattern criterion. The predetermined spatial pattern criterion may comprise a plurality of alternative patterns. The predetermined spatial pattern criterion may comprise a radiation dose measurement data pattern defined by a function including the cube root of the radius from the approximate location of the ionizing radiation source.
본 발명의 실시예들은 비용 효율적이며, 적어도 하기의 이유들로 유익하게 될 수 있다. 본 발명의 실시예는 월드-와이드 자산 및/또는 화물 추적, 모니터링 및 보안을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시예는 자산 추적, 관리 및 시각화를 위해 GIS-기반 시스템에서의 RFID 태그 데이터의 적분을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예는 하이브리드 대역-확산 시그널링을 이용하는 RFID 태그 통신들을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예는 10,000개 이상의 RFID 태그들과의 통신을 허용하지만, 동일 RFID 태그 판독기 죤(zone)에서 90,000까지의 태그들을 무시하는 다중-액세스 기술을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예들은 종래 접근들에 비해 품질을 개선하며/또는 비용을 감소시킨다.Embodiments of the present invention are cost effective and can be beneficial for at least the following reasons. Embodiments of the invention may provide world-wide asset and / or cargo tracking, monitoring and security. Embodiments of the present invention may include the integration of RFID tag data in a GIS-based system for asset tracking, management, and visualization. Embodiments of the present invention may include RFID tag communications using hybrid band-spread signaling. Embodiments of the present invention may include a multi-access technique that allows communication with more than 10,000 RFID tags, but ignores up to 90,000 tags in the same RFID tag reader zone. Embodiments of the present invention improve quality and / or reduce cost over conventional approaches.
본원에서 사용되는 어구"하이브리드 대역-확산(HSS)"은 다이렉트 시퀀스 대역-확산(DSSS)(예를 들어, 코드 분할 다중접속(CDMA))과, 그리고 주파수 홉핑, 시간 홉핑, 시분할 다중접속(TDMA), 직교 주파수 분할 다중(OFDM) 및/또는 공간 분할 다중접속(SDMA) 중 적어도 하나의 결합으로서 정의된다. 본 발명에서 사용되는 단수 표현은 복수 표현을 포함한다. 본원에서 사용되는 복수 표현은 적어도 둘 이상 을 포함하는 것으로 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "포함하다, 포함하는", "구성하다, 구성되는" 그리고/또는 "구비하다, 구비하는"는 개방적인 의미로서 정의된다(즉, 이후의 기재되는 것을 요구하지만, 심지어 주요 량들에서의 불특정 과정(들), 구조(들) 및/또는 성분(들)을 포함하는 것에 개방적이다). 본원에서 사용되는 용어 "구성되다(구성되는, 구성하는)" 그리고/또는 "포함하다(포함하는, 포함되는)"는 통상적으로 관련되는 보조물들, 부속물들 및/또는 불순물들을 제외하고 기재된 것들과는 다른 과정들, 구조(들) 및/또는 성분(들)의 포함에 대한 개시된 방법, 장치 또는 구성을 폐쇄한다. 용어들 "구성되는" 또는 "포함하는"과 함께 용어 "필수적으로"의 기재는 개시된 방법, 장치 및/또는 구성이 구성의 기본적인 신규한 특성들에 물적으로 영향을 미치지 않는 불특정 과정(들), 구조(들) 및/또는 성분(들)의 포함에 대하여만 개방적으로 된다. 본원에서 사용되는 용어 "결합되는"은 반드시 직접적이며, 반드시 기계적이지 않지만은 "연결되는"으로서 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "임의의"는 모든 적용가능한 부재들의 세트 또는 모든 적용가능한 부재들읠 세트의 적어도 서브세트로서 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "대략"은 적어도 소정의 값에 가까운 것으로서(예를 들어, 바람직하게 10% 이내에, 보다 바람직하게 1% 이내에, 그리고 가장 바람직하게 0.1% 이내에) 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "실질적으로"는 대체적으로 그러하지만 반드시 특정되는 것의 전체가 아닌 것으로 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "전반적으로"는 적어도 소정의 상태에 접근하는 것으로서 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "전개되는"은 설계하는, 구축하는, 선적하는, 설치하는 그리고/또는 동작하는 것으로서 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "수단"은 결과를 달성하기 위한 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어로서 정의된다. 본원에서 사용되는 용어 "프로그램" 또는 어구 "컴퓨터 프로그램"은 컴퓨터 시스템상에서 실행을 위해 설계된 명령들의 시퀀스로서 정의된다. 프로그램 또는 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터 또는 컴퓨터 시스템상에서 실행을 위해 설계된 서브루틴, 함수, 과정, 오브젝트 방법, 오브젝트 구현, 실행가능 응용, 애플릿, 서블릿(servlet), 소스 코드, 오브젝트 코드, 공유 라이브러리/동적 로드 라이브러리 및/또는 다른 명령 시퀀스를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 용어 "근접한"은 가까운, 거의 인접한 그리고/또는 일치하는 것으로 정의되며, 특정 기능들 및/또는 결과들이 수행되며/또는 달성될 수 있는 공간적인 상황들을 포함한다. 본원에서 사용되는 어구 "무선 주파수"는 적외선뿐만 아니라 대략 300 GHz이하의 주파수들을 포함하는 것으로서 정의된다.The phrase “hybrid band-spreading (HSS)” as used herein refers to direct sequence band-spreading (DSSS) (eg, code division multiple access (CDMA)), and frequency hopping, time hopping, time division multiple access (TDMA). ), Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) and / or spatial division multiple access (SDMA). The singular expression used in the present invention includes the plural expression. As used herein, the plural expressions are defined to include at least two or more. As used herein, the terms “comprise, comprising”, “comprise, constitute” and / or “comprise, comprise” are defined in an open sense (ie, require what is described later, but even Open to including unspecified process (s), structure (s) and / or component (s) in quantities). As used herein, the terms “consisting (constructed, constituting)” and / or “comprising (comprising, comprising)” refer to those commonly described except those of related aids, appendages and / or impurities. Closes the disclosed method, apparatus or configuration for the inclusion of other procedures, structure (s) and / or component (s). The description of the term “essentially” in conjunction with the terms “consisting of” or “comprising” refers to any unspecified process (s) in which the disclosed method, apparatus and / or configuration does not materially affect the basic novel properties of the configuration, Only open to the inclusion of the structure (s) and / or component (s). As used herein, the term “coupled” is defined as being directly, and not necessarily mechanical, but “connected”. As used herein, the term “any” is defined as at least a subset of all applicable members or a set of all applicable members. As used herein, the term “approximately” is defined as being at least close to a predetermined value (eg, preferably within 10%, more preferably within 1%, and most preferably within 0.1%). As used herein, the term "substantially" is defined as generally but not necessarily in full of what is specified. As used herein, the term “overall” is defined as approaching at least a predetermined state. As used herein, the term "developed" is defined as designing, constructing, shipping, installing and / or operating. As used herein, the term "means" is defined as hardware, firmware and / or software to achieve the result. The term "program" or phrase "computer program", as used herein, is defined as a sequence of instructions designed for execution on a computer system. A program or computer program is a subroutine, function, process, object method, object implementation, executable application, applet, servlet, source code, object code, shared library / dynamic load library, designed for execution on a computer or computer system. And / or other instruction sequences. As used herein, the term “proximity” is defined as near, near, and / or coincident, and includes spatial situations in which certain functions and / or results may be performed and / or achieved. As used herein, the phrase “radio frequency” is defined as including frequencies below approximately 300 GHz as well as infrared.
본원에서 개시된 본 발명의 모든 실시예들은 본 개시의 견지에서 불필요한 실험없이 형성되며 사용될 수 있다. 본 발명의 실시예는 본원에 기재된 이론적인 진술들에 국한되지 않는다. 비록 본 발명자(들)에 의해 예기된 본 발명의 실시예들을 수행하는 최상의 모드가 개시되었지만은, 본 발명 실시예의 실행은 이에 국한되지 않는다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본원에서 특정적으로 개시된 것과 다르게 실시될 수 있음을 기술분야의 당업자들은 이해해야 할 것이다.All embodiments of the invention disclosed herein can be formed and used without unnecessary experimentation in light of the present disclosure. Embodiments of the invention are not limited to the theoretical statements described herein. Although the best mode of carrying out the embodiments of the invention contemplated by the inventor (s) has been disclosed, the implementation of the embodiments of the invention is not so limited. Accordingly, it will be understood by those skilled in the art that embodiments of the present invention may be practiced otherwise than as specifically disclosed herein.
본 발명의 실시예의 특징들의 다양한 대체들, 변형들, 부가들 및/또는 재구성들이 하기의 본 발명 개념의 사상 및/또는 범주를 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 첨부된 청구범위 및 그 균등물들에 의해 정의되는 바와 같은 하기의 본 발명 개념의 사상 및/또는 범주는 모든 이러한 대체들, 변형들, 부가들 및/또는 재구성들을 포괄하는 것으로 간주된다.It will be apparent that various substitutions, modifications, additions and / or reconfigurations of the features of the embodiments of the invention may be made without departing from the spirit and / or scope of the inventive concepts below. The spirit and / or scope of the inventive concepts below, as defined by the appended claims and their equivalents, are considered to encompass all such substitutions, modifications, additions and / or reconfigurations.
각 개시된 실시예의 모든 개시된 요소들 및 특징들은 각 다른 개시된 실시예의 개시된 요소들 및 특징들과 결합하거나 이들로 대체될 수 있다(여기서, 이러한 요소들 또는 특징들이 상호 배제되는 경우를 제외한다). 본원에서 설명되는 방법들을 정의하는 단계들 또는 단계들의 시퀀스에서의 변화가 이루어질 수 있다. All disclosed elements and features of each disclosed embodiment may be combined with or replaced with the disclosed elements and features of each other disclosed embodiment, except where such elements or features are mutually excluded. Changes in the steps or sequence of steps that define the methods described herein can be made.
비록 본원에서 설명되는 필터들을 갖거나 갖지 않는 센서(들)가 개별 모듈로 될 수 있지만은, 센서(들)는 관련 시스템에 통합될 수 있음이 명백할 것이다. 개별 구성요소들이 개시된 형상들로 형성되거나, 개시된 구성들로 결합될 필요가 없지만, 모든 형상들로 제공되고/또는 모든 구성들로 결합될 수 있다. 개별 구성요소들이 개시된 물질들로부터 제조될 필요가 없지만, 모든 적합한 물질들로부터 제조될 수 있다.Although sensor (s) with or without the filters described herein may be in a separate module, it will be apparent that the sensor (s) may be integrated into the relevant system. Individual components need not be formed in the disclosed shapes, or combined in the disclosed configurations, but may be provided in all shapes and / or combined in all configurations. Individual components need not be made from the materials disclosed, but can be made from all suitable materials.
첨부된 청구범위는 수단기능 청구항(means-plus-function) 제한들을 포함하는 것으로서 해석되지 않는다(다만, 어구(들) "~을 위한 수단" 및/또는 "~을 위한 단계"을 이용하여 소정의 청구항에 이러한 제한이 명시적으로 기재되어 있는 경우를 제외한다). 본 발명의 아속(subgeneric) 실시예들은 첨부된 독립 청구항들 및 그 균등물들에 의해 예시된다. 본 발명의 특정 실시예들은 첨부된 종속 청구항들 및 그 균등물들에 의해 차별화된다. The appended claims are not to be construed as including any means-plus-function limitations (except using the phrase (s) "means for" and / or "steps for" Except where expressly set forth in the claims such limitations). Subgeneric embodiments of the invention are illustrated by the appended independent claims and their equivalents. Certain embodiments of the invention are differentiated by the appended dependent claims and their equivalents.
Claims (149)
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