用于评估网络中的节点的物理位置的系统和方法专利检索- 飞行器;航空;宇宙航行专利检索查询-专利查询网

用于评估网络中的节点的物理位置的系统和方法
申请号	CN201510195786.1	申请日	2015-04-23	公开(公告)号	CN105004339B	公开(公告)日	2019-08-06
申请人	西蒙兹精密产品公司;			发明人	M.A.林奇; G.E.里滕豪斯;
摘要	本发明涉及无线网络部件的逻辑到物理映射。一种用于评估网络中的节点的物理位置的系统包括：接近节点并且以确定性的空间取向安装的多轴加速度计；和/或控制器，其被配置成接收与多轴加速度计相关联的加速度矢量，并且基于与对控制器而言已知的参考加速度矢量相比较的所接收的加速度矢量和被配置成包含针对每一个空间取向的逻辑功能和节点位置标识符的存储器中的查找表而评估节点的取向。节点可以包括系统部件。
权利要求	1.一种用于评估网络中的节点的物理位置的系统，包括：参考节点，其具有以参考取向安装的参考加速度计；第一节点加速度计，其被耦合到部件并且以相对于所述参考取向的第一节点取向被安装在第一位置处；存储器，其被配置成存储所述第一节点取向和所述第一节点加速度计的初始加速度矢量；以及控制器，其被配置为：接收与所述第一节点加速度计相关联的当前节点加速度矢量和与所述参考加速度计相关联的当前参考加速度矢量；通过将所述当前节点加速度矢量与所述当前参考加速度矢量进行比较来确定当前节点取向；以及通过将所述第一节点取向和所述当前节点取向进行比较来确定所述部件相对于所述参考节点的当前取向是否已经改变。 2.权利要求1的系统，其中所述控制器请求以下中的至少一个：与节点相关联的标识符、节点的逻辑功能以及第一节点加速度计的加速度矢量。 3.权利要求1的系统，其中所述控制器开发网络内的多个节点的多个位置的映射。 4.权利要求1的系统，其中基于所述部件相对于所述参考节点的当前取向是否已经改变，所述控制器基于加速度矢量而确定节点已经发生以下中的至少一个：被损坏和被移动。 5.权利要求1的系统，其中所述存储器存储节点的逻辑功能。 6.权利要求1的系统，其中所述第一节点加速度计被配置成测量其相对于重力的加速度矢量。 7.权利要求1的系统，其中所述第一节点加速度计被配置成测量其相对于其机械耦合到的对象的运动的所述当前节点加速度矢量。 8.权利要求1的系统，还包括多个加速度计，每一个以相对于其余加速度计的唯一的空间取向被安置。 9.权利要求1的系统，其中所述第一节点加速度计包括节点的一部分。 10.权利要求1的系统，其中相比于与参考加速度计相关联的加速度矢量来测量加速度矢量。 11.权利要求1的系统，其中每一个加速度计与控制器无线通信。 12.权利要求1的系统，其中每一个节点与控制器无线通信。 13.权利要求1的系统，通过控制器接收以下中的至少一个：与节点相关联的标识符、节点的逻辑功能以及加速度计的加速度矢量。 14.一种用于评估网络中的节点的物理位置的方法，包括通过耦合到控制器的存储器存储第一节点加速度计的物理位置；通过所述存储器存储相对于参考节点的参考取向的第一节点取向；通过所述存储器存储所述第一节点加速度计的初始加速度矢量；通过所述控制器接收所述第一节点加速度计的当前节点加速度矢量；通过所述控制器接收所述参考节点的当前参考加速度矢量；通过所述控制器通过将所述当前节点加速度矢量与所述当前参考加速度矢量进行比较来确定当前节点取向; 以及通过控制器基于所述当前节点取向与所述第一节点取向的比较而确定与加速度计相关联的节点是否已经从物理位置移动。
说明书全文	用于评估网络中的节点的物理位置的系统和方法技术领域 [0001] 本公开涉及定位无线网络部件，并且更具体地，涉及基于空间中的传感器的加速度矢量而定位这样的部件。背景技术 [0002] 飞行器系统包括各种部件（例如顶灯）。这些部件可以以各种方式（例如点对点、总线网络拓扑等）耦合到彼此。随着在新的飞行器上使用更多电学系统，新的布线被添加并且飞行器的总重量可能作为结果而增加。总线网络架构通常提供比点对点更轻重量的替换方案，但是在这些系统中，确定总线上的每一个部件的物理位置将是必要的。此外，在初始安装或更换期间标识每一个部件的物理位置所要求的人工（labor）可能是繁重且易出错的。发明内容 [0003] 一种用于评估（evaluate）网络中的节点的物理位置的系统包括：接近节点并且以确定性的空间取向安装的多轴加速度计；和/或控制器，其被配置成接收与多轴加速度计相关联的加速度矢量并且基于与对控制器而言已知的参考加速度矢量相比较的所接收的加速度矢量和被配置成包含针对每一个空间取向的逻辑功能和节点位置标识符的存储器中的查找表而评估节点的取向。节点可以包括系统部件。控制器可以请求以下中的至少一个：与节点相关联的标识符、节点的逻辑功能、以及加速度计的加速度矢量。系统控制器可以与彼此相关地开发（develop）网络内的多个节点的多个位置的映射。控制器可以基于映射中的改变而确定节点已经发生以下中的至少一个：被安装、被更换、被损坏或者被移动。存储器可以存储节点的逻辑功能。加速度计可以测量其相对于其机械耦合到的对象的运动的加速度矢量。当不存在对象的加速度时，加速度计可以测量其相对于重力的加速度矢量。 [0004] 根据本发明的评估网络中的节点的物理位置的系统，包括：参考节点，其具有以参考取向安装的参考加速度计；第一节点加速度计，其被耦合到部件并且以相对于所述参考取向的第一节点取向被安装在第一位置处；存储器，其被配置成存储所述第一节点取向和所述第一节点加速度计的初始加速度矢量；以及控制器，其被配置为：接收与所述第一节点加速度计相关联的当前节点加速度矢量和与所述参考加速度计相关联的当前参考加速度矢量；通过将所述当前节点加速度矢量与所述当前参考加速度矢量进行比较来确定当前节点取向；以及通过将所述第一节点取向和所述当前节点取向进行比较来确定所述部件相对于所述参考节点的当前取向是否已经改变。系统中的所述控制器请求以下中的至少一个：与节点相关联的标识符、节点的逻辑功能以及第一节点加速度计的加速度矢量。所述控制器开发网络内的多个节点的多个位置的映射。基于所述部件相对于所述参考节点的当前取向是否已经改变，所述控制器基于加速度矢量而确定节点已经发生以下中的至少一个：被损坏和被移动。所述存储器存储节点的逻辑功能。所述第一节点加速度计被配置成测量其相对于重力的加速度矢量。所述第一节点加速度计被配置成测量其相对于其机械耦合到的对象的运动的所述当前节点加速度矢量。系统还可以包括具有加速度计的多个节点，每一个以相对于其余多个的唯一空间取向被安置。加速度计可以电学耦合到节点。加速度计可以包括节点的部分。相比于与参考加速度计相关联的加速度矢量来测量加速度矢量。每一个节点或每一个加速度计可以与控制器无线通信。系统还可以包括通过控制器接收以下中的至少一个：与节点相关联的标识符、节点的逻辑功能或者加速度计的加速度矢量。本发明还提供一种相应的方法，包括：通过耦合到控制器的存储器存储第一节点加速度计的物理位置；通过所述存储器存储相对于参考节点的参考取向的第一节点取向；通过所述存储器存储所述第一节点加速度计的初始加速度矢量；通过所述控制器接收所述第一节点加速度计的当前节点加速度矢量；通过所述控制器接收所述参考节点的当前参考加速度矢量；通过所述控制器通过将所述当前节点加速度矢量与所述当前参考加速度矢量进行比较来确定当前节点取向; 以及通过控制器基于所述当前节点取向与所述第一节点取向的比较而确定与加速度计相关联的节点是否已经从物理位置移动。附图说明 [0005] 在说明书的结论部分中特别地指出和明确地要求保护本公开的主题。然而，本公开的更加完整的理解可以通过在结合附图考虑时参考详细描述和权利要求来最佳地获得，其中相同的附图标记指代相同的元件。 [0006] 图1A图示了依照各种实施例的具有空间中的第一取向的3轴加速度计，其中在第一取向中，加速度计被配置成检测具有1g幅度和由x、y和z轴矢量确定的方向以及z轴上的1g加速度的加速度矢量。 [0007] 图1B图示了依照各种实施例的具有空间中的第二取向的3轴加速度计，其中在第二取向中，加速度计被配置成检测具有1g幅度和不同于图1A的方向的由x、y和z轴矢量确定的方向以及z轴上的0g加速度的加速度矢量。 [0008] 图1C图示了依照各种实施例的具有空间中的第三取向的3轴加速度计，其中在第三取向中，加速度计被配置成检测具有1g幅度和不同于图1A和图1B中的方向的由x、y和z轴确定的方向以及z轴上的-1g加速度的加速度矢量。 [0009] 图2图示了依照各种实施例的具有紧密接近节点或包含在节点内的3轴加速度计的节点的网络，其耦合到网络控制器。 [0010] 图3图示了依照各种实施例的用于标识网络节点的物理位置并且从而在数据库中将节点映射到其逻辑功能的方法。 [0011] 图4图示了依照各种实施例的具有耦合到地面上静止的飞行器的3轴加速度计的各种网络节点，其中每一个加速度计在其取向上相对于每一个其它的加速度计偏移。在此，重力加速度提供公共加速度矢量。 [0012] 图5图示了依照各种实施例的具有耦合到飞行器的3轴加速度计的各种网络节点，其中每一个加速度计在其取向上相对于每一个其它加速度计偏移。在此，飞行器的前向加速度可以提供公共加速度矢量。具体实施方式 [0013] 本文中的示例性实施例的详细描述对通过图示及其最佳模式的方式示出示例性实施例的附图做出参考。虽然足够详细地描述这些示例性实施例以使得本领域技术人员能够实践本发明，但是应当理解的是，可以实现其它实施例，并且可以在不脱离于本发明的精神和范围的情况下做出逻辑和机械改变。因此，仅出于说明而非限制的目的呈现本文中的详细描述。例如，对单数的任何引用包括复数实施例，并且对多于一个部件或步骤的任何引用可以包括单数实施例或步骤。而且，对附接、固定、连接等的任何引用可以包括永久、可移除、临时、部分、完整和/或任何其它可能的附接选项。 [0014] 在点对点有线电学系统（例如照明（lighting）系统）中，专用有线连接可以唯一地标识线的终止处的每一个系统模块、传感器、致动器等等的逻辑功能和/或物理位置。然而，在总线网络拓扑中，有线连接可以被多个系统共享。在总线拓扑内可能要求附加数据以确定总线上的部件的物理位置。例如，系统可以被手动放置并且其沿总线的位置被安装者（诸如被安排这样的部件的安装任务的个人）记录。 [0015] 诸如以上描述的那些之类的系统可以安装在客机上，其中遍及飞行器存在特定系统的许多相同部件（例如包括灯以及接通和关断灯的开关的头顶阅读灯）的许多安装是常见的。尽管点对点系统将清楚地标识出哪个灯对应于哪个开关，但是如果开关为了方便乘客而例如位于座椅上，则可能要求相当大量布线。如果灯和开关（或其它部件）被安装在总线网络中，可以节省线重量；然而，特定灯和特定开关之间的相关性将不清楚，除非个人或安装者如以上描述的那样手动或物理映射每一个部件的位置。 [0016] 将每一个部件与其位置（例如每一个灯与其开关）匹配的这种努力在这样的部件的安装和更换期间通常要求人工方面的相当大量投入。这种人工投入可能非常经常地抵消通过利用总线网络而降低重量和复杂度的益处。因此，构造一种用于总线部件的自标识的低成本、自动化系统以确定其逻辑到物理映射（即，以确定它们在物理上驻留在飞行器上的哪里与其在总线上的逻辑地址的关系）将会是高度合期望的。 [0017] 参考图1A、1B和1C，以三个不同取向示出3轴加速度计102。为了简单以及说明的目的，该示例描述了唯一地标识三个不同节点安置取向的加速度的单个轴。相对于重力示出每一个取向（在图1A中在z轴的方向上+1g，在图1B中在z轴的方向上0g，以及在图1C中在z轴的方向上-1g），并且加速度计102可以被配置成如所期望的那样检测相对于重力的加速度。因此，例如，在图1A中所示的取向中，加速度计102可以检测由于+1g的重力而引起的加速度。类似地，在图1B处描绘的取向中，加速度计102可以被配置成检测由于0g的重力而引起的加速度，而在图1C处描绘的取向中，加速度计102可以被配置成检测由于-1g的重力而引起的加速度。 [0018] 然而，这些取向仅仅是示例，并且加速度计102可以以任何合适的方式取向。对于3轴加速度计，可以如所要求和/或所期望的那样通过控制器202计算从笛卡尔（Cartesian）矢量（x，y，z）到球矢量（例如半径r，倾角θ，方位角或类似物）的转换。如本文所使用的，如以上所描述的包括加速度计的任何网络部件可以描述为“网络节点”或“节点”。包括控制器202的任何节点可以被指定为参考节点。在各种实施例中，参考节点可以包括具有带有其它节点取向可以与其相比较的已知取向的加速度计的节点。 [0019] 在各种实施例中，球矢量的半径可以表示加速度矢量幅度（r），其对于刚性地安置在静止（由于重力加速度）和/或在线性方向上加速的对象上的所有节点可能是类似的。加速度矢量的倾角和方位角（θ和/或）可以标识在三维空间中节点的表观加速度方向。笛卡尔到球的转换计算是为本领域技术人员众所周知的，并且因此不在本文中进一步描述。 [0020] 为了简单起见，在本文中可以用球坐标记法（如以上所描述的）描述“加速度矢量”，并且在三维空间中加速度矢量的方向（与幅度相对）在本文中可以被称为网络节点的“取向”。然而，在向网络控制器202报告加速度中，节点可以报告笛卡尔或球值。 [0021] 对象（例如飞行器）的加速度矢量可以在对象处于运动中时变化。因此，相对于参考节点的取向标识每一个节点的取向是重要的。如以上所描述的，包含3轴加速度计的任何单个节点可以被指定为参考节点。 [0022] 由节点的加速度计测量的加速度矢量可以与参考节点的加速度矢量比较以提供节点关于参考节点的相对取向。由于每一个节点的加速度矢量可能在节点处于运动中时快速改变，因此参考加速度计和其它节点加速度计的测量可以是时间同步的并且取向数据只有在径向加速度值超过预定值（诸如例如在0g与1g之间）时才是有效的。如果节点静止，则同步可能不是必需的。加速度计102的安置取向可以是任意的并且可以如期望的那样配置，只要节点具有唯一的取向即可。 [0023] 关于图2，节点212和214可以诸如经由无线网络204无线耦合（或者经由有线总线连接耦合）到基于控制器、处理器或计算机的系统202。加速度计208和210还可以与各种系统部件耦合、共置和/或是各种系统部件的部分，所述各种系统部件如以上所描述的在本文中可以被称为“节点”212和214，诸如阅读灯和开关。 [0024] 在各种实施例中，控制器202可以包括任何系统和/或制造品，例如处理器，并且可以包括诸如存储器206之类的非暂时性、有形计算机可读介质，其具有存储在其上的响应于控制器的运行而使控制器执行如本文所描述的操作和/或过程的指令。存储器206可以通过逻辑和/或电学通信耦合到控制器202。在各种实施例中，控制器202包括存储器206。 [0025] 存储器206可以包括一个或多个节点212和/或214的已知或经编程的位置、取向和逻辑数据的查找表或数据库。驻留在存储器206内的数据库还可以包括要从节点212和/或214检索的标识符（“ID”）变量。而且，驻留在存储器206内的数据库可以关联各种逻辑数据（诸如与每一个节点相关联的功能数据）。 [0026] 出于说明性目的，驻留在存储器206内的示例数据库可以类似于以下： [0027]节点ID 1 取向1 位置ID 1 逻辑数据1 节点ID 2 取向2 位置ID 2 逻辑数据2 节点ID 3 取向3 位置ID 3 逻辑数据3 [0028] 在初始化阶段期间并且关于图3，控制器202可以构造如上所示的数据库。例如，在初始化期间（步骤301），控制器202可以从加速度计208和/或210耦合到的每一个节点212和/或214接收加速度矢量（步骤302）。控制器202可以确保参考节点的加速度矢量与另一节点和/或各种节点的加速度矢量之间的最小差异存在（阈值最小值）（步骤305），并且如果不是这样，初始化过程可以停止（步骤304）。 [0029] 控制器202可以通过比较节点的加速度矢量和参考节点的加速度矢量来计算节点的取向（步骤306）并且在驻留在存储器206内的数据库中搜索预定取向值以供匹配（步骤308）。当找到匹配时，控制器202可以确定节点是否已经从之前的位置不适当地移动（步骤 310）或者节点是否不能在所标识的位置处执行意图功能（步骤312）。如果节点的取向不匹配数据库中的任何值、已经不适当地移动、或者是对于该位置而言不正确的类型，节点可以被标记以供维护人员进一步调查（investigation）（分别为步骤309、311和313）。否则控制器202可以将节点ID存储在存储器206中的数据库表中（步骤314）。控制器202可以向诸如节点212和/或214之类的节点发送位置ID和逻辑数据以被内部地存储（步骤315）以供将来参考，直至下一数据库初始化事件为止。 [0030] 响应于存储器206中的数据库表中的节点数据的确认，节点可以被证实（validate）以在网络上操作（步骤316）。仅有匹配驻留在存储器206内的数据库中的预定取向值的节点将被允许在网络上操作。可以在节点（例如节点212和/或214）与控制器202之间交换附加数据以进一步认证（一个或多个）节点身份。从网络节点检索数据可以顺序地（步骤303）和/或并行完成。一旦所有节点已经被查询（步骤317），可以针对完整性而检查数据库（步骤318）。如果存在从数据库错失的任何节点，它们可以被标记以供维护调查（步骤 319）。响应于在数据库内节点数据的标识和存储，初始化过程可以被视为完成（步骤304）。 [0031] 驻留在存储器206内的数据库的初始化可以按照控制器202的需要并且通过到一个或多个节点212和/或214的消息来发生。在工厂中组装新的飞行器期间、在维护或修复行动之后或者为了周期性地验证网络的操作状态以验证库存和/或检测篡改，这可能被要求。最小加速度阈值可以用于证实从节点212和/或214接收的取向数据，例如在各种实施例中，对于个体而言可能必要的是在存储器206内将每一个节点ID与每一个相应位置相关联。 [0032] 在操作期间（即，在构造数据库之后），控制器202可以进一步请求任何节点212和/或214在任何时间向控制器202报告所测量的取向、节点ID和标识节点的逻辑功能（例如照明）的任何附加数据（步骤302至319）。因此并且现在参考图4和5，示出若干真实世界示例。这些示例仅仅说明系统配置。然而，各种系统配置是可能的。 [0033] 关于图4，则各种网络节点（例如加速度计402、404和/或406）可以物理耦合到诸如飞行器400之类的对象。每一个加速度计402、404和/或406可以在空间中不同地取向（如以上所描述的），并且在初始化阶段期间，每一个加速度计相对于重力的位置和取向被存储器206存储。例如，如所示，加速度计402可以相对于重力取向成-90度。控制器可以例如基于如关于上表所示的表而识别出与相对于重力的-90度取向相关联的加速度计与第一节点的位置相关联。类似地，加速度计402和/或406（或与这些加速度计相关联的节点）可以与相对于重力的+10度和-10度的取向相关联，并且控制器202可以由此利用表确定每一个节点/加速度计的位置。 [0034] 以相似的方式，并且参考图5，各种网络节点（例如加速度计502、504、506、508、510和/或512）可以物理耦合到诸如飞行器500之类的对象。每一个加速度计502、504、506、508、510和/或512可以在空间中不同地取向（如以上所描述的），并且在初始化阶段期间，每一个加速度计相对于飞行器500的加速度矢量（与重力加速度相反）的位置和加速度矢量可以由存储器206存储。 [0035] 在操作期间，控制器202可以无线地接收由每一个加速度计502、504、506、508、510和/或512输出的加速度矢量数据，并且基于每一个加速度计502、504、506、508、510和/或512的存储的加速度矢量（如在上表中）和每一个所接收的加速度矢量而确定每一个加速度计502、504、506、508、510和/或512和/或与每一个加速度计相关联、耦合到每一个加速度计和/或与每一个加速度计共置的节点的位置。例如，就加速度计504而言，控制器202可以接收在操作期间相对于飞行器的加速度的+30的加速度矢量，并且基于存储在查找表或数据库中的数据而确定与+30相关联的节点（无论矢量的幅度如何，其可以随飞行器的加速度而变化）与特定节点和/或节点位置和/或逻辑功能相关联。 [0036] 已经在本文中关于特定实施例描述了益处、其它优点和对问题的解决方案。另外，在本文所包含的各图中示出的连接线意图表示各种元件之间的示例性功能关系和/或物理耦合。应注意到，在实际系统中可以存在许多替换方案或附加的功能关系或物理连接。然而，益处、优点、对问题的解决方案和可以使任何益处、优点或解决方案发生或变得更加明显的任何元素不被解释为本发明的关键、要求的或本质特征或元素。本发明的范围因此不受除随附权利要求之外的任何事物限制，在随附权利要求中对以单数的元素的参考不意图意指“一个并且仅一个”，除非明确如此陈述，而是意指“一个或多个”。而且，在类似于“A、B或C中的至少一个”的短语使用在权利要求中的情况下，意图是将短语解释成意指A单独可以存在于实施例中，B单独可以存在于实施例中，C单独可以存在于实施例中，或者元素A、B和C的任何组合可以存在于单个实施例中；例如，A和B，A和C，B和C，或者A、B和C。不同的交叉影线遍及各图被用于指代不同部分，但是不一定指代相同或不同的材料。 [0037] 本文提供了系统、方法和装置。在本文详细描述中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等的参考指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每一个实施例不一定包括特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不一定都是指相同的实施例。另外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，认为结合其它实施例实现这样的特征、结构或特性在本领域技术人员的知识内，无论是否明确描述。在阅读了说明书之后，对（一个或多个）相关领域技术人员而言，如何在可替换的实施例中实现本公开将是显而易见的。 [0038] 另外，在本公开中没有元素、部件或方法步骤意图贡献给公众，不管元素、部件或方法步骤是否明确记载在权利要求中。本文中没有权利要求元素要在35 U.S.C.112（f）的规定之下解释，除非使用短语“用于……的装置”明确记载该元素。如本文所使用的，术语“包括”、“包含”或其任何其它变型意图涵盖非排他性的包括，使得包括元素列表的过程、方法、制品或装置不仅包括那些元素，而且可以包括未明确列举或这样的过程、方法、制品或装置所固有的其它元素。

意见反馈