CN1906642B - 基于射频识别(rfid)的传感器网络 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种RF可寻址传感器网络体系结构。该RF可寻址传感器网络包括一个或多个RF可寻址传感器，一个或多个耦合到通信网络的无线传感器读取器，和一个或多个耦合到该通信网络的终端用户装置。该RF可寻址传感器网络也可包括传感器网络处理器。RF可寻址传感器包括一个或多个传感器元件，一个或多个用于与无线传感器读取器通信的天线，RF功率和通信接口，RFID控制模块，以及传感器接口。所述无线传感器读取器包括一个或多个天线，用户接口，控制器，网络通信模块，和RF可寻址传感器逻辑模块。
Description
技术领域
本发明总体涉及传感器网络，并具体涉及基于射频识别(RFID)的传感器网络。
背景技术
无线传感器远程实时提供数据的能力开创了广泛的各种健康安全的应用。从个人的观点看，高度渴望有在食用之前确定是否食品含有有害的细菌或个人对其过敏的成分的能力。从社会的观点看，近来国内和国际事件增加了对配送系统在广大的地理区域上对化学试剂、生物试剂和其它有害物品进行连续、实时监视和检测的需求。
由于传感器和传感器读取器的成本，在大的地理区域上广泛采用传感器网络或个人广泛使用在当前是不可行的。此外，传感器的不精确通常要求交叉验证以消除假肯定，并且增加为每个应用必须采用的传感器数量。大范围的地理上采用传感器网络的另一个问题是传感器或传感器表面的磨损要求传感器定期更换，这增加了成本。
因此需要价廉，体积小，且灵活的无线传感器。而且，需要价廉且大众化的传感器读取器。
对分布式传感器网络也有这样的需要，以便以高度的成本效率进行实时监视和检测有害材料和/或条件。
发明内容
本发明涉及射频(RF)可寻址传感器网络架构，其中读取器与功率RF可寻址传感器通信。本发明也针对RF可寻址传感器，其制造成本低于目前可获得的大多类型的传感器。
按照本发明的一个方面，RF可寻址传感器网络包括一个或多个 RF可寻址传感器，一个或多个耦合到通信网络的无线传感器读取器，一个或多个耦合到通信网络的无线传感器读取器，以及一个或多个耦合到通信网络的可选终端用户装置。在本发明的一个方面，通信网络是可公共接入的通信网络。在另一个方面，通信网络是专用网络或具有公共和专用部分的混合网络。无线传感器读取器通过RF信号与RF可寻址传感器通信。无线传感器读取器也与通信网络经无线空中接口协议或有线数据通信协议通信。在本发明的另一个方面，RF可寻址传感器网络包括传感器网络处理器，所述传感器网络处理器具有传感器数据处理逻辑和地理定位处理逻辑。
RF可寻址传感器结合射频识别(RFID)标签功能和传感器功能。RF可寻址传感器包括与无线传感器读取器通信的一个或多个天线，一个或多个传感器元件，RF功率和通信接口，RFID控制模块，和传感器接口。RFID控制模块包括RFID逻辑从而控制RFID标签，所述RFID标签与无线传感器读取器和/或传统RFID标签读取器通信。RFID控制模块也可包括处理传感器数据的逻辑。在本发明的另一个方面，RF可寻址传感器包括一个或多个与传感器元件并联的基准元件。
本发明也涉及无线传感器读取器。按照本发明的多个方面，无线传感器读取器包括一个或多个天线，用户接口，控制器，网络通信模块，和RF可寻址传感器逻辑模块。网络通信模块经配置从而提供与通信网络的通信。RF可寻址传感器逻辑模块控制与RF可寻址传感器的通信。无线传感器读取器是在无线装置，如电话或PDA中实施的。在本发明的一个方面中，RF可寻址传感器逻辑模块要么通过设计集成到装置中，要么通过下载传感器逻辑而集成到位于该装置的可编程处理器中。在本发明的另一个方面中，RF可寻址传感器逻辑模块通过接口耦合到该装置。
本发明也涉及用于在基于RFID的传感器网络中的传感器通信的方法。按照本发明的一个方面，一个或多个RF可寻址传感器的读取是在无线传感器读取器启动的。然后无线传感器读取器将信号传送给 RF可寻址传感器从而初始化传感器并对其加电。然后无线传感器读取器分离(isolate)一个RF可寻址传感器。在本发明的一个方面中，无线传感器读取器发送信号给分离的RF可寻址传感器，从而获得传感器数据。然后，RF可寻址传感器将传感器数据发送给无线传感器读取器。无线传感器读取器对数据执行其他的处理，或将数据传送给网络传感器处理器以便进一步处理。在本发明的某些方面，接收的传感器数据和/或处理的传感器数据可显示在无线传感器读取器上。在本发明的另一个方面，原始的传感器数据和/或处理的传感器数据被传送到处理器和/或耦合到通信网络的终端用户装置。
这些和其它的目的，优点和特征易于从下面本发明详细的描述中理解。
附图说明
包括在此并构成说明书一部分的附图和描述一起描述本发明，进一步用来解释本发明的原理并使得本领域技术人员能够实现并利用本发明。
图1是方框图，其示出按照本发明实施例的RF可寻址传感器网络。
图2是方框图，其示出按照本发明实施例的RF可寻址传感器。
图2A是方框图，其示出具有按照本发明实施例的外部传感器元件的RF可寻址传感器。
图3是按照本发明实施例的无线传感器读取器的方框图。
图4A，4B和4C是方框图，其示出按照本发明实施例的无线传感器读取器配置。
图5是流程图，其以按照本发明实施例的无线传感器读取器为例示出RF可寻址传感器读取通信的操作序列。
图6是流程图，其示出通过按照本发明实施例的通信网络远程启动传感器读取的方法。
图7A是流程图，其以按照本发明实施例的基本的单个RF可寻 址传感器为例示出RF可寻址传感器读取通信的方法。
图7B是流程图，其以按照本发明实施例的具有本地处理能力的RF可寻址传感器为例示出RF可寻址传感器读取通信的方法。
图8示出按照本发明实施例的具有地理定位能力的国土安全传感器网络应用的方框图。
图9是流程图，其示出按照本发明的实施例感测在国土安全传感器网络中出现有害试剂的方法。
图10示出按照本发明实施例的用于远程监视集装箱的传感器网络应用的方框图。
图11示出按照本发明实施例的传感器网络应用的方框图，其用于具有一个或多个RF可寻址传感器的远程监视智能卡或标牌(badge)。
图12示出按照本发明实施例的传感器网络应用的方框图，其用于网络器具(network appliance)内容物的远程监视。
图13A示出按照本发明实施例的示例性实时食品测试应用的方框图。
图13B示出按照本发明实施例的基于网络的食品测试应用的方框图。
图14示出按照本发明实施例的传感器网络示例性应用的方框图，其识别处方药物间潜在的相互作用。
图15示出按照本发明实施例的用于远程感测有害条件的传感器网络的示例性应用的方框图。
图16示出按照本发明实施例的用于商品的传感器网络的示例性应用的方框图。
图17示出按照本发明实施例的用于监视结构的传感器网络的示例性应用的方框图。
本发明将参考附图说明。在附图中，相似的附图标记可指示相同或功能相似的元件。此外，附图标记最左边的数字可识别该标识号首次出现在其中的那个图。
具体实施方式
1.本发明架构性实施例
RF可寻址传感器网络，RF可寻址传感器，和RF可寻址传感器读取器的多种实施例将在下面的子节中说明。这些实施例是为说明性目的而提供的，应该理解本发明不局限于下面描述的特定的实施例。在本发明的教导下，RF可寻址传感器网络，RF可寻址传感器，和RF可寻址传感器读取器的可替换实施例对本领域的技术人员来说是显然的，包括等同，各种组合，各种修改，更多或更少的元件等等的实施例。可以理解这样可替换的实施例在本发明的范畴和精神内。
1.1 RF可寻址传感器网络
图1是说明性的按照本发明实施例的RF可寻址传感器网络100的方框图，其用于监视，检测和地理定位RF可寻址传感器。网络100包括多个RF可寻址传感器102，一个或多个无线可寻址传感器读取器140和通信网络180。在本发明的实施例中，通信网络180是公众可接入的通信网络。在另一个实施例中，通信网络180是专用网络或包括公共和专用部分的混合网络。通信网络180包括无线通信网络170和/或数据通信网络175。而图1描绘的通信网络180包括无线和数据通信网络，本领域技术人员将认识到其它网络架构可与本发明一起使用。
在一个实施例中，终端用户装置182可耦合到通信网络180。终端用户装置182包括用于与通信网络180双向通信的逻辑。终端用户装置182可用来在网络180上通过对读取器140发出请求，而启动请求来自RF可寻址传感器102的传感器数据。在一个实施例中，终端用户装置182也包括用来处理接收的传感器数据的逻辑。例如，用户装置182可包括处理器190的诸特征，其进一步在下面说明。因此，在该实施例中，用户装置182可启动请求传感器数据并接收和处理最终传感器数据。终端用户装置182可经无线链接184或有线链接186与通信网络180通信。在可替换实施例中，网络100也包括传感器网 络处理器190。
按照本发明实施例，RF可寻址传感器102的群体可包括任意数目的一个或多个RF可寻址传感器110。RF可寻址传感器110集成RFID标签功能和传感器功能。RF可寻址传感器110可附加到物品外部，插入到物品内部(如浸入液体)，或可以是独立的。
无线传感器读取器140包括用来查询RF可寻址传感器102的群体的逻辑和用来读取由RF可寻址传感器110发送的传感器数据和RFID标签数据的逻辑。在一个实施例中，无线传感器读取器140也包括处理接收的传感器数据的逻辑。无线传感器读取器140可以是任何能够经空中接口协议与RF可寻址传感器102的群体通信的无线装置。在本发明的实施例中，无线传感器读取器140可以是无线电话，个人数字助理(PDA)，具有无线通信能力的计算机，或其它类型的移动、手持、和/或计算装置。
按照本发明，信号115是在无线传感器读取器140和RF可寻址传感器102的群体之间根据一个或多个协议交换的。信号115是无线信号，如射频(RF)传输。在本发明的实施例中，读取器140和传感器102的群体经用于RFID标签通信和传感器通信的单个协议通信。在可替换实施例中，读取器140和传感器102的群体经用于RFID标签通信的第一协议，并经用于传感器通信的第二协议通信。用于RFID标签通信的示例性协议在下面的共同待审申请的美国专利申请中描述，这些申请都包括在此以供参考：2002年2月12日的申请10/072984，其标题为“射频识别架构”，2003年10月20日的申请10/687690，其标题为“用于以唯一标识号在有噪声空中信道上对多个射频识别标签的有效读取的方法”，和2003年10月27日的申请10/693687，标题为“用安全通信进行二叉树遍历的优化”。本发明也可应用至标签和读取器之间的已知的或待开发的任意类型的通信协议。
在本发明的一个实施例中，信号165在无线传感器读取器140和无线通信网络170之间按照一个或多个协议交换。信号165通常是射频信号。如本领域技术人员可理解的那样，在读取器140和无线网络 170之间所用的通信协议可以是任何无线空中接口协议，如用在IS-41或GSM无线通信网络中的协议。
在可替换实施例中，无线传感器读取器140也可经接口185与数据通信网络175通信。接口185是有线接口。例如，当无线传感器读取器140是具有无线能力的计算机时，传感器读取器140可经使用TCP/IP的接口185访问因特网。如本领域人员可理解的那样，用在读取器140和数据通信网络175之间的通信协议可以是任何数据通信协议。
在本发明实施例中，无线网络170是公众可接入网络，如支持无线协议的交换电话网。在可替换实施例中，无线网络170可以是专用网络。无线网络170可耦合到公众可接入数据通信网络175。公众可接入数据通信网络175可以是公共交换电话网或公共数据网络，如因特网。此外，数据通信网络175可连接到其它公共或专用网络，这可为本领域技术人员所理解。
传感器网络190经网络180接收传感器数据并处理数据。而且，在实施例中，例如处理器190经网络180发送回处理的数据至读取器140。传感器网络处理器190包括地理定位处理器192和传感器数据处理器194。传感器网络处理器190可以是单独的系统，或可以是跨多个系统分布的系统。地理定位处理器192包括接收来自一个或多个RF可寻址传感器110的数据，并基于接收的数据和/或信号执行RF可寻址传感器110的GPS和/或非GPS地理定位的逻辑。在基于地理定位的GPS中，位置是用经同步卫星提供到无线传感器读取器140的信号确定的。基于GPS的地理定位的限制是如果装置被屏蔽(如在地下，在建筑物内等)，则得不到信号。在基于非GPS的地理定位中，位置是通过基于作为参照点的发射系统(如移动基站)和时间对信号计算的三角测量(triangulation)确定的。以该方式，移动电话发射塔可通过处理器190的计算而地理定位无线传感器读取器140。类似地，无线传感器读取器140可通过三角测量和内部时钟的同步而用作识别各个传感器110精确位置的基础。因为移动电话塔和/或无线传感器读 取器的位置通常是已知的，且可包括GPS座标，传感器精确地理定位可用GPS、非GPS或混合系统实现。
对于更多关于地理定位的信息，参看1997年11月13日申请的美国专利6031454，其标题为“工人专用的曝光监视器和用于监督工人的方法”，其完全包括在此以供参考。
传感器数据处理器194包括从一个或多个RF可寻址传感器110接收传感器数据，执行对接收的数据处理，和基于该处理对无线读取器140或终端用户装置182通信的逻辑。传感器网络处理器190被耦合到无线通信网络170和/或数据通信网络175。
1.2 RF可寻址传感器
图2是按照本发明实施例的射频(RF)可寻址传感器210的方框图。RF可寻址传感器包括与传感器功能集成的RFID标签功能。
射频可寻址传感器210包括集成电路222，多个RF垫204a到204n，和多个天线206a到206n。这些元件在衬底202上固定或形成。RF可寻址传感器210也包括多个传感器元件291a-291n，292a-292n，和294a-294n。
传感器元件可包括在集成电路222中，在衬底202上，在衬底202外，或前面的任意组合。如图2所示，传感器元件291a-n是作为一个组件包括在集成电路222中的。传感器元件292a-n包括在衬底202上。可使用任何与RF可寻址传感器210的制造兼容的传感器元件。在本发明的一个实施例中，传感器元件292a-n可以是薄膜传感器元件，其被沉积，印制，或直接组装到衬底202上。传感器元件294a-n在衬底202之外。如果传感器元件位于衬底上(总的称为传感器元件292)或衬底之外(总的称为传感器元件294)，传感器元件将被耦合到一个或多个传感器垫208a到208n(总的称为传感器垫208)。
传感器垫208的结构决定于耦合到传感器垫208的传感器元件的类型。在本发明的一个实施例中，传感器垫208是金属。然而，某些生物传感器元件由软材料组成。当耦合到金属传感器垫208上时，潜在地存在这些传感器元件被刺破的可能性。在本发明可替换的实施例 中，一个或多个传感器垫是软传感器垫。这些软传感器垫提供从用于耦合到集成电路组件的金属连接层到用于耦合传感器元件的软连接层的过渡。通过使用软过渡方法，任何类型的外部传感器元件可耦合到衬底202。例如，掺入的墨水或导体聚合物可用来将衬底202耦合和粘合到集成传感器，如下面所述。集成传感器可用其它微米或纳米制造技术制造，从而以非常低的成本提供用于要制造的复杂集成无线传感器的方法，以供不同的市场应用。
由于灵活的架构，各个类型的传感器元件可以在RF可寻址传感器210中实现。RF可寻址传感器210可只包括一种类型的传感器元件或可包括不同类型传感器元件的组合。传感器元件的例子包括：气体传感器元件，其检测化学物质的存在，如与药物或前驱体或痕量爆炸性化学物质如四硝基季戊醇(PETN)和六氢三氰(RDX)有关的物质；温度传感器元件，其产生指示环境温度的信息；加速计，其产生指示移动或振动的信息；光学传感器元件，其检测有(或无)光；压力传感器元件，其检测各个类型的机械压力；干预(tamper)传感器元件，其检测为破坏或除去固定在物品上的传感器所做的努力；电磁场传感器元件，辐射传感器元件；和生化传感器元件。然而，该列表并不穷举。RF可寻址传感器210可包括其它类型的元件或其组合，这对本领域技术人员来说是显然的。
传感器元件291a到291n是可直接在芯片表面上制造为集成电路222一部分的传感器。例如，这包括用于温度变化，辐射，电气变化，场效应和移动的传感器。传感器元件292a到292n可以是多个不同类型的传感器，如化学传感器，生物传感器等。在一个实施例中，传感器元件292a可以包括多种特定薄膜元件，如聚合物。例如，在化学传感器元件中，每种薄膜元件吸附空气中的化学物质不同，并改变每一元件电阻和产生特征电子签名(electronic signature)。因为可添加许多类型的探测器，该技术可设计来识别广泛范围的化学物质。应该指出，混合系统也是可能的。例如，嵌入的无源元件也可用来在芯片上产生某些电子功能并与传感器功能结合。
在可替换实施例中，一个或多个天线206可以用作传感器元件。例如，天线可作为开关传感器操作。随着天线吸收要被感测的材料，天线失谐，且标签停止工作。因此，当标签关闭时，材料被感测到。在该实施例中，用作传感器元件的天线被耦合到RF垫204和传感器垫208。在可替换实施例中，RF垫204被耦合到RF功率和通信接口240及传感器接口250。
在本发明的实施例中，RF可寻址传感器210是或包括微机电系统(MEMS)。在一个实施例中，传感器元件可包括在公用或独立衬底上带有RF可寻址传感器210的余下组件的“微加工的”机械和机电装置。在该实施例中，余下电子组件可用传统集成电路技术制造。例如，在MEMS RF可寻址传感器中，一个或多个传感器组件可包含微悬臂(microcantilever)装置。
在可替换实施例中，传感器元件294a-294n在衬底202的外部，且可以用MEMS技术制造并附加到衬底202上，同时包括在衬底202上的组件可用传统技术制造。这允许任何类型的传感器耦合到RFID标签上。
图2A是RF可寻址传感器210的方框图，该传感器具有按照本发明实施例的外部传感器元件。外部传感器294可耦合到独立的电源293。衬底202也可以或可选地耦合到独立电源293上。在一个实施例中，电源293是一次性电池或光伏电池。因此，传感器单元294不要求来自无线读取器的周期性“加电”信号。在一个实施例中，传感器元件294包括存储器。
图2A的RF可寻址传感器配置的优点是无线组件和地理定位特征是由RFID标签和移动电话结合提供的，从而减少成本并使其适用于传感器网络。一个应用例子是带有传感器的国土安全网络，该传感器和低成本读取器由飞机分散到某些的区域上。如果检测到危害，在传感器级别呈现足够的功率从而发送“唤醒”信号至附近读取器。然后读取器地理定位其自身和传感器并中继信息至远程处理器190。然后传感器事件的交叉验证可通过激活和读取同一地理区域中的其它传感器 而实现。进一步的优点是本发明可与要求比RFID标签上传感器可获得的更高功率的传感器一起使用。此外，要求与RFID非常不同的制造工艺的传感器元件也可以用在本发明中。
在本发明的一个实施例中，如图2所示，RF可寻址传感器210可选地包括多个基准元件295a-295n，296a-296n，297a-297n。类似于传感器元件，基准元件可包括在衬底202上或衬底202外或上述任何组合的集成电路222中。如图2所示，基准元件295a-295n包括在集成电路222中；基准元件296a-296n包括在衬底202上；且基准元件297a-297n在衬底202外。传感器元件不必有基准元件。如果基准元件在衬底上(总称为基准元件296)或在衬底之外(总称为基准元件297)，基准元件将被耦合到一个或多个基准垫209a到209n上(总称为基准垫209)。
基准元件允许传感器数据的交叉验证并建立基线。这对于化学测量，生物传感器，和其中有两个或更多变量且至少一个变量是依赖于或与另一个变量成比例的传感器情形是重要的。
在本发明的一个实施例中，传感器元件可以具有多个关联的基准元件。在一个实施例中，基准元件提供基线和/或校准值，传感器元件可在内部或外部与该基线和/或校准值比较。在一个实施例中，基准数据可由RF可寻址传感器发送到无线传感器读取器，或发送到网络传感器处理器以便传感器元件的校准。
如图2的实施例所示，集成电路222包括RF功率和通信接口230，传感器接口250，和RFID控制模块240。传感器接口250包括数字转换器或模拟-数字转换器(ADC)252。ADC 252接收来自传感器元件的模拟信号并将该模拟信号转换为相应的数字信号。ADC 252可直接耦合到集成电路222中实现的传感器元件，并经传感器垫208耦合到其它传感器元件292和294。在一个实施例中，滤波器(未示出)可用在传感器元件和ADC 252之间。
在本发明的一个实施例中，传感器接口250可选地包括一个或更多电热调节器(thermistor)254。电热调节器254是具有电阻的装置， 该电阻可预测地随温度改变。电热调节器254提供从传感器元件获得的数据的相关点。因为温度通常是已知的变量，电热调节器包括到RF可寻址传感器210中允许传感器210用温度作为比较基础或允许传感器元件输出值基于温度而调整。该调整可出现在无线传感器读取器140，终端用户装置182，和/或网络传感器处理器190的内部或外部。
在本发明一个实施例中，电热调节器254由诸如金属氧化物这样的材料制成，其具有随温度线性改变的电阻。因此，在给定的温度，电热调节器具有与给定温度精确相关的某个值。电热调节器254的校准可在芯片微加工完成后批量地进行。校准可通过使芯片达到设定温度并将相应值编程进芯片而实现。该过程可在两个不同温度重复，从而在存储器中提供基准。
在本发明的一个实施例中，电热调节器254由非线性改变材料制成。在该实施例中，使用额外的校准点。如本领域技术人员将理解的那样，热电调节器254的其它实现也可用在本发明中。
在一个实施例中，传感器接口250可选地包括存储器256。存储器256存储由RF可寻址传感器210使用的信息，从而处理从传感器元件接收的传感器数据。信息可永久或临时存储。在本发明的一个实施例中，存储器256是可编程存储器。存储的信息可由RF可寻址传感器110在内部使用，或可传送以便无线传感器读取器140，终端用户装置182，和/或网络传感器处理器190外部使用。
在一个实施例中，存储器256存储传感器数据表258。传感器数据表258经配置以存储由RF可寻址传感器210支持的与传感器元件的全部或子集相关的数据。例如，传感器数据表可存储传感器元件标识号，优选读取时间，两次读取之间的相距间隔，和/或用于所有传感器元件或子集的传感器元件专用数据。
使用该方法，基于RFID技术通过允许无线装置(如电话)成为“智能”传感器读取器装置而创建通用的传感器平台。在一个实施例中，诸如电话的无线装置被改进从而包括RFID传感器标签读取器功能，如这里所述。在一个实施例中，当具有数据表258的传感器110被无线 传感器读取器140激活，传感器110进行自身识别(如通过提供其标识号)并向移动电话读取器提供用于分析传感器输出的必要信息。在一个实施例中，传感器数据表258也包括传感器操纵信息，其被传送到读取器140。例如，如果传感器110要检测食品中特异过敏源，可提供完整的逐步测试协议并可直接显示电话或读取器装置140的屏幕。在另一个实施例中，要操纵和分析传感器的某些或全部必要信息是从处理器190中检索的。
软件也可直接和透明地下载到移动电话或读取器140，从而“训练”无线装置识别和分析给定类型的RFID传感器。信息可以永久或临时存储在无线装置140中。当从远程位置下载了必要的处理和分析信息时，仅RFID传感器的ID是必要的，为用于无线装置(如移动电话)的通用传感器分析提供了高度流线型(streamlined)解决方案。在另一个实施例中，可提供混合系统从而仅基本传感器分析协议可下载到移动电话中，且传感器数据处理远程实现。该情形特别可应用于要求复杂的多变量传感器数据分析。电话也可在永久存储器中包括带有识别传感器任意类型的所需ID的汇总表。上述方法允许普通无线装置立即成为用于任何类型传感器的“智能”装置。
集成电路222可安装多个天线206a到206n。这允许RF可寻址传感器210在衬底202上具有多种天线配置。例如，无线传感器读取器140(图1中所示)可以不同的频率工作或具有与传统RFID读取器不同的指向性。因此，RF可寻址传感器210可具有一个或多个经配置与传统RFID读取器通信的天线，和一个或多个经配置与无线传感器读取器140通信的天线。
RFID控制模块240控制RF可寻址传感器210和无线传感器读取器140之间的通信。RFID控制模块包括控制器242和存储器246。控制器242包括RFID标签逻辑244从而响应RFID标签查询并读取由无线传感器读取器140或另一个标签读取器进行的通信，以及控制RF可寻址传感器的RFID标签元件的操作状态的逻辑。对于关于标签查询的更多信息，和更一般地，按照本发明实施例的RFID读取器和标 签群体之间的通信，可参看美国专利No.6002344，其标题为“用于电子货单的系统和方法”，其包括在此以供参考，且下面共同待审的美国专利，这些专利的每个都完整包括在此以供参考：1999年6月1日申请的No.09/323206，其标题为“用于电子货单的系统和方法”；2002年2月12日申请的申请No.10/072855，其标题为“用于标签群(population)二元遍历的方法， 系统和设备”(公开号为No.0149481-A1)；和2002年2月12日申请的申请No.10/073000，其标题为“用于与RFID标签群通信的方法，系统和设备”。
控制器242可选地包括传感器处理逻辑245，从而处理由传感器元件获得的传感器数据。当作为RFID标签操作时，存储器246存储由RF可寻址传感器使用的信息。存储器246可独立或与传感器接口的存储器256集成。信息可永久或临时存储。存储器246为RF可寻址传感器210存储标签识别号。在本发明的一个实施例中，标签识别号指示包括在RF可寻址传感器210中的传感器元件的类型。
RF功率和通信接口230包括通信模块232和功率发生模块236。通信模块232耦合到天线206上从而提供与无线RF可寻址传感器读取器的双向通信。在可替换实施例中，除了无线RF可寻址传感器读取器外，通信模块232提供与传统RFID读取器的双向通信。在一个实施例中，功率发生模块236提供基于由无线传感器读取器140发送并由相应RF可寻址传感器110接收的RF能量的操作电压的集成电路222。在另一个实施例中，功率发生模块236也可包括电池或其它电源。可替换地，功率发生模块236可仅包括电池或其它电源。当有电源时，其为集成电路222提供操作电压。此外，功率发生模块236可为传感器元件292a-n和/或294a-n提供操作电压。例如关于RFID标签中功率产生的信息，参看2003年3月10申请的美国专利No.10/383537，其标题为“有效电荷泵设备”，其整个内容包括在此以供参考。
在一个实施例中，当有电源时，RF可寻址标签可包括在感测到某些条件，发生预定事件时，和/或以预定间隔激活读取器的逻辑。如可 由本领域技术人员理解的那样，许多RFID标签通信协议可用于按照本发明激活读取器。
1.3 无线RF可寻址传感器读取器
无线传感器读取器140的示例实施例在本节中描述。图3是按照本发明示例实施例的无线传感器读取器340的方框图。无线传感器读取器340包括网络通信模块342，控制器344，用户接口346，和RF可寻址传感器逻辑模块350。无线传感器读取器340也包括一个或多个天线。天线348经配置与无线网络170通信。当无线读取器340与无线通信装置集成时，也包括天线348。在本发明的一个实施例中，天线348也经配置与RF可寻址传感器的群体通信。当天线348不支持与RF可寻址传感器的群体的通信时，包括天线349a-n。在该实施例中，天线349经配置与RF可寻址传感器110通信。在可替换实施例中，网络天线348可从读取器340上除去(如旋下)，并用RFID天线349取代以便与传感器102的群体通信。
控制器344包括用于协调和控制无线传感器读取器340的组件操作的逻辑。
用户接口346为无线传感器读取器340的用户提供这样的机制，从而对传感器信息进行访问或与其互动，和/或启动一个或多个传感器110的读取。用户接口346可包括显示器和/或键盘(例如无线电话的数字键盘)以便输入数据。在可替换实施例中，用户接口346包括用于启动传感器读取和/或处理的独立按钮。此外，无线传感器读取器340包括用于显示从RF可寻址传感器110获取的数据的显示器。在一个实施例中，无线传感器读取器340也包括警报，其用于指示达到某些阈值或由RF可寻址传感器检测到某些条件。
用户可替换地通过键盘输入预定序列的字符(如通过输入*2222)而启动传感器处理。可替换地，用户可通过高亮或激活通过显示器或预定语音命令提供的选项而启动传感器处理。
网络通信模块342包括用于与数据通信网络175和/或无线通信网络170通信的一个或多个发射器和接收器。在本发明的一个实施例中， 无线传感器读取器340与无线网络170经网络天线348通信。因此，网络通信模块342包括耦合到天线348的无线接口。在本发明可替换实施例中，无线传感器读取器340与公众可接入的数据通信网络175经有线连接而通信。在该实施例中，网络通信模块342包括有线网络接口。如果两种类型的通信都支持，网络通信模块342将包括无线接口和有线接口。
RF可寻址传感器逻辑模块350包括RF可寻址传感器通信模块352和RFID标签处理器356。无线传感器读取器340与RF可寻址传感器102的群体经网络天线348或一个或多个RFID天线349a-349n通信。如果无线传感器读取器340与RF可寻址传感器的群体经一个或多个RFID天线349a-n通信，RF通信模块352将包括一个或多个耦合到通信349上的发射器和接收器。如本领域技术人员可理解的那样，RF通信模块352可以硬件，软件，固件，或它们的组合来实现。
RFID标签处理器356包括用于从RF可寻址传感器110查询和读取RFID标签信息的逻辑。如本领域技术人员可理解的那样，RFID标签处理器356可以硬件，软件，固件或它们的组合实现。
RF可寻址传感器通信模块352包括传感器数据处理逻辑355和地理定位处理逻辑353。传感器数据处理逻辑355经配置从而基于用户输入，在一定的时间间隔后，和/或在出现预定事件后，请求读取一个或多个可寻址传感器110。传感器数据处理逻辑355也经配置以处理接收的传感器数据。
地理定位处理器353是可选的，且当有地理定位处理器时，其包括基于GPS执行地理定位和/或基于非GPS执行地理定位的算法。在一个实施例中，传感器读取器340与其它读取器同步用作RFID传感器的地理定位信标。在实施例中，天线用作RFID传感器的方向性地理定位的装置。
图4A-C描绘无线传感器读取器440的示例性配置的例子。每个配置描绘RF可寻址传感器逻辑模块350和RFID天线349a-n可并入装置430的不同方式。装置430可以是现有的无线装置，如无线电话 或PDA。在可替换实施例中，装置430是专门为支持与RF可寻址传感器110及与通信网络(如无线电话网或因特网)通信设计的装置。
图4A中，RF可寻址传感器逻辑模块350被集成到装置430中。在该实施例中，无线传感器读取器440与无线网络170和RF可寻址传感器标签的群体经天线448通信。在本发明的一个实施例中，模块350内置在装置430中。在可替换实施例中，装置430包括可编程处理器。模块350的逻辑可下载并存储在可编程处理器中。该逻辑可经空中接口，红外端口，由附带端口进行的数据连接下载，或经其它能够传输数据至装置430的接口或链接进行。
在图4B中，RF可寻址传感器逻辑模块350集成到装置430中，如参考图4A的讨论。然而，在该实施例中，一个或多个天线449a-n已经包括或添加在装置430上以便与RF可寻址传感器102的群体通信。注意，对于该配置，天线448是可选的，且如果无线传感器340仅与数据通信175网络经有线连接通信时则不包括。
在图4C中，RF可寻址传感器逻辑模块350在装置430的外部并经接口435附带到装置430上。例如，接口435可以是附带端口，红外端口，或任何其它能够传输数据至装置430或从装置430传出数据的接口或端口，如无线电话数据/软件接口。例如，模块350可以是装置430的卡入式和/或插入式模块。该实施例支持不同的天线配置。在一个实施例中，现有的天线448支持与网络170和传感器102的群体通信。在可替换实施例中，用于与传感器102的群体通信的额外的天线449附加到外部模块350上。在另一个可替换实施例中，用于与传感器102的群体通信的额外的天线449附加到装置430上。如可由本领域技术人员理解的那样，其它用于无线传感器读取器440的配置也是可能的。
2.RF可寻址传感器网络方法
2.1 RF可寻址传感器读取通信
图5是从无线传感器读取器的角度，用于RF可寻址传感器读取 器通信的方法500的流程图。方法500将继续参考图1和3说明。注意流程图中所示的某些步骤不必以所示的顺序出现。
方法500从步骤510开始。在步骤510中，启动一个或多个RF可寻址传感器的读取。在本发明的实施例中，传感器数据处理逻辑355包括周期性启动传感器读取通信的逻辑。例如，传感器数据处理逻辑355可每15分钟自动启动传感器读取。传感器读取也可经无线传感器读取器140/340的用户接口346手动启动。例如，用户可通过激活显示图标或选项启动读取。在一个实施例中，用户可通过按压装置键盘上的一系列按键(如＊2222)，或通过按压特定配置的传感器读取按钮而启动读取。可替换地，如果装置支持语音激活命令，用户可通过说出适当的命令而启动传感器读取。
此外，传感器读取可经数据通信网络175或无线网络170远程启动。图6描绘用于按照本发明实施例远程启动传感器读取的方法602。方法602从步骤603开始。在步骤603中，无线传感器读取器140/340接收来自终端用户装置182的连接信号。如可由本领域技术人员理解的那样，连接信号的类型和形式取决于终端用户装置182和无线传感器读取器140/340的实现。例如，如果无线传感器读取器140/340也是无线电话装置，连接信号可以是终端用户装置对无线传感器读取器的电话呼叫。可替换地，终端用户也可以是数据终端。在该例子中，连接信号可以是任何类型的数据通信连接信号。
在步骤605中，无线读取器140/340经通信网络连接到终端用户装置。
在步骤607中，无线读取器140/340接收来自终端用户装置的启动信号。如可由本领域技术人员理解的那样，启动信号的类型和和形式取决于连接信号的类型和形式。如果建立了电话连接，那么启动信号可以是一系列的双音多频(DTMF)信号或语音命令。然后控制进入到步骤520。
回到图5，在步骤520中，无线传感器读取器140/340将RF信号发送到一个或多个可寻址传感器520。这些RF信号用于双重目的。 它们初始化RF可寻址传感器用于通信，并将操作功率提供至传感器。
基于读取启动过程中提供的细节，无线传感器读取器140/340可执行RF可寻址传感器102的整个群体的传感器读取，或可执行RF可寻址传感器的特定集合的读取。在步骤530中，读取器确定是否读取整个RF可寻址传感器群体102或一个或多个特定RF可寻址传感器110。如果整个群体都被读取，操作进入到步骤550。如果一个或多个特定传感器110将被读取，操作进入到步骤540。
例如，用户可获得(如购买)一批RF可寻址传感器。用户可在启动传感器读取之前将与每一RF可寻址传感器关联的标签标识号存储在无线传感器读取器中。然后读取器可仅分离出存储在无线传感器读取器中的那些特定RF可寻址传感器。
在步骤540中，RFID标签处理器356分离出(例如单选出)要读取的特定RF可寻址传感器110。处理器356可通过查询协议或其它机制分离出传感器110。分离特定标签方法的细节参见待审的美国申请，其标题为“射频识别架构”，该申请上面已经引用。如本领域技术人员可以理解的那样，用于读取和分离标签的其它协议和方法可与本发明一起使用。
在步骤542中，无线传感器读取器140/340指示特定RF可寻址传感器110以获得传感器数据。这可经预定命令实现。在可替换实施例中，RF可寻址传感器110可在被分离时自动发送传感器数据至无线传感器读取器140/340。在该实施例中，步骤542是可选的。
在步骤544中，无线传感器读取器140/340从RF可寻址传感器110接收传感器数据。传感器数据可包括传感器元件输出数据，传感器表格数据，基准数据，和/或其它数据。
在步骤546中，无线传感器读取器140/340确定是否读取任何额外的特定RF可寻址传感器。如果没有额外的传感器要被读取，操作进入到步骤560。如果有额外的传感器要被读取，操作进入到步骤540。
在步骤550，RFID标签传感器356用传统通用读取协议，如二叉树遍历，从群体102中分离RF可寻址传感器110。
在步骤552，无线传感器读取器140/340指示识别的RF可寻址传感器110获取传感器数据。这可通过预定的命令实现。在可替换实施例中，RF可寻址传感器110自动发送传感器数据至无线传感器读取器140/340。在该实施例中，步骤552是可选的。
在步骤554，无线传感器读取器140/340从RF可寻址传感器110接收传感器数据。
在步骤556，无线传感器读取器140/340确定是否有任何额外的RF可寻址传感器要被读取。如果没有额外的传感器要被读取，操作进入到步骤560。如果有额外的传感器要被读取，操作进入到步骤550。
在步骤560，无线传感器读取器140/340确定是否必须要对接收的传感器数据做任何额外的处理。如果必须执行额外的处理，操作进入到步骤562。如果没有额外的处理必须执行，操作进入到步骤570。
在步骤562，无线传感器读取器140/340确定是否要本地或远程执行额外的处理。如果可本地执行处理，操作进入到步骤568。如果要远程执行处理，操作进入到步骤564。例如，某些类型的处理对于在无线传感器读取器140/340上的有效执行来说可能过于资源密集，或可能需要无线传感器读取器140/340不可获得的数据。在该情形中，远程传感器处理被选择用于传感器数据。
在步骤564中，无线传感器读取器140/340通过通信网络180将接收的传感器数据传送至传感器网络处理器190。在一个实施例中，无线传感器读取器还可传送额外的数据至传感器网络处理器190，如执行地理定位需要的数据。一旦接收，传感器网络处理器190可对数据执行额外的处理和/或执行地理定位，从而确定产生传感器数据的RF可寻址传感器110的位置。
在步骤566中，无线传感器读取器140/340从传感器网络处理器190接收处理的传感器数据。
在步骤568中，传感器数据处理逻辑355处理接收的传感器数据。
在步骤570中，显示接收的传感器数据或处理的传感器数据。在本发明的一个实施例中，数据是通过无线传感器装置140/340上的用 户界面显示的。在可替换实施例中，数据也可经通信网络发送到一个或多个终端用户装置以便显示。步骤570是可选的。
图7A是按照本发明实施例，从单个RF可寻址传感器110的角度用于基本的可寻址传感器读取通信的方法700A的流程图。方法700A将继续参考图1和2描述。注意流程图中所示的某些步骤不必以所示的顺序出现。
方法700A从步骤710开始。在步骤710中，RF可寻址传感器110从无线传感器读取器340接收RF信号。在实施例中，步骤710包括其中接收的RF信号被用于功率传感器110的步骤。而且，步骤710可包括其中传感器110向读取器340进行自身识别的步骤。
在步骤720中，传感器110接收来自读取器340的命令，从而获得传感器数据。步骤720是可选的。在本发明实施例中，RF可寻址传感器110在每次与读取器340的通信会话启动时自动获取传感器数据。
在步骤730，通过一个或多个传感器元件291，292和/或294获得模拟传感器数据，并传送到ADC 252。
在步骤740，ADC将模拟传感器数据转换为数字传感器数据。
在步骤780，RF可寻址传感器110将数字传感器数据发送至无线传感器读取器140/340。该通信的细节取决于用于无线传感器读取器140/340和RF可寻址传感器110之间的通信协议。在本发明的实施例中，所用的协议是二叉树遍历协议。在该实施例中，由RF可寻址传感器110以信号方式发出的标签标识号可包括存储在存储器246中的标签标识号和由传感器元件获得的传感器数据。可替换地，读取器140/340可将RFID标签逻辑244置于命令状态。在命令状态，RFID标签逻辑响应从读取器接收的命令。当RFID标签逻辑244接收获得的传感器数据命令信号，RFID标签逻辑将以信号方式发送传感器数据至读取器140/340。在一个实施例中，传送到读取器140/340的传感器数据可包括温度数据，传感器数据，基准数据和/或存储在传感器数据表258中的数据。
图7B是流程图，其示出按照本发明实施例从RF可寻址传感器角度的RF可寻址传感器读取通信的方法700B，该可寻址传感器具有本地处理能力。方法700B将继续参考图1和图2说明。注意，流程图中所示的某些步骤不必以所示的顺序出现。
步骤710到步骤740总体上与上面参考图7A讨论的步骤710到740相同。
在步骤750中，转换的数字传感器数据被发送到传感器处理逻辑245。
在步骤760中，传感器处理逻辑245处理转换的传感器数据。
步骤780总体上与上面参考图7A讨论的步骤780相同。
2.2示例应用
国土安全传感器网络
按照本发明示例性实施例，本发明理想地适用于国土安全应用，诸如检测大面积上的化学的，放射性的，或生物试剂。该应用的一个例子在图8的方框图和图9的相关流程图中给出。图8描绘用于监视地理区域820的传感器网络800。传感器网络800包括多个RF可寻址传感器810a，810b，和810c等等(总称为传感器元件810)，一个或多个无线传感器读取器840，和用于通信网络800的接入点。
一个或多个无线传感器读取器840可以是传感器网络800的永久部分。例如，多个无线传感器读取器840可以固定于不同位置，从而提供最大的地理区域820的覆盖。此外，一个或多个无线传感器读取器840可以是传感器网络800的临时部分。例如，当个人携带能够在地理区域820内读取传感器810的传感器网络读取器840时就是这样的情形。每个无线传感器读取器840具有读取覆盖范围845。在读取覆盖范围845内的任何RF可寻址传感器810可由相应的读取器840读取。
一种或多种类型的传感器的任何组合可以用在传感器网络800中。例如，RF可寻址传感器810a可包括用于检测化学试剂的传感器 元件，传感器810b包括用于检测辐射试剂的传感器元件，传感器810c包括用于检测生物试剂的传感器元件。如本领域技术人员可以理解的那样，其它类型的传感器元件可包括在该应用中。
图9的流程图中描绘的方法900从步骤910开始。在步骤910，分布多个RF可寻址传感器810从而覆盖所确定的监视区域。可手动分布传感器810或通过其它方法，如使用飞行器分散从而覆盖甚至更大的地理区域820。
在步骤920中，一个或更多无线传感器读取器840启动传感器元件在其读取覆盖范围845内的读取。例如，无线读取器840可每15分钟启动其覆盖范围内的读取。
在步骤930中，无线传感器读取器840接收来自其覆盖范围845内的传感器元件的传感器数据。
在步骤940中，无线传感器读取器840确定是否传感器数据指示有任何危险试剂存在。如果数据指示有危险试剂存在，操作进入到步骤950。如果数据指示没有危险试剂存在，操作可结束或可进入到步骤920。
在步骤950中，无线传感器读取器840执行地理定位处理，从而确定与指示有危险试剂存在的数据关联的RF可寻址传感器的精确位置。地理定位处理可使用基于GPS或基于非GPS的技术。
在可替换实施例中，在执行步骤930之后，无线传感器读取器840传送接收的传感器数据至集中的传感器网络处理器890。然后传感器网络处理器890执行步骤940和950。此外，传感器网络处理器890接收来自地理区域820内所有无线传感器读取器840的传感器数据。然后传感器网络处理器890汇编完备的地理区域820的状态图片，并能够快速识别和响应来自地理区域820内某个区域的传感器数据的任何变化。传感器事件的交叉验证对于网络应用，特别是工业或国土安全应用是重要的。例如，单个传感器事件未必产生精确的信息，且事实上可能是假肯定(false positive)。然而，通过匹配中心点上给定地理位置内相似传感器数据，交叉验证变得可能。作为结果，全体数据 产生更大的精确性，如受到威胁的地理中心，外围区域，和威胁对公众不再是危险的区域。
货运集装箱或货物的远程监视
按照本发明的实施例，本发明也可用于货运集装箱或任何货运箱的远程监视。该应用的例子在图10的方框图中给出。远程货运集装箱监视网络1000包括一个或多个货运包装1012，一个或多个货运集装箱1022，至少一个运输工具1024，通信网络1080，和网络监视处理器1090。
一个或多个RF可寻址传感器1010可固定在每个货运包装1012或直接隐藏在箱体或板条箱内。RF可寻址传感器1010包括化学传感器元件，放射性传感器元件，生物传感器元件或上述的任何组合。在可替换实施例中，多个RF可寻址传感器1010被固定到每个货运集装箱1022的内部。
每个货运集装箱1022包括至少一个无线传感器读取器1040，其用于从RF可寻址传感器110获取传感器数据。运输工具1024包括至少一个能够接收来自无线传感器读取器1040的通信的装置1042。运输工具1024也可包括至少一个无线传感器读取器1040。能够接收读取器通信的装置1042耦合到通信网络。网络监视处理器1090包括用于接收传感器数据和关联信息(如集装箱标识，位置，和运输标识)的逻辑。网络监视处理器1090也包括货单和风险管理逻辑。
在本发明的实施例中，货运包装1012被装载到一个或多个货运集装箱1022中。货运集装箱进而被装载到运输工具1024上。虽然图10中将运输工具描绘为船只，其它类型的运输工具也是可能的，包括火车，卡车，飞行器，或其它交通运输工具。
无线传感器读取器1040启动RF可寻址传感器的读取。例如，货运集装箱1022中无线传感器读取器1040启动存放在货运集装箱中的RF可寻址传感器的读取。在一个实施例中，读取器1040在内部处理接收的传感器数据。额外地或可替换地，无线传感器读取器1040然后 建立与装置1042的连接。在建立连接之后，无线传感器读取器1040将传感器数据传送到该装置。然后装置1042经通信网络将数据和其它相关信息(如地理定位)传送到网络监视处理器1090。
一旦接收到传感器数据和相关信息，网络监视处理器1090执行风险评估处理。该处理识别有害化学，放射性，或生物条件的存在。如果有害条件存在，网络监视处理器1090采取适当的步骤以解决该条件。网络监视处理器1090也可包括用于存储接收的传感器数据，从而创建集装箱和/或运输工具的历史纪录的存储器。
因为RF可寻址传感器可隐藏在货运箱体内部，当监视爆炸物的存在时，由于高爆炸性物质的低扩散系数，接近度因素使用本发明与在机场使用的最昂贵的筛选技术一样灵敏或更灵敏。
具体地，对于空气中气体，扩散系数相对低，通常在6×10-6和1.5×10-5m2/sec之间。如果我们假定气体点源在r＝0的原点，下面三维扩散方程的解得出浓度C，作为时间t和距离r的函数，从原点开始：
其中D是扩散系数。
该方程的解为：
C(r，t)＝B(πDt)-3/2exp(-r2/4Dt)
常数B取决于在时间t＝0时释放的气体量，且对整个空间的积分C(r，t)与时间t无关，且仅为释放发分子数量B。该解是高斯函数(Gaussian)，其半宽随时间增加，为(2Dt)1/2。因此，如果释放十分之一摩尔的气体，相应于大气压下的约2.2升，或6×1022个分子，然后对于扩散系数D＝10-5m2/sec，在1小时内距源1米处的浓度为2.5％，但在2米处仅为0.23ppb。因此，使用分布的低成本传感器具有优势，即使灵敏性较依靠集中的单元差。该分析应用到静止空气就是存储区域，货运集装箱，密封的货运箱体，等等。在敞开的空气中，湍流和风是主要的扩散，湍流和风可以是有方向性的。然而，因为浓度将随距离源的距离快速降低(如果不是指数的，也至少为1/r2)，在接近度不仅构成较低的灵敏度时，该结论仍然成立。类似地，辐射标签可 直接隐藏在箱子或篓子的壁体内，使得传感器与潜在的源非常靠近，且因此增加灵敏度。
智能卡和远程诊断监视
按照本发明的示例性实施例，本发明可用于远程诊断监视。该应用的例子在图11的方框图中给出。如图11所示，远程个体专用监视网络1100包括一个或多个具有至少一个RF可寻址传感器1110的智能卡或标牌1103，无线传感器读取器1140，通信网络1180，和终端用户装置1182。
RF可寻址传感器1110可具有对于个体的、用于监视温度，化学成分，生物成分，或上述组合的传感器元件。
远程监视应用可具有居民的，工业的，商业的，安全或医学机构应用。在本发明实施例中，智能卡或标牌1103被固定到人(或动物)上，以便RF可寻址传感器的传感器元件邻近皮肤的表面。RF可寻址传感器1110可包括低功率传感器，从而监视某些条件或特征，如个体的生命功能。智能卡或标牌1103被放置在无线传感器读取器1140的读取范围内。
RF可寻址传感器1110的读取然后被远程激活。例如，在居民应用中，人(如病人)可经耦合到通信网络1180的终端用户装置连接到无线传感器装置(如，通过建立电话连接)，从而启动读取。可替换地，在医学机构应用中，保健提供商可经数据终端或电信装置连接到无线传感器装置。此外，医学机构可具有集中的监视系统1190，其自动启动为医学机构中被治疗病人的读取。
在启动读取后，无线传感器读取器1140从RF可寻址传感器1110获取传感器数据，并将信息发送到启动终端用户装置1182或集中的处理器1190。然后，传感器数据显示给请求方。可替换地，集中的处理器1190可创建与特定的病人或工人关联的所有接收的传感器数据的历史纪录。基于该历史数据和任何新近接收的传感器数据，集中的诊断处理器1190可运行不同的算法，从而检测病人状况的改变。然后集 中的诊断处理器1190可在检测到某些改变时警告适当的人员。
在商业或工业设置中，个体专用的监视网络1100可用于监视暴露至化学物质或环境条件的工人。在该实施例中，每个工人或工人的小群体具有智能卡或标牌1103，其包含一个或多个RF可寻址传感器1110。传感器1110传送数据至读取器140。该实施例可进一步在读取器或网络中包括地理定位处理，从而确定智能卡或标牌1103和/或读取器1140的位置。
冰箱内容物的远程监视
按照本发明示例性实施例，本发明也可用于器具如冰箱内容物的远程监视。该应用的例子在图12的方框图中给出。在该应用中，如图12所示，器具1201包括无线传感器读取器1240，其耦合到通信网络1280上。
用户放置一个或多个物品在具有RF可寻址传感器1210的器具1201中。例如，产品可具有包含在产品包装内的RF可寻址传感器1210。可替换地，用户可固定RF可寻址传感器1210至物品上，或可将RF可寻址传感器浸入或插入物品(如将传感器浸入到牛奶容器中)。
然后，用户可经终端用户装置1282远程启动位于器具1201内的RF可寻址传感器1210的读取。在读取完成后，无线传感器读取器1240发送数据至终端用户装置1282。读取可包括该器具内容物简单的货单。在可替换实施例中，读取也包括指示某些食品新鲜度的传感器数据。
例如，人员可远程启动他们的冰箱内容物的读取，从而准备购物清单或识别任何已经腐败的食品。
通过这里描述的RF可寻址传感器技术，任何器具可变成“智能的”且可连接到任意其它无线装置，如移动电话。进一步，通过组合本发明和即用即付(pay-as-you use)无线技术(如预付费无线业务)，许多类型的器具可连接至无线网络，因为该技术允许低成本操作并消除 月帐单。
食品检测
本发明也理想地适合于食品检测应用。图13A描绘了按照本发明示例性实施例的示例性实时食品检测应用的方框图。图13B描绘了基于网络的食品检测应用的框图。
图13A中，用户固定，浸入，或插入RF可寻址传感器1310于食品之上或之内。RF可寻址传感器1310包括用来检测某些化学成分的传感器元件。例如，用户可能对花生或其它食品过敏原过敏。用户可选择能够检测痕量花生存在的RF可寻址传感器1310。
然后用户用无线传感器读取器1340启动RF可寻址传感器1310的读取。RF可寻址传感器1310传送传感器数据至无线传感器读取器1340，该无线传感器读取器1340处理数据并显示数据或信息给用户。例如，读取器可显示指示项x(如花生)没有存在的信息。
图13B描绘用于监视食品安全的传感器网络1300。该类型的传感器网络可用在食品杂货店或食品贮藏地(如货栈)。在该应用中，RF可寻址传感器1310包括在每个食品1309的包装内。例如，每个肉食品包装将包括RF可寻址传感器1310。传感器网络1300包括集中的网络处理器1390，其用于监视食品的安全。集中的网络处理器1390具有用来周期地启动食品读取从而识别任何应除去项的逻辑。集中的网络处理器1390经通信网络耦合到一个或多个网络传感器读取器1340。
一个或多个无线传感器读取器1340可以是网络的永久部件。例如，超市可具有一个或多个无线传感器读取器1340，其覆盖肉类存放区和/或存放位置。此外，一个或多个无线传感器读取器1340可以是网络的临时部件。当个体携带能够读取超市中传感器的传感器读取器1340时就是这种情形。这为终端用户提供了在购买之前就确定食品质量的能力。
除了能够检查食品的化学质量，传感器也可提供来检测诸如E coli或Salmonella的细菌的存在。
药物相互作用
图14描绘按照本发明实施例用于识别处方药物之间潜在的相互作用的传感器网络的示例性应用。传感器网络1400包括一种或多种药物筒1404，无线传感器读取器1440，通信网络1480，和集中的处理器或服务器1490。每个药物筒1404包括标签1405，其具有RF可寻址传感器1410。集中的处理器1490包含显示当前登记给病人的药物的每个病人的记录。此外，集中的处理器1490包括列出已知的药物间相互作用的数据库。
使用该应用，用户(如，药剂师)为用户正服用的每种药物启动附着在筒1404上的RF可寻址传感器1410的读取。附着的RF可寻址传感器1410传送关于药物和药方(如类型，剂量，化学成分等)的细节给无线传感器读取器1440。然后无线传感器读取器1440将这些细节发送给集中的处理器1490。然后，集中的处理器1490在用户记录中登记药物并执行处理，从而识别与登记给用户的其它药物的任何潜在相互作用。如果识别到相互作用，集中的处理器1490将相互作用的细节发送给无线传感器读取器1440以便显示给用户(如药剂师)。
在可替换实施例中，无线传感器读取器1440可具有某些与集中的处理器1490相同的功能，从而识别潜在的药物相互作用。
远程感测
图15描绘按照本发明示例性实施例的用于远程感测有害条件的传感器网络1500的示例性应用的方框图。在许多情况下，存在监视有害条件存在的需要。然而，由于可能出现的有害条件的致命性，人类介入执行监视是不可能的。传感器网络1500提供用于远程访问传感器的能力，从而检测或提供对有害条件的持续的监视。
在该应用中，RF可寻址传感器1510被固定到具有这样内容物的包装或容器1509，该内容物具有潜在的危险属性(如有毒化学物质)。此外，RF可寻址传感器1510可安置在包装或容器1509存放的整个地 理区域内，该包装或容器中有具有潜在危险属性的内容物。然后无线传感器读取器1540可引进到该区域中。无线传感器读取器1540可以是网络永久元件(如定位在存放区域)或可以是临时的(如通过远程控制的装置带入)。然后用户或远程系统可经通信网络1580远程启动RF寻址传感器1510的读取。无线传感器读取器1540然后获取传感器数据并将该数据发送给用户或远程系统。以该方式，人员不必将他或她自身暴露于潜在危险条件中。
传感器网络1500也可以用于无危险条件的远程感测。在一个实施例中，RF可寻址传感器1510包括电热调节器。RF可寻址传感器1510可由低成本无线读取器1540远程查询。例如，RF可寻址传感器1510可附着到家中的管子上。不同位置的用户可用终端用户装置1582启动传感器1510的读取并获得温度数据。由于用户在远程存取数据，用户可从世界上任何地方检查他或她管子的状态。可替换地，如果达到某个预设的温度，读取器1540可被编程从而通知终端用户装置1582。通过将本发明与即用即付技术结合，提供该类远程传感器网络的成本得到降低。
图16描绘按照本发明示例性实施例在零售杂货店中传感器网络示例性应用。售货网络1600包括一个或多个具有RF可寻址传感器标签1610的物件，无线传感器读取器1640，通信网络1680，和远程网络服务器1690。
RF可寻址传感器标签1610可由制造商放置在易腐食品物件的包装中或其它食品物件的包装中。在一个实施例中，无线传感器读取器1640位于结帐台。在可替换实施例中，用户可具有无线传感器读取器1640。在另一个实施例中，读取器1640也可集成到消费者使用的购货车或另外的装置中。
当消费者进入结帐台时，执行位于他或她购货车中的RF可寻址传感器1610的读取。无线传感器读取器1640获得传感器数据和标签识别数据，并将该信息传送到服务器1690。服务器1690具有确定产品中成分和与特定物件关联的有效期的逻辑。服务器1690传送处理的 结果至无线传感器读取器1640以便显示给消费者。例如，如果任何物件已经过期或变坏，则读取器1640可显示警告。
如果消费者正在使用他或她自己的无线传感器读取器1640，用户可存储与个人特定过敏或其它医学条件相关的数据。在该实施例中，如果购货车中任何物件包含过敏原，如微量花生产品，则无线传感器读取器1640也可以显示警告。此外，无线传感器读取器1640可清点，计算，和显示购货车中物件的总收费。
校准感测
本发明也可用在校准应用中。例如，对于个人经历过敏和/或某些医学状况如哮喘方面的应用是有利的。在该应用中，当用户经历过敏反应或哮喘发作时，用户启动在该区域一个或多个RF可寻址传感器的读取。在一个实施例中，一个或多个RF可寻址传感器可以是智能卡或标牌的元件。然后无线传感器读取器可在条件出现时记录关于环境的数据。然后用户可在每次遭遇这类状况时重复该过程。以该方式，无线传感器读取器积累处理该状况以及以后检测个体特定化学物质等有价值的数据，这些个体特定化学物质可能会加剧这类状况或引起哮喘发作。更多传统传感器网络中校准感测的信息，可参看美国专利申请No.10/382606，其标题为“用于大面积监视恐怖分子或人身威胁的方法和设备”，该申请包括在此以供参考。
智能建筑和压力监视
按照本发明的示例性实施例，本发明也可以用于远程监视结构如建筑内的压力。该应用的例子在图17的方框图中给出。
监视网络1700包括一个或多个RF可寻址传感器1710和无线传感器读取器1740。传感器1710是在主结构(如建筑内)用来实时监视结构中的压力。在一个实施例中，传感器1710包括压力传感器元件。传感器1700可直接设置在结构梁内或建筑物支撑内。在一个实施例内，RF可寻址传感器1710也可包括用于综合远程监视建筑，桥梁， 住宅，隧道等移动，辐射，和/或化学物质的传感器元件。
一个或多个无线读取器1740可以是网络1700的永久专用部件。此外，一个或多个无线读取器1740可以是网络1700的临时部件。
3.结论
虽然本发明的不同实施例已经在上面描述，应该理解它们仅以例子的形式给出，而不用于限制。对本领域技术人员来说，显然可做出不偏离本发明的精神和范畴的形式和细节上不同的变化。因此，本发明的范围和范畴不受上述示例性实施例的任何限制，而是仅受权利要求和它们的等同物限制。
Claims (34)
1.一种无线传感器读取器，包括：
至少一个天线，其经配置以便与一个或更多个射频可寻址传感器通信；
控制器；
网络通信模块，其耦合到所述控制器，所述网络通信模块具有用于耦合到通信网络的接口；
逻辑模块，其耦合到所述控制器；和
用户接口，
其中所述逻辑模块包括用于在射频可寻址传感器的群体中使用读取协议分离射频可寻址传感器的射频标签处理器，以及用于从被分离的所述一个或更多个射频可寻址传感器接收传感器数据的传感器通信模块。
2.如权利要求1所述的无线传感器读取器，其中所述通信网络是无线通信网络。
3.如权利要求2所述的无线传感器读取器，其中所述至少一个天线经配置以便与所述通信网络通信。
4.如权利要求2所述的无线传感器读取器，进一步包括网络天线，其经配置以便与所述通信网络通信。
5.如权利要求1所述的无线传感器读取器，其中所述通信网络是公共数据网络。
6.如权利要求5所述的无线传感器读取器，其中所述用于耦合到通信网络的接口包括数据通信接口。
7.如权利要求1所述的无线传感器读取器，其中所述用户接口包括预配置按钮以便启动所述射频可寻址传感器的群体的读取。
8.如权利要求1所述的无线传感器读取器，其中所述逻辑模块进一步包括：
传感器处理器，其具有传感器数据处理逻辑。
9.如权利要求8所述的无线传感器读取器，其中所述逻辑模块进一步包括地理定位处理器。
10.如权利要求9所述的无线传感器读取器，其中所述地理定位处理器包括用于执行基于GPS的地理定位和基于非GPS的地理定位中的至少一个的逻辑。
11.如权利要求1所述的无线传感器读取器，进一步包括用于经所述通信网络接收传感器处理信息的装置。
12.如权利要求11所述的无线传感器读取器，其中所述传感器处理信息包括用于分析传感器数据的软件。
13.如权利要求1所述的无线传感器读取器，其中所述控制器、网络通信模块、和用户接口是在无线通信装置中实现的。
14.如权利要求13所述的无线传感器读取器，其中所述逻辑模块是在无线通信装置中实现的。
15.如权利要求14所述的无线传感器读取器，其中所述至少一个能够与所述一个或更多个射频可寻址传感器通信的天线被耦合到所述无线通信装置。
16.如权利要求14所述的无线传感器读取器，其中所述无线通信装置包括可编程处理器。
17.如权利要求16所述的无线传感器读取器，其中所述逻辑模块是存储在可编程处理器中的软件。
18.如权利要求17所述的无线传感器读取器，其中所述软件经数据接口下载到可编程处理器中。
19.如权利要求18所述的无线传感器读取器，其中所述数据接口是红外接口。
20.如权利要求18所述的无线传感器读取器，其中所述数据接口是空中接口。
21.如权利要求13所述的无线传感器读取器，其中所述无线通信装置包括数据接口。
22.如权利要求21所述的无线传感器读取器，其中所述逻辑模块在所述无线通信装置的外部并经数据接口耦合到所述无线通信装置。
23.如权利要求21所述的无线传感器读取器，其中所述数据接口是红外接口。
24.如权利要求22所述的无线传感器读取器，其中所述至少一个能够与所述一个或更多个射频可寻址传感器通信的天线被耦合到所述逻辑模块。
25.如权利要求16所述的无线传感器读取器，其中所述通信装置包括数据接口。
26.如权利要求25所述的无线传感器读取器，其中所述逻辑模块在所述无线通信装置的外部并经数据接口耦合到所述无线通信装置。
27.一种射频可寻址传感器网络，包括：
一个或更多个射频可寻址传感器；
一个或更多个无线传感器读取器，其被耦合到通信网络；和
一个或更多个终端用户装置，其被耦合到所述通信网络；
其中所述一个或更多个无线传感器读取器与所述一个或更多个射频可寻址传感器通信，从而获取传感器数据以便经所述通信网络传输，并且其中无线传感器读取器包括：
至少一个天线，被配置来与一个或更多个射频可寻址传感器通信；
控制器；
耦合到所述控制器的网络通信模块，所述网络通信模块具有用于耦合到通信网络的接口；
耦合到所述控制器的逻辑模块；以及
用户接口，
其中所述逻辑模块包括用于在射频可寻址传感器的群体中使用读取协议分离射频可寻址传感器的射频标签处理器，以及用于从被分离的所述一个或更多个射频可寻址传感器接收传感器数据的传感器通信模块。
28.如权利要求27所述的射频可寻址传感器网络，其中所述通信网络包括无线通信网络，而所述一个或更多个无线传感器读取器中的至少一个包括无线通信装置。
29.如权利要求27所述的射频可寻址传感器网络，其中所述通信网络是数据网络。
30.如权利要求29所述的射频可寻址传感器网络，其中所述通信网络进一步包括耦合到所述数据网络的无线通信网络。
31.如权利要求29所述的射频可寻址传感器网络，其中所述通信网络是因特网。
32.如权利要求27所述的射频可寻址传感器网络，进一步包括耦合到所述通信网络的传感器网络处理器。
33.如权利要求32所述的射频可寻址传感器网络，其中所述传感器网络处理器包括地理定位处理器和传感器数据处理器。
34.如权利要求33所述的射频可寻址传感器网络，其中所述地理定位处理器包括用于执行基于GPS的地理定位和基于非GPS的地理定位的逻辑。
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