ES2978210T3 - Sincronización en una red de sensores - Google Patents

Abstract

Un nodo sensor (20, 30, 40) según la invención para una red de sensores (100) comprende al menos un sensor, al menos una unidad receptora de nodo (21, 31, 41), un contador de tiempo de nodo (22, 32, 42) y al menos una unidad transmisora de nodo (24, 34, 44). Una estación base (10) según la invención para una red de sensores (100) comprende al menos un transmisor base (11) para transmitir de forma inalámbrica señales de sincronización (S), un reloj de referencia (13) y al menos una unidad receptora base (14a, 14b). El contador de tiempo de nodo (22, 32, 42) se reinicia al recibir una señal de sincronización. Las señales de medición enviadas por el nodo sensor o recibidas por la estación base comprenden cada una al menos un valor de medición registrado con un valor de contador asociado del contador de tiempo de nodo (22, 32, 42) que está vigente en el momento de la grabación. A partir de esto, la estación base determina un tiempo de adquisición correspondiente de los valores medidos en relación con el reloj de referencia (13). También se divulgan una red de sensores (100), un método para el marcado de tiempo y un método para sincronizar nodos de sensores de una red de sensores (100). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sincronización en una red de sensores

La presente invención se refiere a un nodo de sensor y a una estación base en cada caso para una red de sensores. Además, la invención se refiere a una red de sensores, a un procedimiento para poner una marca de tiempo en datos de medición registrados por un nodo de sensor en una red de sensores así como a un procedimiento para sincronizar nodos de una red de sensores.

Las redes de sensores se utilizan a menudo para registrar, transmitir y evaluar de forma centralizada variables físicas tal como temperatura, presión del aire, luminosidad, presión o vibración en distintas posiciones mediante sensores. Los valores medidos en cada caso se transmiten por cable o de manera inalámbrica al menos a una estación base respectiva.

Las redes de sensores inalámbricas (en las que nodos de sensor y al menos una estación base pueden comunicarse entre sí de manera inalámbrica) son a este respecto ventajosas en particular en los viajes espaciales debido a su flexibilidad y movilidad en la instalación, así como a la eliminación de cableado y, por tanto, de masa.

El momento de detección respectivo es importante para la evaluación de los datos recogidos. Los nodos de sensor individuales tienen para ello en cada caso un reloj propio, con el que se dotan de una marca de tiempo los valores de medición. Los diferentes relojes se diferencian en sus propiedades físicas (dependencia de la temperatura, etc.) y adicionalmente están expuestos a diferentes condiciones ambientales que afectan el comportamiento de vibración de los osciladores contenidos en los relojes. Por ello, una sincronización es necesaria para que los tiempos proporcionados por los distintos relojes sean comparables. Se conocen distintos modos de proceder y protocolos para su aplicación en redes cableadas, por un lado, y en redes inalámbricas, por otro. A diferencia de las redes cableadas, en las redes de sensores inalámbricas la sincronización es problemática, debido, por ejemplo, al suministro de energía normalmente limitado de los nodos de sensor.

En el artículo "Time Synchronization/ Stamping Method with Visible Light Communication and Energy Harvesting Method for Wireless Sensor Network inside Ariane 5 Vehicle Equipment Bay" de H. Kesumaet al.(publicado en: Proc. 'DASIA 2016', DAta Systems in Aerospace, Tallin, Estonia, 10-12 de mayo de 2016) se divulga un procedimiento para poner marcas de tiempo, según el cual no todos los valores de medición reciben una marca de tiempo, sino solo información sobre una secuencia de medición e información de tiempo anterior junto con los respectivos valores de medición y la información de protocolo asociada se transmite desde los nodos a una estación base.

En la publicación "Pull-Based Modeling and Algorithms for Real-Time Provision of High-Frequency Sensor Data from Sensor Observation Services" de H. Liet al.(publicada en ISPRS Int. J. Geo-Inf. 2016, 5, 51) se aborda el problema de que el método basado en extracción ampliamente utilizado para la adquisición de datos de sensores de alta frecuencia en tiempo real no se puede implementar de manera eficiente. Para ello, se presenta un modelo de problema de datos y se compara un algoritmo de filtro de Kalman recursivo y algoritmos lineales autoadaptativos con una estrategia estática que requiere intervalos de tiempo sin cambios.

Más información sobre el estado de la técnica se conoce por el libro de texto "Fundamentals of Wireless Sensor Networks: Theory and Practice" (W. Dargie, Chr. Poellabauer, primera edición, 2010 John Wiley & Sons Ltd.).

Otro estado de la técnica son las publicaciones WO 2018/013569 A1 (MC10 INC [US]) del 18 de enero de 2018 (18/01/2018) y US 8050881 B1 (YEUNG KING-WAH WALTER [US] ET AL) del 1 de noviembre de 2011 (01/11/2011), los cuales divulgan los preámbulos de las reivindicaciones independientes.

Hay muchos factores que causan problemas dinámicos al implementar marcas de tiempo tradicionales en tiempo real. En particular, el intervalo de tiempo entre dos observaciones de los datos de medición difícilmente puede mantenerse constante por varios motivos, por ejemplo como resultado de que las condiciones ambientales cambian con el tiempo. Otra dificultad son los ajustes dinámicos a la frecuencia de muestreo del sensor: Algunos sensores inteligentes pueden cambiar automáticamente su frecuencia de muestreo dependiendo de distintas condiciones.

Las soluciones conocidas convencionalmente para abordar estos problemas requieren un importante esfuerzo de software y hardware. Para proporcionar marcas de tiempo en los datos de medición con la precisión requerida, también se requiere una alta potencia de cálculo.

La presente invención se basa en el objetivo de proporcionar un nodo de sensor y una estación base en cada caso para una red de sensores, asimismo una red de sensores, un procedimiento para poner marcas de tiempo y un procedimiento para sincronizar nodos de una red de sensores, que permiten en cada caso un registro eficiente de datos de medición con poca energía y esfuerzo de proceso, así como su asignación temporal y espacial precisa.

El objetivo se consigue mediante un nodo de sensor de acuerdo con la reivindicación 1, una estación base de acuerdo con la reivindicación 3, una red de sensores de acuerdo con la reivindicación 5, un procedimiento para poner maracas de tiempo de acuerdo con la reivindicación 7 y un procedimiento para sincronizar nodos de una red de sensores de acuerdo con la reivindicación 8. En las reivindicaciones dependientes, en la descripción y en la figura se describen formas de realización ventajosas.

Un nodo de sensor de acuerdo con la invención puede utilizarse en una red de sensores o ya puede formar parte de una red de sensores. Comprende al menos un sensor para medir una magnitud de medición respectiva, tal como por ejemplo una temperatura y/o humedad ambiente, una presión ambiente, una luminosidad ambiente, una tensión, una vibración o una aceleración.

Además, un nodo de sensor de acuerdo con la invención comprende un contador de tiempo (preferentemente digital), es decir, un componente que está configurado para contar intervalos de tiempo uniformes. Por último, un nodo de sensor de acuerdo con la invención comprende al menos una unidad de recepción para recibir señales transmitidas de manera inalámbrica y una unidad de emisión.

Para una mejor diferenciación, el contador de tiempo que pertenece al nodo de sensor se denominará en adelante "contador de tiempo de nodo", la unidad de recepción del nodo de sensor "unidad de recepción de nodo" y la unidad de emisión del nodo de sensor "unidad de emisión de nodo".

El nodo de sensor está configurado para registrar sucesivamente señales transmitidas de manera inalámbrica una tras otra por medio de la unidad de recepción de nodo. Siempre que una señal de este tipo contiene información predeterminada, el contador de tiempo de nodo se reinicia a partir de un valor inicial predeterminado (en particular un valor cero). Como se explicará más adelante, estas señales sirven para sincronizar el nodo de sensor con una estación base y/u otros nodos de una red de sensores. Por este motivo, las señales mencionadas se denominan en adelante "señales de sincronización".

El nodo de sensor está configurado además para registrar valores de medición respectivos por medio de su al menos un sensor. Estos pueden entonces enviarse en cada caso junto con un valor de contador asociado del contador de tiempo de nodo que es actual en el momento del registro como señales de medición respectivas por medio de al menos la unidad de envío de nodo:

Por lo tanto, el nodo de sensor está configurado para transmitir los valores de medición registrados en cada caso y los tiempos de medición asociados (en forma del valor de contador actual respectivo) a otra unidad, en particular a otro nodo y/o a una estación base de la red de sensores. Preferentemente, las señales de medición comprenden a este respecto además en cada caso una marca de identificación del nodo de sensor.

Según la invención, al menos una unidad de emisión de nodo está configurada para enviar señales de manera inalámbrica. De acuerdo con la invención, comprende un emisor de alta frecuencia (por ejemplo, un emisor de banda estrecha o de banda ultraancha) y/o un emisor de infrarrojos. Un primer procedimiento de acuerdo con la invención sirve para poner una marca de tiempo en datos de medición registrados en una red de sensores. Comprende recibir una señal de sincronización (es decir, una señal con la información predeterminada correspondiente) por un nodo de sensor de la red de sensores (en particular por medio de una unidad de recepción de nodo del nodo de sensor). En respuesta a la señal de sincronización recibida se reinicia entonces un contador de tiempo de nodo (preferentemente digital) del nodo de sensor desde un valor inicial predeterminado (en particular desde cero).

El procedimiento comprende además registrar al menos un valor de medición mediante al menos un sensor del nodo de sensor y transmitir una señal de medición a través del nodo de sensor. La señal de medición comprende al menos un valor de medición registrado y un valor de contador del contador de tiempo de nodo (recién iniciado) actual en el momento del registro; de acuerdo con formas de realización ventajosas, la señal de medición comprende además una marca de identificación del nodo de sensor.

En particular, un procedimiento de acuerdo con la invención sirve para poner una marca de tiempo en datos de medición que registra un sensor de un nodo de sensor de acuerdo con la invención en una red de sensores, y este procedimiento puede realizarse por un nodo de sensor de acuerdo con la invención.

La activación de un reinicio del contador de tiempo de nodo por medio de una señal de sincronización permite (en el caso de un nodo de sensor de acuerdo con la invención así como un procedimiento de acuerdo con la invención para poner marcas de tiempo) por un lado el ajuste dirigido del contador de tiempo de nodo a su valor inicial (por ejemplo, el valor cero) y, por tanto, una sincronización que puede activarse mediante un componente iniciador de la señal de sincronización (tal como por ejemplo una estación base de la red de sensores). Además, el reinicio hace que el valor del contador contenido en cada caso en una señal de medición, que pertenece al al menos un valor de medición registrado corresponda en cada caso como máximo al período de tiempo entre dos señales de sincronización de este tipo. Por lo tanto, cualquier desviación entre el contador de tiempo de nodo del nodo de sensor y un contador de tiempo del componente iniciador (por ejemplo, una estación base) basada en diferentes requisitos y/o condiciones ambientales solo puede acumularse durante el intervalo mencionado entre dos señales de sincronización. Con una transmisión suficientemente frecuente de señales de sincronización, el error puede mantenerse tan pequeño que permanezca por debajo de un umbral requerido.

Debido a que un nodo de sensor de acuerdo con la invención o un nodo de sensor utilizado en un procedimiento de acuerdo con la invención para poner marcas de tiempo puede prescindir de un reloj de software o hardware local y puede usar únicamente un contador de tiempo de nodo (digital) sencillo para sincronizar o poner marcas de tiempo, el nodo de sensor tiene requisitos informáticos reducidos y, por lo tanto, puede fabricarse de forma robusta con poco esfuerzo. Además, la información de sincronización puede implementarse como formatos sencillos tal como señales de tiempo periódicas.

De acuerdo con formas de realización de un nodo de sensor de acuerdo con la invención o un procedimiento de acuerdo con la invención para poner marcas de tiempo, la unidad de recepción de nodo del nodo de sensor comprende al menos un elemento fotoeléctrico, tal como en particular un fototransistor y/o un fotodiodo. En este caso, las señales de sincronización son en cada caso señales luminosas. Una señal luminosa de este tipo puede comprender impulsos ópticos, tal como en particular impulsos de luz infrarroja y/o impulsos de luz visible.

En tales formas de realización, la sincronización por medio de un elemento fotoeléctrico permite prescindir ventajosamente de un circuito de hardware complejo para recibir una señal de sincronización.

Dado que la unidad de emisión de nodo de acuerdo con la invención comprende, como se ha mencionado anteriormente, un emisor de alta frecuencia y/o un emisor de infrarrojos, en el caso de señales de sincronización en forma de patrones de impulsos de luz visible pueden evitarse interferencias, ya que la al menos una unidad de emisión de nodo utiliza entonces otros canales de transmisión (alta frecuencia, por ejemplo bandas de frecuencia ultraanchas o infrarrojos) como emisor de comunicación luminosa, de los que salen las señales de sincronización.

De acuerdo con formas de realización ventajosas, un nodo de sensor de acuerdo con la invención o un nodo de sensor utilizado en un procedimiento de acuerdo con la invención para poner marcas de tiempo comprende al menos una célula solar que convierte la luz incidente en energía y la suministra al nodo de sensor. El procedimiento para poner marcas de tiempo comprende entonces preferentemente iluminar la al menos una célula solar. En formas de realización correspondientes en las que, como se ha mencionado, las señales de sincronización se reciben en forma de señales luminosas, el procedimiento puede comprender en particular iluminar (también) la célula solar y así suministrar energía al nodo de sensor con luz combinado con la transmisión de la señales de sincronización.

Una célula solar de este tipo puede estar diseñada como componente adicional del nodo de sensor. En variantes de realización en las que la al menos una unidad de recepción de nodo comprende al menos un elemento fotoeléctrico, éste puede diseñarse o utilizarse en sí también como célula solar para el suministro de energía (de manera alternativa o complementaria a una célula solar separada).

Las señales de medición con los valores de contador contenidos (y con ello los tiempos de medición) permiten que una unidad de recepción adecuada asigne tiempos de registro respectivos a los valores de medición con respecto a un tiempo de referencia de la unidad de recepción. En particular, una estación base de acuerdo con la invención es capaz de:

Una estación base de acuerdo con la invención sirve para controlar o coordinar uno o varios nodos de sensor en una red de sensores. Comprende al menos un emisor para enviar de manera inalámbrica señales de sincronización, un reloj de referencia y al menos una unidad de recepción para recibir señales de medición.

Para una mejor diferenciación, el al menos un emisor de la estación base mencionado se denominará en adelante "emisor base" y la al menos una unidad de recepción de la estación base "unidad de recepción base".

La estación base está configurada para enviar señales de sincronización por medio del al menos un emisor base. La estación base está configurada además para recibir señales de medición por medio de su al menos una unidad de recepción base, que comprenden en cada caso al menos un valor de medición registrado así como un valor de contador asociado (en la señal de medición, es decir, vinculado con al menos un valor de medición). La estación base puede determinar un tiempo de registro respectivo (es decir, un tiempo en el que se registró el al menos un valor de medición) con respecto a un tiempo de reloj de referencia a partir de señales de medición recibidas de esta manera (en particular, los tiempos de contador recibidos) así como de un tiempo de sincronización respectivo con respecto al reloj de referencia (es decir, un tiempo de reloj de referencia en el que la señal de sincronización en la que se basa la señal de medición fue transmitida por el emisor de base).

Opcionalmente, una estación base de acuerdo con la invención puede comprender, además del reloj de referencia, al menos un contador de tiempo (preferentemente digital) (es decir, un componente que está configurado para contar intervalos de tiempo regulares); un contador de tiempo de este tipo se denominará en adelante "contador de tiempo base" para que sea más fácil distinguirlo de los contadores de tiempo de nodo. En tales formas de realización, la estación base está configurada preferentemente para reiniciar el contador de tiempo base desde un valor inicial predeterminado en cada caso (en particular desde el valor cero) al enviar las señales de sincronización. Un contador de tiempo base de este tipo puede usarse entonces por la estación base, en particular como generador de sincronismo, para activar las señales de sincronización y/o para calcular un tiempo de sincronización anterior con respecto al reloj de referencia a partir de un tiempo de referencia actual en cada caso. En el último caso, no es necesario almacenar el tiempo de sincronización respectivo (el tiempo de referencia en una operación de sincronización), lo que puede significar un esfuerzo reducido por parte de la estación base.

Preferentemente la determinación del tiempo de registro tiene lugar en cada caso teniendo en cuenta un tiempo de transmisión respectivo de las señales de sincronización y/u otros retrasos técnicamente relacionados (tal como por ejemplo un retraso por parte de un nodo de sensor entre la recepción de una señal de sincronización y un reinicio de un contador de tiempo de nodo asociado). Estos tiempos pueden almacenarse como datos de componentes y/o valores empíricos y ser utilizados por la estación base en la determinación.

La estación base de acuerdo con la invención comprende el emisor base, un emisor de comunicación luminosa para emitir señales luminosas. Las señales de sincronización son entonces en cada caso preferentemente señales luminosas; estas pueden encontrarse en el intervalo de frecuencia visible y/o no visible, en particular pueden comprender señales infrarrojas.

Un emisor de comunicación luminosa de este tipo puede estar dispuesto directamente en una unidad de control electrónica de la estación base o conectado a ésta mediante un cable. Esta última variante es especialmente ventajosa cuando la estación base comprende varios emisores de comunicación luminosa, ya que, por un lado, reciben señales de la estación base de forma segura y sin interferencias y, por otro lado, pueden estar separados entre sí y dispuestos de acuerdo con constelaciones espaciales respectivas, en particular de tal modo que su luz se dirige a los nodos de sensor respectivos de la red de sensores.

Una sincronización por medio de señales luminosas permite a este respecto además sincronizar simultáneamente distintos tipos de nodos de sensor mediante una estación base de acuerdo con la invención, por ejemplo de al menos un nodo de sensor con un emisor de alta frecuencia, al menos un nodo de sensor con un emisor de infrarrojos y/o al menos un nodo de sensor que está configurado para enviar señales de medición por cable a la estación base.

De acuerdo con la invención, la estación base comprende un receptor de señales de alta frecuencia como al menos una unidad de recepción base y/o un receptor de señales infrarrojas como al menos una unidad de recepción base. En particular, en formas de realización en las que las señales de sincronización comprenden patrones de impulsos de luz visible, se evitan interferencias porque el emisor, desde el que la al menos una unidad de recepción base puede recibir datos, utiliza entonces canales de transmisión diferentes a los del emisor de comunicación luminosa.

Una red de sensores de acuerdo con la invención sirve para registrar datos de medición. Comprende al menos una estación base de acuerdo con una forma de realización de la presente invención así como al menos un nodo de sensor de acuerdo con la invención de acuerdo con una forma de realización. La al menos una estación base y el al menos un nodo de sensor están ajustados a este respecto adaptados (en cuanto a sus propiedades de emisión y recepción) entres í de modo que la unidad de recepción de nodo del al menos un nodo de sensor puede recibir (o recibe) señales de sincronización emitidas por el emisor base de la estación base (directamente o usando reflexión) así como que la unidad de recepción base de la estación base puede recibir (o recibe) señales de medición cuando se envían por al menos una unidad de emisión de nodo de al menos al menos uno de los nodos de sensor.

La red de sensores puede comprender al menos un medio de reflexión, tal como por ejemplo un espejo y/o una lámina reflectante (por ejemplo, una lámina aislante multicapa (MLI)), que está configurada para reflejar señales de sincronización emitidas por el emisor de comunicación luminosa al elemento fotoeléctrico y/o una célula solar comprendida adicionalmente dado el caso: El retraso de la señal que se produce con una reflexión de este tipo es despreciable debido a las cortas distancias que se pueden alcanzar.

En una red de sensores de acuerdo con la invención, el emisor base comprende un emisor de comunicación luminosa y una unidad de recepción de nodo de al menos uno de los nodos de sensor comprende un elemento fotoeléctrico. Preferentemente, el al menos un nodo de sensor comprende además al menos una célula solar. El emisor de comunicación luminosa está configurado entonces preferentemente para iluminar la al menos una célula solar del al menos un nodo de sensor. De este modo, el emisor de comunicación luminosa puede suministrar energía adicional al al menos un nodo de sensor.

Una red de sensores de acuerdo con la invención puede comprender en particular varios nodos de sensor con diferentes tipos de unidades de emisión de nodo. Por ejemplo, una red de sensores de acuerdo con la invención puede comprender al menos un nodo de sensor, cuya unidad de emisión de nodo comprende un emisor de alta frecuencia, y al menos un nodo de sensor cuya unidad de emisión de nodo comprende un emisor de infrarrojos. De este modo, ambos tipos de nodos de sensor pueden sincronizarse simultáneamente y únicamente con componentes de baja complejidad y bajo consumo de energía.

Un (segundo) procedimiento de acuerdo con la invención sirve para sincronizar nodos de sensor de una red de sensores. Comprende transmitir una señal de sincronización a través de una estación base de la red de sensores a al menos un nodo de sensor de la red de sensores. El procedimiento comprende además llevar a cabo un procedimiento de acuerdo con la invención para poner marcas de tiempo de acuerdo con una forma de realización de la presente invención mediante el al menos un nodo de sensor. La señal de medición transmitida a este respecto (con el al menos un valor de medición así como el valor de contador actual del contador de tiempo de sensor del nodo de sensor en el momento de su registro) se recibe por la estación base. A partir de esto y de un tiempo de sincronización respectivo con respecto al reloj de referencia se determina un tiempo de registro en el que se registró el al menos un valor de medición contenido en la señal de medición con respecto a un reloj de referencia de la estación base. El tiempo de sincronización con respecto al reloj de referencia puede ser predeterminado (de modo que tiene lugar la emisión de las señales de sincronización en estos tiempos predeterminados), almacenarse en cada caso al enviarse las señales de sincronización o, como se mencionó anteriormente, determinarse por medio de un contador de tiempo base opcionalmente presente; en el último caso, el procedimiento comprende preferentemente reiniciar el contador de tiempo base desde un valor inicial predeterminado cuando se transmite la señal de sincronización.

Preferentemente la determinación del tiempo de detección tiene lugar teniendo en cuenta retrasos provocados técnicamente, como en particular un tiempo de tránsito de señal y el tiempo de procesamiento de la señal de sincronización.

El procedimiento de sincronización puede realizarse en particular mediante una red de sensores de acuerdo con la invención de acuerdo con una de las formas de realización divulgadas en este documento.

De acuerdo con la invención, la señal de sincronización se transmite a la estación base en forma de una señal luminosa y a través de un emisor de comunicación luminosa y se recibe por al menos un elemento fotoeléctrico del al menos un nodo de sensor. El nodo de sensor puede comprender además al menos una célula solar para su suministro de energía, y el procedimiento puede comprender entonces iluminar la célula solar mediante el emisor de comunicación luminosa.

De acuerdo con la invención, la señal de medición respectiva se transmite por el/los nodos de sensor en forma de señales de alta frecuencia y/o infrarrojas. En particular, una red de sensores de acuerdo con la invención y un procedimiento de sincronización de acuerdo con la invención son, por tanto, especialmente adecuados para su uso en un ingenio espacial: De acuerdo con ejemplos de realización especiales de la presente invención se instala una red de sensores de acuerdo con la invención en un ingenio espacial o se realiza un procedimiento de acuerdo con la invención para sincronizar nodos de sensor de una red de sensores en un ingenio espacial. El ingenio espacial puede ser en cada caso en particular un cohete, en particular el nivel superior de un cohete de varios niveles.

A continuación se explican con más detalle ejemplos de realización preferidos de la invención mediante un dibujo. Se entiende que elementos y componentes individuales también pueden combinarse de manera diferente a la representada.

Muestra esquemáticamente:

la figura 1:una forma de realización a modo de ejemplo de una red de sensores de acuerdo con la invención.

En la figura 1 se representa esquemáticamente un ejemplo de realización de una red de sensores 100 de acuerdo con la invención. La red de sensores 100 comprende una estación base 10 de acuerdo con la invención, tres nodos de sensor 20, 30, 40 de acuerdo con la invención y dos medios de reflexión 50.

La estación base 10 de acuerdo con la invención comprende un emisor base 11 para enviar de manera inalámbrica señales de sincronización S, por ejemplo en una secuencia regular (para sincronizar los nodos de sensor a intervalos de tiempo regulares) o activadas en cada caso por un evento predeterminado. El emisor base 11 está diseñado preferentemente como emisor de comunicación luminosa. La luz que emite, en particular las señales de sincronización S, se encuentra/encuentran a este respecto preferentemente en el espectro de frecuencia visible.

En el presente caso, el emisor base 11 está conectado a través de un cable 15 con una unidad de control electrónica 16 de la estación base. La conexión por cable de la electrónica de control 16 y el emisor base 11 permite, por un lado, una comunicación sencilla entre los dos elementos (sin perturbar otros canales) y, por otro lado, permite que el emisor base 11 esté dispuesto adecuadamente con respecto a los nodos de sensor de acuerdo con las respectivas condiciones espaciales, de modo que su luz alcanza los nodos de sensor 20, 30, 40 (o su al menos una unidad de recepción de nodo 21, 31, 41 y/o al menos una célula solar 23, 33, 43) en cada caso directamente o después de la reflexión sobre al menos uno de los medios de reflexión 50. A este respecto, la unidad electrónica de control 16 puede colocarse en otro lugar adecuado. En particular, la unidad electrónica de control puede estar conectada con emisores base (no representados) adicionales, que alcanzan, por ejemplo, a otros nodos de sensor respectivos (no mostrados) con su luz en otra posición. Además, la conexión por cable de la electrónica de control 16 y del emisor base 11 por medio del cable 15 permite que la electrónica de control 16 alimente energía eléctrica al emisor base 11.

La estación base 10 presenta además un reloj de referencia 13, que mide un tiempo de referencia continuo para la red de sensores 100.

Además, la estación base 10 en el ejemplo mostrado comprende un contador de tiempo base 12, que en el presente caso está dispuesto en el emisor base 11. El contador de tiempo base puede actuar a este respecto como generador de sincronismo para enviar las señales de sincronización a través del emisor base 11. La estación base 10 está configurada preferentemente para reiniciar el contador de tiempo base 12 en cada caso desde un valor inicial predeterminado enviando señales de sincronización S a los nodos de sensor 20, 30, 40.

El tiempo de sincronización con respecto al reloj de referencia puede almacenarse en cada caso al enviarse una señal de sincronización; en formas de realización alternativas, las señales de sincronización pueden enviarse en tiempos de referencia predeterminados (almacenados); para determinar el tiempo de registro, la estación base 10 puede leer entonces el tiempo de sincronización a partir de una memoria asociada. Alternativamente, la estación base puede configurarse para calcular el tiempo de sincronización en cada caso a partir de un tiempo actual del reloj de referencia y un valor de contador actual del contador de tiempo base.

Además, la estación base 10 comprende en el presente caso dos unidades de recepción base 14a, 14b, con las que la estación base puede recibir señales inalámbricas, en particular señales de medición enviadas de manera inalámbrica desde los nodos de sensor 20, 30, 40.

En el presente caso, a este respecto, la unidad de recepción base 14a está diseñada como receptor de infrarrojos, que puede recibir en particular señales correspondientes desde la unidad de emisión de nodo 24 diseñada como emisor de infrarrojos del nodo de sensor 20 (y transmitirlas a la unidad de control electrónica 16). En el ejemplo de realización representado, la unidad de recepción base 14b es un receptor de banda ultraancha, por medio del cual la estación base 10 puede recibir en particular señales de radio correspondientes de unidades de emisión de nodo 34, 44 diseñadas como emisores de banda ultraancha de los nodos de sensor 30, 40. Las diferentes vías de transmisión de las señales se representan esquemáticamente en la figura en cada caso mediante las flechas correspondientes.

Los nodos de sensor 20, 30, 40 de acuerdo con la invención comprenden en cada caso al menos un sensor (no representado en la figura) para medir una magnitud de medición respectiva tal como por ejemplo una temperatura y/o humedad ambiente, una presión ambiente, una luminosidad ambiente, una tensión, una vibración o una aceleración.

Además, los nodos de sensor 20, 30, 40 presentan en cada caso una unidad de recepción de nodo 21, 31, 41 para recibir señales de sincronización S transmitidas de manera inalámbrica. En el ejemplo de realización representado en el presente caso, las unidades de recepción de nodo 21, 31, 41 comprenden en cada caso al menos un elemento fotoeléctrico (por ejemplo al menos un fotodiodo y/o al menos un fototransistor), de modo que pueden recibir las señales de sincronización S como señales luminosas transmitidas por el emisor base 11 diseñado como emisor de comunicación luminosa.

Los nodos de sensor 20, 30, 40 comprenden asimismo contadores de tiempo de nodo 22, 32, 42 respectivos. Cuando se recibe una señal de sincronización S desde el nodo de sensor respectivo (o su unidad de recepción de nodo 21, 31, 41), los contadores de tiempo de nodo se reinician en cada caso desde un valor inicial predeterminado.

Para su suministro de energía, los nodos de sensor 20, 30, 40 comprenden además en cada caso al menos una célula solar 23, 33, 43, que también puede iluminarse mediante luz emitida por el emisor base 11 y que luego convierte la luz en energía eléctrica.

Por último, los nodos de sensor 20, 30, 40 comprenden en cada caso una unidad de emisión de nodo 24, 34, 44, por medio de la cual pueden enviar señales de medición respectivas a una unidad de recepción base 14a, 14b correspondiente. En el presente ejemplo de realización, la unidad de emisión de nodo 24 del nodo de sensor 20 está diseñada como emisor de infrarrojos, que puede enviar correspondientemente señales de infrarrojos a la unidad de recepción base 14a diseñada como receptor de infrarrojos. Las unidades de emisión de nodo 34, 44 de los nodos de sensor 30, 40 están diseñadas en el presente caso como emisores de banda ultraancha. Sus señales pueden ser recibidas por la estación base 10 a través de su unidad de recepción base 14b diseñada como receptor de banda ultraancha.

De acuerdo con la invención, las señales de medición enviadas por los nodos de sensor 20, 30, 40 comprenden en cada caso al menos un valor de medición registrado por el al menos un sensor del nodo de sensor con un valor de contador asociado del contador de tiempo de nodo 22, 32, 42 del nodo de sensor respectivo, actual en el momento del registro del valor de medición. Es decir, el valor de contador indica en cada caso el tiempo de medición local con respecto al contador de tiempo de nodo 22, 32, 42 (es decir, en cada caso desde la última sincronización) en el que se registró el valor de medición respectivo.

Dado que el valor de contador del contador de tiempo de nodo 22, 32, 42 contenido en la señal de medición indica un tiempo de registro contado a partir de la última sincronización para el valor de medición asociado, la estación base 10 puede determinar el tiempo de registro del al menos un valor de medición con respecto al tiempo del reloj de referencia 13 a partir de un tiempo de referencia de la última sincronización (es decir, un tiempo de sincronización con respecto al reloj de referencia) y el tiempo de contador del contador de tiempo de nodo obtenido con la señal de medición. Preferentemente a este respecto se tienen en cuenta adicionalmente posibles retrasos técnicos, tal como en particular un tiempo de transmisión y un tiempo de procesamiento de la señal de sincronización S en los nodos de sensor 20, 30, 40.

En particular, la estación base 10 puede así determinar en cada caso un tiempo de registro con respecto a un tiempo del reloj de referencia 13 para los valores de medición recibidos. Dado que el reloj de referencia mide un tiempo de referencia (global) a través de la red de sensores, la red de sensores 100 puede funcionar sincronizada con el mismo.

Un nodo de sensor 20, 30, 40 de acuerdo con la invención para una red de sensores 100 comprende al menos un sensor, al menos una unidad de recepción de nodo 21, 31,41, un contador de tiempo de nodo 22, 32, 42 y al menos una unidad de emisión de nodo 24, 34, 44. Una estación base 10 de acuerdo con la invención para una red de sensores 100 comprende al menos un emisor base 11 para transmitir de manera inalámbrica señales de sincronización S, un reloj de referencia 13 así como al menos una unidad de recepción base 14a, 14b. El contador de tiempo de nodo 22, 32, 42 se reinicia en cada caso al recibir una señal de sincronización. Señales de medición enviadas por el nodo de sensor o recibidas por la estación base comprenden en cada caso al menos un valor de medición registrado con un contador de tiempo de nodo 22, 32, 42 asociado, actual en el momento del registro. A partir de esto, la estación base determina un tiempo de registro respectivo de los valores de medición con respecto al reloj de referencia 13.

Se divulgan asimismo una red de sensores 100, un procedimiento para poner marcas de tiempo y un procedimiento para sincronizar nodos de sensor de una red de sensores 100.

Referencias

10 estación base

11 emisor base

12 contador de tiempo base

13 reloj de referencia

14a, 14b unidad de recepción base

15 cable

16 electrónica de control

20, 30, 40 nodo de sensor

21, 31, 41 unidad de recepción de nodo

22, 32, 42 contador de tiempo de nodo

23, 33, 43 célula solar

24, 34, 44 unidad de emisión de nodo

50 medio de reflexión

100 red de sensores

S señal de sincronización

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Nodo de sensor (20, 30, 40) para una red de sensores (100), en donde el nodo de sensor comprende al menos un sensor, al menos una unidad de recepción de nodo (21, 31,41), un contador de tiempo de nodo (22, 32, 42) así como al menos una unidad de emisión de nodo (24, 34, 44) y está configurado para

- recibir señales de sincronización (S) transmitidas de manera inalámbrica por medio de la unidad de recepción de nodo (21, 31, 41) y después en cada caso reiniciar el contador de tiempo de nodo (22, 32, 42) a partir de un valor inicial predeterminado,

- registrar valores de medición respectivos por medio del al menos un sensor, así como

- enviar señales de medición por medio de la al menos una unidad de emisión de nodo (24, 34, 44), que comprenden en cada caso al menos un valor de medición registrado con un valor de contador asociado del contador de tiempo de nodo (22, 32, 42) que es actual en el momento de la detección,

caracterizado por que

- la unidad de recepción de nodo (21, 31, 41) para recibir las señales de sincronización comprende al menos un elemento fotoeléctrico y las señales de sincronización son en cada caso señales luminosas, y

- la al menos una unidad de emisión de nodo (24, 34, 44) para enviar las señales de medición comprende un emisor de alta frecuencia y/o un emisor de infrarrojos.

2. Nodo de sensor de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además al menos una célula solar (23, 33, 43) para su suministro de energía.

3. Estación base (10) para una red de sensores (100), en donde la estación base comprende al menos un emisor base (11) para emitir de manera inalámbrica señales de sincronización (S), un reloj de referencia (13) así como al menos una unidad de recepción base (14a, 14b) para recibir señales de medición y está configurada para

- transmitir de manera inalámbrica señales de sincronización (S) a través del emisor base (11);

- recibir por medio de la al menos una unidad de recepción base (14a, 14b) señales de medición que comprenden en cada caso al menos un valor de medición registrado así como un valor de contador asociado, y

- determinar, a partir de un valor de contador contenido en una señal de medición recibida respectiva y que pertenece a un valor de medición comprendido por la señal de medición así como a partir de un tiempo de sincronización con respecto al reloj de referencia (13), un tiempo de detección en el que se detectó el valor de medición con respecto a un tiempo del reloj de referencia (13),

caracterizado por que

- el al menos un emisor base (11) comprende un emisor de comunicación luminosa para emitir señales luminosas y las señales de sincronización (S) son en cada caso señales luminosas que se emiten por el emisor de comunicación luminosa, y

- la al menos una unidad de recepción base (14a, 14b) para recibir la señal de medición comprende un receptor de alta frecuencia y/o un receptor de infrarrojos.

4. Estación base de acuerdo con la reivindicación 3, en donde la determinación del tiempo de detección tiene lugar teniendo en cuenta un retardo de transmisión y/o un tiempo de procesamiento de la señal de sincronización recibida en cada caso.

5. Red de sensores (100) para registrar datos de medición, en donde la red de sensores comprende al menos un nodo de sensor (20, 30, 40) según una de las reivindicaciones 1 o 2 así como una estación base (10) de acuerdo con una de las reivindicaciones 3 o 4, que se ajustan entre sí de modo

- que la unidad de recepción de nodo (21, 31,41) del al menos un nodo de sensor (20, 30, 40) puede recibir señales de sincronización (S) emitidas por el emisor base (11) de la estación base (10) y

- que la al menos una unidad de recepción base (14a, 14b) de la estación base (10) puede recibir señales de medición enviadas por al menos una unidad de emisión de nodo (24, 34, 44) de al menos uno de los nodos de sensor (20, 30, 40).

6. Red de sensores de acuerdo con la reivindicación 5, en donde la unidad de recepción de nodo (21, 31, 41) del al menos un nodo de sensor (20, 30, 40) comprende un elemento fotoeléctrico y el emisor base (11) de la estación base (10) comprende un emisor de comunicación luminosa para emitir señales luminosas, y en donde la red de sensores comprende además al menos un medio de reflexión (50) que está configurado para reflejar señales de sincronización (S) emitidas por el emisor de comunicación luminosa sobre el elemento fotoeléctrico del al menos un nodo de sensor.

7. Procedimiento para poner una marca de tiempo en datos de medición en una red de sensores (100), en donde el procedimiento comprende:

- recibir una señal de sincronización (S) por un nodo de sensor (20, 30, 40) de la red de sensores (100) y después reiniciar un contador de tiempo de nodo (22, 32, 42) del nodo de sensor a partir de un valor inicial predeterminado; - registrar al menos un valor de medición mediante al menos un sensor del nodo de sensor (20, 30, 40);

- transmitir una señal de medición a través del nodo de sensor, en donde la señal de medición comprende el al menos un valor de medición registrado y un valor de contador actual del contador de tiempo de nodo durante su detección,

caracterizado por que

la señal de sincronización (S) se recibe como señal luminosa por al menos un elemento fotoeléctrico del nodo de sensor (20, 30, 40) y la señal de medición respectiva se transmite por el/los nodos de sensor (20, 30, 40) en forma de señales de alta frecuencia y/o de infrarrojos.

8. Procedimiento para sincronizar nodos de sensor de una red de sensores (100), en donde el procedimiento comprende:

- transmitir una señal de sincronización (S) a través de una estación base (10) de la red de sensores a al menos un nodo de sensor (20, 30, 40) de la red de sensores;

- llevar a cabo un procedimiento para poner una marca de tiempo de acuerdo con la reivindicación 7 mediante el al menos un nodo de sensor (20, 30, 40);

- recibir la señal de medición respectiva por la estación base (10) y

- determinar un tiempo de detección en el que se detectó el al menos un valor de medición contenido en la señal de medición por la estación base (10) y con respecto a un reloj de referencia (13) de la estación base, en donde la determinación tiene lugar basándose en valor de contador contenido en al menos una señal de medición recibida, que pertenece al menos a un valor de contador así como en un tiempo de sincronización con respecto al reloj de referencia (13).

9. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en donde la señal de sincronización (S) se transmite en forma de señal luminosa a la estación base (10) mediante un emisor de comunicación luminosa.

10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 o 9, en donde la determinación del tiempo de detección tiene lugar teniendo en cuenta un tiempo de tránsito de señal y/o un tiempo de procesamiento de la señal de sincronización (S).

11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende además iluminar al menos una célula solar (23, 33, 43) de al menos uno de los nodos de sensor (20, 30, 40) mediante el emisor de comunicación luminosa para suministrar energía al al menos un nodo de sensor.